NL8002541A - Aardlekbeveiligingsinrichting. - Google Patents

Description

i •'•Jt ^ /' N.0. 28.906 -1- '......- ' **"

Aardlekbeveiligingsinrichting,

De uitvinding heeft betrekking op een aardlekbeveiligingsinrichting, omvattende een stroomtransformator, waarvan de primaire wikkelingen worden gevormd door de stroomtoevoergeleiders van de te beveiligen installatie en de sekundaire wikkeling is aangesloten op een uitschakelmechanisme voor 5 de te beveiligen installatie, welke stroomtransformator tevens is voorzien van een derde wikkeling, die door een spanningsbron wordt gevoed en de kern ‘van .de stroomtransformator voormagnetiseert. . . . » -

Een dergelijke aardlekbeveiligingsinrichting is bekend uit het Duitse Auslegeschrift 1.905.505, in het bijzonder fig. 7. Naast de gebruikelijke 10 wisselstroomaardfouten kunnen met deze inrichting ook gelijkstroomaard-fouten en/of mengfouten daarvan bij een sterke gelijkstroomkomponent worden bewaakt, hetgeen gezien het toenemende gebruik van apparatuur, dat via ge-lijkrichters op het wisselspanningsnet wordt aangesloten een steeds dringender noodzaak wordt.

15 Een nadeel van de bekende inrichting is echter, dat bij een storing in het elektrische circuit bijvoorbeeld een onderbroken stroomtoevoerge-leider aan de voedende zijde van de inrichting of een losgeraakte verbinding in het sekundaire circuit, de inrichting in het geheel niet meer funktioneert en dus in geval van een aardfout van welke soort dan ook niet 20 zal afschakelen. Het is duidelijk dat daardoor situaties kunnen ontstaan, die alhoewel ze met behulp van een op een dergelijke inrichting aangebrachte testknop kunnen worden gesignaleerd, gezien het in de praktijk sporadisch gebruik van die testknop, gevaar voor de omgeving kunnen opleveren.

De uitvinding verschaft nu een inrichting van de in de aanhef genoemde 25 soort, die zelfs in geval van een storing in het elektrische circuit in ieder geval sinusvormige aardfoutstromen blijft bewaken en in een voorkomend geval afschakelt en heeft het kenmerk, dat het uitschakelmechanisme bestaat uit een kern met twee gescheiden wikkelingen waarvan er een is verbonden met de sekundaire wikkeling van de stroomtransformator en waarvan de andere 30 door de spanningsbron wordt gevoed, welke twee wikkelingen zodanig zijn gedimensioneerd en gewikkeld, dat bij afwezigheid van aardfouten de magnetische velden, die door de twee wikkelingen in de kern van het uitschakelmechanisme worden opgewekt elkaar kompenseren.

Wordt een stroomtoevoergeleider aan de voedende zijde onderbroken, dan 35 valt weliswaar de voormagnetiserende wikkeling en daarmee de gevoeligheid voor gelijkstroomaardfouten weg, de inrichting blijft dan echter nog funk-tioneren voor sinusvormige aardfoutstromen. In de praktijk is bovendien de kans op een gelijktijdig optreden van een gelijkstroomaardfout en een 800 2 5 41 - - - - ... .» -~i «2* fase- en/of nulleiderbreuk uiterst gering. Bestaat de storing in het elektrische circuit daarentegen uit een verbroken verbinding tussen de sekun-daire wikkeling van de stroomtransformator en de wikkeling van het uit-schakelmechanisme, dan zal de aardlekbeveiligingsinrichting volgens de 5 uitvinding direkt afschakelen en daarmee elke verdere onveilige situatie voorkomen.

De andere wikkeling op de kern van het uitschakelmechanisme kan zowel in serie met de derde wikkeling op de stroomtransformator met de spannings- >. ·- ··.-bron worden verbonden, -maar kan· ook parallel met deze derde wikkeling met < 10 de spanningsbron worden verbonden.

Bij de laatstgenoemde uitvoering zal een storing in het elektrische circuit met uitzondering van een fase- en/of nulleiderbreuk altijd een afschakeling tot gevolg hebben. De inrichting elimineert hierdoor vrijwel elke gevaarlijke situatie, die als gevolg van een elektrische storing kan 15 ontstaan, terwijl men bovendien zonder het gebruik van een testknop op een storing in dat elektrische circuit wordt geattendeerd.

De aardlekbeveiligingsinrichting volgens de uitvinding maakt het verder mogelijk om de voeding van de voormagnetiseringswikkeling aan te passén aan de gewenste gevoeligheid en/of dimensionering door deze hetzij 20 direkt hetzij indirekt te betrekken uit het voedingsnet.

Verder kan bij de aardlekbeveiligingsinrichting volgens de uitvinding de gevoeligheid voor gelijkstroomaardfouten, ook bij een fase- en/of nulleiderbreuk, behouden worden door de voormagnetiseringswikkeling en de ene bekrachtigingswikkeling van het uitschakelmechanisme uit een, van het voe-25 dingsnet onafhankelijke wisselspanningsbron te bekrachtigen.

Aangezien bij de aardlekbeveiligingsinrichting volgens de uitvinding de ene wikkeling van het uitschakelmechanisme onder tussenkomst van een stroomtransformator en de andere wikkeling direkt wordt bekrachtigd en er dus faseverschillen kunnen optreden voorziet de uitvinding tevens in het 30 tussenschakelen van een fasedraaiend element, waardoor het faseverschil van de stromen in de beide wikkelingen kan worden opgeheven.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de tekening. -

Fig. 1 toont een eerste uitvoeringsvorm van een aardlekbeveiligings-35 inrichting volgens de uitvinding met in serie gevoede derde wikkeling op de stroomtransformator en andere wikkeling op de kern van het uitschakelmechanisme; fig. 2 toont een tweede uitvoeringsvorm van een aardlekbeveiligingsinrichting volgens de uitvinding, waarbij genoemde wikkelingen parallel 40 zijn geschakeld.

800 2 5 41 -3- * ' ' ......

In fig. i bestaat de stroomtransformator 1 uit een ringvormige kern 2, waardoorheen de faseleider en nulleider 3 respektievelijk 4 van het voedende net zijn gevoerd, zodat zij tevens de primaire wikkeling van de stroom-transformator 1 vormen. In de tekening is de situatie voor een enkelvoudig 5 net aangegeven, maar het zal duidelijk zijn, dat de stroomtransformator 1 ook in een meerfasig net kan worden toegepast, in welk geval bijvoorbeeld alle faseleiders en een nulleider door de kern worden gevoerd.

De ringvormige kern 2 is verder voorzien van een sekundaire wikkeling 5>:die.ver bonden is met de ene wikkeling .9 op .de kern 8 van het uitschakel- = 10 mechanisme 7, waarop tevens een tweede of andere wikkeling 10 is aangebracht. De kern 2 van de stroomtransformator 1 bevat verder een wikkeling 6, die deze kern 2 voormagnetiseert. Deze voormagnetiseringswikkeling 6 is in serie geschakeld met de wikkeling 10 van het uitschakelmechanisme 7 en wordt door een spanningsbron gevoed. In de tekening wordt deze span-15 ningsbron gevormd door het voedingsnet, dat wil zeggen de geleiders 3 en 4. Het is echter ook mogelijk om afhankelijk van de netkondities en/of de dimensionering van de betreffende wikkeling, een van het voedingsnet afgeleide wisselspanningsbron, bijvoorbeeld een spanningstransformator of een wisselspanningsomvormer toe te passen. In de tekening is dit aan-20 gegeven met het gestreept getekende vlak 14.

In de normale bedrijfstoestand zal de uit de spanningsbron gevoede wikkeling 6 via de ringvormige kern 2 een spanning in de wikkeling 5 induceren, welke spanning dus ook komt te staan over de wikkeling 9 van het uitschakelmechanisme 7. Deze spanning en de direkt uit de voedingsspanning 25 in de wikkeling 10 van het uitschakelmechanisme 7 veroorzaakte spanning zullen in de kern 8 van het uitschakelmechanisme 7 twee, bij juiste dimensionering en wikkelzin van de wikkelingen 6, 5, 9 en 10 even grote doch tegengesteld gerichte magnetische fluxstromen opwekken.

Met de kern 8 van het uitschakelmechanisme 7 is een permanente mag-30 neet 13 gekoppeld, die een magnetisch veld opwekt, waardoor bij het ontbreken van andere magnetische velden, een anker 11 in aangetrokken toestand blijft. Door de bovengenoemde tegengesteld gerichte magnetische fluxstromen zal het veld van de permanente magneet 13 dus niet worden verstoord, zodat het anker 11 tegen de werking van de uitschakelveer 12 in 35 tegen de kern 8 aangetrokken blijft.

Wanneer er nu aan de verbruikerszijde een sinusvormige aardfout-stroom optreedt, zal het in de normale bedrijfstoestand bestaande evenwicht tussen de stroom in de fase- en de nulleider worden verstoord, en zal er een verschilstroom ontstaan. Deze verschilstroom zal nu via de ring-40 vormige kern 2 de spanning in de wikkeling 5 en dus ook in de wikkeling 9 800 25 41 . «,· -« -4- - - - - -...... - wijzigen, door welke sekundaire bekrachtiging nu het bestaande evenwicht zal worden verstoord van de magnetische fluxen, die door de bekrachtigings-wikkelingen 9 en 10 in de kern 8 worden opgewekt.

Dit resulterende magnetische veld werkt nu het door de permanente mag-5 neet 13 opgewekte magnetische veld tegen, waardoor het permanente magnetische veld zodanig wordt verzwakt, dat het anker 11 onder invloed van de uitschakelveer 12 van de kern 8 zal worden afgetrokken. Het anker 11 zal daarbij een niet getekende schakelaar ontgrendelen, zodat met die schakelaar de verbruiker wordt afgeschakeld.

10 Omdat bij de aardlekbeveiligingsinrichting volgens de uitvinding voor het uitschakelmechanisme 7 twee gescheiden bekrachtigingswikkelingen 9 en 10 worden toegepast, kan de inrichting zo gevoelig worden gemaakt, dat zelfs bij zeer kleine aardfoutstromen zal worden afgeschakeld.

Ook wanneer er een gelijkstroomaardfout optreedt, zal de bekrachti-15 gingswikkeling 9 een gewijzigde spanning krijgen, waardoor eveneens het evenwicht in de kern 8 wordt verstoord en de inrichting op de bovenbeschreven wijze de verbruiker zal afschakelen. Een onderbreking in de verbindingen tussen de wikkelingen 5 en 9 zal eveneens tot uitschakeling leiden.

20 Fig. 2 toont een gewijzigde uitvoeringsvorm, waarbij de voeding voor de voormagnetiseringswikkeling 6 van de stroomtransformator 1 is gescheiden van de voeding voor de bekrachtigingswikkeling 10 van het uitschakelmechanisme 7. Deze uitvoeringsvorm heeft daardoor ten opzichte van de uitvoering volgens fig. 1 het voordeel, dat een storing in het sekundaire .25 elektrische circuit altijd een uitschakeling tot gevolg heeft. Hier kan dan ook worden gesproken van een zogenaamde "fail-safe"-uitvoering.

Uit het artikel van Rudolf Scherbaum "Beurteilung von Fehlerstrom-Schutzschaltern in Theorie und Praxis", gepubliceerd in ETZ-b Bd 28 (1976), blz. 168 t/m 170, blijkt, dat in 14¾ van de gevallen het niet goed funktio-30 neren van een aardlekbeveiligingsinrichting te wijten is aan een slechte soldeerverbinding in de aardlekbeveiligingsinrichting zelf. Aangezien zo’n fout bij de konventionele aardlekbeveiligingsinrichtingen pas na het indrukken van de testknop kan worden opgemerkt door het dan niet uitschakelen van de schakelaar, kan zo’n fout aanleiding geven tot gevaarlijke situ-35 aties.

Bij de aardlekbeveiligingsinrichting volgens de onderhavige uitvinding zal in dergelijke gevallen en ook in bijvoorbeeld het geval dat een elektrische verbinding is verbroken of is losgeraakt, altijd een uitschakeling volgen·-- waardoor de inrichting volgens de uitvinding een grotere vei-40 ligheid biedt.

800 2 5 41 -5- s '4- ,♦

Alhoewel in geval van een fase- en/of nulleiderbreuk geen gelijkstroom-aardfout zal worden afgeschakeld, blijft ook de aardlekbeveiligingsinrich-ting volgens fig. 2 dan in ieder geval nog waakzaam voor sinusvormige aard-foutstromen. Opgemerkt wordt hierbij echter, dat de kans op het ontstaan 5 van een gelijkstroomaardfout na een fase- en/of nulleiderbreuk, hoewel niet uitgesloten, toch uiterst gering moet worden geacht. Daarbij zal een breuk vrijwel direkt worden opgemerkt omdat één of meerdere verbruikers uitvallen.

Om zelfs deze, onder genoemde omstandigheden optredende gelijkstroom--·*’*. -· ·*· aardfout te kunnen af schakelen, voorziet de uitvinding in · een af zonderlijke ,.·. 10 van het voedingsnet onafhankelijke wisselspanningsbron voor de bekrachtiging van de wikkelingen 6 en 10.

Tussen de stromen in de bekrachtigingswikkelingen 9 en 10 kunnen faseverschillen optreden, die de gevoeligheid van de inrichting volgens de uitvinding nadelig kunnen beïnvloeden. Om deze gevoeligheid zo optimaal 15 mogelijk te laten zijn, kan een fasedraaiend element worden toegepast.

Dit kan worden opgenomen in de leidingen naar de wikkelingen 6 en/of 9 en/of 10. In de tekening wordt het fasedraaiende element aangegeven met het onderbroken getekende vak 15. Dit fasedraaiende element kan afhankelijk van het betreffende circuit een kapacitieve of een induktieve werking bezitten.

800 2 5 41

Claims (7)

1. Aardlekbeveiligingsinrichting, omvattende een stroomtransformator, waarvan de primaire wikkelingen worden gevormd door de stroomtoevoergelei-ders van de te beveiligen installatie en de sekundaire wikkeling is aange-5 sloten op een uitschakelmechanisme voor de te beveiligen installatie, welke stroomtransformator tevens is voorzien van een derde wikkeling, die door een spanningsbron wordt gevoed en de kern van de stroomtransformator voormagnetiseert, met het kenmerk, dat het uitschakelmecha-. v-nisme .bestaat uit.een.kern met twee gescheiden wikkelingen waarvan er ëen ' -·· ·· 10 is verbonden met de sekundaire wikkeling van de stroomtransformator en waarvan de andere door de spanningsbron wordt gevoed, welke twee wikkelingen zodanig zijn gedimensioneerd en gewikkeld, dat bij afwezigheid van aardfouten de magnetische velden, die door de twee wikkelingen in de kern van het uitschakelmechanisme worden opgewekt elkaar kompenseren. 15 2... Aardlekbeveiligingsinrichting volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de andere wikkeling op de kern van het uitschakelmechanisme in serie met de derde wikkeling van de stroomtransformator met de spanningsbron is verbonden.

3. Aardlekbeveiligingsinrichting volgens conclusie 1, m e t het 20 kenmerk, dat de andere wikkeling op de kern van het uitschakelmechanisme en de derde wikkeling van de stroomtransformator parallel op de spanningsbron zijn aangesloten.

4. Aardlekbeveiligingsinrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de spanningsbron direkt of in- ' 25 direkt is afgeleid van het voedingsnet.

5. Aardlekbeveiligingsinrichting volgens een van de conclusies 1 t/m 3, met het kenmerk, dat de spanningsbron onafhankelijk is van het voedingsnet.

6. Aardlekbeveiligingsinrichting volgens een van de voorgaande con-30 clusies, met het kenmerk, dat de andere wikkeling van het uitschakelmechanisme via een fasedraaiend element wordt gevoed.

7. Aardlekbeveiligingsinrichting volgens een van de conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk, dat de sekundaire wikkeling van de stroomtransformator via een fasedraaiend element met de wikkeling van het uit- 35 schakelmechanisme is gekoppeld.

8. Aardlekbeveiligingsinrichting volgens een van de conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk, dat de voormagnetiseringswikkeling van de stroomtransformator via een fasedraaiend element wordt gevoed, 800 25 41