DE3307443A1

DE3307443A1 - Fault-protection circuit

Info

Publication number: DE3307443A1
Application number: DE19833307443
Authority: DE
Inventors: Karl-Fr. Dr.-Ing. 8520 Erlangen Eichhorn
Original assignee: Datron-Electronic Pichl & Schulte KG; Datron Electronic Pichl & Schulte Kg 6109 Muehltal; Pichl & Schulte Datron Elect
Current assignee: Datron Electronic GmbH
Priority date: 1983-03-03
Filing date: 1983-03-03
Publication date: 1984-09-06
Also published as: DE3307443C2

Abstract

A fault-protection circuit for circuits having fixed or variable frequencies and any desired current waveforms, especially for (domestic) electrical stimulators, having a summing current transformer whose primary windings are located in the operating circuit and whose secondary winding is supplied with AC frequency which is generated by an auxiliary generator. The secondary winding and an amplifier are connected in series with the auxiliary generator which generates the AC frequency, so that, if the summing current transformer is operated exclusively in the linear region and a fault occurs in the operating circuit, the fault impedance is copied on the secondary side. This leads to an increase in the centre-frequency current from the auxiliary generator, which is evaluated for tripping. Alternatively, the premagnetisation can be set by means of the centre-frequency auxiliary generator voltage such that the device operates in the saturation region of the transformer core, the operating-point displacement on the B-H characteristic in the event of an unbalanced fault occurring generating even-numbered harmonics, which are evaluated for tripping.

Description

FehlerschutzschaltungFault protection circuit

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Fehlerschutzschaltung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche Fehlerstromschutzschaltung ist bekannt (DE-AS 25 55 303); und sie verfügt über einen Hilfsgenerator, der über eine erste Hilfswicklung am Summenstromwandler, die auch als Vormagnetisierungswicklung bezeichnet werden kann, diesem eine Wechselstrom-Vormagnetisierung zuführt mit einer Frequenz, die groß gegenüber der Netzfrequenz ist, die bei dem bekannten Fehlerstromschutzschalter die Betriebsfrequenz darstellt.PRIOR ART The invention is based on an error protection circuit according to the genre of the main claim. Such a residual current protection circuit is known (DE-AS 25 55 303); and it has an auxiliary generator that has a first auxiliary winding on the summation current transformer, which is also called the premagnetization winding can be designated, this feeds an alternating current bias with a Frequency that is large compared to the mains frequency, which is the case with the known residual current circuit breaker represents the operating frequency.

Es ist eine weitere Sekundärwicklung vorgesehen, die auf eine Auswerteschaltung arbeitet, die im wesentlichen aus einem Gleichrichter, einem diesem nachgeschalteten RC-Glied mit etwa der Periodendauer der Vormagnetisierungsschwingung entsprechenden Zeitkonstante und einer Diskriminatorschaltung besteht. Bei dieser bekannten Fehlerstromschutzschaltung wird der Effekt ausgenutzt, daß jede Art von Fehlerströmen das durch den Summenstromwandler aufgrund der Vormagnetisierung übertragene mittelfrequente Signal wenigstens kurzzeitig verkleinert. Diese Verkleinerung wird durch die Diskriminatorschaltung zur Anzeige ausgenutzt. Der Betrieb auf der B-H-Kennlinie des Summenstromwandlers muß wenig unterhalb des Sättigungsbereichs erfolgen, und es muß durch die Vormagnetisierung sichergestellt sein, daß dieser Betrieb auch unter allen Umständen aufrechterhalten wird. Nur dann kann ein Fehlerstrom den Arbeitspunkt auf der B-H-Kennlinie so verschieben, daß die in die Auswertewicklung übertragene mittelfrequente Spannung merklich absinkt. Problematisch ist bei der bekannten Fehlerstromschutzschaltung die Möglichkeit, daß nach einem Fehler der magnetische Betriebspunkt auf der B-H-Kennlinie infolge der Remanenz dauernd verschoben sein kann, was später zu Fehlauslösungen führen kann.Another secondary winding is provided which is connected to an evaluation circuit works, which essentially consists of a rectifier and a downstream rectifier RC element with approximately the period duration of the bias oscillation corresponding Time constant and a discriminator circuit. In this known residual current circuit breaker the effect is exploited that each Kind of fault currents that through Medium-frequency transmitted to the summation current transformer due to the premagnetization Signal reduced at least for a short time. This reduction is made by the discriminator circuit used for display. Operation on the B-H characteristic curve of the summation current transformer must be done a little below the saturation range, and it must be due to the bias it must be ensured that this operation is maintained under all circumstances will. Only then can a fault current shift the operating point on the B-H characteristic curve in such a way that that the medium-frequency voltage transmitted into the evaluation winding drops noticeably. The problem with the known residual current circuit breaker is the possibility of that after an error the magnetic operating point on the B-H characteristic curve as a result the remanence can be permanently shifted, which later lead to false tripping can.

Bekannt ist ferner (DE-AS 25 16 320) ein Erdungsfehlerdetektor, der ohne von einem Hilfsgenerator erzeugte Vormagnetisierungsfrequenz arbeitet und den großen Anforderungen an den Wandlerwerkstoff bezüglich der Permeabilität dadurch begegnet, daß die Fehlerströme erfassende Sekundärwicklung durch einen nachgeschalteten Verstärker besonderer Ausgestaltung, nämlich mit sehr niedriger Eingangsimpedanz praktisch wie im Kurzschluß belastet ist. Hierdurch ist der in der Sekundärwicklung aufgrund unausgeglichener Durchflutungen in den Primärwicklungen fließende Strom im wesentlichen unabhängig von der Permeabilität des Stromwandler-Kernmaterials. Nachteilig ist, daß die Auslösezeit wie bei den üblichen elektromechanischen FI-Schutzschaltern an die Betriebsfrequenz, also an die 50 Hz der Netzfrequenz gebunden ist. Zur phasenabhängigen Bewertung des Fehlerstroms ist ein dem Verstärker nachgeschalteter Produktdetektor (Synchrongleichrichter) vorgesehen, mit dem Nachteil einer galvanischen Verbindung zu den die Betriebsfrequenz führenden Leitungen zur Kennung der Phasenlage.Is also known (DE-AS 25 16 320) a grounding fault detector, the works without a bias frequency generated by an auxiliary generator and the great demands on the transducer material in terms of permeability as a result encounters that the fault currents detecting secondary winding through a downstream A special design amplifier, namely with a very low input impedance practically as loaded in the short circuit. This makes the one in the secondary winding current flowing in the primary windings due to unbalanced currents essentially independent of the permeability of the current transformer core material. The disadvantage is that the tripping time is the same as with the usual electromechanical FI circuit breakers is tied to the operating frequency, i.e. to the 50 Hz of the mains frequency. For phase-dependent The fault current is evaluated by a product detector connected downstream of the amplifier (Synchronous rectifier) provided, with the disadvantage of a galvanic connection to the operating frequency leading lines to identify the phase position.

Ferner wird bei einer Einrichtung (DE-AS 25 55 25.5) zur Erfassung von Fehlerströmen beliebiger Stromarten (Gleich-, Wechsel- und Impuls-Gleichstrom-Fehlerströmen) so vorgegangen, daß bei grundsätzlicher Anordnung von mindestens zwei sekundären Hilfswicklungen auf dem Summenstromwandler diesem durch die Vormagnetisierungswicklung eine sowohl eine Wechselstrom- als auch eine Gleichstromkomponente aufweisende. Vormagnetisierung vermittelt wird, so daß im fehlerstromfreien Zustand die Vormagnetisierung zwischen einem Sättigungswert und einem Wert pendelt, der unterhalb der Remanenz-Induktion liegt und eine große Steilheit (db/dll) aufweist. Hierdurch wird zwar gegebenenfalls dem Problem einer dauernden Verschiebung des magnetischen Betriebspunkts auf der B-H-Kennlinie infolge der Remanenz begegnet; allerdings mit erheblichem Aufwand und der Notwendigkeit, bei der Fehlerstromerfassung von Gleichströmen beider Polaritäten mit zwei Summenstromwandlern arbeiten zu müssen.In addition, a device (DE-AS 25 55 25.5) is used to record of residual currents of any type of current (direct, alternating and pulsed direct current residual currents) proceeded so that with a basic arrangement of at least two secondary Auxiliary windings on the summation current transformer through the premagnetization winding one having both an AC and a DC component. Pre-magnetization is conveyed, so that the pre-magnetization in the fault current-free state fluctuates between a saturation value and a value below the remanence induction and has a steep slope (db / dll). This may be the problem of a permanent shift in the magnetic operating point on the B-H characteristic encountered as a result of the remanence; but with considerable effort and the need for fault current detection of direct currents of both polarities having to work with two summation current transformers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fehlerschutzschaltung zu schaffen, die bei sehr hoher Empfindlichkeit ein sicheres Ansprechen auch dann garantiert, wenn Kurvenform, Frequenz, Amplitude des Betriebsstroms großen Veränderungen unterworfen sind. Insbesondere soll die erfindungsgemäße Fehlerstromschutzschaltung zur Uberwachung medizinischer Geräte verwendet werden, bei denen ein Fehlerstrom über den menschlichen Körper fließen kann.The invention is based on the object of an error protection circuit to create a reliable response with very high sensitivity guaranteed when the waveform, frequency, amplitude of the operating current changes significantly are subject. In particular, the fault current protection circuit according to the invention used to monitor medical devices that have a fault current can flow through the human body.

Vorteile der Erfindung Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Durch die hohe Empfindlichkeit und ein extrem großes Verhältnis Betriebsnennstrom zu Fehlernennstrom ergeben sich besondere Vorteile der erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschaltung bei ihrem Einsatz in der Elektrotherapie. Tatsächlich werden in der Elektrotherapie die unterschiedlichsten Ströme angewendet, die im Frequenzbereich zwischen 0 Hz bis etwa 10 KHz rechteckige und sinusförmige Verläufe der Behandlungsströme mit Pausen-Pulsverhältnissen von 1 : 1 bis 100 : 1 und Stromstärken von 1 mA bis 80 mA umfassen. Die erfindungsgemäße Fehlerstromschutzschaltung sichert eine Auslösung bei dieser umfassenden Palette der Betriebsströme, wobei die Auslösung weitestgehend unabhängig von den jeweiligen Reizströmen erfolgt. Es ist ferner möglich, über den Phasenwinkel der Fehlerimpedanz zwischen kapazitiven Unsymmetrien und Fehlern zu unterscheiden, wobei die erfindungsgemäßen Eigenschaften einen Einsatz einer solchen Fehlerstromschutzschaltung auch in anderen Anwendungsbereichen, beispielsweise in Niederspannungsnetzen mit Schutzleitungssystemen ermöglichen.Advantages of the Invention The invention solves this problem with the characterizing features Features of the main claim. Due to the high sensitivity and an extremely large The ratio of nominal operating current to nominal fault current results in particular advantages the fault current protection circuit according to the invention when used in electrotherapy. In fact, a wide variety of currents are used in electrotherapy, the rectangular and sinusoidal in the frequency range between 0 Hz to about 10 KHz Course of the treatment currents with pause pulse ratios from 1: 1 to 100: 1 and currents from 1 mA to 80 mA. The fault current protection circuit according to the invention ensures tripping with this comprehensive range of operating currents, whereby the triggering occurs largely independently of the respective stimulation currents. It is also possible via the phase angle of the fault impedance between capacitive To distinguish asymmetries and errors, with the properties according to the invention the use of such a residual current circuit breaker in other areas of application, for example in low-voltage networks with protective conductor systems.

Die Erfindung setzt zur Realisierung der hochempfindlichen Fehlerstromerkennung elektronische Baukomponenten ein1 da nur diese sicherstellen, daß bei der breiten Anwendungspalette in jedem Fehlerfall ausgelöst wird.The invention relies on the implementation of the highly sensitive fault current detection electronic components as only these ensure that the broad Application palette is triggered in each case of an error.

Die erfindungsgemäße Fehlerstromschutzschaltung arbeitet unabhängig von der Kurvenform und der Frequenz des Betriebsstroms, wobei Fehlauslösungen durch Remanenz im Summenstromwandler ausgeschlossen ind. Es ist lediglich eine Sekundärwicklung erforderlich, die mit einem Hilfsgenerator in Reihe geschaltet ist, der vorzugsweise eine Mittelfrequenz dem Summenstromwandler zuführt. Zur Vermeidung von Fehlauslösungen aufgrund einer Remanenz des Kernmaterials wird der Wandler entweder entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausschließlich im linearen Bereich betrieben oder entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel bereits mit der mittelfrequenten Vormagnetisierung gesättigt. Beide Ausführungsformen ordnen sich der gemeinsamen erfindungsgemäßen Lösung unter, in Reihe mit dem Hilfsgenerator und der Sekundärwicklung auf dem Summenstromwandler einen als stromgesteuerte Spannungsquelle beschalteten Verstärker zu schalten, der die Sekundärwicklung kurzschließt.The residual current protection circuit according to the invention works independently on the waveform and the frequency of the operating current, with false tripping due to Remanence in the summation current transformer excluded ind. It is just one Secondary winding required, connected in series with an auxiliary generator is, which preferably feeds a medium frequency to the summation current transformer. To avoid of false tripping due to a remanence of the core material, the converter will either according to a first embodiment of the invention exclusively in the linear Area operated or already with a second embodiment the medium-frequency bias is saturated. Both embodiments arrange the common solution according to the invention under, in series with the auxiliary generator and the secondary winding on the summation current transformer as a current-controlled voltage source to switch connected amplifier, which short-circuits the secondary winding.

Fehlauslösungen durch Einkopplungen (Störungen) lassen sich weitestgehend vermeiden, wenn nur ein schmales mittelfrequentes Frequenzband ausgewertet wird; unter Umständen kann dies erst die Verwendung von Schutzeinrichtungen großer Empfindlichkeit ermöglichen.False tripping due to coupling (interference) can be largely avoided avoid if only a narrow medium-frequency frequency band is evaluated; under certain circumstances this can only be achieved with the use of highly sensitive protective devices enable.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Fehlerstromschutzschaltung möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous Developments and improvements of the residual current protection circuit specified in the main claim possible.

Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematisierten Blockschaltbildes bei Betrieb des Wandlers im linearen Bereich der B-H-Kennlinie und Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung, ebenfalls in Form eines schematisierten Blockschaltbildes, bei Betrieb des Wandlers im Sättigungsbereich und Fehlerauslösung durch Auswertung von Oberschwingungen; Fig. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Beschaltung des betriebsfrequenten Sternpunktes,und Fig. 4 zeigt ein bevorzugtes Auwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschaltung bei einem Reizstromgerät.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it: Fig. 1 shows a first embodiment of the invention in the form of a schematic block diagram when the converter is operating in the linear range of the B-H characteristic curve and FIG. 2 shows a second Embodiment of the invention, also in the form of a schematic block diagram, when the converter is operated in the saturation range and error triggered by evaluation of harmonics; Fig. 3 shows a possible embodiment of the circuit of the operating-frequency star point, and FIG. 4 shows a preferred area of application the fault current protection circuit according to the invention in a stimulation current device.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zwischen eine Versorgungseinrichtung, deren Betriebsgenerator mit 1 bezeichnet ist, und die auf eine Last 11 arbeitet, die Schutzeinrichtung geschaltet, die einen Summenstromwandler 3 umfaßt, jeweils mit Primärwicklungen 3a für den Betriebsstromkreis und einer Sekundärwicklung 3b für den Hilfsstromkreis. Damit die Fehlerstromschutzschaltung unabhangig von der Kurvenform, der Frequenz und der Amplitude des Betriebsstromkreises 1, 3a, 3b, 11 arbeitet, ist der ilfsgnerator 4 vorgesehen, der über die Sekundärwicklung 3b mit dem Summenstromwandler verbunden ist. Der Hilfsgenerator 4 liefert vorzugsweise eine konstante Spannung Um mit einer Frequenz, die zweckmäßigerweise etwa zwischen 1 bis 20 KHz liegt, so daß noch übliche Kernmaterialicn für den Summenstromwandler verwendet werden können.Description of the exemplary embodiments In that shown in FIG Embodiment is between a supply device, its operating generator is denoted by 1, and which works on a load 11, the protective device switched, which comprises a summation current transformer 3, each with primary windings 3a for the operating circuit and a secondary winding 3b for the auxiliary circuit. So that the residual current circuit breaker regardless of the waveform, frequency and amplitude of the operating circuit 1, 3a, 3b, 11 works, the auxiliary generator 4 is provided, which is via the secondary winding 3b is connected to the summation current transformer. The auxiliary generator 4 preferably delivers a constant voltage Um with a frequency which is advantageously approximately between 1 to 20 KHz, so that the usual core materials for the summation current transformer can be used.

Die Frequenz des Hilfsgenerators wird im folgenden als Mittelfrequenz zum bezeichnet, wobei der mittelfrequente Strom in k-einem Fall Schädigungen bei Menschen verursachen und insbesondere auch kein Herzkammerflimmern.auslösen kann.The frequency of the auxiliary generator is referred to below as the center frequency to the referred to, with the medium-frequency current in k-one case damage to humans and, in particular, cannot trigger ventricular fibrillation.

Vorzugsweise ist der Hilfsgenerator 4 als Spannungsquelle ausgebildet; er liefert also eine konstante Spannung, wobei die Auswertung über den Strom erfolgt. In diesem Fall ist ein mit dem Hilfsgeneråtor 4 und der Sekundärwicklung 3b in Reihe geschalteter Verstärker 5 als stromgesteuerte Spannungsquelle ausgebildet und kann wirkungsmäßig auch als Strom/Spannungswandler bezeichnet werden. Es ist aber auch ein duales Vorgehen möglich, so daß der Hilfsgenerator ein Stromgenerator ist und die an der Sekundärwicklung anstehende mittelfrequente Spannung ausgewertet wird. Dabei entfällt allerdings der Vorteil, daß die Sekundärwicklung praktisch im Kurzschluß betrieben wird.The auxiliary generator 4 is preferably designed as a voltage source; it therefore supplies a constant voltage, with the evaluation being carried out via the current. In this case one is in series with the auxiliary generator 4 and the secondary winding 3b switched amplifier 5 designed as a current-controlled voltage source and can can also be referred to effectively as a current / voltage converter. It is also a dual approach is possible, so that the auxiliary generator is a current generator and the medium-frequency voltage applied to the secondary winding is evaluated. In this case, however, there is no advantage that the secondary winding is practically short-circuited is operated.

Im ungestörten Betrieb heben sich die Durchflutungen der Primärwicklungen auf, und der Betriebs- und der Hilfsstromkreis (Mittelfrequenz) sind entkoppelt. Bei einem Fehler, der in Fig. 1 durch die Fehlerimpedanz 12 dargestellt ist, fließt ein Teil des Stroms über die Sternpunktimpedanz 2 zurück. De flurchflutungen heben sich dann nicht mehr auf, und die beiden Stror,ireise (Betriebsstromkreis 1, 3a, 11 und Hilfsstromkreis 4,i3b, 5) sind gekoppelt.In undisturbed operation, the flow through the primary windings increases and the operating and auxiliary circuits (medium frequency) are decoupled. In the event of a fault, which is represented in FIG. 1 by the fault impedance 12, flows part of the current via the neutral point impedance 2 back. De floods lift then no longer appear, and the two currents, ireise (operating circuit 1, 3a, 11 and auxiliary circuit 4, i3b, 5) are coupled.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung werden Fehlaus«lgsungen durch eine Remanenz des Kernmaterials dadurch vermieden, daß der Summenstromwandler 3 ausschließlich im linearen Bereich seiner B-H-Kennlinie betrieben ird. Zu diesem Zweck ist der Hilfsgenerator 4 in seiner Amplitude so eingestellt, daß der Summenstromwandler 3 im fehlerfreien Fall nicht gesättigt wird. Die Sekundärspule 3b des Summenstromwandlers 3 ist über den Verstärker 5 kurzgeschlossen. Tritt ein Fehler auf, dann fließt auch ein mittelfrequenter Strom über die Fehlerimpedanz 12. Mit anderen Worten, die Fehlerimpedanz wird auf die Sekundärseite abgebildet. Der mittelfrequente Strom im Hilfsstromkreis steigt entsprechend an. Dieser vom Verstärker 5 erfaßte Stromanstieg kann entweder direkt oder nach Filterung, Gleichrichtung am Gleichrichter 6, Glättung am Glättungsblock 7 und Uberschreiten eines Schwellwertes an einer Schwellwertvergleichsschaltung 8 ein Relais 9 auslösen. Uber die Relais-Trennkontakte 9a ergibt sich eine umgehende Auftrennung des Betriebsstromkreises.In the first exemplary embodiment shown in FIG. 1, this is the present one Invention, incorrect solutions are thereby caused by a remanence of the core material avoided that the summation current transformer 3 only in the linear range of its B-H characteristic is operated. For this purpose, the auxiliary generator 4 is in his Amplitude adjusted so that the summation current transformer 3 does not work in the error-free case saturated will. The secondary coil 3b of the summation current transformer 3 is short-circuited via amplifier 5. If an error occurs, there is also flow a medium frequency current across the fault impedance 12. In other words, the fault impedance is mapped to the secondary side. The medium-frequency current in the auxiliary circuit increases accordingly. This current increase detected by the amplifier 5 can either directly or after filtering, rectification on rectifier 6, smoothing on smoothing block 7 and exceeding a threshold value on a threshold value comparison circuit 8 trigger a relay 9. An immediate result is obtained via the relay isolating contacts 9a Separation of the operating circuit.

Wird anstelle des Gleichrichters 6 ein Synchrongleichrichter verwendet, der von der Mittelfrequenz des Hilfsgenerators 4 angesteuert ist, dann läßt sich hierdurch die Phasenlage des mittelfrequenten Stroms bewerten. Es ist dann ohne Bezug zum Betriebsstromkreis möglich, den Phasenwinkel der Fehlerimpedanz 12 zu erkennen und so beispielsweise zwischen kleinen ohm'schen Fehlerströmen und relativ großen kapazitiven Ableitströmen zu unterscheiden. Ist ergänzend noch ein Phasenschieber 10 in der Ansteuerverbindung zum Synchrongleichrichter 6 vorgesehen, dann lassen sich beliebige Phasenwinkel hierdurch auswerten. Auf jeden Fall wird nach der ersten Periode der Mittelfrequenz im Falle eines Fehlers ausgelöst, wobei der betriebsfrequente Fehlerstrom nicht zur Auslösung beiträgt.If a synchronous rectifier is used instead of rectifier 6, which is controlled by the center frequency of the auxiliary generator 4, then can thereby evaluate the phase position of the medium-frequency current. It is then without Reference to the operating circuit possible, the phase angle of the fault impedance 12 to and so, for example, between small ohmic fault currents and relative to differentiate between large capacitive leakage currents. Is also a phase shifter 10 provided in the control connection to the synchronous rectifier 6, then leave evaluate any phase angle as a result. Definitely will after the first Period of the center frequency triggered in the event of an error, with the operating frequency Residual current does not contribute to tripping.

Es werden alle Leiter des Betriebsstromkreises, also auch die Rückleiter, gleichmäßig geschützt, was u.a. für Geräte mit Steckvrbindungn wichtig ist. Bei einem üblichen Fehlerstromschutzschalter wird ein Fehler zwischen Rückleiter und Schutzleiter nicht erkannt, da kein Fehlerstrom fließt. Falls ein weiterer Fehler zwischen einem Hinleiter und dem Schutzleiter auftritt, teilt sich der Strom durch die Fehlerimpedanz auf den Rückleiter und den Schutzleiter auf. Der Summenstrom durch den Wandler ist daher kleiner als der Strom durch die Fehlerimpedanz. Dabei kann es vorkommen, daß der Schalter nicht auslöst.All conductors of the operating circuit, including the return conductors, are Evenly protected, which is important for devices with plug connections, among other things. at a common residual current circuit breaker is a fault between the return conductor and Protective conductor not recognized because no fault current is flowing. If another mistake occurs between a forward conductor and the protective conductor, the current divides the fault impedance on the return conductor and the protective conductor. The total current through the converter is therefore smaller than the current through the fault impedance. Included it can happen that the switch does not trip.

Dies kann bei dem ersten Ausführungsbeispiel nicht geschehen, da bereits der erste Fehler zwischen Rückleiter und Schutzleiter erkannt wird. Durchaus vorkommende Montagefehler wie die Verbindung von Rückleiter und Schutzleiter im Schutzbereich des Schalters werden selbsttätig entdeckt.This cannot happen in the first exemplary embodiment, since already the first fault between the return conductor and protective conductor is detected. Quite common Installation errors such as the connection of the return conductor and protective conductor in the protection zone of the switch are detected automatically.

Ferner ist es entsprechend der Darstellung der Fig. 3 möglich, den Sternpunkt so zu beschalten, daß für die Betriebs- und für die Mittelfrequenz jeweils unterschiedliche Verhältnisse vorliegen, beispielsweise durch Parallel-bzw. Serienresonanz. In diesem Fall setzt. sich die Sternpunktimpedanz aus der Parallelschaltung eines Serienresonanzkreises 14 (Kondensator Cs mit Spule Ls) und eines Parallelresonanzkreises 15 (Parallelkondensator Cp mit Spule Lp) zusammen, wodurch es möglich ist, beispielsweise den betriebsfrequenten Fehlerstrom weitestgehend zu unterdrücken und den mittelfrequenten zu verstärken. Gegebenenfalls kann bei Netzen die Leitererdkapazität den Parallelkondensator Cp ganz oder teilweise ersetzen.Furthermore, it is possible according to the illustration of FIG. 3, the To connect the star point in such a way that for the operating frequency and for the medium frequency, respectively different relationships exist, for example by parallel or. Series resonance. In this case, continues. the neutral point impedance from the parallel connection of a Series resonant circuit 14 (capacitor Cs with coil Ls) and a parallel resonant circuit 15 (parallel capacitor Cp with coil Lp) together, which makes it possible, for example to suppress the operating-frequency fault current as far as possible and the medium-frequency to reinforce. If necessary, the conductor earth capacitance can be the parallel capacitor in networks Replace all or part of the Cp.

Die andere mögliche Ausführungsform vorliegender Erfindung stellt zur Vermeidung einer Fehlauslösung durch Remanenz des Kernmaterials nach großen Induktionen- darauf ab, daß der Wandlerkern bereits durch die mittelfrequente Vormagnetisierung, wie sie von dem Hilfsgenerator 4' (siehe Fig. 2) geliefert wird, gesättigt wird. Auch in diesem Fall sind dann Fehlauslösungen durch Remanenzen wie im ersten Ausführungsbeispiel ausgeschlossen, und der Aufbau der Schaltung entspricht in etwa dem Ausführ.ungsbeispiel der Fig. 1, so daß für die wesentlichen in gleicher Weise mit den gleichen Funktionen arbeitende und entsprechend geschaltete Baukomponenten auch die gleichen Bezugszeichen, lediglich unterschieden durch einen Beistrich oben, verwendet sind.The other possible embodiment of the present invention is to avoid false tripping due to remanence of the core material after large Induction - depends on the fact that the converter core is already due to the medium-frequency premagnetization, as they are from the auxiliary generator 4 '(see Fig. 2) is delivered, becomes saturated. In this case, too, there are false triggers due to remanences such as excluded in the first embodiment, and the structure of the circuit corresponds in about the Ausführungs.ungsbeispiel of Fig. 1, so that for the essential in the same Way with the same functions working and correspondingly switched components also the same reference numbers, only distinguished by a comma above, are used.

Entscheidend ist, daß bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die infolge der nichtlinearen B-H-Kennlinie des Summenstromwandlers entstehenden Oberschwingungen ausgenutzt werden. Im ungestörten Betrieb entstehen wegen der Zentralsymmetrie der B-H-Kennlinie nur ungradzahlige Oberschwingungen. Zum Verständnis der weiteren Erläuterungen sei zunächst vereinfachend angenommen, daß im Betriebsstromkreis Glcichstrom fließt. Bei einem unsymmetrischen Fehler wird, wie ohne weiteres einzusehen ist, der Arbeitspunkt auf der B-H-Kennlinie verlagert, so daß zusätzlich zu den ungradzahligen Oberschwingungen auch geradzahlige Oberschwingungen entstehen; die Erfindung stellt auf das Erfassen solcher geradzahliger Oberschwingungen ab und filtert aus dem vorhandenen, im Fehlerfall am Verstärker 5' anliegenden Spektrum eine entsprechende Frequenz aus.It is crucial that in the embodiment of FIG. 2, the result harmonics arising from the non-linear B-H characteristic of the summation current transformer be exploited. In undisturbed operation, the B-H characteristic curve only uneven harmonics. To understand the further explanations For the sake of simplicity, let us first assume that direct current flows in the operating circuit. In the case of an asymmetrical fault, as can be readily seen, the operating point becomes shifted on the B-H curve, so that in addition to the odd harmonics Even harmonics arise; the invention focuses on sensing such even-numbered harmonics and filters from the existing ones in the event of an error at the amplifier 5 'applied spectrum from a corresponding frequency.

Im allgemeinen Fall sind im Betriebs stromkreis andere Frequenzen als o = 0 vertreten, und es entstehen anstelle der geradzahligen Oberschwingungen entsprechende Mischprodukte. Wird mit dem Filter 13 zwischen dem Verstärker 5' und dem Gleichrichter 6' aus dem Spektrum vorzugsweise eine der größten Spektrallinien, beispielsweise 2Um +49b m ausgefiltert und wie weiter vorn schon erläutert ausgewertet, dann ergibt sich eine Auslösung, allerdings erst dann, wenn der betriebliche Fehlerstrom eine eingestellte Schwelle überschritten hat. Bei veränderlicher Betriebsfrequenz muß das Filter eine dementsprechende Bandbreite aufweisen.In the general case there are other frequencies in the operating circuit represented as o = 0, and instead of the even-numbered harmonics arise corresponding mixed products. Is used with the filter 13 between the amplifier 5 'and the rectifier 6 'from the spectrum, preferably one of the largest spectral lines, For example, 2Um + 49b m filtered out and evaluated as already explained above, then tripping occurs, but only when the operational fault current a discontinued Exceeded the threshold. With changeable Operating frequency, the filter must have a corresponding bandwidth.

Bei dieser letzten Ausführungsform wird unter Ausnutzung des nichtlinearen Bereichs der B-H-Kennlinie des Summenstromwandlers nur ausgelöst, wenn ein betriebsfrequenter Fehlerstrom eine vorgegebene Schwelle überschreitet; diese Schutzeinrichtung ist daher ein Fehlerstromschutzschalter in der eigentlichen Bedeutung dieser Einrichtung.This last embodiment takes advantage of the non-linear Area of the B-H characteristic curve of the summation current transformer only triggered if an operating frequency Fault current exceeds a predetermined threshold; this protective device is hence a residual current circuit breaker in the real meaning of this facility.

Beide Ausführungsformen vorliegender Erfindung arbeiten unter der Voraussetzung von Ob < Um (Betriebsstromfrequenz m ist kleiner als die Mittelfrequenz des Hilfsgenerators) unabhängig von der Frequenz und der Kurvenform des Betriebsstromkreises. Fehlauslösungen durch Einkoppelungen lassen sich weitestgehend vermeiden, wenn nur ein schmales mittelfrequentes Frequenzband zur Auslösung herangezogen wird. Bei der ersten Ausführungsform vorliegender Erfindung, die den linearen Bereich der B-H-Kennlinie ausnützt, hängt die Fehlerauslösung auch nicht von der Amplitude des Betriebsstromkreises ab, wodurch es möglich ist, entsprechend Fig. 3 den Sternpunkt so zu beschalten, daß der betriebsfrequente Fehlerstrom praktisch unterdrückt und der mittelfrequente angehoben und gut ausgewertet werden kann. Vorteilhafterweise kann der Rückleiter mit überwacht werden.Both embodiments of the present invention operate under the Prerequisite for Ob <Um (operating current frequency m is less than the mean frequency of the auxiliary generator) regardless of the frequency and the waveform of the operating circuit. Incorrect tripping due to coupling can be avoided as far as possible, if only a narrow, medium-frequency frequency band is used for triggering. at of the first embodiment of the present invention, which covers the linear range of the If the B-H characteristic is used, the triggering of the error does not depend on the amplitude of the Operating circuit from, which makes it possible, according to FIG. 3, the star point to be wired in such a way that the operating-frequency fault current is practically suppressed and the medium-frequency can be raised and evaluated well. Advantageously the return conductor can also be monitored.

Beide Ausführungsformen eröffnen neue Einsatzmöglichkeiten dort, wo bisher verwendete und auch einwandfrei arbeitende elektromagnetische Fehlerstromschutzschalter nicht mehr oder-nur noch mit Schwierigkeiten einsetzbar sind, also beispielsweise in Körperstromkreisen von Reizstromgeräten oder bei Netzen mit Schutzleitungssystemen und isolierten Sternpunkten. Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen lassen sich auch bei mehr als zwei Leiter des Betriebsstromkreises anwenden.Both designs open up new possible uses wherever Electromagnetic residual current circuit breaker used up to now and also working perfectly can no longer or only be used with difficulty, for example in body circuits of electrical stimulation devices or for networks with Protective line systems and isolated star points. The embodiments of the invention can also be used with more than two conductors in the operating circuit.

Die Darstellung der Fig. 4 zeigt schließlich noch die Anwendung einer erfindungsgemäßen Fehlerschutzschaltung, wie sie im Ganzen mit 20 bezeichnet ist, bei einem Reizstromgerät 19, das an eine Netzversorgung angeschlossen ist.The illustration in FIG. 4 finally shows the application of a fault protection circuit according to the invention, as it is designated as a whole with 20, in the case of a stimulation current device 19 which is connected to a mains supply.

Der Fehlerstrom IF fließt durch auf den Körper des Patienten aufgelegte Körperelektroden 21 durch den Patienten zurück entweder zur Netzversorgung oder zum Reizstromgerät, kann aber durch die erfindungsgemäße Fehlerstromschutzschaltung innerhalb einer Periode der Mittelfrequenz ausgewertet und abgeschaltet werden, so daß eine Gefährdung des Patienten ausgeschlossen ist. Dabei können sowohl Fehler im Netzteil, z. B. eine Verbindung zwischen Primär- und Sekundärwicklung des Netztransformators sowie Fehler im Reizstromgerät, z.B. eine unzulässige Verbindung der Elektronik mit dem Gehäuse festgestellt werden.The fault current IF flows through which is applied to the patient's body Body electrodes 21 by the patient either back to the mains supply or to the stimulation current device, but can through the residual current protection circuit according to the invention are evaluated and switched off within one period of the medium frequency, so that there is no risk to the patient. Both errors in the power supply, e.g. B. a connection between the primary and secondary winding of the mains transformer as well as faults in the stimulation current device, e.g. an impermissible connection of the electronics to be determined with the housing.

Claims

Patentansprüche Fehlerschutzschaltung für Stromkreise mit festen oder veränderlichen Frequenzen und beliebigen Stromformen, insbesondere für (Heim-)Reizstromgeräte für die transkutane Reizstromtherapie, mit einem Summenstromwandler, dessen Primärwicklungen im Betriebsstromkreis liegen und dessen Sekundärwicklung von einem Hilfsgenerator eine Wechselstromfrequenz zugeführt wird, die grö-Der als die Betriebsstromfrequenz ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei lediglich einer an den Summenstromwandler (3) angeschlossenen Sekundärwicklung (3a) diese mit dem Hilfsgenerator (4) und einem Verstärker (5, 5') in Reihe geschaltet ist, der im Falle der Lieferung einer konstanten Spannung durch den Hilfsgenerator (4) als stromgesteuerte Spannungsquelle beschaltet ist bzw. als (invertierender) Verstärker im Falle der Ausbildung des Hilfsgenerators als Stromgenerator.Claims fault protection circuit for circuits with fixed or variable frequencies and any form of current, especially for (home) electrical stimulation devices for transcutaneous stimulation current therapy, with a summation current transformer, its primary windings lie in the operating circuit and its secondary winding from an auxiliary generator an alternating current frequency is supplied which is greater than the operating current frequency is characterized in that if only one is connected to the summation current transformer (3) connected secondary winding (3a) this with the auxiliary generator (4) and a Amplifier (5, 5 ') is connected in series, which in the case of delivery of a constant Voltage connected by the auxiliary generator (4) as a current-controlled voltage source is or as an (inverting) amplifier in the case of the formation of the auxiliary generator as a power generator.

2. Fehlerschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsgenerator (4) in seiner Amplitude derart eingestellt ist, daß der Summenstromwandler (3) im fehlerfreien Fall im linearen Bereich seiner B-H- Kennlinie betrieben wird, wobei bei einem Fehler auch ein mittelfrequenter Fehlerstrom mit entsprechendem Anstieg im Hilfsstromkreis fließt, der über den angeschlossenen Verstärker (5) zur Auslösung eines Schutzrelais (9) auswertbar ist.2. Fault protection circuit according to claim 1, characterized in that that the auxiliary generator (4) is set in its amplitude such that the summation current transformer (3) in the error-free case in the linear range of its B-H- curve is operated, with a medium-frequency fault current also in the event of a fault corresponding increase in the auxiliary circuit flows through the connected amplifier (5) can be evaluated to trigger a protective relay (9).

3. Fehlerschutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (5) entweder direkt auf das Auslöserelais (9) arbeitet oder der sich im Fehlerfall am Verstärkerausgang ergebende mittelfrequente Strom gefiltert, gleichgerichtet, geglättet und einer Schwellwertvergleichsschaltung (8) zugeführt ist.3. Fault protection circuit according to claim 1 or 2, characterized in that that the amplifier (5) either works directly on the trip relay (9) or the medium-frequency current resulting from a fault at the amplifier output filtered, rectified, smoothed and fed to a threshold value comparison circuit (8) is.

4. Fehlerschutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (6) als Synchrongleichrichter ausgebildet ist, bezogen auf die Phasenlage des mittelfrequenten Stroms des Hilfsgenerators (4) derart, daß ohne Bezug zum Betriebs stromkreis der Phasenwinkel der Fehlerimpedanz (12) zur Unterscheidung zwischen ohmschen Fehlerströmen und kapazitiven Ableitströmen auswertbar ist.4. Fault protection circuit according to claim 3, characterized in that that the rectifier (6) is designed as a synchronous rectifier, based on the phase position of the medium-frequency current of the auxiliary generator (4) such that without Relation to the operating circuit of the phase angle of the fault impedance (12) for differentiation between ohmic fault currents and capacitive leakage currents can be evaluated.

5. Fehlerschutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchrongleichrichter (6) über einen Phasenschieber (10) von der Mittelfrequenz des Hilfsgenerators (4) angesteuert ist zur Auswertung beliebig vorgebbarer Phasenwinkel.5. Fault protection circuit according to claim 3, characterized in that that the synchronous rectifier (6) via a phase shifter (10) from the medium frequency of the auxiliary generator (4) is controlled for the evaluation of any given phase angle.

6. Fehlerschutzschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sternpunkt mit auf die Betriebsfrequenz bzw. auf die Mittelfrequenz des Hilfsgenerators (4) abgestimmten Parallel-bzw. Serienresonanzkreisen (15, 14) beschaltet ist, derart, daß bei Unterdrückung des betriebsfrequenten Fehlerstroms der mittelfrequente Auslösestrom verstärkt wird.6. Fault protection circuit according to one or more of claims 1 up to 5, characterized in that the star point is linked to the operating frequency or parallel or matched to the center frequency of the auxiliary generator (4). Series resonance circles (15, 14) is connected in such a way that that with suppression of the operating frequency Fault current the medium-frequency tripping current is amplified.

7. Fehlerschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsgenerator (4) in seiner Amplitude derart eingestellt ist, daß der Kern des Summenstromwandlers durch die mitteifrequente Vormagnetisierung gesättigt wird, wobei ur Fehlerauslösung infolge der niöhtlinearen B-H-Kennlinie entstehende Oberschwingungen bzw. entsprechende Mischprodukte ausgenutzt werden. 7. Fault protection circuit according to claim 1, characterized in that that the auxiliary generator (4) is set in its amplitude such that the core of the summation current transformer is saturated by the mid-frequency premagnetization, where for fault tripping as a result of the non-linear B-H characteristic, resulting harmonics or appropriate mixed products are used.

8. Fehlerschutzschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der Verlagerung des Arbeitspunktes auf der B-H-Kennlinie bei Auftreten eines unsymmetrischen Fehlers im Betriebsstromkreis aus der Zentralsymmetrie heraus Mischprodukte der Betriebsfrequenz mit geradzahligen Oberschwingungen der Mittelfrequenz entstehen und über ein zwischengeschaltetes'Filter (13) mit einer Bandbreite entsprechend dem Spektrum des Betriebsstroms Xur Auslösung ausgewertet,werden.8. Fault protection circuit according to claim 7, characterized in that that due to the shift of the operating point on the B-H characteristic curve when it occurs an asymmetrical fault in the operating circuit out of the central symmetry Mixed products of the operating frequency with even harmonics of the medium frequency arise and via an interposed'Filter (13) with a bandwidth accordingly the spectrum of the operating current X for tripping can be evaluated.

9. Fehlerschutzschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem Verstärker (5') und dem Gleichrichter (6') geschaltete Filter (13) aus dem Spektrum eine größere Spektrallinie (2um + +b mit entsprechender Bandbreite ausfiltert und dem Auslöserelais (9') zuführt. 9. Fault protection circuit according to claim 8, characterized in that that the filter connected between the amplifier (5 ') and the rectifier (6') (13) a larger spectral line from the spectrum (2um + + b with a corresponding bandwidth filters out and supplies the trip relay (9 ').

10. Fehlerschutzschaltung n Al einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß\Fehla01slösungen durch Einkoppelungen weitestgehend dadurch vermieden werden, daß nur ein schmales mittelfrequentes Frequenzband ausgewertet wird.10. Fault protection circuit n Al one of claims 1 to 9, characterized characterized that \ incorrect solutions through coupling largely thereby it is avoided that only a narrow medium-frequency frequency band is evaluated will.

11. Fehlerschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückleiter des Betriebsstromkreises ebenfalls überwacht wird.11. Fault protection circuit according to one of claims 1 to 10, characterized characterized in that the return conductor of the operating circuit is also monitored will.