DE2555303C3 - Fehlerstromschutzschaltungsanordnung - Google Patents
FehlerstromschutzschaltungsanordnungInfo
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- DE2555303C3 DE2555303C3 DE19752555303 DE2555303A DE2555303C3 DE 2555303 C3 DE2555303 C3 DE 2555303C3 DE 19752555303 DE19752555303 DE 19752555303 DE 2555303 A DE2555303 A DE 2555303A DE 2555303 C3 DE2555303 C3 DE 2555303C3
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- 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
- H02H3/332—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 responsive to dc component in the fault current
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fehlerstromschutzschaltungsanordnung
für Gleich und/oder Wechselstromverbraucher mit einem Summenstromwandler, dessen Primärw'cklung von den Hauptleitern eines die
Verbraucher speisenden Netzes gebildet und dessen Sekundärwicklung über e.nen G.-'ichrichter und einen
Verstärker mit einem Auslöser verbunden ist und der eine Hilfswicklung aufweist, die m . einem Generator
zur Erzeugung einer Wechselstrornvormagnetisierung des Summenstromwandlers verbunden ist, deren Frequenz
groß ist gegenüber der Netzfrequenz. Eine solche Schutzschaltungsanordnung ist aus der nachstehend
erörterten GB-PS 11 08 356 bekannt.
Nach den heutigen Vorschriften wird bei vielen elektrischen Installationen gefordert, daß die Ströme,
die von einem Verbraucher direkt zur Erde abfließen oder einen äderen Rückweg als über einen Außen- oder
den Mittelpunktsleiter nehmen, eine bestimmte Schwelle nicht überschreiten dürfen, da sonst ein Mensch oder
Tier gefährdet werden kann. Diese Schwelle liegt im Bereich von einigen Milliampere.
Zur Erfassung von Wechselstrom-Fehlerströmen werden die Außenleiter und der Mittelpunktleiter durch
einen Summenstromwandler hindurchgeführt. Im Ruhezustand, wenn also kein Fehlerstrom vorhanden ist, ist in
jedem Augenblick die Summe aller Ströme, die den Summenstromwandler durchsetzen, gleich Null und
daher wird im Kern des Wandlers kein magnetischer Fluß induziert, so daß an der Sekundärwicklung des
Summenstromwandlers auch keine Spannung induziert werden kann. Tritt nun ein Fehlerstrom auf, so ist die
Summe aller Ströme, die den Summenstromwandler durchsetzen, ungleich Null und es tritt in der
Sekundärwicklung des Wandlers eine Spannung bzw, ein Strom auf* mit dem, eventuelle nach entsprechender
Verstärkung, ein Auslöser für einen Schutzschalter betätigt werden kann,
Es ist weiterhin eine Fehlerslromschutzschaltüng
bekanntgeworden (DAS 19 04 394), mit der zusätzlich »uch Gleichfehlerströme erfaßt Werden könneil Dabei
wird auf einen Summenstromwandler eine Vormagnetisierungswicklung aufgebracht, welche aus einer Hilfsspannungsquelle
gespeist ist. Da der Vormagnetisierungsstrom direkt dem Netz entnommen ist, schwinkt
s der Vormagnetisierungsstrom mit einer Frequenz von 50 Hz. Am Summenstromwandler wird über einer
Sekundärwicklung eine Sekundärspannung abgenommen und deren Änderung infolge von Fehlerströmen
durch ein Auswertegerät ausgewertet. Dabei befindet
ίο sich parallel zu der Sekundärwicklung, an der die
Sekundärspannung abgenommen werden kann, ein Gleichrichter, dessen Gleichstromausgang auf das
Auswertegerät geschaltet ist Die angegebene Schaltung gibt bei verschiedenen Fehlerstromarten unterschiedliche
Arten von Signalen ab: Bei Gleichstrom Fehlerströmen eine kleinere und bei Wechselstrom-Fehlerströmen
eine höhere Ausgangsspannung. Das angeschlossene Auswertegerät wurde daher kompliziert,
weil es zwei Schwellwerte bilden mußte. Wegen
dieses besonderen Auswertegerätes ist die Fehlerstromschutzschaltüng
gem. der DE-AS 19 04 394 nicht realisiert worden. Ein weiterer Nachteil ergibt sich
dadurch, daß eine Wechselstrom-Fehlerstrom-Erfassung nur in einer ganz bestimmten Phasenlage korrekt
erfolgt Für Mehrphasenstrom ist diese Einrichtung nicht geeignet
Eine weitere Schaltungsanordnung ist durch die DE-AS 19 05 505 bekanntgeworden, bei welcher auch
eine Vormagnetisierung mit einem besonderen Generator und einer von der Netzfrequenz abweichenden
Frequenz vorgeschlagen wird. Dabei ist die Vormagnetisierungsfrequenz beispielsweise mehrere Male so hoch
wie die Netzfrequenz. Allerdings wird gem. der DE-AS 19 05 505 offensichtlich bereits durch die Vormagnetisierung
die für den Auslöser benötigte Energie geliefert. Daher läßt sich die angegebene Schaltung auch nicht für
verschiedene Arten von Fehlerströmen mit annähernd gleicher Empfindlichkeit verwirklichen.
Es ist ferner eine Schaltungsanordnung zur Erfassung von Wechselstrom-Fehlerströmen bekanntgeworden
(GB-PS 1108 356), die einen Summenstromwandler besitzt, dessen Primärwicklung von den Phasenleitern
gebildet und dessen Sekundärwicklung über einen Verstärker, eine Begrenzungseinrichtung, einen Transformator
und einen Gleichrichter auf ein Relais geschaltet ist. Der Summenstromwandler wird über eine
Hilfswicklung periodisch mit etwa 1000 Hz vormagnetisiert. Bei Auftreten eines Fehlerstromes wandert der
Kern weiter in die Sättigung, was dazu führt, daß die
so hochfrequente Ausgangsspannung in der Sekundärwicklung absinkt. Dies führt einfach zum Abfallen der
Haltespannung des Relais, so daß dieses in Ausschaltstellung geht. Diese Schaltungsanordnung besitzt
hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit gegenüber kurzzeitigen Fehlerstromimpulsen Ansprechgrenzen, die durch
die Abfallverzögerung des Relais und dadurch gegeben sind, daß der Relaishaltestrom ein Gleichstrom ist der
durch Gleichrichtung des übertragenen Signals hergestellt wird und zur Stabilisierung der Halteeigenschaflen
des Relais in der Regel durch Glättungseinrichtungen zur Überbrückung kurzer Ausfallzeiten geglättet sein
muß,
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungs·
anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der dem Relais nicht die sekuridärseitig ansiehende
MeÖspannung, sondern eine Von dieser Spannung
Unabhängige Spannung zugeführt wird, so daß auch sehr
kurze FehlerstromimDulse, wie sie z, B. bei Phasenan*
schnittswinkeln mit 150° entstehen, sicher ausgelöst
werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zu dem Gleichrichter ein Λ-C-Glied, dessen
Zeitkonstante etwa der Periodendauer der Vormagnetisierungsschwingung
entspricht, angeordnet ist, und daß parallel zu dem Ä-C-GIied eine Diskriminatorschaltung
angeschlossen ist, die einen Verstärker aufweist, der
eine komplementäre Transktorschaltung besitzt, derart,
daß bei Absinken der Spannung am Λ-C-Glied unter
einen Grenzwert die Diskriminatorschaltung einen Auslöseimpuls abgibt
Bei der erfmdungsgemäßen Schaltungsanordnung wird der Effekt ausgenutzt, daß jede Art von
Fehlerströmen (auch Impuls-Fehlerströme) das durch den Summenstromwandler aufgrund der Vormagnetisierung
übertragene Signal wenigstens kurzzeitig verkleinert und durch die Diskriminatorschaltung jedes
— auch kurze — Absinken dieser Signalspannung zur Anzeige benutzt wird.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung auch sehr
kurze Fehlerstromimpulse, wie sie z. B. bei einer Phasenanschnittssteuerung mit einem Anschnittswinkel
von 150° entstehen, noch sicher ausgelöst werden. Dadurch wird eine vorteilhafte Unabhängigkeit von der
niemals genau reproduzierbaren Abfallverzögerung des Relais erreicht und es scheidet die Gefahr der
Veränderung derselben durch Abnutzung oder Verschmutzung der mechanischen Relaisteile aus. Während
bei der Schaltungsanordnung nach der GB-PS 11 08 356
das Relais praktisch direkt durch die verstärkte Meßspannung angesteuert wird, wird das Relais
erfindungsgemäße indirekt durch die von der Meßspannung unabhängige Versorgungsspannung betätigt
Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschaltungsanordnung,
F i g. 2 eine Diskriminatorschaltung für die Fehlerstromschutzschaltungsanordnunggem.
Fig. l.und
F i g. 3 Kurvendarstellungen der Spannung am Ä-C-GIied bei der Fehlerstromschutzschaltungsanordnung
mit dem Diskriminator gem. Fig. 2, für unterschiedliche
Zustände.
Eine Fehierstromschutzschaltung gemäß der F i g. I besitzt einen Summenstrcmwandler 1, dessen Primärwicklung
durch die Leitet 2 und 3 eines Wechselstromnetzes gebildet sind. In diese Leiter 2 und 3 ist eine
Auslöseeinrichtung 4 eingeschaltet, welche aus Trennkontakten J, einem Schaltwerk 6 und einem Magnetauslöser
7 besteht. Der Summenstromwandler 1 besitzt eine erste Hilfswicklung 8, auch Vormagnetisierungswicklung
8 genannt, die mit einem Frequenzgenerator 9 verbunden ist, der seine Energie aus dem Netz. d. h. von
den Leitern 2 und 3 über elektrische Zuleitungen 10 bezieht. Weiterhin besitzt der Summenstromwandler 1
eine Sekundärwicklung 11, welche auf die Eingangs- eo klemmen 12 und 13 eines Auswertegerätes 14 geschaltet
ist Das Auswertegerät 14 bezieht seine Energie über Leitungen 15 ebenfalls von den Leitern 2 und 3. Die
Ausgangsklemmen 16 und 17 des Auswertegerätes 14 sind mit dem Magnetaüslöser 7 direkt verbunden.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung wird nun anhand der Fig.2, welche der Ausführung gemäß der
F i κ, 1 in detaillier lerer Aöfm entsöficht, näher erläutert.
Der Frequenzgenerator 9 erzeugt eine Frequenz, die ein Mehrfaches von 50 Hz ist, beispielsweise
1000 Hz. Über die Hilfswicklung 8 wird im Summenstromwandler
1 eine 1000 Hz-Wechsel vormagnetisierung erzeugt. Diese Magnetisierung ist so groß gewählt,
daß wenigstens der lineare Bereich von Induktion und Feldstärke des Summenstromwandlers 1 vollständig
ausgesteuert wird; benutzt man einen Kern aus einem hochpermeablen Eisen-Nickel-Werkstoff, dann wird auf
etwa 3000 Gauß ausgesteuert, wobei man etwa 20 Milliampere pro cm Eisenweg benötigt Die Sekundärwicklung
11 besitzt eine Windungszahl, die so hoch ist, daß sie infolge der Wechselstramvormagnetisiurung des
Summenstromwandlers 1 mit 1000 Hz eine Wechselspannung von einigen Volt ergibt, z. B. 100 Windungen.
An die Sekundärwicklung 11 ist ein Zweiweggleichrichter 32 geschaltet, der aus vier entsprechend einer
Graetzschaltung geschalteten Dioden gebildet ist Die in der Sekundärwicklung 11 erzeugte Wechselspannung
wird in dem Gleichrichter 32 gleich-gerichtet, so daß am
Gleichrichterausgang eine positiv- Halbwellenspannung ansteht Parallel zu dem Gleicr-stromausgang des
Gleichrichters ist ein Λ-C-Glied 33 geschaltet, dessen
Zeitkonstante klein ist gegen die Periodendauer des Netzwechselstromes, jedoch andererseits so groß, daß
die Spannung zwischen den Halbwellen der mit 2000 Hz pulsierenden Spannung nicht auf einen kleinen Bruchteil
absinkt. Die Zeitkonstante dieses /?-C-Gliedes 33, dessen Kondensator 33a und Widerstand 336 parallel
geschaltet sind, beträgt beispielswe:se 1 ms, wobei C = 0,02 μF, R = 25 kß. Die Spannung am /?-C-Glied
33 wird an den Eingang eines elektronischen Verstärkers angelegt welcher in der F i g. 2 mit der Ziffer 34
bezeichnet und an dessen Ausgang der Magnetauslöser 7 geschaltet ist. Der Aufbau dieses Verstärkers 34 ist
folgendermaßen: Er besitzt einen Eingangstransistor 341, dessen Kollektor auf die Basis eines zweiten
Transistors 342 geschaltet ist, wobei der Eingangstransistor 341 in Emitterschaltung arbeicet; der Emifter des
Transistors 341 ist auf den Emitter des Transistors 342 geschaltet. Der Kollektor des Transistors 341 ist an die
Be riebsspannung U8 (= 24 V) gelegt, wobei in dieser
Richtung ein Ableitwiderstand 343 eingefügt ist Der Kollektor des Transistors 342 ist ebenfalls an die
Betriebsspannung Ub angeschlossen, wobei sich in dessen Leitung ein Spannungsteiler aus zwei Widerständen
344 und 345 befindet Die Basis des Transistors 341 und der Kollektor des Transistors 342 sind über einen
Widerstand 346 und einen Kondensator 47 miteinander verbunden, damii auch bei kurzem Absinken der
Eingangsspannung durch Rückkopplung ein genügend langer Stromimpuls auf den Magnetauslöser 7 gegeben
wird. Zwischen den beiden Widerständen 344 und 345 ist die Basis eines Ausgangstransistors 348 geschaltet,
dessen Emitter mit der Betriebsspannung Ub verbunden ist und in dessen Kollektor über einen Ablui'widerstand
349 an den Magnetauslöser 7 geschaltet ist. Der andere Pol des Verbrauchers, d. h. des Magnetauslösers 7 liegt
an der Masseleitung 35. Die Wirkungsweise diese?, Verstärkers ist folgende: Solange die Eingangsspannung,
d, H1 die gleichgerichtete und durch das /?-C-Glied
33 belastete Spannung zwischen den Klemmen 3410 und 3411 über einem bestimmten Grertzwerl X liegt, wird
am Ausgang, d. h. am Auslöser 7, kein Strom abgegeben. Sinkt die Eingangsspannung unter den Grenzwert X
und sei es auch nur kurzzeitig, so gibt der Verstärker einen Stromimpuls über den Magnetauslöser ab, der zur
Auslösune desselben ausreicht der mindestens ca.
10 MiIIi Sek., beispielsweise auch länger, Z. B. 1 Sekunde anhält. Solange also kein Fehlerstrom auftritt, liegt am
/?-C-Glied 33 eine mit 2000 Hz pulsierende Gleichspannung
ausreichender Höhe über dem Grenzwert X(siehe Fig.3, bei der diese Spannung über der Zeit T
aufgetragen ist, Fall A). Diese Spannung sorgt im Verstärker 34 dafür, daß der Ausgangslransistor 348
sperrt, so daß am Magnetauslöser 7 keine Spannung ansteht. Entsteht beispielsweise ein Gleichstrom-Fehlerstrom,
dann wird der Summenstromwandler 1 weiter entweder in positiver oder in negativer Richtung in die
Sättigung gesteuert, so daß die am R-C-Glhd 33
anstehende Spannung absinkt Sinkt nun diese Spannung unterhalb die innerhalb des Verstärkers 34
gebildeten Referenzspannung X, auch Grenzwert X genannt, ab, dann wird der Ausgangstransistor 348
durchgesteuert; über den Magnetauslöser 7 fließt ein Auslösestrom (F i g. 3, Fall B).
TfHi ein rr'eCnseiiei'iicfsifüm auf, dann sinkt die
2000 Hz-Spahnung am Λ-C-Glied 33 nur während
einiger Perioden der 2000 Hz Frequenz entsprechend den Augenblickswerten des Fehlerstromes unter den
Grenzwert X (Fall C, F i g. 3); auch dann fließt über den Magnetauslöser 7 ein Spannungsimpuls, der zur
Auslösung ausreicht Auch bei kurzen Impulsen, wie sie beispielsweise bei Fehlerströmen in Phasenanschnittsteuerungen
auftreten, kommt es durch Abfall der Spannung am Λ-C-GIied 33 zum Ansprechen des
Verstärkers 34, wobei es davon abhängt, wie das R-C-G\ied 33 dimensioniert ist Unter Umständen kann
durch entsprechende Dimensionierung des /?-C-Gliedes 33 und des Verstärkers 34 eine Empfindlichkeit für
Impulse von 1 bis 2 MiIIi Sek. erreirht werden (Fall D
der F ig. 4).
Wie aus der F i g. 2 zu ersehen ist ist der Widerstand des /?-C-Gliedes 33 als Potentiometer ausgebildet; er
dient als Eingangspotentiometer, Einstellglied und Basis- Emitterwiderstand für den Transistor 341.
In der dargestellten Schaltung bekommt der Magnetauslöser 7 im Falle eines Fehlerstromes einen Impuls.
Die Schaltung kann selbstverständlich auch in umgekehrter Richtung arbeiten, so daß ein Ruhestromauslöser
verwendet wird und vom Verstärker solange Strom über den Auslöser, d. h. den Magnefäüslöser 7, geliefert
wird, wie kein Fehlerstrom fließt. Eine solche Schaltung hat den Vorteil, daß kein Zustand auftreten kann, in dem
durch Netzausfall oder Unterspannung kein Schutz S vorhanden ist. In einem solchen Fall löst der Ausloser
aus und trennt so die Anlage vom Netz ab.
Als Generator 9 kann jede Art eines Generators verwendet werden; es ist jedoch günstig, daß dieser
Generator annähernd eine Sinus-Frequenz abgibt.
ίο Die Speisung für den Verstärker, d. h. für das
Auswertegerät 14 und den Generator 9 kann in bekannter Weise mittels Transformator und Gleichrichter
oder auch durch Kondensator-Spannungsteilung und Gleichrichtung vorgenommen werden (nicht
is gezeigt).
Der Grundgedanke der Diskriminalorschaltung, wie
sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ist der, die übertragene 1000 Hz-Spannung gleichzurichten und auf
ein K-C-Giied niii einer Zeiikonsianie zu geben, üie
etwa der Periodendauer der Schwingung entspricht. Dadurch ergibt sich war ein Absinken der Spannung
während zweier Halbwellen; jedoch ist der untere Spannungswert bei Fehlen von Gleichströmen immer
genau definiert und sinkt nie unter diesen Wert ab. Jede Art von Fehlerstrom, auch ein Impuls, wenn er nur etwa
die Länge einer Halbwelle hat, stört über die Magnetisierungskennlinie des Wandlers die Sekundärwicklung.
Damit sinkt die Spannung am Λ-C-Glied mindestens kurzzeitig ab. Der angeschaltete einfache
elektronische Verstärker, der mit der Bezugsziffer 34 bezeichnet ist, ist, wie oben erwähmt, so ausgelegt, daß er
bei Unterschreiten eines Schwell- oder Grenzwertes X einen Stromstoß auf den Magnetatislöser 7 abgibt.
Der Generator kann vereinfacht auch so ausgebildet sein, daß er eine verhältnismäßig geringe Frequenz auf
die Vormagnetisierungswicklung {[ibt Grundvoraussetzung ist allerdings, daß diese Generatorfrequenz von
der Netzfrequenz verschieden ist Vorteilhaft kann sie beispielsweise die dritte Oberwelle der Netzfrequenz
•40 (150 Hz) aufeisen. Sie könnte auch so gewählt sein, daß
ihre Periodendauer der Dauer des kürzesten, zu erwartenden Fehlerstromimpulses entspricht
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Fehlerstromschutzschaltungsanordnung fürGleich- und/oder Wechselstromverbraucher mit einem Summenstromwandler, dessen Primärwicklung von den Hauptleitern eines die Verbraucher speisenden Netzes gebildet und dessen Sekundärwicklung über einen Gleichrichter und einen Verstärker mit einem Auslöser verbunden ist und der eine Hilfswicklung aufweist, die mit einem Generator zur Erzeugung einer Wechselstromvormagnetisierung des Summenstromwandlers verbunden ist, deren Frequenz groß ist gegenüber der Netzfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Gleichrichter (32) ein R-C-GWed (33), dessen Zeitkonstante: etwa der Periodendauer der Vormagnetisierungsschwingung entspricht, angeordnet ist, und daß parallel zu dem Ä-C-GIied eine Diskriminatorschaltung (34) angeschlossen ist, die einen Verstärker (34) aufweist, der eine komplementäre Traru ^torschaltung besitzt, derart, daß bei Absinken der Spannung ajn /?-C-Glied unter einen Grenzwert die Diskriminatorschaltung einen Auslöseimpuls abgibt
Priority Applications (1)
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DE19752555303 DE2555303C3 (de) | 1975-12-09 | 1975-12-09 | Fehlerstromschutzschaltungsanordnung |
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DE19752555303 DE2555303C3 (de) | 1975-12-09 | 1975-12-09 | Fehlerstromschutzschaltungsanordnung |
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DE2555303C3 true DE2555303C3 (de) | 1982-03-04 |
Family
ID=5963884
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19752555303 Expired DE2555303C3 (de) | 1975-12-09 | 1975-12-09 | Fehlerstromschutzschaltungsanordnung |
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1975
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Also Published As
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Legal Events
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