DE2009375A1

DE2009375A1 - Erdschlußunterbrecher

Info

Publication number: DE2009375A1
Application number: DE19702009375
Authority: DE
Inventors: Thomas Michael Monroe Conn. McDonald (V.St.A.)
Original assignee: Harvey Hubbell Inc
Current assignee: Harvey Hubbell Inc
Priority date: 1969-03-03
Filing date: 1970-02-27
Publication date: 1970-09-10
Also published as: US3548259A; GB1254515A; FR2034610B1; FR2034610A1

Description

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Beschreibung zum Patentgesuch

der Firma HARVEY HQBBElLIUC., Bridgeport,. Conn.A.St.A

betreffend

"Erdschlußunterbrecher"

PRIORITÄT^ 3. März 1969 - V.St.A.

Die Erfindung betrifft einen Erdachlußunterbrecher mit einem ersten und zweiten Eingangsanschluß, die mit einem elektrischen Stromnetz zu verbinden aind, einem ersten und zweiten Auagangsanschluß, welche mit einem Verbraucher zu verbinden sind, einer ersten Leitung, welche den ersten Einganga- und Ausgangsansßhluß verbindet, einer zweiten Leitung, welche den zweiten Eingangsund Ausgangaanschluß verbindet, sowie einem Stromunterbrecher in der ersten Leitung.

Erdschlußunterbrecher erlangen auf dem Gebiet der elektrischen Schaltungsanordnung eine steigende Bedeutung. Derartige Einrichtungen sind in erster Linie zum Schutz von Personen-gegenüber elektrischen Schlägen ausgebildet. Hierbei werden Differentialtransformatoren zur Anzeige eines Stromfehlausgleichs in einer Zuleitung verwendet. Ein Differentialtransformator kann beispielsweise einen einzigen geschlossenen Magnetkern umfassen, auf dem ein Paar Primärwicklungen angeordnet sind, und zwar jeweils in Reihe mit einer der beiden Zuleitungen. Diese Wicklungen sind bo gewickelt, daß die hierdurch in dem Kern erzeugten Magnetflüsse gleich und entgegengerichtet sind und einander

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kompensieren. Eine Sekundärwicklung an dem Kern ist mit einem Fühler verbunden, der wiederum als Stromunterbrecher wirkt. Wenn sich ein Erdschluß ausbildet, beispielsweise in Bezug auf einen durch den Körper einer Person fließenden Teil eines Gesamtetromes, ergibt sich ein Fehlausgleioh, und es wird eine Spannung an der Sekundärwicklung erzeugt. Diese Sekundärspannung wird durch den Fühler abgefühlt, der den Stromunterbrecher auslöst. Biese Wirkung ist so schnell, daß ein elektrischer Schlag vermieden wird.

Obgleich Erdschlußunterbrecher auf dem Gebiete der elektrischen Schutzmaßnahmen einen wesentlichen Fortschritt bringen, weisen derartige Einrichtungen nach dem Stand der Technik Nachteile auf, deren Beseitigung bisher vergeblich angestrebt wurde. Einer dieser Nachteile entsteht daraus, daß die Leitungen, welche die Primärwicklung versorgen, die Energiezuleitung für den Fühler bilden. Wenn der Nulleiter an der Zuleitungseeite des Transformators öffnet, wird der Fühler unwirksam, jedoch ist ein elektrischer Schlag noch vor der Zuleitungsseite möglich. Ein ähnlicher Nachteil ergibt sich, wenn eine Unterspannung vorliegt. Wenn die Netzspannung unter die Betriebsspannung des Fühlers abfällt, wird dieser unwirksam und ist daher nicht in der Lage, den gewünschten Schutz zu bieten. Ein anderer Nachteil bei bekannten Unterbrechern liegt darin, daß der Fühler sich stets in Betrieb befindet, gleichgültig, ob die zugeordneten Unterbrecher offen oder geschlossen sind. Dies ergibt eine ungünstige Aufheizung und eine schnelle Alterung der Bestandteile des Fühlers und macht es, was sehr wichtig ist, erforderlich, besondere Rückstellschaltungen vorzusehen, um zu erreichen, daß der Stromunterbrecher als Folge eines Fehlers geschlossen wird.

Es gibt eine Anzahl verschiedener Möglichkeiten nach dem Stand der Technik zum Schutz einer Leitung gegen Unterspannung und Spannungsausfall. In jedem Fall erfordern diese Einrichtungai getrennte Stromunterbrecher. Es wäre möglich, einen einzigen Stromunterbrecher vorzusehen, welcher entweder durch einen Erdschluß oder das Vorliegen von Untorspnnnung betätigt werden könnte. Zweck der vorliegenden Erfindung ist demgemäß die Schaffung einea einzigen Stromunterbrechers für einen Erdschlußunterbrecher, welche?

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sowohl auf Erdschlüsse wie auch auf Leitungsfehler anspricht.
Weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines derartigen Unterbrechers, bei· dem der Fühler abgeschaltet wird, wenn die
Stromunterbrecher offen sind, jedoch eingeschaltet, wenn sie
schließen, wobei kein getrennter Rückstellmechanismus erforderlich ist.

Erreicht wird eine Lösung dieser Problemstellungen durch einen
in der zweiten ,Leitung vorgesehenen Stromunterbrecher, Bauele-.. mente zur mechanischen Verklinkung der beiden Stromunterbrecher zwecks Koordinierung von deren Öffnungs- und'Schließstellungen, Bauelemente zur Anzeige von Fehlausgleichsströmen in der ersten und zweiten Leitung sowie zur Erzeugung eines Auslösesignals
in Abhängigkeit hiervon, eine Auslösewicklung, welche bei Strombeaufschlagung den ersten Stromunterbrecher zu öffnen vermag, einen Fühler, welcher von der ersten und zweiten Leitung beaufschlagt ist und auf das Auslösesignal anspricht, um die Auslösewicklung zu beaufschlagen, und eine Unterspannungswicklung in . der ersten und zweiten Leitung zur Öffnung des zweiten Stromunterbrechers, wenn die Spannung an diesem unter einen bestimmten Minimalwert fällt.

Die Erfindung Ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: "".'"-.

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung f nach dem Stand der Technik, / ' ' "V '

Fig. 2 ein Ausführurigsbeispiel e-iner erfindungsgemäßen'
Schaltungsanordnung,

Fig. 3 ein gegenüber Pig. 2 abgewandeltes Ausführungsbeispiel "einer erfindungsgemäßen S chaltungs anordnung,·' ^{! l} "-^i;^«^;kv"'^;:-

Fig. 4' ein gegenüber Fig. "2, 3 weiter abgewandeltes'

f ührungBboisplol einer erf indungögemaßen' SehalM^säiior^dnüng t

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Pig. 5 ein gegenüber Pig. 2-4 weiter abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig. 6 den mechanischen Aufbau eines in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zu verwendenden Stromunterbrechers in Seitenansicht sowie teilweise in aufgebrochener Darstellung,

Fig. 7 den Stromunterbrecher nach Fig. 6 in einer demgegenüber anderen Betriebsstellung,

Fig. 8 den Stromunterbrecher nach Fig. 6, 7 in Ansicht von vorn.

Die Schaltung von Fig. 1 umfaßt Eingaagennschlüsse 10, 12 zur Verbindung mit einem Stromnetz sowie Ausgangsanschlüsse 14, 16, welche mit einem Verbraucher L zu verbinden sind» Eine Leitung

.geerdeter 18 verbindet die Anschlüsse 10, 14. Ein/Nulleiter 20 verbindet die Anschlüsse 12, 16. Ein Differentialtransformator mit einem Ringkern 22 umfaßt eine erste Primärwicklung 24, welche in Reihe mit der Leitung 18 liegt. Eine zweite Primärwicklung 26 liegt in Reihe mit der Leitung 20. Ein Stromunterbrecher 28 liegt in der Leitung 18. Ein Fühler 30 liegt zwischen den Leitungen 18, 20 über Leitungen 32, 34. Der Eingang für den Fühler 30 wird von einer Sekundärwicklung 36 auf dem Kern 22 abgenommen, wobei die Ausgangsgröße einer Auslösewicklung 38 des Stromunterbrechers 28 zugeführt wird. Der Fühler 30 ist nicht in Einzelheiten dargestellt, da er in verschiedenen Ausführungen erhältlich in einem erfindungsgemäßen Erdschlußunterbrecher verwendet werden kann.

Ein wesentlicher Nachteil der Schaltung rrach Fig. 1 ergibt sich, wenn angenommen wird, daß zwischen dem Anschluß 12 sowie der Primärwicklung 26 in dd» geerdeten Nulleiter ein Fehler auftritt. Es sei der Stromunterbrecher 28 beim Auftreten eines solchen Fehlers geschlossen. Danach liegt die gesamte Schaltungsanordnung von dem Eingangsannohluß 10 bis zu dorn Fehlerpunkt voll auf Leitungsspannung. Der Fühler 30 lot jedoch völlig unwirksam, da zwischen den Leitungen 32, 34 froino Spmmungsdifferens vorliegt.

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Damit liegt ein. sehr gefährlicher Zustand vor, weil für Jeden, der in Berührung mit dem auf Spannung liegenden Teil der Schaltung oder des Verbrauchers gelangt, die Gefahr eines elektrischen Schlages besteht· Sogar dann, wenn keine Stromunterbrechung vorliegt, ergibt sich ein im wesentlichen ähnlicher Zustand, falls die Versorgungsspannung an den Anschlüssen 10, 12 unter einen Wert fällt, welcher zur Betätigung des Fühlers 30 erforderlich ist. Unter diesen Bedingungen bringt ein Erdschluß, welcher gegebenenfalls Personenschäden verursachen könnte, den Auslösemechanismus nicht zum Ansprechen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist ähnlich derjenigen nach Fig. 1 aufgebaut, wobei gleiche Bauteile mit I gleichen Bezugsziffern versehen sind, jedoch besteht ein Unterschied darin, daß zwei einpolige Stromunterbrecher verwendet werden. Diese umfassen einen Leitungsfehlerunterbrecher 40 mit einem Stromunterbrecher 42 in der Leitung 18 und eine Unterspannungs-Freigabewicklung 44 zwischen der Leitung 18 sowie dem geerdeten Nulleiter 20. Ein Erdschlußünterbrecher 46 liegt mit einem Stromunterbrecher 48 in der Leitung 20 und umfaßt eine . Erdschluß-Auslösewicklung 50, welche von dem Fühler 30 beaufschlagt wird. Jeder der Stromunterbrecher kann/durch seine entsprechende Wicklung ausgelöst werden, jedoch sind die Schalter 42, 48 durch eine mechanische Kopplungsstange 52 miteinander verbunden. ..-.·_ I

Der mechanische Aufbau des Stromunterbrechers 46 entspricht im wesentlichen dem Stand der Technik und ist nachfolgend nicht in Einzelheiten erläutert. Der Aufbau des Auslösewicklungsmechaniamus des Stromunterbrechers 40 erfordert indessen einige Erläuterungen. Bekanntlich ist die übliche Auslösewicklung eineß einpoligen Stromunterbrechers dieser Art so ausgebildet, daß bei Beaufschlagung der Wicklungdiese einen Magnetkern anzieht, der einen Betätigungnhebel niederdrückt, welcher den Auslösemechanismus aktiviert. Bei dem gezeigton AusfUhrungsbe-ispiel ist indessen dieser Vorgang umgekehrt, so daß der Leitungofehleruntorbrecher 40 zum Ansprechen gebracht wird, wenn oeine Wicklung 44 abgeschaltet ist. Dies wird erreicht, indem der Kern 60 mit

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einem vergrößerten Endabschnitt 62 entfernt von einem Betätigungsgliod 64 sowie einem im Durchmesser reduzierten Hals 66 ausgebildet wird, der durch einen Schlitz in dem Betätigungsglied verläuft und mit diesem über einen verbreiterten Kopf 68 in Eingriff steht. Wenn die Wicklung 44 abgeschaltet ist, wird der Kern 60 in der Stellung gemäß Fig. 6 durch eine Feder 70 gehalten, wobei das Betätigungsglied 64 niedergedrückt gehalten ist und der Schalter 40 sich in seiner Auslösestellung befindet und auf diese Weise nicht schließbar ist. Wegen der Abmessungs-Ungleichheit zwischen dem Endabschnitt 62 sowie dem Hals 66 jedoch ist der Schwerpunkt des Kernes 60 wesentlich nach links gegenüber der Mittellinie der Wicklung 44 (Pig. 6) verschoben. Bei einer Einschaltung der Wicklung bewegt sich demgemäß der Kern 60 nach rechts oder gegenüber dem Stand der Technik in umgekehrter Richtung. Dies bewirkt, daß sich der Kopf 68 nach auswärts bewegt (Fig. 7) und hierbei das Betätigungsglied 64 freigibt, was eine Schließung des Stromunterbrechers ermöglicht.

Die Wicklung 44 liegt gemäß Fig. 2 an den Leitungen 18, 20 und ermöglicht daher eine Schließung der Stromunterbrecher lediglich dann, wenn eine genügende Spannung zwischen diesen Leitungen vorliegt. Bei Spannungsausfall oder Unterspannung sprechen die Stromunterbrecher an oder können im umgekehrten Fall nicht geschlossen werden. Somit kann der in Verbindung mit Fig. 1 aufgezeigte Nachteil nicht mehr auftreten, da jede Stromunterbrechung in irgendeiner Leitung verhindert, daß die Last an Spannung liegt.

Gemäß Fig. 2 bleibt der Fühler 30 zu jeder Zeit eingeschaltet. Dies hat den Nachteil, daß gemäß den obigen Ausführungen eine unnötige Erwärmung der Schaltungsbestandteile erfolgt und daß, was noch wichtiger ist, eine Rückstellschaltung erforderlich ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind diese Nachteile durch Verbindung einer Seite des Fühlers 30 mit der Verbrnucherseite des Leitungsfehlerunterbrechern 40 mittels einer Leitung 72 vermieden. Wenn der Fühler 30 lediglich durch den Schalter 42 eneriebeaufachlagt ist, braucht keine Rückstellschaltung vorgesehen jein. Der Fühir 30 ist normalerweise abgeschaltet, wenn die

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Stromunterbrecher offen sind. Um eine sichere Betriebsweise zu erreichen, ist es günstig, die Stromunterbrecher aufeinanderfolgend zu betätigen, so daß der Stromunterbrecher 42 vor dem Stromunterbrecher 48 schließt. Dies kann mechanisch in an sich bekannter Weise erfolgen, beispielsweise durch eine reduzierte Abstandsgebung der Kontakte des Stromunterbrechers 40. Beim Schließen der Unterbrecher 40, 46 schließt der Stromunterbrecher 42 zuerst, wobei sichergestellt wird, daß der Fühler 30 energiebeaufschlagt wird, bevor die Verbindung zu dem Verbraucher voll hergestellt wird.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist ähnlich demjenigen nach Fig. 3 mit der. Ausnahme, daß ein zusätzlicher Stromunterbrecher 74 in einer Erdleitung 76 liegt. Hierbei werden die Stromunterbrecher nacheinander in der Reihenfolge 74,-42, 48 betätigt, um eine volle Erdung vor einer Einschaltung des Verbrauchers sicherzustellen.

Das Ausführungsbeispiel.gemäß Fig. 5 entspricht im wesentlichen demjenigen nach Fig. 3, ist jedoch etwas billiger, weil dort die Notwendigkeit für eine aufeinanderfolgende Betätigung der Schalter nicht besteht.· Die Leitung 12 zur Beaufschlagung des Fühlers 30 liegt über einen Hilfsschalter 78 an der Eingangsseite des Unterbrechers 40. Der Hilfsschalter 78 ist mit den Schaltern 42, 48 gekoppelt, jedoch so ausgebildet, daß er vor diesen Schaltern schließt. Demgemäß wird bei dieser Anordnung die aufeinan- * derfolgende Betätigung der Unterbrecherschalter unnötig. Es könnte auch ein dritter Stromunterbrecher für eine getrennte Erdleitung vorgesehen sein, welcher mit den Stromunterbrechern 40, 46 gekoppelt ist. Zusätzlich könnte dieser dritte Stromunterbrecher mit einer Überlastwicklung versehen sein, damit ein Überlastungs-, Unterßpannungs- und Erdschlußschütz durch die gleiche Schaltung erhalten werden können.

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Claims

Patentansprüche

( 1.jErdschlußunterbrecher mit einem ersten und zweiten Eingangsanschluß, die mit einem elektrischen Stromnetz zu verbinden sind, einem ersten und zweiten Ausgangsanschluß, welche mit einem Verbraucher zu verbinden sind, einer ersten Leitung, welche den ersten Eingangs- und Ausgangsanschluß verbindet, einer zweiten Leitung, welche den zweiten Eingangs- und Ausgangsanschluß verbindet, sowie einem Stromunterbrecher in der ersten Leitung, gekennzeichnet durch einen in der zweiten Leitung vorgesehenen Stromunterbrecher (48), Bauelemente (Stange 52) zur mechanischen Verklinkung der beiden Stromunterbrecher (42, 48) zwecks Koordinierung von deren Öffnungs- und Schließstellungen, Bauelemente (Wicklung 36) zur Anzeige von Fehlausgleiehsströmen in der ersten und zweiten Leitung (18, 20) sowie zur Erzeugung eines Auslösesignals in Abhängigkeit hiervon, eine Auslösewicklung (50), welche bei Strombeaufschlagung den ersten Stromunterbrecher (42) zu öffnen vermag, einen Fühler (30), welcher von der ersten und zweiten Leitung (18, 20) beaufschlagt ist und auf das Auslösesignal anspricht, um die Auslösewicklung (50) zu beaufschlagen, und eine Unterspannungswicklung (44) in der ersten und zweiten Leitung zur Öffnung des zweiten Stromunterbrechers (48), wenn die Spannung an diesem unter einen bestimmten Minimalwert fällt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (30) von der Verbraucherneite eines der Stromunterbrecher (42, 48) beaufschlagt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromunterbrecher (42 bzw. 48) vermöge entsprechender Einstellung vor dem anderen Stromunterbrecher schließt.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch einen Hilfrsni romuntorbrocher (74), welcher mechanisch mit dein ernten und zweiten S troiiiunterbroeher (-11-, -1<0 verbunden int, um vor Mi or.ein :*u .u'hliußon, wobei der Fühler (^v>o) durch den

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Hilfsstromunterbrecher beaufschlagt wird;
5. Anordnung nach einem der Ansprüche T -4, dadurch gekennzeichnet, däß die Unterspannungswicklung (44) einen in Längsrichtung bewegliehen magnetisierbären Kern (62) in Wirkungeverbindung mit dem Betätigungsglied des zweiten Stromunterbrechers (48) aufweist, um das Betätigungsglied in die Auslösestellung zu ziehen, wenn, die Wicklung abgeschaltet ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 -5., dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (30) lediglich dann beaufschlagt ist, wenn zumindest einer der Stromunterbrecher (42, 4.8) geschlossen ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stromunterbrecher (42, 48) als Kippschalter ausgebildet sind und die mechanischen Verklinkungselemente eine Kopplungsstange (52) zur Verbindung beider Kippschalter aufweisen.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-7, da durch, gekennzeichnet, daß der dritte Stromunterbrecher (74) in einem geerdeten Nulleiter liegt.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die

zweite Leitung eine Phasenleitung und die erste Leitung ein i geerdeter Nulleiter sind.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromunterbrecher in der Reihenfolge dritter (74), zweiter (48), erster (42) Stromunterbrecher schließen.

Für Firma HARVEY HUBBELL, Inc.

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