DE2628011A1

DE2628011A1 - Vorrichtung zur erdschlussueberwachung und zur abloesung von stromunterbrechern

Info

Publication number: DE2628011A1
Application number: DE19762628011
Authority: DE
Inventors: Larry G Stolarczyk
Original assignee: ENVIRONMENTAL ELEC ENG
Current assignee: ENVIRONMENTAL ELEC ENG
Priority date: 1975-06-23
Filing date: 1976-06-23
Publication date: 1977-02-03
Also published as: FR2315787A1; JPS5241847A; AU1520276A; ZA763685B; FR2315787B3; US3995200A

Description

Environmental Electronic Engineering, Ine, 612 South Yth Street
Hat on, Wow i^vlü3ciuo
V. üt. v. A.

"Vorrichtung zur Erdsciilußüberwachung und zur jlltlösung von Stromunterbrechern"

Die vorliegende Erfindung bezieht aich auf elektronische Überwachungsvorrichtungen und insbesondere auf eine verbesserte Vorrichtung zur Überwachung der Erdleitung und zur Auslösung von Stromunterbrechern, zum Nachweis von Unterbrechungen in Erdleitungen in den Stromversorgungssystemen elektrischer Ausrüstung und Anlagen in Bergwerken und anderer elektrischer Ausrüstung, und zur Erzeugung eines Auslösesignals, mit dem die die Stromversorgung schaltenden Stromunterbrecher betätigt, werden«'Die vorzugsweise Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ausfallsicher

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aufgebaut, um eine falsche Auslösung der Stromunterbrechung durch in der ü teuer leitung oder in Erdleitungen auftretende Störsignale zu verhindern, die durch eingestreute G-leich^tromsignale, Harmonische der Frequenz der Haupts tr omvers or gun;g oder induzierte Einschwingvorgänge erzeugt werden können»!

Bei elektrischen Stromversorgungssystemen von Anlagen;_s in Bergwerken ist es wesentlich, daß die Versorgungsleitungen in der richtigen Weise geerdet werden, um eine elektrische, Aufladung des Stromversorgungssysteme zu verhindern. Funken, die von einer Aufladung einer bestimmten Maschine oder Leitung bei ungenügender Erdung hervorgerufen werden können, können dazu führen, daß das Bedienungspersonal elektrische Schläge erhält, daß in Untertage-Anlagen auftretende Gase entzündet werden, oder daß andere Unfälle passieren. Derartige Unfälle können für Personal und Ausrüstung katastrophale Folgen haben.

Vorgeschlagen wurden Vorrichtungen zur Erdschlußüberwachung, die den Verlust der Erdung des elektrischen Stromverr sorgungssystem feststellen und das System vor dem Auftreten , gefährlicher Verhältnisse ausschalten sollen. Derartige Überwachungsvorrichtungen haben jedoch die unerwünschte Eigenschaft, daß sie auf Störsignale ansprechen, die gewöhnlich in den elektrischen Systemen von Bergwerksausrüstung auftreten und das System häufig abschalten, obwohl tatsächlich die Erdung nicht fehlerhaft ist.

Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung aur verbesserten Erdschlußüberwachung und

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zur Alislösung von Stromunterbrechern in ausfallsicherem Aufbau'tn schaffen, die nicht zufällig die Stromunterbrecher des St-^ömversorgungssystems auslöst, wenn Störsignale in Erdleitungen auftreten.

Bi0 vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Erdsohlu'ßüberwachung und zur Auslösung von Stromunterbrechern und b\esteht aus einer Gleichstrom-Stromversorgung für die Vorrichtung; einer Scheinwiderstandsmeßbrücke, die immer dann ein Prüfsignal abgibt, wenn das Brückengleichgewicht bei einem !Defekte anzeigenden logischen Signal oder bei einer Leitu&gsunterbrechung in Steuerleitungen oder Erdleitungen gestöft ist; einem Oszillator zur Erzeugung der in der Brücke verwendeten Prüfsignale; einem Generator zur Erzeugung der Defekffce anzeigenden logischen Signale, die die Brücke vorü- , bergehend aus dem.Gleichgewicht bringen und als Schaltsignale von einem Impulsratendiskriminator verwendet werden; einem Pilteir zum Ausfiltern von Störsignalen aus den Ausgangssignalen der Brücke; einer Stufe zur Impulsformung, die das gefilterte Signal in ein Defekte anzeigendes Signal umwandelt; eine» Schwellwertdetektor, der das Defekte anzeigende Signal durchläßt, falls seine Impulse einen bestimmten Schwellwert übersteigen; einen Phasendetektor und einen Nullausgangsdetektor zur Anzeige der Phasenbeziehung zwischen dem Prüfsignal und dem Defekte anzeigenden Signal und zur Anzeige einer dem Brückenungleichgewicht entsprechenden Phasendifferenz; einem Impulsratendiskriminator zur Erzeugung eines

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Steuersignals, falls die Impulse des Defekte anzeigenden Signals nicht mit den Ilapulsen des logischen, Defekte anzeigenden Signals übereinstimmen; und einem Relais zur Betätigung der Stromunterbrecher des Stromversorgungssystems beim Auftreten des Steuersignals, Die erfindungsgemäße Vorrichtung überwacht die Erdleitung und Steuerleitungen des Versorgungssystems, um eine Erhöhung des Widerstands dieser Leitungen

üerij der auf eine Leitungsunter brechung oder einen ng.jb.jiiaaen hinweist» Wenn eine Widerstands erhöhung oder ein Fehler in den Leitungen auftritt, wird ein auslösendes Signal erzeugt, das die Hauptstromunterbrecher betätigte Dadurch wird die Stromversorgung abgeschaltet oder gefährdete Anlagen -./erden isoliert.

Ein Hauutvorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß in den Erdleitungen oder Steuerleitungen von eingestreuten G-leichstromsignalen erzeugte Storsignale, harmonische Signale mit vielfachen der Frequenz der Stromversorgung oder induzierte Einsehaltschwingungen von den Steuerschaltungen ferngehalten werden, aodaß eine unbeabsichtigte Auslösung der Stromunterbrecher nicht stattfindet»

Bin v/eiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es_s daß die Vorrichtung leicht geprüft werden kann, um ihre Betriebüfähigkeit festzustellen, ohne daß hierzu die Vorrichtung von der Stromversorgung abgeschaltet oder sie selbst ausgeschaltet v/erden muß.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt

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sich daraus, daß ein Versagen der erfindungsgemäßen Vorrichtung selbst die Stromunterbrecher des Stromversorgungssystems auslöst.

Vieltere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung einer vor;:ugsweisen Au:; führung form, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.

Figur 1 ist ein Blockschaltbild und erläutert den Einsatz der vorliegenden Erfindung in einem elektrischen Stromversorgungssystem, das üblicherweise in Bergwerksanlagen verwendet wird.

Figur 2 ist ein Blockschaltbild einer vorzugsweisen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erdschlußüberwachung.

Figur 3 ist ein teilweises Blockschaltbild und eine teilweise Schaltung einer vorzugsweisen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 4 zeigt die verschiedenen elektrischen Signale, die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt und gebraucht werden beim normalen Betrieb, beim Auftreten einer fehlerhaften Erdung und beim Versagen der Vorrichtung selbst.

Figur 5 ist eine teilweise Schaltung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 1 zeigt mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Erdschlußüberwachung und zur Auslösung von Stromunterbrechern, die eine vorzugsweise Ausführungsform darstellen und in einem

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Stromverteilungssystein für Bergwerksanlagen verwendet werden. Die Priiuärstromquelle liefert Strom an einen Hoehspannungs-Stromunterbrecher 10. Stromunterbrecher 10 ist außerdem der Verteilungspunkt für hochgespannten Dreiphasenstrom, der an die Leitungen 12 geliefert wird. Leitung 14 stellt die Erdleitung i'ür den Dreiphasenotrom dar. Leitung 16 ist eine der Erdleitung H parallel geschaltete Steuerleitung und ist so an diese angekoppelt, daß sich ein kontinuierlicher Leitungskreis durch die Stromversorgungsanlagen 22 und 24 ergibt. Eine Vorrichtung 18 zur Erdschlußüberwachung ist an Erdleitung und Steuerleitung 16 in der dargestellten Weise angeschlossen, um den LeitungsSchluß durch die Erdleitung und die Steuerleitung zu überwachen. EaIIs während der Überwachung der Leitungen ein Defekt auftritt, sendet Vorrichtung 18 ein Steuersignal an Stromunterbrecher 10 für die hohe Spannung, wodurch das Untersystem zur Stromversorgung abgeschaltet wird. Die typischen Stromversorgungssysteme, in denen die erfindungsgeiiiäße Vorrichtung verwendet wird, umfassen ein Hoch-r spannungs- und ein Nieder3pannungs-Untersystem. Im dargestellten Beispiel gelangt der durch Leitung 12 dargestellte, hochgespannte Dreiphasenstrom in die beiden Versorgungsanlagen 22 und 24, die Transformatoren zur Umformung der hohen Spannungen in niedrigere Spannungen sowie Stromunterbrecher enthalten, mit denen die Miederspannungsversorgung abgeschaltet wird, falls in diesem Untersystem ein Fehler in der Erdung auftritt.

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Wie dargestellt, wird jeweils eine Überwachungsvorrichtung in jedem Efiederspannungosystem verwendet, d.h. eine Vorrichtung 26 ist Stromversorgungsanlage 22 und eine v/eitere Vorrichtung 28 ist Stromversorgungsanlage 24- zugeordnet. Vorrichtung 26 ist mit einer Niederspannungs-Erdleitung ':>Ö und einer Niederspannung^ -Steuer leitung 32 verbunden, V/ie oben beschrieben, überwacht Vorrichtung 26 den Strornfluß durch Erdleitung 30 und Steuerleitung 32, Wenn in einer der beiden Leitungen ein Leitungsdefekt auftritt, erzeugt Vorrichtung 26 in Leitung 34 ein Signal, das die Stromunterbrecher in Stromversorgungsanlage 22 auflöst, wodurch das Miederspannungs-Versorgungssystem von den nicht geerdeten Bergwerksmaschinen bzw. -anlagen isoliert wird. In ähnlicher Weise überwacht Vorrichtung 28 eine üiederspannungs-Erdleitung 36 und eine Niederspannungs-Steuer-r leitung 3ü, Vorrichtung 28 erzeugt in Leitung 40 ein Steuersignal, um dieses Untersystem abzuschalten bzw. zu isolieren, sobald ein Defekt in einer der Leitungen auftritt.

Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild einer vorzugsv/eisen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung der Erdung. Die Vorrichtung umfaßt eine Gleichstrom-Stromversorgung 451 einen Oszillator 50 niedriger Leistung, eine Scheinwiderstandsmeßbrücke 52 mit einem Prüfschalter 54, zv/ei Anschlußklemmen 56, 58, die Impedanz zweige 60, 61 und 62 mit den Impedanzelementen 63 bzw. 64 bzw. 65, einen Defektlogik-Generator 66, ein Filter 68, Stufen 70 zur Impulsformung, einen Schwellwertdetektor 72, einen Impulsratendiskriminator

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74, ein Kelais 76, einen Phasendetektor 76, Anaeigelampen 80, 82, einen liallauagangsdetektor 83 und eine Anzeigstufe 84 des Brückengleichgewichts. iJiederfrequenzoscillator 50 erzeugt ein sinusförmiges Signal, das als Prüfsignal niedriger Amplitude bei der Überwachung der Steuer- und Erdleitungen verwendet wird. Das Prüfsignal ist auf einen festen Wert eingestellt und seine Frequenz unterscheidet sich stark von den harmonischen i'rtjquenzen der Haupt stromversorgung. Das Prüfsignal ist damit unterschieden von Streusignalen, die in den Steuer- und Erdleitungen vorhanden sein l-zonnen, d.h. das Prüfsignal unterschiedet sich von eingestreuten Gleichstromsignalen oder harmonischen Der Frequenz der Hauptstromversorgung«

Bei üluIchstrom-ütromversorgLin^seinheit 45 handelt es sich um eine 'voliweg-Gleichrichteraehaltung, die eine Ausgangsspannung von 9 Volt Gleichstrom aus einer Eingangsspannung von 12,0 Volt Wechselstrom erzeugt. Die Stromversorgung liefert Gleichstrom an Oszillator 50, Defektlogik-Generator 66, Stufen 70 zur Impulsformung, Schwellwertdetektor 72 und Relais 76„

Bei Brücke 52 kann es sich um eine Wheatstonesche Brücke oder eine kaxwellsche Brücke handeln. Die Wheatstone Brücke kann verwendet werden bei Stromübertragung über kurze Entfernungen, bei denen die Impedanz der Übertragungsleitung im wesentlichen durch den ohmschen Widerstand gegeben ist. Die Maxwellsehe Brücke ist zweckmäßig bei Stromübertragung über größere Entfernungen, bei denen die induktive Impedanz von Bedeutung ist. Bei Brücke 52 bilden die Steuerleitung und die

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Erdleitung; mit ihren Impedanzen das unbekannte Element 57 bzw. den unbekannten Brückenzweig. Bei der Wheatstonesehen Brücke ist uub veränderliche Impedanzelement 65 in Zweig so eingestellt, daß es die Impedanzen der Steuerleitung und der Erdleitung kompensiert und Impedanzänderungen in den diese Leitungen enthaltenden Brückenzweigen nachzuweisen gestattet. Impedanzeleiaente 63 und 64 in Brückenzweigen 60 und 61 haben feste Impedanzwerte. Die Impedanzwerte werden dabei so gewählt, daß das veränderliche Impedanzelement 65 die Brücke abgleichen kann, wenn die Erdleitung und die Steuerleitung in die Brückenschaltung eingebracht werden.

Prül'suhalter 54 in Brücke 5^ wirkt als Uebenschlußschalter. Prüf schalter 54 wird durch Drücken eines Knopfes an der I'rontplatte der Vorrichtung betätigt, v/obei ein geeigneter Widerstand in den Steuerleitung und Erdleitung enthaltenden Brückenzweig eingeschaltet wird. Einschaltung dieses Widerstands erhöht den Widerstand in der Erdleitung und Steuerleitung enthaltenden Schaltung und simuliert damit eine möglicherweise gefährliche Leitungsunterbrechung in der Erdleitung.

Defekt 1 og ik-G-enerator 66 umfaßt einen astabilen Oszillator zur Erzeugung einer Ausgangsspannung (Defektlogik-Signal) mit einer bestimmten Signaldauer und Wiederholungsfrequenz. Die Aufgaben des Defektlogik-üignals werden weiter unten im einzelnen beschrieben. Das Defektlogik-Signal hat zur Aufgabe, die Brücke 5^ vorübergehend aus dem Gleichgewicht zu bringen, sodaß die Brücke ein Ausgangs prüfsignal erzeugt.

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!'liter 60 kann ein schmalbandiges Bandpaßfilter sein, mit dem ein sinusförmiges Signal geringer Leistung ausgefiltert wird« Filter 68 ist auf die Frequenz des von Oszillator 50 erzeugten signals eingestellt. Da nur Signale mit der Frequenz des von Oszillator 50 erzeugten Prüfsignals von filter 68 durchgelassen werden, können Litorsignale, z.B. eingestreute Gleichstromsignale oder harmonische der Frequenz der Hauptstromversorgung nicht an den Eingang der Stufen 70 zur Impulsformung und den anderen Teilen der Überwachungsschaltung gelangen,

Stufen YO zur Impulsformung sind Verstärker zur Verstärkung von Signalen mit der Frequenz des Prüfsignals. Die Verstärker der Stufen 70 sind ao vorgespannt, daß die von Filter 68 kommenden prüfSignalimpulse zur Sättigung des Verstärkers führen, v/o bei mehrere Spannungsimpulse mit der zeitlichen Phasenlage der Prüfsignalimpulse erzeugt v/erden.

Die von Stufen 70 zur Impulsformung kommenden Spannungsimpulse sind die Eingangssignale des Schwellwertdetektors 72, der die Amplitude der Spannungsimpulse mit einer vorgegebenen Spannung vergleicht und ein Ausgangesignal erzeugt, wenn die Amplitude der Spannungsimpulse den vorgegebenen Wert überschreitet. Die AusgangsSignaIe des Schwellwertdetektors 72 und die logischen Signale des Defektlogik-G-enerators 66 werden an Iaipulsratendiskriminator 74 angelegt. Wenn die Amplitude der logischen Signale groß ist, werden die von Schwellwertdetektor 72 durchgelassenen Impulse zur Erzeugung eines Signals

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verwendet, das normalen Betrieb anzeigt. Wenn Impulse des
Schwellwertdetektors 72 auftreten im !'alle eines logischen
Signals geringer Größe, erzeugt Diskriminator 74- ein Steuersignal, das über ein Relais 76 wirksam wird und die Stromunterbrecher der Stromversorgung auslöst, wodurch das System
abgeschaltet und isoliert wird.

Bei Relais 76 kann es sich um ein mechanisches Relais
handeln, das in der vorzugsweisen Ausführungsform zur Betätigung der Stromunterbrecher des überwachten Stromversorgungssystems verwendet wird. Wenn das von Diskriminator 74· gelieferte Signal normalen Betrieb des Stromversorgungssysteme
anzeigt, sind die Kontakte des Relais 76 geschlossen. Sobald das von Diskriminator 74 gelieferte Signal eine Leitungsunterbrechung in der Erdleitung oder Steuerleitung anzeigt, wird Relais 76 abgeschaltet. Beim Abschalten des Relais 76 ändern seine Kontakte ihre Stellung und ein auslösendes Signal wird an die Stromunterbrecher oder Hauptschalter des Stromversorgungssystems übertragen.

Phasendetektor 78 ist eine Schaltung zum Vergleich der
Zeitphasen, die die Ausgangssignalphase des Oszillators 50
mit der AusgangsSignalphase des Schwellwertdetektors 72
vergleicht. Je nach der Beziehung, in der die Phasen stehen, zeigt Detektor 72 an, ob die Impedanz im einstellbaren Zweig der Brücke 52 erhöht oder verringert werden muß, um den abgeglichenen Zustand zu erreichen. Die Phase des Ausgangssignals des Schwellwertdetektors 72 eilt der Phase des Oszillatorsignals

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voraus, wenn die anbekannte Brückenimpedanz niedriger als die abgleichende Impedanz ist; ein nacheilen der Phase findet statt, wenn die unbekannte Impedanz die abgleichende Impedanz übersteigt.

Zu Detektor 78 gehören zv/ei Anzeigelampen 80, 62, die anzeigen, ob die Impedanz im Abgleichzweig 62 oder im Zweig 64 der Brücke 52 erhöht bzw. verringert werden muß, um in der Brückenschaltung den abgeglichenen Zustand herzustellen.

iiullausgangsdetektor 83 wird ebenfalls zum Abgleich der Brücke 52 auf die unbekannte Impedanz verwendet. Ein nicht dargestelltes, an Detektor 83 angeschlossenes Anzeigeinstrument zeigt an, ob ein Ausgangssignal der Stufe 70 zur Impulsformung auftritt, das nicht phasengleich dem von Generator 66 gelieferten logischen Signal ist. Solange üignalkomponenten der Brücke 52 nicht phasenrichtig auftreten, ist Brücke 52 nicht richtig abgeglichen.

Das verstellbare Element des Brückenzweigs 64 oder Brückenzweigs bi:, das zur Kompensation der unbekannten Impedanz der Steuerleitung bzw. Erdleitung verwendet wird, wird verstellt, bis weder Lampe 80 noch Lampe -Sa aufleuchtet und das Ausgangssignal Hull auftritt. \'Iewa keine der Lampen leuchtet, werden Anzeigelampe 84, die daο Brückengleichgewicht anzeigt, und ilelais 76 erregt und zeigen an, daß die Brücke abgeglichen ist und da id kein weiterer Abgleich zur Kompensation der unbekannten Elemente für Steuerleitung und Erdleitung notwendig ist.

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Figur '■) zeigt ein teiiweises Blocksehaltbild und einen 'J!eil der Schaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erdschlußüberwachung und Auslösung von Stromunterbrechern. Stromveruorgungseinlieit 45, Oszillator 50, Phasendetektor 78 und uie Anzeigelampen «0, o2 sind als Blockschaltbilder dargestellt, da sie an sich bekannt sind. Der liest der Schaltung ist in seinen Einzelheiten dargestellt.

Zur Brückenschaltung 52 gehören die vier Anschlußklemmen 88, 89, 90 und 91 an den Enden der Brückenzweige 60, 61 bzw. 62. Die Widerstände 63, 64 und 65 sind in Brückenzweige 60 bzw. 61 bzw. 62 eingesetzt. Prüfschalter 54 und ein daran angeschlossener Widerstand 94 sind zwischen Anschlußklemmen 58 und 88 geschaltet. Zwei gegensinnig geschaltete Dioden 96, 97 sind zv/ischen die Leitungen, d.h. zwischen Schalter 54 und Anschlußklemme 56 geschaltet. Zwei Dioden 98, 100 sind parallel zueinander und zu einem Kondensator 102 geschaltet und zwischen Klemmen 89 und 91 eingesetzt. Ein Schalter ist mit Brückenzweig 61 in lieihe geschaltet. Ein Hilfskreis 108 mit einem Kondensator 110 und einem veränderlichen Widerstand 112 ist ebenfalls vorgesehen. Brücke 52 ist induktiv über einen Transformator 95 an Oszillator 50 angeschlossen, sodaß die vom Oszillator 50 abgegebenen Signale an den beiden Klemmen 89, 91 der Brücke auftreten.

Widerstand 94 ist ein Prüfwiderstand, der gleich ist dem erkennbaren Grenzwiderstand der Vorrichtung. Es wurde festgestellt, daß Widerstand 94 im allgemeinen einen Wert zwischen

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2,5 und 4 Ohm hat, je nach dem speziellen Anwendungsfall. l'^lalls die Erdleitung einer Spannungsversorgung hoher Spannung überwacht wird, hat Widerstand 94 etwa 4 Ohm. Falls die Überwachungsvorrichtung mit einem Niederspannungssystem verwendet wird, beträgt Widerstand 94 etwa 2,6 Ohm. Diese V/er te wurden gewählt, um mit den Empfindlichkeitsnormen der US-Regierung in Übereinstimmung zu bleiben.

Immer wenn eine sehr starke Einschwingspannung in den Erdleitungen oder Steuerleitungen induziert v/ird, erscheint die entsprechende Spannung an Widerstand 63 der Brücke 52, da sie von Dioden 98 und 100 übertragen v/ird. Um eine Beschädigung des Widerstands 63 beim Auftreten von Defekten zu verhindern, sind die gegensinnig geschalteten Zener-Dioden 96, 97 eingesetzt, die die Spannungsspitzen zwischen der Steuerleitung und. der Erdleitung auf den an einer Diode auftretenden Wert plus der Zener-Spannung begrenzen. Palis die Spannung zwischen Steuerleitung und Erdleitung die Grenzspannung überschreitet, v/erden Dioden 96, 97 durchlässig und verhindern einen v/eiteren Spannungsanstieg.

Dioden 98, 100 und Kondensator 102 werden verwendet, um zu verhindern, daß Einschwingspannungen hoher Amplitude in die Ausgangskreise des Oszillators 50 gelangen. Hohe Einschaltspannungen können bei Defekten auftreten. Die'Dioden begrenzen die Spannungen zwischen Klemmen 98 und ^^ der Brücke 52 auf 0,7 Volt. Kondensator 102 verhindert, daß sich sehr rasche Einschwingspannungen an den Dioden aufbauen.

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Wie dargestellt, ist Brücke 52 eine Wheatstonesche Brücke für kurze Leitungswege. i-Iit Schalter 104 kann Brücke 52 von einer Wheatstoneschen Brücke in eine Maxwellsche Brücke umgeschaltet werden. Schalter 104 nimmt Widerstand 64 aus der Brückenschaltung und bringt dafür Schaltung 108 in die Brückenschaltung ein; Schaltung 108 besteht aus einem Kondensator 110 und einem ihm parallel geschalteten, veränderlichen Widerstand 112. Eine Maxwellache Brücke 52 gleicht sowohl induktive als auch ohinsche Impedanzkomponenten aus. Induktive Impedanz kann durch über große Abstände verlaufende Versorgungsleitungen hervorgerufen werden. Der veränderliche Widerstand 65 wird zusammen mit Widerstand 112 abgeglichen, um die als Maxwellsche Brücke geschaltete Brücke 52 abzugleichen.

Wie vorher erwähnt, ist die erfindungogeniäße Vorrichtung so aufgebaut, daß .sie als Detektor wirkt und ausfallsicher arbeitet. Der ausfallsichere Betrieb wird erreicht durch periodisches Simulieren einer Erdleitungsunterbrechung. In der vorzugsweisen Ausführungsform erzeugt Defektlogik-Generator 66 ein logisches Signal, das zur Simulierung eines Erdungsdefekts verwendet wird. Das logische Signal wird ferner dazu verwendet, um das simulierte Defektsignal von den Schaltungen zur Erzeugung des auslösenden Signals fernzuhalten. Generator 66 umfaßt eine integrierte Schaltung 113 mit zwei Vergleichsstufen 114, einer Plip-J?lop-Stufe 115» einem IJPH-Transistor 116, einem PNP-Transistor 117 und einem Spannungsteiler mit Widerständen 118, 119; eine Steuerschaltung

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mit eineu Kondensator 120, der mit der Parallelschaltung aus Widerctanu 121 und Diode 122 in Reihe geschaltet ist, ferner aber auch mit einem Widerstand 12;? in Reihe geschaltet ist; einen KILI-Transistor 124, der als Schalter geschaltet ist und dessen Emitter geerdet int; und einen Eingangswiderstand 126, Die steuerschaltung legt den Arbeitszyklus des Defekte anzeigenden logischen Signals fest, das ein kurzer in Leitung 12fj auf Li'u Lender Impuls ist,

Uährond des Zeitabschnitts, in dem die Ausgangssignale der integrierten Schaltung 113 hohe Amplituden aufweisen, wird eine positive Spannung an Eingangswiderstand 126 angelegt, wodurch es zu einem Stromfluß in der Basis des Transistors 124 kommt. Infolge des erhöhten Basisstroms wird Transistor 124 leitend und erdet Klemme 91 der Brücke 52 über Kondensator 131. Durch Erdung der Leitung 130 wird dann der Zweig 62 der Brücke 52 geshuntet. Beim Shunten des Zweigs 62 wird ein Ausgangsprüfsignal in Leitung 132 von Brücke 52 für jeden vom Generator 66 erzeugten Impuls erzeugt«

ITullausgangsdetektor ö3 umfaßt einen Transistor 125 und einen Widerstand 127 und ist an eine Außenvorrichtung, beispielsweise ein Wechselstrom-Voltmeter angeschlossen, um zum Abgleich der Brücke 52 beizutragen. Das an Klemme 88 auftretende Ausgangesignal der Brücke 52 wird von den Stufen 70 zur Impulsformung verstärkt und tritt dann in Leitung 149 auf. Die verstärkte Nachbildung des ITullsignals der Brücke 52 wird über einen "Widerstand 151 an Nullausgangsdetektor ö3

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angelegt. Has verstärkte Brackensignal kann beim anfänglichen Abgleich dur Brücke 52 überwaent werden. In dem Zeitabschnitt, in dem dann das von integrierter schaltung 113 gelieferte, Defekte anzeigende logisone Signal hohe Werte hat, wird eine positive Spannung an Widerstand 127 angelegt, wodurch es zum Stromfluk in der Basis des Transistors 125 kommt. Der erhöhte Basisstrom macht Transistor I25 leitend und erdet damit Leitung 129. Da die positive Spannung gleichseitig mit der Erdung der Klemme ^cjl der Brücke 52 auftritt, wird verhindert, daß das in Leitung 149 auftretende, vom urückenungleichgewiohb herrührende Signal den Ausgang des Uulldetektors 83 erreicht.

filter 6ö filtert das in Leitung 132 auftretende Signal und umfaut eine Spule I35 und einen dazu parallel geschalteten Kondensator 136; diese beiden Bauteile sind wiederum in Reihe geschaltet mit einer Spule 137 und einem Kondensator 136, die an eine aweite Parallelschaltung aus einer Spule 139 und einem Kondensator HO angeschlossen sind. Die Bandbreite des Filters 68 wird so gewählt, daß sie der Frequenz des von Oszillator 50 erzeugten Prüfsignals entspricht. Die in Leitung 141 auftretenden Ausgangssignale des Filters 68 bestehen deshalb aus Signalen, deren Frequenz gleich ist der Frequenz des vom Oszillator 50 erzeugten Prüfsignals. Durch Filter 68 werden damit in der Steuerleitung oder Erdleitung auftretende Störsignale, beispielsweise eingestreute Gleichstromsignale oder harmonische Signale der Ilauptstromversorgung, unterdrückt und erreichen nicht den Eingang der Stufe 70 zur Impulsformung.

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In der Jj tufe 70 zur Impulsformung werden die über Leitung 141 von .Filter 63 ankommenden Signale in Impulse umgewandelt. Die Stufe zur Impulsformung besteht aus einer Bauteilanordnung sur Vorspannungserzeugung mit einem üingan^skondensator 142, der mit einem Widerstand 143 in Reihe geschaltet ist; diese Anordnung ist ihrerseits in Reihe geschaltet mit einem in Parallelschaltung zusammengefaßten veränderlichen Widerstand 144, einem Kondensator 145 und einem Widerstand 146, Stufe 70 ::ur Impuls formung umfaßt ferner eine integrierte Verstärkerschaltung 147 mit der JSingangsklemme 14ö. Mit Kondensator 14'- wird verhindert, daß der Gleichstrom von Verstärker 147 zur iirdung abflieüt. Kondensator 145, der dem G-egenkopplungswidersband 144 parallel geschaltet ist, ergibt eine Gegenkopplung niedriger Impedanz für hochfrequente Signale. Kondensator 145 und der Ihm parallel geschaltete Widerstand 149 legen das hochfrequente Verhalten des Verstärkers 147 fest. Das Verhältnis der Widerstände 144, 143 bestimmt den Verstärkungsgrad des Vorverstärkers, während Widerstand 146 die Verstärkung des Leistungsverstärkers festlegt. Die gesamte Spannurigsverstärkung ist das Produkt der Ver3 tärkungsgr ade des Vorverstärkers und des Leistungsverstärkers. Die Empfindlichkeit bzw. der Verstärkungsgrad des Verstärkers 147 wird durch Verstellung des Widerstands 144 eingestellt. Bei richtiger J'Jinsteilung des Widerstands 144 bringen die von Filter kommenden Signale beim Überschreiten eines bestimmten Spannungswerts Verstärker 147 in den Sättigungszustand. Am Eingang

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des Verstärkers I47 angelegte Signale erscheinen als Spannung siia pul se und nicht als Gruppen von sinusförmigen Signalen in Leitung 149 des Ausgangs der Utui'e zur Impulsformung.

Mit Schwellwertdetektor '[V, kann eine Diskriminierung der Sparmungsamplitude der Au; >gangs signale der Ütufe zur Imxjulsl'ormunc; in Leitung H'3 durchgeführt v/erden, Schwellwertdetektor 72 umfaßt einen MPN-Schalttransistor 150 mit einer Kombination des Widerstands 152 und eines weiteren Widerstands 153 zur Vorspannungserzeugung. Detektor 72 umfaßt forner einen Pllt-Trunsistor 154, dessen zugehörige Bauteile zur Vorapanuurigseriiuugung aus einem Widerstand 155 und einem weiteren Widerstand I56 bestehen. Widerstand 152 ist verstellbar und wird dazu verwendet, die Ausgangssignale des Verstärkers 147 einiiustelü on, bei denen Strom in der Basis des Transistors I50 zu fließen beginnt, wodurch dieser Transistor leitend wird. Stromleitung durch Transistor 150 hat zur i'Olge, daß ein Basisstrom von Transistor 154 durch Widerstand "156 und dann durch Widerstand 150 an Erde fließt.

Beim Betrieb mit abgeglichener Brücke wird an die in Leitung H¹J auftretenden Ausgangssignale der Stufe 70 zur Impulsformung eine Vorspannung von etwa 4 Volt angelegt; die Signale enthalten dabei SpannungsSchwankungen aufgrund von zufälligen Pegelschwankungen. Diese Schwankungen sind einem sehr kleinen Prüfsignal für Kriechströme überlagert. Immer wenn ein Einschwingvorgang auftritt oder wenn Brücke 52 nicht mehr im Gleichgewicht ist, steigt die Amplitude der

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sijnaie an. limner \-:$ηη der .'Jpaunungswert eines auf ein Prufsign-.il hin erzeugten Impulses ansteigt und dabei den ochwellwuru überschreitet, erzeugt üchwellwertdetektor 72 als Au-;gaiigsijignal einen Spannungsimpuls. Die Breite dieses Impulses ist gleich der Länge der Zeit, während der der iJpannun/-;:3i/ert des in Leitung 149 auftretenden Impulses den Minimum,; er fc überschreitet. Dieses Impulssignal tritt als AusgangsSignal in Leitung 157 auf, die an Impulsratendiskriminator 74 und Phasendetektor 7es geht.

Ii'ipulsratendiskrimiiiator 74 umfaßt eine Diode 15O₃ die in Heine _t gehaltet ist ιαχΐ einem Ladekondensator 159 und einem ihm parallel geschalteten Widerstand 160_o Perner gehören £ua impulsratendisi-iriiainatcr «in ITPiJ-ochaittransistor· 161 mit einem geerdeten Emitter und einem Eingangswiderstand 162; oiü veränderlicher Widerstand 165_s eier mit einer Diode 164 in ,ifaihe geschaltet ist; und ein Kondensator 165 für die AuslCseamplitude und ein ihm parallel geschalteter, aus Widerständen 166₅ 167 aufgebauter spannungsteiler. Diskriminator 74 umfaßt ferner einer* ^.M-ochalttransistor 16ü mit einem _t ^-eerdeten Emitter und einem Kollektor, der an die Verbindungsstelle der in Reihe geschalteten Widerstände 160, 170 zur jYC'aeugung einer Vorspannung angeschlossen ist. Transistor 168 ergibt einen Entladeweg von Kondensator 159_S wobei axe Basis des HPIT-Schalttransistors 169 umgangen v/ird_ä Der in Schalttransistor 169 fließende Basisstrom macht diesen lüitena_P wobei Uelais 76 erregt wird» Der veränderliche

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Widerstand 165 bestimmt die üröise des Stroms, der beim Auftreten eines Defektu an Kondensator 165 fließt und legt damit die Zeitkonstante des Spannungsanstiegs an Kondensator 'IG¹J i'est. Sobald die an Kondensator 165 auftretende Spannung einen zweiten Sehwellwert überschreitet, der von den Widerständen 166, 167 des Spannungsteilers bestimmt wird, fließt ein Basisstrom in Schalttransistor 16b und macht diesen leitend. V/enn Transist r 168 leitend ist, wird jeglicher durch Widerstand IbO fließender Strom zur Erde abgeleitet. Die Umleitung des Stromflusses von Widerstand 170 und der Basis des Widerstands 169 öffnet Relais 76 und erzeugt damit ein auslösendes Signal. Widerstand 163 steuert damit die Zeitverzögerung zwischen dem Auftreten eines Defekt;; in der Erdleitung oder Uteuerleitung und dem Aussenden eine;j auslösenden Signals an die Unterbrecher der Stromversorgungsanlage.

Neben den über Leitung 157 empfangenen Ausgangesignalen des Schwellwert detektor s 72 empfängt Diskriminator 74 auch ein logisches Signal vom Defektlogik-Generator 66 über Leitung 128. Dieses logische Signal bestimmt den Zustand des Transistors 161. Immer v/enn das positive Aus gangs signal der integrierten Schaltung 113 mit dem Ausgangssignal des Detektors 72 zusammenfällt, fließt Strom durch Widerstand 162 an die Basis des Schalttransistors 161. Transistor 161 leitet dann den durch Widerstand 163 fließenden Strom über Leitung 170 an Erde ab. Wegen der Erdung der Leitung 170

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fließt kein Strom an Kondensator 165. Damit tritt keine Spannung an Kondensator 165 auf, aber die Ausgangssignale des Detektors 72 laden weiter Kondensator 159 durch Diode 153 auf. Der sich am Kondenyator 159 ergebende Spannungswert bestimmt den an die Basis des Transistors 169 fließenden Strom und ist derart, daß Schalttransistor 169 im leitenden Zustand gehalten wird. Wenn andererseits in Leitung 157 Impulse auftreten, die nicht mit dem positiven Ausgangssignal der integrierten Schaltung 113 zusammenfallen, so beispielsweise beim Auftreten eines Dehlers in der Erdleitung, fließt Strom durch Widerstand 163 und Diode 164 und lädt Kondensator 165 auf. Diode 164- verhindert die Entladung des Kondensators 165 infoige der Schaltwirkung des Transistors 161. ^tenn der Spanriungöwert am Kondensator 165 einen zweiten Schwellv/ert erreicht, wird Schalttransistor 168 leitend und der durch V/iderstand 160 fließende Strom wird an Erde abgeleitet. Schalttransistor 169 ist dann nicht mehr leitend und ein Steuersignal wird in Leitung 171 erzeugt.

Wenn die Brücke abgeglichen ist, wird nur gelegentlich ein Impuls, der von induzierten Einschwingvorgangen in der Steuerleitung und Erdleitung erzeugt wurde, von Detektor 72 hervorgerufen. Wenn Brücke 52 jedoch nicht abgeglichen ist, steigt die Ausgangsimpulsrate des Schwellwertdetektors rasch an. Dieser Unterschied in der Impulsrate ist der Hauptgrund dafür, daß die vorliegende Erfindung zwischen nicht zu beachtenden, von Einschwingvorgängen herrührenden Signalen

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und dem Brückenungleichgewioht entsprechenden Signalen unterscheiden kann. Wenn Brücke 52 abgeglichen ist und Detektor 72 nur gelegentlich Impulse erzeugt, wird Kondensator 165 nicht auf einen Spannungswert aufgeladen, der zum Erreichen des zweiten Sohwellwerts ausreicht, v/odurch die Erzeugung eines Steuersignals verhindert wird. Damit ein Steuersignal erzeugt wird, müssen von Detektor 72 erzeugte Signale beim Fehlen positiver Ausgangssignale von Schaltung 113 auftreten und müssen ctuioerdem so zahlreich sein, daß sie Kondensator 165 auf den zweiten Schwellwert oder iibschaltwert des Schalttransistors 168 aufladen,

l'^lalls die Vorrichtung zur i'irdscnluiiüberwachung und zur Auslösung der Stromunterbrecher selbst ausfällt, beispielsweise durch Versagen der Stromversorgung 45, bricht die Spannung an Kondensator 159 zusammen. Wenn dabei der Spannungswert unterschritten wird, der notwendig ist, um Transistor 169 leitend zu halten, wird ein Steuersignal erzeugt.

Die in der betrachteten Auüführungsfox'ia vorgesehene Anzeigestufe Ö4 umfaßt eine Licht emittierende Diode 172_S die mit einem Widerstand 173 zur Strombegrenzung in Keine geschaltet ist. Bei normalem Betrieb, d.h. bei Transistor 169 iifl leitenden Zustand, leuchtet die Licht emittierende Diode 172. Diese an der tiehäusevorderseite der Vorrichtung angebrachte Anzeige bedeutet, daß normaler Betrieb stattfindet. Wenn Transistor 169- aufgrund eines Defekts oder infolge des Versagens der Vorrichtung nicht mehr leitend ist, leuchtet die Diode 172

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- O/i _

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nicht ffieiii' u.id üiacht damit das Bedienungspersonal auf das Auftreten ^iae^ Defekts aufmerke ai:_i0

lielais 1^_D 6.aa normalerweise erregt ist₉ gewährleistet₂ Cea sin aufluvendes btsu^r^i^nal beim Auftreten eines Leitungsdsfekts ocür csini 7ersagen üsr "/orri^Iitung erseugt wird« Relais 75 umfaßt eine au einer üpule 175 parallel geschaltete Diode ^74_r. ο inen den Leitungen 177 _? 178 parallel geschalteten Kondensator 1 *76_, einen Kontaktbügel 179_s der an Kontakten 180 oder 'ioL. anliegen kann, und swei Ausgangsklemmen 184₅ 186_e Dioae 174 i^t vorgesehen,, um die beim Abschalten der Spule 175 auftretenden hohen Induktionsspannungen kurzzuschließen. Kondensator 176 schneidet die üpannungsspitzen ab_s die beim Umschalten des Kontaktbügeis 179 auf Kontakt 180 bzw. 182 auftreten«, Die Stromunterbrecher des Versorgungssystems sind an Anschlüsse 184, 186 angeschlossen, Solange Transistor leitend ist, ist Spule 175 erregt und Kontaktbügel 179 wird an Kontakt 160 gedrückt gehalten,, vieiazi Transistor 169 zu leiten aufhört_s hört auch die Erregung der Spule 175 auf und Kontaktbügel 179 schwenkt von Kontakt 180 auf Kontakt 182_S "-.'Gdurch ein auslösendes bignal erseugt und an die Stromunterbrecher des Stromversorgungssystems geschickt wird_a

irigur 4 i;eigt verschiedene üpannungsverläufe, die in der vcrsugüWüi-.en Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sur !!,rdachlußübervi/achung und Auslösung von Stromunterbreoiiern erceugt und verwendet werden. Die Spannungsverlaufe sind für ärel Betrisbsaustäiide dargestellt, nämlich für dis

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abgeglichene Brücke 52, die aus dem Gleichgewicht gekommene Brücke 52 und das Auftreten eines Defekts in der Vorrichtung selbst, d.h. Versagen der stromversorgung oder eines Bauteils. Spannunguverlauf 190 entspricht dein vom Oszillator 50 erzeugten sinusförmigen Prüfsignal. Dieses sinusförmige Signal mit einer festen frequenz wird ständig erzeugt, es sei denn, die Vorrichtung selbst fällt aus. Spannungsverlauf 192 entspricht dem von Defektlogik-Generator 66 erzeugten logischen Signal. Dieses Signal ist eine konstante Polge positiver Impulse, solange die Vorrichtung selbst nicht versagt. Beim Versagen der Vorrichtung treten dann entweder das Prüfsignal oder das einem Defekt entsprechende logische Signal oder diese beiden Signale nicht auf, was durch die gestrichelt eingezeichneten Spannungsverlaufe 191 bzw. 193 angedeutet ist.

Spannungsverläufe 194 und 196 bezeichnen die Ausgangssignale der Brücke 52, wie sie in Leitung 132 der J?igur 3 auftreten. Im abgeglichenen Zustand bestehen die Ausgangssignale der Brücke aus sinusförmigen Signalgruppen 194, die mit den Impulsen des logischen Signals 192 zusammenfallen. FaIIu die Brücke nicht im abglichenen Zustand ist, sind die kontinuierlichen sinusförmigen Signale des SpannungsVerlaufs 196 die Ausgangssignale. V/enn andererseits die Vorrichtung selbst ausfällt, beispielsweise wenn der Oszillator nicht mehr arbeitet, wird kein Signal erzeugt, was durch den gestrichelten Spannungsverlauf 197 angedeutet ist.

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Figur 4 stellt ferner das Ausgangssignal des Schwellwertdetektors 72 dar; es handelt sich dabei um das Ausgangssignal der Brücke 52, dau durch Filter 68 gefiltert wurde und von Stufe 70 umgeformt wurde. Dieses Signal hat die Form des Spannungsverlaufs 198 und besteht im abgeglichenen Zustand der Brücke 52 aus Impulsgruppen. Wenn Brücke 52 nicht abgeglichen ist, was durch Spannungsverlauf 200 gekennzeichnet ist, treten im Signal mehr Impulse pro Sekunde auf als im Spannungsverlauf 198. Beim Versagen der Vorrichtung tritt ein Nullsignal auf, was durch den gestrichelten Spannungs verlauf 201 angedeutet ist.

Wie vorher beschrieben, hängt die an Kondensator 159 des Diskriminators 74 auftretende Spannung von den von Detektor 72 kommenden Spannungsimpulsen ab. Wie durch Spannungsverlauf 202 angedeutet, laden die von Detektor 72 kommenden Impulse Kondensator 159 über Diode 158 auf den Spannungswert 203 auf. Jtfach Beendigung des Detektorimpulses nimmt die. Spannung auf den Spannungswert 204 ab, da Strom über Transistor 169 abfließt. Beim normalen Überwachungsbetrieb (abgeglichene Brücke) ist die Rate der von Detektor 72 gelieferten Ausgangsimpulse so groß, daß der Wert der am Kondensator 159 auftretenden Spannung über der Haltegrenze des Schalttransistors 169 bleibt. Spannungsverlauf 205 stellt die an Kondensator 159 auftretende Spannung dar, wenn infolge eines Fehlers in der Steuerleitung oder Erdleitung die Brücke 52 aus dem Gleichgewicht gebracht wird. Wie dargestellt, bleibt

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die an Kondensator 159 auftretende Spannung auf einem genügend hohen Wert, um Transistor 169 im leitenden Zustand au halten. Wenn die Vorrichtung selbct versagt, v/a ο aureh den gestrichelt geseichneten üpannungsiverlauf 206 öargsstellt ist, iiören die von Detektor 72 lcojaiaenaen UpanaungsiEuilse auf und die Spannung an Kondensator 159 bricht infolge des Stromabflusses über Transistor 169 ausammeη, bis der Spannu?i£-rv.rt unter die Haltegranae des Schalt trans is tor 169 abgesi-;ken ist«

Der von Kondensator 1f>9 in die Basis des üchalttransistora 169 einfließende Strom ist durch, die Wellenformen 207, 2Qd und 209 dargestellt. Wellenform 207 zeigt, daI3 der Basisstrom des Transistors 169 über dem Wert liegt, der zur Leitung im abgeglichenen Brückenzustand notwendig ist. Wenn jedoch der Brückenabgleich gestört ist, was durch Wellenform 20ö angedeutet ist, wird der zur Basis des LSehalttransistors 169 fließende Strom zur jflrde über den Kollektor des Sehalttransistors 16b abgeleitet und der Basisstrom des Transistors 169 fällt unter den zur Aufrechterhaltung des leitenden Zustande erforderlichen Viert. In Analogie sum Kondensator 159 2iimsit der sur Basis des -Transistors 169 fließende Strom ab, ΐίβηη die Vorrichtung sur Srdschlußiibervachung und Betätigung von Stromunterbrechern ausfällt; die Verhältnisse sind durch die gestrichelt dargestellte wellenform 209 angedeutet. Der Abfall rindet dabei unter den -zur Aafrechterhaltung des leitenden Sustands Genötigten Wert ab.

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Die zur Basis des Scnalttransiiütors 168 fließenden Ströme sind durch Wellenfornien 210_, 211, und 212 angegeben. Bei abgeglichener Brücke fließt kein Strom zur Basis des Sclialttransistors 16B₃ v/ie durch Wellenform 210 angedeutet,, 'Meiw. die Brücke aus dem Gleichgewicht gerät, was durch i/ellenforüi 211 angedeutet ist_s beginnt die Aufladung des Kondensators 165. Sobald der Wert der an Kondensator 165 auftretenden Spannung den zweiten Schwellwert überschreitet, fließt genügend Strom aur Basis des Schalttransistors 16ü, um diesen leitend zu machen» Bei Stromfluß durch Transistor 168 wird der Basisstrom des Transistors 169 zur Erde abgeleitet. Wenn andrerseits die Versorgung der Vorrichtung ausfällt oder diese einen Defekt hat, was durch Wellenform 212 angedeutet ist, fließt kein Basisstrom zum Schalttransistor 168. Dabei würde die Stromleitung durch Transistor 169 aufhören, wie oben beschrieben.

Die in Leitung 171 auftretende, von Transistor 169 gesteuerte auslösende Spannung wird von den Spannungsverläufen 215, 2H und 215 dargestellt. Das Signal ist auf Erdpotential während der Zeit, in der Brücke 52 im abgeglichenen Zustand ist; das Signal nimmt den Wert der Versorgungsspannung an, v/enn die Brücke nicht mehr im abgeglichenen Zustand ist oder wenn die Vorrichtung versagt. Mit Leitung 171 auf Erdpotential fließt Strom durch Spule 175 (Figur 3)9 wodurch Relais 76 erregt wird. Wenn jedoch Leitung 171 auf das Potential der Versorgungsspannung kommt,

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fließt kein ütrom mehr durch. LJpule 175. Beim Abschalten der Spule 175 wird der Kontaktbügel 179 des Relais 76 von Kontakt 180 auf Kontakt 182 geschlossen, wobei ein auslösendes Signal erzeugt wird, das die Stromunterbrecher des Stromversorgungssystems auslöst.

Im Betrieb sind die Anschlüsse 56 und 58 der Vorrichtung zur Erdschlui3überwachung und Auslösung von Stromunterbrechern mit der Erdleitung und der Steuerleitung des zu überwachenden Stromversorgungssysteme verbunden und bilden eine Leiterschleife. Die Anschlüsse 134 und 186 des Relais sind an die Stromunterbrecher des Stromversorgungssysteme angeschlossen. Schalter 104 wird auf die für das zu überwachende System richtige Stellung geschaltet. Widerstand 65 wird verstellt, bis die Anzeigelampen 80, 82 des Phasendetektors ausgegangen sind, liullausgangsdetektor 83 zeigt dann das Ausgangs signal Null an und die Anzeigestufe 84 für das Brüokengleichgewicht leuchtet auf. Zu diesem Zeitpunkt ist Brücke 52 abgeglichen auf die unbekannte Impedanz des Steuer- und Erdleitungskreises und die normalem Betrieb entsprechenden Bedingungen sind erreicht.

Defektlogik-Generator 66 erzeugt ein logisches Signal, das periodisch Leitung 130 erdet. Durch die Erdung der Leitung 130 v/ird Anschluß 91 der Brücke 52 auf Erdpotential gebracht und Brückenaweig 62 und Impedanzelement 65 werden geshuntet. Durch das sich wiederholende Shunten des Brückenzweigs 62 wird in Leitung 132 ein Impulssignal erzeugt, das aus einer

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aniplitudenmodulierten Sinuswelle rait einer Trägerfrequenz gleich der Frequenz deu von Oszillator 50 erzeugten Signals besteht, uan Impulssi^nal stimmt mit dem logischen Signal überein (S [jannungs verlauf 192). !Jas Impulssignal wird mit 1'¹Ht er 6(j gefiltert, um (J Ie i chs fcrom-S tür signale und harmonische Signale auszuscheiden. Dann wird das Impulssignal von Stufe YO zur Impuls L'ormung umgeformt und über Sohwüllwertdetektor Y2 an impulsratendiskriminator Y4 angelegt. Die Ljpannungsimpulse laden Kondensator 159 des Diskriminators Y4 und halten dadurch Transistors 169 im leitenden Zustand, wodurch die Erzeugung eines auslösenden Signals verhindert wird.

Uoim AuL'brcten eines JJui'ukLu in dom I'k'dleitungu- und LJteuerleiLungskreis ist das Brückenungleichgewicht konstant, ' Dies führt au einem kontinuierlichen Ausgangssignal in Leitung 1;<2; die Frequenz des Signals ist gleich der Frequenz des Prüfsignals. In diesem Fall wird Kondensator 165 auf einen maximalen Gleichstromwert aufgeladen. Wenn der Spannungswert den zweiten Schwellwert erreicht, der zum Anschalten des Transistors 165 benötigt wird, hört Transistor 169 zu leiten auf und ein auslösendes Signal wird erzeugt. Das auslösende Signal betätigt die Stromunterbrecher des Versorgungssystems und macht das System entweder stromlos" oder isoliert das Stromversorgungssystem von den eine Gefahr darstellenden Leitungen.

Falls die Überwachungsvorrichtung selbst ausfällt, erhält

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Impuluratendiskriminator 74 keine Spannungsimpulse von Detektor 72. Kondensator 15^CJ entlädt sich und ein auslösendes Signal wird in der vorher beschriebenen Weise erzeugt, wodurch der zugehörige Stromkreis abgeschaltet oder isoliert wird.

In einer anderen, in tfigur 5 dargestellten Ausführungsform wird ein von einem Zungenrelais 300 gebildeter Schalter 54 ia Brücke 52 zur Erzeugung des einen Defekt simulierenden Signaxs verwendet. Relais 300 wird von Transistor 124 gesteuert (siehe ebenfalls 1'¹IgUr 3) und öffnet die Kontakte zu Schalter 54, der den .Prüfwiderstand in den Erdleitungskreis einführt. Transistor 1^4 wird seinerseits von den Signalen des Defektlogik-Generators 66 gesteuert. Dadurch wird es überflüssig, einen Zweig der Brücke 52 zu erden. Da ■ außerdem der Wert- des Widerstands 94 gleich ist der erkennbaren Mindestimpedanz der Vorrichtung, wird ein Defekte simulierendes Signal erzeugt, das zur Prüfung der Steuer- und Erdleitung verwendet wird und außerdem die Empfindlichkeitsgrenze der Vorrichtung zur Erdschlußüberprüfung und zur Auslösung von Stromunterbrechern testet.

Die obige Beschreibung bezog sich auf eine bevorzugte Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung, stellt jedoch keine Begrenzung derselben dar; vielmehr werden alle in den Rahmen der Erfindung fallenden Abänderungen der bevorzugten Ausführungsform von den folgenden Patentansprüchen erfaßt.

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Claims

j» A 1' ϋ ΙΓ ΐ A H ii f K ti OHE

. /Vorrichtung zur Erdschluß überwachung und Auslösung

von Stromunterbrechern, die die Steuer- und Erdleitungen eines elektrischen Stromversorgungssysteias überwaciit und die Stromunterbrecher in ihm beim Auftreten einer Leitungsunter brechung auslöst, gekennzeichnet durch einen ersten Generator (50) zur Erzeugung einso sinusförmigen Prüf signals iii.it i'ester .frequenz; einen aweiten Generator (66) zur Erzeugung einer ersten und einer zweiten Gruppe von Defektlogik-Impulsen; eine Scheinwiderstandsmeßbrücke (52) mit einer ersten (91), einer zweiten (90), einer dritten (89) und einer vierten (ϋό) Klemme und einem ersten, zwischen die erste und zweite Klemme geschalteten Impedanzzweig (62), einem zweiten, zwischen die zweite und dritte Klemme geschalteten Impedanzzweig (61) und einem dritten, zwischen die dritte und vierte Klemme geschalteten Impedanzzweig (60), wobei die Impedanzen der Impedanzzweige so gewählt sind, daß die Brücke abgeglichen ist , wenn die Steuer·-- und Erdleitungen als vierter Impedanszweig (57) zwischen die erste und vierte Klemme geschaltet sind; Anschluß des ersten Generators (50) an die erste Klemme und die dritte Klemme und Anschluß des zweiten Generators (66) an einen der Impedanzzweige, wodurch die zwischen der zweiten und dritten Klemme erzeugte Spannung als kontinuierliches sinusförmiges Signal variiert, wenn ein Defekt im vierten Brückenzv/eig auftritt, und als Gz"uppe von

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Sinusschwingungen erscheint, wenn kein Defekt im vierten Brücken^weig auftritt; ein an die Brücke (52) angeschlossenes Bandpaßfilter (68) zur Unterdrückung von Signalen, deren Frequenzen von der frequenz des Prüfsignals abweichen; auf das gefilterte Prüfsignal ansprechende Einrichtungen zur Impulsformung, die einen Defektsignalirnpuls erzeugen, der mit jeder Schwingung des gefilterten Prüfsignals zusammenfällt; einen auf die zweite Gruppe von Defektlogikimpulsen und die Defektsignalimpulse ansprechenden Impulsratendiskriminator (74), der ein Steuersignal erzeugt, wenn Defektsignalimpulse zwischen Defektlogikimpulsen auftraten, wobei das Steuersignal auf einen Leitungsdefekt in der Erdleitung oder Steuerleitung des überwachten Stromversorgungssystems hinweist; und auf das Steuersignal ansprechende Einrichtungen, die Stromunterbrecher betätigen und damit die Stromversorgung beim Auftreten eines Defekts in der Erdleitung oder Steuerleitung unterbrechen.

2. Vorrichtung zur Erdschlußüberwachung und Auslösung von Stromunterbrechern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen auf -das erste Prüfsignal und die Defektsignalimpulse ansprechenden Phasendetektor (7ö), der eine Phasendifferenz zwischen diesen Signalen angibt, die ihrerseits auf Ungleichgewicht der Brücke (52) hinweist, uodaß die Scheinwiderstandsmeßbrücke auf die unbekannte Impedanz der Erdleitung und Steuerleitung abgeglichen werden kann.

3. Vorrichtung zur Erdschlußüberwachung und Auslösung von

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Stromunterbrechern nach ΐιηϋprucii 1, dadurch gekennaoich.net, daß der erste Zweig (62) der Impedanz brücke einen ersten Widerstand (65), der zweite Zweig (61) einen zweiten Widerstand (64) und der dritte Zweig (60) einen veränderlichen Widerstand (65) enthält, sodaß zusammen mit den Erd- und Steuerleitungen eine Wheatstonesche Brücke entsteht.

4* Vorrichtung zur Erdsehlußüberwachung und Auslösung von Stromunterbrechern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zweig (62) der Impedanzbrücke einen ersten Widerstand (65) enthält, daß der zweite Zweig (61) einen ersten veränderlichen Widerstand (112) in Parallelschaltung mit einem Kondensator (110) enthält, und daß der dritte Brückenzweig (60) einen veränderlichen Widerstand (65) enthält, sodaß zusammen mit den Erd- und Steuerleitungen eine Maxwellsehe Brücke entsteht. ■

5. Vorrichtung zur Erdschlußüberwachung und Auslösung von Stromunterbrechern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schwellwertdetektor (72), der die Spannungswerte der die Defektsignalimpulse mit einem gegebenen Schwellwert vergleicht und nur die den Schwellwert in ihrer Amplitude überschreitenden Defektsignalimpulse durchläßt, wodurch die Empfindlichkeit der Auslösevorrichtung eingestellt wird.

6. Vorrichtung zur Erdschlußüberwachung und Auslösung von Stromunterbrechern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheinwiderstandsmeßbrücke (52) im vierten Brückenzweig (57) einen Prüfschalter (54) mit einem parallel geschal-

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teten Widerstand (94) enthält, und dab ein Relais (76) vorgesehen ist, das auf die oa/ste Gruppe von Defektlogikimpulsen anspricht und den Prüfschalter (54) öffnet, v/obei eier Widerstand (94) in den vierten Brückenzweig eingeschaltet wird zur Simulierung einer Widerstandserhöhung in der Erd- oder Steuerleitung.

7. Vorrichtung zur Erduchlußüberwachung und Auslösung von ü't-vomunterbrechern, die Erd- und oteuerleitungen eines elektrischen ^Stromversorgungssysteme} überwacht und ein auslösendes Steuersignal an die Stromunterbrecher des Stromveruorgungssystems im Failu einer Leitungsunterbrechung oder Impedunzerhohung über einen vurgugubenen Wert in der Erdoder Steuerleitung schickt, gekennzeichnet durch einen Generator, der ein sinusförmiges Prüfsignal mit einer gegebenen Frequenz erzeugt;· einen Zeitgeber-Generator, der ein erstes und ein zweites Zeitmurkensignal erzeugt; an den Generator angeschlossene Impedanzmeßeinrichtungen, die die Impedanz der Erd- und Steuerleitungsschleife überwachen und ein kontinuierliches Ausgangsprüfsignal bei einer Impedanzerhöhung und eine Impulsgruppe als Ausgangssignal beim Fehlen einer Impedanzerhöhung erzeugen; auf das erste Zeitmarkensignal ansprechende, einen Defekt simulierende Einrichtungen, die ein Impedanzelement in die Erd- und Steuerleitungsschleife einführen; ein an die Impedanzmeßeinrichtungen angeschlossenes Filter zur Filterung des Prüfsignals und zur Weitergabe eines gefilterten Prüfsignals; auf das gefilterte Prüfsignal

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ansprechende Einrichtungen zur Impulsformung, die ein Defektsignal mit Spannungüimpulsabschnitten erzeugen, die mit Schwingungen des gefilterten Prüfsignals vergleichbar sind; einen Impulsratendiskriminator, der zwischen dem Defektsignal und dem bei einem Impedanzanstieg in der Erd- und Steuerleitungsschleife erzeugten Defektsignal durch Vergleich des Defektsignals mit dem zweiten Zeitinarkensignal unterscheidet und der ein Steuersignal erzeugt, falls ein Defektsignal beim fehlen des zweiten Zeitmarkensignals auftritt; und auf das Steuersignal ansprechende Einrichtungen zur Auslösung der Stromunterbrecher, die ein auslösendes Signal erzeugen, wodurch die Stromunterbrecher des Stromversorgungssystems geöffnet v/erden, wenn eine Leitungsunterbrechung in der Erd- oder Steuerleitungsschleife auftritt.

o. Vorrichtung zur jirdschlußüberwaehung und Auslösung von Stromunterbrechern nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen auf das Prüfsignal und das Fehlersignal ansprechenden Phasendetektor (78), der eine Phasendifferenz zwischen diesen Signalen angibt, die ihrerseits bedeutet, daß der Detektor die Erd- und Steuerleitung nicht überwacht.

9. Vorrichtung zur Erdschlußüberwachung und Auslösung von Stromunterbrechern nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Iiapedanzmessung einen ersten Widerstand, einen zweiten Widerstand und einen weiteren veränderlichen Widerstand enthalten, die zusammen mit der Erd- und Steuerleitung eine Wheatstonesehe Brücke bilden.

10. Vorrichtung zur Krdschlußüberwachung und Auslösung von Stromunterbrechern nach Anspruch 7_f dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen sur Impedanzinessung einen ersten Widerstand, einen ersten veränderlichen Widerstand in Parallelschaltung mit einem Kondensator, und einen zweiten veränderlichen Widerstand umfassen, die zusammen mit der ilrd- und S teuer leitung eine Maxwells ehe .Brücke bilden.

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