NL8007025A

NL8007025A - ERROR CURRENT PROTECTION SWITCH.

Info

Publication number: NL8007025A
Application number: NL8007025A
Authority: NL
Original assignee: Felten & Guilleaume Ag Oester
Priority date: 1980-04-16
Filing date: 1980-12-24
Publication date: 1981-11-16
Also published as: FR2480998B1; GB2074380A; BE888442A; ATA204580A; DE3040244A1; AU542724B2; AU8238882A; AT372549B; FR2480998A1

Description

N/29.900-dV/lb - * * *N / 29,900-dV / lb - * * *

Foutstroom-beveiligingsschakelaar.Fault-current protection switch.

De uitvinding heeft betrekking op een foutstroom-beveiligingsschakelaar, bestaande uit een schakelslot met foutstroom-uitschakelmechanisme, een contactapparaat, een beproevingsinrichting, aansluitklemmen en huisdelen, waarbij 5 het foutstrooxn-uitschakelmechanisme een juklichaam omvat, dat is opgebouwd uit onderling parallel verlopende, ferro-magnetische, door niet-ferromagnetisch materiaal respectievelijk lucht gescheiden lagen, die worden overbrugd door een permanente magneet en een schakelanker, welk juklichaam een 10 uitsparing (jukvenster) bezit, die zodanig is aangebracht, dat daardoor de dwarsdoorsnede van het juk op de plaats waar het schakelanker opligt, voor een in de lagen zich om de - uitsparing zonder luchtspleet sluitende magnetische stroom sterk is verlaagd.The invention relates to a fault current protection switch, consisting of a switch lock with a fault current tripping mechanism, a contact device, a testing device, terminals and housing parts, the fault strobe tripping mechanism comprising a yoke body, which is composed of mutually parallel ferro-magnetic layers separated by non-ferromagnetic material and air, respectively, which are bridged by a permanent magnet and a switching anchor, the yoke body having a recess (yoke window) arranged in such a way that the cross-section of the yoke at the location where the switching anchor is for a magnetic current closing in the layers around the recess without an air gap is greatly reduced.

15 Foutstroom-beveiligingsschakelaars met van permanen te magneten voorziene uitschakelmechanismen zijn reeds vaker toegepast, waarbij echter altijd in het jukvenster een be-krachtigingswikkeling aanwezig was, welke werd gevoed door de secondaire wikkeling van een sommeringsstroomtransforma-20 tor. Dergelijke foutstroom - beveiligingsschakelaars werden toegepast om systemen, die met wisselspanning werden bedreven te .beveiligen tegen isolatiefouten. Bij de toenmalige stand van de techniek was het slechts nodig om bij deze systemen bij het optreden van een isolatiefout slechts rekening te 25 houden met zuivere wisselfoutstromen, afgezien van enkele bijzondere gevallen, zoals bijvoorbeeld bij de beveiliging van systemen, waarbij de kathodische corrosiebescherming werd toegepast, of bij het baanbedrijf, dat wil zeggen in de gevallen, waarin rekening moet worden gehouden met het feit, 30 dat zuivere gelijkstromen via de foutstroom-beveiligings-schakelaar vloeien.Fault-current circuit-breakers with permanent-magnetized tripping mechanisms have been used before, however, an excitation winding was always present in the yoke window, which was fed by the secondary winding of a summation current transformer. Such fault current protection switches have been used to protect systems operated with AC voltage against insulation faults. With the prior art at that time, it was only necessary in these systems to take into account only pure alternating error currents when an insulation fault occurs, apart from a few special cases, such as, for example, in the protection of systems, in which the cathodic corrosion protection was applied , or in the runway operation, that is, in cases where it is to be taken into account that pure DC currents flow through the fault current protection switch.

Gedurende de laatste jaren heeft deze situatie zich in zoverre gewijzigd, dat door de toepassing van half-geleideronderdelen voor elektronische besturingen steeds 35 meer bedrijfsmiddelen worden gebruikt, waarbij bij het optreden van een isolatiefout foutstromen met gelijkstroom-componenten naar aarde vloeien en bijgevolg de werking van de thans op de markt aanwezige foutstroom-beveiligingsscha- 8007025 - 2 - kelaars wordt verstoord. Van ongevallen werd weliswaar nog niets vernomen, omdat het gelijktijdig optreden van de hiervoor noodzakelijke voorwaarden zeer onwaarschijnlijk is, doch de techniek van de foutstroom-beveiligingsschakeling 5 moet niettemin rekening houden met de gewijzigde omstandigheden in de elektrische systemen en er moeten foutstroom-beveili-gingsschakelaars worden ontwikkeld, die ook bij gelijkstroom-foutstromen uitschakelen. Onderzoekt men de foutmogelijkheden bij elektronisch bestuurde bedrijfsmiddelen, dan vindt men, 10 dat in het algemeen foutstromen gaan vloeien, die de vorm van pulserende halve golfstromen hebben. .Uiteraard kan bij éênfasige gelijkrichters met afvlakcondensatoren en bij draaistroomgelijkrichters in het geval van fouten ook een afgevlakte gelijkstroom naar aarde vloeien. Een grondig 15 onderzoek van het ontstaan van fouten toont echter aan, dat deze gelijkstroom-foutstroom in het algemeen plotseling optreedt, zodat foutstroom-beveiligingsschakelaars, die bij pulserende halve golfstromen en bij plotseling optredende afgevlakte gelijkstromen onafhankelijk van de richting 20 hiervan uitschakelen aan nagenoeg alle beveiligingseisen bij de normale elektriciteitstoepassingen voldoen. De langzaam toenemende gelijkstroom-foutstroom kan dan als laatste probleem worden beschouwd, waarvoor de oplossing nog moet worden gezocht.In recent years, this situation has changed to the extent that due to the use of semiconductor components for electronic controls, more and more operating resources are being used, whereby fault currents with direct current components flow to earth when an insulation fault occurs and, consequently, the operation of the fault current protective circuit breakers currently on the market are disrupted. Although accidents have not yet been heard, because the simultaneous occurrence of the necessary conditions for this is very unlikely, the technique of the fault current protection circuit 5 must nevertheless take into account the changed conditions in the electrical systems and fault current protection switches that also trip in the case of DC fault currents. If one examines the possibilities of error in electronically controlled operating means, it is found that in general error currents flow which have the form of pulsating half-wave currents. Of course, with single-phase rectifiers with smoothing capacitors and with three-phase rectifiers in the event of errors, a smoothed direct current can also flow to ground. A thorough examination of the occurrence of errors shows, however, that this DC fault current generally occurs suddenly, so that fault current protection switches, which switch off in pulsating half-wave currents and with smoothed DC currents irrespective of the direction 20 thereof, in almost all meet security requirements in normal electricity applications. The slowly increasing DC fault current can then be regarded as the last problem, for which the solution remains to be found.

25 De eerste van de bovengenoemde doelen, namelijk het ontwikkelen van een foutstroom-beveiligingsschakelaar die bij pulserende halve golfstromen uitschakelt, kan worden bereikt, indien men een materiaal voor de sommerings-stroomtransformator gebruikt, dat een geringe remanentie 30 bezit, waarbij soms ter verhoging van de uitschakelgevoe-ligheid in de uitschakelketen of met een tertiare wikkeling van de sommeringsstroomtransformator nog een condensator wordt ingebouwd. Dergelijke oplossingen worden bijvoorbeeld beschreven in het Oostenrijkse octrooischrift 318.052, 35 het Duitse Auslegeschrift 2.811.064 en in de Oostenrijkse octrooiaanvrage AZ 433/79. Deze oplossingen hebben gemeenschappelijk, dat een sommeringsstroomtransformator wordt toegepast, zodat zij niet kunnen werken bij langzaam toenemende gelijkstroom-foutstromen.The first of the aforementioned objectives, namely to develop a fault current protection switch which trips with pulsating half-wave currents, can be achieved if one uses a summing current transformer material which has a low remanence, sometimes to increase the switch-off sensitivity in the switch-off chain or with a tertiary winding of the summation current transformer another capacitor is installed. Such solutions are described, for example, in Austrian patent 318,052, German Auslegeschrift 2,811,064 and in Austrian patent application AZ 433/79. These solutions have in common that a summing current transformer is used, so that they cannot operate with slowly increasing DC fault currents.

8007025 - 3 -8007025 - 3 -

Wanneer men echter niet-gepolariseerde uitschakel-mechanismen gebruikt, zoals zij worden beschreven in de Oostenrijkse octrooischriften 242.777, 278.954, 337.811 en 337.812, derhalve uitschakelmechanismen, die onafhankelijk 5 van de richting van de foutstroom in de bekrachtigingswikke-ling werken, dan kan men door een eenvoudige maatregel ook een uitschakeling bereiken bij langzaam toenemende gelijkstroom- fout stromen. In plaats van de toepassing van een sommeringsstroomtransformator kunnen dan volgens de uitvin-10 ding namelijk de hoofdstroombanen van de foutstroom-bevei-ligingsschakelaar direct door de uitsparing in het juk-lichaam van het foutstroom-uitschakelmechanisme worden geleid. Het juklichaam werkt dan als het ware als sommeringsstroomtransformator, waarbij zich natuurlijk constructieve 15 problemen voordoen om de noodzakelijke symmetrie te verkrijgen. Ook problemen ten aanzien van de verwarming en de isolatievastheid dienen te worden opgelost, aangezien de uitsparing in het juklichaam zo klein mogelijk moet worden uitgevoerd. Aangezien geen mogelijkheid voor de aanpas-20 sing van de bekrachtigingskring aan de grootte van de als bekrachtiging werkzame foutstroom bestaat, worden ook hoge eisen gesteld aan de gevoeligheid van het uitschakel-mechanisme. Met behulp van moderne materialen en een moderne technologie lijken echter al deze problemen oplosbaar.However, when using non-polarized tripping mechanisms, such as are described in Austrian Pat. Nos. 242,777, 278,954, 337,811 and 337,812, therefore tripping mechanisms operating independently of the direction of the fault current in the excitation winding, one can by a simple measure also to achieve a trip with slowly increasing DC error currents. Namely, according to the invention, instead of the use of a summation current transformer, the main current paths of the fault current protection switch can be led directly through the recess in the yoke body of the fault current release mechanism. The yoke body then functions, as it were, as a summing current transformer, constructional problems of course occurring in order to obtain the necessary symmetry. Problems with regard to heating and insulation resistance must also be solved, since the recess in the yoke body must be as small as possible. Since there is no possibility of adapting the excitation circuit to the magnitude of the excitation fault current acting, high demands are also placed on the sensitivity of the tripping mechanism. However, with the help of modern materials and modern technology, all these problems seem soluble.

25 Anderzijds vervallen hierdoor de verliezen in de sommeringsstroomtransformator, terwijl de oplossing volgens de uitvinding door de besparing van de transformator niet slechts economische voordelen belooft, maar tevens een mogelijke verkleining van de afmetingen van de apparatuur, 30 hetgeen zich bijvoorbeeld bij een combinatie van een fout-stroom-beveiligingsschakelaar met een wandcontactdoos als bijzonder belangrijk laat aanzien.On the other hand, this eliminates the losses in the summation current transformer, while the solution according to the invention promises not only economic advantages by saving the transformer, but also a possible reduction in the dimensions of the equipment, which occurs, for example, in the case of a combination of an error. -current circuit breaker with a wall socket is considered particularly important.

Teneinde de ter beschikking staande ruimte in het jukvenster optimaal te benutten, wordt de vorm van 35 de dwarsdoorsnede van de hoofdstroombanen ter plaatse waar zij door het jukvenster van het juklichaam zijn gevoerd aangepast aan de vorm van het jukvenster. Bij een vierkante of rechthoekige uitsparing zullen vierkante of rechthoekige dwarsdoorsneden, bij een cirkelvormige uit-40 sparing zullen cirkelsegmentvormige doorsneden voor de 8007025 - 4 - hoofdstroombanen de meest gunstige oplossing vormen.In order to make optimum use of the space available in the yoke window, the shape of the cross section of the main flow paths at the location where they are passed through the yoke window of the yoke body is adapted to the shape of the yoke window. With a square or rectangular recess, square or rectangular cross sections, with a circular recess of 40, circular segment cross sections for the 8007025 - 4 main flow paths will be the most favorable solution.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld van de foutstroom-beveiligingsschakelaar volgens de uit-5 vinding is weergegeven.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing, which shows an exemplary embodiment of the fault current protection switch according to the invention.

Pig. 1 is een schematisch weergegeven uitvoeringsvorm van de foutstroom-beveiligingsschakelaar volgens de uitvinding.Pig. 1 is a schematically shown embodiment of the fault current protection switch according to the invention.

Fig. 2 geeft weer op welke wijze de vorm van 10 de dwarsdoorsnede van de hoofdstroombanen kan worden aangepast aan de vorm van het jukvenster;Fig. 2 shows how the shape of the cross section of the main flow paths can be adapted to the shape of the yoke window;

In fig. 1 is een foutstroom-beveiligingsschake-laar weergegeven, die bestaat uit een schakelslot 5 met een foutstroom-uitschakelmechanisme 1, dat een juklichaam 4 15 omvat, welke is opgebouwd uit onderling parallel verlopende, ferromagnetische, door niet-ferromagnetisch materiaal respectievelijk lucht gescheiden lagen. Deze lagen worden overbrugd door een permanente magneet 2 en een schakelanker 3, dat het schakelslot 5 bedient. De foutstroom-beveiligings-20 schakelaar bestaat verder uit een contactapparaat 6, een beproevingsstroomketen 7 en aansluitklemmen 8.Fig. 1 shows a fault current protection switch, which consists of a switch lock 5 with a fault current tripping mechanism 1, which comprises a yoke body 4, which is built up of mutually parallel, ferromagnetic, non-ferromagnetic material and air respectively. separated layers. These layers are bridged by a permanent magnet 2 and a switch armature 3, which operates the switch lock 5. The fault current protection 20 switch further consists of a contact device 6, a test current circuit 7 and terminals 8.

Zoals uit fig. 1 blijkt, bezit het juklichaam 4 een uitsparing, die zodanig is aangebracht, dat daardoor de dwarsdoorsnede van het'juk op de plaats, waar het schakel-25 anker 3 opligt, voor een in de lagen van het juklichaam zich om de uitsparing zonder luchtspleet sluitende magnetische stroom sterk is verlaagd.As can be seen from Fig. 1, the yoke body 4 has a recess which is arranged in such a way that the cross-section of the yoke at the location where the switching armature 3 rests, in front of one another, in the layers of the yoke body the recess without an air-gap closing magnetic current has been greatly reduced.

De hoofdstroombanen van de in fig. 1 weergegeven foutstroom-beveiligingsschakelaar zijn als doorsteekwin-30 dingen door de uitsparing of het jukvenster van het juklichaam 4 geleid.The main current paths of the fault current protection switch shown in Fig. 1 are passed through the recess or the yoke window of the yoke body 4 as piercing windings.

In fig. 2 is weergegeven op welke wijze de vorm van de dwarsdoorsnede van de hoofdstroombanen kan worden aangepast aan de vorm van het jukvenster van het juklichaam 35 4.Fig. 2 shows how the cross-sectional shape of the main flow paths can be adapted to the shape of the yoke window of the yoke body.

De uitvinding is niet beperkt tot het in het voorgaande beschreven uitvoeringsvoorbeeld, dat binnen het kader der uitvinding op verschillende manieren kan worden gevarieerd.The invention is not limited to the exemplary embodiment described above, which can be varied in a number of ways within the scope of the invention.

80070258007025

Claims

1. Fault-current protection switch, consisting of a switch lock with fault-current-release mechanism, a contact device, a testing device, terminals and housing parts, the fault-current-release mechanism comprising a yoke body, which is composed of mutually parallel, ferromagnetic, by non-ferromagnetic material or air-separated layers, which are bridged by a permanent magnet and a switching anchor, the yoke body having a recess which is arranged in such a way that the cross-section of the yoke at the location where the switching anchor rests in front of one in the around the recess without an air gap closing magnetic current is greatly reduced, characterized in that the main current paths of the fault current protection switch are passed through the recess of the yoke body (4) of the fault current release mechanism (1).

Fault-current protection switch according to claim 1, characterized in that the cross-sectional shape of the main flow paths, where they are passed through the yoke window of the yoke body (4), is adapted to the shape of the yoke window. 8007025