DE1146181B

DE1146181B - Residual current circuit breaker with summation current transformer and amplifier

Info

Publication number: DE1146181B
Application number: DES73726A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Rudolf Scherbaum; Helmut Roesch
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1961-04-28
Filing date: 1961-04-28
Publication date: 1963-03-28

Description

Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter zum Abschalten elektrischer Anlagen beim Auftreten eines Fehlerstromes. In der Regel arbeitet der Fehlerstromschutzschalter mit dem Prinzip des Differenzschutzes. Man verwendet einen Summenstromwandler, über den sämtliche zu und von dem Verbraucher fließenden Ströme fließen. Tritt ein Fehlerstrom auf, so entsteht im Summenstromwandler sekundärseitig ein Differenzstrom, der zur Auslösung des Schutzschalters benutzt wird.The invention relates to a residual current circuit breaker for switching off electrical systems Occurrence of a fault current. As a rule, the residual current circuit breaker works with the principle of Differential protection. A summation current transformer is used, through which all to and from the Consumers flowing currents flow. If a fault current occurs, it occurs in the summation current transformer a differential current on the secondary side that is used to trip the circuit breaker.

Es ist bekannt, diesen Differenzstrom unmittelbar zur Auslösung eines Auslösemagneten zu verwenden, der das Schaltschloß des Schutzschalters öffnet. Man ist schon den Weg gegangen, zwischen der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers und dem Auslösemagneten einen Leistungsverstärker zu schalten. Als Leistungsverstärker kann ein Relais, eine Kathodenröhre oder ein Transistor dienen. Die Verwendung der Kathodenröhre oder des Transistors im Fehlerstromschutzschalter hat den Vorzug, daß sich die Empfindlichkeit beim Ansprechen steigern läßt. Zur Versorgung des Verstärkers pflegt man eine vom Netz über einen Gleichrichter gelieferte Spannung zu verwenden.It is known to use this differential current directly to trigger a tripping magnet, which opens the switch lock of the circuit breaker. You have already gone the way between the secondary winding the summation current transformer and the tripping magnet to switch a power amplifier. A relay, a cathode tube or a transistor can serve as a power amplifier. The usage the cathode tube or the transistor in the residual current circuit breaker has the advantage that can increase the sensitivity in response. To supply the amplifier, one maintains one of the Mains voltage supplied by a rectifier.

Durch die Erfindung wird eine Verbesserung erzielt an einem Fehlerstromschutzschalter mit Summenstromwandler, dessen sekundärer Differenzstrom über einen Verstärker, insbesondere Transistor, der Wicklung eines Auslösemagneten zugeführt wird, wobei zur Versorgung des Verstärkers eine vom Netz über einen Gleichrichter gelieferte Spannung dient. Erfindungsgemäß liegt in dem Ausgangskreis des Verstärkers parallel zu der Versorgungsspannung des Verstärkers ein Akkumulator (z. B. Knopfzelle). Durch die Erfindung wird erreicht, daß bei einem allzu lange andauernden Ausfall der Netzspannung der Fehlerstromschutzschalter eingeschaltet bleibt. Hierdurch ist das lästige Wiedereinschalten des Fehlerstromschutzschalters bei kurzzeitigen Störungen im Netz vermieden.The invention achieves an improvement in a residual current circuit breaker with a summation current transformer, its secondary differential current through an amplifier, in particular transistor, the Winding of a tripping magnet is supplied, with one from the network to supply the amplifier Voltage supplied via a rectifier is used. According to the invention lies in the output circle of the Amplifier, an accumulator (e.g. button cell) in parallel with the amplifier's supply voltage. The invention achieves that in the event of an excessively long-lasting failure of the mains voltage the residual current circuit breaker remains switched on. This eliminates the annoyance of switching the Residual current circuit breaker avoided in the event of short-term faults in the network.

Das Vorhandensein des Akkumulators in dem Ausgangskreis des Verstärkers erleichtert den Ausgangskreis des Verstärkers als Ruhestromkreis auszubilden, in dem die Wicklung eines als Haltemagnet ausgebildeten Auslösemagneten liegt. Der Ruhestromkreis hat den Vorzug, daß bei Ausfall des Verstärkers bzw. der übrigen zum Ausgangskreis gehörenden elektrischen Bauelemente der Schalter selbsttätig auslöst. Das Schadhaftwerden des Fehlerstromschutzschalters wird sofort bemerkt. Trotz dieser Überwachung des Ausgangskreises tritt infolge der Verwendung des Akkumulators in dem Ausgangskreis bei Fehlerstromschutzschalter
mit Summenstromwandler und VerstärkerThe presence of the accumulator in the output circuit of the amplifier makes it easier to design the output circuit of the amplifier as a closed circuit in which the winding of a release magnet designed as a holding magnet is located. The closed circuit has the advantage that the switch triggers automatically if the amplifier or the other electrical components belonging to the output circuit fail. Damage to the residual current circuit breaker is noticed immediately. Despite this monitoring of the output circuit occurs as a result of the use of the accumulator in the output circuit with residual current circuit breakers
with summation current transformer and amplifier

Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,Applicant:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
ίο Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Berlin and Erlangen,
ίο Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Phys. Rudolf Scherbaum
und Helmut Rösch, Regensburg,
sind als Erfinder genannt wordenDipl.-Phys. Rudolf Scherbaum
and Helmut Rösch, Regensburg,
have been named as inventors

nicht lange dauernden Netzstörungen kein Auslösen ein.Power disturbances that do not last for a long time do not trigger.

Es ist bereits bekannt, in Schaltungsanordnungen, die zum Schutz elektrischer Anlagen durch Abschalten beim Auftreten von Fehlerströmen dienen und einen Summenstromwandler verwenden, einen Ruhestromkreis vorzusehen. Es geschieht in der Weise, daß aus einer oder allen Netzphasen und dem Nullleiter eine Ruhespannung entnommen und diese beim Körperschluß durch die am Summenstromwandler auftretende Spannung kompensiert wird, so daß ein elektrostatisches Relais nach dem Johnson-Rahbeck-Effekt einen Schalter zur Abschaltung der Anlage veranlassen kann.It is already known in circuit arrangements that protect electrical systems by switching them off serve when fault currents occur and use a summation current transformer, a closed circuit to be provided. It happens in such a way that from one or all mains phases and the neutral conductor a no-load voltage is taken and this in the event of contact with the body by the summation current transformer occurring voltage is compensated, so that an electrostatic relay after the Johnson-Rahbeck effect can cause a switch to switch off the system.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung zeigt die elektrische Schaltung eines Fehlerstromschutzschalters gemäß der Erfindung.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. The drawing shows the electrical Circuit of a residual current circuit breaker according to the invention.

Der Fehlerstromschutzschalter gemäß der Erfindung überwacht die Leiter R und Mp des Netzes N. The residual current circuit breaker according to the invention monitors the conductors R and Mp of the network N.

Er hat die Schaltkontaktteile K, die mit dem Schaltschloß Sch zusammenwirken. Das Schaltschloß wird beeinflußt durch einen Auslösemagneten, dessen Wicklung mit 9i_s bezeichnet ist. Der Fehlerstromschutzschalter hat einen Summenstromwandler S₁₁,, der die Primärwicklung W₁ und die Sekundärwicklung W» besitzt. Die Sekundärwicklung W₂ wirkt auf den Verstärker, der von einem Transistor Γ in Emitterschaltung gebildet ist.
Der Ausgangskreis des Transistors T ist vom Netz mit Spannung versorgt. Die Heranführung der Spannung an den Ausgangskreis des Transistors kann von irgendeiner Stelle des Netzes aus erfolgen. Vorzugs-It has the switch contact parts K, which interact with the switch lock Sch . The switch lock is influenced by a release magnet, the winding of which is denoted _{by 9i s.} The residual current circuit breaker has a summation current transformer S ₁₁ , which has the primary winding W ₁ and the secondary winding W » . The secondary winding W ₂ acts on the amplifier, which is formed by a transistor Γ in an emitter circuit.
The output circuit of the transistor T is supplied with voltage from the mains. The supply of the voltage to the output circuit of the transistor can take place from any point in the network. Preferential

309 547/391309 547/391

weise wird hierzu ein Stromkreis verwendet, der an die beiden Leiter R, Mp des Netzes N angeschlossen ist. Der Stromkreis enthält eine Zusatzwicklung W₃ zu dem Summenstromwandler S_w. Durch diese Zusatzwicklung wird der Summenstromwandler vormagnetisiert; sie liefert zugleich über die Sekundärwicklung W₂ des Summenstromwandlers dem Transistor eine Vorspannung. In dem Stromkreis, der den Ausgangskreis des Transistors mit Spannung versorgt, ist noch ein Widerstand R₁ vorhanden. Zur Gleichrichtung der dem Netz entnommenen Spannung dient ein Gleichrichter D. Die Gleichspannung ist zwischen dem Emitter und Kollektor des Transistors T wirksam. Zur Speicherung der Spannung an diesen Ausgangselektroden des Transistors dient erfindungsgemäß ein Akkumulator^, z.B. Knopfzelle. Der Akkumulator A liegt also in dem Ausgangskreis des Transistors T parallel zur Versorgungsspannung des Transistors. Vorzugsweise ist noch zwischen dem Akkumulator A und einer Ausgangselektrode des Transistors ein Ohmscher Widerstand R_v angeordnet. Zweckmäßig liegt er in dem zu der Wicklung JR₅ des Auslösemagneten parallelen Zweig.For this purpose, a circuit that is connected to the two conductors R, Mp of the network N is used. The circuit contains an additional winding W ₃ to the summation current transformer S _w . The summation current transformer is premagnetized by this additional winding; at the same time, it supplies the transistor with a bias voltage via the secondary winding W _{2 of the summation current transformer.} A resistor R _{1 is also} present in the circuit which supplies the output circuit of the transistor with voltage. A rectifier D serves to rectify the voltage drawn from the network. The direct voltage is effective between the emitter and collector of the transistor T. According to the invention, an accumulator, for example a button cell, is used to store the voltage at these output electrodes of the transistor. The accumulator A is thus in the output circuit of the transistor T parallel to the supply voltage of the transistor. An ohmic resistor R _v is preferably also arranged between the accumulator A and an output electrode of the transistor. It is expediently located in the _{branch parallel to the winding JR 5 of} the trip magnet.

Der Ausgangskreis des Transistors T hat vorzugsweise eine Schaltung, bei der bei Ausfall des Transistors bzw. der übrigen zum Ausgangskreis gehörenden elektrischen Bauelemente der Schalter selbsttätig auslöst. Dies ist dadurch erreicht, daß der den Akkumulator enthaltende Ausgangskreis des Verstärkers als Ruhestromkreis ausgebildet ist. In ihm liegt die Wicklung 5R_S des Auslösemagneten. Die Wicklung gehört zu einem als Haltemagnet ausgebildeten Auslösemagneten. Der Ruhestromkreis ist vom Netz gespeist. Es ist zusammengelegt mit dem Stromkreis, der dem Ausgangskreis des Transistors Spannung zuführt. Die Wicklung 3i_s ist wie der die Spannung für die Ausgangselektroden des Transistors speichernde Akkumulator A parallel zu den Ausgangselektroden des Transistors geschaltet. Sie erhält einen gleichgerichteten Strom.The output circuit of the transistor T preferably has a circuit in which the switch is automatically triggered if the transistor or the other electrical components belonging to the output circuit fail. This is achieved in that the output circuit of the amplifier containing the accumulator is designed as a closed circuit. The winding 5R _{S of} the trip magnet is located in it. The winding belongs to a release magnet designed as a holding magnet. The closed circuit is fed from the mains. It is merged with the circuit that supplies voltage to the output circuit of the transistor. The winding 3i _s , like the accumulator A storing the voltage for the output electrodes of the transistor, is connected in parallel to the output electrodes of the transistor. It receives a rectified current.

Die Wicklung !R_s wird von einem Ruhestrom dauernd durchflossen. Tritt kein Fehlerstrom in dem Netz auf, so ist der Transistor T geschlossen. Der als Haltemagnet ausgebildete Auslösemagnet befindet sich im angezogenen Zustand. Entsteht in dem Netz dagegen ein Fehlerstrom, so bewirkt der an dem Summenstromwandler sekundärseitig auftretende Differenzstrom ein Öffnen des Transistors. Hierdurch wird die Wicklung 5R_S des Auslösemagneten überbrückt, wodurch sie stromlos wird. Der Haltemagnet fällt somit ab und bewirkt ein Auslösen des Schaltschlosses Sch, so daß sich die Schaltkontakte K öffnen. Tritt nun während des Gebrauches des Fehlerstromschutzschalters ein Schadhaftwerden eines der elektrischen Teile des Ausgangskreises des Transistors auf, so schaltet der Fehlerstromschutzschalter selbsttätig aus. Verliert nämlich der Transistor seine Sperrwirkung, so überbrückt er die Wicklung 5R_S des Auslösemagneten. Ein gleiches Kurzschielßen findet statt, wenn der Akkumulator A einen Kurzschluß erfährt. A quiescent current flows continuously through the winding! R _s. If there is no fault current in the network, the transistor T is closed. The release magnet, designed as a holding magnet, is in the attracted state. If, on the other hand, a fault current occurs in the network, the differential current occurring on the secondary side of the summation current transformer causes the transistor to open. As a result, the winding 5R _{S of} the trip magnet is bridged, whereby it is de-energized. The holding magnet thus falls off and triggers the switch lock Sch, so that the switch contacts K open. If one of the electrical parts of the output circuit of the transistor becomes damaged while the residual current circuit breaker is in use, the residual current circuit breaker switches off automatically. If the transistor loses its blocking effect, it bridges the winding 5R _{S of} the release magnet. The same short-circuiting takes place when the accumulator A experiences a short-circuit.

ίο Fällt die Netzspannung aus, so hält, wenn der Ausfall nicht allzu lange dauert, infolge der Verwendung des Akkumulators A in dem Ausgangskreis des Transistors T die Wicklung 5R_S den Auslösemagneten noch eine Zeit im angezogenen Zustand. Erst wenn die Unterbrechung längere Zeit dauert, schaltet der Fehlerstromschutzschalter von selbst aus.ίο If the mains voltage fails, if the failure does not last too long, as a result of the use of the accumulator A in the output circuit of the transistor T, the winding 5R _S keeps the release magnet in the attracted state for a while. Only when the interruption lasts for a long time does the residual current circuit breaker switch off by itself.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Residual current circuit breaker with summation current transformer, the secondary differential current of which is fed to the winding of a tripping magnet via an amplifier, in particular transistor, with a voltage supplied from the mains via a rectifier serving to supply the amplifier, characterized in that in the output circuit of the amplifier (T) an accumulator (A) (e.g. button cell) is parallel to the supply voltage of the amplifier.

2. Residual current circuit breaker according to claim 1, characterized in that an ohmic resistor (R _v ) is arranged between the accumulator (A) and an output electrode of the amplifier (T).

3. Residual current circuit breaker according to claim 1, characterized in that the output circuit of the amplifier (Γ) containing the accumulator (/ 4) is designed as a closed circuit in which the winding (5R _S ) of a release magnet designed as a holding magnet is located.

4. Residual current circuit breaker according to claim! to 3, characterized in that in the output circuit of the amplifier (T ) containing the accumulator 04) the winding (9i _s ) of the release magnet designed as a holding magnet lies parallel to the output electrodes of the amplifier.

Pamphlets considered;
German Auslegeschrift No. 1 081 965,
1,059,551, 1053,639;

Cabinet, "Protection against contact voltages", Berlin 1958, p. 195, fig. 162.

1 sheet of drawings

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