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DE19615048A1 - Semi-automatic self-monitoring fault-current circuit-breaker e.g. for main current conducting lines - Google Patents

Semi-automatic self-monitoring fault-current circuit-breaker e.g. for main current conducting lines

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DE19615048A1
DE19615048A1 DE1996115048 DE19615048A DE19615048A1 DE 19615048 A1 DE19615048 A1 DE 19615048A1 DE 1996115048 DE1996115048 DE 1996115048 DE 19615048 A DE19615048 A DE 19615048A DE 19615048 A1 DE19615048 A1 DE 19615048A1
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circuit breaker
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residual
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Rainer Dipl Phys Berthold
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    • H02H3/26—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
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    • H02H3/335—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 with means to produce an artificial imbalance for other protection or monitoring reasons or remote control the main function being self testing of the device
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    • H02H3/05—Details with means for increasing reliability, e.g. redundancy arrangements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

The switch has main current contacts which form a disconnection point in the mains lines. It also has a total current transformer through which the mains lines are passed through as a primary winding. The output signal of the secondary winding is transmitted to a relay on the basis of a faulty current. The relay opens the contact. The switch also has a test current circuit with a test contact point. When this is closed a faulty current is simulated. When a connected load is first switched on and/or off it continually switches off using an electric device and is functional after it is first switched back on again. When the switch fails or the main current contacts are switched off with a non-simulated real faulty current, the main current lines are broken or interrupted using a diverse and/or redundant auxiliary cut off point and cannot be closed again.

Description

Die Erfindung betrifft einen sich halbautomatisch überwachenden Fehlerstrom­ schutzschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a semi-automatically monitoring fault current Circuit breaker according to the preamble of claim 1.

Fehlerstromschutzschalter, wie sie z. B. J. Feitknecht in dem Aufsatz in der Elektrotechnischen Zeitschrift (ETZ), 1984, Heft 13 beschrieb, sind seit langem bekannt. Diesen Fehlerstromschutzschaltern haften gravierende Nachteile an: Ihre Ausfallquote ist für einen Schutzschalter von dem gegebenenfalls das Leben von Menschen abhängt, viel zu groß. Diese Problematik wird ausführlich in dem Artikel von D. Kieback in der Zeitschrift ELEKTRIE, Berlin 49 (1995)4, dargestellt.Residual current circuit breakers, such as. B. J. Feitknecht in the essay in the Electrotechnical Journal (ETZ), 1984, Issue 13, have been around for a long time known. These residual current circuit breakers have serious disadvantages: yours Failure rate is for a circuit breaker from which possibly the life of Depends on people too big. This issue is discussed in detail in the article by D. Kieback in the magazine ELEKTRIE, Berlin 49 (1995) 4.

Es hat an Versuchen nicht gefehlt diese Problematik in den Griff zu bekommen. So wird z. B. in der OS DE 44 29 950 A1 ein sich halbautomatisch überwachender Fehlerstromschutzschalter, der auch für den Einbau in Steckdosen geeignet ist, beschrieben, der dem Benutzer "an das Drücken der Prüftaste zu denken" dadurch abnimmt, daß er bei dem ersten Ein- und/oder Ausschalten eines ihm nachge­ ordneten Verbrauchers, mit Hilfe einer elektrischen Einrichtung sofort ausschaltet und erst nach seinem Wiedereinschalten funktionsbereit ist, d. h. bei nicht anliegendem Fehlerstrom nicht ausschaltet.There has been no shortage of attempts to get this problem under control. So z. B. in OS DE 44 29 950 A1 a semi-automatic monitoring Residual current circuit breaker, which is also suitable for installation in sockets, described, which the user "think of pressing the test button" thereby decreases that he followed him the first time he turned on and / or off ordered consumer, switches off immediately with the help of an electrical device and is only operational after it is switched on again, d. H. at not applied fault current does not switch off.

Doch auch diese Erfindung erniedrigt die Ausfallquote nur um den Faktor 20, was z. B. schon in der OKA-Studie der EBI, Gmunden, 1990 gezeigt wurde (s. Anlage).But this invention also lowers the failure rate by a factor of 20 e.g. B. was already shown in the OKA study of the EBI, Gmunden, 1990 (see attachment).

Obwohl dies einen großen Fortschritt darstellt, kann es natürlich trotzdem vorkommen, daß ein Fehlerstromschutzschalter dann nicht auslöst, wenn ein Fehler­ strom ansteht, d. h. diese halbautomatische Maßnahme verbessert zwar die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der herkömmlichen Geräte um ein Vielfaches, doch ein Restrisiko bleibt bestehen.Although this is a major step forward, it can of course still occur that a residual current circuit breaker does not trip when an error current is present, d. H. this semi-automatic measure improves the Reliability and availability of the conventional devices many times over, but a residual risk remains.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen sich halbautomatisch überwachenden Fehlerstromschutzschalter der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der auch noch dieses Restrisiko beseitigt bzw. dieses Restrisiko noch einmal erheblich vermindert.The object of the invention is a semi-automatic monitoring To create residual current circuit breakers of the type described above, which also this residual risk has been eliminated or this residual risk has been significantly increased reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.This object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Erfindungsgemäß ist also der sich halbautomatisch überwachende Fehlerstrom­ schutzschalter dadurch gekennzeichnet, daß bei seinem Versagen bei einem anstehenden Fehlerstrom die Hauptstromleitungen mit Hilfe einer diversitären und/oder redundanten Zusatztrennstelle unterbrochen werden und sich nicht wieder schließen lassen.According to the invention, the fault current, which is monitored automatically Circuit breaker characterized in that when it fails at a upcoming fault current the main power lines with the help of a diversified and / or redundant additional disconnection point are interrupted and not again let close.

Das Versagen eines Fehlerstromschutzschalters erkennt man am einfachsten daran, daß die Hauptstromkontakte im Fehlerstromfall nicht, bzw. nicht in der vorgeschrie­ benen Zeit öffnen. Dies kann man wiederum durch eine Netzspannungsmessung hinter den Hauptstromkontakten feststellen.The easiest way to tell if a residual current circuit breaker has failed is that the main current contacts are not in the fault current case, or not in the prescribed Open the next time. This can be done by measuring the mains voltage behind the main power contacts.

Selbstverständlich kann das Nichtöffnen dieser Kontakte auch mit Hilfe herkömmlicher, bekannter Sensoren erkannt werden. So eignen sich dafür beispiels­ weise Durchgangs- und/oder Reflexionslichtschranken, Annäherungsschalter, usw.Of course, the non-opening of these contacts can also be done with the help conventional, known sensors can be recognized. So are suitable for example wise through and / or reflection light barriers, proximity switches, etc.

Die Zusatztrennstelle kann sehr unterschiedlich ausgeführt werden:
So kann man eine Minisprengkapsel einsetzen , um irreversibel die Hauptstrom­ leitungen zu trennen.The additional separation point can be designed in very different ways:
So you can use a mini detonator to irreversibly disconnect the main power lines.

Bildet man die Sprengkapsel zweiteilig, elektrisch leitend aus, so trennen sich nach ihrer Zündung ihre beiden Teile irreversibel. If you form the detonator in two parts, electrically conductive, then separate their ignition, their two parts irreversible.  

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Zusatztrennstelle aus einem dem Fehlerstromschutzschalter vorgeschalteten Leitungsschutzschalter besteht, dessen Kurzschlußauslöser durch einen im Fehlerstromschutzschalter erzeugten Kurzschluß auslöst, wenn ein Nichtöffnen der Hauptstromkontakte im Fehlerstromfall vorliegt.Another possibility is that the additional separation point from one Residual current circuit breaker upstream circuit breaker exists Short-circuit release generated by one in the residual current circuit breaker Short circuit triggers if the main current contacts do not open in the event of a fault current is present.

Die gleiche Wirkung wird erzielt , wenn man mit Hilfe eines Elektromagneten und einem oder mehreren isolierten Messern im Fehlerstromfall bei Nichtöffnen der Hauptstromkontakte diese einfach durchtrennt.The same effect is achieved when using an electromagnet and one or more insulated knives in the event of a fault current if the Main power contacts simply cut them.

Genau so gut eignen sich Schmelzsicherungen, die analog der oben beschriebenen Vorgehensweise Trenneigenschaften besitzen.Fuses similar to those described above are just as suitable Procedure have separation properties.

Um eine möglichst kostengünstige Lösung der Aufgabe zu erhalten, wird die Zusatztrennstelle, die Netzspannungsüberwachungseinrichtung oder auch die o. g. Sensoren, sowie die Ansteuerungselektronik im gleichen Gehäuse wie der Fehlerstromschutzschalter selbst, untergebracht.To get the most cost-effective solution to the problem, the Additional disconnection point, the mains voltage monitoring device or the above. Sensors, as well as the control electronics in the same housing as the Residual current circuit breaker itself, housed.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, soll die Erfindung näher erläutert werden.Using the drawing, in which an embodiment of the invention is shown, the invention will be explained in more detail.

Es zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen, sich halbautomatisch überwachenden Fehlerstromschutzschalters, integriert in eine Sicherheitssteck­ dose, wie sie z. B. die Firma Busch-Jaeger-Elektro GmbH, 58505 Lüdenscheid, als Schukomat im Programm hat.The only figure shows a schematic representation of the inventive, semi-automatic monitoring Residual current circuit breaker integrated in a safety plug can, such as B. the company Busch-Jaeger-Elektro GmbH, 58505 Lüdenscheid, as Schukomat's range.

Es bedeuten 1 die Phasenzuleitung, 2 den Nulleiter des Netzes . . Die Phase 1 führt durch den di/dt-Sensor, z. B. durch eine Rogowski-Spule 3, weiter über die Kontakte des Schaltwerkes 5, den Summenstromwandler 4 und endet in der normalen Schuko-Steckdose 6, in der mittels Schukostecker der Verbraucher 7 mit Ein-/Ausschalter 8 angeschlossen ist. 1 means the phase lead, 2 the neutral conductor of the network. . Phase 1 leads through the di / dt sensor, e.g. B. by a Rogowski coil 3 , further via the contacts of the switching mechanism 5 , the summation current transformer 4 and ends in the normal Schuko socket 6 , in which the consumer 7 is connected to the on / off switch 8 by means of a Schuko plug.

Der Wandler 4 speist im Fehlerstromfall in bekannter Weise über seine Sekundärwicklung 9 den Magnetauslöser 10. Mittels der herkömmlichen Prüftaste 11 kann man von Hand über den Widerstand 12 das Schaltwerk 5 über den Auslöser 10 zum Ausschalten bringen.The converter 4 feeds the magnetic release 10 in a known manner via its secondary winding 9 in the event of a fault current. By means of the conventional test button 11 , the switching mechanism 5 can be switched off manually via the trigger 10 via the resistor 12 .

Für das zu erzwingende Prüfen des Fehlerstromschutzschalters wird bei Schließen des Schalters 8 oder bei Einstecken eines Verbrauchers in die Steckdose 6 von dem Sensor 3, der Einschaltstromstoß detektiert und über die Schaltuhr 13 und den Verstärker 14 an den Fehlerstromsimulator, hier an das Relais 15 geleitet, das den Prüfstromkreis 11; 12 schließt und das Schaltwerk 5 über den Wandler 4 und den Auslöser 10 auslöst.For the forced testing of the residual current circuit breaker, when the switch 8 is closed or when a consumer is plugged into the socket 6, the sensor 3 detects the inrush current and transmits it via the time switch 13 and the amplifier 14 to the residual current simulator, here to the relay 15 , the test circuit 11 ; 12 closes and triggers the switching mechanism 5 via the converter 4 and the trigger 10 .

Die Kontakte der Schaltuhr 13 öffnen, sobald ihr das Relais 15 über die Leitung 16 gemeldet hat, daß die Prüfung beendet ist.The contacts of the timer 13 open as soon as the relay 15 has reported via line 16 that the test has ended.

Mit Hilfe des Schaltknebels 17 wird nach erfolgter automatischer Prüfung das Schaltwerk 5 von Hand (deshalb halbautomatisches Verfahren) wieder eingeschaltet. Ein erneutes Ein-/Ausschalten des Verbrauchers 7 führt aufgrund der in der Schaltuhr 13 geöffneten Kontakte solange nicht zum Abschalten des Fehlerstromschutzschalters, bis die vorgewählte Zeit abgelaufen ist und solange kein echter Fehlerstrom fließt.With the help of the toggle 17 , the switching mechanism 5 is switched on again manually (therefore semi-automatic method) after the automatic test has been carried out. A renewed switching on / off of the consumer 7 does not lead to the fault current circuit breaker being switched off due to the contacts opened in the time switch 13 until the preselected time has expired and as long as no real fault current flows.

Wenn nun im Fehlerstromfall dieser Schutzschalter mit all seinen Komponenten versagen sollte und sich dadurch die Hauptstromkontakte im Schaltwerk 5 nicht öffnen, stellt dies die Überwachungs- und Steuerelektronik 18, in der auch die Stromversorgung enthalten ist, dadurch fest, daß die Netzspannung nicht innerhalb der vorgeschriebenen Zeit gegen Null gegangen ist. Sie gibt daraufhin über die Leitung 19 an die aus einem Antrieb 20 und einer Zusatztrennstelle 21 bestehende Einheit den Befehl, die Hauptstromzuleitungen irreversibel zu trennen. Die Zusatztrennstelle 21 kann beispielsweise aus zwei isolierten Messern bestehen, die von dem elektromagnetischen Antrieb 20 im Fehlerstromfall und beim gleichzeitigen Versagen des an die Steckdose 6 angebauten Fehlerstromschutzschalters, die Hauptstromzuleitungen irreversibel durchtrennen. Befindet sich der halbautomatisch überwachende Fehlerstrom-Schutzschalter in einem Steckdosenunterteil, werden sinnvollerweise die Elektronik 18, der Antrieb 20 und die Zusatztrennstelle 21 in einem zweiten Steckdosenunterteil untergebracht.If this circuit breaker with all its components should fail in the event of a fault current and the main current contacts in the switching mechanism 5 do not open as a result, the monitoring and control electronics 18 , which also contains the power supply, determine that the mains voltage is not within the prescribed range Time has gone to zero. It then gives the command via line 19 to the unit consisting of a drive 20 and an additional disconnection point 21 to irreversibly disconnect the main power supply lines. The additional disconnection point 21 can consist, for example, of two insulated knives which irreversibly cut through the main current leads by the electromagnetic drive 20 in the event of a fault current and in the event of failure of the fault current circuit breaker attached to the socket 6 . If the semi-automatically monitoring residual current circuit breaker is located in a lower part of the socket, the electronics 18 , the drive 20 and the additional disconnection point 21 are expediently housed in a second lower part of the socket.

Claims (9)

1. Fehlerstromschutzschalter mit Hauptstromkontakten, die eine Trennstelle in den Netzleitern bilden, einen Summenstromwandler, durch den die Netzleiter als Primärwicklung hindurchgeführt sind, mit einer Sekundärwicklung, deren Ausgangssignal aufgrund eines Fehlerstromes auf ein Auslöserelais übertragen wird, das ggf. über ein Schaltschloß die Kontakte öffnet, seine Magnetkontakte jedoch sofort wieder schließt und mit einem eine Prüfkontaktstelle enthaltenden Prüfstromkreis, bei dessen Schließen ein Fehlerstrom simuliert wird und daß bei dem ersten Ein- und/oder Ausschalten eines ihm nachgeordneten Verbrauchers, er mit Hilfe einer elektrischen Einrichtung sofort ausschaltet und erst nach seiner Wiedereinschaltung funktionsbereit ist, d. h. bei nicht anliegendem Fehlerstrom nicht ausschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß bei Versagen dieses sich halbautomatisch überwachenden Fehlerstromschutzschalters bzw. des Ausschaltens seiner Hauptstromkontakte bei einem nichtsimulierten, echten Fehlerstrom die Hauptstromleitungen mit Hilfe einer diversitären und/oder redundanten Zusatztrennstelle unterbrochen werden und sich nicht wieder schließen lassen.1.Fault current circuit breakers with main current contacts, which form a separation point in the mains conductors, a summation current transformer through which the mains conductors are led as a primary winding, with a secondary winding, the output signal of which is transmitted to a trip relay due to a fault current, which may open the contacts via a switch lock , however, closes its magnetic contacts again immediately and with a test circuit containing a test contact point, when closing a fault current is simulated and that when a consumer connected to it is switched on and / or off for the first time, it switches off immediately using an electrical device and only after it Reconnection is ready for operation, ie does not switch off when the fault current is not present, characterized in that in the event of failure of this semi-automatically monitoring fault current circuit breaker or the switching off of its main current contacts in the case of a non-simulated, real fault current, the main power lines are interrupted with the help of a diverse and / or redundant additional disconnection point and cannot be closed again. 2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Information "Versagen des Ausschaltens" mit Hilfe einer Netzspannungsmes­ sung hinter den Hauptstromkontakten gewonnen wird.2. Residual current circuit breaker according to claim 1, characterized in that the Information "Failure to switch off" using a mains voltage measurement solution behind the main power contacts. 3. Fehlerstromschutzschalter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Information "Versagen des Ausschaltens" mit Hilfe bekannter Sensoren, wie z. B. Lichtschranken, Annäherungsschalter usw. gewonnen wird.3. Residual current circuit breaker according to claims 1 and 2, characterized records that the information "failure to turn off" using known Sensors such as B. light barriers, proximity switches, etc. is obtained. 4. Fehlerstromschutzschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die diversitäre und/oder redundante Zusatztrennstelle aus wenigstens einem isolierten Messer besteht, das, betätigt durch einen Elektromagneten, die Hauptstromleitungen kappt, wenn ein Versagen des Fehlerstromschutzschalters im Fehlerstromfall vorliegt.4. Residual current circuit breaker according to claims 1 to 3, characterized characterized in that the diverse and / or redundant additional separation point at least one insulated knife, which, operated by a Electromagnet that cuts main power lines when the failure of the Residual current circuit breaker is present in the event of a residual current. 5. Fehlerstromschutzschalter nach den Ansprüchen 1 bis 4 , dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zusatztrennstelle mit Hilfe einer Sprengkapsel betätigt wird.5. Residual current circuit breaker according to claims 1 to 4, characterized records that the additional separation point is actuated with the help of a detonator. 6. Fehlerstromschutzschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatztrennstelle aus einer elektrisch leitenden Sprengkapsel besteht, deren zwei Teile sich nach dem Zünden trennen.6. Residual current circuit breaker according to claims 1 to 3, characterized characterized in that the additional separation point from an electrically conductive Detonator capsule exists, the two parts of which separate after ignition. 7. Fehlerstromschutzschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die diversitäre und/oder redundante Zusatztrennstelle aus einer Schmelzsicherung besteht, die beispielsweise durch einen im Fehlerstromschutzschalter erzeugten Überstrom trennt, wenn ein Versagen des Fehlerstromschutzschalters im Fehlerstromfall vorliegt. 7. Residual current circuit breaker according to claims 1 to 3, characterized characterized in that the diverse and / or redundant additional separation point a fuse exists, for example, by an im Residual current circuit breaker generated overcurrent disconnects if the Residual current circuit breaker is present in the event of a residual current.   8. Fehlerstromschutzschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zusatztrennstelle aus einem dem Fehlerstromschutzschalter vorgeschalteten Leitungsschutzschalter besteht, dessen Kurzschlußauslöser durch einen im Fehlerstromschutzschalter erzeugten Kurzschluß auslöst, wenn ein Versagen des Fehlerstromschutzschalters im Fehlerstromfall vorliegt.8. Residual current circuit breaker according to claims 1 to 3, characterized records that the additional isolating point from a residual current circuit breaker upstream circuit breaker exists, its short-circuit release tripped by a short circuit generated in the residual current circuit breaker if the residual current circuit breaker has failed in the event of a residual current. 9. Fehlerstromschutzschalter nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die diversitäre und/oder redundante Zusatztrennstelle, die Netz­ spannungsüberwachung und die dazugehörige Elektronik in einem vom Fehlerstromschutzschalter getrenntem Gehäuse, z. B. in einem zweiten Steckdosenunterteil untergebracht ist, wenn der sich halbautomatisch überwachende Fehlerstromschutzschalter sich in einem ersten Steckdosen­ unterteil befindet.9. Residual current circuit breaker according to claims 1 to 8, characterized net that the diverse and / or redundant additional separation point, the network voltage monitoring and the associated electronics in one from Residual current circuit breaker separate housing, for. B. in a second Socket base is housed when the is semi-automatic Monitoring residual current circuit breakers in a first socket lower part is located.
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