AT406208B - Residual current device (fault-current protective circuit breaker, earth leakage circuit breaker) with overvoltage tripping - Google Patents
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Description
AT 406 208 BAT 406 208 B
Oie Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter (in der Folge kurz Fl-Schalter genannt) umfassend ein Gehäuse mit Anschlussklemmen für Netzleitungen, einen Kontaktapparat mit zugehörigem Schaltschloss und Betätigungsorgan, einen das Schaltschloss betätigenden Fehlerstromauslöser, einen Summenstromwandler und eine Schaltungsanordnung zur Erfassung des vom Summenstromwandler kommenden Fehlerstromsignals.The invention relates to a residual current circuit breaker (hereinafter referred to as Fl switch) comprising a housing with connecting terminals for power lines, a contact apparatus with associated switch lock and actuating member, a residual current release actuating the switch lock, a total current transformer and a circuit arrangement for detecting the residual current signal coming from the total current transformer.
Derartige, zum hinlänglich bekannten Stand der Technik gehörende Fl-Schalter sprechen ausschließlich auf zur Erde abfließende Fehlerströme an. Wenn derartige Fehlerströme fließen, weist die Anlage einen unzulässigen Betriebszustand auf, es steht beispielsweise eine spannungsführende Leitung in Kontakt mit einem geerdeten Geräteteil, eine Person berührt spannungsführende Teile od. dgl. In allen solchen Fällen ist eine Gefährdung der Anlagenbenutzer gegeben, sodass eine schnelle Ausschaltung vorgenommen werden muss, wofür sich die bisher bekannten Fl-Schalter eignen.Such Fl switches, which belong to the well-known prior art, only respond to fault currents flowing to earth. If such fault currents flow, the system is in an impermissible operating state, for example there is a live line in contact with an earthed device part, a person touches live parts or the like. In all such cases there is a danger to the system user, so that a quick shutdown must be made, for which the previously known Fl switches are suitable.
Neben den Isolationsfehlem in der Anlage können auch Kurzschlüsse im Verteilungsnetz auftreten. Als Folge von solchen, weiter untenstehend noch genauer behandelten Fehlem ergeben sich meist netzfrequente Überspannungen. Derartige Überspannungen gefährden nicht nur die Funktionsfähigkeit des Fl-Schalters selbst, sondern vor allem die elektrischen Betriebsmittel in der betroffenen Anlage.In addition to the insulation faults in the system, short circuits can also occur in the distribution network. As a result of such errors, which are dealt with in more detail below, there are usually line-frequency overvoltages. Such overvoltages endanger not only the functionality of the Fl switch itself, but above all the electrical equipment in the affected system.
Netzstörungen treten zwar in modernen elektrischen Verteilungsnetzen nur mehr selten auf, weil mehr und mehr Kabel verlegt werden und heute Freileitungen als Bündelleiter ausgerührt werden, andererseits sind viele Verbrauchsgeräte mit Elektronikbausteinen (z.B. Fernsehgeräte) sehr empfindlich gegen Überspannungen geworden.Network faults occur only rarely in modern electrical distribution networks because more and more cables are being laid and overhead lines are now used as bundle conductors.On the other hand, many consumer devices with electronic components (e.g. television sets) have become very sensitive to overvoltages.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es sich bei derartigen Überspannungen weder um Schaltüberspannungen, noch um atmosphärische Überspannungen handelt, deren Zeitdauer im Mikro- und Millisekundenbereich liegt, sondern um netzfrequente, stationäre Überspannungen, die minutenlang, ja sogar stundenlang anstehen können. Am häufigsten werden derartige Überspannungen durch Kurzschlüsse zwischen einem Außenleiter und dem Neutralleiter oder PEN-Leiter im Verteilungsnetz verursacht z.B. durch Reißen von Leiterseilen bei Sturm und Rauhreif, wobei dann die Schadensbehebung oft Stunden dauert.It is expressly pointed out that such overvoltages are neither switching overvoltages nor atmospheric overvoltages, the duration of which is in the micro- and millisecond range, but rather mains-frequency, stationary overvoltages that can be present for minutes, even hours. Such overvoltages are most often caused by short circuits between an outer conductor and the neutral conductor or PEN conductor in the distribution network, e.g. by tearing conductor ropes during storms and hoarfrost, in which case it often takes hours to repair the damage.
Die Figuren 1 und 2 zeigen die Spannungsverhältnisse in einem derartigen Fall, wie sie in einem Drehstromnetz bei einem Kurzschluss L1-N durch Nullpunktsverschiebungen entstehen. Die Höhe der Spannungsverschiebung hängt vom Verhältnis der Impedanzen des Außenleiters zum Neutralleiter ab (für den PEN-Leiter gelten die folgenden Überlegungen sinngemäß). Über die Betriebserdungen fließt ein Teil des Kurzschlussstromes über die transformatomahen Betriebserdungen ins Netz zurück, daher wird im allgemeinen durch den Parallelstromweg über die Betriebserdungen die Impedanz des Neutralleiter-Strompfades kleiner sein als die des Außenleiters.Figures 1 and 2 show the voltage ratios in such a case, as they arise in a three-phase network in the event of a short circuit L1-N due to zero point shifts. The amount of the voltage shift depends on the ratio of the impedances of the outer conductor to the neutral conductor (the following considerations apply mutatis mutandis to the PEN conductor). Part of the short-circuit current flows back into the network via the operational earthing via the near-transformer operational earthing, so the impedance of the neutral conductor current path will generally be lower than that of the outer conductor due to the parallel current path via the operating earthing.
Nimmt man diese Impedanzen als Beispiel zunächst vereinfacht als gleich groß an, dann entstehen in einem Drehstromnetz 3N - 400/230 V als Spannungsfall des Außenleiters und Neutralleiters je 115 V und im Spannungsdreieck ergeben sich die Spannungen der zwei nicht vom Kurzschluss betroffenen Außenleiter gegen den Neutralleiter mittels einer einfachen Rechnung mit rund 300 V, die auch im Feldversuch gemessen werden. In der Umgebung des Kurzschlusspunktes im Verteilungsnetz treten diese Überspannungen in den Verbraucheranlagen in allen zugeordneten Einphasenstromkreisen auf (z.B. in den Steckdosen) und dies führt zu bei etwa gerade eingeschalteten Betriebsmitteln (z.B. Glühlampen, Fernsehapparaten) nach kurzer Zeit zur Zerstörung. Auch Fl-Schalter, deren Funktion von der Netzspannung abhängt, etwa wenn sie netzspannungsabhängige Verstärkerschaltungen zum Auswerten des Fehlerstromsignals benützen, können dadurch beschädigt werden, wenn die Spannungsversorgung zufällig von einem Außenleiter erfolgt, der nicht vom Kurzschluss betroffen ist.If one takes these impedances as a simple example, then in a three-phase network 3N - 400/230 V, the voltage drop of the outer conductor and neutral conductor is 115 V each, and in the voltage triangle the voltages of the two outer conductors not affected by the short circuit result against the neutral conductor by means of a simple calculation with around 300 V, which can also be measured in the field. In the vicinity of the short-circuit point in the distribution network, these overvoltages occur in the consumer systems in all assigned single-phase circuits (e.g. in the sockets) and this leads to destruction after a short time if the equipment is just switched on (e.g. incandescent lamps, TV sets). Fl switches, whose function depends on the mains voltage, for example if they use mains voltage-dependent amplifier circuits for evaluating the fault current signal, can also be damaged if the voltage supply happens to be from an outer conductor that is not affected by the short circuit.
Um eine Anlage vor den beschriebenen Auswirkungen derartiger Überspannungen zu schützen, ist es erforderlich auszuschalten. Dies könnte durch separate, auf Überspannungen ansprechende Ausschaltorgane erfolgen, diese haben jedoch die Nachteile des zusätzlichen Platzbedarfes im Verteiler, des erhöhten Montageauftvandes sowie des höheren Gesamtpreises der Anlage.To protect a system from the described effects of such overvoltages, it must be switched off. This could be done by separate switching elements that respond to overvoltages, but these have the disadvantages of the additional space requirement in the distributor, the increased assembly effort and the higher overall price of the system.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen solchen Mehrauforand zu verhindern und einen ohnehin in der Anlage vorhandenen Fehlerstromschutzschalter der eingangs erläuterten Art so zu verändern, dass er die Funktion einer Ausschalteinrichtung beim Auftreten von netzfrequenten Überspannungen übernehmen kann. 2It is an object of the invention to prevent such additional opening and to change an earth leakage circuit breaker of the type explained in the introduction in such a way that it can take over the function of a switch-off device when mains-frequency overvoltages occur. 2nd
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass ein Fehlerstromschutzschalter mit einer zusätzlichen, nach dem Kontaktapparat mit zumindest einem netzseitigen Außenleiter und nach dem Summenstromwandler mit einem verbraucherseitigen Neutralleiter verbundenen Schaltungsanordnung ausgestattet wird, die beim Auftreten von netzfrequenten Überspannungen von zwei Außenleitem gegen den Neutralleiter bei einem einpoligen Kurzschluss in einem Drehstromsystem einen Strom führt, der eine zur Auslösung des Schaltschlosses hinreichende Erregung des Summenstromwandlers bewirktAccording to the invention, this is achieved in that a residual current circuit breaker is equipped with an additional circuit arrangement connected after the contact apparatus with at least one line-side outer conductor and after the summation current transformer with a consumer-side neutral conductor, which in the event of line-frequency overvoltages of two line conductors against the neutral conductor in the case of a single-pole short circuit in a three-phase system carries a current that causes sufficient excitation of the summation current transformer to trigger the switch lock
Ein auf diese Weise in seiner Funktion erweiterter Fl-Schalter weist äußerlich keine Unterschiede zu einem herkömmlichen Fl-Schalter auf, ist demzufolge genauso einfach zu montieren und zu verdrahten. Insbesondere führt dieser Zusatz bei Fl-Schaltern hoher Auslösezuverlässigkeit nach den österreichischen Patentanmeldungen A 80/91, A 232/91 und A 1090/91 zu einem Schutzapparat, der allen zu stellenden Anforderungen gerecht wird, also Zuverlässigkeit der Ausschaltung, Sicherheit gegen Fehlauslösungen bei Gewitterüberspannungen, Schutz gegen Überlastungen und gegen Störungen im Verteilungsnetz.A Fl switch that has been expanded in this way in its function has no external differences from a conventional Fl switch, and is therefore just as easy to assemble and wire. In particular, for Fl switches with high tripping reliability according to the Austrian patent applications A 80/91, A 232/91 and A 1090/91, this addition leads to a protective device that meets all the requirements to be made, i.e. reliability of switching off, security against false tripping in the event of thunderstorm surges , Protection against overloads and disturbances in the distribution network.
Nach einer ersten Variante der Erfindung kann bei vierpoligen Ausrührungsformen eines erfindungsgemäßen FI-Schutzschalters vorgesehen sein, dass die Netzüberspannungen erkennende Schaltungsanordnung aus drei gleichen Impedanzen gebildet ist, die zu einem Stempunkt zusammengeschaltet sind, wobei einerseits die Impedanzen nach den Unterbrecherkontakten im Fl-Schalter an die drei Außenleiter angeschlossen sind und andererseits der Stempunkt nach dem Summenstromwandler mit dem Neutralleiter verbunden ist.According to a first variant of the invention, in the case of four-pole embodiments of a residual current circuit breaker according to the invention, it can be provided that the circuit arrangement which detects mains overvoltages is formed from three identical impedances which are interconnected at a star point, on the one hand the impedances to the breaker contacts in the Fl switch to the three outer conductors are connected and on the other hand the star point is connected to the neutral conductor after the summation current transformer.
Im normalen Betriebszustand addieren sich die Ströme dieser Impedanzen zu Null, bei einem Kurzschluss eines Außenleiters mit dem Neutralleiter wird der Strom in einer Impedanz zu Null, während sich die durch die Überspannung etwas erhöhten Ströme der beiden an die verbleibenden, die Netzüberspannung fahrenden Außenleiter angeschlossenen Impedanzen geometrisch addieren, wodurch der Summenstromwandler mit dem Impedanzstrom erregt wird. Durch die gleichzeitige Überwachung aller drei Außenleiter wird eine Überspannung auf jeden Fall erkannt, gleichgültig in welchem Außenleiter genau sieauftritt.In the normal operating state, the currents of these impedances add up to zero; in the event of a short circuit of an outer conductor to the neutral conductor, the current becomes an impedance to zero, while the currents of the two, which are somewhat increased due to the overvoltage, connect to the remaining outer conductors which are driving the mains overvoltage add geometrically, whereby the summation current transformer is excited with the impedance current. Through the simultaneous monitoring of all three outer conductors, an overvoltage is detected in any case, regardless of which outer conductor exactly occurs.
Noch einfacher ist die Erkennung von Überspannungen bei einem zweipoligen Fl-Schalter. Es gibt hier die verschiedensten Lösungen, wie eine Serienschaltung unter Umgehung des Summenstromwandlers zwischen einem Außenleiter und dem Neutralleiter, die ein spannungsabhängiges Bauteil, z.B. einen Varistor und einen elektromechanischen Auslöser, der zusätzlich zum Fehlerstromauslöser auf das Schaltschloss einwirkt, enthält. Nach einer anderen Variante kann der Prüfstromkreis mit Serienschaltungen von spannungsabhängigen Widerständen ergänzt werden, die den Unterbrecherkontakt der Prüfeinrichtung überbrücken, wodurch bei Überspannungen eine Auslösung über den Prüfstromkreis erfolgt Von diesen vielen Möglichkeiten soll nur eine technisch und wirtschaftlich günstige Schaltung erfindungsgemäß geschützt werden.The detection of overvoltages is even easier with a two-pole F1 switch. There are various solutions, such as a series connection bypassing the summation current transformer between an outer conductor and the neutral conductor, which a voltage-dependent component, e.g. a varistor and an electromechanical release, which acts on the key switch in addition to the residual current release. According to another variant, the test circuit can be supplemented with series connections of voltage-dependent resistors which bridge the interrupter contact of the test device, whereby tripping occurs in the event of overvoltages. Of these many possibilities, only a technically and economically advantageous circuit should be protected according to the invention.
Eine derartige, Netzspannungen erkennende Schaltungsanordnung für einen zweipoligen Fl-Schalter kann erfindungsgemäß aus zumindest einem spannungsabhängigen Bauteil, z.B. Varistor, gebildet sein, dessen erster Anschluß nach dem Unterbrecherkontakt des Außenleiters mit diesem verbunden ist und dessen zweiter Anschluß unter Umgehung des Summenstromwandlers verbraucherseitig an den Neutralleiter angeschloesen ist.Such a circuit arrangement, which detects mains voltages, for a two-pole F1 switch can, according to the invention, consist of at least one voltage-dependent component, e.g. Varistor, be formed, the first connection of which is connected to the outer conductor after the break contact and the second connection of which is bypassed by the summation current transformer on the consumer side to the neutral conductor.
Die Symmetrie der Netzspannungen im Normalbetriebszustand kann hier nicht ausgenützt werden, die erfindungsgemäß ersetzbaren spannungsabhängigen Bauteile stellen jedoch einen besonders einfachen Ersatz dar.The symmetry of the mains voltages in the normal operating state cannot be exploited here, but the voltage-dependent components that can be replaced according to the invention represent a particularly simple replacement.
Nach einer zweiten Variante der Erfindung kann bei vier- bzw. zweipoligen Fl-Schaltem, bei denen die zur Erfassung des vom Summenstromwandler kommenden Fehlerstromsignals vorgesehene Schaltungsanordnung eine Energiespeicherschaltung aufweist, vorgesehen sein, dass der Stempunkt der Impedanzen bzw. der zweite Anschluß des spannungsabhängigen Bauteils über einen Spannungsteiler an den Neutralleiter angeschlossen Ist und dass der Spannungsteiler vorzugsweise über eine Gleichrichterechaltung mit der Energiespeicherschaltung verbunden ist, sodass diese beim Auftreten von Überspannungen von der Schaltungsanordnung bis zum Ansprechen aufladbar ist wodurch die Ausschaltung des Fl-Schalters erfolgt.According to a second variant of the invention, in the case of four-pole or two-pole F1 switches in which the circuit arrangement provided for detecting the fault current signal coming from the summation current transformer has an energy storage circuit, it can be provided that the terminal point of the impedances or the second connection of the voltage-dependent component is above a voltage divider is connected to the neutral conductor and that the voltage divider is preferably connected to the energy storage circuit by means of a rectifier circuit, so that it can be charged from the circuit arrangement up to response in the event of overvoltages, as a result of which the Fl switch is switched off.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die drei Impedanzen aus drei gleichen Kondensatoren gebildet sind, wodurch Energieverluste vermieden werden.In a further embodiment of the invention, it can be provided that the three impedances are formed from three identical capacitors, as a result of which energy losses are avoided.
In einer Abänderung können die drei Impedanzen erfindungsgemäß aus drei gleichen, spannungsabhängigen Widerständen (Varistoren) gebildet sein, wodurch der Effekt der Spannungserhöhung im Kurzschlussfall verstärkt wird. 3In a modification, the three impedances can, according to the invention, be formed from three identical, voltage-dependent resistors (varistors), which increases the effect of the voltage increase in the event of a short circuit. 3rd
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung kann sein, dass in die Verbindungsleitung Sternpunkt -Neutralleiter bzw. zweiter Anschluß des Spannungsabhang igen Bauteiles - Neutralleiter eine Schutzdrossel eingebaut ist.Another feature of the invention can be that a protective choke is installed in the connecting line neutral point-neutral conductor or second connection of the voltage-dependent component-neutral conductor.
Dadurch können bei Fehlem in den Impedanzen zu hohe Ströme vermieden werden. Diese Lösung hat den weiteren Vorteil, dass dadurch auch ein Grobschutz gegen transiente Überspannungen erzielt werden kann, wie sie durch atmosphärische Entladungen, also durch Gewitter, entstehen können.In this way, currents which are too high can be avoided if there are errors in the impedances. This solution has the further advantage that it can also provide rough protection against transient overvoltages, such as those caused by atmospheric discharges, i.e. thunderstorms.
In Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Verbindungsleitung Sternpunkt-Neutralleiter bzw. zweiter Anschluß des spannungsabhängigen Bauteiles - Neutralleiter mit zumindest einer Windung durch den Summenstromwandler geführt ist, also eine eigene Wicklung im Summenstromwandler besitztIn a further development of the invention it can also be provided that the connecting line neutral point neutral conductor or second connection of the voltage-dependent component - neutral conductor is led through the summation current transformer with at least one turn, that is to say has its own winding in the summation current transformer
Damit kann eine weitere Verstärkung des Fehlersignals beim Auftreten von Überspannungen erreicht werden.This allows the error signal to be amplified further when overvoltages occur.
Verwendet man für die übliche Auslösung durch Fehlerströme, die durch Isolationsfehler in den Anlagen entstehen, eine Energiespeicherschaltung für die Betätigung des Fehlerstromauslösers, wie z.B. in den Anmeldungen AT 80/91, AT 232/91 und AT 1090/91 für einen Fi-Schalter hoher Auslösezuveriässigkeit, dann benötigt man für das Aufladen der Energiespeichereinheit noch kleinere Fehlerströme und die Impedanzen für den Stempunkt zur Überspannungsauslösung können besonders klein dimensioniert werden.If an energy storage circuit is used for the actuation of the residual current release, such as e.g. for the usual triggering by fault currents that result from insulation faults in the systems, e.g. in the applications AT 80/91, AT 232/91 and AT 1090/91 for a Fi switch with high tripping reliability, then even smaller fault currents are required for charging the energy storage unit and the impedances for the star point for overvoltage release can be dimensioned particularly small.
Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungsfiguren dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the particularly preferred exemplary embodiments shown in the drawing figures.
Fig. 1 zeigt ein Verteilungsnetz 3N - 400/230 V, in dem ein Kurzschluss zwischen einem Außenleiter LI und dem Neutralleiter N besteht mit den zugehörigen Spannungen der Außenleiter gegen den Neutralleiter und gegen die Bezugserde;Fig. 1 shows a distribution network 3N - 400/230 V, in which there is a short circuit between an outer conductor LI and the neutral conductor N with the associated voltages of the outer conductor against the neutral conductor and against the reference earth;
Fig. 2 zeigt im Spannungsdreieck die Spannungsverschiebungen der Außenleiter und des Neutralleiters;Fig. 2 shows in the voltage triangle the voltage shifts of the outer conductor and the neutral conductor;
Fig. 3 zeigt für einen vierpoligen Fl-Schalter die Schaltungsanordnung fürFig. 3 shows the circuit arrangement for a four-pole F1 switch
Netzüberspannungen bestehend aus drei in Stern geschalteten Impedanzen aus ohmschen, induktiven oder vorzugsweise kapazitiven Widerständen;Mains overvoltages consisting of three star-connected impedances made of ohmic, inductive or preferably capacitive resistors;
Fig. 4 zeigt für einen vierpoligen Fl-Schalter die Schaltungsanordnung fürFig. 4 shows the circuit arrangement for a four-pole F1 switch
Netzüberspannungen bestehend aus drei in Stern geschalteten Kapazitäten und einer Schutzdrossel zur Strombegrenzung;Mains overvoltages consisting of three capacitors connected in a star and a protective choke for current limitation;
Fig. 5 zeigt für einen vierpoligen Fl-Schalter die Schaltungsanordnung fürFig. 5 shows the circuit arrangement for a four-pole F1 switch
Netzüberspannungen bestehend aus drei Varistoren und einer zusätzlichen Wicklung im Summenstromwandler;Mains overvoltages consisting of three varistors and an additional winding in the total current transformer;
Fig. 6 zeigt für einen vierpoligen Fl-Schalter mit Energiespeicherschaltung die Schaltungsanordnung für Netzüberspannungen bestehend aus drei Varistoren und einer Spannungsteilerschaltung für die Aufteilung der Energiespeicherschaltung bei Überspannungen und6 shows the circuit arrangement for mains overvoltages consisting of three varistors and a voltage divider circuit for the division of the energy storage circuit in the event of overvoltages and for a four-pole F1 switch with an energy storage circuit
Fig. 7 zeigt für einen zweipoligen Fl-Schalter die Schaltungsanordnung fürFig. 7 shows the circuit arrangement for a two-pole F1 switch
Netzüberspannungen, die aus einem einfachen Parallelstromkreis mit Varistor besteht, der unter Umgehung des Summenstromwandlers nach dem Unterbrecherkontakt des Außenleiters und dem Neutralleiter angeschlossen ist.Mains overvoltages, which consists of a simple parallel circuit with a varistor, which is connected bypassing the summation current transformer after the break contact of the outer conductor and the neutral conductor.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Spannungsverhältnisse in einem Drehstromverteilungsnetz 3N - 400/230 V bei einem Kurzschluss L1-N wurden bereits weiter oben stehend erörtert und sollen hier nicht noch einmal beschrieben werden. Sie stellen nur den theoretischen Hintergrund für die Erfindung dar, lassen aber nicht die Ausführungsmöglichkeiten erkennen.The voltage relationships shown in FIGS. 1 and 2 in a three-phase distribution network 3N - 400/230 V with a short circuit L1-N have already been discussed above and are not to be described again here. They only represent the theoretical background for the invention, but do not reveal the possible embodiments.
Die grundlegende Idee der Erfindung soll anhand der Figur 3 erklärt werden und betrifft netzspannungsabhängige, bedingt nelzspannungsabhängige oder netzspannungsunabhängige vier- und zweipolige Fl-Schalter umfassend ein Gehäuse mit Anschlussklemmen 1 für den netz-und verbraucherseitigen Anschluß der Leitungen L1, L2, L3 und N, einen Kontaktapparat 2 mit zugehörigem Schaltschloss und Betätigungsorgan 3, einem Prüfstromkreis mit Prüftaste und Prüfwiderstand 7, einen das Schaltschloss 3 betätigenden Fehlerstromauslöser 4, einen Summenstromwandler 6, eine Schaltungsanordnung 5 zur Auswertung des vom Summenstromwandler kommenden Fehleretromsignals.The basic idea of the invention is to be explained on the basis of FIG. 3 and relates to four-pole and two-pole F1 switches which are dependent on the mains voltage, conditionally dependent on the mains voltage or independent of the mains voltage and comprise a housing with connecting terminals 1 for connecting the lines L1, L2, L3 and N on the mains and consumer side, a contact apparatus 2 with associated switch lock and actuating member 3, a test circuit with test button and test resistor 7, a fault current release 4 actuating the switch lock 3, a summation current transformer 6, a circuit arrangement 5 for evaluating the fault current signal coming from the summation current transformer.
Durch eine zusätzliche Schaltungsanordnung 8, die beim Auftreten von netzfrequenten Überspannungen von zwei Außenleitem L1, L2, L3 gegen den Neutralleiter N bei einem einpoligen Kurzschluss in einem Drehstromsystem die Auslösung des Schaltschlossens 3 bewirkt, wird der 4An additional circuit arrangement 8, which triggers the switching mechanism 3 in the event of line-frequency overvoltages of two external conductors L1, L2, L3 against the neutral conductor N in the event of a single-pole short circuit in a three-phase system,
AT 406 208 B vierpolige Fl-Schalter in die Lage versetzt, auch bei netzfrequenten Überspannungen auszuschaiten und so sich selbst und die nachgeschaltete Verbraucheranlage zu schützen.AT 406 208 B enables four-pole Fl switches to switch off even in the event of mains-frequency overvoltages and thus protect itself and the downstream consumer system.
Die Ansprechschwelle, bei der die Überspannungserkennungsschaltung 8 die Auslösung des Schaltschlosses 3 bewirkt, kann im Prinzip in weiten Grenzen festgelegt werden. Als üblicher Wert hierfür kann ein Wert zwischen dem 1,1-fachen und 1,2-fachen Nennwert der Netzspannung angegeben werden, also für U = 230 V Überspannungen zwischen etwa 260 V und 280 V, wobei zwischen einem Außenleiter und dem Neutralleiter die Netzspannung Null vorausgesetzt wird. Es ist klar, dass zwei- und vierpolige Fl-Schalter geschützt werden können, egal ob ihre Fehlerstromauslösung netzspannungsabhängig, bedingt netzspannungsabhängig oder netzspannungsunabhängig erfolgtThe response threshold at which the overvoltage detection circuit 8 triggers the switching lock 3 can in principle be set within wide limits. A value between 1.1 times and 1.2 times the nominal value of the mains voltage can be specified as the usual value for this, i.e. for U = 230 V overvoltages between approximately 260 V and 280 V, the mains voltage being between an outer conductor and the neutral conductor Assuming zero. It is clear that two-pole and four-pole Fl switches can be protected, regardless of whether their residual current is triggered depending on the mains voltage, conditionally on the mains voltage or independently of the mains voltage
Besonders vorteilhaft ist die Lösung für bedingt netzspannungsabhängige vierpolige Fl-Schalter mit Energiespeicherschaltung, weil nur wenige kleine elektronische Bauelemente zusätzlich verwendet werden müssen und neben dem netzfrequenten Überspannungsschutz auch ein Grobschutz gegen Gewitterüberspannungen erreicht werden kann.The solution for conditionally voltage-dependent four-pole Fl switches with energy storage circuit is particularly advantageous because only a few small electronic components have to be used in addition and in addition to the mains-frequency overvoltage protection, coarse protection against thunderstorm overvoltages can also be achieved.
Die Figuren 3 bis 7 zeigen Beispiele für erfindungsgemäße Fl-Schalter, wobei die Figuren 3, 4, 5 und 6 vierpolige Bauformen und die Figur 7 eine zweipolige Bauform zeigen. Netzspannungsunabhängige Systeme werden in den Figuren 3, 4, 5 und 7 dargestellt, die Figur 6 zeigt eine bedingt netzspannungsabhängige Bauform, bei der die Erfassung des Fehlerstromes durch eine netzspannungsunabhängige Energiespeicherschaltung 5 erfolgt, die Auslösung des Schaltschlosses 3 dagegen netzspannungsabhängig durch ein elektromechanisches oder elektronisches Wandlerrelais 16 und einen Arbeitsstromauslöser 4.FIGS. 3 to 7 show examples of Fl switches according to the invention, FIGS. 3, 4, 5 and 6 showing four-pole designs and FIG. 7 showing a two-pole construction. Systems independent of the mains voltage are shown in FIGS. 3, 4, 5 and 7; FIG. 6 shows a conditionally mains voltage-dependent design, in which the fault current is detected by an energy storage circuit 5 which is independent of the mains voltage, and the switching lock 3 is triggered by an electromechanical or electronic converter relay, depending on the mains voltage 16 and a shunt release 4.
Figur 3 zeigt als Ausführungsbeispiel einen vierpoligen netzspannungsunabhängigen Fl-Schalter mit einer Schaltungsanordnung 8 zur Erkennung von netzfrequenten Überspannungen, die aus drei in Stern geschalteten ohmschen, induktiven oder vorzugsweise kapazitiven Impedanzen 9 besteht. Der Stempunkt dieser Zusammenschaltung ist nach dem Summenstromwandler 7 mit dem Neutralleiter N verbunden, die anderen, nicht miteinander verbundenen Anschlüsse der Impedanzen 9 sind an die drei Außenleiter L 1, L2, L3, jeweils nach den Unterbrecherkontakten 2 angeschlossen. Im normalen Betriebszustand fließt über den Stempunkt zum Neutralleiter N nur ein geringer Ausgleichsstrom. Beim Kurzschluss im Netz jedoch fließt der gesamte Unsymmetriestrom zum Neutralleiter N, der als Fehlerstrom den Summenstromwandler 6 erregt und über die Schaltungsanordnung 5 den Fehlerstromauslöser 4 betätigt und damit das Schaltschloss 3 entklinktFIG. 3 shows an exemplary embodiment of a four-pole mains voltage-independent Fl switch with a circuit arrangement 8 for detecting mains frequency overvoltages, which consists of three ohmic, inductive or preferably capacitive impedances 9 connected in a star. The star point of this interconnection is connected after the summation current transformer 7 to the neutral conductor N, the other, not connected connections of the impedances 9 are connected to the three outer conductors L 1, L2, L3, each after the breaker contacts 2. In the normal operating state, only a small compensating current flows via the star point to the neutral conductor N. In the event of a short circuit in the network, however, the entire unbalance current flows to the neutral conductor N, which excites the residual current transformer 6 as a residual current and actuates the residual current release 4 via the circuit arrangement 5 and thus releases the switching lock 3
Figur 4 zeigt eine Ausführung, bei der die Impedanzen 9 als Kondensatoren ausgebildet sind und in die Verbindungsleitung noch eine Schutzdrossel 10 eingebaut ist, die z.B. beim Durchschlagen eines Kondensators strombegrenzend wirkt. Durch die Kapazitäten werden Wärmeverluste im Dauerbetrieb vermieden.Figure 4 shows an embodiment in which the impedances 9 are designed as capacitors and a protective choke 10 is also installed in the connecting line, which, for example, has a current limiting effect when a capacitor breaks down. The capacities prevent heat losses in continuous operation.
Eine Verkleinerung der Bauformen durch einen kleineren Auslösestrom kann man erreichen, wenn man nach der Figur 5 die Verbindungsleitung Stempunkt-Neutralleiter der Schaltungsanordnung 9 mit zumindest einer Windung durch den Summenstromwandler 6 führt, diesen also mit einer Zusatzwicklung 11 ausstattetA reduction in the design by a smaller tripping current can be achieved if, according to FIG. 5, the connecting point, star point-neutral conductor of the circuit arrangement 9 is passed through the summation current transformer 6 with at least one turn, that is to say equips it with an additional winding 11
Figur 7 zeigt einen netzspannungsunabhängigen zweipoligen Fl-Schalter mit einer einfachen, billigen Lösung für die netzfrequente Überspannungsüberwachung. Sie besteht aus einer Schaltungsanordnung 8, die jetzt nur aus einem spannungsabhängigen Bauelement (Varistor) 9 besteht. Sie ist nach dem Unterbrecherkontakt 2 mit dem Außenleiter und nach dem Summenstromwandler 6 mit dem Neutralleiter N verbunden. Wird bei Überspannung der Varistor 9 leitend, dann wird der Summenstromwandler 6 erregt und der Fl-Schalter schaltet aus. Selbstverständlich kann diese Lösung auch durch die vorher geschilderten Maßnahmen wie z.B. eine Zusatzwicklung 11 im Summenstromwandler 6 ergänzt werden.FIG. 7 shows a two-pole F1 switch independent of the mains voltage with a simple, inexpensive solution for the mains-frequency overvoltage monitoring. It consists of a circuit arrangement 8, which now consists only of a voltage-dependent component (varistor) 9. It is connected to the outer conductor after the break contact 2 and to the neutral conductor N after the summation current transformer 6. If the varistor 9 becomes conductive in the event of an overvoltage, the summation current transformer 6 is excited and the FL switch switches off. Of course, this solution can also be achieved through the measures described above, e.g. an additional winding 11 can be added to the summation current transformer 6.
Eine weitere Verringerung des für die Auslösung erforderlichen Fehlerstromes der Schaltungsanordnung 8 kann man erreichen, wenn die zur Erfassung des vom Summenstromwandlers 6 kommenden Fehlerstromsignals vorgesehene Schaltungsanordnung 5 eine Energiespeicherschaltung aufweist Eine solche Energiespeicherschaltung in sowohl bei vier-als auch bei zweipoliger Ausführungsform vorstellbar.A further reduction in the fault current of the circuit arrangement 8 required for tripping can be achieved if the circuit arrangement 5 provided for detecting the fault current signal coming from the summation current transformer 6 has an energy storage circuit. Such an energy storage circuit is conceivable in both a four-pole and a two-pole embodiment.
Figur 6 zeigt einen vierpoligen, bedingt netzspannungsabhängigen Fl-Schalter mit einer derartigen Schaltungsanordnung 5 mit den Energiespeicherelementen Gleichrichterschaltung 12, Speicherkondensator 13 und spannungsabhängiges Schaltelement 14.FIG. 6 shows a four-pole, conditionally voltage-dependent Fl switch with such a circuit arrangement 5 with the energy storage elements rectifier circuit 12, storage capacitor 13 and voltage-dependent switching element 14.
Bei den üblichen Isolationsfehlem in der geschützten Verbraucheranlage wird durch den zur Erde fließenden Fehlerstrom der Summenstromwandler 6 erregt und der Fl-Schalter schaltet nach 5In the case of the usual insulation faults in the protected consumer system, the residual current transformer 6 is excited by the fault current flowing to earth and the Fl switch switches to 5
Claims (8)
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| AT10597A AT406208B (en) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | Residual current device (fault-current protective circuit breaker, earth leakage circuit breaker) with overvoltage tripping |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|---|
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-
1997
- 1997-01-24 AT AT10597A patent/AT406208B/en not_active IP Right Cessation
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| CN110546731A (en) * | 2017-03-24 | 2019-12-06 | 西门子股份公司 | Circuit breaker |
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Also Published As
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