Ringbandkerne für FI-Schalter

VACUUMSCHMELZE

Die Grenzwertkurven für die in der Werkstofftabellegenannten Werkstoffe gestatten die Vereinbarung vonLiefervereinbarungen für den einzelnen Kerntyp. Zu beachtenist dabei, dass angepasst an die spezielle Anwendung, nureinzelne Punkte geprüft und vereinbart werden können. DieGültigkeit der Kurven ist auf bestimmte gängigeAbmessungsbereiche beschränkt. Bei Kernabmessungenaußerhalb dieser Bereiche sind Festlegungen erst nachRücksprache und technischer Klärung zu treffen.10000B [mT]VITROPERM 500 F1000BˆB dyn1001011 10 100 1000H^ [mA/cm]Induktions-Feldstärke-Grenzkurven für VITROPERM 500F, Magnetqualität LHF 580-01f = 50 Hz10000B [mT]VITROPERM 800 F1000BˆB dyn1001011 10 100 1000H^ [mA/cm]Induktions-Feldstärke-Grenzkurven für VITROPERM 800F, Magnetqualität LPF 585-01f = 50 HzVACUUMSCHMELZE

1000B [mT]Ultraperm F80UF8-003BˆB statB dyn1001011 10 100 H^ [mA/cm] 1000Induktions-Feldstärke-Grenzkurven für ULTRAPERM F80, Magnetqualität UF8-003f = 50 Hz1.000B [mT]100Ultraperm F80UF8-006BˆB statB dyn1011 10 100 1000H^ [mA/cm]Induktions-Feldstärke-Grenzkurven für ULTRAPERM F80, Magnetqualität UF8-006f = 50 HzVACUUMSCHMELZE

10000B [mT]1000Permenorm 5000 H2H2-020Bˆ1001011 10 100 1000H^ [mA/cm]Induktions-Feldstärke-Grenzkurven für PERMENORM 5000 H2, Magnetqualität H2-020f = 50 Hz10000B [mT]1000Permax MP-006Bˆ1001011 10 100 H^ [mA/cm] 1000Induktions-Feldstärke-Grenzkurven für PERMAX M, Magnetqualität P-006f = 50 HzVACUUMSCHMELZE

1000B^ [mT]Ultraperm100BˆU-025U-022U-006101 10 100H ^ [mA/cm]Induktions-Feldstärke-Grenzkurven für ULTRAPERM 10 / 200 / 250, Magnetqualität U-006, U-022, U-025f = 50 HzTemperaturverhaltenDie Größen Bˆ , Bstat , Bdyn sowie die daraus ermitteltenPermeabilitäten, die ein Maß für die anwendungsorientiertenmagnetischen Eigenschaften der Kerne darstellen, sind beikristallinen Werkstoffen je nach Magnetisierungfeldstärkezum Teil recht ausgeprägt temperatur- undstromformabhängig. Das Temperaturverhalten lässt sichdurch Variation der Wärmebehandlung beeinflussen und fürdie typischen Grenzwertedes Anwendungstemperaturbereichszwischenbeispielsweise -25 °C und100 °C weitgehendoptimieren. Unsere Ringbandkernewerden dabei inder Regel so eingestellt,dass ein Kompromisszwischen den gewünschtenEigenschaften beiRaumtemperatur unddenen bei den Grenztemperaturenvorliegt.Diese Abhängigkeitenliegen bei unseremnanokristallinen WerkstoffVITROPERM in dieserForm nicht vor; hier ist dieTemperaturabhängigkeitder Größen Bˆ , Bstat,Bdyn und damit auch derPermeabilitäten weitgehendunabhängig vonden Magnetisierungsfeldstärken und Stromformen. Es zeigt sichein nahezu linearer Verlauf der Permeabilität über derTemperatur, dessen Steigung in erster Linie vom Niveau derKernpermeabilität abhängig ist. Der Drehpunkt der Kurvenbefindet sich bei ca. 20 °C; bei hohen Permeabilitäten findet maneinen Anstieg in Richtung 100 °C, bei niedrigemPermeabilitätsniveau hat die Steigung ein negatives Vorzeichen.VACUUMSCHMELZE

AusführungIn der Regel werden die Ringbandkerne „fixiert“ geliefert, d.h.im Falle von Kernen für FI-Schutzschalter in Kunststofftrögeeingesetzt. Diese werden in den meisten Fällen beigestellt.Die eigentliche Fixierung der Kerne in den Trögen erfolgtklassisch durch Schaumstoffringe, als fertigungsoptimierteAlternative bieten wir das Einkleben mittels eines speziellendauerelastischen Haftvermittlers an. Für die kostenoptimierteVerarbeitung der Tröge in unserer Fertigung ist einekonstruktive Anpassung an unsere automatischenEintrogeinrichtungen von entscheidender Bedeutung. Dieverwendeten Tröge sollten entweder mit einem Deckel odereiner Halbschale, die ohne Positionierung gefügt werdenkann, verschlossen werden. Ein reversibler Schnappmechanismusist dabei besonders zu bevorzugen. In Fällen,in denen die Außenkontur dieses nicht zulässt, kann mittelswärmebeständigem Klebeband abgebunden werden. DieApplikationshinweise / Typen von FI-SchalterkonstruktionenDurch die Anzahl unterschiedlicher konstruktiver Lösungensowie der verschiedenen Auslösertypen ergibt sich bei derFormstabilität der Trogteile ist ein weiterer wichtigerEinflussparameter; hier sollten Materialdicke und –steifigkeit einverformungsarmes Handling zulassen. Wir möchten auf dieMöglichkeit hinweisen, standardisierte VAC Tröge zu verwenden,deren Konstruktion und Materialauswahl eine besondersrationelle Herstellung zulässt und die in einer Reihe von Größenlagermäßig geführt werden. Für die Kennzeichnung dereingetrogten Kerne besteht die Möglichkeit, beim Vorliegen einergenügend großen zusammenhängenden Fläche an derAußenkontur (Deckel/Boden) einen Klartextaufdruck vorzusehen;eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von Trogteilen auseingefärbten Kunststoffmassen. Bei Verwendung vonKlebebändern können diese zur Kennzeichnung verwendetwerden. Bei Fragen zur Trogkonstruktion bzw. nach bereitsvorhandenen Werkzeugen sprechen Sie uns bitte an.Neukonstruktion eines FI-Schalters eine große Zahl vonmöglichen Lösungen zur Realisierung des verwendeten Kerns.L p, R p: Induktivität und Verlustwiderstand des Summenstromwandlersim ParallelersatzschaltbildL s, R s: Induktivität und Verlustwiderstand des Auslöserelais imSerienersatzschaltbildR Cu: Gleichstromwiderstand der SekundärwicklungR L: LadewiderstandC S: SerienresonanzkondensatorC p: ParallelresonanzkondensatorC H: Hilfskondensator für SpannungsverdopplungC L: LadekondensatorD 1, D 2: HalbleitergleichrichterS: Elektronischer Schwellwertschalter (schematisch)VACUUMSCHMELZE

Wegen der nicht linearen magnetischen Kennlinien gibt eskeine einfache Methode, die Anforderungen an den Kern desSummenstromwandlers aus den Vorgaben für den FI-Schalter abzuleiten. Die Konstruktion eines neuen FI-Schalters erfolgt daher in der Regel weitgehend empirisch.Dieser Weg ist bei immer kürzeren Innovationszyklen sehrkostenträchtig; die Verfügbarkeit einer Möglichkeit zurVerkürzung dieses Vorgehens gestattet die Senkung desAufwandes bei der Projektierung eines neuen Schalters. Wirhaben daher eine Simulationsmöglichkeit für FI-Schalter derTypen a., b. und c. geschaffen, die in der Frühphase derEntwicklung für Kerne aus unseren Werkstoffen dasVerhalten eines FI-Schalters mit Resonanzkreis mittelsnumerischer Simulation näherungsweise zu berechnen.Durch eine geeignete Modellierung der einzelnenKomponenten können anhand der Berechnung der erreichtenAuslöseströme einer speziellen Konstruktion der optimaleWerkstoff, sowie eine angepasste Ausführung ermitteltwerden. Dabei ist es erforderlich, dass dieRahmenbedingungen, z.B. die Art der Beschaltung, dieWerte für bereits festgelegte Bauelemente sowie dieEinsatzbedingungen, bekannt sind. Für die Modellierung desAuslöseverhaltens ist die genaue Kenntnis derCharakteristika des verwendeten Auslöserelais erforderlich.Für die wichtigsten am Markt verfügbaren Relais sind Datenvorhanden. Es ist jedoch auch möglich, für andere Relais dennotwendigen Parametersatz zu ermitteln. Durchanwendungsnahe Kompetenz und mit Hilfe unseresSimulationsprogrammes können wir eine weitgehendeUnterstützung bei der Entwicklung anbieten. Die Festlegungvon Werkstoff, Qualität und Prüfspezifikation sollte dann aufBasis der vorgenannten Informationen, einer ggf.FormelanhangFür die Berechnung der Magnetisierungsfeldstärke Ĥ aus demEffektivwert des Stromes gilt bei:Wechselmagnetisierung (einschließlich Zweiweggleichrichtung):iHˆRMSlFeMagnetisierung mit Sinushalbwellen:ˆi2 N 2 NRMS 1H lFeBerechnung der Induktionsamplitude Bˆ aus dem Gleichrichtmittelwertder Spannung u , gültig für beliebige Spannungsformenmit sinusförmiger Grundschwingung.1durchgeführten Simulation und in Rücksprache mit unseremProduktmarketing erfolgen. Gerade durch die Einführung vonVITROPERM haben sich einige interessante und innovativeMöglichkeiten bei der Schalterkonstuktion ergeben. Mit den sehrguten dynamischen Eigenschaften bei gleichzeitiger hoherPermeabilität lassen sich Konstruktionen realisieren, die mit deneingeführten NiF-Werkstoffen nicht möglich sind. So kannbeispielsweise bei der Konzeption von FI-Schaltern fürNennströme IN bis zu ca. 63 A und einem Nennfehlerstrom vonI N 30 mA die Primärwindungszahl auf eine Windung reduziertwerden. Bei N 1 = 1 liegt der Arbeitspunkt des Kernes im Bereichder Anfangspermeabilität. Aus diesem Grund sollten dieeingesetzten Kerne ein möglichst kleines l Fe haben, damit beigegebenem Nennfehlerstrom eine möglichst hoheMagnetisierungsfeldstärke erreicht werden kann. Insbesonderevon Vorteil sind hier Kerngeometrien, wie man sie aus demBereich der FI/LS-Schalter kennt.Auf der anderen Seite ist es möglich, unter Verwendungmehrerer Primärwindungen äußerst kompakte Kerneeinzusetzen, die dem Schalterentwickler einen großenkonstruktiven Freiraum geben und somit innovative Produkte erstermöglichen, wie z.B. in ein in eine Schukosteckdose integrierterFI Schalter. In der Zukunft lassen sich Kombinationen ausVITROPERM- Kernen von wenigen Gramm Gewicht mit hochempfindlichen Auslöserelais denken. Diese werden nicht nureinen deutlich geringeren Platzbedarf haben als heutigeLösungen, sondern dem Gerätehersteller auch eineKostenposition verschaffen, die eine Ausweitung seinesGeschäfts möglich macht und dafür sorgen wird, dass sich derelektromechanische FI-Schalter auch weiterhin gegenüberanderen Lösungen durchsetzen kann.EinheitenĤ A mBˆ Vs [T] bzw.∆B dyn 2 m∆B statMagnetisierungsfeldstärkeInduktionsamplitudeInduktionshubl Fe [ m ] mittlere EisenweglängeA Fe [ m 2 ] wirksamer Eisenquerschnittf 1[Hz] bzw. sFrequenz[V]Spannungu„Gleichrichtmittelwert“N 1N 2PrimärwindungszahlSekundärwindungszahlˆ uB 4f AFe N2 Einheitengleichungen Vs [ V ] 2 m 1 [ ms 2]Bei Zweiweggleichrichtung bzw. Einweggleichrichtung gilt:ˆ uB 2 f AFe N2VACUUMSCHMELZE