DE1788159C3

DE1788159C3 - Device for triggering a relay when a fault current occurs

Info

Publication number: DE1788159C3
Application number: DE19651788159
Authority: DE
Inventors: Ferdy Prof. Grenoble Isere Mayer (Frankreich)
Original assignee: LEAD LAB ELECTRON AUT DAUPH
Current assignee: LEAD LAB ELECTRON AUT DAUPH
Priority date: 1964-07-15
Filing date: 1965-07-15
Publication date: 1980-10-09
Also published as: DE1788159A1; DE1788159B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Auslösung eines Relais bei Auftreten eines Fehlerstroms an einem Differentialtransformator der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to a device for triggering a relay when a fault current occurs on one Differential transformer of the type specified in the preamble of claim 1.

Bei vielen elektrischen Geräten wird ein als Schutzrelais dienendes Relais ausgelöst, wenn dir Fehlerstrom an einem Differentialtransformator einen vorgegebenen Grenzwert erreicht, der nicht überschritten werden darf.With many electrical devices, a relay serving as a protective relay is triggered when you Fault current on a differential transformer specified limit value is reached, which must not be exceeded.

Um die Sicherheit von Personen bei elektrischen Messungen zu gewährleisten, darf der über eine Person fließende Erdschlußstrom nicht mehr als 30 mA betragen. Dies bedingt wiederum, daß das Signal an der Sekundärwicklung des Differentialtransformators nur eine sehr geringe Leistung haben darf und die Auslösung des Relais nur dann sichergestellt ist, wenn dieses Relais sehr empfindlich reagiert. Daraus resultieren jedoch wiederum mit den Forderungen einer industriellen Fertigung nicht zu vereinbarende Schwierigkeiten in bezug auf die Herstellung und Justierung solcher Relais. Weitere Probleme ergeben sich daraus, daß beim Auftreten einer starken Störung, beispielsweise eines Kurzschlusses zwischen Phase und Erde, ein <ehr hoher, in der Größenordnung von mehreren Ampere liegender Fehlerstrom auftreten kann, der im F.xircmfall zu einer Zerstörung eines solchen empfindlichen Relais führt.To ensure the safety of people during electrical measurements, the over one person flowing earth fault current should not be more than 30 mA. This in turn requires that the signal at the Secondary winding of the differential transformer may only have a very low power and the Triggering of the relay is only guaranteed if this relay reacts very sensitively. However, this in turn results in the demands of a industrial manufacturing incompatible difficulties in terms of manufacture and adjustment such relay. Further problems arise from the fact that when a severe disturbance occurs, for example a short circuit between phase and earth, a <or higher fault current of the order of magnitude of several amperes can occur in the event of an accident, this type of sensitive relay will be destroyed.

Es ist bereits eine Einrichtung zur Auslösung eines Relais beim Auftreten eines Fehlerstroms an einem Differentialtransformator bekannt, der über einen Gleichrichter einen Energiespeicher, beispielsweiseIt is already a device for triggering a relay when a fault current occurs on one Differential transformer known, which via a rectifier an energy store, for example einen Kondensator, speist, der wiederum über einen elektronischen Schwellenschalter, insbesondere eine Shocldey-Diode, das Relais erregt Aufgrund dieser Energiespeicherung wird die Auslösung des Relais aucha capacitor, which in turn feeds through a electronic threshold switch, in particular a Shocldey diode, the relay is energized because of this Energy storage will trigger the relay as well bei geringen Fehlerströmen gewährleistet; nachteilig ist jedoch, daß bei hohen Fehlerströmen die im Sekundärkreis des Differentialtransformators vorgesehenen Schalt- und Bauelemente beschädigt oder gar zerstört werden.guaranteed with low fault currents; is disadvantageous However, in the case of high fault currents, those provided in the secondary circuit of the differential transformer Switching and components are damaged or even destroyed.

Um dies zu vermeiden, wird oft parallel zum Ausgang des Differentialtransformators ein spanr.ungsabhängiger Widerstand geschaltet, der die Belastung auf einen Maximalwert begrenzt Beim Auftreten hoher Fehlerströme läßt sich jedoch auch durch diese Maßnahme dieTo avoid this, a voltage-dependent resistor is often connected in parallel to the output of the differential transformer Maximum value limited If high fault currents occur, however, this measure can also reduce the starke Belastung der Sekundärwicklung des Differentialtransformators nicht verhindern.Do not prevent heavy loads on the secondary winding of the differential transformer.

Eine Einrichtung zur Auslösung eines Relais der angegebenen Gattung ist aus der DE-AS 11 65 143 bekannt Dabei wird die Aufladespannung des SpeicherA device for triggering a relay of the specified type is from DE-AS 11 65 143 The charging voltage of the memory is known elementes mittels einer gleichgerichteten Wechselspan nung auf einem vorbestimmten Wert gehalten und erst bei Auftreten eines Fehlerstroms auf die Schwellspannung des elektronischen Schwellenschalters erhöht Dabei wird die Auslösung um so empfindlicher, je mehrelement by means of a rectified alternating chip voltage kept at a predetermined value and only increased to the threshold voltage of the electronic threshold switch when a fault current occurs The triggering becomes more sensitive, the more die Aufladespannung der Schwellspannung angenähert ist, je geringer also die Differenz zwischen dem vorbestimmten Wert der Aufladespaunung und der Schwellspannung des elektronischen Schwellenschalters istthe charging voltage approximates the threshold voltage is, the smaller the difference between the predetermined value of the charging voltage and the Threshold voltage of the electronic threshold switch

Die bei einer solchen Einrichtung verwendeten elektronischen Bauelemente ändern jedoch ihre elektrischen Eigenschaften unter dem Einfluß verschiedener Parameter, wie beispielsweise ihrer Alterung, der Umgebungstemperatur usw. Aus diesem Grunde ist esHowever, the electronic components used in such a device change their electrical properties under the influence of various Parameters such as its aging, ambient temperature, etc. For this reason it is nicht möglich, die Differenz zwischen dem vorbestimmten Wert der Aufladespannung und der Schwellspannung des elektronischen Schwellenschalters zu klein zu machen, da sonst eine unbeabsichtigte Auslösung des Relais verursacht werden könnte.not possible, the difference between the predetermined value of the charging voltage and the threshold voltage of the electronic threshold switch too small otherwise the relay could be triggered unintentionally.

Außerdem besteht die Gefahr, dato bei einer Variation dieser Parameter auch die eigentliche Auslösespannung geändert wird, das heißt, der Auslosezeitpunkt verschoben wird. Dann könnten jedoch bereits Schäden an den zu schützenden Geräten auftreten.In addition, there is a risk that if these parameters vary, the actual triggering voltage will also be changed, that is, the triggering time will be shifted. Then, however, damage to the devices to be protected could already occur.

•t5 Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Auslösung eines Relais bei Auftreten eines Fehlerstroms an einem Differentialtransformator der angegebenen Gattung zu schaffen, die unabhängig von den Eigenschaften der elektroni• t5 The invention is therefore based on the object to create a device for triggering a relay when a fault current occurs on a differential transformer of the specified type, which are independent of the properties of the electronics sehen Bauelemente mit hoher Genauigkeit auslöst.see components with high accuracy triggers.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den UnlerThis object is achieved according to the invention by what is stated in the characterizing part of claim 1 Features solved. Appropriate embodiments are in the Unler ansprächen zusammengestellt.addresses compiled.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen darauf, daß der Aufladespannung des elektrischen Speicherelementes, beispielsweise eines Kondensators, die Spannungsspitzen des Synchronisations-Wechsel-The advantages achieved by the invention are based on the fact that the charging voltage of the electrical Storage element, for example a capacitor, the voltage peaks of the synchronization alternating

signals überlagert sind, wodurch sich kleine Änderungen der Auslösespannung des elektronischen Schwellenschalters nicht mehr so stark bemerkbar machen und deshalb kompensieren lassen; auf diese Weise wird das Relais mit großer Genauigkeit und sicher bei demsignals are superimposed, as a result of which small changes in the trigger voltage of the electronic threshold switch are no longer so noticeable and therefore get compensated; in this way the relay becomes with great accuracy and safe at that

hi eingestellten Wert der Aufladespannung des elektrischen Speicherelementes und damit des entsprechenden Fehlerstroms ausgelöst. Außerdem kann bei diesem schaltungstechnischenhi set value of the charging voltage of the electrical storage element and thus of the corresponding one Fault current triggered. In addition, with this circuitry

Aufbau der elektronische Schwellenschalter in der Nähe des Nulldurchgangs oder beim Nulldurchgang der Stromwelle geöffnet werden, wodurch sich die Beanspruchung dieses Bauelementes weiter verringern läßt.Build up the electronic threshold switch nearby at the zero crossing or at the zero crossing of the current wave, thereby increasing the stress can further reduce this component.

Die Erfindung wird nar Gehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert. Darin zeigtThe invention is based on exemplary embodiments explained with reference to drawings. In it shows

Fig. 1, 2 und 3 Schaltbilder von drei verschiedenen Ausführungsformen einer Vorrichtung, gemäß der Erfindung.Figs. 1, 2 and 3 are circuit diagrams of three different ones Embodiments of a device according to the invention.

In den verschiedenen Zeichnungen sind gleiche oder gleichwertige Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Identical or equivalent elements are given the same reference symbols in the various drawings Mistake.

In der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform stellen 1 und 2 die Leiter eines einphasigen, elektrischen Energieverteilungsnetzes dar. In Serie mit jedem dieser Leiter liegt jeweils eine der Primärwicklungen 3 und 4 eines Differentialtransformators 5. Dieser Transformator besitzt eine dritte Wicklung 6, welche zur Messung des differentiellen Flusses dient, der aus einem Erdschlußstrom resultiert Jede Änderung dieser Sekundärspannung wird durch die Diode 7 gleichgerichtet, weiche sich zur Ladung des Kondensators 9 entsprechend der in der Zeichnung angegebenen Polarität eignetIn the in F i g. 1, 1 and 2 represent the conductors of a single-phase electrical One of the primary windings 3 and 4 is in series with each of these conductors a differential transformer 5. This transformer has a third winding 6, which is used for measurement of the differential flux, which results from a ground fault current. Any change in this secondary voltage is rectified by the diode 7, soft to the charge of the capacitor 9 accordingly the polarity indicated in the drawing

Parallel zu dem vom Kondensator 9 gebildeten elektrischen Energiespeicher ist eine Erregerwicklung 11 eines Auslöserelais angeschaltet, die durch einen kleinen Dauermagnet gerichtet ist (nicht näher bezeichnet) und die in Serie mit einer Schwellendiode 12 liegt. Diese Schwellendiode ist normalerweise gesperrt wenn die Spannung an ihren Klemmen unterhalb einer vorbestimmten Schwelle liegt und sie wird leitend, wenn diese Spannung diese Schwelle übersteigt. Dadurch kann sich der Kondensator 9 über die Wicklung 11 entladen, und durch die Erregung des Relais wird die öffnung des zu schützenden Kreises bewirktAn excitation winding is parallel to the electrical energy store formed by the capacitor 9 11 of a trip relay switched on, which is directed by a small permanent magnet (unspecified) and which is in series with a threshold diode 12. This threshold diode is normally blocked when the voltage at its terminals is below a predetermined threshold and it becomes conductive, when this voltage exceeds this threshold. This allows the capacitor 9 on the Winding 11 is discharged, and the energization of the relay opens the circuit to be protected causes

Es soll hier angeführt werden, daß diese Schutzvorrichtung, die den Speisekreis bei einem Erdschlußstrom von 30 mA öffnen soll, dies allgemein auch dann ausführt, wenn dieser Strom viel höhere Werte, die bis 500 Ampere gehen können, erreicht.It should be mentioned here that this protective device, which the supply circuit in the event of an earth fault current of 30 mA should open, this is generally also carried out when this current is much higher, up to 500 amps.

Man kann gleichermaßen, in einer bestimmten Messung, die von einem höheren Fehlerstrom herrührende Sekundärspannung begrenzen, und zwar durch die Verwendung von Materialien, mit hoher Permeabilität (Permalloy, Mumetall) für den magnetischen Kreis des Transformators, dessen Induktion jedoch verhältnismäßig gering bleibt, wenn der Kreis gesättigt ist.One can also, in a given measurement, the result of a higher fault current Limit secondary stress by using materials with high permeability (Permalloy, Mumetall) for the magnetic circuit of the transformer, but its induction is proportionate remains low when the circle is saturated.

Eine Begrenzung der Differentialspannung kann auch erreicht werden durch Anordnung einer (nicht gezeigten) Miniatur-Neonröhre, beispielsweise vom Typ Ne2, an den Klemmen der Sekundärwicklung 6. Für Erdschlußströme, die 30 mA nicht überschreiten, liegt die Sekundärspannung normalerweise in der Größen-Ordnung von wirksamen 15 V, und die Röhre zündet nicht. Für höhere Fehlerströme kann die Sekundärspannung Impulse aufweisen, deren Scheitelwerte mehrere 100 V erreichen können. In diesem Fall zündet die Röhre, und die Sekundärspannung kann 80 bis 100 V nicht überschreiten, Des weiteren kann das Arbeiten der Neonröhre zur Verwendung der Anordnung zur Messung (die Frequenz des Neonaufleuchtens ist direkt proportional zum Differentialstrom) oder für die Lokalisierung von Erdschlüssen in verschiedenen o5 Anwendungskreisen dienen.The differential voltage can also be limited by arranging a (not shown) Miniature neon tube, for example of the Ne2 type, on the terminals of the secondary winding 6. For Earth fault currents that do not exceed 30 mA, the secondary voltage is normally of the order of magnitude of effective 15 V, and the tube does not ignite. For higher fault currents, the secondary voltage Have pulses whose peak values can reach several 100 V. In this case the Tube, and the secondary voltage cannot exceed 80 to 100 V, furthermore the working of the Neon tube to use the arrangement for measurement (the frequency of the neon lighting up is direct proportional to the differential current) or for the localization of earth faults in different o5 Serving application circles.

Schließlich kann an die Klemmen der Sekundärwicklung (nicht gezeigt) ein Kondensator von niedrigem Wert gelegt werden, der zur Abstimmung der Selbstinduktivität des Transformators 5 auf die Frequenz des Energieverteilungsnetzes dientFinally, a capacitor of low value can be connected to the terminals of the secondary winding (not shown) Value are placed on the coordination of the self-inductance of the transformer 5 to the frequency of the energy distribution network

Um die von der Sekundärwicklung des Differentialtransformators bei hohen Fehlerströmen gelieferten Überspannungen zu begrenzen, wird auf die Überlagerung einer Hilfswechselspannung über die vom Speicherorgan gelieferte Wechselspannung zurückgegriffen. To get from the secondary winding of the differential transformer at high fault currents To limit overvoltages, is based on the superposition of an auxiliary AC voltage on the vom AC voltage supplied to the storage organ is used.

In der Messung, bei der diese Hilfsspannung ein mit der Frequenz der Spannung des Verteilernetzes verbundener periodischer Vorgang ist können bestimmte, besonders bemerkenswerte Besonderheiten der Arbeitsweise der Schutzvorrichtung erhalten werden.In the measurement in which this auxiliary voltage is included the frequency of the voltage of the distribution network is connected to certain periodic processes, particularly noteworthy features of the operation of the protective device received will.

So wird in der F i g. 1 der an den Klemmen des Kondensators 9 auftretenden Gleichspannung — herrührend von dem Auftreten eines Erdschlußstromes in der zu schützenden Einrichtung — die gleichermaßen an die Klemmen einer der Primärwicklungen auftretende Wechselspannung überlagertThus, in FIG. 1 of the DC voltage appearing at the terminals of the capacitor 9 - resulting from the occurrence of a ground fault current in the facility to be protected - the same occurring at the terminals of one of the primary windings AC voltage superimposed

Aufgrund der niedrigen impedanz der Wechseispannungsquelle erhält man also, genau zum benötigten Zeitpunkt einen Spannungsimpuls, der die Zündung der Diode 12 bewirken kann, wodurch die Schaltung gegenüber den Vorzündungsströmen der Schwellendioden oder »Schalter«-Dioden viel unabhängiger wird.Due to the low impedance of the AC voltage source So you get, exactly at the required time, a voltage pulse that ignites the Diode 12 can cause the circuit to oppose the pre-ignition currents of the threshold diodes or "switch" diodes become much more independent.

Es ist offensichtlich, daß das Prinzip der Überlagerung von Wechsel- und Gleichspannungen, wie es bei der F i g. 1 beschrieben wurde, in einfacher Weise auch auf Schaltungen angewendet werden kann, welche Gleichrichterschaltungen mit Spannungsverdopplung verwenden.It is obvious that the principle of superimposition of alternating and direct voltages, as is the case with the F i g. 1 has been described, can also be applied in a simple manner to circuits which Use rectifier circuits with voltage doubling.

Im Fall der Fig.2 wird versucht für die Spannung einen relativ großen Wert zu erhalten, welche dem vorn Fehlerstrom herrührenden Signal überlagert wird. Zu diesem Zweck wird in einem der Leiter des Verteilerkreises — z. B. in 1 — ein kleiner Stromtransformator 19 mit gesättigtem Magnetkreis angebracht. Mittels dieses Transformators erhält man beim Durchgang des Phasenstroms durch Null kurze Impulse von einigen Veit. Die Zündung der Diode 12 wird also genau zu dem Zeitpunkt erreicht an dem der die Schutzvorrichtung durchfliegende Hauptstrom Null ist. Wenn die Auslösezeit des Verriegelungsmechanismus gering gegenüber der Dauer einer Periode ist, wird durch diese Synchronisation trotzdem sichergestellt, daß der zu schützende Kreis sehr nahe beim Durchgang des Stromes durch Null abgeschaltet wird.In the case of FIG. 2, an attempt is made for the voltage to get a relatively large value, which is the one in front Fault current originating signal is superimposed. For this purpose, one of the heads of the distribution circuit is placed in one of the heads - e.g. B. in Fig. 1 - a small current transformer 19 with a saturated magnetic circuit is attached. By means of this Transformer, when the phase current passes through zero, short pulses of a few are obtained Vitus. The ignition of the diode 12 is thus achieved precisely at the point in time at which the protective device is activated main current flowing through is zero. When the release time of the locking mechanism is low compared to the duration of a period, this synchronization ensures that the to protective circuit is switched off very close to the passage of the current through zero.

Dies ist sehr vorteilhaft für das Verhalten der Kontakte des Schalters.This is very beneficial for the behavior of the switch contacts.

Fig.3 zeigt eine Variante des Verfahrens zur Synchronisation der Auslösung. Der gesättigte Transforrritcr 19 der Fig.2 wurde weggelassen, und die Synchronisationsspannung wird aus einer zusätzlichen Sekundärwicklung 20 des Differentialtransformators 5 gewonnen.3 shows a variant of the method for synchronizing the triggering. The saturated transformer 19 of Fig.2 has been omitted, and the The synchronization voltage is generated from an additional secondary winding 20 of the differential transformer 5 won.

Falls nun die Zeit des mechanischen Abschaltens des Schalters relativ wichtig ist, können die Vorteile des Abschaltens des Hauptstromes nahe seines Nulldurchgangs folgendermaßen erhalten werden: Es genügt, wie in Fig.3 dargestellt, eine geeignete, nach dem Synchronisationssignal einstellbare Phasenverschiebung vorzusehen, beispielsweise durch ein System Widerstand-Kapazität 21 und 22.If the time of the mechanical shutdown of the switch is relatively important, the advantages of Switching off the main current near its zero crossing can be obtained as follows: It is sufficient how shown in Figure 3, a suitable phase shift adjustable according to the synchronization signal to be provided, for example by means of a resistance-capacitance system 21 and 22.

Zur Vereinfachung kann man auch die Synchronisa tionsnilfsspannung verwenden, die entweder an den Klemmen einer der Primärwicklungen oder an denFor simplification, you can also use the synchronization auxiliary voltage, which is either sent to the Clamping one of the primary windings or to the

Klemmen der Sekundärwicklung 6 oder an den Klemmen eines Teils dieser letzten Wicklung auftritt.Clamping of the secondary winding 6 or at the terminals of part of this last winding occurs.

Selbstverständlich kann die Schutzvorrichtung gegen die Erdschluüströme auch in mehrphasigen Netzen verwendet werden.Of course, the protective device against earth fault currents can also be used in multi-phase networks be used.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Einrichtung zur Auslösung eines Relais bei Auftreten eines Fehlerstroms an einem Differentialtransformator mit einem von dem Differentialtransformator gespeisten elektrischen Speicherelement, das Ober einen elektronischen Schwellenschalter an das Relais geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem elektrischen Speicherelement (9) eine Quelle (3; 19; 20) zur Erzeugung eines Synchronisations-Wechselsignals angeordnet ist1. Device for triggering a relay at Occurrence of a fault current on a differential transformer with an electrical storage element fed by the differential transformer, the over an electronic threshold switch is connected to the relay, characterized in that in series with the electrical Storage element (9) a source (3; 19; 20) for generating an alternating synchronization signal is arranged

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle zur Erzeugung eines Synchronisations-Wechselsignals eine Wicklung (3) des Differentialtransformators (5) ist (F i g. 1).2. Device according to claim 1, characterized in that the source for generating a The alternating synchronization signal is a winding (3) of the differential transformer (5) (FIG. 1).

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle zur Erzeugung eines Synchronisations-Wechselsignals ein kleiner Stromtransformator (19) mit gesättigtem Kreis ist, der in einem der Liiter (1) des Speisenetzes angeordnet ist (F ig. 2).3. Device according to claim 1, characterized in that the source for generating a Synchronization alternating signal is a small current transformer (19) with a saturated circuit, which in one of the liiter (1) of the feed network is arranged (Fig. 2).

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle zur Erzeugung eines Synchronisations-Wechselsignals eine zusätzliche Sekundärwicklung (20) des Differentialtransformators (5) ist (F i g. 3).4. Device according to claim 1, characterized in that the source for generating a Synchronization alternating signal is an additional secondary winding (20) of the differential transformer (5) (FIG. 3).

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Sekundärwicklung (20) zur Erzeugung eines Synchronisations-Wechselsignals ein durch ein Widerstand-Kapazitäts-Netzwerk gebildetes P.iasenschiebersystem (21,22) verbunden ist (F ig. 3).5. Device according to claim 4, characterized in that the secondary winding (20) for Generation of an alternating synchronization signal by a resistance-capacitance network formed P.iasenschiebersystem (21,22) connected is (Fig. 3).