DD159130A1

DD159130A1 - ERROR POWER RELEASE FOR EQUAL, IMPULSE AND ALTERNATING FAULT PROBES

Info

Publication number: DD159130A1
Application number: DD23014181A
Authority: DD
Inventors: Bernd Ullmann; Dietrich Amft; Christian May
Original assignee: Bernd Ullmann; Dietrich Amft; Christian May
Priority date: 1981-05-21
Filing date: 1981-05-21
Publication date: 1983-02-16

Abstract

Fehlerstromausloeser fuer Gleich-, Impuls- und Wechselfehlerstroeme mit mindestens einem Summenstromwandler, dessen Sekundaerwicklung die Induktivitaet eines Oszillators bildet. Ziel der Erfindung ist es, einen Ausloeser zu schaffen, der ohne anpassende aeussere Eingriffe eine nahezu gleiche Ausloeseempfindlichkeit fuer Fehlerstroeme zwischen reinem Sinusstrom bis hin zum reinen Gleichstrom besitzt. Die Erfindung besteht darin, dass bei Abweichung der geometrischen Summe der Primaerstroeme vom Wert Null der Summenstromwandler infolge Veraenderung seiner magnetischen Werte die Guete des Oszillatorschwingkreises beeinflusst und die daraus resultierende Aenderung der Amplitude der Oszillatorausgangsspannung als Fehlersignal dient. Um zu verhindern, dass beim Auftreten von Wechselfehlerstroemen Spannungen in die Oszillatorschaltung induziert werden, sind entweder zwei Summenstromwandler mit gegensinnigen Wicklungen oder ein Summenstromwandler mit zwei magnetischen Kreisen vorgesehen.Residual current blower for DC, pulse and AC fault currents with at least one summation current transformer whose secondary winding forms the inductance of an oscillator. The aim of the invention is to provide a Ausloeser that has almost no Ausloeseempfindlichkeit for Fehlerstroeme between pure sine current up to pure direct current without adaptive external interventions. The invention consists in that when the geometric sum of the zero-order primary magnitudes of the sum current transformer deviates due to changes in its magnetic values, the quality of the oscillator resonant circuit is affected and the resulting change in the amplitude of the oscillator output voltage serves as an error signal. In order to prevent voltages from being induced in the oscillator circuit when alternating error currents occur, either two countercurrent-type summation current transformers or one summation current transformer with two magnetic circuits are provided.

Description

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Fehlerstromauslöser für Gleich~_f_Iropuls-· und Wechsel» fehlerströmeResidual current release _for DC injection and changeover fault currents

AnwendungsgebietEbiet to w endungsg

Die Erfindung betrifft einen Auslöser für Fehlerstromschutzschalter in beliebigen Netzen, auch in Verbindung mit Stromrichterschaltungen, zum Schütze von Mensch und Tier gegen zu hohe Berührungsspannungen sowie zum Brandschutz·The invention relates to a trigger for residual current circuit breaker in any networks, including in connection with power converter circuits, to protect people and animals against excessive contact voltages and fire protection ·

Charakteristik der bekannten technischenLösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bekannt sind Lösungen, die mittels Summenstromwandler die Gleichheit der zum elektrischen Betriebsmittel hin- und rückfließenden Ströme bei Wechsel- oder Drehstromanschluß überwachen (DR-PS 552 678). Für diese Lösungen ergibt sich in der Regel eine Verringerung der Ansprechempfindlichkeit oder sogar ein Versagen des Auslösers, wenn im Fehlerstrom Gleichstromkomponenten auftreten, wie dies bei Vorhandensein von Stromrichterschaltungen möglich ist. Weiterhin sind Fehlerstromschutzschalter mit einem Oszillator und elektronischen Verstärker bekannt (DE - AS 1 190 554). Der Oszillator kann so eingestellt sein, daß seine -Schwingbedingungen nur erfüllt sind₃ wenn die in der Sekundärwicklung des Wandlers induzierte Spannung unter einem vorgegebenen Wert verbleibt (DE-PS 1 638 059).Solutions are known which monitor by means of summation current transformer, the equality of the electrical equipment back and forth flowing currents with AC or three-phase connection (DR-PS 552 678). For these solutions, there is usually a reduction in responsiveness or even a failure of the trigger when DC components are present in the fault current, as is possible in the presence of power converter circuits. Furthermore, residual current circuit breakers with an oscillator and electronic amplifier are known (DE - AS 1 190 554). The oscillator can be set so that its -schwwingbedingungen are only met ₃ if the induced voltage in the secondary winding of the converter remains below a predetermined value (DE-PS 1 638 059).

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Durch derartige Anordnungen erhöht sich zwar die Eigensicherheit und ggf· die Ansprechempfindlichkeit, da aber ebenfalls nur eine Spannungsinduktion in der Sekundärwicklung des Summenstromwandler ausgewertet wird, sind sie für Netze mit Gleichstromanteilen nicht uneingeschränkt geeignet. Bei einem sowohl auf Wechselfehlerstrom als auch Gleichfehlerstrom ansprechenden Fehlerstromschutzschalter ist die Sekundärwicklung desSummenstromwandlers in Serie mit der Erregerwicklung des Auslöseraagneten und den Anschlüssen für eine Wechselstromquelle geschaltet (DE-OS 2 043 007), Notwendig ist ein Wandler mit einer hohen Sekunda rwicklungs·» zahl bei geringem ohmschen Widerstand sowie ein zusätzlicher Wechselstromgenerator, da bei 50 Hz - Erregung eine Phasenlageabhängigkeit der Auslöseempfindlichkeit auftreten wurde© Der Schalter ist gekennzeichnet durch eine wesentlich geringere Ansprechempfindlichkeit bei Gleichstrom gegenüber Wechselfehlerstrom.Although intrinsic safety and, if necessary, sensitivity are increased by such arrangements, since likewise only one voltage induction in the secondary winding of the summation current transformer is evaluated, they are not fully suitable for networks with DC components. In the case of a residual current circuit breaker which responds both to AC residual current and DC residual current, the secondary winding of the summation current transformer is connected in series with the excitation winding of the tripping magnet and the connections for an AC source (DE-OS 2,043,007). A converter with a high secondary winding number is required low ohmic resistance and an additional alternator, since at 50 Hz excitation, a phase dependency of the tripping sensitivity would occur © The switch is characterized by a much lower responsiveness to DC over AC residual current.

Auch sind Vorschläge zur Anordnung eines magnetfeldempfind-· liehen Elements in einem Luftspalt des Summenstromwandler?» (DE-OS 2 059 054), Ausführungen mit Wechsel- oder/und Gleichstromvormagnetisierung (DE-OS 2 421 747), die Auswertung des transformatorischen Verhaltens zweier Wicklungen und das periodische Auslesen des Magnetisierungszustandes einer Kombination von zwei Wandlern mit rechteckiger Magnetisierungskurve (DE-AS 2 124 178) bekannt_β Alle diese Lösungen verlangen einen relativ hohen Aufwand und erfüllen das Ziel, universell in beliebigen Stromkreisen einsetzbar zu sein, nur teilweise« Vor allem muß als Nachteil empfunden werden,, daß oft die Auslöseempfindlichkeit beim Einsatz in Stromkreisen mit variabler Stromform schwankt. Letztlich ist auch eine Schutzschaltung für ein elektrisches Versorgungsnetz zur Erkennung eines unerwünschten zweiten Erdschlusses an einem Leiter auf der Lastseite aer Schaltung bekannt (DE-OS 2 338 785)*Proposals for the arrangement of a magnetfeldempfind- · lent element in an air gap of the summation current transformer "(DE-OS 2,059,054), versions with AC and / or DC biasing (DE-OS 2 421 747), the evaluation of the transforming behavior of two known windings, and the periodic reading of the magnetization state of a combination of two transformers with rectangular magnetization curve (DE-aS 2,124,178) _β All these solutions require a relatively high cost and meet the objective of being used universally in any circuits only partially "Before all must be felt as a disadvantage, that often the trigger sensitivity varies when used in circuits with variable current form. Finally, a protective circuit for an electrical supply network for detecting an unwanted second ground fault on a conductor on the load side aer circuit is known (DE-OS 2,338,785) *

23Ul 4 I. O23Ul 4 I. O

Hierzu ist an einen Summenstromwandler eine Oszillatorspule als Primärwicklung angekoppelt. Bei ErdschluS tritt eine Impedanzänderung in der zu überwachenden Leitung ein, die zum Oszillatorkreis zurückreflektiert wird· Die impedanz des Schwingkreises ändert sich und damit die Amplitude der Oszillatorausgangsspannung· Diese Überwachungseinrichtung ist für alle Stroraarten geeignet, wobei jedoch nicht ein Fehierstrom, sondern der Erdungswiderstand des Hin- und Rückleiters als Auslösekriterium dient·For this purpose, an oscillator coil is coupled to a summation current transformer as a primary winding. The impedance of the resonant circuit changes and thus the amplitude of the oscillator output voltage · This monitor is suitable for all types of current, but not a Fehierstrom, but the grounding resistance of the Hin - and return conductor as a triggering criterion

Ziel de γ_μ Jjr f in ^ÜD,9, Target de γ _μ Jjr f in ^ ΔD, 9,

Ziel der Erfindung ist es, mit verhältnismäßig geringem Aufwand einen Fehlerstromauslöser zu schaffen, der ohne anpassende äußere Eingriffe eine nahezu gleiche Auslöseempfindlichkeit aufweist, wenn die Form des Fehlerstromes zwischen reinem Sinusstrom, Wechselstrom mit Gleichstromunterlagerung, Halbwellenstrom bis zu reinem Gleichstrom variiert. Weiterhin soll der Schalter für einfache Herstellung durch geringe Primärwindungszahl sowie weniger anspruchsvolles Wandlermaterial geeignet sein«The aim of the invention is to provide a residual current release with relatively little effort, which has an almost equal tripping sensitivity without adapting external interference when the shape of the fault current varies between pure sine current, alternating current with DC sub-storage, half-wave current up to pure direct current. Furthermore, the switch should be suitable for simple production due to a low number of primary turns as well as less demanding transformer material «

Darle<3ung des Wesens ,CJQr_- ErfindungDarle <3ung of the essence, CJQr _- Invention

Es ist Aufgabe dor Erfindung, durch Überwachung der Ströme in der Zuleitung zu einem elektrischen Betriebsmittel unabhängig von der Stromart bzw. -form einen Fehlerfall, dargestellt durch das Abweichen der geometrischen Stromsumme vom Wert Null, hochempfindlich zu signalisieren bzw. den für das Ausschalten eines Schaltsystems notwendigen Impuls zu erzeugen.It is the task dor invention by monitoring the currents in the supply to an electrical equipment regardless of the type of current or form an error case, represented by the deviation of the geometric current sum of zero, highly sensitive to signal or for switching off a switching system to generate necessary impulse.

Die Erfindung wird gelöst, indem mit Hilfe von mindestens einem Summenstromwandler, der wenigstens eine Primärwindung und eine Sekundärwicklung aufweist, die Teil eines Oszillatorschwingkreises ist, infolge der Veränderung der magnetischen Werte des Wandlers im Fehlerfall die Güte des Schwing-The invention is achieved in that, with the aid of at least one summation current transformer which has at least one primary winding and one secondary winding which is part of an oscillator resonant circuit, the quality of the oscillating element can be reduced as a result of the change in the magnetic values of the converter.

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kreises beeinflußt wird und die daraus resultierende Änderung der Amplitude der Oszillatorausgangsspannung als Fehlersignsl dient« Der Mitkopplungsgrad der Oszillatorschaltung wird vorteilföafterweise so gewählt, daß die Schwingung beim Auftreten eines bestimmten Fehlerstromes aussetzt bzw. die Amplitude einen bestimmten Wert unterschreitet· Im fehlerfreien Fall wird die Magnetisierungscharakteristik des Wandlers nur in Form einer partiellen Hysterese durchfahren, im Fehlerstromfall verschiebt sich - der Arbeitspunkt auf der Msgnetisierungskennlinie und die Amplitude der Schwingung verändert sich.The degree of coupling of the oscillator circuit is advantageously chosen such that the oscillation ceases when a specific fault current occurs or the amplitude falls below a certain value. In the error - free case, the magnetization characteristic of the oscillator circuit is Traversing converter only in the form of a partial hysteresis, shifts in the fault current case - the operating point on the Msgnetisierungskennlinie and the amplitude of the oscillation changes.

In Ausgestaltung der Erfindung sind entweder zwei Summen« stromwandler vorgesehen, deren Primärwicklungen gleichsinnig und deren Sekundärwicklungen gegensinnig in Reihe geschaltet sind bzw· umgekehrt, oder es wird ein Summenstromwandler mit mindestens zwei magnetischen Kreisen vorgesehen, um zu verhindern, daß Fehlerspannungen in die Öszillatorschaltung induziert werden bzw« die Oszillatorfrequenz in das zu überwachende Netz gelangt.In an embodiment of the invention, either two summation current transformers are provided whose primary windings are connected in the same direction and their secondary windings in series or vice versa, or a summation current transformer is provided with at least two magnetic circuits to prevent error voltages are induced in the oscillator circuit or «the oscillator frequency enters the network to be monitored.

Ausfu.hrun.gsbeisp.ielAusfu.hrun.gsbeisp.iel

Die Erfindung soll anhand der Anwendung in einem Fehlerstromschutzschalter für ein Dreiphasennetz mit Neutralleiter erläutert werden«, Eine Anwendung ist jedoch in Netzen mit beliebiger Phasenzahl mit und ohne Neutralleiter und ebenfalls in Gleichstromnetzen uneingeschränkt möglich. Die dreifphasenleiter 1, 2, 3 sowie der Neutralleiter 4 werden durch den noch zu beschreibenden Wandlerbaustein 5 geschleift» Der Ausgang 6, 7 dieses Bausteines besteht aus den Sekundärwicklungen des/der Wandler und wird mit dem Kondensator 8 zu einem Schwingkreis zusammenschaltet. Dieser Schwingkreis wird auf geeignete Art und Weise entdämpft.The invention will be explained with reference to the application in a residual current circuit breaker for a three-phase network with neutral, "However, an application is possible in networks with any number of phases with and without neutral and also in DC networks without restriction. The three-phase conductors 1, 2, 3 and the neutral conductor 4 are looped through the converter module 5 to be described. The output 6, 7 of this component consists of the secondary windings of the converter (s) and is connected to the capacitor 8 to form a resonant circuit. This resonant circuit is attenuated in a suitable manner.

Das geschieht im beschriebenen Beispiel mit Hilfe eines abgleichbaren Mitkopplungszweiges 9 in der Oszillatorschaltung· Der Schwingkreis liegt hierbei im Gegenkopplungszweig des Verstärkers IO a, 10 b« Findet ein Reihenschwingkreis Verwendung, bildet dieser die komplexe Mitkopplung· Die Gegenkopplung kann dann reel sein. Die Schwingkreisspannung, deren Frequenz im Beispiel wesentlich größer als die Netzfrequenz ist, gelangt über eine Gleichrichter 11 und einem Tiefpaß 12 an den Schwellwertschalter 13· Das Ausgangssignal des Schwellwertschalters dient zur Ansteuerung des Auslösers 15, wobei gegebenenfalls eine Leistungsstufe 14 zwischengeschaltet wird. Der Auslöser betätigt seinerseits ein Schaltschloß 16, womit im Auslösefall die Kontakte 17 a ··· d des Hauptstromkreises geöffnet werden» Ebenso könnte das Signal der Leistungsstufe 14 direkt zur Betätigung eines Schaltschützes verwendet werden«, Die Änderung aer Amplitude im Fehlerfall ergibt im Zusammenhang mit dem Grad der Mitkopplung ein Maß für die Größe des Fehlerstroraes, wodurch die Ansprechempfindlichkeit des Auslösers auf einfache Weise einstellbar ist. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die gleichgerichtete Oszillatorspannung einem Integrator mit veränderbarer Zeitkonstante zuzuführen, wodurch sich die Auslöseverzögerungs™ zeit der Einrichtung einstellen läßt.This is done in the example described with the aid of a tunable positive feedback branch 9 in the oscillator circuit. The resonant circuit lies in the negative feedback branch of the amplifier IO a, 10 b. If a series resonant circuit is used, this forms the complex positive feedback. The negative feedback can then be real. The resonant circuit voltage, whose frequency is much greater than the mains frequency in the example, passes through a rectifier 11 and a low-pass filter 12 to the threshold value 13 · The output of the threshold is used to control the trigger 15, optionally a power stage 14 is interposed. The trigger actuated, in turn, a switching mechanism 16, which in the case of release, the contacts 17a ··· d of the main circuit to be opened "Likewise, the signal of the output stage 14 could be used directly to actuate a contactor are" The change aer amplitude in case of error results with related the degree of positive feedback is a measure of the size of the fault current, so that the sensitivity of the trigger is easily adjustable. Furthermore, it is possible to supply the rectified oscillator voltage to a variable time-constant integrator, which allows the device to set the trip delay time.

Der erfindungsgemäße Auslöser ist für reinen Wechselstrom bis hin zum reinen Gleichstrom gleichermaßen empfindlich, weil nicht die im Fehlerfall in der Sekundärwicklung des Summenstromwandler induzierte Spannung, sondern die veränderte Impedanz bzw» Dämpfung des Oszillatorschwingkreises erfaßt und ausgewertet wird«The trigger according to the invention is equally sensitive to pure alternating current up to pure direct current because it does not detect and evaluate the induced impedance in the secondary winding of the summation current transformer, but rather the changed impedance or "attenuation of the oscillator resonant circuit".

Die Abbildung 2 und 3 zeigen Varianten für den Aufbau des Wandlerbausteines 5. Der Baustein nach Abb» 2 enthält zwei Summenstromwandler, wobei die Primärwicklung beider Wandler gleichsinnig und die Sekundärwicklung gegensinnig in Reihe geschaltet sind oder umgekehrt.Figures 2 and 3 show variants for the construction of the converter module 5. The block according to Fig »2 contains two summation current transformer, wherein the primary winding of both converters in the same direction and the secondary winding are connected in series in opposite directions or vice versa.

Das geschieht, um zu verhindern, daß beim Auftreten von Wechselfehlerströmen Spannungen in die Oszillatorschaltung induziert werden, was eine korrekte Arbeitsweise stören würde.This is done to prevent voltages from being induced in the oscillator circuit when AC error currents occur, which would interfere with proper operation.

Die Wandlereinheit nach Abb. 3 arbeitet mit ',einem Wandler mit verzweigtem Magnetkreis, Durch geeignetes Aufbringen' der Primär- und Sekundärwicklungen ist eine induktive Entkopplung ähnlich wie in der Zwei-Wandler-Anordming nach Abb, 2 erreichbar.The transducer unit according to Fig. 3 operates with ', a converter with a branched magnetic circuit, by suitable application' of the primary and secondary windings is an inductive decoupling similar to that in the two-transducer Anordming according to Fig, 2 achievable.

Claims

Erfindungsanspruoh

1. Residual current release for DC, pulse and AC fault currents with at least one summation current transformer whose primary windings are formed by the conductor of the circuit to be monitored, with at least one secondary winding which forms the inductance of a resonant circuit of an oscillator circuit and an electronic evaluation and amplifier circuit for, control of a trigger magnet, characterized in that in deviation of the geometric sum of the primary currents of the value Full of the summation current transformer due to change in its magnetic values, the quality of the oscillator resonant circuit affected and the resulting change in the amplitude of the oscillator output voltage serves as an error signal.

2. fault current release according to item 1, characterized in that two summation current transformer srLhd provided whose primary windings in the same direction and whose secondary windings are connected in series in opposite directions or vice versa.

3. Residual current release according to item 1, characterized by the fact that a summation current transformer is provided with at least two magnetic circuits.

- 2 sheets of drawings for this -