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Dokumentenidentifikation DE3714002C2 05.01.1994
Titel Differenzstromschutzschalter
Anmelder Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München, DE
Erfinder Pohl, Fritz, Dipl.-Phys., 8551 Hemhofen, DE;
Harr, Dieter, Dipl.-Ing., 8400 Regensburg, DE
DE-Anmeldedatum 27.04.1987
DE-Aktenzeichen 3714002
Offenlegungstag 17.11.1988
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.01.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.01.1994
IPC-Hauptklasse H02H 3/33

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen Differenzstromschutzschalter nach dem Prinzip der Transduktorschaltung, dessen Sekundärwicklung mit einem komplexen, überwiegend kapazitiven Meßwiderstand in Serienschaltung an einem Rechteckgenerator angeschlossen ist, wobei an einem Abgriff eine Auswerteschaltung angeschlossen ist, die über eine Auslöseeinrichtung und über ein Schaltschloß eine Schaltkontaktvorrichtung betätigt, wobei weiterhin die Auswerteschaltung durch einen auf Stoßströme oder Stoßspannungen ansprechenden Sensor während der Zeit des Ansprechens durch eine vom Sensor gesteuerte Sperre in der Auslösung gesperrt wird.

Dieser Differenzstromschutzschalter ist Gegenstand des Hauptpatentes 36 43 981.

Gemäß Hauptpatent enthält die Auswerteschaltung eine erste Stufe aus einem Gleichrichter und einem Integrierglied und eine nachgeschaltete zweite Stufe aus einem Schwellwertschalter, zwischen denen ein gegen Bezugspotential schaltbarer Koppelschalter als Sensor und Sperre zwischengeschaltet ist. Der Koppelschalter wird von einem Potential gesteuert, das zwischen dem Rechteckgenerator und dem komplexen Meßwiderstand abgegriffen wird. Der Koppelschalter kann vorzugsweise ein Optokoppelelement enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Differenzstromschutzschalter gemäß Hauptpatent bezüglich seiner Unempfindlichkeit gegenüber kurzzeitig auftretenden Fehlerströmen mit steiler Stirnflanke, großer Amplitude und kurzer Dauer zu verbessern.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Sperre ein Koppelschalter an die Sekundärwicklung eines zusätzlichen, als Sensor wirkenden Summenstromwandlers angeschlossen ist.

Das Eingangssignal des Koppelschalters ist somit unabhängig von der Spannung im Sekundärkreis des ersten Summenstromwandlers. Der Koppelschalter erhält somit eine eigene Spannungsquelle, und eine Überlagerung eines kurzen Stoß-Fehlerstromes mit einem Impuls des Rechteckgenerators ist somit nicht möglich.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel eines Differenzstromschalters gemäß der Erfindung schematisch veranschaulicht ist. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Differenzstromschutzschalters und

Fig. 2 den schaltungsmäßigen Aufbau der Zeitschaltung mit nachfolgender Blockierschaltung für den Koppelschalter.

Der in Fig. 1 dargestellte Differenzstromschutzschalter überwacht einen Außenleiter L und einen Mittelpunktsleiter Mp, die jeweils eine Primärwicklung 3 bzw. 4 eines Summenstromwandlers 2 bilden. Der Sekundärkreis des Summenstromwandlers enthält eine Reihenschaltung eines Rechteckgenerators 5 mit einem Gleichrichter 6 und der Sekundärwicklung 7 dieses Summenstromwandlers sowie mit einem Dämpfungswiderstand 8 und einem Meßwiderstand 9, dessen zweiter Anschluß auf Nullpotential liegt. An dem Meßwiderstand 9 ist der Eingang einer Auswerteschaltung 10 angeschlossen, die ein Gleichrichter- und Integrierglied 101 sowie einen Schwellwertschalter 102 und ein Auswerteglied 103 enthält, dessen nicht näher bezeichneter Ausgang an den Auslöser 11 des Schaltschlosses 12 einer Kontaktvorrichtung 14 angeschlossen ist. Im Sekundärkreis des Summenstromwandlers kann vorzugsweise noch eine Spannungsbegrenzung 18 vorgesehen sein; außerdem kann der Sekundärwicklung 7 des Summenstromwandlers noch ein Filter 20 parallelgeschaltet sein.

Der Auswerteschaltung 10 ist ein Koppelschalter 19 zugeordnet, der zugleich als Sensor und als Sperre für die Auswerteschaltung dient und der im Falle eines kurzzeitig eingestreuten Fehlerstromes mit hoher Amplitude von beispielsweise mehr als 100 A und kurzer Dauer von beispielsweise höchstens einigen µs über seinen Ausgang 43 durch Absenken der Schwellspannung des Schwellwertschalters 102 die Auswerteschaltung 10 während einer mit der Zeitschaltung 30 einstellbaren Zeit sperrt.

Der Eingang 26 des Koppelschalters 19 ist an die Sekundärwicklung 25 eines zusätzlichen Summenstromwandlers 22 angeschlossen, dessen Primärwicklungen in der Figur mit 23 und 24 bezeichnet sind. Der zusätzliche Summenstromwandler 22 enthält vorzugsweise einen in der Figur nicht dargestellten Ringbandkern mit flacher Magnetisierungskennlinie, so daß sich die Sekundärspannung in einem verhältnismäßig weiten Bereich etwa linear mit dem Fehlerstrom ändert. Dadurch ist der zusätzliche Summenstromwandler 22 unempfindlich gegen Fehlerströme mit verhältnismäßig kleiner Amplitude. Die Zeitschaltung des Koppelschalters 19 wird angeregt durch die Spannung an der Sekundärwicklung 25 des zusätzlichen Summenstromwandlers 22, die nur vom Fehlerstrom abhängt. Sie ist galvanisch entkoppelt von der Spannung an der Sekundärwicklung 7 des Summenstromwandlers 2 und kann von der Spannung des Rechteckgenerators 5 nicht beeinflußt werden.

Der Koppelschalter 19 verzögert im Falle eines Fehlerstromes mit großer Amplitude und großer Dauer die Betätigung des Auslösers 11 während einer Zeit von beispielsweise etwa 5 ms, die mit einer Zeitschaltung 30 des Koppelschalters 19 eingestellt werden kann, wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist. In dieser Ausführungsform enthält der Eingang 26 des Koppelschalters 19 einen Gleichrichter 27, dessen Ausgangsspannung durch eine Zenerdiode 28 begrenzt ist und über einen Strombegrenzungswiderstand 29 einer Zeitschaltung 30 als Eingangsspannung vorgegeben ist und über den Steuerstrom I einen Transistor 34 steuert. Der Strombegrenzungswiderstand 29 ist über ein RC-Glied mit einem Widerstand 31 und einer Kapazität 32sowie über einen Gleichrichter 33 an die Steuerelektrode des Transistors 34 angeschlossen, dessen Emitter mit dem Ausgang des Gleichrichters 27 verbunden ist. Durch die Entladezeit des RC-Gliedes ist die Zeitpause definiert, nach der eine erneute Ansteuerung des Transistors 34 möglich ist und die im allgemeinen wenigstens 200 ms beträgt. Der Kollektor des Transistors 34 ist über ein Filterglied 36 mit Widerständen 37 und 38 sowie einer Kapazität 39 an den Eingang einer Blockierschaltung 40 angeschlossen, die einen Transistor 41 und einen Lastwiderstand 42 enthält. Der Ausgang 43 der Blockierschaltung 40 ist mit dem Eingang des Schwellwertschalters 102 der Auswerteschaltung 10 verbunden. Das Filterglied 36 definiert die Einschaltdauer des Transistors 41, beispielsweise t = R × C = 220 nF×8,2 kΩ=1,8 ms, und damit die Sperrzeit, beispielsweise etwa 3 bis 5 ms, der Auswerteschaltung 10. Diese Sperrzeit wird von der Auswerteschaltung 10 benötigt, um die Spannung am Schwellwertschalter 102 wieder auf einen Betrag ansteigen zu lassen, der sich ohne Fehlerstrom einstellt.

Die Größen des Meßwiderstandes 9 und des Dämpfungswiderstandes 8 sind so gewählt, daß ohne Fehlerstrom die Spannung am Schwellwertschalter 102 in der Auswerteschaltung 10 etwa 80% des Schwellwertes erreicht. Mit einem großen Fehlerstrom werden die Kerne der Summenstromwandler gesättigt, ihre Induktivität wirkt wie eine luftgefüllte Spule. Der Spannungsabfall an der Sekundärwicklung 7 sinkt, dementsprechend steigt die Spannung am Meßwiderstand 9 und die Auswerteschaltung 10 erhält ein Eingangssignal, das den Schwellwertschalter 102 durchschaltet; über den Auslöser 11 wird die Schaltvorrichtung 14 ausgelöst.

Dagegen sollen kurze Stoßfehlerströme, die beispielsweise durch Blitzschlag oder auch durch das Ausschalten von Verbrauchern an langen Leitungen eingestreut werden können, nicht zur Auslösung führen. Dies wird erreicht, indem der Koppelschalter 19 bei genügend großen Stoßfehlerströmen, beispielsweise Istoß>1A, durch das Sekundärspannungssignal des zusätzlichen Summenstromwandlers 22 betätigt wird. Die Anregung der Auswerteschaltung wird dann unterdrückt, indem die Spannung am Kondensator des Integriergliedes 101 für eine einstellbare Zeit abgesenkt wird. Während dieser Zeit von beispielsweise etwa 5 ms kann der Schwellwertschalter 102 nicht ansprechen.

Die Auslösung durch Fehlerströme längerer Dauer und großer Amplitude wird durch den Koppelschalter 19 nicht unterdrückt, da dieser die Auswerteschaltung nur kurzzeitig zu sperren vermag und eine wiederholte Betätigung des Koppelschalters erst nach einer Zeitpause von einigen 100 ms möglich ist. Die Auslösezeit bei relativ großen Fehlerströmen, beispielsweise Io > 0,1A, ist dagegen kleiner als beispielsweise etwa 30 ms und entspricht den allgemeinen Prüfanforderungen für Fehlerstromschutzschalter.


Anspruch[de]
  1. 1. Differenzstromschutzschalter nach dem Prinzip der Transduktorschaltung, dessen Sekundärwicklung (7) mit einem komplexen, überwiegend kapazitiven Meßwiderstand (9) in Serienschaltung an einem Rechteckgenerator (5) angeschlossen ist, wobei an einem Abgriff eine Auswerteschaltung (10) angeschlossen ist, die über eine Auslöseeinrichtung (11) und ein Schaltschloß (12) eiine Schaltkontaktvorrichtung (14) betätigt, wobei weiterhin die Auswerteschaltung (10) durch einen auf Stoßströme oder Stoßspannungen ansprechenden Sensor während der Zeit des Ansprechens durch eine vom Sensor gesteuerte Sperre in der Auslösung gesperrt wird, nach Patent 36 43 981, dadurch gekennzeichnet, daß als Sperre ein Koppelschalter (19) an die Sekundärwicklung (25) eines zusätzlichen, als Sensor wirkenden Summenstromwandlers (22) angeschlossen ist.
  2. 2. Differenzstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Summenstromwandler (22) einen Ringbandkern mit flacher Magnetisierungskennlinie enthält.






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