DE2135605B2 - Elektronische differenzstromsicherung - Google Patents

Description

der nicht invertierende Eingang, falls keine Stromdifferenz vorhanden ist, gegen den invertierenden Eingang so positiv vorgespannt ist, daß der Differenzverstärker gerade eine positive Ausgangsspannung hat, und daß der Ausgang des Differenzverstärkers über einei. Widerstand mit der Basis eines in die negative Zuleitung der Betriebsspannung angeordneten Schalttransistor verbunden ist.

Wenn ein Kurzschluß zwischen der Zuleitung und Erae besteht, so ist der zufließende Strom größer als der abfließende Strom, und die Differenzstromsicherung spricht an.

Ein Ausführungsbeispiel der Anordnung nach der Erfindung zeigt die Figur. Es handelt sich um eine zentrale Betriebsüberwachung in Fernmeldeämtern der Deutschen Bundespost, bei der viele Lampen L über ebenso viele Steuereinheiten SE gesteuert werden und bei einer Störung leuchten. Die Zileitungen ZL zu den einzelnen Lampen sind dünne Drähte eines gemeinsam umhüllten Kabels, bei denen die oben genannte Brandgefahr besteht.

Zur Messung der zufließenden und abfließenden Gesamtstromes dienen die gleich großen Meßwiderstände Rmi und RmI.

Ein integrierter Differenzverstärker üVsehr hoher Verstärkung ist über einen Spannungsteiler RHR2 mit seinem invertierenden Eingang £Van die Lastspannung (Spannung an Lampen und Steuereinheiten) und mit seinem nicht invertierenden Eingang Eni über einen Spannungsteiler R3/R4 an die Betriebsspannung UBi der Stromversorgung SV angeschlossen. Dabei ist Rt gleich R2 und R3 > R4. Der Ausgang A eines solchen Differenzverstärkers ist negativ, wenn Eni negativer als /T/ist und positiv, wenn Eni positiver als E/ist.

Bei ungestörtem Betrieb ohne Kurzschluß ist die Spannung an Eni positiver als an Ei; der Ausgang A des Differenzverstärkers liegt an positivem Potential und hält über den Basisvorwiderstand R7 den in der negativen Zuleitung der Betriebsspannung angeordneten Schalttransistor TiI leitend.

Bei Kurzschluß fließt über den Meßwiderstand RmI mehr Strom als über den Meßwiderstand Rm2; der Eingang Ei wird positiver als Eni; der Ausgang A wird negativ; der Transistor Tsi wird gesperrt und die Last abgeschaltet.

Da bei gesperrtem Transistor Tsi die Eingänge des Differenzverstärkers keine definierten Potentiale haben, wird zur Gewährleistung der Funktion der Anordnung eine nichtiineare Mitkopplung vom Ausgang A über eine Diode D und einen Widerstand R5 auf den Eingang Eni eingeführt. Bei ungestörtem Betrieb ist der Ausgang A positiv, die Diode D gesperrt und die Mitkopplung unwirksam. Bei Kurzschluß ist der Ausgang A negativ, die Diode D leitende, der Eingang Eni erhält über R5 negatives Potential, und der Differenzverstärker hält sich in der aktiven Lage.

Damit die Anordnung funktioniert, auch wenn die zu überwachende Betriebsspannung UBi klein oder Null wird, wird der Differenzverstärker von einer getrennten Betriebsspannung UB 2 versorgt

Die Differenzstromsicherung besitzt nicht die Fähigkeit, nach dem Beheben des Kurzschlusses von selbst in die Ruhelage zurückzukehren. Sie muß vielmehr mittels einer Stelltaste RT in die Ruhelage zurückgestellt werden. Das kann geschehen, indem man den Eingang E/negativer als E/j/'macht.

Damit bei andauerndem Kurzschluß ein zu langes Betätigen der Stelltaste die Sicherung nicht unwirksam macht, wird zwischen Stelltaste und Eingang Ei eine Schaltung zwischengeschaltet, die bei jedem Drücken der Stelltaste nur einen kurzen negativen Impuls auf den Eingang E/gibt. Die Schaltung enthält einen NPN-Transistor Ts2, dessen Emitter mit dem Minuspol -UB 2, dessen Kollektor über einen Widerstand R6 mit dem Eingang Ei des Differenzverstärkers verbunden ist und dessen Basis über einen Kondensator C un'l die Stelltaste RT bei jedem Drücken der Stelltaste einen kurzzeitig positiven Impuls bekommt. Damit der Kondensator C sich entladen kann, ist ihm ein Widerstand R9 parallelgeschaltet. Damit der Transistor TO. über den Widerstand R9 nicht leitend gemacht werden kann, ist ein Widerstand R8 zwischen die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Ts2 geschaltet, der zusammen mit R9 einen Spannungsteiler bildet.

Die Meßwiderstände RmI und Rm2 können als gedruckte Leitungen auf einer Dmckschaltungskarte realisiert werden. Natürlich kann statt des Schalttransistors TsI ein Relais verwendet werden, wenn die Restspannung am Schalttransistor zu groß werden sollte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche: parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors (TO) ein weiterer Widerstand (RS) geschaltet ist.

1. Elektronsiche Differenzstromsicherung zum Schutz der Zuleitungen einer einseitig geerdeten Betriebsgleichspannung zu einem Verbraucher gegen Berührungskurzschluß mit Erdpotential, bei der der zufließende Strom mit dem abfließenden Strom unmittelbar hinter dem Verbraucher verglichen wird und die Betriebssapnnung abgeschaltet wird, wenn eine vorgegebene Differenz zwischen dem zuflie- ic ßenden und dem abfließenden Strom auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß je einer von zwei gleich großen Meßwiderständen (Rmi bzw. Rm2) zwischen den einen Pol (-UBi) der Stromversorgungsquelle (SV) (Zuleitung ZL) und '5 dem Verbraucher bzw. zwischen dem anderen Pol (+ UBi) der Stromversorgungsquelle (SV)(Rückleitung RL)\ind dem Verbraucher angeordnet sind, daß ein integrierter Differenzverstärker (DV)sehr hoher Verstärkung als Vergleichsverstärker vorgesehen ist, dessen invertierender Eingang (Ei) über einen Spannungsteiler (Ri, R2) an die der Last zugewandten Enden der Meßwiderstände und dessen nicht invertierender Eingang (Eni) über einen Spannungsteiler (R3, /?4) an die der Last abgewandten Enden der Meßwiderstände (Rmi, Rm2) angeschlossen sind, wobei der erste Spannungsteiler zwei gleichgroße Widerstände enthält und der zweite Spannungsteiler die Betriebsspannung (UBi) so aufteilt, daß der nicht invertierende Eingang (Eni), falls keine Stromdifferenz vorhanden ist, gegen den invertierenden Eingang so positiv vorgespannt ist, daß der Differenzverstärker gerade eine positive Ausgangsspannung hat, und daß der Ausgang (A) des Differenzverstärkers (DV) über einen Widerstand (RJ) mit der Basis eines in die negative Zuleitung der Betriebsspannung (-UBi) angeordneten Schalttransistors (Tsi) verbunden ist.

2. Elektronsiche Differenzsiromsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (A) des Differenzverstärkers über eine Diode (D) und einen Widerstand (R5) mit dem Eingang (Eni) verbunden ist.

3. Elektronische Differenzstromsicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung mittels einer Stelltaste (RT) in ihre Ruhelage zurückgestellt wird, wobei auf den Eingang (Ei) des Differenzverstärkers negatives Potential gegeben wird.

4. Elektronische Differenzstromsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Stelltaste (RT) und den Eingang (Ei) eine Schaltung zwischengeschaltet wird, die bei jedem Drücken der Stelltaste nur einen kurzen negativen Impuls auf den Eingang (Ei)gibt

5. Elektronische Oifferenzstromsicherung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen NPN-Transistor (Tg2) enthält, dessen Emitter mit dem Minuspol (- UB2) einer gesonderten Betriebsspannungsquelle, dessen Kollektor über einen Widerstand (RS) mit dem Eingang (Ei) des Differenzverstärkers verbunden ist und dessen Basis über einen Kondensator (C) und die Stelltaste (RT) bei jedem Drücken der Stelltaste einen kurzzeitigen positiven Impuls bekommt.

6. Elektronische Differenzstromsicherung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kondensator (C) ein Widerstand (RS) und Die Erfindung betrifft eine elektronsiche Differenzstrcmsicherung,

Wird ein Verbraucher aus einem einseitig geerdeten Betriebsspannungsgerät gespeist, so kann es vorkommen, daß die »heiße« Zuleitung mit der Erde kurzgeschlossen wird und der Verbraucher stromlos bleibt. Bestehen die Zuleitungen aus dünnen Drähten, so kann es geschehen, daß der Widerstand der Kurzschlußschleife für einen zur Auslösung der Sicherung ausreichenden Gesamtstrom zu groß ist, daß der Widerstand aber klein genug für einen Kurzschlußstrom ist, der eine unzulässige Erhitzung und eventuell einen Brand zur Folge hat.

Eine elektronische Differenzstromsicherung zum Schutz der Zuleitungen einer einseitig geerdeten Betriebsgleichspannung zu einem Verbraucher gegen Berührungskurzschluß mit Erdpotential, bei der der zufließende Strom mit dem abfließenden Strom unmittelbar hinter dem Verbraucher verglichen wird und die Betriebsspannung abgeschaltet wird, wenn eine vorgegebene Differenz zwischen dem zufließenden und dem abfließenden Strom auftritt, ist bekannt aus der DT-AS 15 13 571.

Dort ist ein Gerät zum Überwachen und Anzeigen von Fehlerströmen in zwei elektrischen Leitern beschrieben, in welchem die durch die Leiter fließenden Ströme einen Magnetkern gegensinnig magnetisieren und ein etwa entstehender magnetischer Fluß nach seiner Größe ein Maß für die in dei. Leitern auftretenden Stromdifferenzen ist und das so ausgestaltet ist, daß ein durch den von einem Fehlerstrom in dem Magnetkern hervorgerufenen magnetischen Fluß löschbarer Oszillator vorgesehen ist, dessen Schwingkreisinduktivität und dessen Rückkopplungsinduktivität ebenfalls auf den Magnetkern aufgewickelt sind und daß Mittel zur Bestimmung der Dämpfung des Oszillators vorhanden sind.

Die für dieses Gerät im Störungsfalle erforderliche Magnetisierungsleistung ist beträchtlich und damit auch die unvermeidlichen Verluste im normalen Betriebsfall. Zudem sind Induktivitäten teure Bauelemente.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend vom vorher genannten Stand der Technik eine elektronische Differenzstromsicherung anzugeben, die sehr wenig Leistung zur Messung benötigt und mit einfachen, billigen Bauteilen auskommt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß je einer von zwei gleich großen Meßwiderständen zwischen den einen Pol der Stromversorgungsquelle (Zuleitung) und dem Verbraucher bzw. zwischen dem anderen Pol der Stromversorgungsquelle und dem Verbraucher (Rückleitung) angeordnet sind, daß ein integrierter Differenzverstärker sehr hoher Verstärkung als Vergleichsverstärker vorgesehen ist, dessen invertierender Eingang über einen Spannungsteiler an die der Last zugewandten Enden der Meßwiderstände und dessen nicht invertierender Eingang über einen Spannungsteiler an die der Last abgewandten Enden der Meßwiderstände angeschlossen sind, wobei der erste Spannungsteiler zwei gleich große Widerstände enthält und der zweite Spannungsteiler die Betriebsspannung so aufteilt, daß