DE3807935C2 - Selektiver Fehlerstromschutzschalter - Google Patents
Selektiver FehlerstromschutzschalterInfo
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- H02H3/33—Emergency 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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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.
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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