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Dokumentenidentifikation DE102006040481A1 13.09.2007
Titel Erdschluss-Stromkreisunterbrecher
Anmelder Mitsubishi Electric Corp., Tokyo, JP
Erfinder Miyoshi, Nobuo, Okayama, JP
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Anmeldedatum 30.08.2006
DE-Aktenzeichen 102006040481
Offenlegungstag 13.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.09.2007
IPC-Hauptklasse H02H 3/16(2006.01)A, F, I, 20060830, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H02H 3/33(2006.01)A, L, I, 20060830, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Erdschluss-Stromkreisunterbrecher schließt ein: einen Nullreaktanzstromtransformator (65), der einen Fehlerstrom eines Dreiphasenschaltkreises erfasst, wobei durch den Nullreaktanzstromtransformator (65) drei Energieleitungen der Dreiphasenschaltkreise durchgeführt werden; eine Fehlerstromerfassungsschaltung, die einen Pegel des durch den Nullreaktanzstromtransformator (65) erfassten Fehlerstroms bestimmt; eine elektromagnetische Einheit (3), die einen Schaltmechanismus, ansprechend auf den Erfassungspegel, betreibt; eine Vielzahl von Stromkreiskontakten (64), die den Dreiphasenschaltkreis öffnen, wenn der Schaltmechanismus durch die elektromagnetische Einheit (3) betrieben wird; und eine Gleichrichterschaltung (4), die ein Gleichrichten zum Zuführen von Betriebsenergie von den drei Energieleitungen zu der Fehlerstromerfassungsschaltung (1) und der elektromagnetischen Einheit (3) durchführt, wobei die Gleichrichterschaltung (4) Halbwellengleichrichtung durchführt und wobei die elektromagnetische Einheit (3) mit einer, bezogen auf die Gleichrichterschaltung (4), nachfolgenden Stufe verbunden ist.

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Erdschluss-Stromkreisunterbrecher, der einen Stromkreis öffnet, wenn ein Fehlerstrom des Stromkreises einen vorbestimmten Wert übersteigt, und insbesondere betrifft sie die Verbesserung im Erzeugen einer Energieversorgungsspannung, die als Antriebsquelle für eine solche Funktion dient.

2. Beschreibung des Standes der Technik

In weitgehend allen derzeit verwendeten Erdschluss-Stromkreisunterbrechern wird ein solches Verfahren verwendet, dass eine durch einen Nullreaktanzstromtransformator erfasste Pegelerfassung des Signals durch eine Fehlerstromerfassungsschaltung vorgenommen wird und dann ein Treibersignal ausgegeben wird an eine elektromagnetische Einheit zum Öffnen eines Stromkreises, wenn der Pegel des Signals höher ist als ein vorbestimmter Wert. Diese Fehlerstromerfassungsschaltung wird in dem Erdschluss-Stromkreisunterbrecher eingebaut und beispielsweise durch eine integrierte Schaltung konstruiert und auch diese elektromagnetische Einheit wird in dem Erdschluss-Stromkreisunterbrecher eingebaut. In diesem Fall muss eine Betriebsenergie zu der Fehlerstromerfassungsschaltung und der elektromagnetischen Einheit zugeführt werden, und diese Betriebsenergie wird durch Verringern der inneren Spannung des Erdschluss-Stromkreisunterbrechers (z.B. eine Stromkreiswechselspannung von 400 V) auf eine vorbestimmte Spannung (z.B. 12 V Gleichspannung) bereitgestellt. Zu diesem Zeitpunkt ist es üblich, dass die Betriebsenergie von den äußeren zwei Polen, d.h., den R-T-Phasen der drei Pole extrahiert wird (zur Vereinfachung der Erläuterung werden diese nachstehend als eine "R-Phase", eine "S-Phase" und eine "T-Phase" erwähnt. Das heißt, die S-Phase entspricht dem mittleren Pol) in dem dreipoligen Erdschluss-Stromkreisunterbrecher. Diese Situation wird die Verbindung zwischen den R-T-Phasen, welche den Nachteil in Bezug auf den Fall mit sich bringt, bei dem der dreipolige Erdschluss-Stromkreisunterbrecher in einer Einphasenschaltung verwendet wird (siehe beispielsweise JP-A-2002-78187, Seite 4, Zeilen 6 bis 13, 1).

Unterdessen richtet sich die Globalisierung nicht nur auf diesen Erdschluss-Stromkreisunterbrecher, sondern auf die Energieverteilungseinheiten, das heißt, die sogenannte globale Standardisierung wird lange Zeit benötigt. Konkret wird der Erdschluss-Stromkreisunterbrecher basierend auf IEC (International Standard) 60947-2 Annex B gefordert. In diesem Fall kann als ein Unterschied von dem traditionellen JIS (Japanischer Industriestandard) C8371 (d.h., ein für Japan einzigartiger Standard) eine solche Bedingung aufgelistet werden, dass, selbst wenn eine gewisse Phase von Dreiphasenschaltkreisen geöffnet wird, eine Fehlerstromerfassungsfunktion normal arbeiten muss. Demnach, wie oben beschrieben, wird in dem Fall, in dem eine Spannung von der Verbindung zwischen den R-T-Phasen extrahiert wird, kein Problem verursacht, wenn die S-Phase geöffnet ist, aber die Fehlerstromerfassungsfunktion wird unmittelbar verloren, wenn entweder die R-Phase oder die T-Phase geöffnet wird.

Um diesen Verlust der Fehlerstromerfassungsfunktion zu vermeiden, ist ein solches System bekannt gewesen, das die Betriebsenergie von jeder Phase der Dreiphasenschaltkreise extrahiert worden ist und dann durch die Gleichrichterschaltung gleichgerichtet wird und verringert wird auf eine vorbestimmte Spannung. Gemäß diesem System wird die Fehlerstromerfassungsfunktion, weil die Betriebsenergie von den verbleibenden zwei Phasen erzeugt werden kann, selbst wenn eine gewisse Phase geöffnet wird, fortgesetzt normal betrieben. Auch wenn dieses System in der Einphasenschaltung verwendet wird, kann ein solches System einen Welligkeitseffekt (Ripple) haben, dass die S-Phase nicht immer offengelassen werden sollte, d.h., ein solches System kann zwischen den R-S-Phasen oder den S-T-Phasen verbunden werden (siehe beispielsweise JP-A-2005-158559, Zeilen 15 bis 17, 1 und 2).

RESÜMEE DER ERFINDUNG

Wie aus JP-A-2002-78187 und JP-A-2005-158559 ersichtlich, ist es wohlbekannt, dass die Ausgangsgröße von der Fehlerstromerfassungsschaltung, die durch die obige integrierte Schaltung aufgebaut wird, den Thyristor (ein Bezugszeichen 142 in 1 der JP-A-2002-78187 oder ein Bezugszeichen TH in 2 der JP-A-2005-158559) EIN-schaltet und die elektromagnetische Einheit (ein Bezugszeichen 141 in 1 der JP-A-2002-78187 oder ein Bezugszeichen TC in 2 der JP-A-2005-158559) erregt zum Öffnen des Stromkreises des Erdschluss-Stromkreisunterbrechers. Zu dieser Zeit ist es üblich, dass die Ausgangsgröße der Fehlerstromerfassungsschaltung synchron mit dem Fehlerstrom in dem Stromkreis betrieben wird, mit anderen Worten, die Fehlerstromerfassungsschaltung setzt das Ausgeben des Signals so lange fort wie eine Pegelentscheidung des durch den Nullreaktanzstromtransformator erfassten Signals einen vorbestimmten Wert übersteigt, aber stoppt (was Zurücksetzen genannt wird) die Ausgabe, wenn die Pegelentscheidung des Signals unter einen vorbestimmten Wert fällt. Dies bedeutet, dass ein Strom kontinuierlich über den Thyristor in die elektromagnetische Einheit fließt, sofern die Pegelentscheidung des Signals den vorbestimmten Wert übersteigt. Tatsächlich, wie oben beschrieben, wird der Stromkreis durch Erregung der elektromagnetischen Einheit geöffnet, d.h. die Energiezufuhr zu der elektromagnetischen Einheit wird aufgetrennt. Demnach ist es offenbar, dass das Problem wie Verbrennen der elektromagnetischen Einheit oder Ähnliches beispielsweise nicht aufkommt.

Unterdessen wird auf das Installieren nicht nur des Erdschluss-Stromkreisunterbrechers, sondern auch des Stromkreisabschalters normalerweise die obere Seite auf einer Schalttafel als Energiezufuhrseite festgelegt und die untere Seite wird als Lastseite festgelegt (dies wird nachstehend als eine "normale Verbindung" bezeichnet) (unter Betrachtung der 2 von JP-A-2002-7818T). Manchmal wird von einem Gesichtspunkt der Verwendung oder des Erscheinens vorgezogen, dass die Energiezufuhrseite und die Lastseite vertauscht werden sollten, d.h., die obere Seite sollte als die Lastseite festgelegt werden und die untere Seite sollte als die Energiezufuhrseite festgelegt werden (dies wird nachstehend als eine "umgekehrte Verbindung" bezeichnet), basierend beispielsweise auf einen Zusammenhang zu dem Bus in der Schaltanlage. In diesem Fall wird, selbst wenn der Stromkreis in dem Erdschluss-Stromkreisunterbrecher ansprechend auf die Fehlerstromerfassung geöffnet wird, das Anwenden der Energiezufuhr (ein Bezugszeichen 10A auf der rechten Seite in 1 der JP-A-2002-78187 kennzeichnet die Energiezufuhrseite oder ein Bezugszeichen 3B in 2 der JP-A-2005-158559 kennzeichnet die Energiezufuhrseite) zu Elektronikschaltungen, die die Fehlerstromerfassungsschaltung enthalten, noch fortgesetzt. Demnach muss unvermeidlich in dem Fall, dass diese Energiezufuhr fortgesetzt wird, eine thermische Toleranz der Elektronikteile, die die elektromagnetische Einheit enthalten, berücksichtigt werden.

Jedoch, wie aus JP-A-2005-158559 ersichtlich, fließt, weil die Gleichrichterschaltung (Bezugszeichen 41) ein Vollwellengleichrichter ist, ein Strom des Thyristors niemals durch einen Nullpunkt und demnach setzt der Thyristor fort, seinen leitfähigen Zustand beizubehalten. In diesem Fall, selbst wenn der Fehlerstrom durch Öffnen des Stromkreises gestoppt wird, d.h., die Zufuhr eines Gate-Stroms zum Thyristor unterbrochen wird, setzt der Thyristor noch das Aufrechterhalten seines leitenden Zustandes fort. Als ein Ergebnis wird, da der Strom kontinuierlich in die elektromagnetische Einheit fließt, das Verbrennen der elektromagnetischen Einheit herbeigeführt. Demnach sollte in dem Erdschluss-Stromkreisunterbrecher im Stand der Technik das Angeben der Wirkung, dass die Umkehrverbindung unterbunden werden sollte, dem Produkt zugefügt werden oder eine solche Gegenmaßnahme sollte ergriffen werden, dass wenn die umgekehrte Verbindung zugelassen wird, sollte beispielsweise ein Schalter, der gemeinsam mit dem Stromkreiskontakt kooperiert, zwischen der Energieversorgungsleitung und der Gleichrichterschaltung vorgesehen sein, und dann sollte dieser Schalter auch AUS-geschaltet werden zum Unterbrechen der Energiezufuhr, wenn der Erdschluss-Stromkreisunterbrecher "geöffnet" wird oder Ähnliches. In jedem Fall wird eine Unbequemlichkeit bei der Benutzung oder eine Erhöhung der Kosten unvermeidbar. Speziell, wenn die Energie von jeder Phase des Dreiphasenschaltkreises zugeführt wird, wie in JP-A-2005-158559 dargelegt, werden zumindest zwei Schalter benötigt (bedingt durch die Tatsache, dass wie oben beschrieben der Erdschluss-Stromkreisunterbrecher selbst betreibbar ist, wenn die Offen-Phase verursacht wird). Demnach wird eine Zunahme der Kosten so groß, dass ihr Einfluss nicht vernachlässigt werden kann. In diesem Fall ist es unnötig, zu sagen, dass der Grund, warum die "durch das Fortsetzen der Thyristorleitfähigkeit verursachte Vollwellengleichrichtung verwendet wird", die in einer stabilen Gleichspannung ist, die von dieser Vollwellengleichrichtung erhalten wird, angewendet werden sollte auf die integrierte Schaltung. Tatsächlich gibt es in einem Zustand, dass eine Kapazität, die einen kontinuierlichen Stromfluss aushalten kann, der elektromagnetischen Einheit selbst bereitgestellt wird, keinen Bedarf, eine Unterbrechung der Energieversorgung zu wagen unter Berücksichtigung nur des Verbrennens. Jedoch behält die elektromagnetische Einheit in diesem Fall noch ihren erregten Zustand bei, das heißt, in dem Erdschluss-Stromkreisunterbrecher mit der umgekehrten Verbindung tritt die Unterbrechung auf. Aus diesem Grund bringt dieser Erdschluss-Stromkreisunterbrecher ein solches Problem mit sich, dass die (Massefehler)-Unterbrechung jedes Mal verursacht wird, wenn dieser Erdschluss-Stromkreisunterbrecher noch einmal EIN-geschaltet wird, so dass dieser Erdschluss-Stromkreisunterbrecher nicht EIN-geschaltet werden kann. Um den Erdschluss-Stromkreisunterbrecher noch einmal "EIN" zu schalten, obliegt demnach die Unterbrechung der Energiezufuhr letztendlich beispielsweise in dem "Öffnen" des Stromkreisabschalters, der beispielsweise auf einer stromaufwärtigen Seite dieses Erdschluss-Stromkreisunterbrechers angeordnet ist. In diesem Fall ist es unvermeidbar, dass verbleibende fehlerfreie Zweige dieses Stromkreisabschalters ebenfalls dem Einfluss unterzogen werden. Speziell, wenn kein kurzes Abschalten der Energie berücksichtigt wird, ist es schwierig, zu behaupten, dass eine solche Unterbrechung das Beste ist. Auch führt eine Zunahme der thermischen Toleranz der elektromagnetischen Einheit zu einer Zunahmegröße der Einrichtung selbst, was als ein Hemmfaktor beim Reduzieren einer Größe eines Erdschluss-Stromkreisunterbrechers auftritt.

Das Problem einer Zunahme der Größe der elektromagnetischen Einheit kann sich nicht nur bei der oben erwähnten "umgekehrten Verbindung" ergeben, sondern auch bei der "normalen Verbindung". Beispielsweise ist eine Größe des Erregerstroms der in JP-A-2005-158559 dargelegten elektromagnetischen Einheit relativ gering, weil der Erregerstrom ein Gleichstrom ist. Demnach muss die Ampere-Wicklungszahl erhöht werden, um eine Erregungsenergie zu erhalten, das heißt, eine Energie, die groß genug ist, um einen Schaltkontakt des Erdschluss-Stromkreisunterbrechers durch diesen geringen Gleichstrom zu öffnen. Daneben bringt eine solche Erhöhung eine Zunahme der Windungszahl mit sich und führt dann zu einer Zunahme der Größe dieser Einrichtung. Wenn eine äußere Form der elektromagnetischen Einheit unterdrückt wird, um zu einer Maßstabsvergrößerung des Erdschluss-Stromkreisunterbrechers zu passen, wird eine Energiezufuhrschaltung benötigt, die imstande ist, einen entsprechenden Strom bereitzustellen. In diesem Fall müssen thermische Toleranzen jeweiliger diese Energiezufuhrschaltung bildenden Elemente erhöht werden, um keine Erhöhung der Größe dieser Energiezufuhrschaltung zu erwähnen, so dass die Energiezufuhrschaltung einen Energieverbrauch abdecken muss, der durch eine große Differenz in einem erforderten Strom zwischen dem erregten Zustand und dem nicht erregten Zustand (dem sogenannten Bereitschaftszustand) verursacht wird. Folglich wird ein Volumen der Elektronikschaltung vergrößert und demnach kann das ursprünglich Ziel der "Größenreduzierung des Erdschluss-Stromkreisunterbrechers" nicht erreicht werden.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Erdschluss-Stromkreisunterbrecher von geringen Ausmaßen zu erhalten, der imstande ist, eine umgekehrte Verbindung vorzunehmen ohne das Hinzufügen von Teilen wie eines Schalters, der verwendet wird zum Verbinden/Trennen einer Zufuhr einer Betriebsenergie oder Ähnlichem, während eine Betriebsenergie von jeder Phase eines Dreiphasenschaltkreises gewonnen werden kann.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Erdschluss-Stromkreisunterbrecher bereitgestellt, der umfasst: Einen Nullreaktanzstromtransformator, der einen Fehlerstrom eines Dreiphasenschaltkreises erfasst, wobei durch den Nullreaktanzstromtransformator drei Energieversorgungsleitungen des Dreiphasenschaltkreises hindurch verlaufen; eine Fehlerstromerfassungsschaltung, die einen Pegel des durch den Nullreaktanzstromtransformator erfassten Fehlerstroms bestimmt; eine elektromagnetische Einheit, die einen Schaltmechanismus ansprechend auf den bestimmten Pegel betreibt; eine Vielzahl von Schaltkontakten, die den Dreiphasenschaltkreis öffnen, wenn der Schaltmechanismus durch die elektromagnetische Einheit betrieben wird; und eine Gleichrichterschaltung, die eine Gleichrichtung durchführt zum Zuführen der Betriebsenergie von den Dreiphasenleitungen zu der Fehlerstromerfassungsschaltung der elektromagnetischen Einheit, wobei die Gleichrichterschaltung Halbwellengleichrichtung durchführt; und wobei die elektromagnetische Einheit mit einer bezüglich der Gleichrichterschaltung nachfolgenden Stufe verbunden ist.

Zudem kann der Erdschluss-Stromkreisunterbrecher ferner eine Energiezufuhreinheit einschließen, die die Betriebsenergie von der Gleichrichterschaltung zu der Fehlerstromerfassungsschaltung zuführt, wobei die Energieversorgungseinheit erste und zweite Konstantspannungsschaltungen einschließt.

Zudem kann die erste Konstantspannungsschaltung ein Schaltelement einschließen, wobei das Schaltelement einen Feldeffekttransistor einschließt. Gemäß der obigen Konfiguration kann ein sehr vielseitiger Erdschluss-Stromkreisunterbrecher geringer Ausmaße bereitgestellt werden, der imstande ist, die Bedürfnisse des Benutzers zu erfüllen und konkreter imstande ist, den International Standard zu erfüllen, ohne die Einschränkung der Verbindungsrichtung.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigt:

1 eine Ansicht einer inneren Verbindung eines dreipoligen Erdschluss-Stromkreisunterbrechers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;

2A und 2B Ansichten von Ausgangsspannungsschwingungsformen einer in 1 gezeigten Gleichrichterschaltung, wobei 2A die Schwingungsform in einem normalen Zustand zeigt und 2B die Schwingungsform in einem Offenphasen-Zustand zeigt;

3 eine detaillierte Ansicht einer in 1 gezeigten Energiezufuhrschaltung; und

4 eine detaillierte Ansicht einer Energiezufuhrschaltung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG Ausführungsform 1

1 ist eine Ansicht zum Zeigen einer inneren Verbindung eines dreipoligen Erdschluss-Stromkreisunterbrechers in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung; und 2A und 2B sind Ansichten zum Zeigen von Ausgangsspannungs-Schwingungsformen einer Gleichrichterschaltung in 1. Auch ist 3 eine detaillierte Ansicht einer in 1 gezeigten Energiezufuhrschaltung.

In 1 sind in einem dreipoligen Erdschluss-Stromkreisunterbrecher (der nachstehend als ein "Erdschluss-Stromkreisunterbrecher" bezeichnet wird) 71 ein Energiezufuhr-seitiger Anschluss 61 auf der Energiezufuhrseite des Stromkreises vorgesehen, ein Last-seitiger Anschluss 62 auf der Lastseite vorgesehen, und eine Energieversorgungsleitung 63 zum Verbinden beider Anschlüsse über einen Stromkreiskontakt 64, der einen durch die Energieversorgungsleitung 63 fließenden Strom EIN-/AUS-schaltet, jeweils in drei Sätzen vorgesehen. Hier sind zur Bequemlichkeit Bezugszeichen R, S, T an den Energieversorgungsleitungen 63 von der oberen Seite zur unteren Seite in 1 angebracht. Die Energieversorgungsleitungen 63 werden durch einen Nullreaktanzstromtransformator 65 geführt, der auf der Lastseite (auf der rechten Seite auf einem Blatt der Zeichnung) der Stromkreiskontakte 64 vorgesehen ist. Wenn eine Ausgewogenheit der durch die Energieversorgungsleitungen 63 fließenden Ströme verloren geht, d.h., wenn ein Fehlerstrom von dem Stromkreis gegen Masse bzw. Erde erzeugt wird, wird ein Signal, dessen Amplitude proportional zu einem Fehlerstrompegel ist, von dem Nullreaktanzstromtransformator 65 ausgegeben. In diesem Fall werden beide Anschlüsse zur leichten Unterscheidung die "Energiezufuhrseite" und die "Lastseite" genannt. Aber es braucht nicht gesagt zu werden, dass im Lichte des Ziels der vorliegenden Erfindung die Last und die Energiezufuhr jeweils wohl an dem Energiezufuhrseitigen Anschluss 61 als auch an dem Last-seitigen Anschluss 62 verbunden sein können (in diesem Fall ist der Nullreaktanzstromtransformator 65 auf der Energiezufuhrseite für die Schaltkontakte 64 vorgesehen).

Das Signal von dem Nullreaktanzstromtransformator 65 wird einer Fehlerstromerfassungsschaltung 1 über eine Spannungswandlerschaltung (nicht dargestellt) zugeführt. Die Fehlerstromerfassungsschaltung 1 unterscheidet eine Höhe oder eine Breite der zugeführten Spannung und sendet ein Signal zu einem Gate-Anschluss eines Thyristors 2, wenn die Fehlerstromerfassungsschaltung 1 erfasst, dass die Höhe oder die Breite der Spannung einen vorbestimmten Pegel übersteigt.

Das heißt, die Fehlerstromerfassungsschaltung 1 erfasst einen Pegel des durch den Nullreaktanzstromtransformator 65 erfassten Fehlerstroms. Demnach wird der Thyristor 2 zwischen einer Anode und einer Kathode leitend. Eine elektromagnetische Einheit 3 wird durch dieses Leiten erregt, um beispielsweise einen (nicht dargestellten) Stab anzuziehen. Demnach, obwohl nicht dargestellt, werden Stromkreiskontakte 64 geöffnet, um im Voraus ein Feuer oder einen Unfall zu vermeiden, die verursacht durch den Fehlerstrom zu Verletzung oder Tod führen können. Das heißt, die elektromagnetische Einheit 3 betreibt einen Schaltmechanismus ansprechend auf den durch die Fehlerstromerfassungsschaltung 1 erfassten Pegel und die Schaltkontakte 64 werden geöffnet, wenn der Schaltmechanismus durch die elektromagnetische Einheit 3 betrieben wird. Hier, wie in "HINTERGRUND DER ERFINDUNG" und "RESÜMEE DER ERFINDUNG" beschrieben, sind die Zusammenhänge, dass die Fehlerstromerfassungsschaltung 1 durch die integrierte Schaltung aufgebaut ist und dass eine Zufuhr des Gate-Signals des Thyristors 2 von der Fehlerstromerfassungsschaltung 1 gleichzeitig mit einem Erregen des Fehlerstroms unabhängig von der normalen Verbindung oder der umgekehrten Verbindung des Erdschluss-Stromkreisunterbrechers 71 zurückgesetzt wird, wohlbekannt. Die elektromagnetische Einheit 3 benötigt sicherlich Betriebsenergie. Diese Betriebsenergie wird durch ein Halbwellengleichrichtersystem erhalten, das durch Verbinden der elektromagnetischen Einheit 3 mit einer in Bezug auf eine Gleichrichterschaltung 4 nachfolgenden Stufe aufgebaut wird. Das heißt, aus den zwei Diodensätzen wird ein Verbindungspunkt von zwei serienverbundenen Dioden in einem Satz mit der S-Phase verbunden und eine Anode der Diode in dem anderen Satz wird mit der R-Phase verbunden, und eine Kathode der Diode in dem anderen Satz wird mit der T-Phase verbunden, und die Anodenseite und die Kathodenseite werden mit der nicht mit der Energieversorgungsleitung 63 verbundenen Seite verbunden. Eine durch Anlegen dieser Halbwellen-Gleichrichtungsausgangsgröße (siehe 2A) auf eine später beschriebene Energieversorgungsschaltung 5 und dann durch Verringern/Glätten der Ausgangsspannung durch die Energieversorgungsschaltung 5, wird eine Gleichspannung erhalten, z.B. eine Gleichspannung von 5 V, die als Betriebsenergie der Fehlerstromerfassungsschaltung 1 verwendet wird. Das heißt, die Energieversorgungsschaltung 5 führt die Betriebsenergie von der Gleichrichterschaltung 4 zu der Fehlerstromerfassungseinheit 1. Daher wird wie bei JP-A-2005-158559, da die Spannung konstant von der Gleichrichterschaltung 4 ausgegeben wird (siehe 2B), selbst wenn die Offen-Phase in irgendeiner Phase veranlasst wird, eine solche Offen-Phase niemals die Fehlerstromerfassungsfunktion stören. In diesem Fall kann im Hinblick auf das Wesen der vorliegenden Erfindung der Verbindungspunkt zwischen jeweiligen Dioden der Gleichrichterschaltung 4 und der Energieversorgungsleitung 63 auf der linken Seite der Stromkreiskontakte 64 auf einer Figurenseite der 1 festgelegt werden. Aber diese Verbindungspunkte werden nicht auf der rechten Seite der Stromkreiskontakte 64 festgelegt, wie in 1 gezeigt, da die Einrichtung zum Auslöschen des Bogens, der erzeugt wird, wenn ein "offener" Betrieb der Stromkreiskontakte 64 ausgeführt wird etc., obwohl nicht dargestellt, auf der linken Seite angeordnet ist.

Auf diese Weise wird, selbst wenn die Offen-Phase in irgendeiner Phase verursacht wird, nicht nur der Verlust der Fehlerstromerfassungsfunktion nicht herbeigeführt, sondern die Halbwellen-gleichgerichtete Spannung wird zu der elektromagnetischen Einheit 3 zugeführt. Demnach wird der Thyristor 2, wenn der Erdschluss-Stromkreisunterbrecher 71 in umgekehrter Verbindung durch den Fehlerstrom abgeschaltet wird, AUS-geschaltet durch ein Nullpotential der Halbwellengleichgerichteten Ausgangsgröße nach der Unterbrechung und demnach deckt die Energieversorgungsschaltung 5 einen Energieverbrauch ab, der durch das Fortsetzen der Energiezufuhr verursacht wird, wie in dem Bereitschaftszustand. Daher kann eine thermische Toleranz der elektromagnetischen Einheit 3 basierend auf nur einer Kurzzeitbelastung festgelegt werden. Auch, da die Verbindungsposition der elektromagnetischen Einheit bei der Stufe festgelegt ist, die der Gleichrichterschaltung 4 folgt, kann ein großer Strom zugeführt werden und auch die elektromagnetische Einheit 3 vom Spannungstyp kann verwendet werden und die Einrichtung kann vereinfacht bzw. miniaturisiert werden durch diesen Spannungstyp. Zudem, da die elektromagnetische Einheit 3 mit der sogenannten Energieversorgungsleitung der Energieversorgungsschaltung 5 verbunden ist und als Induktanz-Komponente im Bereitschaftszustand dient, kann ein Welligkeitseffekt, der imstande ist, einen über die Energieversorgungsleitung 63 fließenden Überstrom zu absorbieren, erwartet werden. In diesem Fall ist der Grund, warum die elektromagnetische Einheit 3 nicht mit der der Gleichrichterschaltung 4 vorangehenden Stufe verbunden ist, nur, dass eine solche Situation, in der die elektromagnetische Einheit in ihren nicht betriebenen Zustand versetzt wird durch die Offen-Phase der Phase, an die die elektromagnetische Einheit 3 angeschlossen ist, vermieden werden sollte.

Im Übrigen, wie in "RESÜMEE DER ERFINDUNG" beschrieben, ist eine stabile Gleichspannung erforderlich für die Fehlerstromerfassungsschaltung 1. Wie aus der bisherigen Erläuterung ersichtlich ist, liegt der Schlüssel der vorliegenden Erfindung darin, dass selbst wenn der Erdschluss-Stromkreisunterbrecher 71 sich in der umgekehrten Verbindung befindet, die Halbwellengleichrichtung in der Gleichrichterschaltung 4 ausgeführt wird, um ein Brennen der elektromagnetischen Einheit 3 zu verursachen. Es wird nachstehend unter Bezugnahme auf 3 als eine detaillierte Ansicht der Energieversorgungsschaltung 5 erläutert, wie in einem Sinne des Umkehreffektes die stabile Gleichspannung und das Verhindern des Brennens erzielt werden können.

Wie in 3 gezeigt, besteht die Energieversorgungsschaltung 5 aus einer ersten Konstantspannungsschaltung 51, einer zweiten Konstantspannungsschaltung 52 und einem Glättungskondensator 53. Hier muss, um die stabile Gleichspannung durch die Halbwellengleichrichtung zu erreichen, eine Kapazität des Glättungskondensators 53 erhöht sein (beispielsweise zwei Mal im Gegensatz zu dem konventionellen Produkt dieser Firma). Auch werden ein Feldeffekttransistor 51a und ein Universaltransistor (nachstehend als der "Transistor" bezeichnet) 52a als Schaltelemente in den ersten und zweiten Konstantspannungsschaltungen 51 bzw. 52 verwendet. Die Verwendung des Feldeffekttransistors 51a bildet den Schlüsselpunkt der obigen "Koexistenz der Wirkung" in Verbindung mit einer Erhöhung der Kapazität des Glättungskondensators 53 und daher wird eine solche Verwendung nachfolgend detaillierter erläutert.

Wie oben beschrieben, ist eine Betriebszeit des Erdschluss-Stromkreisunterbrechers strikt spezifiziert zum Vermeiden eines aufkommenden Unfalls im Voraus, der zu einer Verletzung oder zum Tod bedingt durch den Fehlerstrom führt (beispielsweise in dem Fall der vorangehenden IEC60947–2, Annex B innerhalb 40 ms, wenn der Fehlerstrom fünf Mal so groß ist wie ein Nenn-Empfindlichkeitsstrom). Daher ist die Fehlerstromerfassungsschaltung 1 konstruiert, um diese Vorgabe zu erfüllen, obwohl sie nicht detailliert erläutert wird, und als ein Ergebnis wird diese Fehlerstromerfassungsschaltung betrieben, wie ansprechend auf das Erzeugen des Fehlerstroms von dem Bereitschaftszustand spezifiziert (dieser Betrieb wird ein O-Betrieb genannt (Abkürzung von "Open" bzw. "Offen"). Dem gegenüber braucht nicht gesagt zu werden, dass der Fehlerstrom nicht auf den Fall beschränkt ist, in dem ein solcher Fehlerstrom graduell vom Bereitschaftszustand her erzeugt wird. Beispielsweise, selbst wenn der "Schließ"-Betrieb des Erdschluss-Stromkreisunterbrechers, der dem Stromkreis bereitgestellt wird, in der die Fehlerstrombedingungen bereits zur Erledigung behandelt sind, ausgeführt wird, wird der Erdschluss-Stromkreisunterbrecher aufgefordert, in ähnlicher Weise zu arbeiten wie spezifiziert (dieser Betrieb wird ein CO -Betrieb genannt (die Abkürzung von "Close-Open" bzw. "Geschlossen-Offen"). Die Bedingung, die in Frage gestellt wird, ist, dass keine Zeitverzögerung in der Energieversorgungsquelle der Fehlerstromerfassungsschaltung 1 zugelassen wird, selbst nachdem die Fehlerstrom-Erfassungsschaltung 1 auf dem Standard basierend aufgebaut ist. Der Grund, warum die Zunahme der Kapazität des Glättungskondensators 53 einer genaueren Überprüfung unterzogen wird, liegt in dieser Bedingung.

Daher, wie oben beschrieben, wird nicht der Universaltransistor, sondern der Feldeffekttransistor 51a als das Schaltelement der ersten Konstantspannungsschaltung 51 verwendet, um das Ansteigen der der Fehlerstrom-Erfassungsschaltung 1 zugeführten Gleichspannung zu beschleunigen. Dies ist nicht als eine aktive Verwendung einer Funktion, die dem Feldeffekttransistor eigen ist derart, dass wenn die Spannung zum EIN-Schalten des Gate nahezu einige zehn Volt ist, ein Drain-zu-Source-Strom ansprechend auf die verbundene Last gesteuert werden kann. Wenn demgemäss Konstanten jeweiliger Elemente derart festgelegt werden, dass eine Zeitkonstante, die durch ein CR-Produkt eines Widerstandes 51b (nahezu einige hundert &OHgr;), der den Feldeffekttransistor 51a vor einem Einschaltstromstoß (später zu beschreiben) schützt, und dem Glättungskondensator 53 unter die Betriebszeit fällt, die erforderlich ist für den Erdschluss-Stromkreisunterbrecher, die obige "Koexistenz der Wirkungen" erzielt werden kann.

Dann werden nachstehend Prozesse des Erzeugens der Gleichspannung erläutert. Wenn der "Schließ"-Betrieb des Erdschluss-Stromkreisunterbrechers 71 ausgeführt wird, wird die in 2A gezeigte Spannung (dieser Spitzenwert ist sicherlich äquivalent ein Spitzenwert der Energieversorgungsleitungen 63) angelegt an einen Widerstand 51c und eine Spannungsreglerdiode 51d. In diesem Fall, da ein Potential des Glättungskondensators 53 angehoben wird auf ein Source-zu-Masse-Potential, wenn diese Spannung die Spannung zum EIN-Schalten des Gate übersteigt, startet der Feldeffekttransistor 51a selbst das Steuern zum Absenken der Drain-Source-Impedanz. Zu diesem Zeitpunkt liefert eine Source-Masse-Spannung die Gleichspannung (oder die Quelle der Gleichspannung) der Fehlerstromerfassungsschaltung 1. Da diese Spannung einem Spannungswert entspricht, der hergeleitet wird durch Subtrahieren einer Gate-EIN-Spannung (immer einige Volt) des Feldeffekttransistors 51a von einem Spannungswert der Spannungsregeldiode 51d, können Konstanten der Spannungsregeldiode 51d ansprechend auf die Gate-EIN-Spannung des verwendeten Feldeffekttransistors bestimmt werden, einen gewünschten Gleichspannungswert. Hier fließt der Einschaltstrom in Übereinstimmung mit der Reduzierung in der obigen Drain-Source-Impedanz in den Feldeffekttransistor 51a. Zu diesem Zeitpunkt, da der Widerstand 51b an diesen Feldeffekttransistor 51a in Serie angeschlossen ist, kann der Durchbruch des Feldeffekttransistors 51a durch den Widerstand 51b verhindert werden.

Demnach wird eine Source-Masse-Spannung auf diese Weise erhalten. Wenn eine solche Spannung weiter stabilisiert wird, ist noch mehr vorzuziehen, dass die zweite Konstantspannungsschaltung effektiver benutzt werden sollte, d.h., eine durch einen Widerstand 52b und eine Spannungsreglerdiode 52c bestimmte Spannung sollte den Basisanschluss des Transistors 52a zugeführt werden. Zu diesem Zeitpunkt, wenn ein pulsierender Strom auf der Source-Masse-Spannung gefunden wird, muss ein Wert des Widerstandes 52b derart bestimmt werden, dass eine niedrigste durch diesen pulsierenden Strom erzeugte Spannung nicht unter ein Potential der Spannungsreglerdiode 51c fällt. Auch ist es ähnlich dem Fall der Spannungsreglerdiode 51d in der ersten Konstantspannungsschaltung 51, dass Konstanten der Spannungsreglerdiode 52c ansprechend auf die Basisspannung (etwa 0,7 V) des Transistors 52a und den gewünschten Gleichspannungswert bestimmt werden sollten.

Auf diese Weise kann die Betriebszeit innerhalb des Referenzwertes unter Verwendung des Feldeffekttransistors 51a als Schaltelement in der ersten Konstantspannungsschaltung 51 heruntergedrückt werden, selbst wenn die Kapazität des Glättungskondensators 53 mit der Verwendung der Halbwellengleichrichtung in der Gleichrichterschaltung 4 erhöht wird. Auch können, da die obige Halbwellengleichrichtung verwendet wird, sowohl Spannung als auch Strom um etwa 20% bezüglich des Effektivwertes eher reduziert werden als bei der Vollwellengleichrichtung im Stand der Technik und auch eine Wärmeerzeugung auf (Spannung × Strom) kann um etwa 36% (1 – (0,8 × 0,8)) bezüglich des Effektivwertes reduziert werden, so dass die thermische Toleranz jeweiliger elektronischer Teile herabgesetzt werden kann. Dem wird eine transiente Blitzstoßspannung (normalerweise 7 kV), die beispielsweise an den Feldeffekttransistor 51a angelegt wird, durch ein CR-Filter innerhalb einer absoluten maximalen Nennspannung des Feldeffekttransistors gehandhabt und demnach wird die Zerstörung des Feldeffekttransistors vermieden. In diesem Fall wird dieses CR-Filter durch den Widerstand 51b und einen Kondensator 51e aufgebaut, das heißt, dieses CR-Filter wird nur durch Hinzufügen des Kondensators 51e realisiert. Da eine Volumenausdehnung der Elektronikschaltung auf einen so kleinen Wert wie möglich reduziert wird durch Akkumulieren dieser Effekte, kann das Reduzieren der Größe der elektromagnetischen Einheit 3 erzielt werden und demnach ein Erdschluss-Stromkreisunterbrecher geringer Größe, der auf jeweiligen Standards basiert und der geeigneter wird, kann dem Benutzer bereitgestellt werden.

Ausführungsform 2

4 ist eine Ansicht äquivalent zu der Thyristoren enthaltenden 3, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Ein Unterschied von 3 isst, dass der Thyristor und der Feldeffekttransistor in zwei Stufen vorgesehen sind. Äußere Formen, die geeignet sind für das Installieren der Elektronikschaltung des Erdschluss-Stromkreisunterbrechers, der die Thyristoren und die Feldeffekttransistoren einschließenden Elemente werden bestimmt bzw. entschieden und auch verfügbare Spannungen werden zu gegebener Zeit aus den äußeren Formen bestimmt. mit anderen Worten, wenn der Stromkreisspannung hoch ist, ist es wünschenswert, dass eine in 2 erläuterte Energieversorgungsschaltung verwendet werden sollte (klar gesagt, Ausführungsform 1 entspricht dem Stromkreiswechselspannungssystem von 100–200 V und auch Ausführungsform 2 entspricht dem Stromkreiswechselspannungssystem von 100–400 V). In diesem Fall werden, da es keinen großen Unterschied im Prozess des Erzeugens der Gleichspannung, die der Fehlerstromerfassungsschaltung 1 zugeführt wird, gibt, das gleichförmige anzuwendende Verfahren der Hauptstromkreisspannung der in zwei Stufen konstruierten Elemente hier erläutert werden.

In 4 wird wie in Ausführungsform 1, wenn der "Schließ"-Betrieb des Erdschluss-Stromkreisunterbrechers 71 ausgeführt wird, die in 2A gezeigte Spannung an Widerstände 51c1, 51c2 und die Spannungsreglerdiode 51d angelegt. Zu diesem Zeitpunkt, da die Widerstandswerte die Widerstände 51c1, 51c2 zueinander gleich sind und auch der Spannungswert der Spannungsreglerdiode 51d extrem kleiner ist als der Stromkreissspannung (in Entsprechung zu einem Wert, der durch Hinzufügen einer Gate-EIN-Spannung (nahezu einige Volt) eines Feldeffekttransistors 51a2 der Spannung über den Glättungskondensator 53, wie in Ausführungsform 1 erläutert) wird ein Potential an einem in 4 gezeigten Punkt A nahezu 1/2 der Stromkreisspannung. Zudem, da eine Gate-EIN-Spannung eines Feldeffekttransistors 51a1 vernachlässigbar kleiner ist als der Stromkreissspannung (wie oben beschrieben), wird ein Potential am in 4 gezeigten Punkt B ebenfalls nahezu 1/2 der Stromkreisspannung. Wenn demnach Thyristoren 21, 22 nicht EIN-geschaltet werden, d.h., in dem sogenannten Bereitschaftszustand, erscheint das Potential an dem Punkt B als ein Potential an einem Punkt C, das in 4 gezeigt ist (d.h, ein Kathodenpotential des Thyristors 21), wie es ist. Als ein Ergebnis wird die gleiche Spannung, die die Hälfte der Stromkreisspannung ist, an die Feldeffekttransistoren 51a1, 51a2 und die Thyristoren 21 bzw. 22 angelegt und demnach gibt es beispielsweise keine Möglichkeit, dass die Einrichtung zerstört wird oder Ähnliches, einhergehend mit dem Stromkreiswechselspannungssystem von 400 V.


Anspruch[de]
Erdschluss-Stromkreisunterbrecher, umfassend:

einen Nullreaktanzstromtransformator (65), der einen Fehlerstrom eines Dreiphasenschaltkreises erfasst, wobei durch den Nullreaktanzstromtransformator (65) drei Energieversorgungsleitungen (63) der Dreiphasenschaltkreise hindurchgeführt sind;

eine Fehlerstromerfassungsschaltung (1), die einen Pegel des Fehlerstroms durch den Nullreaktanzstromtransformator (65) erfasst;

eine elektromagnetische Einheit (3), die einen Schaltmechanismus ansprechend auf den erfassten Pegel betreibt;

eine Vielzahl von Stromkreiskontakten (64), die den Dreiphasenschaltkreis öffnen, wenn der Schaltmechanismus durch die elektromagnetische Einheit (3) betrieben wird; und

eine Gleichrichterschaltung (4), die ein Gleichrichten durchführt zum Zuführen der Versorgungsbetriebsenergie von den drei Energieversorgungsleitungen (63) zu der Fehlerstromerfassungsschaltung und der elektromagnetischen Einheit (3),

wobei die Gleichrichterschaltung (4) Halbwellengleichrichtung ausführt; und

wobei die elektromagnetische Einheit (3) mit einer bezogen auf die Gleichrichterschaltung (4) nachfolgenden Stufe verbunden ist.
Erdschluss-Stromkreisunterbrecher nach Anspruch 1, ferner eine Energieversorgungseinheit umfassend, die die Betriebsenergie von der Gleichrichterschaltung (4) der Fehlerstromerfassungsschaltung (1) zuführt, wobei die Energieversorgungseinheit erste und zweite Konstantspannungsschaltungen (51, 52) einschließt. Erdschluss-Stromkreisunterbrecher nach Anspruch 2, wobei die erste Konstantspannungsschaltung (51) ein Schaltelement einschließt und das Schaltelement einen Feldeffekttransistor einschließt.






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