WO2000016460A1 - Schutzschalt-einrichtung - Google Patents

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WO2000016460A1
WO2000016460A1 PCT/DE1999/002798 DE9902798W WO0016460A1 WO 2000016460 A1 WO2000016460 A1 WO 2000016460A1 DE 9902798 W DE9902798 W DE 9902798W WO 0016460 A1 WO0016460 A1 WO 0016460A1
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WO
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magnet
coil
armature
voltage
circuit
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Application number
PCT/DE1999/002798
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Inventor
Bernhard Bauer
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/32—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/32—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
    • H02H3/33—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers
    • H02H3/332—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers with means responsive to dc component in the fault current

Definitions

  • the invention relates to a protective switching device, in particular a residual current circuit breaker or residual current additive, with a magnetic trip relay, which comprises an iron circuit formed from a movably mounted magnet armature and a yoke, and a magnet coil.
  • Such a protective switching device serves to ensure protection against a dangerous body current in an electrical system. Such occurs, for example, when a person touches a live part of an electrical system. The fault current (or differential current) then flows through the person as body current to earth. The protective switching device used to protect against dangerous body currents safely and quickly disconnects the affected circuit from the mains if the so-called rated fault current is exceeded.
  • FIG. 1 to 3 show basic circuit diagrams and functional principles of a residual current circuit breaker (Fl circuit breaker) and a residual current circuit breaker (DC circuit breaker).
  • the FI and Dl circuit breakers are constructed in a similar way from three modules.
  • a voltage signal is induced in the secondary winding of a summation current transformer, through the transformer core of which all current-carrying conductors of a conductor network are led, which triggers a trigger relay (or trigger) connected to the secondary winding.
  • a trigger relay or trigger
  • kinetic energy is usually released by magnetic field compensation, which unlatches a switching mechanism.
  • the switching chanik then causes the separation of the conductors of the conductor network.
  • the Fl circuit breaker is only connected inductively to the conductor network via the summation current transformer. It therefore takes the energy necessary for tripping independent of the mains voltage from the fault current itself.
  • the DI circuit breaker of the secondary winding and the trigger relay for processing the voltage signal are connected by a trigger circuit electronics, which is usually supplied with a power supply and which usually contains an amplifier and a rectifier.
  • Power supplies for DI circuit breakers are usually designed for overvoltage category III or IV in accordance with the IEC 664-1 standard.
  • overvoltage category IV for example, this means that a surge voltage resistance of 6kV or 8kV is required for a nominal voltage of 480V or 690V.
  • the power supply of the Dl circuit breaker with a protective circuit, z. B. in the form of current-limiting input resistors with a downstream voltage limiter.
  • This protective circuit which is designed for a predetermined maximum value of the mains voltage, limits the power available for tripping to a small amount, in particular if the mains voltage significantly falls below the maximum value. To provide the required energy without delay, the power supply unit is therefore often an energy store, for.
  • a DI circuit breaker provided with an energy store disadvantageously has a comparatively long tripping time when connecting a downstream consumer defective to the DC circuit breaker, for example an electrical system with an insulation fault against ground, to the conductor network, since the energy store is still uncharged.
  • This long tripping time when switching on often means that relevant standards, in particular IEC947-2, Appendix B, have been met. against. It is also required there that the triggering must be ensured with a supply voltage up to a lower limit of 50V.
  • the invention is based on the object of specifying a protective switching device which has a good tripping behavior, in particular with a low supply voltage and regardless of the switch-on time.
  • the magnetic coil is designed in such a way that its winding resistance at a room temperature of approximately 20 ° C. is at least 800 ⁇ .
  • Supply voltage in particular 50 V
  • 50 V Supply voltage
  • the high impedance of the magnetic coil prevents the power supply unit from operating almost in short-circuit mode during the triggering of the trigger relay, as a result of which the supply voltage of a trigger circuit electronics connected upstream of the trigger relay would briefly collapse.
  • Such a short-circuit operation of the power supply unit is undesirable when the power supply unit is permanently supplied with voltage, especially since a trigger electronics connected upstream of the release relay only reliably interrupts the power supply to the release relay if the power supply is sufficient.
  • a permanent power supply is available if the line feed direction on the DC circuit breaker is selected such that the power supply unit is still connected to the line voltage after the triggering process has taken place. With non-permanent power supply, short-circuit operation would be short-term ended by disconnecting the power supply from the supply voltage. As a result of avoiding short-circuit operation, the feed-in direction is therefore arbitrary.
  • the iron circuit and the solenoid are matched to one another in such a way that the stroke time does not exceed a maximum of 10 msec.
  • the stroke time is the period of time after the application of a trigger voltage to the magnet coil, within which the magnet armature is raised from the rest position to the full deflection.
  • the magnet armature is held in the rest position by a permanent magnet against a spring force such that the residual holding force holding the magnet armature in the rest position is at least 500 N / kg times the armature mass. With this minimum amount, the energy required for triggering is particularly low. On the other hand, this residual holding force is sufficient to effectively prevent unwanted tripping in the event of shock or vibration loading of the tripping relay.
  • FIG. 1 schematically shows a DC circuit breaker with a trigger relay actuating a switch
  • 2 schematically shows the tripping ice according to FIG. 1 with a magnetic armature designed as a plunger, in a longitudinal section schematically shows an alternative embodiment of the tripping relay with a
  • the DC circuit breaker 1 is connected upstream of an electrical consumer (not shown) which is supplied with current from the conductor network LN.
  • the converter core 3 is further provided with a secondary winding 4.
  • the sum of the currents flowing through the converter core 3 is always zero.
  • a fault occurs when - for example as a result of a leakage current - a portion of the supplied current is discharged to earth on the consumer side.
  • the sum of the currents flowing through the converter core 3 results in a non-zero amount.
  • This residual current or fault current induces a differential voltage U ⁇ in the secondary winding 4 of the summation current transformer 2, which is used as a measure of the fault current that has occurred.
  • the differential voltage U ⁇ generated by the secondary winding 4 first passes through a trip circuit electronics 5. In the trip circuit electronics 5, the differential voltage U ⁇ is amplified and rectified and evaluated.
  • the tripping circuit electronics 5 If the rectified and amplified differential voltage U ⁇ fulfills a predetermined tripping condition with regard to its amplitude and / or its duration, then the tripping circuit electronics 5 outputs a tripping voltage Ua to the tripping relay 6 connected on the output side to ground potential M.
  • a power supply unit 7 To operate the tripping circuit electronics 5, a power supply unit 7 is provided, which provides the tripping circuit electronics 5 with a supply voltage Uv.
  • the power supply unit 7 in turn is fed via supply lines 8 from the conductors Li, N of the conductor network LN.
  • the power supply 7 contains 8 protective elements 9, for. B. ohmic resistors.
  • the trigger relay 6 When triggered by the trigger voltage Ua, the trigger relay 6 actuates a switching mechanism 11 which opens the switching contacts of a switch 12 which acts on all conductors Li, N of the conductor network LN.
  • the supply lines 8 In the network feed direction denoted by E, the supply lines 8 are connected downstream of the switch 12.
  • the voltage supply to the power supply unit 7 is also interrupted when the switch 12 is opened.
  • the power supply unit 7 is permanently under line voltage in the opposite direction of supply E '.
  • the trigger relay 6 comprises a magnet coil 20 and a yoke 21, the yoke 21 surrounding the magnet coil 20 on the outside in the manner of a container.
  • the yoke 21 is provided with a bushing 22 which is aligned with a bore 24 provided in the coil body 23 of the magnet coil 20.
  • a permanent magnet 26 is attached to the bottom 25 of the yoke 21 opposite the bushing 22 in such a way that its north-south axis 27 extends approximately coaxially with the bore 24.
  • the trigger relay 6 further comprises a rod-shaped armature 28 which is guided through the bushing 22 and the bore 24 into the interior of the trigger relay 6. In the rest position, the magnet armature 28 rests on the permanent magnet 26 with a holding end 29.
  • opposite end 30 of the magnet armature 28 projects beyond the yoke 21 and is widened to form an actuating head 31.
  • a compression spring 32 Arranged between the actuating head 31 and the yoke 21 is a compression spring 32 which surrounds the magnet armature 28 and which is pretensioned in the rest position of the trigger relay 6.
  • the yoke 21, the magnet armature 28 and the permanent magnet 26 together form an approximately closed, torus-like shape, along which the magnetic field of the permanent magnet 26 and the magnet coil 20 is guided.
  • the yoke 21 and the magnet armature 28 consist of a material with high magnetic permittivity, in particular of steel with a low carbon content.
  • the yoke 21 and the magnet armature 28 are therefore referred to as an iron circle 33.
  • the magnet armature 28 In the rest position, the magnet armature 28 is attracted by the permanent magnet 26 with a magnetic force Fm. This magnetic force Fm is counteracted by the spring force Ff exerted by the compression spring 32 on the magnet armature 28. The magnet armature 28 is thus held in the rest position by a residual holding force Fm-Ff given by the difference between the forces Fm and Ff. This residual holding force Fm - Ff is at least 500 N / kg times the anchor mass in kilograms.
  • the trigger voltage U is applied such that the magnetic field generated by the solenoid coil 20 the magnetic field of mag- nets ⁇ Perma 26 counteracts to the solenoid coil 20th This reduces the magnetic force Fm acting on the magnetic armature 28, as a result of which the spring force Ff predominates.
  • the magnet armature 28 is thereby raised by the compression spring 32 from the rest position into the full deflection V (indicated by dashed lines).
  • the switching mechanism 11 is actuated in a manner not shown.
  • the time period between the application of the trigger voltage Ua and the reaching of the full deflection V is referred to as the stroke time.
  • the magnet coil 20 and the iron circuit 33 are furthermore matched to one another in such a way that with a winding resistance R of the magnet coil 20 of at least 800 ⁇ , the response voltage is at most 18 V DC at room temperature ( ⁇ 20 ° C.).
  • the minimum DC voltage at which tripping occurs is called the response voltage.
  • the response voltage thus represents a lower limit for the trigger voltage Ua.
  • Yoke 21 has a U-shaped geometry.
  • the leg ends 40 of the yoke 21 are bridged by means of an essentially flat magnet armature 28.
  • the magnet armature 28 is pivotally mounted on the yoke 21.
  • the lever end 42 of the magnet armature 28 projecting on the outside beyond the pivot axis 41 is in engagement with a tension spring 43.
  • the tension spring 43 is guided on the outside along the yoke 21 and fixed to the yoke 21 with the end 44 facing away from the magnet armature 28 in such a way that in the rest position of the trigger relay 6, ie when the armature 28 lies flat on the leg ends 40 of the yoke 21, is under prestress.
  • the permanent magnet 26 is rod-shaped and, when the trigger relay 6 is in the rest position, it lies precisely between the base 25 of the yoke 21 and the magnet armature 28.
  • the yoke 21 and the magnet armature 28 thus in turn form the iron circuit 33.
  • the tension spring 43 exerts a torque on the magnet armature 28 which moves the magnet armature 28 in the direction of the

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Abstract

Um bei einer Schutzschalt-Einrichtung, insbesondere bei einem Differenzstrom-Schutzschalter oder bei einem Differenzstrom-Zusatz, auch direkt nach dem Einschalten ein gutes Auslöseverhalten zu erzielen, ist ein magnetisches Auslöserelais (6) mit einem aus einem beweglich gelagerten Magnetanker (28) und einem unbeweglichen Joch (21) gebildeten Eisenkreis (33) sowie mit einer Magnetspule (20) vorgesehen, deren Wicklungswiderstand (R) mindestens 800Φ beträgt.

Description

Beschreibung
Schutzschalt-Einrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschalt-Einrichtung, insbesondere einen Differenzstrom-Schutzschalter oder Differenzstrom-Zusatz, mit einem magnetischen Auslöserelais, das einen aus einem beweglich gelagerten Magnetanker und einem Joch gebildeten Eisenkreis sowie eine Magnetspule umfasst.
Eine derartige Schutzschalt-Einrichtung dient zur Sicherstellung des Schutzes gegen einen gefährlichen Körperstrom in einer elektrischen Anlage. Ein solcher tritt beispielsweise dann auf, wenn eine Person ein spannungsführendes Teil einer elektrischen Anlage berührt. Der Fehlerstrom (oder auch Differenzstrom) fließt dann über die Person als Körperstrom gegen Erde ab. Die zum Schutz gegen gefährliche Körperströme eingesetzte Schutzschalt-Einrichtung trennt bei Überschreiten des sogenannten Bemessungsfehlerstromes den betroffenen Stromkreis sicher und schnell zum Netz.
Der Aufbau bekannter Schutzschalt-Einrichtungen ist beispielsweise aus der „etzw Band 107 (1986), Heft 20, Seiten 938-945, bekannt. Dort sind insbesondere in den Bildern 1 bis 3 Prinzipschaltbilder und Funktionsprinzipien eines Fehlerstrom-Schutzschalters (Fl-Schutzschalter) und eines Differenzstrom-Schutzschalters (Dl-Schutzschalter) dargestellt. Der FI- und der Dl-Schutzschalter sind in ähnlicher Art und Weise aus drei Baugruppen aufgebaut. In der Sekundärwicklung eines Summenstromwandlers, durch dessen Wandlerkern alle stromführenden Leiter eines Leiternetzes geführt sind, wird im Falle eines Fehlerstroms ein Spannungssignal induziert, das einen mit der Sekundärwicklung verbundenes Auslöserelais (oder auch Auslöser) ansteuert. Am Auslöserelais wird übli- cherweise durch Magnetfeld-Kompensation Bewegungsenergie freigesetzt, die eine Schaltmechanik entklinkt. Die Schaltme- chanik bewirkt daraufhin die Trennung der Leiter des Leiternetzes .
Der Fl-Schutzschalter ist ausschließlich induktiv über den Summenstromwandler an das Leiternetz angekoppelt. Er entnimmt somit die zur Auslösung notwendige Energie netzspannungsunabhängig aus dem Fehlerstrom selbst. Dagegen ist beim DI- Schutzschalter der Sekundärwicklung und dem Auslöserelais zur Aufbereitung des Spannungssignals eine über ein Netzteil spannungsversorgte Auslösekreis-Elektronik zwischengeschaltet, die üblicherweise einen Verstärker und einen Gleichrichter u fasst.
Netzteile für Dl-Schutzschalter sind üblicherweise für Über- spannungskategorie III oder IV gemäß der Norm IEC 664-1 ausgelegt. Dies bedeutet beispielsweise bei Überspannungskategorie IV, dass bei einer Nennspannung von 480V oder 690V eine Stoßspannungsfestigkeit von 6kV bzw. 8kV erforderlich sind. Zur Sicherstellung dieser Stoßspannungsfestigkeit ist das Netzteil des Dl-Schutzschalters mit einer Schutzbeschaltung, z. B. in Form strombegrenzender Eingangswiderstände mit einem nachgeschalteten Spannungsbegrenzer, versehen. Diese für einen vorgegebenen Maximalwert der Netzspannung ausgelegte Schutzbeschaltung begrenzt die für die Auslösung zur Verfü- gung stehende Leistung auf einen geringen Betrag, insbesondere wenn die Netzspannung den Maximalwert wesentlich unterschreitet. Zur unverzögerten Bereitstellung der erforderlichen Energie ist dem Netzteil daher häufig ein Energiespeicher, z. B. ein Kondensator, nachgeschaltet. Ein mit einem Energiespeicher versehener Dl-Schutzschalter weist jedoch in nachteiliger Weise beim Zuschalten eines dem Dl-Schutzschalter defekten nachgeschalteten Verbrauchers, beispielsweise einer elektrischen Anlage mit einem Isolierfehler gegen Masse, an das Leiternetz eine vergleichsweise lange Auslösezeit auf, da der Energiespeicher noch ungeladen ist. Diese lange Auslösezeit beim Einschalten steht häufig der Erfüllung einschlägiger Normen, insbesondere der IEC947-2, Anhang B, ent- gegen. Dort ist zudem gefordert, dass die Auslösung bei einer Versorgungsspannung bis zu einer Untergrenze von 50V sichergestellt sein muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschalt- Einrichtung anzugeben, die insbesondere bei einer geringen Versorgungsspannung und unabhängig vom Einschaltzeitpunkt ein gutes Auslöseverhalten aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schutzschalt-Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist die Magnetspule derart gestaltet, dass ihr Wicklungswiderstand bei einer Raumtemperatur von etwa 20°C mindestens 800Ω beträgt.
Mit der hochohmigen Gestaltung der Magnetspule wird ein besonders hoher Spannungsabfall an der Magnetspule erreicht. Der Spannungsabfall an den Widerständen einer Schutzbeschaltung wird auf diese Weise derart reduziert, dass zur Betäti- gung des Auslöserelais schon eine vergleichsweise geringe
Versorgungsspannung, insbesondere 50 V, genügt. Dabei ist der Einsatz eines Energiespeichers vorteilhafterweise nicht erforderlich. Des Weiteren ist durch die Hochohmigkeit der Magnetspule verhindert, dass das Netzteil während der Ansteue- rung des Auslöserelais annähernd in Kurzschlussbetrieb arbeitet, wodurch die Versorgungsspannung einer dem Auslöserelais vorgeschalteten Auslösekreis-Elektronik kurzzeitig zusammenbrechen würde. Ein solcher Kurzschlussbetrieb des Netzteils ist bei permanenter Spannungsversorgung des Netzteils uner- wünscht, zumal eine dem Auslöserelais vorgeschaltete Auslöseelektronik die Unterbrechung der Stromzufuhr an das Auslöserelais nur bei ausreichender Spannungsversorgung zuverlässig durchführt. Permanente Spannungsversorgung liegt dann vor, wenn die Netzeinspeiserichtung am Dl-Schutzschalter der- art gewählt ist, dass das Netzteil nach erfolgtem Auslösevorgang weiterhin an Netzspannung liegt. Bei nicht-permanenter Spannungsversorgung würde ein Kurzschlussbetrieb kurzfristig durch Trennung des Netzteiles von der Versorgungsspannung beendet. Infolge der Vermeidung eines Kurzschlussbetriebs ist die Netzeinspeiserichtung daher beliebig.
Mittels einer niedrigen Ansprechspannung der Magnetspule von höchstens 18 VDC bei Raumtemperatur bei angelegter Gleichspannung wird die zur Auslösung erforderliche Energie weiter herabgesetzt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn kein Energiespeicher vorgesehen ist.
Um den Kostenaufwand für ein Auslöserelais bei gleichzeitig gutem Auslöseverhalten vergleichsweise gering zu halten, sind der Eisenkreis und die Magnetspule derart aufeinander abgestimmt, dass die Hubzeit einen Höchstbetrag von 10 msec nicht überschreitet. Als Hubzeit wird dabei die Zeitspanne nach dem Anlegen einer Auslösespannung an die Magnetspule bezeichnet, innerhalb derer der Magnetanker aus der Ruhestellung in den Vollausschlag gehoben wird. Eine derartige Optimierung des Auslöserelais ist vorteilhaft, zumal der hohe Wicklungswider- stand und die reduzierte Ansprechspannung zu einer vergleichsweise langen Hubzeit führt.
In vorteilhafter Dimensionierung wird der Magnetanker in Ruhestellung von einem Permanentmagneten derart gegen eine Fe- derkraft gehalten, dass die den Magnetanker in Ruhestellung haltende Resthaltekraft mindestens das 500 N/kg-fache der Ankermasse beträgt. Bei diesem Mindestbetrag ist einerseits die für die Auslösung erforderliche Energie besonders gering. Andererseits genügt diese Resthaltekraft, um eine ungewollte Auslösung bei Schock- oder Schwingbeanspruchung des Auslöserelais wirkungsvoll zu verhindern.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 schematisch einen Dl-Schutzschalter mit einem einen Schalter betätigenden Auslöserelais, FIG 2 m einem Längsschnitt schematisch das Auslosereiais gemäß FIG 1 mit einem als Tauchanker ausgebildeten Magnetanker, FIG 3 m einem Längsschnitt schematisch eine alternative Ausfuhrungsform des Ausloserelais mit einem als
Klappanker ausgebildeten Magnetanker.
Der m FIG 1 dargestellte Dl-Schutzschalter 1 umfasst einen Summenstromwandler 2 mit einem Wandlerkern 3, durch welchen die drei Phasenleitungen Li, 1=1,2,3 sowie der Nullleiter N eines Vier-Leiternetzes LN gefuhrt sind. Der Dl-Schutzschalter 1 ist dabei einem (nicht dargestellten) elektrischen Verbraucher vorgeschaltet, welcher aus dem Leiternetz LN mit Strom versorgt wird. Der Wandlerkern 3 ist des Weiteren mit einer Sekundärwicklung 4 versehen.
Im störungsfreien Betrieb des Leiternetzes LN ist die Summe der durch den Wandlerkern 3 fließenden Strome stets Null. Eine Störung tritt dann auf, wenn - z.B. infolge eines Leck- Stroms - ein Teil des zugefuhrten Stromes verbraucherseitig über Erde abgeführt wird. In diesem Fall ergibt die Summe der durch den Wandlerkern 3 fließenden Strome einen von Null verschiedenen Betrag. Dieser Differenzstrom oder Fehlerstrom induziert m der Sekundärwicklung 4 des Summenstromwandlers 2 eine Differenzspannung UΔ, welche als Maß für den aufgetretenen Fehlerstrom herangezogen wird. Die m der Sekundärwicklung 4 erzeugte Differenzspannung UΔ durchlauft dabei zunächst eine Auslosekreis-Elektronik 5. In der Auslosekreis- Elektronik 5 wird die Differenzspannung UΔ verstärkt und gleichgerichtet sowie bewertet. Erfüllt die gleichgerichtete und verstärkte Differenzspannung UΔ hinsichtlich ihrer Amplitude und/oder ihrer Fortdauer eine vorgegebene Auslosebedm- gung, so gibt die Auslosekreis-Elektronik 5 eine Auslosespannung Ua an das ausgangsseitig mit Massepotential M verbundene Ausloserelais 6 ab. Zum Betrieb der Auslosekreis-Elektronik 5 ist ein Netzteil 7 vorgesehen, das der Auslosekreis-Elektronik 5 eine Versorgungsspannung Uv zur Verfügung stellt. Das Netzteil 7 ist seinerseits über Versorgungsleitungen 8 aus den Leitern Li,N des Leiternetzes LN gespeist. Zum Schutz des Dl-Schutzschalters 1 gegen Transiente Überspannungen beinhaltet das Netzteil 7 in jede Versorgungsleitung 8 geschaltete Schutzelemente 9, z. B. ohmsche Widerstände.
Das Auslöserelais 6 betätigt bei Ansteuerung durch die Auslösespannung Ua eine Schaltmechanik 11, welche die Schaltkontakte eines auf alle Leiter Li,N des Leiternetzes LN wirkenden Schalters 12 öffnet. In der mit E bezeichneten Netzeinspeiserichtung sind die Versorgungsleitungen 8 dem Schal- ter 12 nachgeschaltet. Hierdurch wird beim Öffnen des Schalters 12 auch die Spannungsversorgung des Netzteils 7 unterbrochen. Im Gegensatz dazu liegt bei der entgegengesetzten Netzeinspeiserichtung E' das Netzteil 7 permanent unter Netzspannung .
Das Auslöserelais 6 umfasst gemäß FIG 2 eine Magnetspule 20 und ein Joch 21, wobei das Joch 21 die Magnetspule 20 außenseitig nach Art eines Behälters umgibt. Das Joch 21 ist dabei mit einer Durchführung 22 versehen, die mit einer im Spulen- körper 23 der Magnetspule 20 vorgesehenen Bohrung 24 fluchtet. An dem der Durchführung 22 gegenüberliegenden Boden 25 des Joches 21 ist ein Permanentmagnet 26 derart angebracht, dass seine Nord-Süd-Achse 27 etwa koaxial mit der Bohrung 24 verläuft.
Das Auslöserelais 6 umfasst des Weiteren einen stabförmigen Magnetanker 28, der durch die Durchführung 22 und die Bohrung 24 ins Innere des Auslöserelais 6 hineingeführt ist. In Ruhestellung liegt dabei der Magnetanker 28 mit einem Hal- teende 29 auf dem Permanentmagneten 26 auf. Der als
Tauchanker bezeichnete Magnetanker 28 durchsetzt somit die Bohrung 24 der Spulenkörpers 23. Das dem Halteende 29 entge- gengesetzte Ende 30 des Magnetankers 28 ragt über das Joch 21 hinaus und ist zu einem Betätigungskopf 31 verbreitert. Zwischen dem Betätigungskopf 31 und dem Joch 21 ist eine den Magnetanker 28 umgebende Druckfeder 32 angeordnet, die in Ruhe- Stellung des Auslöserelais 6 unter Vorspannung steht.
Das Joch 21, der Magnetanker 28 und der Permanentmagnet 26 bilden miteinander eine annähernd geschlossene, torus-ähnli- che Form, entlang der das Magnetfeld des Permanentmagneten 26 und der Magnetspule 20 geführt ist. Zur Erhöhung des Magnetflusses bestehen das Joch 21 und der Magnetanker 28 aus einem Material mit hoher magnetischer Permittivität, insbesondere aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoff-Gehalt. Das Joch 21 und der Magnetanker 28 werden deshalb als Eisenkreis 33 bezeich- net.
In Ruhestellung wird der Magnetanker 28 vom Permanentmagneten 26 mit einer Magnetkraft Fm angezogen. Dieser Magnetkraft Fm wirkt die von der Druckfeder 32 auf den Magnetan- ker 28 ausgeübte Federkraft Ff entgegen. Der Magnetanker 28 wird somit durch eine durch die Differenz der Kräfte Fm und Ff gegebene Resthaltekraft Fm - Ff in der Ruhestellung gehalten. Diese Resthaltekraft Fm - Ff beträgt dabei mindestens das 500 N/kg-fache der Ankermasse in Kilogramm.
Zur Betätigung des Auslöserelais 6 wird an die Magnetspule 20 die Auslösespannung Ua derart angelegt, dass das von der Magnetspule 20 erzeugte Magnetfeld dem Magnetfeld des Perma¬ nentmagneten 26 entgegenwirkt. Dies reduziert die auf den Ma- gnetanker 28 wirkende Magnetkraft Fm, wodurch die Federkraft Ff überwiegt. Der Magnetanker 28 wird dadurch durch die Druckfeder 32 aus der Ruhestellung in den (gestrichelt angedeuteten) Vollausschlag V angehoben. Infolge der Bewegung des Magnetankers 28 wird auf nicht näher dargestellte Weise die Schaltmechanik 11 betätigt. Die Zeitspanne zwischen dem Anlegen der Auslösespannung Ua und dem Erreichen des Vollausschlags V wird als Hubzeit bezeichnet. Als Höchstbetrag für die Hubzeit sind t=10msec vorgesehen. Die Magnetspule 20 und der Eisenkreis 33 sind des Weiteren derart aufeinander abgestimmt, dass bei einem Wicklungswiderstand R der Magnetspule 20 von mindestens 800Ω die Ansprechspannung höchstens 18VDC bei Raumtemperatur (≡20°C) beträgt. Als Ansprechspannung wird die minimale Gleichspannung bezeichnet, bei der eine Auslösung erfolgt. Die An- sprechspannung stellt somit eine Untergrenze für die Auslösespannung Ua dar.
In einer alternativen Ausführung weist gemäß FIG 3 das
Joch 21 eine U-förmige Geometrie auf. Dabei sind die Schenke- lenden 40 des Joches 21 mittels eines im wesentlichen ebenen Magnetankers 28 überbrückt. Der Magnetanker 28 ist dabei am Joch 21 schwenkbar gelagert. Das außenseitig über die Schwenkachse 41 hinausstehende Hebelende 42 des Magnetankers 28 steht in Eingriff mit einer Zugfeder 43. Die Zugfeder 43 ist außenseitig am Joch 21 entlanggeführt und mit dem dem Magnetanker 28 abgewandten Ende 44 am Joch 21 derart fixiert, dass sie in Ruhestellung des Auslöserelais 6, d.h. bei plan auf den Schenkelenden 40 des Joches 21 aufliegenden Magnetanker 28, unter Vorspannung steht. Der Permanentmagnet 26 ist in dieser Ausführung stabförmig ausgebildet und liegt in Ruhestellung des Auslöserelais 6 passgenau zwischen dem Boden 25 des Jochs 21 und dem Magnetanker 28 ein. Das Joch 21 und der Magnetanker 28 bilden somit wiederum den Eisenkreis 33. Die Zugfeder 43 übt auf den Magnetanker 28 ein Drehmoment aus, welches den Magnetanker 28 in Richtung des
(gestrichelt angedeuteten) Vollausschlag V beaufschlagt. Diesem Drehmoment wirkt der Permanentmagnet 26 in vorbeschriebener Art und Weise entgegen. Das Anlegen der Auslösespannung Ua an die Magnetspule 20, die auf den der Zugfeder 43 abgewandten Schenkel 45 des Joches 21 aufgesteckt ist, bewirkt ein Aufklappen des Magnetankers 28 in den Vollaus- schlag V. In der Ausführung gemäß FIG 3 wird der Magnetanker 28 daher auch als Klappanker bezeichnet.

Claims

Patentansprüche
1. Schutzschalt-Einrichtung, insbesondere Differenzstrom- Schutzschalter oder Differenzstrom-Zusatz, mit einem magnetischen Auslöserelais (6), das einen aus einem beweglich gelagerten Magnetanker (28) und einem unbeweglichen Joch (21) gebildeten Eisenkreis (33) sowie eine Magnetspule (20) umfasst, wobei der Wicklungswiderstand (R) der Magnetspule (20) mindestens 800Ω bezogen auf Raumtemperatur (≡20°C) beträgt.
2. Schutzschalt-Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Magnetspule (20) und der Eisenkreis (33) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Ansprechspannung des Auslöserelais (6) einen Gleichstrom- betrag von 18 VDC bezogen auf Raumtemperatur (≡20°C) nicht überschreitet .
3. Schutzschalt-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Magnetspu- le (20) und der Eisenkreis (33) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Hubzeit (t) zwischen Anlegen einer Auslösespannung (Ua) an die Magnetspule (20) und erreichtem Vollausschlag (V) des Magnetankers (28) einen Betrag von t=10msec nicht überschreitet.
4. Schutzschalt-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Magnetanker (28) mittels einer Federkraft (Ff) gegen die Magnetkraft (Fm) eines Permanentmagneten (26) derart beauf- schlagt ist, dass der Magnetanker (28) bei stromloser Magnetspule (20) durch eine resultierende Resthaltekraft (F -Ff) am Permanentmagneten (26) gehalten ist, deren Betrag das 500 N/kg-fache der Ankermasse in Kilogramm nicht unterschrei¬ tet .
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