SE447684B - Felstromsskyddsomkopplare - Google Patents

Description

447 684 2 ningsenergin var väsentligt högre än vid de direkta kopplin- garna utan elektriska energimatningskopplingar, ledde konkur- rensen med trenden till allt lägre priser och mindre dimensio- ner för felströmsskyddsomkopplarna till att pulsutlösningen endast användes för specialomkopplare (t.ex. nollednings- skyddsomkopplare). I denna konkurrens användes då även osak- liga argument, exempelvis kravet på extremt korta frånkopp- lingstider, vilket principiellt leder till svårigheter vid matnings- eller lagringskopplingar. I dag vet man på grund av resultaten från den moderna elektropatologin att frånkopp- lingstiden för skyddsomkopplaren inte har någon särskild bety- delse för skyddet mot direkt och vid indirekt beröring, så länge som den är mindre än 0,2 sekunder. Allt för korta från- kopplíngstider och onödigt hög utlösningskänslighet leder endast till felutlösning genom i och för sig tillåtna avled- ningsströmmar eller vid koppling av kablar och vid uppträdande av atmosfäriska överspänningar. Speciellt i friledningsnät har därigenom ekonomiska skador uppkommit (frysbehållare).

Väsentligt viktigare är funktionssäkerheten för skyddsom- kopplaren, och här har den ovan skildrade utvecklingen visat ogynnsamma resultat. Man har alltid utvecklat känsligare ut- lösare, varvid tillverkningsproblemen och miljöinverkan knappast längre kan behärskas. I dag visar kontrollerna av anläggningarna att några procent av de inbyggda felströms- skyddsomkopplarna ej är funktionsdugliga. Detta är ett ohåll- bart läge som ger anledning till större omsorg.

En lösning på detta allvarliga problem medför å ena sidan införingen av nollan, vilken tillsammans med felströmsskydds- omkopplare möjliggör en ytterst högvärdig och tillförlitlig skyddsåtgärd i form av den sdm nollskyddskopplingen, och å andra sidan i nät, i vilka nollan ej är tillåten, seriekopp- lingen av två felströmsskyddsomkopplare. I princip skall där- vid den sist kopplade omkopplaren kopplas selektivt, dans. vid ett fel frånkopplas endast den av densamma skyddade in- stallationen och den först kopplade kopplaren, som i fördel- ningen skyddar flera anläggningsdelar, förblir inkopplad.

Detta krav kan på enkelt sätt uppfyllas av energilagringskopp- lingen. Denna koppling undviker även ovannämnda felutlösningar J) 447 684 3 vid atmosfäriska överspänningar, ja den möjliggör t.o.m. in- byggnad av överspänningsavledare efter FI-skyddsomkopplarna.

Under aktiveringen av överspänningsavledarna flyter ju ström under kort tid (under 10 ms) till jord, genom FI-skyddsomkopp- laren med direkt utlösning utan elektrisk energilagringskopp- ling för frånkoppling.

Nu är det så, att lämpliga halvledarbyggelement, som är billiga och har små dimensioner och kan ersätta glimlamporna som kopplingselement, varit tillgängliga endast under senare tid. Med kopplingsspänningar som ligger kring tio volt möjlig- gör de små sekundärvarvtal i summaströmomvandlaren och nästan godtyckliga utlösningskaraktäristikor för skyddsomkopplaren.

För att även kondensatorn skall hållas liten används med för- del permanentmagnetutlösare, vilka man kan inställa mindre kri- tiskt och vilka man kan låta arbeta med större utlösnings- krafter än vid de direkta kopplingarna utan elektrisk energi- lagringskoppling. För att uppnå en vid ekonomiska grunddimen- sioner för summaströmomvandlaren för beröringsskyddet gynnsam form av FI-skyddsomkopplarens utlösningskaraktäristik förses enligt uppfinningen sekundärlindningen med ett lindningsvarv- tal, som ligger över 100. Permanentmagnetutlösarens aktive- ringslindning måste förses med ett lindningstal, som för den använda felströmsutlösaren vid urladdningen av kondensatorn ger den gynnsammaste formen för utlösningspulsen. Detta är enklast möjligt med den s.k. polariserade permanentmagnetutlö- saren, vars aktiveringskrets uppvisar en luftspaltl Därigenom kan aktiveringslindningen framställas i lindningsmaskiner och tillverkningen i hög grad automatiseras.

Det moderna konceptet för en felströmsskyddsomkopplare måste dock även behärska utlösning vid pulserande likströmmar.

Det har ju varit känt att FI-skyddsomkopplare endast kan vara verksamma vid växelström. Om felströmmen har strömkomponenter påverkas skyddsomkopplaren ogynnsamt vad gäller dess utlös- ningskänslighet. Då allt fler elektroniska byggelement används i hushållsapparater måste emellertid även likströmsproblemet lösas, varvid det visar sig att vid de i praktiken vid elekt- riska hushållsapparater använda kopplingarna vid en kropps- strömslutning den flytande felsltrömmen alltid endast kan upp- 447 684 4 träda i form av en pulserande likström.

Under de senaste åren har magnetmaterial utvecklats, vid vilka trots relativt hög permeabilitet skillnaden mellan induktionen i remanensen och i mättningen är hög. Dans., sta- tiskt uppmätt uppgår remanensinduktionen till mindre än 40 % av mättningsinduktionen. Med detta material är det möjligt att visserligen vid mindre utlösningskänslighet ändock åstadkomma funktionsduglighet av FI-skyddsomkopplare vid felströmmar i form av pulserande likströmmar. Eftersom då den inducerade spänningen i sekundärlindningen vid samma effektivvärde av primärströmmen är mindre än vid sinusformig växelström, kan här energilagringskopplingen medföra ett gynnsammare utlös- ningsförhållande. Framför allt förblir energiinnehållet i ut- lösningspulserna, vilka är givna genom halvledarelementets kopplingsspänning, lika och därmed även utlösningens tillför- litlighet.

Enligt uppfinningen innehåller sålunda det moderna kon- ceptet av en felströmsskyddsomkopplare en omkopplare med en nätspänningsoberoende elektronisk energilagringskoppling i ut- lösningskretsen, en summaströmomvandlare med en kärna av ett högpermeabelt magnetmaterial med stor skillnad mellan remanens och mättningsinduktion och en permanentmagnetutlösare, som företrädesvis är utbildad såsom polariserad utlösare.

Fig. 1 visar en exemplifierande utföringsform av uppfin- ningen. FI-skyddsomkopplarens kontaktapparat l in- resp. ur- kopplas över skyddslåset 2 med hjälp av manövreringsorganet 3 eller felströmsutlösaren 8. Felströmsutlösarens 8 aktiverings- lindning är över det spänningsberoende kopplingsorganet 7, som visas såsom halvledarbyggelement, förbunden med pulskondensa- torn 5. Denna uppladdas över likströmskopplingen 6 av summa- strömomvandlarens 4 sekundärlindning i beroende av höjden av den flytande felströmmen. Summaströmomvandlarens kärna 9 är framställd av ett högpermeabelt magnetiskt material, vars remanensinduktion är mindre än 40 % av mättningsinduktionen.

Fig. 2 visar såsom ytterligare exempel på uppfinningen en utlösningskrets, vid vilken pulskondensatorn 5 över en spän- ningsfördubblingskoppling uppladdas från summaströmomvand- larens 4 sekundärlindning. Såsom utlösare används en polarise- 447 684 5 rad utlösare, som har en luftspalt i aktiveringskretsen mellan polskorna 10 och ankaret ll, så att vid avlyft ankare lind- ningen 12 i färdiglindat tillstånd kan anbringas på polskorna.

Claims (3)

447 684 6 PATENTKRÄV

1. l. Felströmsskyddsomkopplare, bestående av kontaktapparat (l), ett kopplingslås (2) med friutlösning och manövrerings- organ (3), en summaströmomvandlare (4), en elektronisk energi- lagringskoppling och en felströmsutlösare med permanentmagnet (8) i ett hus av isoleringsmaterial med anslutningsklämmor, k ä n n e t e c k n a d av att sunnnaströmomvandlaren upp- visar en kärna av högpermeabelt magnetiskt material, vars re- manensinduktion är mindre än 40 % av mättningsinduktionen (statistiskt uppmätt) och vars sekundärlindning med ett lind- ningstal över hundra över en nätspänningsoberoende elektronisk energilagringskoppling är förbunden med kopplingslåsets fel- strömsutlösare, varvid den nätspänningsoberoende elektroniska energilagringskopplingen består av en kondensator (5), som över lämpliga likriktarkopplingar(6) uppladdas från summa- strömomvandlaren (4) och som pulsartat över felströmsutlösa- rens (8) utlösningsspole urladdar sig över ett spänningsbero- ende halvledarbyggelement (7) vid uppnående av en bestämd laddningsspänning för kondensatorn, och därigenom utlöser fel- strömsskyddsomkopplaren (fig. 1).

2. Felströmsskyddsomkopplare enligt krav l, k ä n n e - t e c k n a d av att felströmsutlösaren (8) är utbildad såsom polariserad utlösare och uppvisar en luftspalt i aktive- ringskrets en (fig. 2) .

3. Felströmsskyddsomkopplare enligt krav l och/eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att likriktarkopplingen (6) be- står av en spänningsmångfaldigande koppling. HF