WO2001020742A1

WO2001020742A1 - Fehlerstrom-schutzeinrichtung

Info

Publication number: WO2001020742A1
Application number: PCT/DE2000/002769
Authority: WO
Inventors: Bernhard Bauer
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 2000-08-16
Publication date: 2001-03-22
Also published as: DE19943801A1

Abstract

Um auch bei großen Leiterquerschnitten und einem daraus resultierenden großen Durchmesser des Summenstromwandlers einen ausreichenden Schutz gegenüber Fehlerströmen und gleichzeitig eine möglichst einfache Ausgestaltung des Schutzschalters zu erzielen, sind eine pulsstromsensitive Erfassungseinheit (4) und eine gleichstromsensitive Erfassungseinheit (6) vorgesehen, welche für unterschiedliche Bemessungsfehlerströme (IΔn) ausgelegt sind. Vorteilhafterweise ist die Empfindlichkeit für Gleichfehlerströme, die sich bei kleinen Bemessungsfehlerströmen (IΔn) nur schwer nachweisen lassen, gegenüber der für Wechselfehlerströme eingestellten Empfindlichkeit reduziert. Mit der Schutzeinrichtung (2) wird im Hinblick auf pulsierende Gleichfehlerströme und Wechselfehlerströme ein Schutz bei direktem Berühren und/oder indirektem Berühren und im Hinblick auf Gleichfehlerströme ein Schutz bei indirektem Berühren gewährleistet.

Description

Beschreibung

Fehlerstrora-Schutzeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mit einer pulsstromsensitiven Erfassungseinheit und mit einer gleichstromsensitiven Erfassungseinheit.

Die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung wird in elektrischen Anla- gen zum Schutz des Menschen vor gefährlichen Körperströmen eingesetzt. Sie wird auch als Schutzschalter oder Schutzschalterzusatz bezeichnet, je nachdem ob es sich um ein eigenständiges Gerät oder einen Zusatzbaustein für ein Schaltgerät handelt. Der Schutzschalter erfasst einen in einem Lei- ternetz auftretenden Fehlerstrom. Dabei wird zwischen einem glatten Gleichfehlerstrom, einem pulsierenden Gleichfehlerstrom und einem Wechselfehlerstrom unterschieden.

Der Schutzschalter hat einen Summenstromwandler, durch den Leiter des Leiternetzes geführt sind. Um den Summenstromwandler ist eine Spule gewickelt. Bei Auftreten des pulsierenden Gleichfehlerstroms oder des Wechselfehlerstroms wird in der Spule eine Spannung induziert, welche über eine Auswerteschaltung erfasst wird, und bei Vorliegen von Auslöse- kriterien zu einem Auslösen des Schutzschalters führt. Dieser trennt dann über einen Schaltmechanismus die Leiter des Leiternetzes. Schutzschalter, die für pulsierende Gleichfehlerstrome und Wechselfehlerströme ausgelegt sind, werden als pulsstromsensitiv bezeichnet und einer Kategorie „TYP A* zu- geordnet. Hierzu eignen sich netzspannungsunabhängige Feh- lerstrom-Schutzschalter (Fl-Schalter) .

Zur Erfassung des Gleichfehlerstroms wird ein anderes Messprinzip herangezogen, da der Gleichfehlerstrom keine Spannung in der Spule induziert. Schutzschalter, die zur Erfassung eines Gleichfehlerstroms ausgestaltet sind, werden als gleichstromsensitiv bezeichnet. Bei derartigen Schutzschaltern wird c co M M P» P> cπ o ( l O π o Cπ

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O 01/20742

3 rühren, d.h. wenn ein über den Schutzleiter geerdetes Gehau- seteil eines elektrischen Gerätes im Fehlerfall berührt wird, bieten Schutzschalter mit einem Bemessungsfehlerstrom von

> 30mA, beispielsweise 300mA, bei Einhaltung des vorge- schriebenen Erdungswiderstandes bereits zuverlässigen Schutz. Ein derartiger Fehlerfall liegt dann vor, wenn ein Kurz- schluss zwischen einem spannungsführenden Teil und leitfahi- gen Gehauseteilen auftritt.

Leiter, die für hohe Nennstrome, beispielsweise für Strome

> 100A ausgelegt sind, haben einen relativ großen Leiterdurchmesser. Dadurch weist der um die Leiter geführte Kern des Summenstromwandlers eine entsprechend große Eisenweglange auf. Bei einem kleinen Fehlerstrom (beispielsweise 30mA) tritt eine relativ kleine spezifische magnetische Feldstärke pro Längeneinheit auf, so daß der Kern des Summenstromwandlers nur geringfügig magnetisiert wird. Die Erfassung von kleinen Gleichfehlerstromen in für hohe Nennstrome ausgelegten Leiternetzen ist daher sehr schwierig und aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fehlerstrom- Schutzemπchtung anzugeben, die sowohl pulsstromsensitiv als auch gleichstromsensitiv ist, einen einfachen Aufbau aufweist und eine ausreichende Schutzfunktion bietet.

Die Aufgabe wird gelost durch eine Fehlerstrom-Schutzvorrich- tung mit einer pulsstromsensitiven und mit einer gleichstrom- sensitiven Erfassungseinheit, wobei den beiden Erfassungs- emheiten unterschiedliche Bemessungsfehlerstromen zugeordnet sind.

Die Erfindung geht hierbei zum einen von der Überlegung aus, dass für unterschiedliche Fehlerstromarten die Wahrscheinlichkeit für deren Auftreten unterschiedlich hoch ist, und dass zum anderen die Schutzanforderungen bezüglich der Fehlerstromarten unterschiedlich sind, um einen ausreichenden Schutz des Menschen zu gewährleisten. Die Erfassungseinheiten O 01/20742

4 für die unterschiedlichen Fehlerstromarten mit unterschiedlichen Bemessungsfehlerstromen bieten den Vorteil, dass bei kleinen Bemessungsfehlerstromen die Schutzeinrichtung (Schutzschalter) im Hinblick auf die Erfassung einer der bei- den Fehlerstromarten einfach ausgestaltet sein kann.

Der Schutzschalter ermöglicht zudem, seine Schutzfunktion an die Schutzanforderungen im Hinblick auf die unterschiedlichen Fehlerstromarten anzupassen. Bei dieser Überlegung wird be- wüßt von Normen abgewichen, wonach für allstromsensitive Schutzvorrichtungen nur ein für alle Fehlerstromarten geltender Bemessungsfehlerstrom vorgesehen ist. Die Schutzeinrichtung legt bezüglich der verschiedenen Fehlerstromarten unterschiedliche Bemessungsfehlerstrome zugrunde. Beispiels- weise erfüllt der Schutzschalter mit seinem pulsstromsensi- tiven Erfassungstell die Norm für Bemessungsfehlerstrome von 30mA, wohingegen die gleichstromsensitive Erfassungseinheit lediglich die Norm für einen Bemessungsfehlerstrom von 300mA erfüllt.

Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt ist darin zu sehen, dass aufgrund der unterschiedlichen Bemessungsfehlerstrome eine weitgehend unabhängige Erfassung von Wechselfehlerstro- men und Gleichfehlerstromen möglich ist. Beispielsweise wird die pulsstromsensitive Erfassung durch die Überlagerung von Gleichfehlerstromen unterhalb der Auslosegrenze der gleich- stromsensitiven Erfassungseinheit nicht beeinträchtigt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der der pulsstrom- sensitiven Erfassungseinheit zugeordnete Bemessungsfehlerstrom kleiner als der doppelte Bemessungsfehlerstrom und insbesondere kleiner als der einfache Bemessungsfehlerstrom der gleichstromsensitiven Erfassungseinheit .

Dieser Ausfuhrung liegt die Überlegung zugrunde, dass insbesondere bei Leitern, die f r hohe Nennstrome ausgelegt sind, das Erfassen von geringen glatten Gleichfehlerstromen co c_ r r P> P>

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7 der aus der Kombination der beiden Erfassungseinheiten hervorgehende Schutzschalter innerhalb der gewünschten Bereiche zuverlässig auslost.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigen:

FIG 1 eine schematische Gehauseansicht zweier miteinander gekoppelter Erfassungseinheiten und FIG 2 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der beiden Erfassungseinheiten und ihrer Kopplung miteinander.

Gemäß FIG 1 umfasst eine Fehlerstrom-Schutzemπchtung 2 eine erste, pulsstromsensitive Erfassungseinheit 4 und eine zweite, gleichstromsensitive Erfassungseinheit 6. Die beiden Erfassungseinheiten 4 , 6 sind über eine Schnittstelle 8, beispielsweise eine Steckverbindung, miteinander gekoppelt. Durch die Schutzeinrichtung 2 sind Leiter Ll bis L3, N (N steht für Nulleiter) gefuhrt.

Wie der FIG 1 zu entnehmen ist, kann für die pulsstromsensitive Erfassungseinheit 4 der Bemessungsfehlerstrom 1^ auf die Werte 30, 100, 300 und 500mA eingestellt werden. Zugleich kann an der pulsstromsensitive Erfassungseinheit 4 eine Zeit- verzogerung td zwischen 0 und 500ms eingestellt werden. Für die beiden Einstellmoglichkeiten ist jeweils ein Drehknopf 10 vorgesehen.

Da die beiden Erfassungseinheiten 4,6 als separate Baueinheiten ausgebildet sind, ist es äußerst vorteilhaft, wie m der FIG 1 dargestellt ist, daß die beiden Erfassungseinheiten "jeweils eine Markierung 12 aufweisen. Die Markierung 12 gibt durch das Symbol für Wechselstrom/pulsierender Gleichstrom auf der pulsstromsensitiven Erfassungseinheit 4 bzw. durch das Symbol für glatten Gleichstrom auf der gleichstromsensitiven Erfassungseinheit 6 an, für welche Fehlerstromart die o co M r P¹ P¹

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tiven Erfassungseinheit 6. Die beispielsweise auf einen Bemessungsfehlerstrom I_Δn von 300mA eingestellte gleichstromsensitive Erfassungseinheit 6 bietet dabei Schutz bei indirektem Berühren und Brandschutz für glatte Gleichfehlerstrome. Da die Gefährdung bei direktem Berühren durch glatte Gleichfehlerstrome äußerst unwahrscheinlich ist, ist somit ein sehr hoher Schutzpegel erzielt.

Claims

Patentansprüche

1. Fehlerstrom-Schutzvorrichtung (2) mit einer pulsstromsensitiven Erfassungseinheit (4) und mit einer gleichstromsensitiven Erfassungseinheit (6), d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass den beiden Erfassungseinheiten (4,6) unterschiedliche Bemessungsfehlerströme (I_Δn) zugeordnet sind.

2. Schutzvorrichtung 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 der der pulsstromsensitiven Erfassungseinheit (4) zugeordnete Bemessungsfehlerstrom (!__,) kleiner als der doppelte Bemessungsfehler- ström (IΔΠ) und insbesondere kleiner als der einfache Bemessungsfehlerstrom (I_ΛΠ)Λ der gleichstromsensitiven Erfassungseinheit (6) ist.

3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Bemessungsfehlerstrom (I_ΔΠ) der pulsstromsensitiven Erfassungseinheit (4) und/oder der gleichstromsensitiven Erfassungseinheit (6) einstellbar ist.

4. Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die beiden Erfassungseinheiten (4,6) mit einem gemeinsamen Auslöser (24) verbunden sind.

5. Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zumindest ein Zeitverzögerungsmodul (22) vorgesehen ist .

6. Schutzvorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für beide Erfas- O 01/20742

13 sungseinheiten (4,6) ein gemeinsames Zeitverzögerungsmodul (22) vorgesehen ist.

7. Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die beiden Erfassungsteile (4,6) separate Baueinheiten bilden, die über eine Schnittstelle (8) miteinander koppelbar sind.

8. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die beiden Erfassungseinheiten (4,6) in einem gemeinsamen Gehäuse (13) angeordnet sind.

9. Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jeweils die eine Erfassungseinheit (z.B. 4) des einen Typs eine Markierung (12) aufweist, wobei die Markierung (12) angibt, für welchen Bemessungsfehlerstrom (I_ΔΠ) die jeweils andere Erfassungseinheit (z.B. 6) auszulegen ist.