AT501707A2

AT501707A2 - Verfahren und vorrichtung zur erkennung eines gleichstromanteils in einem ein- oder mehrphasennetz

Info

Publication number: AT501707A2
Application number: AT4662005A
Authority: AT
Inventors: Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss; Karl Dipl Ing Dr Edelmoser
Original assignee: Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2006-10-15
Also published as: AT501707B1

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung eines Gleichstromanteils in einem
Ein- oder Mehrphasennetz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Gleichanteils in einem Ein- oder Mehrphasennetz bzw. eine Vorrichtung bestehend aus einem Magnetkreis mit stark arbeitpunktabhängigem Magnetmaterial, auf dem die Wicklung einer Spule aufgebracht ist, wobei alle Leitungen des zu überwachenden Ein- oder Mehrphasennetzes durch den Magnetkern ein- oder mehrmals gesteckt werden.
Besonders bei der Einspeisung in das Netz sind Gleichstromanteile zu vermeiden. Übersteigt die Gleichstromkomponente einen bestimmten Wert, so sollte eine Abtrennung vom Netz erfolgen. Man benötigt also einen Fehlerstromschutzschalter, der bei Überschreiten eines bestimmten vorgegebenen Gleichstromwerts eine Netztrennung vornimmt.

Es wird nun folgendes Verfahren zur Erkennung eines Gleichanteils vorgeschlagen. Die Anschlussleitungen des zu überwachenden Stromkreises werden in bekannter Weise durch einen Magnetkreis geführt. Auf diesem befindet sich eine Wicklung, die die Spule eines LCOszillators darstellt. Die Frequenz des Oszillators wird im Wesentlichen durch die wirksame
Kapazität und die verwendete Induktivität gemäss f (i) = / - - - festgelegt. Die
2[pi] L i) 'C
Betriebsspannung des Oszillators ist klein gewählt, sodass die Aussteuerung des Magnetkerns nur gering ist.

Kommt es nun zu einem Gleichstromanteil im Strom, so verschiebt sich der Arbeitspunkt der Oszillatorwicklung und durch die Nichtlinearität des Magnetkreises kommt es zu einer Veränderung der Induktivität und daher zu einer Veränderung der Oszillatorfrequenz. Übersteigt die Änderung der Frequenz einen bestimmten Wert, so kann man über einem Komparator eine Trennung des Stromkreises veranlassen. Eine sehr einfache Möglichkeit die Frequenzänderung zu erfassen ist eine PLL. Die VCO Frequenz der PLL ist im eingerasteten Zustand proportional (wenn in der Rückführung ein Frequenzteiler eingebaut ist) oder gleich der Eingangsfrequenz. Eine Änderung der Frequenz am Eingang erzeugt daher eine Änderung der Spannung am Eingang des VCO.

Diese kann leicht mit einem Komparator überwacht werden und damit der Ausschaltvorgang eingeleitet werden.
Um eine starke Abhängigkeit der Induktivität und daher der Frequenz vom Messstrom zu erzielen, kann man einen entsprechend geformten Luftspalt in den Magnetkreis einbauen. Die Kernmaterialien haben einen über den Querschnitt konstanten Luftspalt. Dadurch bleibt der Induktivitätswert unabhängig vom durchfliessenden Strom konstant (solange die Spule nicht in Sättigung kommt). Macht man jedoch den Luftspalt nicht gleichmässig, sondern über den
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Mit steigendem Strom wird der entstehende Fluss immer mehr auch über den Luftbereich fliessen, der Kembereich in unmittelbarer Nähe dieses Luftbereichs wird sich zu sättigen beginnen und das vom magnetischen Fluss durchflossene Luftvolumen wird grösser. Mit der Vergrösserung des Luftspalts kommt es zu einer Verringerung des AL- Werts und damit zu einer Verringerung des Induktivitäts wertes. Durch die Veränderung der Luftspaltform erreicht man für kleine Ströme einen grösseren Induktivitätswert, der sich mit zunehmendem Strom verringert.
Der Luftspalt des Eisenkerns hat also keine konstante Luftspaltlänge.

Das Kemmaterial wird im Bereich des Luftspalts in Form eines Kegels, eines Kegelstumpfs, einer Pyramide, eines Pyramidenstumpfs, beliebiger Bombierungen, mehrerer Kegel, mehrerer Kegelstümpfe, mehrerer Pyramiden, mehrerer Pyramidenstümpfe, schräg oder in Dachform ausgeführt. Das Kernmaterial kann dabei im Bereich des Luftspalts auf beiden Seiten oder nur auf einer Seite ungleichmässig ausgeführt sein.
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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Erkennung eines Gleichanteils in einem Ein- oder Meh[phi]hasennetz dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz eines Oszillators durch den Gleichstromanteil verändert wird und die Frequenzänderung entsprechend ausgewertet wird.

1. Verfahren zur Erkennung eines Gleichanteils in einem Ein- oder Mehrphasennetz dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz eines Oszillators durch den Gleichstromanteil verändert wird und die Frequenzänderung entsprechend ausgewertet wird.

2. Verfahren zur Erkennung eines Gleichanteils in einem Ein- oder Meh[phi]hasennetz mit einem LC-Oszillator dadurch gekennzeichnet, dass alle Leitungen des zu überwachenden Ein- oder Meh[phi]hasennetzes auf den Magnetkern, auf dem die Spule des Oszillators aufgebracht ist, ein oder mehrmals gewickelt werden und die Veränderung der Frequenz gemessen wird.

2. Verfahren zur Erkennung eines Gleichanteils in einem Ein- oder Mehrphasennetz mit einem LC-Oszillator dadurch gekennzeichnet, dass alle Leitungen des zu überwachenden Ein- oder Mehrphasennetzes durch den Magnetkern, auf dem die Spule des Oszillators aufgebracht ist, ein oder mehrmals gesteckt werden und die Veränderung der Frequenz gemessen wird.

3. Verfahren gemäss Anspmch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Oszillatorsignal einer Frequenzdemodulation zugeführt und das Demodulationssignal als Mass für den fliessenden Gleichstromanteil verwendet wird.

4. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Kemmaterial im Bereich des Luftspalts des Eisenkerns in Form eines Kegels, eines Kegelstumpfs, einer Pyramide, eines Pyramidenstumpfs, beliebiger Bombiemngen, mehrerer Kegel, mehrerer Kegelstümpfe, mehrerer Pyramiden, mehrerer Pyramidenstümpfe, schräg oder in Dachform oder in Stufen ausgeformt ist, wobei das Kemmaterial im Bereich des Luftspalts auf beiden Seiten oder nur auf einer Seite ungleichmässig ausgeformt ist.

4. Verfahren gemäss Anspmch 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Kemmaterial im Bereich des Luftspalts in Form eines Kegels, eines Kegelstumpfs, einer Pyramide, eines Pyramidenstumpfs, beliebiger Bombierungen, mehrerer Kegel, mehrerer Kegelstümpfe, mehrerer Pyramiden, mehrerer Pyramidenstümpfe, schräg oder in Dachform oder in Stufen ausgeführt ist, wobei das Kemmaterial im Bereich des Luftspalts auf beiden Seiten oder nur auf einer Seite ungleichmässig ausgeführt ist.

5. Vorrichtung bestehend aus einem Magnetkreis mit stark arbeitpunktsabhängigem Magnetmaterial, auf dem die Wicklung einer Spule aufgebracht ist, wobei alle Leitungen des zu überwachenden Ein- oder Meh[phi]hasennetzes durch den Magnetkern ein- oder mehrmals gesteckt werden dadurch gekennzeichnet, dass die Spule als frequenzbestimmende Induktivität eines LC-Oszillators dient und die Frequenz des Oszillators gemessen wird.

5. Vorrichtung bestehend aus einem Magnetkreis mit stark arbeitpunktsabhängigem Magnetmaterial, auf dem die Wicklung einer Spule aufgebracht ist, wobei alle Leitungen des zu überwachenden Ein- oder Mehrphasennetzes durch den Magnetkern ein- oder mehrmals gesteckt werden gekennzeichnet, dass die Spule als frequenzbestimmende Induktivität eines LC-Oszillators dient und die Frequenz des Oszillators gemessen wird.

6. Vorrichtung gemäss Anspmch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Oszillatorsignal einer Frequenzdemodulation zugeführt und das Demodulationssignal als Mass für den fliessenden Gleichstromanteil verwendet wird.

7. Vorrichtung gemäss Anspmch 6 dadurch gekennzeichnet, dass als Frequenzdemodulator eine PLL verwendet wird.

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8. Vorrichtung gemäss Anspmch 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die dem Gleichanteil proportionale Spannung einem Komparator zugeführt und mit einer einstellbaren Schwelle verglichen wird, das Ausgangssignal kann als Grenzwertdetektor dienen oder eine Schaltvorrichtung betätigen, mit der das zu überwachende Ein- oder Mehrphasennetz abgeschaltet wird.

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Patentansprüche

8. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die dem Gleichanteil proportionale Spannung einem Komparator zugeführt und mit einer

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1HOI3U30HOVN einstellbaren Schwelle verglichen wird; das Ausgangssignal kann als Grenzwertdetektor dienen oder eine Schaltvorrichtung betätigen, mit der das zu überwachende Ein- oder Meh[phi]hasennetz abgeschaltet wird.

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NACHGEREIpHT