WO2009043075A2 - Fehlerstromschutzschalter - Google Patents

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WO2009043075A2
WO2009043075A2 PCT/AT2008/000356 AT2008000356W WO2009043075A2 WO 2009043075 A2 WO2009043075 A2 WO 2009043075A2 AT 2008000356 W AT2008000356 W AT 2008000356W WO 2009043075 A2 WO2009043075 A2 WO 2009043075A2
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contacts
pole
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Lothar Fickert
Walter Hipp
Ernst Schmautzer
Reinhard Hirtler
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Forschungsholding TU Graz GmbH
Technische Universitaet Graz
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Forschungsholding TU Graz GmbH
Technische Universitaet Graz
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—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
    • 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
    • H02H3/32—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
    • H02H3/33—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
    • H02H3/334—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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H83/00—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current
    • H01H83/02—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by earth fault currents
    • H01H83/04—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by earth fault currents with testing means for indicating the ability of the switch or relay to function properly

Definitions

  • the invention relates to a residual current circuit breaker with a summation current transformer for lines to be monitored, which are guided over the contacts of a multi-pole, first switch, said switch is held in its closed position by a switch lock, which when exceeding a predetermined current difference in the lines triggers the switch in the sense of opening its contacts, and with a second, designed as a test switch switch, at the closing of a defined, sufficient to trigger the switch fault current is diverted from a conductor, and bridging branches for temporary bridging of the contact paths of the first multi-pole switch.
  • Residual current circuit breakers formerly called RCDs and now EU-wide RCDs, are intended to disconnect a monitored circuit from a feeding circuit if the sum of the monitored currents is of a defined value, e.g. 30 mA, deviates. Such a current difference occurs in particular when current flows through a conductor to ground, which may be the case when a conductor has an insulation fault or a person touches a live conductor.
  • Fig. 1 shows the structure of a 2-pole residual current circuit breaker RCD conventional and widely used type.
  • a power supply circuit has two conductors Ll and N and optionally a protective conductor PE, wherein the voltage is supplied, for example, from the winding WT of a transformer not shown via a two-pole fuse Fl.
  • Essential for the residual current circuit breaker is a component current transformer, which has a ring core RK.
  • the lines to be monitored Ll, N are guided via the contacts of a multi-pole, first switch Sl to a load circuit LK with a possible consumer V, said switch is held in its closed position by a switching mechanism SC.
  • a second switch S2 is provided, which is designed as a test button and the closing of a defined, sufficient to trigger the switch fault current is fed into a conductor, which in accordance with Fig. 1 via a resistor R takes place.
  • This resistance is so great that, when switch S1 is closed, it is connected via the mains voltage, e.g. 240 volts, a corresponding fault current, e.g. 30 mA, generated.
  • DE 4432643 Al shows an embodiment whose circuit has no lock, which prevents the checking (bridging the residual current circuit breaker) in an existing error. Furthermore, an additional (tactile) switch is provided. To test a switch 9 is first closed and shortly thereafter said test button 10, resulting in the opening of the contacts 15 of the main switch, the contact 10 jumps back immediately. The spring-loaded “probe” 25 is and is pressed, whereby the contacts 9 of the third switch are closed. If the test is positive, the first switch with the contacts 15, i. open these. Thereafter, the first switch is manually re-inserted, and the "probe" 25 is pressed a second time, causing it again in the normal position (contacts 9 and 10 open) passes.
  • bridging branches also include the summation current transformer or its core 3.
  • an embodiment according to DE 4432643 A1 has all the deficiencies that have already been described above, wherein, for example, unequal contact resistances and not absolutely synchronized closing operations lead to the fact that the first switch can no longer be inserted after the test procedure.
  • the document EP 1 562 013 A1 describes a residual current circuit breaker which, on the one hand, as known in the art, e.g. Fig. 1 of this application, can be operated, or on the other hand can be brought by flipping a switch 25 in a mode in which timed tests run automatically. If an activation signal is given in the automatic sequence, 10 contacts 13, 14 and 12 are closed by a separate drive, the contacts 13 and 14 bridging contacts for the main switch. In this state, a diagnostic stream, e.g. 30 mA, which must open the contacts 8 of the main switch. Now it is checked whether the contacts of the main switch have opened.
  • a diagnostic stream e.g. 30 mA
  • the triggering of the switch during the test process is not carried out via the switch 6 and the resistor 7 in a conventional manner, but by generating its own test current in a control part 5.
  • An object of the invention is to carry out the prescribed or desired review of the residual current circuit breaker with little effort, but with high reliability, without resulting in the above-mentioned unwanted interruptions in operation with their consequences.
  • a third multi-pole switch is provided in the bridging branches, which is spring-loaded in the direction of its ⁇ ffhungswolf and not detectable.
  • the primary winding of a first current transformer is located in a first bypass branch and the primary winding of a second current transformer is located in a second bypass branch and the secondary windings of both current transformers are connected to one another.
  • overvoltage protection can be obtained simply by connecting an overvoltage arrester parallel to the secondary windings of both current transformers.
  • the third multi-pole switch is designed as an uninterruptible changeover switch, since in this case the contact resistances or the sequence when closing the contacts can cause no problems.
  • the object underlying the invention is also achieved with a residual current circuit breaker of the type mentioned, in which the Umschaltterne the third multi-pole switch between the summation current transformer and the network-side contacts of the first multi-pole switch are arranged and a lock is provided, which at triggered first switch prevents actuation of the third multi-pole switch.
  • FIG. 1 is the block diagram of a residual current circuit breaker according to the prior art
  • FIG. 3 shows the circuit of a first practical embodiment of a residual current circuit breaker according to the invention
  • 4 shows the circuit of a second practical embodiment of a residual current circuit breaker according to the invention
  • Fig. 5 shows a development of the invention for use as a mobile tester and Fig. 6 shows a further variant of the invention.
  • Fig. 2 it is shown how a residual current circuit breaker RCD can be bridged by means of a 2-pole switch S3 by bridging branches Zl, ZN.
  • step 1 the third switch S3 is closed in order to bridge the contacts of the first switch S1. In this case, it is assumed that all contacts of the third switch S3 close at the same time.
  • test button i. the second switch Sl be actuated, and the first switch Sl must trigger because of the occurring fault current (step 3). This is generally made visual by the case of the switch S1 having a release switch lock.
  • step 1 If, in step 1, the time difference between the closing of the contacts of the third switch S3 greater than the reaction time of the residual current circuit breaker, it triggers immediately and the circuit is interrupted for the difference time. If, in step 2, the current difference across the two contacts of the first switch Sl is greater than the fault rated current, the switch would trip immediately. This would not be a problem since the load is already being supplied via switch S3. The problem occurs in the next step because the original state can not be restored due to the differential current.
  • the first switch Sl can not be reinstated, since it triggers immediately. Even if no differential current is present, the different contacting times of the contacts of the second switch S2 would also lead to an immediate tripping. Since the residual-current-operated circuit-breaker RCD is or must be equipped with an unlocking lock, it is not possible to "hold" the switch.
  • FIGS. 3 and 4 are based on the idea of balancing the currents in the bridging branches, which, as already mentioned, are particularly suitable for retrospective upgrading of existing conventional residual current circuit breakers.
  • Fig. 3 shows the use of a Symmetriertransf ormators SW in the bridging of the contacts of the first multi-pole switch Sl of a residual current circuit breaker RCD.
  • the bridging branches Z1, ZN each contain one winding of the balancing transformer SW, which is designed as a current transformer with a ratio of 1: 1. If one contact in front of the other closes at the third switch S3, correspondingly only a very small current is established at the converter of its no-load characteristic.
  • the driving voltage across the transducer corresponds to the voltage drop across the contact resistance of the first switch S1. It can easily be calculated that with a contact resistance of, for example, 50 m ⁇ and a load current of 16 A, the stated voltage is 0.8 V.
  • the primary winding WP includes a first current transformer SW1 in a first bridging branch Zl and the primary winding WP2 of a second current transformer SW2 in a second bridging branch Z2, the secondary windings WS1, WS2 of both current transformers connected to each other.
  • This embodiment offers the additional advantage that a surge arrester UE can be connected in parallel with the secondary windings WS1, WS2 of both current transformers SW1, SW2 in order to protect the current transformers.
  • the third multi-pole switch S3 as shown in Figures 3 and 4, designed as an uninterruptible changeover switch. With such a changeover switch, the changeover contact is temporarily in contact, even if only briefly, with the other two contacts.
  • the tester PG consists of a balancing transformer SW with the two windings SWl, SW2, the same as in FIG. 3, and can be temporarily clamped in the manner shown via the thick drawn in Fig. 5 lines for bridging the first switch Sl.
  • the third switch S3, which is likewise accommodated in the test device PG, is not a changeover switch but a two-pole switch as in the representation according to FIG. 2.
  • the mobile test device PG is connected to the supply and discharge lines of the residual current circuit breaker RCD and the Switch S3 closed. Now the test button S2 of the residual current circuit breaker RCD can be pressed and thus the test can be carried out. A triggering of the residual current circuit breaker and thus opening of the first switch Sl does not interrupt the power supply to connected consumers because of the bridging by the tester. After closing the first switch Sl, the tester PG can be disconnected again. It should also be clear that the third switch S3 is not essential here, but it is useful if the tester PG remains assigned to a residual current device RCD for a long time.
  • the lock which prevents actuation of the third multi-pole switch S3 when the first switch S1 is triggered, is shown schematically in FIG. 3 and designated VG.
  • the third switch S3 between the supplying network and the summation current transformer this design is suitable for a compact, installable in a single housing residual current circuit breaker. It should be noted that - in contrast to the training shown in Fig. 2 - the changeover of the third multi-pole switch S3 between the summation current transformer RK, W, SC and the network-side contacts of the first multi-pole switch Sl are arranged, ie, by the summation current transformer leading line sections are not bridged by the third switch S3.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Ein Fehlerstrom-Schutzschalter mit einem Summen-Stromwandler (RK, W, SC) für zu überwachende Leitungen (L1, N), welche über die Kontakte eines mehrpoligen, ersten Schalters (S1) geführt sind, wobei dieser Schalter in seiner Schließstellung von einem Schaltschloss (SC) gehalten ist, welches bei Überschreiten einer vorgegebenen Stromdifferenz in den Leitungen den Schalter im Sinne eines Öffnens seiner Kontakte auslöst, und mit einem zweiten, als Prüftaster ausgebildeten Schalter (S2), bei dessen Schließen ein definierter, zum Auslösen des Schalters hinreichender Fehlstrom von einem Leiter abgezweigt wird, und mit Überbrückungszweigen (Z1, ZN) zur vorübergehenden Überbrückung der Kontaktstrecken des ersten mehrpoligen Schalters (S1), bei welchem die Überbrückungszweige (Z1, ZN) je eine Wicklung eines Symmetriertransformators (SW; SW1, SW2) enthalten oder die Umschaltkontakte eines dritten mehrpoligen Schalters (S3) zwischen dem Summenstromwandler (RK, W, SC) und den netzseitig gelegenen Kontakten des ersten mehrpoligen Schalters (S1) angeordnet sind und eine Verriegelung (VG) vorgesehen ist, welche bei ausgelöstem erstem Schalter (S1) eine Betätigung des dritten mehrpoligen Schalters (S3) verhindert.

Description

FEHLERSTROMSCHUTZSCHALTER
Die Erfindung bezieht sich auf einen Fehlerstrom-Schutzschalter mit einem Summen- Stromwandler für zu überwachende Leitungen, welche über die Kontakte eines mehrpoligen, ersten Schalters gefuhrt sind, wobei dieser Schalter in seiner Schließstellung von einem Schaltschloss gehalten ist, welches bei Überschreiten einer vorgegebenen Stromdifferenz in den Leitungen den Schalter im Sinne eines Öffhens seiner Kontakte auslöst, und mit einem zweiten, als Prüftaster ausgebildeten Schalter, bei dessen Schließen ein definierter, zum Auslösen des Schalters hinreichender Fehlstrom von einem Leiter abgezweigt wird, und mit Überbrückungszweigen zur vorübergehenden Überbrückung der Kontaktstrecken des ersten mehrpoligen Schalters.
Fehlerstromschutzschalter, früher als FI-Schalter und nun normgerecht EU-weit RCD genannt, sollen einen überwachten Stromkreis von einem speisenden Kreis trennen, falls die Summe der überwachten Ströme von einem definierten Wert, z.B. 30 mA, abweicht. Eine solche Stromdifferenz tritt insbesondere dann auf, wenn Strom über einen Leiter gegen Erde fließt, was der Fall sein kann, wenn ein Leiter einen Isolationsfehler aufweist oder eine Person einen spannungsführenden Leiter berührt.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines 2-poligen Fehlerstromschutzschalters RCD herkömmlicher und weit verbreiteter Bauart. Ein versorgender Stromkreis weist zwei Leiter Ll und N sowie gegebenenfalls einen Schutzleiter PE auf, wobei die Spannung beispielsweise von der Wicklung WT eines nicht gezeigten Transformators über eine zweipolige Sicherung Fl geliefert wird.
Wesentlich für den Fehlerstromschutzschalter ist ein Surnrnen-Stromwandler, der einen Ringkern RK besitzt. Die zu überwachenden Leitungen Ll, N sind über die Kontakte eines mehrpoligen, ersten Schalters Sl zu einem Lastkreis LK mit einem möglichen Verbraucher V geführt, wobei dieser Schalter in seiner Schließstellung von einem Schaltschloss SC gehalten ist.
Falls in dem überwachten Stromkreis irgendwo ein Strom gegen Erde fließt, ist die Summe der Ströme, welche durch die Leiter Ll und N fließt größer als Null und es besteht eine Stromdifferenz, welche in einer Wicklung WT eine Spannung erzeugt, die in dem Schaltschloss zu einer elektromagnetischen Auslösung des federbelasteten, mehrpoligen, ersten Schalters Sl führt ,wodurch der Stromkreis sehr rasch, beispielsweise innerhalb von 200 ms, unterbrochen wird.
Um, wie in vielen Staaten auch vorgeschrieben, die Funktion des Fehlerstromschutzschalters überprüfen zu können, ist ein zweiter Schalter S2 vorgesehen, der als Prüftaster ausgebildet ist und bei dessen Schließen ein definierter, zum Auslösen des Schalters hinreichender Fehlstrom in einen Leiter eingespeist wird, was gemäß Fig. 1 über einen Widerstand R erfolgt. Dieser Widerstand ist so groß, dass er bei geschlossenem Schalter Sl über die Netzspannung, z.B. 240 Volt, einen entsprechenden Fehlerstrom, z.B. 30 mA, erzeugt.
Eine solche Überprüfung führt bei ordnungsgemäßem Auslösen des Fehlerstromschutzschalters zu einem Abschalten sämtlicher angeschlossener Verbraucher. Da an vielen Stromkreisen mit Steckvorrichtungen bis 16 A Nennstrom sensible Geräte betrieben werden, ist es bei Anwendungen, in denen ein ununterbrochener Betrieb erforderlich ist, nicht möglich, diese Funktionsprüfung durchzuführen, da sie zum Abschalten dieser Geräte führen würde. Besonders problematisch ist dies in Anlagen mit hohem IT-Geräteanteil und sensiblen IT- Anwendungen, wie z.B. in Kraftwerken, Umspannwerken, Serverräumen etc. Selbst in normalen Haushalten bewirkt die herkömmliche Funktionsprüfung des Fehlerstromschutzschalters, dass an vielen Endgeräten mit Zeitanzeige, z.B. einem E-Herd, Recorder, Radiowecker usw. nach der Auslösung des Fehlerstromschutzschalters die Zeit neu eingestellt werden muss.
Die DE 4432643 Al zeigt eine Ausführung, deren Schaltung keine Verriegelung besitzt, die das Prüfen (Überbrücken des Fehlerstromschutzschalters) bei einem bestehenden Fehler verhindert. Weiters ist ein zusätzlicher (Tast)schalterlO vorgesehen. Zum Prüfen wird zuerst ein Schalter 9 geschlossen und kurz darauf der genannte Prüftaster 10, was zum Öffnen der Kontakte 15 des Hauptschalters führt, wobei der Kontakt 10 sofort wieder zurückspringt. Der federbelastete "Tastkopf" 25 ist und wird gedrückt, wodurch die Kontakte 9 des dritten Schalters geschlossen werden. Fällt die Prüfung positiv aus, so fällt der erste Schalter mit den Kontakten 15, d.h. diese öffnen. Danach wird der erste Schalter wieder händisch eingelegt, und der „Tastkopf" 25 ein zweites Mal betätigt, wodurch dieser wieder in die Grundstellung (Kontakte 9 und 10 geöffnet) gelangt.
Abgesehen von dem Vorhandensein eines vierten, zusätzlichen Schalters mit dem Kontakt 10 ist ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Ausführung darin zu sehen, dass die Überbrückungszweige auch den Summenstromwandler bzw. dessen Kern 3 mit einbeziehen. Des Weiteren besitzt eine Ausführung nach der DE 4432643 Al sämtliche Mängel, die bereits weiter oben beschrieben wurden, wobei z.B. ungleiche Kontaktwiderstände und nicht absolut synchronisierte Schließvorgänge dazu führen, dass nach dem Prüfvorgang der erste Schalter nicht mehr eingelegt werden kann.
Das Dokument EP 1 562213 Al beschreibt einen Fehlerstromschutzschalter, der einerseits wie üblich nach dem Stand der Technik, z.B. Fig. 1 dieser Anmeldung, betrieben werden kann, oder der andererseits durch Umlegen eines Schalters 25 in einen Modus gebracht werden kann, bei dem Prüfungen zeitgesteuert automatisch ablaufen. Wird im automatischen Ablauf ein Aktivierungssignal gegeben, so werden über einen eigenen Antrieb 10 Kontakte 13, 14 und 12 geschlossen, wobei die Kontakte 13 und 14 Überbrückungskontakte für den Hauptschalter sind. In diesem Zustand wird ein Diagnosestrom, z.B. 30 mA, generiert, wodurch die Kontakte 8 des Hauptschalters öffnen müssen. Nun wird überprüft, ob die Kontakte des Hauptschalters geöffnet haben. Die Auslösung des Schalters beim Prüfvorgang erfolgt nicht über den Schalter 6 und den Widerstand 7 in herkömmlicher Weise, sondern durch die Erzeugung eines eigenen Prüf Stroms in einem Steuerteil 5. Es gibt noch einen weiteren Schalter 22, der mit dem Hebel des Hauptschalters gekoppelt ist, und dessen Position rückmeldet. Nach dem Öffnen des Hauptschalters, wird dieser durch einen weiteren Antrieb 20 wieder geschlossen und es erfolgt auch eine Prüfung, ob der Schalter tatsächlich geschlossen hat (über den Kontakt 22 und die Leitung 23). Ist dies der Fall, wird die Überbrückung wieder geöffnet. Sollte der Hauptschalter offen bleiben, so bleibt die Überbrückung geschlossen, kann aber über die Steuerung 5 auch ausgelöst werden. Im üblichen mechanischen Modus, bei dem der Taster 6 verwendet wird, können die Kontakte des Hauptschalters nicht überbrückt werden.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, mit geringem Aufwand jedoch bei hoher Zuverlässigkeit die vorgeschriebene bzw. gewünschte Überprüfung des Fehlerstromschutzschalters durchführen zu können, ohne dass sich die oben genannten ungewollten Betriebsunterbrechungen mit ihren Folgeerscheinungen ergeben.
Diese Aufgabe wird mit einem Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem erfindungsgemäß die Überbrückungszweige je eine Wicklung eines Symmetriertransf ormators enthalten.
Dank der Erfindung können herkömmliche, nach dem Stand der Technik ausgebildete Schutzschalter ohne Eingriffe in diese nachgerüstet werden oder es können die Überbrückungszweige zum Überprüfen des Schutzschalters auch nur vorübergehend angeklemmt werden bzw. können bekannte Schutzschalter ohne aufwändige Konstruktionsanderungen hergestellt werden. In der Praxis ist es zweckmäßig, wenn der Symmetriertransformator ein Stromwandler ist.
Zum sicheren Vermeiden von Fehlbedienungen kann es zweckmäßig sein, wenn in den Überbrückungszweigen ein dritter mehrpoliger Schalter vorgesehen ist, der in Richtung seiner Öffhungsstellung federbelastet und nicht feststellbar ist.
Bei einer vorteilhaften Variante ist weiters vorgesehen, dass bei zwei zu überwachenden Leitungen in einem ersten Überbrückungszweig die Primärwicklung eines ersten Stromwandlers und in einem zweiten Überbrückungszweig die Primärwicklung eines zweiten Stromwandlers gelegen ist und die Sekundärwicklungen beider Stromwandler miteinander verbunden sind.
Im letztgenannten Fall kann ein Überspannungsschutz einfach dadurch erhalten werden, dass parallel zu den Sekundärwicklungen beider Stromwandler ein Überspannungsabieiter geschaltet ist.
Weiters kann es zweckmäßig sein, wenn der dritte mehrpolige Schalter als unterbrechungsfreier Umschalter ausgebildet ist, da in diesem Fall die Kontaktwiderstände bzw. der Ablauf beim Schließen der Kontakte keinerlei Probleme bereiten können.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch mit einem Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem die Umschaltkontakte des dritten mehrpoligen Schalters zwischen dem Summenstromwandler und den netzseitig gelegenen Kontakten des ersten mehrpoligen Schalters angeordnet sind und eine Verriegelung vorgesehen ist, welche bei ausgelöstem erstem Schalter eine Betätigung des dritten mehrpoligen Schalters verhindert.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen
Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines Fehlerstromschutzschalters nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 das Prinzipschaltbild der Überbrückung eines Fehlerstromschutzschalters ,
Fig. 3 die Schaltung einer ersten praktischen Ausführungsform eines Fehlerstromschutzschalters nach der Erfindung, Fig. 4 die Schaltung einer zweiten praktischen Ausfuhrungsform eines Fehlerstromschutzschalters nach der Erfindung,
Fig. 5 eine Weiterbildung der Erfindung zum Einsatz als mobiles Prüfgerät und Fig. 6 eine weitere Variante der Erfindung.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie ein Fehlerstromschutzschalter RCD mit Hilfe eines 2-poligen Schalters S3 durch Überbrückungszweige Zl, ZN überbrückt werden kann.
Mit RFI,U, RFI,N, RP,LI und RP,N sind die Kontaktwiderstände der Schalter des ersten bzw. dritten Schalters bezeichnet. Zunächst sollen die bei einem solchen Fehlerstromschutzschalter auftretenden Probleme samt deren Abhilfe untersucht werden.
Im Normalbetrieb ist der erste Schalter Sl geschlossen, und die Last L wird versorgt.
hi einem ersten Schritt (Schritt 1) wird der dritte Schalter S3 geschlossen um die Kontakte des ersten Schalters Sl zu überbrücken. In diesem Fall wird vorausgesetzt, dass alle Kontakte des dritten Schalters S3 gleichzeitig schließen.
Nun fließt der Laststrom teils über die Kontakte des dritten Schalters S3 und teils über die Kontakte des ersten Schalters Sl (Schritt 2).
Nach erfolgreichem Überbrücken der Kontakte des ersten Schalters Sl kann die Prüf taste, d.h. der zweite Schalter Sl betätigt werden, und der erste Schalter Sl muss wegen des auftretenden Fehlstroms auslösen (Schritt 3). Dies ist im Allgemeinen optisch, durch den Fall des Schalters Sl, der ein Freischaltschaltschloss besitzt, ersichtlich gemacht.
Nach erfolgreicher Prüfung muss der erste Schalter Sl des Fehlerstromschutzschalter RCD zurückgelegt, d.h. dessen Kontakte müssen wieder geschlossen werden (Schritt 4).
.Sobald der erste Schalter Sl wieder geschlossen ist, d.h. der Fehlerstromschutzschalter eingeschaltet ist, können die Kontakte des dritten Schalters S3 wieder geöffnet werden und die Prüfung ist beendet (Schritt 5).
Ist im Schritt 1 die Differenzzeit zwischen dem Schließen der Kontakte des dritten Schalters S3 größer als die Reaktionszeit des Fehlerstromschutzschalters, so löst dieser sofort aus und der Stromkreis ist für die Differenzzeit unterbrochen. Falls im Schritt 2 die Stromdifferenz über die beiden Kontakte des ersten Schalters Sl größer ist als der Fehlernennstrom, würde der Schalter sofort auslösen. Dies wäre kein Problem, da die Last bereits über den Schalter S3 versorgt wird. Das Problem tritt im nächsten Schritt auf, da der ursprüngliche Zustand auf Grund des Differenzstroms nicht wieder hergestellt werden kann.
Falls der Differenzstrom im Fehlerstromschutzschalter RCD zu groß war, so dass es in Schritt 2 zu einer Auslösung kam, kann der erste Schalter Sl nicht wieder eingelegt werden, da dieser sofort wieder auslöst. Auch wenn kein Differenzstrom vorhanden ist, würden die unterschiedlichen Kontaktierungszeiten der Kontakte des zweiten Schalters S2 ebenfalls zu einer sofortigen Auslösung führen. Da der Fehlerstromschutzschalter RCD mit einem Freischaltschloss ausgestattet ist bzw. sein muss, ist auch ein „Halten" des Schalters nicht möglich.
Insgesamt zeigt sich, dass die Überbrückung der Kontakte des ersten Schalters Sl durch den dritten Schalter S3 in der in Fig. 2 angegebenen Weise nur dann zielführend sein kann, wenn sehr schnelle Schalter eingesetzt werden und das Verhältnis der Kontaktwiderstände des ersten Schalters Sl im wesentlichem jenem der Kontaktwiderstände des dritten Schalters S3 entspricht. Tatsächlich sind diese beiden Forderungen allerdings in der Praxis nur schwer bzw. unter hohen Kosten realisierbar.
Die Erfindung wird zunächst für zwei in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen beschrieben, welchen der Gedanke der Symmetrierung der Ströme in den Überbrückungszweigen zu Grunde liegt, die sich, wie bereits erwähnt, besonders zum nachträglichen Aufrüsten bereits vorhandener, herkömmlicher Fehlerstromschutzschalter eignen.
Fig. 3 zeigt die Verwendung eines Symmetriertransf ormators SW in der Überbrückung der Kontakte des ersten mehrpoligen Schalters Sl eines Fehlerstromschutzschalters RCD. Genauer gesagt enthalten die Überbrückungszweige Zl, ZN je eine Wicklung des Symmetriertransf ormators SW, der als Stromwandler mit einem Übersetzungsverhältnis 1:1 ausgebildet ist. Wenn bei dem dritten Schalter S3 ein Kontakt vor dem anderen schließt, stellt sich an dem Wandler seiner Leerlauf-Kennlinie entsprechend nur ein sehr kleiner Strom ein. Die treibende Spannung an dem Wandler entspricht dem Spannungsabfall an dem Kontaktwiderstand des ersten Schalters Sl. Es lässt sich leicht berechnen, dass bei einem Kontaktwiderstand von z.B. 50 mΩ und einem Laststrom von 16 A die genannte Spannung 0,8 V beträgt Abhängig von der Leerlaufkennlinie stellt sich dadurch ein Strom von lediglich einigen mA ein, der für sich nicht zu einer Auslösung des Fehlerstromschutzschalters RCD führt. Bei der in Fig.4 gezeigten Ausführungsform liegt bei zwei zu überwachenden Leitungen N, Ll in einem ersten Überbrückungszweig Zl die Primärwicklung WPleines ersten Stromwandlers SWl und in einem zweiten Überbrückungszweig Z2 die Primärwicklung WP2 eines zweiten Stromwandlers SW2, wobei die Sekundärwicklungen WSl, WS2 beider Stromwandler miteinander verbunden sind. Diese Ausführung bietet den zusätzlichen Vorteil, dass parallel zu den Sekundärwicklungen WSl, WS2 beider Stromwandler SWl, SW2 ein Überspannungsabieiter UE geschaltet werden kann, um die Stromwandler zu schützen.
Es ist somit klar, dass bei den Ausbildungen der Erfindung nach den Fig. 3 und 4 eine Funktionsprüfung des Fehlerstromschutzschalters RCD ohne Unterbrechung des Laststromkreises möglich ist. Durch Betätigen des Tastschalters S3 werden die Kontakte des ersten mehrpoligen Schalters Sl über den symmetrierten Nebenzweig Zl, ZN überbrückt, so dass er während dieses Vorgangs nicht auslöst. Nun kann die Funktionsprüfung mittels des Tastschalters S2 durchgeführt werden, ohne den Stromkreis zu unterbrechen. Nach erfolgreicher Prüfung muss der Fehlerstromschutzschalter mit Hilfe des Schalters Sl wieder eingeschaltet werden, und anschließend muss der Tastschalter S3 wieder deaktiviert werden, soferne S3 nicht ohnedies federbelastet ist und nur so lange geschlossen bleibt, solange er durch eine Bedienungsoperation gedrückt gehalten ist.
Bei der Erfindung ist zwar das Verhältnis der Kontaktwiderstände sowie die Schaltgeschwindigkeit weniger kritisch, doch ist es im Allgemeinen vorzuziehen, wenn der dritte mehrpolige Schalter S3, wie in den Fig.3 und 4 dargestellt, als unterbrechungsfreier Umschalter ausgebildet ist. Bei einem solchen Umschalter steht der Umschaltkontakt vorübergehend, wenn auch nur kurz, mit den beiden anderen Kontakten in Berührung.
Es ist andererseits auch möglich, die Erfindung im Sinne eines mobilen Prüfgerätes für Fehlerstromschutzschalter einzusetzen, was nachstehend an Hand der Fig. 5 erläutert sei. Das Prüfgerät PG besteht aus einem Symmetrietransformator SW mit den beiden Wicklungen SWl, SW2, gleich wie bei Fig. 3, und kann über die in Fig. 5 dick eingezeichneten Leitungen zur Überbrückung des ersten Schalters Sl vorübergehend in der gezeigten Weise angeklemmt werden. Im Unterschied zu der Variante nach Fig. 3 ist der dritte Schalter S3, der gleichfalls in dem Prüfgerät PG untergebracht ist, kein Umschalter sondern ein zweipoliger Schalter wie in der Darstellung nach Fig. 2.
Zur Überprüfung eines üblichen Fehlerstromschutzschalters RCD wird das mobile Prüfgerät PG an die Zu- und Ableitungen des Fehlerstromschutzschalters RCD angeschlossen und der Schalter S3 geschlossen. Nun kann die Prüftaste S2 des Fehlerstromschutzschalters RCD gedrückt und damit die Prüfung durchgeführt werden. Ein Auslösen des Fehlerstromschutzschalters und damit Öffnen des ersten Schalters Sl führt wegen der Überbrückung durch das Prüfgerät zu keiner Unterbrechung der Stromzufuhr an angeschlossene Verbraucher. Nach Schließen des ersten Schalters Sl kann das Prüfgerät PG wieder abgeklemmt werden. Es sollte auch klar sein, dass der dritte Schalter S3 hier nicht unbedingt erforderlich ist, er ist jedoch dann sinnvoll, wenn das Prüfgerät PG längere Zeit einem Fehlerstromschutzschalter RCD zugeordnet bleibt.
Auch bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform eines Fehlerstromschutzschalters ist eine Funktionsprüfung ohne Unterbrechung des Stromkreises möglich. Durch Betätigen des Tastschalters S3 werden die Kontakte des ersten Schalters Sl durch die Überbrückungszweige Zl, ZN überbrückt, was dazu führt, dass der Auslösekreis des Summenstromwandlers geöffnet wird. Nun kann die Funktionsprüfung mittels des zweiten, Schalters S2, der ein Tastschalter ist, durchgeführt werden, ohne den Stromkreis zu unterbrechen. Nach erfolgreicher Prüfung muss der Fehlerstromschutzschalter mit Hilfe des ersten Schalters Sl wieder eingeschaltet und anschließend der Tasterschalter S3 wieder deaktiviert werden.
Die Verriegelung, welche bei ausgelöstem ersten Schalter Sl ein Betätigen des dritten mehrpoligen Schalters S3 verhindert, ist in Fig. 3 schematisch eingezeichnet und mit VG bezeichnet.
Da bei der Ausführung nach Fig. 6 der dritte Schalter S3 zwischen dem versorgenden Netz und dem Summenstromwandler liegt, eignet sich diese Ausführung für einen kompakten, in einem einzigen Gehäuse einbaubaren Fehlerstromschutzschalter. Es soll beachtet werden, dass - im Gegensatz zu der in Fig. 2 dargestellten Ausbildung - die Umschaltkontakte des dritten mehrpoligen Schalters S3 zwischen dem Summenstromwandler RK, W, SC und den netzseitig gelegenen Kontakten des ersten mehrpoligen Schalters Sl angeordnet sind, d.h., die durch den Summenstromwandler führenden Leitungsabschnitte durch den dritten Schalter S3 nicht überbrückt werden.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Fehlerstrom-Schutzschalter mit einem Summen-Stromwandler (RK, W, SC) für zu überwachende Leitungen (Ll, N), welche über die Kontakte eines mehrpoligen, ersten Schalters (Sl) geführt sind, wobei dieser Schalter in seiner Schließstellung von einem Schaltschloss (SC) gehalten ist, welches bei Überschreiten einer vorgegebenen Stromdifferenz in den Leitungen den Schalter im Sinne eines Öffhens seiner Kontakte auslöst, und mit einem zweiten, als Prüftaster ausgebildeten Schalter (S2), bei dessen Schließen ein definierter, zum Auslösen des Schalters hinreichender Fehlstrom von einem Leiter abgezweigt wird, und mit Überbrückungszweigen (Zl, ZN) zur vorübergehenden Überbrückung der Kontaktstrecken des ersten mehrpoligen Schalters (Sl),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Überbrückungszweige (Zl, ZN)Je eine Wicklung eines Symmetriertransformators (SW; SWl, S W2) enthalten.
2. Fehlerstrom-Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Symmetriertransforrnator (SW; SWl, SW2) ein Stromwandler ist..
3. Fehlerstrom-Schutzschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Überbrückungszweigen (Zl, ZN) ein dritter mehrpoliger Schalter (S3) vorgesehen ist, der in Richtung seiner Öffhungsstellung federbelastet und nicht feststellbar ist,
4. Fehlerstrom-Schutzschalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei zu überwachenden Leitungen (Ll, N) in einem ersten Überbrückungszweig (Zl) die Primärwicklung (WPl) eines ersten Stromwandlers (SWl) und in einem zweiten Überbrückungszweig (ZN) die Primärwicklung (WP2) eines zweiten Stromwandlers (SW2) gelegen ist und die Sekundärwicklungen (WSl, WS2) beider Stromwandler (SWl, SW2) miteinander verbunden sind.
5. Fehlerstrom-Schutzschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu den Sekundärwicklungen (WSl, WS2) beider Stromwandler (SWl, SW2) ein Überspannungsabieiter (UE) geschaltet ist.
6. Fehlerstrom-Schutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte mehrpolige Schalter (S3) als unterbrechungsfreier Umschalter ausgebildet ist.
7. Fehlerstrom-Schutzschalter mit einem Summen-Stromwandler (RK, W, SC) für zu überwachende Leitungen (Ll, N), welche über die Kontakte eines mehrpoligen, ersten Schalters (Sl) geführt sind, wobei dieser Schalter in seiner Schließstellung von einem Schaltschloss (SC) gehalten ist, welches bei Überschreiten einer vorgegebenen Stromdifferenz in den Leitungen den Schalter im Sinne eines Öffnens seiner Kontakte auslöst, und mit einem zweiten, als Prüftaster ausgebildeten Schalter (S2), bei dessen Schließen ein definierter, zum Auslösen des Schalters hinreichender Fehlstrom von einem Leiter abgezweigt wird, und zur vorübergehenden Überbrückung der Kontaktstrecken des ersten mehrpoligen Schalters (Sl) mit Überbrückungszweigen (Zl, ZN) ein dritter mehrpoliger Schalter (S3) vorgesehen ist, der in Richtung seiner Öffnungsstellung federbelastet und nicht feststellbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltkontakte des dritten mehrpoligen Schalters (S3) zwischen dem Summenstromwandler (RK, W, SC) und den netzseitig gelegenen Kontakten des ersten mehrpoligen Schalters (Sl) angeordnet sind und eine Verriegelung (VG) vorgesehen ist, welche bei ausgelöstem erstem Schalter (Sl) eine Betätigung des dritten mehrpoligen Schalters (S3) verhindert.
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