EARTH LEAKAGE CIRCUIT BREAKER

Abstract: 1. In use, an earth leakage circuit breaker with a sum current transformer (3) having a primary winding of magnitude sufficient at 50 Hz, in whose secondary circuit is arranged a triggering device (4) following the principle of a holding magnet and wherein the secondary circuit between the sum current transformer (3) and the triggering device (4) contains a rectifier arrangement (7), the circuit serving as a frequency-independent earth leakage circuit breaker in a frequency range from 16 2/3 Hz to 30 kHz.

Description: Fehlerstromschutzschalter Die Erfindung bezieht sich auf einen Fehlerstromschutzschalter, in dessen Sekundärkreis eines Summenstromwand- lers mit einer bei 50 Hz ausreichenden Primärwindungszahl eine Auslöseeinrichtung nach dem Prinzip eines Haltemagneten angeordnet ist. Fehlerstromschutzschalter, die mit einer üblichen Auslöseeinrichtung nach dem Prinzip eines Haltemagneten versehen sind, arbeiten in der Regel bei 50 Hz. Wenn solche Fehlerstromschutzschalter Verbraucher in Netzen mit anderer Frequenz schützen sollen, stört die Frequenzabhängigkeit des Haltemagnetsystems. Marktübliche Haltemagnete sind bei 50 Hz am empfindlichsten und da ihr Auslösebreich bei niedrigeren Frequenzen und besonders bei höheren Frequenzen zu höheren Auslöseströmen ansteigt, sind besondere Vorkehrungen erforderlich, um ein Auslösen bei geforderten Werten sicherzustellen. Mit einem üblichen Haltemagnetsystem konnten bisher nur Fehlerstromschutzschalter für einen Einsatz bis maximal 400 Hz bei Nennströmen von 25 A für Nennfehlerströme von 30 mA durch gezielte Massnahmen im Einzelfall realisiert werden. Um einen Fehlerstromschutzschalter für Betriebsfrequenzen zu ertüchtigen, die von den üblichen 50 Hz abweichen, ist bisher die Primärwindungszahl erhöht worden. Zusätzlich musste der Prüfstromireis, mit dem die Einsatztüchtigkeit des Fehlerstromschutzschalters geprüft werden kann, besonders angefertigt bzw. eingestellt werden. Durch solche Massnahmen entsteht aus einem marktüblichen Fehlerstromschutzschalter eine Sondertype für einen engen Frequenzbereich, der von den üblichen 50 Hz abweicht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fehler stromschutzschalter zu entuickeln, der im Frequenzbereich der technisch genutzten Frequenzen frequenzunabhängig ist, der also mit anderen Worten: ohne Anpassungsänderungen bei diesen Frequenzen sicher Auslösen und Verbraucher schützen kann. Die Lösung der geschilderten Aufgabe besteht nach der Erfindung darin, dass im Sekundärkreis zwischen Summenstromwandler und Auslöseeinrichtung eine Gleichrichteranordnung eingeschaltet ist. Ein üblicher Fehlerstromschutzschalter mit einem Haltemagneten und einer bei 50 Hz ausreichenden Primärwindungszahl kann dadurch in einem Frequenzbereich von 16 2/3 Hz bis 30 kllz eingesetzt werden. Mit den üblichen Anpassungsmassnahmen kam man im Einzelfall dagegen nur zu einer Einsatzmöglichkeit bis 400 Hz. Beim erfindungsgemässen Fehlerstromschutzschalter ist lediglich durch geeignete Auswahl des Wandlermaterials und der Bewicklung dafür zu sorgen, dass so viel Spannung auf der Sekundärseite induziert wird, dass die Schwellspannung der Gleichrichteranordnung um den Betrag überschritten wird, der zur Auslösung des Haltemagnetsystems bei 50 Hz ausreicht. Ein Fehlerstromschutzschalter mit älterem Zeitrang (DE: P 32 30 557.5), bei dem die Anschlussleitungen zur Auslöseeinrichtung durch einen spannungsabhängigen Widerstand überbrückt sind, um Stossstromfestigkeit zu erreichen, weist in der Ausführung mit Speicherschaltung zwischen dem spannungsabhängigen Widerstand und dem Auslöser der Auslöseeinrichtung eine Gleichrichterbrücken schaltung auf, in deren Brückenzweig der Auslöser und in Parallelschaltung hierzu der Speicherkondensator der Speicherschaltung angeordnet ist. Eine weitergehende Dbereinstimmung liegt nicht vor, insbesondere ist aus der Fehlerstromschutzschaltungsanordnung mit älterem Zeitrang nicht zu entnehmen, dass ein solcher Fehlerstromschutzschalter frequenzunabhängig sei, insbesondere ist das dann nicht zu entnehmen, wenn der überbrückende Widerstand, um Stossfestigkeit zu erreichen, und der Speicherkondensator für eine an sich bekannte Speicherauslösung nicht benötigt werden. Der Fehlerstromschutzschalter nach der Erfindung kann überraschenderweise auch für Fehlerströme mit Gleich stromkomponenten empfindlich gemacht werden Hierfür kann zwischen der Gleichrichteranordnung und der Sekun därwicklung des Summenstromwandlers in an sich bekannter Weise (DE-PS 20 36 497) in Reihen- oder Parallelschaltung ein Kondensator angeordnet werden, der in etwa auf Resonanz auf die Frequenz der Spannung abgestimmt ist, die ein Gleichstromkomponenten enthaltender Fehlerstrom des Primärkreises im Sekundärkreis induziert. Es empfiehlt sich dabei, für den Summenstromwandler ein Kernmaterial mit F-Charakteristik zu verwenden, wie es für sich gesehen zur Erfassung von Fehlerströmen mit Gleichstromkomponen- ten bekannt ist (DE-AS 20 44 302). Diese Massnahme kann auch ohne Resonanzkondensator ausreichen. Als Xernmaterial eignet sich danach beispielsweise Ultraperm 80 von VAC. Als Gleichrichteranordnung eignet sch insbesondere ein Brückengleichrichter sowie eine Kaskaden- bzw. Villard Schaltung, eine Delon-Schaltung oder auch eine Delon Verdopplerschaltung. Die Lösung der oben geschilderten Aufgabe kann auch allgemein in der Verwendung eines Fehlerstromschutzschalters mit den zuvor geschilderten Merkmalen als frequenzunabhängigen Fehlerstromschutzschalter gesehen werden, und zwar in einem Frequenzbereich von 16 2/3 Hz bis 30 kHz, wobei auch der Prüfstromkreis unverändert beibehalten werden kann. Dagegen konnte man durch gezielte Anpassungsmassnahmen solche Fehlerstromschutzschalter lediglich für einen Einsatz bis 400 Hz und dort nur in einem engen Frequenzbereich ertüchtigen. Die Erfindung soll nun anhand von in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden: In Fig. 1 ist ein frequenzunabhängiger Fehlerstromschutzschalter mit einer Gleichrichteranordnung als Brückengleichrichter wiedergegeben. In Fig. 2 ist ein frequenzunabhängiger Fehlerstromschutzschalter mit einer Gleichrichteranordnung als Kaskadenbzw. Villard-Schaltung veranschaulicht. In Fig. 3 ist ein Fehlerstromschutzschalter mit Delon Schaltung dargestellt. In Fig. 4 ist ein Fehlerstromschutzschalter mit einer Gleichrichteranordnung als Delon-Verdopplerschaltung wiedergegeben. In Fig. 5 ist bei einem Fehlerstromschutzschalter nach Fig. 1 veranschaulicht, wie er durch einen Kondensator in Reihenschaltung zwischen Sekundärwicklung und Gleichrichteranordnung für Fehlerströme mit Gleichstromkomponenten empfindlich gemacht werden kann. Der Fehlerstromschutzschalter nach Fig. 1 überwacht die Leiter 1 und 2, die als Primärwindungen durch den Summen stromwandler 3 geführt sind. Im Sekundärkreis des Summen stromwandlers ist eine Auslöseeinrächtung 4 nach dem Prinzip eines Haltemagneten angeordnet. Sie steht in Wirkverbindung mit einem Schaltschloss 5, das die Schaltkontakte 6 öffnen kann. Im Sekundärkreis ist zwischen Summenstromwandler 3 und Auslöseeinrichtung 4 eine Gleichrichteranordnung 7 eingeschaltet. Im Ausführungsbeispiel ist die Gleichrichteranordnung 7 als Brückengleichrichter ausgebildet, an dessen einem Brückenzweig die Sekundärwicklung 8 und an dessen anderem Brücken zweig die Auslöseeinrichtung 4 angeschlossen ist. Wesentlich ist, dass auf der Sekundärseite des Summenstromwandlers gleichgerichtete Spannungen keine Frequenzabhängigkeit aufweisen. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Gleichrichteranordnung 7 als Kaskaden- bzw. Villard-Schaltung ausgebildet. In der Ausführung nach Fig. 3 ist die Gleichrichteranordnung als Delon-Schaltung ausgebildet. Nach Fig. 4 wird eine Delon-Verdopplerschaltung als Gleichrichteranordnung verwendet. Der Fehlerstromschutzschalter nach Fig. 5 weist im wesentlichen den Aufbau nach Fig. 1 auf. Zwischen der Gleichrichteranordnung 7 und der Sekundärwicklung 8 des Summenstromwandlers ist eine Reihenanordnung jedoch ein Kondensator geschaltet, der in etwa auf Resonanz auf die Frequenz der Spannung abgestimmt ist, die-ein Gleichstromkomponenten enthaltender Fehlerstrom des Primärkreises im Sekundärkreis induziert. Anstelle des Kondensators 9 in Reihenanordnung kann ein Kondensator auch in Parallelschaltung eingesetzt werden. Solche Fehlerstrom- schutzschalter sprechen nicht nur auf Wechselstrom-Fehlerströme sondern auch auf solche Fehlerströme an, die Gleichstromkomponenten enthalten, bei denen übliche Fehlerstromschutzschalter nicht ansprechen können. Nach der erfindungsgemässen Lehre kann jeder serienmässige Fehlerstromschutzschalter in Wechselstromausführung zu einem frequenzunabhängigen Fehlerstromschutzschalter mit breitem Einsatzgebiet in einfachster Weise umgerüstet werden. Darüber hinaus kann in der geschilderten Weise auch sichergestellt werden, dass der Fehlerstromschutzschalter auf Fehlerströme mit GleichstTomomponenten zusätzlich anspricht. Alle solche Fehlerstromschutzschalter weisen darüber hinaus den Vorteil auf. dass sie sicher Auslösen, solange Fehlerströme eine verbraucherseitige Gefährdung darstellen, da sie für ihren Betrieb netzunabhängig sind. Andere bekannte elektronische Fehlerstromschutzschalter benötigen hingegen ein intaktes Netz, um arbeiten zu können. Die erfindungsgemässen Fehlerstromschutzschalter lösen auch dann noch aus, wenn das Netz, z. B. ein Mehrleiternetz, teilweise gestört oder unterbrochen ist, aber ein Fehlerstrom noch fliessen kann. 8 Patentansprüche 5 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Fehlerstromschutzschalter, in dessen Sekundärkreis eines Summenstromwandlers (3) mit einer bei 50 Hz ausreichenden Primärwindungszahl eine Auslöseeinrichtung (4) nach dem Prinzip eines Haltemagneten angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Sekundärkreis zwischen Summenstromwandler (3) und Auslösen einrichtung (4) eine Gleichrichteranordnung (7) eingeschaltet ist. 2. Fehlerstromschutzschalter 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 Gleichrichteranordnung (7) als Brückengleichrichter ausgebildet ist, an dessen einem Brückenzweig die Seundärwick- lung (8) und dessen anderem Brücken zweig die Auslöseeinrichtung (4) angeschlossen ist. 3. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, d a dur c h g e k e n n z e ich n e t, dass die-Gleichrichteranordnung (7) als Kaskaden- bzw. Villard-Schaltung ausgebildet ist. 4. Fehlerstromschutzschalter 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 Gleichrichteranordnung (7) als Delon-Schaltung ausgebildet ist. 5. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, dass die Gleichrichteranordnung (7) als Delon-Verdopplerschaltung ausgebildet ist. 6. Fehlerstromschutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Summenstromwandler (3) aus einem ernmaterial mit F-Charakteristik besteht. 7. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zwischen der Gleichrichteranordnung (7) und der Sekundärwicklung (8) des Summenstromwandlers (3) in Reihen- oder Parallelschaltung ein Kondensator (9) angeordnet ist, der zumindest in etwa auf Resonanz auf die Frequenz der Spannung abgestimmt ist, die ein Gleichstromkomponenten enthaltender Fehlerstrom des Primärkreises im Sekundärkreis induziert. 8. Verwendung eines Fehlerstromschutzschalters nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als frequenzunabhängigen Fehlerstromschutzschalter in einem Frequenzbereich von 16 2/3 Hz bis 30 kHz.

Inventors: STICH, KARL-HEINZ
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1983
Main classification: H02H3
IPC codes: H02H3