DE19543212A1 - Fehlerstromschutzschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind unterschiedliche Arten von Fehlerstromschutzschaltern bekannt geworden. Bei allen diesen Schutzschaltgeräten ist ein Summenstromwandler vorhanden, des­ sen Primärwicklung durch die Netzleiter gebildet wird und dessen Sekundärwicklung auf einen Auslöser einwirkt, der die Verklinkung eines Schaltschlosses betätigt, über das elektrische Kontaktstellen in den Netzleitern geöffnet werden.

Wenn der Summenstromwandler so ausgebildet ist, daß die sekundärseitige Energie zur Betätigung eines Auslösers ausreicht, dann nennt man derartige Schutzschalter netzspannungsunabhängig.

Beabsichtigt man die Empfindlichkeit eines Fehlerstromschutzschalters zu erhöhen, dann wird über eine entsprechende Verstärkereinrichtung der Auslöser betätigt, in dem in der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers ein Signal erzeugt wird, das über einen Thyristor einen Arbeitsstromauslöser an die Netzspannung legt. Der Arbeitsstromauslöser entklinkt das Schaltwerk des Schutzschalters und öffnet da­ durch die Kontakte der Stromleitungen.

Derartige Schutzschalter nennt man netzspannungsabhängig.

Gemäß der österreichischen Norm ÖVE-SN 50/1978 (Nachtrag e) unterscheidet man davon die bedingt netzspannungsabhängigen Fehlerstromschutzschalter, das sind Schutzschalter, bei denen die Funktionen Erfassen und Auswerten des Fehler­ stromes nicht von der Netzspannung abhängen, die Unterbrechung des Fehlerstro­ mes jedoch mit Hilfe der Netzspannung erfolgt.

Die Nachteile der netzspannungsunabhängigen Fehlerstromschutzschalter liegen u. a. darin, daß die Magnetkontakte des Auslösers bei nicht regelmäßigem Drücken der Prüftaste nach bestimmten Zeiten (Jahren) kleben (u. a. auch kaltverschweißen) und damit ihre Funktion in Frage stellen.

Die Nachteile der netzspannungsabhängigen Fehlerstromschutzschalter mit Ar­ beitsstromauslöser liegen darin, daß der Thyristor aus Kosten- und Platzgründen für einen möglichst geringen Betriebsstrom gewählt wird und deswegen der Ar­ beitsstromauslöser eine hochohmige Spule mit hoher Windungszahl besitzen muß. Dadurch entstehen Probleme der Spannungsfestigkeit, die den Arbeitsstromauslöser verteuern und einen großen Platzbedarf erfordern.

Ein weiterer gravierender Nachteil der reinen netzspannungsabhängigen Fehler­ stromschutzschalter liegt darin, daß bei Nulleiterunterbrechung der Schalter versagt, da die Stromversorgung ausfällt.

Das gleiche gilt auch für die bedingt netzspannungsabhängigen Fehlerstromschutz­ schalter.

Bekannt sind weiterhin sowohl netzspannungsabhängige (P 41 42 970.2) als auch netzspannungsunabhängige (P 41 42 969.2) Fehlerstromschutzschalter, die als Auslöser, d. h. als Aktor, der das Schaltwerk im Fehlerstromfall aufschlägt, Piezo- Aktoren besitzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fehlerstromschutzschalter der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, bei dem die Nachteile der bekannten Einrichtungen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß besitzt der Schalter einen zusätzlich zu seinem Magnetauslöser eingebauten Aktor, z. B. Piezo-Aktor, der z. B. im Gegensatz zu P 41 18 177.8 nur dann in Kraft tritt, wenn ihm eine Steuereinheit dazu einen Befehl erteilt. Magnetauslöser, dessen Magnetkontakte sich öffnen, erzeugen in ihrer Erregerspule nach dem 2. Maxwellschen Gesetz einen Spannungsimpuls U = - dΦ/dt, mit Φ = Magnetfluß im magnetischen Kreis des Auslösers.

Der Steuereinheit werden nun im Fehlerstromfall sowohl das Fehlerstromsignal als auch zeitverzögert der o. g. Spannungsimpuls zugeführt.

Fehlerstromschutzschalter lösen gewöhnlich nach 40 ms aus. Registriert nun die Steuereinheit nicht innerhalb einer Zeit von beispielsweise 45 ms den o.g. Span­ nungsimpuls, veranlaßt sie das in Aktion treten des Aktors, der mit großer, d. h. frei wählbarer Kraft jede Verklebung der Magnetkontakte aufschlägt, da für seine Betätigung beliebig viel Energie aus dem Netz entnehmbar ist. Selbstverständlich sind zur Detektion des Öffnens der Kontakte auch beliebige, andere physikalische Verfahren einsetzbar.

Weiter ist es auch möglich den Aktor auf den Energiespeicher und/oder die Kontakte des Schaltwerkes direkt einwirken zu lassen.

Zur Verwirklichung der erfindungsgemäßen Idee können auch magnetostriktive und andere Aktoren eingesetzt werden.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Schalters liegt darin, daß im normalen Fehlerstromfall der netzspannungsunabhängige Teil des Schalters in Funktion tritt.

Sollten, wie allgemein bekannt, die Magnetkontakte nach längerem Nichtdrücken der Prüftaste (alle Fehlerstromschutzschalter haben wohlweislich eine solche) kleben, so tritt der netzspannungsabhängige Aktor in Tätigkeit, der z. B. auch (kalt)ver­ schweißte (Magnet)kontakte aufschlägt. Daß gleichzeitig eine Nulleiterunterbrechung auftritt ist so unwahrscheinlich, daß dieses Phänomen vernachlässigt werden darf.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden.

In der Figur bedeuten 1 den Summenstromwandler, 2 das Schaltwerk und 3 den Magnetauslöser eines Fehlerstromschutzschalters. Das Schaltwerk 2 öffnet im normalen Fehlerstromfall die Stromkontakte 4 und zwar dann, wenn in der Sekundärwicklung 5 des Wandlers 1 ein durch den Fehlerstrom erzeugter Differenzstrom fließt. Dieser erzeugt in der Spule 6 des Auslösers 3 einen Strom, der im Joch 8 des Auslösers 3 den durch den Permanentmagneten 9 erzeugten Magnetfluß aufhebt, so daß die Feder 10 den Anker 11 vom Joch 10 abzieht, wodurch der Stößel 12 in das Schaltwerk 2 stößt, das daraufhin die Kontakte 4 öffnet. 7 stellen die Netzleitungen dar.

Wenn sich der Anker 11 vom Joch 8 abhebt, erzeugt er durch den sich dadurch verändernden Magnetfluß in der Spule 6 einen Spannungsimpuls, der über die Leitungen 14 an die Steuereinheit 15 weitergeleitet wird und das Öffnen des Magnetkontaktes bestätigt.

Ebenso wird der transformierte Fehlerstrom, der in der Spule 5 erzeugt, durch die Spule 6 fließt, an die mit einem hochohmigen Eingang versehene Steuereinheit 15 geleitet.

Sollte nach einigen Jahren der Fall eintreten, daß durch nicht regelmäßiges Drücken der nicht gezeichneten Prüftaste die Magnetkontakte z. B. an der Stelle 13 kaltverschweißt sind, so hebt sich im Fehlerstromfall der Anker 8 nicht vom Joch 11 ab, d. h. es wird kein Spannungsimpuls in der Spule 6 erzeugt.

Mit Hilfe einer nicht gezeichneten Koinzidenzschaltung erkennt die Steuereinheit 15, daß nur das Fehlerstromsignal aber nicht der Spannungsimpuls vorliegt, d. h. der Auslöser versagt hat.

Daraufhin gibt die Steuereinheit 15 an die elektronische Antriebseinheit des Aktors 17 den Befehl, den Anker 8 vom Joch 11 abzuheben, was aufgrund des Hebelgesetzes bereits mit einer minimalen Auslenkung des Aktors 17 zu erreichen ist.

Die Antriebseinheit 16 wird über die Stromversorgungseinheit 18 mit beliebig viel Energie versorgt, so daß auch die festesten Kaltverschweißungen aufreißen.

Claims (6)

1. Fehlerstromschutzschalter mit Not-Aktor, dadurch gekennzeichnet, daß in seinem Magnetauslöser, der im Fehlerstromfall normalerweise netzspan­ nungsunabhängig auslöst, ein Aktor zusätzlich angeordnet ist, der bei Kleben der Magnetkontakte des Auslösers diese oder den Auslöser des Energiespeichers des Schaltwerkes und/oder die elektrischen Kontakte des Schutzschalter-Schaltwerkes netzspannungsabhängig aufschlägt.

2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor so angeordnet ist, daß er gemäß dem allgemein bekannten Hebelgesetzen die größtmögliche Kraft auf das Joch des Magnetkreises des Auslösers, bzw. auf den Auslöser des Energiespeichers und/oder die Kontakte des Schaltwerkes ausübt.

3. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine in ihm eingebaute Steuereinheit, im Fehlerstromfall sowohl das Fehlerstromsignal als auch den von der Erregerspule des Magnetauslösers erzeugten, gegenüber dem Fehlerstrom zeitverzögerten Spannungsimpulses, der bei Öffnen der Magnetkontakte auftritt, erkennt und derart auswertet, daß bei Nichtauslösen der Magnetkontakte, d. h. bei Nichtvorhandensein des Spannungsimpulses, der Aktor das Schaltwerk aufschlägt.

4. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Detektion des Öffnens der Kontakte beliebige andere bekannte physikalische Verfahren Verwendung finden.

5. Fehlerstromschutzschalter nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß als Aktor ein Piezo- oder magnetostriktiver Aktor Verwendung findet.

6. Fehlerstromschutzschalter nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß als Aktor ein Elektromagnet Verwendung findet, der direkt oder über ein geeignetes Hebelsystem in den Magnetauslöser oder den Auslöser des Energiespeichers des Schaltwerkes eingreift und/oder die Kontakte des Schaltwerkes direkt aufschlägt.