DE102008024348B4

DE102008024348B4 - Method for reducing pulsed earth currents on a large electric device and compensating circuit for earth current displacement

Info

Publication number: DE102008024348B4
Application number: DE200810024348
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Sack
Original assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2028-05-21
Also published as: DE102008024348A1

Abstract

Verfahren zur Reduktion pulsförmiger Erdströme in einer Netzanschlussleitung eines elektrischen Großgeräts an ein einphasiges oder mehrphasiges System aus Li, i = 1, 2, 3, ..., mit oder ohne Nullleiter N und einem Schutzleiter PE, bei Zwischenschaltung eines Fehlerstromschutzschalters, bestehend aus den Schritten:
– das Großgerät wird in einzeln ansteuerbare Schaltgruppen unterteilt, die in jeweils vorgebbarem zeitlichem Abstand, der Schaltzeit, und Reihenfolge, der Zuschaltfolge, nacheinander an die Netzspannung zugeschaltet werden,
wobei die vorgebbaren Schaltzeiten und Zuschaltfolge derart festgelegt werden, dass der pulsförmige Erdstrom durch die Netzanschlussleitung mit zwischengeschaltetem Fehlerstromschutzschalter diesen nicht auslöst;
– die Nichtauslösung wird durch eine Kompensationsschaltung ergänzend unterstützt die durch Einleiten eines Kompensationsstroms in den Schutzleiter PE die pulsförmigen Erdströme vom Schutzleiter PE weg verlagert.A method for reducing pulsed earth currents in a power cord of a large electric appliance to a single-phase or multi-phase system of Li, i = 1, 2, 3, ..., with or without neutral N and a protective conductor PE, with the interposition of a residual current circuit breaker, consisting of steps:
- The large device is divided into individually controllable switching groups, which are connected in each case specifiable time interval, the switching time, and sequence, the Zuschaltfolge, successively to the mains voltage,
wherein the predetermined switching times and Zuschaltfolge be determined such that the pulsed ground current through the power cord with interposed residual current circuit breaker does not trigger this;
- The non-tripping is complementarily supported by a compensation circuit which shifts the pulse-shaped ground currents away from the protective conductor PE by introducing a compensation current into the protective conductor PE.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion pulsförmiger Erdströme in einer Netzanschlussleitung eines elektrischen Großgeräts an ein einphasiges oder mehrphasiges System aus Li, i = 1, 2, 3, ..., mit oder ohne Nullleiter N und einem Schutzleiter PE, bei Zwischenschaltung eines Fehlerstromschutzschalters, und eine Kompensationsschaltung zur Durchführung des Verfahrens der Fehlerstromverlagerung von einem Schutzleiter PE auf einen Nullleiter N.The The invention relates to a method for reducing pulsed earth currents in one Power cord of a large electric appliance to a single-phase or multiphase system of Li, i = 1, 2, 3, ..., with or without neutral N and a protective conductor PE, with the interposition of a residual current circuit breaker, and a compensation circuit for performing the method of residual current displacement from a protective conductor PE to a neutral conductor N.

Beim Aufbau von Anlagen werden einzelne Schaltungsgruppen üblicherweise über Funkentstörfilter vor elektromagnetischer Beeinflussung oder gegen Abstrahlung geschützt. Diese Filterelemente enthalten Kondensatoren, die von Phase zu Masse (PE) geschaltet sind, sog. Y-Kondensatoren. Darüber hinaus kommen geschirmte Leitungen zum Einsatz, bei denen Adern und geerdeter Schirm einen Kondensator von Phase zu Masse (PE) bilden. Hinzu kommen Erdstreukapazitäten von Transformatoren mit Schirmlage, Motoren usw.At the Construction of systems, individual circuit groups usually via RFI filters protected against electromagnetic interference or against radiation. These Filter elements contain capacitors that are switched from phase to ground (PE) are, so-called. Y capacitors. About that In addition, shielded cables are used in which cores and earthed shield form a capacitor from phase to ground (PE). In addition there are earth-leakage capacities of transformers with shielding, motors etc.

Anlagen, die mit feuchtem Prozessgut und Wasser beschickt werden, müssen über einen Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schalter) eingespeist werden. Hierbei ist der Aufstellungsort der Anlage üblicherweise als Feuchtraum definiert, und bereits die bauseitig vorhandenen Steckdosen sind über FI-Schalter abgesichert.Attachments, which are fed with moist process material and water must have one Residual current circuit breaker (RCD) are fed. in this connection is the site of the plant usually as a wet room defined, and already existing on-site sockets are on FI switch hedged.

Im Falle eines einphasigen Funkentstörfilters fließt der kapazitive Strom durch die Y-Kondensatoren über Masse (PE) ab und stellt somit für den FI-Schalter einen Fehlerstrom dar. Bei einem Drehstrom-Filter kompensiert sich der Ableitstrom im symmetrischen Fall zu null. Tritt jedoch bei einem unsymmetrischen Spannungssystem eine Nullkomponente auf, schließt sich auch der Stromkreis des Nullsystems teilweise am FI-Schalter vorbei über Masse. Aus Sicherheitsgründen ist der Grundschwingungsanteil des Stroms durch die Y-Kondensatoren üblicherweise auf wenige mA begrenzt und bringt daher einen typischerweise eingebauten 30 mA-FI-Schalter nicht zur Auslösung. Beim Einschalten der Anlage oder eines Anlagenteils können die Y-Kondensatoren je nach Einschaltwinkel abrupt aufgeladen werden. Der dann erhöhte Ladestrom bzw. Stromimpuls kann zum Auslösen des FI-Schalters führen. Auch vergrößert sich der Ableitstrom bei Einsatz mehrerer Filter in unterschiedlichen Anlagen oder Anlagenteilen am gleichen FI-Schalter entsprechend.in the Case of a single-phase RFI filter, the capacitive flows Current through the Y capacitors over Mass (PE) and thus represents for the FI-switch is a fault current. For a three-phase filter the leakage current compensates in the symmetrical case to zero. However, if a zero-sequence component occurs in an unbalanced voltage system, includes Also the circuit of the zero system partly at the FI-switch over over Dimensions. For safety reasons For example, the fundamental swing component of the current through the Y capacitors is common limited to a few mA and therefore brings a typically built-30 mA-FI switch not tripped. When switching on the system or part of the system, the Y capacitors are charged abruptly depending on the turn-on angle. Of the then increased Charging current or current pulse can lead to the tripping of the residual current circuit breaker. Also increases the leakage current when using multiple filters in different Systems or system components corresponding to the same FI switch.

Beim Betrieb eines Umrichters mit Stromzwischenkreis oder Spannungszwischenkreis mit vorgeschalteter Glättungsdrossel können die rechteckförmigen Stromimpulse an den Anschlüssen an den dem Netzfilter vorgeschalteten Zuleitungsinduktivitäten induktive Spannungsabfälle erzeugen, die lokale Spannungsschwankungen an den Y-Kondensatoren bewirken. Diese höherfrequenten Spannungsschwankungen bewirken einen Stromfluss durch die Y-Kondensatoren zu Masse. Da die Stromkommutierung immer paarweise zwischen zwei Phasen stattfindet, kompensieren sich im symmetrischen Fall auch die Nullströme der abschaltenden und zuschaltenden Phase gegeneinander. Im Fall unsymmetrischer Leitungsinduktivitäten verbleibt jedoch ein Reststrom zur Masse.At the Operation of a converter with current intermediate circuit or voltage intermediate circuit with upstream smoothing choke can the rectangular ones Current pulses at the terminals at the upstream of the line filter supply inductances inductive brownouts generate, which cause local voltage fluctuations on the Y capacitors. This higher frequency Voltage fluctuations cause a current flow through the Y capacitors to Dimensions. Since the current commutation is always in pairs between two phases takes place, compensated in the symmetrical case, the zero currents of the disconnecting and connecting phase against each other. In the case of unbalanced Leitungsinduktivitäten remains however, a residual current to ground.

Das Auslösen der FI-Schalter durch den Einschaltstromimpuls durch die Erdkondensatoren könnte auch durch ein gezieltes Voraufladen der Kondensatoren verhindert werden, beispielsweise durch kurzzeitiges Vorschalten eines Ladewiderstands, wie es zum Aufladen größerer Glättungskondensatoren üblich ist. Das Auslösen durch ein unsymmetrisches Spannungssystem kann durch schaltungstechnische Maßnahmen zur Spannungssymmetrierung verhindert werden. Das Voraufladen der Erdkapazitäten erfordert den Einbau der Ladewiderstände samt Hilfsschütz und Zeitsteuerung. Dazu kommt das Leistungsschütz zum niederohmigen Zuschalten der Last.The Trigger the RCCB could also be powered by the inrush current through the ground capacitors be prevented by a targeted precharging of the capacitors, for example, by briefly connecting a charging resistor, as is usual for charging larger smoothing capacitors. The triggering by an unbalanced voltage system can by circuitry activities be prevented for voltage balancing. Pre-charging the earth capacity requires the installation of the charging resistors including auxiliary contactor and time control. In addition, the power contactor comes for low-impedance connection the load.

Alternativ kann eine gestufte Widerstandsschaltung vorgesehen werden, die auch ein Aufladen der Erdkapazitäten bei angeschalteter Last ermöglicht, ähnlich einem Anlaufwiderstand für Elektromotoren. Beide Installationen sind aufwändiger als nur das verzögerte Zuschalten von Schaltungsteilen mittels Leistungsschützen. Bei Geräten kann ein langsames Anfahren mittels Vorwiderstand zu Funktionsstörungen führen.alternative a stepped resistance circuit can be provided, which also a recharge of the earth capacities when the load is on, similar to one Starting resistance for Electric motors. Both installations are more complex than just the delayed connection of circuit parts by means of power contactors. For devices can a slow start by means of series resistor lead to malfunction.

Eine Spannungssymmetrierung im Falle hochfrequenter Stromanteile kann durch eine Filterung erfolgen. Da ein solches Filter jedoch auf den meist hohen Nennstrom ausgelegt sein muss, ist es aufwändig. Prinzipiell wäre es möglich, einen FI-Schalter zu konstruieren, der ein langsameres Auslöseverhalten besitzt und somit tolerant gegenüber Stromimpulsen ist. Auch wäre es möglich, höherfrequente Stromimpulse mittels einer Kondensatorbeschaltung am FI-Schalter vorbeizuleiten. Beide Maßnahmen beeinflussen jedoch direkt den FI-Schalter als Sicherheitsbauteil und werden deshalb als Lösung nicht in Betracht gezogen.A Voltage balance in the case of high-frequency current components can done by filtering. However, since such a filter on the most high rated current must be designed, it is costly. in principle would it be possible, to design a residual current circuit breaker, the slower tripping behavior owns and thus tolerant of Current pulses is. Also would be it is possible higher frequency Current pulses by means of a capacitor circuit at the FI switch pass route. Both measures However, directly affect the FI switch as a safety component and therefore become a solution not considered.

Aus Schenke, Gregor, u. a., Personenschutz in Netzen mit Frequenzumrichtern, in ETZ-Elektrotechnische Zeitschrift, 2004, Heft 52, S. 54–58, ist ein Verfahren zur Reduktion von Erdströmen in der Netzanschlussleitung eines elektrischen Großgeräts bekannt, welches unter Zwischenschaltung eines Fehlerstromschutzschalters an einem mehrphasigen System mit einem Nullleiter und einem Schutzleiter angeschlossen ist und folgende Merkmale aufweist:

– Die Nichtauslösung wird durch eine Kompensationsschaltung bewirkt.
– Die Kompensation wird durch Einleiten eines Stroms in den Schutzleiter bewirkt.
– Die Kompensationsschaltung kompensiert gezielt Erdströme, die pulsförmig oder dauerhaft im Bereich 150 Hz bis 100 Hz auftreten, so dass die angeschlossenen Frequenzumrichter beliebig ein- und ausgeschaltet werden können.

From Schenke, Gregor, et al., Personal protection in networks with frequency converters, in ETZ Electrotechnical Journal, 2004, No. 52, pp. 54-58, a method for reducing ground currents in the power cord of a large electric device is known, which with the interposition of a residual current circuit breaker is connected to a multiphase system with a neutral conductor and a protective conductor and has the following features:

- The non-triggering is effected by a compensation circuit.
- The compensation is effected by introducing a current into the protective conductor.
- The compensation circuit specifically compensates ground currents that occur in a pulsed or permanent manner in the range 150 Hz to 100 Hz, so that the connected frequency inverters can be switched on and off as desired.

Weiterhin ist aus der DE 10 2004 007 260 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem Schaltgruppen eines Großgeräts nacheinander an die Netzspannung geschaltet werden. Dabei sind die Reihenfolge der Zuschaltung der Schaltgruppen und der zeitliche Abstand so einstellbar, dass Stromspitzen beim Einschalten vermieden wer den. Dadurch wird das Auslösen einer Schutzeinrichtung verhindert, die auf Überschreiten von Strömen reagiert. Obwohl nicht explizit beschrieben, wird damit auch das Auslösen eines Fehlerstromschutzschalters unterdrückt.Furthermore, from the DE 10 2004 007 260 A1 a method is known in which switching groups of a large appliance are connected in succession to the mains voltage. The sequence of connection of the switching groups and the time interval are adjustable so that current peaks avoided when switching who the. This prevents the triggering of a protective device that reacts to the passage of currents. Although not explicitly described, it also suppresses the tripping of a residual current circuit breaker.

Die DE 26 13 972 A1 offenbart einen ableitstromkompensierten Fehlerstromschutzschalter, bei dem in Reihe mit den Kompensationskondensatoren eine auf dem Summenstromwandler aufgewickelte Kompensationswicklung geschaltet ist, die im Summenstromwandler eine der durch den kapazitiven Ableitstrom erzeugten Induktion entgegen gerichtete Induktion erzeugt, und der Anschlusspunkt der Kompensationseinrichtung auf dem Nullleiter auf der Verbraucherseite des Summenstromwandlers liegt.The DE 26 13 972 A1 discloses a leakage current compensated residual current circuit breaker in which a compensating winding wound on the summation current transformer is connected in series with the compensating capacitors, generating in the summation current transformer one of the induction generated by the capacitive leakage current induction, and the connection point of the compensation device on the neutral conductor on the load side of the summation current transformer lies.

Daraus entstand die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt: es soll eine Anlage mit großen Ableitkapazitäten zur Erde/Masse bei vorgeschaltetem Fehlerstrom(FI)-Schalter ohne Fehlauslösung des FI-Schalters durch Ableitströme zur Erde, insbesondere bei Einschaltvorgängen betrieben werden. Das unnötige Auslösen des FI-Schalters aufgrund eines Ladestromimpulses der Erdkapazitäten soll verhindert werden.from that originated the task underlying the invention: it should a system with large dissipation capacity for Earth / earth with upstream fault current (FI) switch without false tripping of the FI switch by leakage currents to the earth, in particular during switch-on operations are operated. The unnecessary Trigger of the FI-switch due to a charging current pulse of the earth capacitances be prevented.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Das Verfahren ist mit einer Kompensationsschaltung nach Anspruch 7 oder 9 durchführbar.The The object is achieved by a method according to claim 1. The Method is with a compensation circuit according to claim 7 or 9 feasible.

Nach Anspruch 1 besteht das Verfahren zur Reduktion pulsförmiger Erdströme in einer Netzanschlussleitung eines einphasigen oder mehrphasigen Systems Leitern Li, mit i = 1, 2, 3, ..., mit oder ohne Nullleiter N und einem Schutzleiter PE, eines elektrischen Großgeräts bei Zwischenschaltung eines Fehlerstromschutzschalters aus den Schritten, erstens das Großgerät wird in einzeln ansteuerbare Schaltgruppen unterteilt, die in jeweils vorgebbar zeitlichem Abstand, der Schaltzeit, und Reihenfolge, der Zuschaltfolge, nacheinander an die Netzspannung zugeschaltet werden, wobei die vorgebbaren Schaltzeiten und Zuschaltfolge derart festgelegt werden, dass der pulsförmige Erd strom durch die Netzanschlussleitung mit zwischengeschaltetem Fehlerstromschutzschalter diesen nicht auslöst. Zweitens wird die Nichtauslösung durch eine Kompensationsschaltung ergänzend unterstützt, die durch Einleiten eines Kompensationsstroms in den Schutzleiter PE die pulsförmigen Erdströme vom Schutzleiter PE weg verlagert. Vorzugsweise findet das Verfahren bei ein- und dreiphasigen Systemen mit und ohne Nullleiter Anwendung.To Claim 1, there is the method for reducing pulsed earth currents in one Power cord of a single-phase or multi-phase system Ladders Li, with i = 1, 2, 3, ..., with or without neutral N and a protective conductor PE, a large electrical appliance with the interposition of a Residual current circuit breaker from the steps, first, the large unit is in individually controllable switching groups divided, which can be specified in each case time interval, the switching time, and order, the Zuschaltfolge, be connected in succession to the mains voltage, wherein the predetermined switching times and Zuschaltfolge be set so that the pulse-shaped Earth current through the power cord with interposed Residual current circuit breaker does not trip this. Second, the non-triggering is through a compensation circuit in addition support by introducing a compensation current in the protective conductor PE the pulse-shaped earth currents away from the protective conductor PE away. Preferably, the process finds for single and three-phase systems with and without neutral application.

Zweckmäßige und vorteilhafte weitere Verfahrensschritte sind in den abhängigen Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben. Nach Anspruch 2 wird einerseits der Kompensationsstrom zur Fehlerstromverlagerung aus der Unsymmetrie der Spannungen zwischen den netzseitigen Leitern Li und dem Schutzleiter PE, die einen Strom im Nullsystem treibt, mit einem einstellbaren Faktor gewichtet, als gegenphasiger Kompensationsstrom eingespeist. Das wird als Nachbildung der Erdkapazitäten beschrieben. Da im Allgemeinen keine vollständige Kompensation des Erdstroms benötigt wird, ist eine Nachbildung, bestehend nur aus Kapazitäten, meist ausreichend. Im Falle nicht vernachlässigbarer, ohmscher Impedanzanteile kann die Nachbildung durch ohmsche Serienwiderstände ergänzt werden.Appropriate and advantageous further process steps are in the dependent subclaims 2 to 6 described. According to claim 2, on the one hand, the compensation current for fault current displacement from the asymmetry of the voltages between the line-side conductors Li and the protective conductor PE, which has a current floating in the zero system, weighted with an adjustable factor, fed as antiphase Kompensationsstrom. This will be as a replica the earth capacities described. Because in general no complete compensation of the ground current needed is a replica, consisting only of capacities, mostly sufficient. In the case of non-negligible, ohmic impedance components the simulation can be supplemented by ohmic series resistances.

Andrerseits wird nach Anspruch 3 der Summenstrom in den netzseitigen Leitern Li und dem Nullleiter N in der Art einer Vektoraddition gebildet und um einen vorgebbaren Faktor verstärkt, um gegenphasig zwischen dem Nullleiter N und dem Schutzleiter PE zur Kompensation in der Art eines Proportionalreglers eingekoppelt zu werden.On the other hand becomes according to claim 3, the sum current in the network-side conductors Li and the neutral conductor N are formed in the manner of a vector addition and amplified by a predefinable factor, in anti-phase between the neutral conductor N and the protective conductor PE for compensation in the Type of proportional controller to be coupled.

Nach Anspruch 4 hat das Übertragungsverhalten Hochpasscharakter, wodurch netzfrequente Signale gesperrt werden.To Claim 4 has the transmission behavior High-pass character, which blocks mains frequency signals.

Nach Anspruch 5 hat das Übertragungsverhalten den Charakter einer Bandsperre, weshalb netzfrequente Signale gesperrt werden.To Claim 5 has the transmission behavior the nature of a band-stop filter, which is why mains-frequency signals are blocked become.

Schließlich wird nach Anspruch 6 das Verfahren betriebszuverlässig automatisiert und damit einerseits die Schaltzeiten, die Zuschaltfolge und die Schaltgruppen sowie andrerseits die Einstellung der Kompensationsschaltung rechnergesteuert in einem iterativen Prozess durchgeführt.Finally will according to claim 6, the process reliably automated and thus on the one hand the switching times, the connection sequence and the switching groups as well On the other hand, the setting of the compensation circuit computer-controlled performed in an iterative process.

Die für das Verfahren geeigneten beiden Kompensationsschaltungen zeichnen sich folgendermaßen aus:
Nach Anspruch 7 enthält die Kompensationsschaltung eine Nachbildung der Erdkapazitäten des Großgeräts derart, dass die Kapazitäten Ci auf einen gemeinsamen Sternpunkt verschaltet sind. Darunter wird die Nachbildung der Erdkapazitäten verstanden. Der Sternpunkt ist über einen hochohmigen Widerstand R2 mit dem Schutzleiter PE verbunden. Der Widerstand R2 ist Gleichspannungspotentialgeber am Eingang eines Operationsverstärkers IC1. Der Operationsverstärker mit Gegenkopplung ist über einen Widerstand R1 zum invertierenden Strom-Spannungs-Wandler verschaltet und mit seinem Ausgang an einen Leistungsverstärker IC2 angeschlossen. Der Ausgang des Leistungsverstärkers IC2 ist an den Eingang eines Transformators Tr1 angeschlossen, dessen Ausgang über einen Kondensator Cs mit dem Nulleiter N und den Schutzleiter PE verbunden ist.The two compensation circuits suitable for the method are as follows:
According to claim 7, the compensation circuit includes a replica of the earth capacitance of the large appliance such that the capacitances Ci are connected to a common neutral point. This is understood to mean the reproduction of the earth's capacity. The star point is connected via a high-impedance resistor R2 to the protective conductor PE. The resistor R2 is a DC potential generator at the input of an operational amplifier IC1. The operational amplifier with negative feedback is connected via a resistor R1 to the inverting current-voltage converter and connected with its output to a power amplifier IC2. The output of the power amplifier IC2 is connected to the input of a transformer Tr1 whose output is connected via a capacitor Cs to the neutral conductor N and the protective conductor PE.

Nach Anspruch 8 sind im Fall des einphasigen Netzes überflüssige Kapazitäten zu Null setzbar.To Claim 8 in the case of the single-phase network redundant capacity to zero settable.

Nach Anspruch 9 ist der Ausgang eines über die Leiter Li und dem Nullleiter N gespeisten Summenstromwandlers Tr1 über einen Bürdenwiderstand R1 mittelbar über einen Widerstand R2 an den Eingang eines Operationsverstärkers IC1 angeschlossen, wobei der Operationsverstärkers über einen rückkoppelnden Widerstand R3 mit einer Gegenkopplung R2/R3 als invertierender Verstärker arbeitet. Dem Operationsverstärker IC1 ist ein Hochpass nachgeschaltet, dem ein Leistungsverstärker IC2 folgt. Der Leistungsverstärker IC2 ist mit seinem Ausgang an den Eingang eines Transformators Tr2 angeschlossen, dessen Ausgang über einen Kondensator Cs mit dem Nulleiter N und den Schutzleiter PE verbunden ist.To Claim 9 is the output of one of the conductors Li and the neutral conductor N supplied summation current transformer Tr1 via a load resistor R1 indirectly via a Resistor R2 to the input of an operational amplifier IC1 connected, wherein the operational amplifier via a feedback resistor R3 operates with a negative feedback R2 / R3 as an inverting amplifier. The operational amplifier IC1 is followed by a high pass followed by a power amplifier IC2. The power amplifier IC2 has its output connected to the input of a transformer Tr2 connected, whose output is over a capacitor Cs connected to the neutral conductor N and the protective conductor PE is.

Nach Anspruch 10 erfolgt im Falle eines Netzes ohne Nullleiter die Verlagerung des Stromes statt in den N-Leiter in den Sternpunkt eines kapazitiven Sternpunktbildners.To Claim 10 takes place in the case of a network without neutral, the shift of the current instead of the N-conductor into the neutral point of a capacitive neutralizer.

Das Verfahren und die dazu tauglichen beiden Kompensationsschaltungen werden im Folgenden näher beschrieben und erläutert:
Einerseits werden bei der verzögerten Inbetriebnahme einzelne Schaltungsteile/-gruppen mit Erdkapazitäten zeitlich gestaffelt in Betrieb genommen. Dadurch wird ein großer Ladestromimpuls in mehrere kleinere Ladestromimpulse zerlegt. Die Größe der einzelnen Schaltungsteile wird dabei so gewählt, dass kein Ladestromimpuls eines Schaltungsteils den FI-Schalter zum Auslösen bringt. Die zeitliche Staffelung erfolgt im Allgemeinen so, dass der vorangehende Ladestromimpuls abgeklungen ist, bevor der nächste Impuls folgt. Eine zeitliche Überlappung der abklingenden Pulse wird zugelassen, dadurch wird der Stromscheitel gegenüber dem Fall einer gemeinsamen Zuschaltung so reduziert, dass die Anregungsschwelle des FI-Schalters nicht überschritten wird. Die Auslösung von FI-Schaltern erfolgt üblicherweise elektromechanisch. Da aufgrund der mechanischen Trägheit für die Auslösung eine gewisse kurze Zeitspanne der Stromeinwirkung benötigt wird, erfolgt eine Auslegung so, dass die Anregungsschwelle für eine kurze Zeitspanne, die kürzer als die Ansprechzeit des FI-Schalters ist, überschritten wird. Dann ist allerdings eine genügend lange Impulspause nach dem Impuls vorzusehen, innerhalb der der FI-Schalter wieder seinen Grundzustand einnimmt.The method and the two compensating circuits suitable for this purpose are described and explained in more detail below:
On the one hand, during delayed commissioning, individual circuit parts / groups with earth capacities are put into operation over a period of time. As a result, a large charging current pulse is split into several smaller charging current pulses. The size of the individual circuit parts is chosen so that no charging current pulse of a circuit part brings the FI switch to trip. The time staggering is generally such that the previous charge current pulse has decayed before the next pulse follows. A time overlap of the decaying pulses is allowed, thereby the current peak is reduced compared to the case of a common connection so that the excitation threshold of the FI-switch is not exceeded. The tripping of FI switches is usually electromechanical. Since, due to the mechanical inertia for the tripping a certain short period of current exposure is required, an interpretation is made so that the excitation threshold for a short period of time, which is shorter than the response time of the GFCI is exceeded. Then, however, a sufficiently long pulse break should be provided after the pulse within which the FI switch resumes its ground state.

Das Problem einer Fehlauslösung eines FI-Schalters an einer Weinelektroporationsanlage wurde beispielsweise auf diese Art gelöst. Der Lüftermotor des Netzteils besitzt eine vergleichsweise große Erdstreukapazität. Durch eine um ca. 0,5 s verzö gerte Einschaltung des Lüfters konnte der Ladestrom der Erdstreukapazitäten in zwei genügend kleine Ladestromimpulse aufgeteilt werden, so dass ein vorgeschalteter 30 mA-FI-Schalter nicht mehr ansprach. Die Verzögerung wurde mittels eines einschaltverzögerten Schützes vorgenommen.The Problem of a false trip For example, an FI switch on a wine electroporation plant has solved in this way. The fan motor of the power supply has a comparatively large earth leakage capacity. By one delayed by about 0.5 s Switching on the fan could the charging current of the earth leakage capacity in two small enough Charging current pulses are split, so that an upstream 30 mA RCD no longer activated. The delay was made by means of a einschaltverzögerten contactor performed.

Können bei einem vorhandenen Gerät keine Eingriffe vorgenommen werden, bleibt nur eine externe Stromkompensation. Deshalb wird andrerseits insbesondere bei fertig aufgebauten Anlagen und Geräten nicht ohne weiteres in die interne Funktion des Geräts eingegriffen. Daher ist ein verzögertes Einschalten einzelner Geräteteile nicht unbedingt möglich. In diesem Fall ist es hilfreich, den Fehlerstrom im PE-Leiter zu kompensieren. Dies geschieht durch Einbau einer gesteuerten Stromquelle zwischen PE- und N-Leiter, die einen Strom in Höhe des Stroms durch die Erdkapazitäten vom PE- auf den N-Leiter ableitet. Konstruktionsbedingt ist der Strom durch die Erdkapazitäten nicht immer direkt messbar, insbesondere bei den Y-Kondensatoren. Das Steuersignal für die gesteuerte Stromquelle kann jedoch alternativ auf zwei Methoden generiert werden:
Einerseits kann der Stromfluss durch den PE-Leiter zwischen Einspeisung und Funkentstörfilter als erstem Bauelement der Anlage gemessen und dem Eingang eines P-Reglers zugeführt werden. Der P-Regler regelt die gesteuerte Stromquelle derart, dass der Strom durch den PE-Leiter nahezu Null wird. Bei dieser Methode muss sichergestellt werden, dass ein tatsächlicher Fehlerstrom nicht ebenfalls ausgeregelt wird. Dies kann entweder durch eine räumlich nahe Anordnung an das Funkentstörfilter und/oder andere Anlagenteile mit großen Erdkapazitäten sichergestellt werden, wobei andere, nicht überwachte PE-Anschlüsse baumartig vor der Messstelle angeschlossen sind – in diesem Fall werden Fehlerströme der nicht überwachten Zweige nicht kompensiert –, oder durch den Einbau eines Hochpassfilters, der die Ausregelung auf kurze Impulse bzw. höherfrequente Signale begrenzt. Ein grundfrequenter bzw. netzfrequenter Störstrom würde dann nicht ausgeregelt werden. Außerdem muss gewährleistet sein, dass kein Parallelstrompfad zur Strommessstelle existiert.If no intervention can be made with an existing device, only external current compensation remains. Therefore, on the other hand, especially in the case of finished systems and devices, intervention in the internal function of the device is not readily intervened. Therefore, delayed activation of individual device parts is not necessarily possible. In this case, it is helpful to compensate for the residual current in the PE conductor. This is done by installing a controlled current source between PE and N-conductor, which derives a current equal to the current through the earth capacitance from the PE to the N-conductor. Due to the design, the current through the earth capacitance is not always directly measurable, especially in the case of the Y capacitors. Alternatively, the control signal for the controlled current source can be generated in two ways:
On the one hand, the current flow through the PE conductor between the infeed and RFI filter can be measured as the first component of the system and fed to the input of a P-controller. The P controller controls the controlled current source such that the current through the PE conductor becomes nearly zero. This method must ensure that an actual fault current is not compensated. This can be ensured either by a spatially close arrangement to the RFI filter and / or other parts of the plant with large earth capacitance, with other unmonitored PE connections are connected tree-like in front of the measuring point - in this case, fault currents of unmonitored branches are not compensated - or by installing a high-pass filter that limits the compensation to short pulses or higher-frequency signals. A fundamental frequency or mains frequency interference current would then not be compensated. In addition, it must be ensured that no parallel current path to the current measuring point exists.

Eine andere Methode besteht in der Nachbildung der Erdkapazitäten durch ein Kondensatornetzwerk mit nachgeschaltetem Strom-Spannungswandler. Wird das Nachbildungsnetzwerk nahe der Anlagenkomponenten mit großen Erdkapazitäten angeschaltet, liegt an ihm die gleiche Spannung wie über diesen Anlagenkomponenten und es stellt sich folglich auch der gleiche Stromfluss ein. Der Strom-Spannungswandler stellt ein dem Stromfluss proportionales Spannungssignal als Eingangssignal für die gesteuerte Stromquelle zur Verfügung. Durch die Steuerung der gesteuerten Stromquelle einzig auf der Grundlage des Nachbildungsnetzwerks ist gewährleistet, dass ein tatsächlicher Fehlerstrom unabhängig von dessen Frequenzanteilen nicht ausgeregelt wird. Auch haben Parallelpfade zur Masseverbindungsleitung, beispielsweise eine zusätzliche Erdung, keinen Einfluss auf die Funktion. Um den Stromfluss durch das Nachbildungsnetzwerk an den Aussteuerungsbereich des nachgeschalteten Strom-Spannungs-Wandlers anzupassen, werden seine Kondensatorwerte um einen Skalierungsfaktor verkleinert. Der Ausgleich erfolgt durch eine nachfolgende Rückskalierung.Another method is to simulate the earth capacitance through a capacitor network with a downstream current-voltage wall ler. If the replica network is connected close to the system components with large earth capacitances, the same voltage is applied to them as over these system components, and consequently the same current flow also sets in. The current-to-voltage converter provides a voltage signal proportional to the current flow as an input to the controlled current source. Controlling the controlled current source solely on the basis of the replica network ensures that an actual fault current will not be compensated regardless of its frequency components. Also, parallel paths to the ground connection line, such as additional grounding, have no effect on the function. In order to adapt the current flow through the replica network to the modulation range of the downstream current-voltage converter, its capacitor values are reduced by a scaling factor. The compensation is made by a subsequent rescaling.

Da das kapazitive Nachbildungsnetzwerk direkt an dem zu schaltenden Schaltungsteil angeschlossen sein muss, eignet sich diese Auskopplungsmethode insbesondere beim Aufbau einer Anlage aus mehreren fertigen, unmodifizierbaren Anlagenkomponenten/-gruppen.There the capacitive replication network directly to the to be switched Circuit part must be connected, this decoupling method is suitable especially when building a system of several finished, unmodifiable System components / assemblies.

Bei der Erfassung des Stromflusses in der Anlagenzuleitung kann die Kompensationsschaltung entweder am Eingang der mobilen Anlage, in einem separaten Gehäuse zum Zwischenstecken in das Anschlusskabel, oder auch stationär im bauseitigen Schaltschrank nahe des FI-Schalters eingebaut werden.at the detection of the current flow in the plant supply line can Compensation circuit either at the entrance of the mobile plant, in a separate housing For insertion into the connection cable or stationary in the on-site control cabinet be installed near the residual current circuit breaker.

Beim Einbau der Strommessstelle in den PE-Leiter wird vorausgesetzt, dass sich der Stromkreis der ableitenden Erdkapazitäten über diesen Leiter zum Netz zurück schließt und keine Parallelstrompfade existieren. Insbesondere bei einem anlagenfernen Einbauort wie z. B. einem bauseitigen Schaltschrank, kann durch eine zusätzliche Erdung einer Anlage ein Parallelstrompfad entstehen. Für diesen Fall ist es vorteilhaft, den Stromfluss statt direkt im PE-Leiter als Summenstrom durch die stromversorgenden Leiter L1 bis L3 und N (bzw. nur L1 und N oder nur L1 bis L3 – je nach Anschlussart) zu messen. Dies entspricht der Fehlerstromerfassung, wie sie auch beim FI-Schalter realisiert ist.At the Installation of the current measuring point in the PE conductor is assumed that the circuit of the discharging earth capacities over this conductor back to the network includes and no parallel current paths exist. Especially with a remote installation location such. B. an on-site control cabinet, can through an additional Earthing a plant a parallel current path arise. For this Case, it is advantageous to the current flow instead of directly in the PE conductor as a summation current through the power lines L1 to L3 and N (or only L1 and N or only L1 to L3 - depending on the type of connection) too measure up. This corresponds to the fault current detection, as with the FI switch is realized.

Für eine korrekte Funktion des FI-Schalters dürfen PE- und N-Leiter nach dem FI-Schalter nicht verbunden sein. Durch eine solche Verbindung würde ein Teil des Laststroms durch den N-Leiter fälschlicherweise durch den PE-Leiter am FI-Schalter vorbeigeleitet werden. Dadurch kann der FI-Schalter auslösen. Auch könnte umgekehrt ein Teilstrom eines Fehlerstroms vom PE-Leiter auf den N-Leiter überwechseln und damit vom FI-Schalter nicht registriert werden. Damit durch die Schaltung zur Fehlerstromkompensation in keinem Fall eine niederohmige Verbindung zwischen N und PE hergestellt wird, kommt eine Stromquelle zum Einsatz, die definitionsgemäß einen hohen Innenwiderstand aufweist. Bei Einsatz einer definitionsgemäß niederohmigen Spannungsquelle würde bei Ausfall der Kompensationsschaltung eine niederohmige Verbindung zwischen N und PE bestehen.For a correct Function of the FI-switch may PE and N conductors not be connected after the FI switch. By such a connection would be one Part of the load current through the neutral conductor falsely Passed by the PE conductor at the FI switch. Thereby The FI switch can trip. Could also conversely, transfer a partial current of a fault current from the PE conductor to the N conductor and thus not registered by the FI-switch. With it through the circuit for fault current compensation in no case a low-impedance Connection between N and PE is made, comes a power source used by definition a has high internal resistance. When using a low-resistance by definition Voltage source would if the compensation circuit fails, a low-resistance connection between N and PE.

Eine hochohmige Stromquelle für den beschriebenen Zweck kann vorteilhafterweise aus einer Spannungsquelle mit einer in Serie geschalteten Impedanz realisiert werden. Da insbesondere höherfrequente Signale übertragen, jedoch Signale mit Netzfrequenz geblockt werden sollen, bietet sich der Einsatz eines Kondensators Cs oder einer Serienschaltung aus Kondensator Cs und ohmschem Widerstand an. Als Spannungsquelle kann beispielsweise ein Audio-Leistungsverstärker ausreichender Leistung und Bandbreite dienen, dem ggf. ein Transformator zur Spannungserhöhung nachgeschaltet ist. Der Querstrom zwischen N- und PE-Leiter bei Ausfall der Kompensationsschaltung ergibt sich aus der Spannungsdifferenz dividiert durch den Widerstand. Ausge gangen im ungünstigen Fall von einer Spannungsdifferenz von 20 V und einem tolerierbaren Stromwert von 3 mA (10% des Auslösestroms von 30 mA) bei 50 Hz aus, erhält man als Obergrenze für eine kapazitive Vorimpedanz Cs = 470 nF. Im in 3 gezeigten Beispiel wird das Stromsignal von der Resonanzschwingung zwischen Erdkapazitäten und Leitungsinduktivitäten dominiert. Die Frequenz liegt in der Größenordnung von ca. 10 kHz. Der Blindwiderstand der 470 nF-Serienkapazität beträgt hierbei ca. 33 Ohm. Der Scheitelstrom im genannten Beispiel beträgt ca. 50 A. Zur vollständigen Kompensation dieses Stroms bei den gegebenen Werten würde nach der komplexen Wechselstromrechnung eine Spannung von mindestens 1,7 kV benötigt. Zum Ausgleich der kapazitätsbedingten Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung kann das Übersetzungsverhältnis jedoch höher gewählt werden, damit der transformierte Ausgangswiderstand des Verstärkers als ohmscher Quellenwiderstand wirkt. Damit die Kompensationsschaltung kleiner ausgelegt werden kann, ist zur Vermeidung der Auslösung des FI-Schalters auch eine Teilkompensation des Stroms ausreichend. Um mögliche Resonanzschwingungen zwischen Kondensator und Transformator- bzw. Leitungsinduktivitäten zu dämpfen, kann ein ohmscher Widerstand zusätzlich in Serie geschaltet werden. Er beeinflusst auch das Stabilitätsverhalten des Regelkreises.A high-impedance current source for the described purpose can be advantageously realized from a voltage source with a series-connected impedance. Since in particular higher-frequency signals are transmitted, but signals are to be blocked at the mains frequency, the use of a capacitor Cs or a series circuit of capacitor Cs and ohmic resistance is recommended. For example, an audio power amplifier of sufficient power and bandwidth can be used as the voltage source, possibly followed by a transformer for increasing the voltage. The cross-flow between N and PE conductors in case of failure of the compensation circuit results from the voltage difference divided by the resistance. In the worst case, assuming a voltage difference of 20 V and a tolerable current value of 3 mA (10% of the tripping current of 30 mA) at 50 Hz, the upper limit for a capacitive pre-impedance is Cs = 470 nF. Im in 3 As shown, the current signal is dominated by the resonant oscillation between earth capacitances and line inductances. The frequency is on the order of about 10 kHz. The reactance of the 470 nF series capacitance is approximately 33 ohms. The peak current in the example given is approximately 50 A. To completely compensate for this current at the given values, a voltage of at least 1.7 kV would be required according to the complex AC calculation. To compensate for the capacitive phase shift between current and voltage, however, the gear ratio can be set higher, so that the transformed output resistance of the amplifier acts as an ohmic source resistance. So that the compensation circuit can be made smaller, a partial compensation of the current is sufficient to avoid the triggering of the residual current switch. In order to dampen possible resonance oscillations between capacitor and transformer or line inductances, an ohmic resistor can additionally be connected in series. It also influences the stability behavior of the control loop.

Der Einsatz einer gesteuerten Stromquelle in einem Rückkopplungszweig erlaubt die Kompensation netzfrequenter Stromanteile. Obwohl für den beschriebenen Anwendungsfall die Kompensation des Einschaltstromimpulses ausreichend ist, können prinzipiell auch niederfrequente Stromanteile kompensiert werden. Hierfür eignen sich beide Möglichkeiten zur Erfassung des Fehlersignals, die Strommessung als auch die Nachbildung der Erdkapazitäten. Damit ein Fehlerstrom zur Auslösung führt und nicht kompensiert wird, kann der maximal von der Kompensationsschaltung eingespeiste Strom auf den zu kompensierenden Ableitstrom begrenzt werden. Ein zusätzlicher Strom würde als Fehlerstrom erkannt werden. Eine solche Strombegrenzung kann entweder manuell für eine gegebene Anlage fest vorgegeben werden, oder im Falle ständig veränderbarer Konfigurationen auf der Basis einer automatisierten Messung der Erdkapazitäten oder des kapazitiven Anteils des Erdstroms automatisch kontinuierlich angeglichen werden. Ein Ableitstrom im Falle einer Verbindung eines Außenleiters zu Masse zeichnet sich im Gegensatz zum kapazitiven Ableitstrom durch einen Wirkstrom und/oder einen induktiven Blindstrom aus. So ist aufgrund der Phasenlage des Stroms zur Spannung eine Unterscheidung zwischen Ableit- und Fehlerstrom zwecks automatischen Kompensationsabgleichs möglich. Ein Beispiel für ständig veränderbare Konfigurationen wäre der bauseitige Einbau der Kompensationsschaltung, wobei ständig wechselnde Verbraucher angeschlossen werden. Zur Kompensation netzfrequenter Ableitströme wird auf den beschriebenen Hochpass entweder ganz verzichtet, oder die beschriebene Strombegrenzungsschaltung wird für niederfrequente Anteile wirkend parallel geschaltet.The use of a controlled current source in a feedback branch allows the compensation of line frequency current components. Although for the described application, the compensation of the Inrush current pulse is sufficient, in principle, low-frequency current components can be compensated. Both possibilities for detecting the error signal, the current measurement as well as the simulation of the earth capacitance are suitable for this purpose. In order for a fault current to trigger and is not compensated for, the maximum current supplied by the compensation circuit can be limited to the leakage current to be compensated. An additional current would be detected as a fault current. Such a current limit can either be fixed manually for a given installation, or automatically adjusted continuously in the case of continuously variable configurations on the basis of an automated measurement of the earth capacitance or of the capacitive component of the earth current. A leakage current in the case of a connection of an outer conductor to ground is characterized by an active current and / or an inductive reactive current in contrast to the capacitive leakage current. Thus, due to the phase position of the current to the voltage, a distinction between the leakage and fault current for the purpose of automatic compensation compensation is possible. An example of constantly changing configurations would be the on-site installation of the compensation circuit, whereby constantly changing consumers are connected. In order to compensate line frequency leakage currents, the described high pass is either completely dispensed with, or the current limiting circuit described is connected in parallel for low frequency components.

Im Falle einer im Betrieb wechselnden Konfiguration wird der Einschaltstromimpuls durch die Wirkung des Hochpasses kompensiert. Im Falle einer zusätzlichen Kompensation netzfrequenter Stromanteile wird hierdurch gleichzeitig die Schwelle zur Kompensation der netzfrequenten Stromanteile auf eine vorgebbare obere Grenze erhöht, um eine mögliche Erhöhung des Ableitstroms vorab auszugleichen. Innerhalb weniger Netzperioden nach Abklingen des Einschaltstromimpulses wird der Kompensationsstrom abhängig von der Impedanz- oder Strommessung wieder soweit verringert, bis ein kapazitiver Erdstrom vorgebbarer Höhe fließt. Dabei ist bei der Wahl der beiden Grenzen zu berücksichtigen, dass bei der oberen Grenze des Kompensationsstroms noch ein gewisser Restschutz für den Ableitstrom besteht, wobei die Vorgabe des Rest-Erdstroms zusammen mit der Auslöseschwelle des FI-Schalters den Toleranzbereich für die Auslösung vorgibt.in the Case of a configuration that changes during operation becomes the inrush current pulse compensated by the effect of the high pass. In case of an additional Compensation of mains frequency current components thereby becomes simultaneous the threshold for the compensation of the mains frequency current components to one predefinable upper limit increased, to a possible increase to balance the leakage current in advance. Within a few network periods after the inrush current pulse has decayed, the compensation current becomes dependent again reduced from the impedance or current measurement, until a capacitive earth current of specifiable height flows. It is in the election to consider the two limits, that at the upper limit of the compensation current still a certain Residual protection for the leakage current, wherein the specification of the residual earth current together with the tripping threshold of the FI-switch the tolerance range for the trigger pretends.

Wird nur eine Kompensation der pulsförmigen Einschaltableitströme benötigt und treten systembedingt aperiodisch gedämpfte oder stark gedämpfte oszillierende Pulse auf, kann die Stromquelle vorteilhaft durch einen in Amplitude und/oder Pulslänge sowie Polarität steuerbaren Pulsgenerator ersetzt werden. Dieser Pulsgenerator speist einen Kompensationspuls entgegengesetzter Polarität wie der zu kompensierende Einschaltableitstromimpuls zwischen N und PE ein. Auf eine exakte Kompensation des Einschaltstromimpulses kann insoweit verzichtet werden, wie es die Auslöseschwelle und Auslösezeit des FI-Schalters zulassen. Daher ist auch die Pulsform des Pulsgenerators von untergeordneter Bedeutung. Sie muss nicht der Kurvenform des zu kompensierenden Impulses entsprechen. Übliche Kurvenformen sind Rechteckimpuls, bzw. exponentiell abfallender oder schwingend gedämpfter Pulsverlauf, wie sie durch eine Kondensatorentladung erzeugt werden. Bei unveränderbarer Konfiguration der Erdkapazitäten kann die Einstellung des Pulsgenerators einmalig fest vorgenommen werden. Soll eine Veränderung der Erdkapazitäten infolge von Konfigurationsveränderungen automatisch mit berücksichtigt werden, bietet sich eine Steuerung der Pulsamplitude und/oder Pulslänge an. Da die Pulsamplitude im Allgemeinen durch die Ladespannung vorgegeben ist, lässt sie sich eher langsam ändern. Eine schnelle Änderung ist bei der Pulslänge möglich. Eine vorteilhafte Schaltung besteht aus einem Speicherkondensator in Serie mit einem abschaltbaren Schaltelement, z. B. einem IGBT oder Transistor, über den die Pulslänge gesteuert wird. Eine Ladeschaltung lädt dabei den Kondensator zwischen den Pulsapplikationen nach.Becomes only a compensation of the pulse-shaped Einschaltableitströme needed and occur systemically aperiodically damped or strongly damped oscillating Pulse on, the power source can be advantageous by a in amplitude and / or pulse length as well polarity be replaced controllable pulse generator. This pulse generator feeds a compensation pulse of opposite polarity as the to be compensated Einschaltableitstromimpuls between N and PE. On an exact compensation of the inrush current can so far be waived, as it is the tripping threshold and tripping time of the Allow FI switch. Therefore, the pulse shape of the pulse generator is also of secondary importance. It does not have the curve shape of the correspond to the compensating pulse. Common waveforms are rectangular pulse, or exponentially decreasing or oscillatingly damped pulse progression, as generated by a capacitor discharge. With unchangeable Configuration of earth capacity the setting of the pulse generator can be fixed once become. Should a change the earth capacities as a result of configuration changes automatically taken into account, offers a control of the pulse amplitude and / or pulse length. Since the pulse amplitude is generally predetermined by the charging voltage, let her change more slowly. A quick change is at the pulse length possible. An advantageous circuit consists of a storage capacitor in series with a switchable switching element, eg. As an IGBT or transistor, over the pulse length is controlled. A charging circuit charges the capacitor between according to the pulse applications.

Zusammengefasst sind die Merkmale der Erfindung:

– die zeitgestaffelte Teilzuschaltungen zum Zweck der Stromreduktion im PE-Leiter;
– Kompensation eines Massestroms durch die Erdkapazitäten durch einen gesteuerte Stromquelle zwischen N- und PE-Leiter;
– die Ansteuerung der gesteuerten Stromquelle durch einen P-Regler, der den Stromfluss durch den PE-Leiter in einem Frequenzbereich genügend oberhalb der Grundschwingungsfrequenz nahezu zu Null regelt;
– die Ansteuerung der gesteuerten Stromquelle auf der Grundlage einer Netznachbildung der Erdkapazitäten, wobei die Netznachbildung ein Stromsignal proportional zum Strom über die Erdkapazitäten liefert.

In summary, the features of the invention are:

- the time-divisional partial connections for the purpose of power reduction in the PE conductor;
- Compensation of a ground current through the earth capacitances by a controlled current source between N and PE conductors;
- The control of the controlled current source by a P-controller, which controls the flow of current through the PE conductor in a frequency range sufficiently above the fundamental frequency almost to zero;
- The control of the controlled current source based on a network replica of the earth capacity, wherein the network replica delivers a current signal proportional to the current through the earth capacitances.

Dadurch wird der Vorteile des einfachen Betriebs einer Anlage mit großen Ableitkapazitäten zu Erde bei vorgeschaltetem FI-Schalter ohne Fehlauslösungen des FI-Schalters durch Ableitströme zur Erde insbesondere bei Einschaltvorgängen erzielt.Thereby the benefits of simply operating a plant with large dissipation capacity to earth with upstream FI switch without false triggering of the residual current circuit breaker by leakage currents achieved to the earth, especially during power-up.

Im Weiteren wird die Zeichnung mit ihren 1 bis 3 noch kurz erläutert. Es zeigen im Einzelnen:In the following, the drawing with her 1 to 3 briefly explained. They show in detail:

1 die Kompensationsschaltung mit Nachbildung der Erdkapazitäten; 1 the compensation circuit with replication of the earth capacities;

2 die Kompensationsschaltung mit Summenstrommessung; 2 the compensation circuit with summation current measurement;

3 den Stromimpuls im PE-Leiter am FI-Schalter gemessen. 3 measured the current pulse in the PE conductor at the FI switch.

1 zeigt das Prinzipschaltbild des Ausführungsbeispiels mit einer Nachbildung der Erdkapazitäten. Die Nachbildung wird durch die Kondensatoren C1 bis C3 vorgenommen. Der Operationsverstärker IC1 mit einer Gegenkopplung über R1 arbeitet als invertierender Strom-Spannungs-Wandler. Die Dioden D1 und D2 dienen als Überspannungsschutz. Der hochohmige Widerstand R2 definiert das Gleichspannungspotential am Eingang von IC1. Der Leistungsverstärker IC2 verstärkt und überträgt das Signal an den Transformator Tr1, der das hochgespannte Signal über den Kondensator Cs zwischen N und PE einspeist. Das skizzierte Gerät weist die großen Erdströme auf. Anschlussseitig vorgeschaltet (nicht eingezeichnet) ist der FI-Schalter sowie das Schütz zum Einschalten des Geräts. Die Phasenlage des über Cs und Tr1 zwischen den Leitern N und PE eingespeisten Stromsignals ist so gewählt, dass der Stromfluss im PE-Leiter einspeisungsseitig reduziert wird. 1 shows the block diagram of the embodiment with a replica of earth capacitance. The replica is made by the capacitors C1 to C3. The operational amplifier IC1 with a negative feedback via R1 operates as an inverting current-voltage converter. The diodes D1 and D2 serve as overvoltage protection. The high resistance R2 defines the DC potential at the input of IC1. The power amplifier IC2 amplifies and transmits the signal to the transformer Tr1, which feeds the high-voltage signal through the capacitor Cs between N and PE. The sketched device has the large earth currents. On the connection side upstream (not shown) is the residual current circuit breaker as well as the contactor for switching on the device. The phase position of the current signal fed in via Cs and Tr1 between the conductors N and PE is selected such that the current flow in the PE conductor is reduced on the feed side.

2 zeigt das Prinzipschaltbild des Ausführungsbeispiels mit einer Summenstrommessung. Die Summenstrommessung wird mittels des Stromwandlers Tr1 und des angeschlossenen Bürdenwiderstands R1 vorgenommen. Der Operationsverstärker IC1 mit einer Gegenkopplung über R2/R3 arbeitet als invertierender Verstär ker. Über seinen Verstärkungsfaktor lässt sich zusammen mit den Verstärkungsanteilen der anderen Komponenten die Gesamtverstärkung der Schaltung festlegen. Der nachgeschaltete Hochpass verhindert die Kompensation netzfrequenter Signale, so dass nur Einschaltstromimpulse ausgeregelt werden. Der Leistungsverstärker IC2 verstärkt und überträgt das Signal an den Transformator Tr1, der das hochgespannte Signal über den Kondensator Cs zwischen N und PE einspeist. Das skizzierte Gerät weist die großen Erdströme auf. Anschlussseitig vorgeschaltet (nicht eingezeichnet) ist der FI-Schalter. Die Phasenlage des über C1 und Tr2 zwischen den Leitern N und PE eingespeisten Stromsignals ist so gewählt, dass der Stromfluss im PE-Leiter einspeisungsseitig reduziert wird. Gleichzeitig wird über die Stromeinkopplung in den N-Leiter das Ausgangssignal von Tr1 und damit das Eingangssignal des invertierenden Verstärkers um Ics reduziert. Damit arbeitet die Schaltung als gegengekoppelter P-Regler, der den Stromfluss durch den eingangsseitigen PE-Leiter zu Null regelt. Wie für P-Regler üblich bestimmt dabei die Gesamtverstärkung die bleibende Regelabweichung. 2 shows the schematic diagram of the embodiment with a summation current measurement. The summation current measurement is made by means of the current transformer Tr1 and the connected load resistor R1. The operational amplifier IC1 with negative feedback via R2 / R3 operates as an inverting amplifier. Its gain factor, together with the gain ratios of the other components, can be used to determine the overall gain of the circuit. The downstream high-pass filter prevents the compensation of mains-frequency signals, so that only inrush current pulses are compensated. The power amplifier IC2 amplifies and transmits the signal to the transformer Tr1, which feeds the high-voltage signal through the capacitor Cs between N and PE. The sketched device has the large earth currents. Upstream of the connection (not shown) is the residual current circuit breaker. The phase position of the current signal fed in via C1 and Tr2 between the conductors N and PE is selected such that the current flow in the PE conductor is reduced on the feed side. At the same time, the current input to the N-conductor reduces the output signal of Tr1 and thus the input signal of the inverting amplifier by Ics. Thus, the circuit operates as a negative feedback P-controller, which controls the flow of current through the input-side PE conductor to zero. As usual for P controllers, the overall gain determines the remaining control deviation.

3 zeigt beispielhaft einen oszilloskopisch aufgenommenen Stromimpuls im PE-Leiter einer Anschlussleitung eines elektrischen Großgeräts im Einschaltmoment, der den vorgeschalteten FI-Schalter zur Auslösung brachte. 3 shows an example of an oscilloscope recorded current pulse in the PE conductor of a connecting cable of a large electrical appliance at power-on, which brought the upstream FI switch to trip.

Claims

Method for reducing pulsed earth currents in one Power cord of a large electric appliance to a single-phase or multiphase system of Li, i = 1, 2, 3, ..., with or without neutral N and a protective conductor PE, with the interposition of a residual current circuit breaker, consisting of the steps: - The large device is individually controllable Subgroups subdivided, each in a predetermined temporal Distance, the switching time, and sequence, the sequential sequence, one after the other be connected to the mains voltage, where the specifiable Switching times and Zuschaltfolge be set such that the pulsed earth current through the mains connection cable with interposed residual current circuit breaker does not trigger this; - the non-triggering will complemented by a compensation circuit supports the by introducing a compensation current into the protective conductor PE the pulse-shaped earth currents away from the protective conductor PE away.

Method according to claim 1, characterized in that that the compensation current for residual current displacement from the asymmetry the voltages between each of the network-side conductors Li and the protective conductor PE, which drives a current in the zero system, characterized It is determined that with a replica of the earth capacities of the large electric appliance an artificial one Star point is formed and the current between this artificial Star point and PE protection with an adjustable factor weighted, is fed as anti-phase compensation current.

Method according to claim 1, characterized in that that the summation current in the line-side conductors Li and the neutral N is formed and amplified by a predeterminable factor, in anti-phase between the neutral conductor N and the protective conductor PE for compensation in the Type of proportional controller to be coupled.

Process according to claims 2 and 3, characterized that the transmission behavior Has high-pass character and therefore locked mains frequency signals become.

Process according to claims 2 and 3, characterized that the transmission behavior has the character of a band-stop filter and therefore mains-frequency signals be locked.

Process according to claims 4 or 5, characterized on the one hand, the switching times, the connection sequence and the switching groups, On the other hand, the setting of the compensation circuit computer-controlled is performed in an iterative process.

Compensation circuit for residual current displacement from a protective conductor PE to a neutral conductor N for carrying out the Method according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the compensation circuit a replica of the earth's capacity of the large equipment such contains that the capacities Ci are connected to a common star point, the star point over one high-resistance resistor R2 is connected to the protective conductor PE, of the Resistor R2 DC potential generator at the input of an operational amplifier IC1 is the operational amplifier with negative feedback via a Resistor R1 is an inverting current-to-voltage converter and with its output connected to a power amplifier IC2, of the Output of the power amplifier IC2 is connected to the input of a transformer Tr1 whose Output via a capacitor Cs with the neutral conductor N and the protective conductor PE connected is.

Compensation circuit according to Claim 7, characterized in the case of the single-phase network, superfluous capacities are eliminated.

Compensation circuit for residual current displacement from a protective conductor PE to a neutral conductor N for carrying out the Process according to the claims 5 or 6, characterized in that the output of one of the Head Li and the neutral conductor N supplied summation current transformer Tr1 via a load resistance R1 indirectly via a resistor R2 to the input of an operational amplifier IC1 is connected, wherein the operational amplifier via a feedback resistor R3 operates with negative feedback R2 / R3 as inverting amplifier, the operational amplifiers IC1 is followed by a high pass, which is a power amplifier IC2 follows the power amplifier IC2 is with its output to the input a transformer Tr2 connected, whose output is over a capacitor Cs with the neutral conductor N and the protective conductor PE connected is.

Compensation circuit according to claims 7 to 9, characterized in that in the case of a network without neutral the displacement of the current instead of into the neutral conductor into the neutral point of a capacitive Neutralization occurs.