DE2508849A1

DE2508849A1 - Erdschluss-sensor mit synchrondetektor

Info

Publication number: DE2508849A1
Application number: DE19752508849
Authority: DE
Inventors: William R Clark
Original assignee: ITE Imperial Corp
Current assignee: ITE Imperial Corp
Priority date: 1974-03-01
Filing date: 1975-02-28
Publication date: 1975-09-04
Also published as: AU7844675A; JPS5176540A; BR7501017A

Description

Erdschluß-Sensor mit Synchrondetektor Die Erfindung bezieht sich auf Erdschluß-Unterbrecher allgemein und insbesondere auf Schalter dieser Art, die so konstruiert sind, daß der Triggerpegel durch die Kabelkapazität gegenüber Erde nicht beeinflußt wird.
Die meisten Erdschluß-Unterbrecher, die Halbleiterverstärker aufweisen, benutzen Spitzenwert-Detektoren, die sowohl die Ohmschen Stromkomponenten als auch die kapazitiven Stromkomponenten addieren und die Summe dieser Ströme zur Auslösung benutzen. Dies führt insofern zu unbefriedigenden Ergebnissen, als eine unerwünschte Auslösung insbesondere in Verbindung mit langen Kabeln auftritt, bei denen die Kapazität gegenüber Erde relativ groß ist.
Gemäß der Erfindung wird diese unerwünschte, bei bekannten Schaltern eintretende Auslösung dadurch verhindert, daß ein Detektor benutzt wird, der synchron die Ohm'sche Komponente des Leckstromes feststellt und die kapazitive Komponente bzw. die Blindkomponente vernachlässigt. Insbesondere ist gemäß der Erfindung vorgesehen, einen Phasendetektor zu benutzen, der mit der 60 Hz Leitung (bzw. 50 Hz Leitung) synchronisiert ist, und während der positiven Halbwelle angeschaltet und während der negativen Halbwelle abgeschaltet ist.
Ohm'sche Leckströme treten durch den Phasendetektor als positive Halbwelleni.mpulse hindurch, die dann ausgefiltert werden, um eine positive Gleichspannung zu erzeugen. Wenn diese Gleichspannung einen vorbestimmten Pegel überschreitet, wird der Schalter ausgelöst, um den Hauptstrom zu unterbrechen.
Der kapazitive Strom eilt den Synchronisierimpulsen um 900 vor, so daß die kapazitiven Ströme am Ausgang des Phasendetektors als gleiche negative und positive Viertelwellenimpulse auftreten, die bei Ausfilterung einander auslöschen, so daß die Ausgangsgleichspannung Null ist.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Erdschluß-Unterbrecher zu schafen, der gegenüber Blindströmen im wesentlichen unempfindlich ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Erdschluß-Unterbrecher zu schaffen, der einen Phasendetektor benutzt, welcher mit der zu schützenden Leitung synchronisiert und so konstruiert ist, daß Blindströme für die Auslösung der Schaltung unwirksam gemacht werden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Erdschluß-Unterbrecher zu schaffen. der einen billigen Synchrondetektor benutzt, um zwischen Ohm'schen und Blindkomponenten des Leckstromes zu unterscheiden.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild des Erdfehler-Sensor-Unterbrechers gemäß der Erfindung, angeschlossen an eine Schaltung zum Schutz einer Last, die an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist; Fig. 2 eine Tabelle, welche die Wellenformen an verschiedenen Punkten der Schaltung gemäß Figur 1 veranschaulicht.
Die Wechselspannungsquelle 11 ist über die Phasenleitung 12 und einen Null-Leiter 13 an eine Last 14 angeschaltet, wobei der Null-Leiter an der Spannungsquelle 11 geerdet ist. Ein Differentialtransformator 15 ist in Reihe mit seinen Primärwicklungen 16 bzw. 17 in die Leitungen 12 bzw. 13 eingeschaltet.
Ein Unterbrecher 19 liegt in der Leitung 12, auf der der Spannungsquelle 11 zugewandten Seite der Primärspule 16.
Die Differentialströme in de Primärwicklungen 16 und 17 induzieren in der Sekundärwicklung 18 eine Spannung, die in Form eines ersten Eingangs über die Klemmen 21, 22 einem Operationsverstärker 20 zugeführt wird. Der zweite Eingang des Verstärkers 20, der an dessen Klemmen 23,24 angelegt wird, wird von einem Halbperioden-&uadratwellen-Generator geliefert, der aus Diode 26, Widerstand 27 und Zehnerdiode 28 besteht. Eine Leitung 31 verbindet die Klemme 24 mit dem Null-Leiter 13. Die Diode 26 liegt mit dem Widerstand 27 in Reihe an der Klemme 23 und das andere Ende ist über die Unterbrecher-Auslösespule 25 mit der Phasenleitung 12 verbunden. Ein Gleichrichter 26 richtet die Gleichspannung zwischen der Phasenleitung 12 und dem Phasenleiter 13 gleich, während der Widerstand 27 den Strom über die Diode 26 begrenzt und die Zehnerdiode 28 regelt die Spannung über den Klemmen 23,'24, Der Ausgang des Funktionsverstärkers 20, der an der Klemme 32 austritt, wird über einen Widerstand 33 der Steuerelektrode einer Doppelbasisdiode 30 zugeführt, deren Ausgang in Reihe mit dem Widerstand 34 liegt, wobei diese Reihenschaltung 30, 34 parM-lel zur Zehnerdiode 28 liegt. Ein Kondensator 36 liegt zwischen der Leitung 31 und der Steuerelektrode des Transistors 30 und bildet zusammen mit dem Widerstand 33 ein Tiefpaßfilter.
Der Ausgang des Transistors 30 wird über eine Leitung 37 der Steuerelektrode eines gesteuerten Gleichrichters 35 zugeführt, der zwischen die Leitung 31 und den Verbindungspunkt zwischen der Diode 26 und der Schalterauslösespule 25 geschaltet ist.
Ein Transformator 40 ist mit seiner Primärwicklung 41 zwischen die Leitungen 12 und 13 geschaltet und er ist so ausgelegt, daß er in der Nähe des Sättigungsbereichs arbeitet. Seine Sekundärwicklung 42 ist in den Null-Leiter 13 geschaltet. Wenn der Null-Leiter 13 in der Nähe der Last 14 geerdet wird, dann erzeugt der im Null-Leiter 13 fließende Strom eine Ausgangsspannung im Null-Leiter, um den Arbeitspegel des Differential-Transformators 15 aufrecht zu erhalten. Die am Funktionsverstärkereingang 23, 24 auftretende Spannung resultiert von dem positiven Halberioden-Rechteckwellen-Strom 51 (Figur 2). Der Ohm'sche Erdfehlerstrom 52 liegt mit seinen positiven Halbwellen in Phase mit den positiven Abschnitten der Rechteckwelle 51. Die Ströme 51, 52 werden durch den Operationsverstärker 20 derart vervielfacht, daß nur die positiven Halbwellen 53 am Ausgang 32 auftreten, und dies führt zu einem Gleichstrom 54 am Ausgang des Filters 33, 36.
Wenn der die Spannung begleitende Strom 54 den Schwellwertpegel überschreitet, dann wird der Unijunktion-Transistor 30 getriggert und zündet den Gleichrichter 35, wodurch die Spule 25 erregt wird und die Unterbrecherkontakte 19 geöffnet werden.
Kapazitive Ströme, die z.B durch die Kabelkapazität gegenüber Erde erzeugt werden, induzieren am Differentialtransformator 15 eine Ausgangsspannung, die die gleiche Frequenz hat wie die Spannung der Spannungsquelle 11 und der resultierende Strom 55 eilt dem Ohmschen Strom 52 um 900 vor. Wenn der Strom 55 mit der Rechteckwelle 51 im Funktionsverstärker 20 multipliziert wird, ergeben sich Viertelwellen-Impulse 56, 57, die zu einer Null-Spannung 58 führen, die an die Steuerelektrode des Transistors 30 angelegt wird, so daß der Gleichrichter 35 im nichtleitenden Zustand verbleibt und der Unterbrecherkontakt 19 geschlossen bleibt.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung einen billigen und betriebssicheren Synchronverstärker schafft, der einen Erdschluß-Unterbrecher auslöst und auf einen Ohm'schen Fehlerstrom anspricht, aber nicht auf Blindstromkomponenten, so daß eine fehlerhafte Auslösung unterbleibt.
Patentansprüche

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. ) Erdfehler-Schutzschaltung mit einem Dirferential--transformator, dessen erste Primärwicklung im Phasenleiter und dessen zweite Primärwicklung im Null-Leiter liegt, mit einem Unterbrecher im Phasenleiter und mit einer Festkörper-Schalteinrichtung, die den Unterbrecher betätigt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schalteinrichtung einen Funktionsverstärker (20) aufweist, der so geschaltet ist, daß er sowohl als Verstärker als auch als phasenempfindlicher Demodulator arbeitet, daß ein erster Eingang (21,22) des Funktionsverstärkers von der Sekundärwicklung (18) des Differential-Transformators (15) abgeleitet wird, und daß ein zweiter Eingang (23,24) des Funktionsverstärkers vom Phasenleiter (12) bzw. Erdleiter (13) unabhängig von den Differentialströmen abgeleitet wird, und daß der Funktionsverstärker die Eingänge derart kombiniert, daß ein Ausgangssignal nur dann erzeugt wird, wenn der zweite Eingang eine vorbestimmte Polarität aufweist, und daß die Schalteinrichtung den Unterbrecher betätigt, wenn der Gesamtwert des Ausgangs einen vorbestimmten Pegel überschreitet, so daß die Schutzschaltung auf Ohm'sche Differentialströme anspricht, nicht aber auf differentielle Blindströme.
2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der zweite Eingang (23,24) ein Halbwellen-Eingang im wesentlichen gleichförmiger Amplitude und vorbestimmter Polarität ist.
3. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schaltvorrichtung außerdem steuerbare Festkörperleiter aufweist, die eine Steuerschaltung besitzen, und daß die Schaltung weiter ein Tiefpaßfilter besitzt, welches zwischen den Ausgang und den Steuerkreis geschaltet ist.
4. Schutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der zweite Eingang im wesentlichen ein Halbwellen-Eingang gleichförmiger Amplitude und vorbestimmter Polarität ist.

L e e r s e i t e