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DE3807935C2 - Selektiver Fehlerstromschutzschalter - Google Patents

Selektiver Fehlerstromschutzschalter

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DE3807935C2
DE3807935C2 DE19883807935 DE3807935A DE3807935C2 DE 3807935 C2 DE3807935 C2 DE 3807935C2 DE 19883807935 DE19883807935 DE 19883807935 DE 3807935 A DE3807935 A DE 3807935A DE 3807935 C2 DE3807935 C2 DE 3807935C2
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DE
Germany
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circuit breaker
voltage
current
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transistor
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DE19883807935
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Philippe Hugel
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SOC ET ET DE REALISATIONS DE D
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SOC ET ET DE REALISATIONS DE D
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26Emergency 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
    • H02H3/32Emergency 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
    • H02H3/33Emergency 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

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  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen selektiven Fehlerstromschutzschal­ ter mit einem Summenstromwandler und einem Auslöser, dessen Er­ regerwicklung an die Sekundärwicklung des Summenstromwandlers über eine elektronische Auslöseschaltung angeschlossen ist, die eine Gleichrichterbrückenschaltung, einen an deren Ausgang über eine Verzögerungseinrichtung angeschlossenen Speicherkondensator für die zur Betätigung des Auslösers benötigte Energie, ein steuerbares elektronisches Ventil zur Freigabe dieser Energie an die Erregerwicklung des Auslösers sowie Mittel zum Ansteuern des elektronischen Ventils in Abhängigkeit von der Ladespannung des Speicherkondensators enthält.
Selektive Fehlerstromschutzschalter haben als Sonderausführung die Aufgabe, aufgrund ihrer Auslöseverzögerung in verzweigten Anlagen, in denen sowohl die Hauptverteilung als auch die Un­ terverteilung und die dazwischen liegenden Anlageteile in die Fehlerstromschutzschaltung einbezogen sind, ein Ausschalten aller an die Hauptverteilung angeschlossenen Verbraucher im Falle eines Isolationsfehlers hinter der Unterverteilung zu verhindern. Zu diesem Zwecke müssen die selektiven Fehler­ stromschutzschalter in den einzelnen Ländern bestimmten Vor­ schriften wie beispielsweise in der Bundesrepublik Deutsch­ land der VDE 0664 genügen. Dort sind obere und untere Grenzwer­ te für die Auslösezeit festgelegt, die mit zunehmender Größe des Fehlerstroms im Verhältnis zum Nennfehlerstrom abnehmen.
Bei einem bekannten Fehlerstromschutzschalter (DE 31 27 331 C2) erfolgt die Aufladung des Spei­ c herkondensators über einen Konstantstrom-Regler, der einen N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistor enthält, und das elektronische Ventil ist ein Schwellwertschalter in Gestalt eines Unÿunction-Transistors (Doppelbasisdiode), dessen Steuerelektrode an eine von einer Zenerdiode erzeugte Re­ ferenz-Spannung gelegt ist. Wenn die Spannung über den Spei­ c herkondensator die Referenzspannung erreicht hat, wird der Unÿunction-Transistor leitend und entlädt den Speicherkon­ densator über die Erregerwicklung des Auslösers, der die Hauptkontakte des Fehlerstromschutzschalters in bekannter Weise über das Schaltschloß öffnet.
Der bekannte Fehlerstromschutzschalter hat zwei wesentliche Mängel:
  • - um einen ermöglicht die Konstantstrom-Regelung keine ausreichende Anpassung an die von den Vor­ schriften geforderten Bedingungen für die Auslöse­ zeit in Abhängigkeit von der Höhe des Fehlerstroms;
  • - zum anderen ist das Ansprechen des Unÿunction- Transistors ungenau, so daß sich erhebliche Streuungen in der Auslösezeit ergeben.
Aus der DE 20 44 302 B2 ist ein Fehlerstromschutzschalter mit einem Summenstromwandler, der einen Magnetkern aufweist mit Primärwicklungen zum Anschluß an einen zu überwachenden Stromkreis und mit einer Sekundärwicklung, die die Erreger­ wicklung eines auf ein Schaltschloß für eine Schalteinrich­ tung einwirkenden Auslösemagneten speist, bekannt, welcher durch Verwendung eines Magnetkerns mit einem speziellen In­ duktionshub den zugeordneten Auslösemagneten betätigt. Die steile Magnetkennlinie erlaubt das Schalten zwar bereits bei kleinen Fehlerströmen, jedoch wird nicht beschrieben, daß hierdurch die strengen Anforderungen an das Auslösever­ halten selektiver Fehlerstromschutzschalter erreichbar sind.
FR 24 22 277 betrifft einen herkömmlichen, nicht-selektiven Fehlerstromschutzschalter, dessen stromabhängiges zeitliches Auslöseverhalten nicht für den Betrieb als selektiver Fehlerstromschutzschalter geeignet ist.
In FR 20 44 475 wird ein Fehlerstromschutzschalter beschrieben, der eine Fehlerstromerfassungsschaltung und eine Auslöseschaltung zum Unterbrechen der elektrischen Stromversorgung, eine Erfassungsschaltung die eine elektrische Spannung liefert, wenn ein Fehlerstrom vorhanden ist, umfaßt, wobei die Auslöseschaltung ein elektromagnetisches Relais einschließt, das über einen Thyristor gespeist werden kann, der unter Einfluß der Spannung leitfähig wird und das elektromagnetische Relais die Unterbrechung der elektrischen Stromversorgung steuert. Aufgrund der induzierten Sekundärspannung der Fehlerstromerfassungsschaltung wird ein Speicherkondensator über einen Widerstand aufgeladen, wobei dieser Speicherkondensator zusammen mit dem im Ladestromweg liegenden Widerstand ein den Auslösezeitpunkt des Schutzschalters verzögerndes RC-Glied bildet. Diese Vorrichtung stellt zwar eine Abhängigkeit der Auslösezeit von der Größe des Fehlerstroms bereit, sie berücksichtigt jedoch nicht den von der VDE 0664 geforderten Verlauf, nach der die Auslösezeit mit zunehmender Größe des Fehlerstroms bis zum Erreichen der kleinsten Auslösezeit nicht im gleichen Maße wie der Fehlerstrom wachsen darf. Weiterhin ist einerseits das Ansprechen des angesteuerten Thyristors derart ungenau und andererseits aufgrund von Bauteileschwankungen herstellungsbedingt variabel, so daß die Auslösezeit derartiger Schaltungen großen Streuungen unterworfen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen selektiven Fehlerstrom­ schutzschalter der eingangs genannten Art dahingehend auszu­ bilden, daß mit ihm eine sehr genaue Einhaltung der vor­ gegebenen Toleranzgrenzen für die Auslösezeit in Abhängig­ keit von der Höhe des Fehlerstroms möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
  • - der Kern des Summenstromwandlers aus einer Eisenlegierung mit hoher Permeabilität und flacher Hysterese besteht, der so ausgelegt ist, daß er bei Nenn-Fehlerstrom kurz unterhalb der Sättigung arbeitet,
  • - die Verzögerungseinrichtung durch ein RC-Glied ge­ bildet ist, das aus einem im Ladestromweg liegenden Widerstand und dem Speicherkondensator besteht, und
  • - die Mittel zum Ansteuern des elektronischen Ventils aus einem ohmschen Spannungsteiler und einem mit seinem "Gate"-Anschluß an den Abgriff des Spannungsteilers ange­ schlossenen MOS-Transistor bestehen, dessen Source-An­ schluß an Masse liegt und dessen "Drain"-Anschluß mit der Steuerelektrode des elektronischen Ventils verbunden ist.
Mit einem derart ausgebildeten Kern des Summenstromwand­ lers wird, wenn er von einem sinusförmigen Wechsel-Fehler- Strom magnetisiert wird, in der Sekundärwicklung eine Span­ nung induziert, die mit zunehmender Größe des Fehlerstroms eine um so steilere und zugleich schmalere Spitze innerhalb einer jeden Halbwelle aufweist. Dies führt an dem über den ohmschen Widerstand aufgeladenen Speicherkondensator in erwünschter Weise zu einer Abnahme der Aufladezeit mit zunehmender Größe des Fehlerstroms, die den vorgeschrie­ benen Werten für die Auslösezeit weitgehend entspricht. Da die Aufladung des Speicherkondensators infolge der Spannungsspitzen stufenartig erfolgt und der Feldeffekttransistor mit großer Genauigkeit auf einen be­ stimmten Wert der zwischen "Gate"- und "Source"-Anschluß des Feldeffekttransistors auftretenden Spannung anspricht, wird die angestrebte Auslösecharakteristik mit geringen Streuungen eingehalten.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Fehlerstrom­ schutzschalters liegt darin, daß die Auslösung unabhängig von der Höhe des Fehlerstroms stets mit derselben Spannung erfolgt. Die Charakteristik des Auslösers kann dabei in weiten Grenzen streuen, da er nach dem Prinzip "alles oder nichts" erregt wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Fehlerstrom­ schutzschalters liegt darin, daß die Auslöseschaltung keine Fremdenergie benötigt, sondern ihre Komponenten unmittelbar von dem Summenstromwandler gespeist werden.
Nach einem Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung ist zur Begrenzung der Ausgangsspannung der Gleich­ richterbrückenschaltung eine parallel zu dem RC-Glied ge­ schaltete Zenerdiode vorgesehen. Durch diese Diode wird die elektronische Auslöseschaltung nicht nur gegen Überspan­ nungen geschützt, sondern gleichzeitig erreicht, daß ab einem bestimmten Fehlerstrom wie insbesondere dem 5fachen des Nennfehlerstroms nach VDE 0664, bei dem die Zenerdiode anspricht, die Auslösezeit nicht weiter abfällt.
Des weiteren kann wenigstens ein Widerstand des ohmschen Spannungsteilers veränderbar sein, um auf diesem Wege den Feldeffekttransistor genau einstellen zu können.
Als elektronisches Ventil kann ein Thyristor verwendet wer­ den, der beim Ansteuern in seinen leitenden Zustand geschal­ tet wird und sofort die volle Energie des Speicherkondensa­ tors zur Erregerwicklung freigibt.
Alternativ dazu kann das elektronische Ventil aber auch aus einem PNP- und einem NPN-Transistor in Kaskadenschal­ tung mit wechselweise verbundenen Basen und Kollektoren bestehen, wobei der "Drain"-Anschluß des Feldeffekttransis­ tors an die Basis des PNP-Transistors angeschlossen ist.
Als MOS-Transistor dient zweckmäßig ein N-Kanal-Verarmungs- IG-FET in V-MOS-Technologie.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das B/H-Diagramm eines Kernmaterials für den Summenstromwandler des erfindungsgemä­ ßen Fehlerstromschutzschalters mit hoher Permeabilität und flacher Hysterese mit An­ gabe des Arbeitspunktes A bei Nenn-Fehler­ strom IΔ n,
Fig. 2 ein Spannungs/Zeit-Diagramm mit dem Verlauf der Sekundärspannung eines solchen Summen­ stromwandlers beim Auftreten eines sinusför­ migen Wechsel-Fehlerstroms in der Primärwick­ lung,
Fig. 3 ein Spannungs/Zeit-Diagramm mit dem Verlauf der Sekundärspannung des Summenstromwand­ lers über jeweils eine Halbwelle bei Fehler­ strömen von 300 mA und 3 A in der Primärwick­ lung,
Fig. 4 das Prinzipschaltbild einer aus einem Speicherkondensator und einem Ladewi­ derstand bestehenden Integratorschal­ tung mit eingezeichnetem prinzipiel­ l en Verlauf der Spannungen am Ein- und Ausgang, wenn die Schaltung mit einer gleichgerichteten Spannung nach Fig. 2 oder 3 betrieben wird,
Fig. 5 das Schaltschema der elektronischen Auslöseschaltung bei einem zweipoli­ gen selektiven Fehlerstromschutzschal­ ter nach der Erfindung und
Fig. 6 ein Zeit/Strom-Diagramm mit dem Ver­ lauf der Auslösezeit in Abhängigkeit von der Größe eines Wechsel-Fehler­ stroms bei der Schaltung nach Fig. 5.
In Fig. 1 ist in B/H-Diagramm der typische Verlauf der magnetischen Induktion B in Abhängigkeit von der Feld­ stärke H bei einer Eisenlegierung dargestellt, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter für den Ringkern des Summenstromwandlers zum Einsatz kommt. Die Legierung zeichnet sich durch eine hohe Permeabili­ tät bei flachem Verlauf der Hystereseschleife aus. Ein solches Material ist im Handel unter der Bezeichnung "Satimphy" oder "Permimphy" erhältlich. Wird ein daraus hergestellter Ringkern primärseitig von einem sinusförmigen Wechsel­ strom (Wechsel-Fehlerstrom) durchflutet, folgt eine Magne­ tisierung der in Fig. 1 gezeigten Hysteresekurve bis zu Scheitelwerten BS bzw. -BS, die mit zunehmender Größe der Feldstärke immer weiter im Sättigungsgebiet liegen. Der Arbeitspunkt A liegt bei Nenn-Fehlerstrom IΔ n kurz unter­ halb der Sättigung.
Eine solche Magnetisierung des Ringkerns durch einen Wech­ sel-Fehlerstrom induziert in einer auf dem Ringkern ange­ brachten Sekundärwicklung eine Spannung Vs, die den in Fig. 2 dargestellten charakteristischen Verlauf hat. Je größer die Amplitude des Wechsel-Fehlerstroms ist, umso weiter erstreckt sich die Hystereseschleife in den Sätti­ gungsbereich mit der Folge, daß die ungesättigten Abschnit­ te der Hystereseschleife umso schneller durchlaufen werden. Dadurch werden die in diesen Bereichen vom magnetischen Wechselfeld induzierten Spannungsspitzen mit zunehmender Größe des primärseitigen Wechsel-Fehlerstroms immer höher und zugleich immer schmaler, so daß der Energiegehalt nur verhältnismäßig langsam zunimmt. Fig. 3 zeigt hierfür zwei Beispiele für die unterschiedliche Höhe und den unterschied­ lichen zeitlichen Verlauf der Spannungsspitze innerhalb einer Halbwelle bei einem Fehlerstrom von 300 mA und 3 A.
Die Impedanz der elektronischen Schaltung auf der Sekundär­ seite des Summenstromwandlers ist hoch, so daß der Ringkern klein und die Windungszahl der Sekundärwicklung zur Erzielung einer ausreichenden Spannung für die elektronische Schaltung groß gehalten werden können. Wird nun die in der Sekundär­ wicklung von einem Fehlerstrom induzierte Spannung nach Gleichrichtung in einem Vollwellengleichrichter an einen Kondensator C über einen ohmschen Widerstand R gelegt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, ergibt sich am Ausgang einer solchen Integratorschaltung ein treppenförmiger Anstieg der Spannung VC als Funktion der Zeit t am Kondensator C auf ein Spannungsniveau, das schließlich dem Scheitelwert der Sekun­ därspannung entspricht. Diesen treppenförmigen Anstieg nützt die Erfindung zur Steuerung der Auslöseschaltung, von der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in Fig. 5 dargestellt ist.
In Fig. 5 sind mit P und N der Phasenleiter und der Nulleiter eines einphasigen Niederspannungsverteilernetzes bezeichnet, die über die Schaltkontakte 10 eines in seinem mechanischen Aufbau im einzelnen nicht dargestellten Fehlerstromschutz­ schalter geführt sind. Zu diesem mechanischen Aufbau gehört u. a. ein nur symbolisch angedeutetes Schaltschloß 12, das beim Entriegeln die Schaltkontakte 10 unter der Wirkung einer (nicht gezeigten) Ausschaltfeder öffnet und dadurch die Stromversorgung der an das Netz angeschlossene Verbraucher unterbricht. Der dargestellte Schalter ist ein selektiver Fehlerstromschutzschalter zur Verwendung in der Hauptverteilung des Netzes, dem weitere Fehlerstromschutz­ schalter gewöhnlicher Bauart in der Unterverteilung zu den Verbrauchern nachgeschaltet sind.
Zum mechanischen Entriegeln des Schaltschlosses dient ein (nicht gezeigter) Auslöser, der in Verbindung mit der Er­ findung zweckmäßig ein Haltemagnetauslöser ist. Seine Er­ regerwicklung ist bei 14 dargestellt. Die Erregerwicklung 14 ist über eine in ihrer Gesamtheit mit 16 bezeichnete elektronische Auslöseschaltung an die Sekundärwicklung 18 eines Summenstromwandlers 20 angeschlossen, dessen nur schematisch angedeuteter Ringkern 22 primärseitig von den Leitern P und N auf der Verbraucherseite der Schaltkontakte 10 durchsetzt wird.
Die elektronische Schaltung 16 arbeitet im dargestellten Aus­ führungsbeispiel mit positiven Polaritäten und enthält hier­ zu eine an die Sekundärwicklung 18 des Summenstromwandlers 20 angeschlossene Gleichrichterbrückenschaltung 24 mit vier Dioden 26. An die positive Ausgangsklemme der Gleichrichter­ brückenschaltung 24 sind über eine isolierte Leitung 28 eine Zenerdiode 30 sowie über einen Widerstand 32 ein Speicher­ kondensator 34 angeschlossen. Die Zweitanschlüsse der Zener­ diode 30 und des Speicherkondensators 34 liegen ebenso wie die negative Ausgangsklemmer der Gleichrichterbrückenschal­ tung 24 an Masse.
Der ohmsche Widerstand 32 und der Speicherkondensator 34 bil­ den ein RC-Glied 36, dessen Ausgangsleiter 38 zu einer Klem­ me 40 geführt ist, an die einerseits die eine Klemme der Er­ regerwicklung 14 und zum anderen ein Spannungsteiler mit einem Potentiometer 42 und einem Festwiderstand 44 ange­ schlossen sind, dessen andere Klemme an Masse liegt.
An die Ausgangsklemme der Erregerwicklung 14 ist ein wei­ terer ohmscher Widerstand 46 angeschlossen, dessen Aus­ gang über eine Leitung 48 mit einem in seiner Gesamtheit mit 50 bezeichneten elektronischen Ventil verbunden ist. Das elektronische Ventil 50 besteht aus einem PNP-Transi­ stor 52 und einem NPN-Transistor 54, deren Kollektoren und Basen wechselweise über Leitungen 56 bzw. 58 miteinander verbunden sind. Die Leitung 48 ist mit dem Emitter des PNP-Transistors 52 verbunden. Der Emitter des NPN-Transi­ stors 54 liegt an Masse.
Die Basis des PNP-Transistors 52 ist außerdem über eine an einer Verbindungsstelle 60 an die Verbindungsleitung 56 angeschlossene Leitung 62 mit dem "Drain"-Anschluß eines Feldeffekttransistors 64 mit isoliertem "Gate" (IG-FET) verbunden, der zweckmäßig ein N-Kanal-Verarmungs- IG-FET in V-MOS-Technologie ist. Der "Gate"-Anschluß des IG-FET 64 ist über eine Leitung 66 an den Abgriff des Po­ tentiometers 42 geführt. Der "Source"-Anschluß des IG-FET 64 ist in gewohnter Weise an Masse gelegt.
Schließlich sind zwischen die Leitungen 48 und 62 ein ohmscher Widerstand 68 zur Festlegung der Emitter-Basis- Spannung des PNP-Transistors 52 sowie ein Kondensator 70 zur Ableitung von Parasitenströmen geschaltet.
Die gezeigte Schaltung arbeitet wie folgt:
Solange auf der Verbraucherseite des Fehlerstromschutzschal­ ters kein Fehlerstrom fließt, ist die Durchflutung des Ring­ kerns 22 des Summenstromwandlers 20 "Null", und in der Se­ kundärwicklung 18 des Summenstromwandlers 20 wird keine Spannung induziert.
Tritt nun auf der Verbraucherseite des Fehlerstromschutzschal­ ters ein Fehlerstrom auf, der ein Wechsel-Fehlerstrom oder ein pulsierender Gleich-Fehlerstrom oder auch beides sein kann, wird das Gleichgewicht der entgegengesetzt fließen­ den Ströme in den Leitern P und N gestört. Die hierdurch auftretende Durchflutung des Ringkerns 22 induziert in der Sekundärwicklung 18 eine Spannung der in Fig. 2 ge­ zeigten Form, die in den Dioden 26 der Gleichrichterbrücken­ schaltung 24 gleichgerichtet wird und über die Leitung 28 zunächst an die Zenerdiode 30 und ferner über den ohm­ schen Widerstand 32 an den Speicherkondensator 34 gelangt. Diese Spannung liegt ferner über der Leitung 38 an der Erregerwicklung 14 des Auslösers und weiter über den ohmschen Widerstand 46 und die Leitung 48 am Emitter des PNP-Transistors 52 an, der sperrt, so daß kein Strom über die Erregerwicklung 14 fließen kann.
Die an der Leitung 28 auftretende Gleichspannung führt zur Ausbildung eines Ladestroms über den ohmschen Widerstand 32 zum Speicherkondensator 34, durch welchen dieser in der in Fig. 4 gezeigten Weise stufenförmig aufgeladen wird. Die sich dabei am Kondensator 34 aufbauende Spannung liegt über die Leitung 38 auch an den Widerständen 42, 44 und ruft über den Abgriff 66 des Potentiometers 42 einen dazu proportionalen Spannungsaufbau an dem "Gate"- Anschluß des IG-FET 64 hervor, zwischen dessen "Drain"- und "Source"-Anschlüssen über den ohmschen Widerstand 68 gleichfalls die Ladespannung des Speicherkondensators 34 anliegt.
Sobald die Spannung am "Gate"-Anschluß des IG-FET 64 einen vorbestimmten Wert erreicht hat, schaltet dieser durch und gibt zunächst einen Steuerstrom von der Leitung 38 über die Erregerwicklung, den ohmschen Widerstand 46, die Lei­ tung 48, den ohmschen Widerstand 68 und den "Drain-Source"- Pfad des IG-FET 64 frei, der durch den Spannungsabfall am ohmschen Widerstand 68 die erforderliche Steuerspannung zum Durchschalten zunächst des Transistors 52 und durch diesen des Transistors 54 liefert, wodurch das elektroni­ sche Ventil 50 in seiner Gesamtheit öffnet. Dadurch kann sich der Speicherkondensator 34 über die Erregerwicklung 14 und den sehr niedrig-ohmigen Widerstand 46 entladen und seine Energie an die Erregerwicklung 14 zum Auslösen des Schlosses 14 und damit Öffnen der Schaltkontakte 10 frei­ geben.
Sobald sich der Speicherkondensator 34 entladen hat, sperrt das elektronische Ventil 50 von selbst, und der Strom in der Erregerwicklung 14 klingt über eine parallel zu ihr geschaltete Freilaufdiode 72 ab.
Mit zunehmender Größe des Fehlerstroms auf der Primärseite des Summenstromwandlers 20 erhöhen sich auch die Scheitel­ werte der Sekundärspannung am Summenstromwandler, wobei die Aufladung des Kondensators 34 über den ohmschen Wider­ stand 32 jedoch wegen der immer schmaleren Spannungsspitzen nicht in gleichem Maße schneller von statten geht. Ab einer bestimmten Höhe der Spannungsspitzen spricht die Zenerdio­ de 30 an und läßt die Ladespannung nur noch so gering wei­ ter ansteigen, daß von nun an die Aufladezeit des Kondensa­ tors 34 nahezu konstant bleibt. Durch entsprechende Bemes­ sung der Zenerdiode 30 kann dieser Punkt in Übereinstimmung mit beispielsweise der VDE-Vorschrift 0664 beim 5fachen des Fehlernetzstroms IΔ n liegen.
Fig. 6 zeigt in einem Zeit/Strom-Diagramm den Verlauf der Auslösezeit tA bei zunehmendem Wechsel-Fehlerstrom IΔ im Ver­ hältnis zum Nennfehlerstrom IΔ m als Ergebnis von Messungen an einem erfindungsgemäß ausgebildeten Fehlerstromschutzschal­ ter. Dabei sind mit ta min und ta max die Toleranzgrenzen nach der deutschen VDE-Vorschrift 0664, Ziff. 25, Tabelle 4 eingezeichnet, die sich aus der folgenden Tabelle ergeben:
Wechselfehlerstrom
Auslösezeit tA in S
IΔ n
0,15tA0,5
2IΔ n 0,06tA0,2
5IΔ n 0,04tA0,15
500 A 0,04≦ωτtA0,15
Außerdem ist mit i die untere Grenze des Wechsel-Fehler­ stroms eingezeichnet, bei welcher der Fehlerstromschutz­ schalter gemäß Ziff. 11.2 der VDE-Vorschrift 0664 an­ sprechen darf; sie beträgt 0,5 IΔ n.
Wie der Verlauf der aus der Messung gewonnen Auslösezeit- Kurve tA zeigt, lassen sich die obigen Grenzwerte im ge­ samten Bereich von problemlos einhalten.

Claims (7)

1. Selektiver Fehlerstromschutzschalter mit einem Summen­ stromwandler und einem Auslöser, dessen Erregerwicklung an die Sekundärwicklung des Summenstromwandlers über eine elektronische Auslöserschaltung angeschlossen ist, die eine Gleichrichterbrückenschaltung, einen an deren Ausgang angeschlosse­ nen Speicherkondensator für die zur Betätigung des Aus­ lösers benötigte Energie, eine Verzögerungseinrichtung, ein steuerbares elektronisches Ventil zur Freigabe dieser Energie an die Erregerwick­ lung des Auslösers sowie Mittel zum Ansteuern des elek­ tronischen Ventils in Abhängigkeit von der Ladespannung des Speicherkondensators enthält, wobei
  • - der Kern (22) des Summenstromwandlers (20) aus einer Eisenlegierung mit hoher Permeabilität und flacher Hysterese besteht, der so ausgelegt ist, daß er bei Nenn-Fehlerstrom kurz unterhalb der Sättigung arbeitet,
  • - die Verzögerungseinrichtung durch ein RC-Glied (36) gebildet ist, das aus einem im Ladestromweg liegen­ den Widerstand (32) und dem Speicherkondensator (34) besteht, und
  • - die Mittel zum Ansteuern des elektronischen Ventils (50) aus einem ohmschen Spannungstei­ ler (42, 44) und einem mit seinem "Gate"-An­ schluß an den Abgriff (66) des Spannungsteilers angeschlossenen MOS-Transistor (64) bestehen, dessen "Source"-Anschluß an Masse liegt und dessen "Drain"-Anschluß der Steuerelektrode des elektronischen Ventils (50) verbunden ist.
2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Widerstand (42) des ohmschen Spannungsteilers (42, 44) zum Ausgleich von Toleranzen des Umschaltpunktes des MOS-Transistors (64) veränderbar ist.
3. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das elek­ tronische Ventil (50) ein Thyristor ist.
4. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Ventil (50) aus einem PNP-Transistor (52) und einem NPN-Transistor (54) in Kaskadenschaltung mit wechselweise verbundenen Basen und Kollektoren besteht, wobei der "Drain"-Anschluß des Feldeffekttransistors (64) an die Basis des PNP-Transistors (52) angeschlossen ist.
5. Fehlerstromschutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der MOS-Transistor (64) ein N-Kanal-Verarmungs-IG-FET in V-MOS-Technologie ist.
6. Fehlerstromschutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffekttransistor (64) ein Feldeffekttransi­ stor mit isoliertem "Gate" (IG-FET) ist.
7. Fehlerstromschutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der Ausgangsspannung der Gleichrich­ terbrückenschaltung (24) eine parallel zu dem RC-Glied (36) geschaltete Zenerdiode (30) vorgesehen ist.
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