DK142664B - Fejlstroembeskyttelsesafbryder - Google Patents

Description

(11) FREMLÆ66ELSÉSSKRIFT 1 4266

DANMARK <"> lnt.CI.’H 01 H 83/U

«(21) An*#enrng nr. 4084/71 (2¾ IraHove·» den 20 . 8Ug. I971 (24) Lobadag 20. aug. 1971 ' h (44) Aneogningen fremlagt og fremlsBggeiseeekriftet offentliggjort den 8. d.6C. 198Ο

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begæret fra dan

8. sep. I97O, 2044302, BE

19. dec. I97O, 2062694, BE

(71) SIEMENS AKTIENGESKItLSCHAFT, Berlin und Muenchen, 8 Muenchen 2, Wit-= Telsbacherplatz 2, BE.

(72) Opfinder: Helmut Roes eh, Adalhert-Stif ter-Str. 29a, Regene burg, BE.

(74) Fuldmægtig under eagene behandling:

Ingeniørfirmaet Giersing & Stelllnger.

(54) Fejlstrømbeskytteleeeafbryder.

Opfindelsen angår en fejlstrømbeskyttelsesafbryder raed en sum-strømtransformator, som har en magnetkerne raed priraærviklinger til tilslutning til en til overvågning bestemt strømkreds og med en sekundær-vikling, som føder magnetiseringsviklingen for en på en afbryderl&s for en afbryderindretning indvirkende udløsemagnet.

Hvis der i den overvågede strømkreds optraader en vekselstrømfejl-atrøm, opstår der i sekundærviklingen en spaanding, som følge af hvilken udløsemagneten reagerer, så at afbryderindretningen betjenes over afbryderlåsen til afbrydelse af den overvågede strømkreds.

En sådan fejlstrømbeskyttelsesafbryder kunne hidtil ikke anvendes til overvågning af strømkredse, i hvilke der også kan forventes jævnstrømfejlstremme. Fejlstrømbeskyttelsesafbryderen udløses overhovedet ikke, hvis den gennemløbes af en jævnstrømfejlstrøm, da der som bekendt til ind-ucering af en spænding 1 sumstrømtransformatorens sekundær- 2 142664 vikling kræves en vekselstrøm i primærviklingen. End ikke den flux-ændring, som en i sumstrømtransformatorens primærvikling løbende, ved envejsensretning af4 vekselstrøm frembragt, pulserende jævnstrømfejlstrøm fremkalder i transformatoren, er så stor, at der induceres en til udløsning af fejlstrømbeskyttelsesafbryderen tilstrækkelig spænding i sumstrømtransformatorens sekundærspole.

Formalet med opfindelsen er at anvise en fejlstrømsbeskyttel— sesafbryder af den ovennævnte art, som også reagerer på jævnstrømsfejlstrømme.

Til løsning af denne opgave er en fejlstrømbeskyttelsesafbryder af den indledningsvis angivne art ejendommelig ved, at magnetkernens materiale er således valgt, at det har et udpræget stort induktionsudsving i forbindelse med udpræget stor impulspermeabilitet, hvorhos remanensen fortrinsvis er lille.

Opfindelsen beror således på den erkendelse, at årsagen til, at de kendte fejlstrømbeskyttelsesafbrydere ved pulserende jævnstrømsfejlstrømme ikke udløser ved den foreskrevne, ved vekselstrømfejlstrømme uden videre gældende aktiveringsværdi, ligger i, at både induktionsudsvinget og impulspermeabiliteten er for små ved de til fejlstrømtransformatorens kerne hidtil anvendte materialer, så at man følgelig kan løse det omhandlede problem blot ved passende valg af et egnet magnetkernemateriale. Dette er så meget mere overraskende, da sådanne materialer med de fornødne egenskaber længe har været kendt.

Hensigtsmæssigt har magnetkernen i strømtransformatoren et induktionsudsving på over 3000 Gauss, fortrinsvis på mindst 4000 Gauss, og en relativ impulspermeabilitet på mindst 1000.

På grund af den høje impulspermeabilitet opnås små dimensioner for transformatoren og derved også for fejlstrømafbryderen, idet kun en forholdsvis ringe magnetisk aktivering er nødvendig for udløsning af fejlstrømafbryderen og fordi antallet af primære vindinger på strømtransformatoren kan holdes lille.

Magnetkernen kan hensigtsmæssigt være en snitbåndkerne eller en ferrit med passende udvalgte egenskaber.

Opfindelsen er nærmere forklaret i det følgende under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser hysteresesløjfer for kerner af magnetisk materiale, fig. 2 viser en fejlstrømbeskyttelsesafbryder ifølge opfindelsen, fig. 3 viser magnetiseringskarakteristikken for en hidtil almindelig fejlstrømbeskyttelsesafbryder og for en fejlstrømbeskyttelsesafbryder ifølge opfindelsen, 3 142664 fig. 4 viser en yderligere udførelsesform for fejlstrømbeskyttelsesafbryderen ifølge opfindelsen, fig. 5 viser magnetiseringskarakteristikken for fejl-strømbeskyttelsesafbryderen ifølge fig* 4.

Fig. 1 viser en hysteresesløjfe 1 (induktion B som ordinat med feltstyrken H som abscisse) for en kerne af magnetisk materiale med stort induktionsudsvingog en hysteresesløjfe 2 for en kerne af magnetisk materiale med lille induktionsudsvingΔΒ^, Ved induktionsudsvinget forstås differencen mellem mætningsinduktionen B^ og remanensinduktionen Br1 henholdsvis Br_.ΔΗ er feltstyrkeudsvinget indtil opnåelse af mætningsinduktionen· Kvotienten ^ (p0 = perme- abiliteten i det tomme rum) betegnes som impulspermeabilitet.

Fejlstrømbeskyttelsesafbryderen J ifølge fig. 2 tjener til o-vervågning af ledningerne R/TJ og Mp i et elektrisk anlæg. Den har en sumstrømtransformator 4 med en magnetkeme 5» Magnetkernen 5 er en ringkerne, fortrinsvis en af et opviklet bånd af blødmagnetisk materiale bestående ringbåndkeme. Båndtykkelsen kan f.eks. andrage 0,006 til 0,3 mm. På denne magnetkerne sidder de i fig. 2 hver som en enkelt vinding viste primærviklinger 6 og en sekundærvikling 7* Primær-viklingerne 6 er indskudt i de til overvågning bestemte ledninger R/u og Mp. Sekundærviklingen 7 er tilsluttet til en magnetiseringsvikling 9 for en udløsemagnet 8. Denne udløsemagnet 8, som kan være en holdemagnet eller en arbejdsmagnet, indvirker gennem en mekanisk forbindelsesdel 8a på en afbryderlås 10, som gennem en koblingsstang 10a betjener afbryderkontakter 11, der indskudt i de overvågede ledninger R/TJ og Mp.

Sums trømtransformat oren 4' s magnetkerne 5 har hensigtsmæssigt et induktionsudsving på over 3000 Gauss og en impulspermeabilitet på mindst 1000. Hensigtsmæssigt andrager induktionsudsvinget mindst 4000 Gauss.

Et egnet materiale for magnetkemen 5 er f.eks. en kendt jern-nikkellegering, der indeholder 61-67 vægtprocent nikkel og 2-4 vægtprocent molybdæn såvel som små afiltnings- og bearbejdningstilsætninger (silicium og mangan indtil 1 vægtprocent) og resten jern. Denne legering respektive en af denne legering bestående ringbåndkeme blev giødet i 4-6 timer ved 950-1200°C og derefter i 3-5 timer opvarmet til en temperatur på 400—500°C. Opvarmningen til 400-500°C sker hensigtsmæssigt i et magnetfelt, hvis feltlinjer forløber på tværs af eller vinkelret på den retning, som magnetfluxen har i materialet, når dette er indbygget i form af magnetkemen i sums tr ømtransformator en.

* 142664 Mætningsinduktionen af* en således behandlet ringbåndkerne af denne legering andrager ca. 12500 Gauss, induktionsudsvinget ligger på 6000-11000 Gauss, og impulspermeabiliteten på 4000-1000.

En anden kendt, til sumstrømtransformatorens magnetkerne i fejlstrømbeskyttelsesafbryderen ifølge opfindelsen egnet jern-nikkellege-ring kan indeholde 75-82 vægt-% nikkel, 2-5>5 vægt-$ molybdæn og 0-5 vægt-9? kobber samt indtil 1 vægt-$ afiltnings- og bearbejdningstilsætninger (silicium og mangan) og resten jern. Jernindholdet andrager hensigtsmæssigt mindst 6,5 vægt-$. Denne legering respektive en deraf fremstillet ringbåndkerne blev giødet 2-6 timer ved 950-1220°C og derefter i 1-3 timer opvarmet til 450-600°C. Endelig blev legeringen respektive kernen yderligere tempereret i 1-50 timer ved 250-400°C. Tempereringen ved 250-400°C sker hensigtsmæssigt i et magnetfelt, hvis feltlinjer løber på tværs af eller vinkelret på den retning, som magnetfluxøn har i legeringen, når denne er indbygget i form af magnetkernen i sumstrøm-transformatoren. En således behandlet ringbåndkerne af denne legering har en mætningsinduktion på ca, 8000 Gauss og et induktionsudsving på 50OO-65OO Gauss samt en impulspermeabilitet på 15000-5000.

Sumstrømtransformatorens magnetkerne 5 kan også bestå af tilsvarende ferritter, der er fremstillet med de forannævnte værdier for induktionsudsving og impulspermeabilitet.

Virkemåden af fejlstrømbeskyttelsesafbryderen forklares nærmere under henvisning til fig. 3· I det i fig. 3 viste diagrams ordinat er afsat fluxen f respektive tiden t og i abscissen den i den overvågede strømkreds løbende fejlstrøm 1^. Hvis der løber en vekselstrømfejlstrøm svarende til den punkterede kurve 12 i fig. 3 gennem sumstrømtransformatoren 4, magnetiseres denne efter magnetiseringskarakteristikken 13. Ved passende størrelse af denne vekselstrøm vil hele magnetiseringskarakteristikken 13 gennemløbes under en periode af vekselstrømfejlstrømmen, og den optrædende fluxændring er meget stor, så at også den i sumstrømtransformatorens sekundærvikling inducerede spænding ifølge induktionsloven er så stor, at den overstiger udløsemagneten 8's aktiveringsspænding, så at fejlstrømbeskyttelsesafbryderen udløses uden vanskeligheder.

Har fejlstrømmen derimod karakter af en pulserende jævnstrøm svarende til den fuldt optrukne kurve 14 i fig. 3 (envejsjævnstrøm), gennemløbes ved magnetiseringen af magnetkernen 5 i sumstrømtransformatoren 3 magnetiseringskarakteristikken 13 kun indtil remanenspunktet 15. Induktionsudsvinget af sumstrømtransformatorens magnetkerne i fejlstrømbeskyttelsesafbryderen ifølge opfindelsen er imidlertid tilstrækkelig stor til, at fluxændringenΔίβ^ stadig er tilstrækkelig til en indu- cering af en spænding i sumstrømtransformatorens sekundærvikling, der 14266Λ j er større end ndløsenagneten 8's aktiveringøepænding, så at fejlstrøm» beskyttelsesafbryderen udløses. Til s menunligning er i fig. 3 »od punkterede linier vist den magnetiseringskarakteristik 16, som ville foreligge , hvis magnetkernens induktionsudsving ikke har den til udløsning af fejlstrømbeskyttelsesafbryderen fornødne størrelse. Ted forekomsten af en af pulserende jævnstrøm svarende til kurven l*t i fig* 3 bestående fejlstrøm vil magnetiseringskarakteristikken 16 kun gennemløbes til remanenspunktet 17» som ligger væsentlig højere end remanenspunktet 15» så at den tilsvarende fluxændring & er mindre end fluxændringen og ikke er tilstrækkelig til inducering af en spænding i sumstrømtransformatoren h 'e sekundærvikling 7» der overstiger aktiveringsværdien for udløsemagneten 8.

Hvis magnetkernen i sumstrømtransformatoren i fejlstrømbeskyttel-sesabryderen ifølge opfindelsen yderligere har en stor impulspermeabi-litet, er stigningen af magnetiseringskarakteristikken 13 i fig. 3 meget stejl, d.v.s. den til udløsning af afbryderen nødvendige fluxændring A j)^ opnås allerede ved forholdsvis små fejlstrømme.

Fejlstrømbeskyttelsesafbryderen ifølge opfindelsen har navnlig den fordel» at forskellen mellem aktiveripgsværdierae for vekselstrem-fejlstrømmen og jævnetrømfejlstremmen er forholdsvis lille. Denne forskel er desto mindre, jo mindre remanensinduktionen af sumstrømtrans-formatorens magnetkerne er.

Fejlstrømbeskyttelsesafbryderen 13 ifølge fig. h tjener ligeledes til overvågning af ledningerne R/U og i et elektrisk anlæg.

Den har en sumstrømtransformator ih med en magnetkerne 15* Denne mag-netkeme 15 er en snitbåndkerne, som består af to halvdele, som er sammenholdt af et spændebånd 15a, og mellem hvilke der findes to luftspalter 15b. Denne snitbåndkemes bånd kan bestå af en jern- nikkel legering, som ikke har nogen bestemt sammensætning, og som ikke er blevet under kastet nogen bestemt forbehandling. Båndtykkelsen i snitbåndkernen kan andrage f.eks. 0,06-0,3 mm. Denne snitbåndkerne omslutter de to tråde 16, som repræsenterer de to primærviklinger, og som er indskudt i de til overvågning bestemte ledninger R/U og Mp* Endvidere sidder på magnetkernen 15 en sekundærvikling 17» som er tilsluttet til magnetiserings-viklingen 19 i en udløsemagnet. Denne udløsemagnet 18, som kan være en holdemagnet eller en arbejdsmagnet, indvirker gennem en mekanisk forbindelsesdel 18a på en afbryderlås 20, som gennem en koblingsstang 20a betjener afbryderkontakter 21, der er indskudt i de til overvågning bestemte ledninger R/XJ og M^.

Den som snitbåndkerne udformede magnetkerne 15 har som felge af de to luftspalter 15b i sammenligning med en ringbåndkerne af samme op- 6 142664 bygning (se hysteresesløjfe 51 på fig. 5) en beskåret hysteresesløjfe (se hysteresesløjfe 52 på fig. 5) og dermed et væsentligt større induktionsudsving, der jo er defineret som differensen mellem mætningsinduktionen og remanensinduktionen. Fejlstrømbeskyttelsesafbryderen ifølge fig. 4 udløses, når ledningerne 16 gennemløbes af en vekselstrømfejlstrøm. Snitbåndkemen 15 's induktionsudsving er på grund af luftspalterne 15b tilstrækkelig stor til, at også den ved en i ledningerne 16 løbende pulserende jævnstrømfejlstrøm fremkaldte ændring af magnetfluxen er tilstrækkelig til indueering af en spænding i sumstrømstransformatoren lU's sekundærvikling 18, der overstiger aktiveringsspændingen for udløsemagneten 18, og at fejlstrømbeskyttelsesafbryderen også udløses ved gennemløb af en sådan pulserende jævnstrømfejlstrøm·