DE102011011983A1 - Fault current protective device for protecting electrical systems against e.g. ignited fires, has transformer for detecting low and high fault currents, and protective circuitry switched parallel to winding and acting as crowbar circuit - Google Patents

Fault current protective device for protecting electrical systems against e.g. ignited fires, has transformer for detecting low and high fault currents, and protective circuitry switched parallel to winding and acting as crowbar circuit Download PDF

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Robert Schmidt
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Abstract

The device has a summation current transformer (2) for detecting low and high frequency fault currents and comprising a secondary winding (3) to monitor primary power lines (1) and connected with an electronic circuit (5). A release relay (6) allows interruption of primary power lines parallel to the secondary winding. A protective circuitry (4) is switched parallel to a secondary winding, and acts as a crowbar circuit. The protective circuit is interconnected in series with a crowbar circuitry for over voltage protection.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2 zum Schutz von Personen und elektrischen Anlagen vor gefährlichen Fehlerströmen, mit wenigstens einem Summenstromwandler zur Erfassung nieder- und hochfrequenter Fehlerströme umfassend zumindest zwei aktive zu überwachende primäre Stromleitungen und zumindest eine sekundäre Wicklung, welche mit einer elektronischen Schaltung verschaltet ist, und umfassend zumindest ein an der elektronischen Schaltung ausgangsseitig verschaltetes Auslöserelais zur Unterbrechung der primären Strömleitungen.The invention relates to a residual current device according to the preamble of claim 1 or 2 for the protection of persons and electrical equipment from dangerous fault currents, comprising at least one summation current transformer for detecting low and high frequency fault currents comprising at least two active primary power lines to be monitored and at least one secondary winding which is connected to an electronic circuit, and comprising at least one output relay connected to the electronic circuit on the output side to interrupt the primary flow lines.

In den Stromleitungen sind regelmäßig Schaltkontakte angeordnet, welche z. B. bei Vorliegen eines unzulässig hohen Fehlerstroms den Stromfluss in den Stromleitungen unterbrechen. Das Auslöserelais wirkt auf diese Schaltkontakte ein.In the power lines switching contacts are arranged regularly, which z. B. interrupt the current flow in the power lines in the presence of an impermissibly high fault current. The tripping relay acts on these switching contacts.

Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen der eingangs genannten Gattung dienen vorzugsweise zum Schutz gegen elektrischen Schlag sowie zum Schutz gegen elektrisch gezündete Brände in elektrischen Anlagen und sind im Stand der Technik bekannt. Sie weisen zur Erfassung von Wechselfehlerströmen einen Summenstromwandler auf, durch den die zu überwachenden aktiven Stromleiter geführt sind. Die Summe der Ströme in den aktiven Leitern wird vom Summenstromwandler erfasst und stellt ein Maß für den Fehlerstrom dar. Dem Summenstromwandler ist elektrisch nachfolgend eine elektronische Schaltung mit zugeordnetem Auslöserelais angeordnet, welches bei Überschreiten eines zulässigen Fehlerstromgrenzwertes über eine Schaltmechanik ein Öffnen der in den Stromleitungen angeordneten Schaltkontakte bewirkt, wodurch im Fehlerfall eine sichere Trennung einer nachfolgenden elektrischen Anlage vom versorgenden Stromnetz gewährleistet ist. Diese Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen gewinnen ihre zur Auslösung erforderliche elektrische Energie nur aus dem Fehlerstrom. Zusätzliche Hilfsspannungsquellen, welche die Erfassung und Auswertung des Fehlerstromes oder die Auslösung unterstützen sind aufgrund einschlägiger Bauvorschriften unzulässig.Residual current protective devices of the type mentioned above are preferably used to protect against electric shock and to protect against electrically ignited fires in electrical systems and are known in the art. To detect AC residual currents, they have a summation current transformer, through which the active current conductors to be monitored are routed. The summation of the currents in the active conductors is detected by the summation current transformer and represents a measure of the fault current. The summation current transformer is electrically subsequently arranged an electronic circuit with associated release relay, which arranged on an override limit value exceeding a switching mechanism opening the arranged in the power lines Switching contacts causes, which ensures a safe separation of a subsequent electrical system from the supplying power supply in case of failure. These residual current protective devices gain their required for triggering electrical energy only from the fault current. Additional auxiliary voltage sources which support the detection and evaluation of the residual current or the tripping are inadmissible due to relevant building regulations.

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung aus der EP 1 201 015 B1 bekannt, welche eine Fehlerstromsensitivität nicht nur bei ihrer Bemessungsfrequenz sondern über einen erweiterten Frequenzbereich bis 20 kHz aufweist. Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen dieser Art sind vorzugsweise zum Schutz in elektrischen Anlagen vorgesehen, in welchen im Fehlerfalle auch Wechselfehlerströme entstehen können, die beispielsweise durch getaktete einphasig betriebene elektronische Betriebsmittel wie z. B. Frequenzumrichter generiert werden. Diese Wechselfehlerströme weisen in der Regel ein breites Frequenzspektrum auf, welches aus mehreren Spektralanteilen mit unterschiedlichen Amplituden besteht. So sind beispielsweise bei einem Erdfehler am Ausgang eines Frequenzumrichters die Schaltfrequenz und deren Oberschwingungen mit erheblichem Anteil im Fehlerstrom vorhanden.From the prior art, for example, a residual current device from the EP 1 201 015 B1 which has a fault current sensitivity not only at its rated frequency but over an extended frequency range up to 20 kHz. Residual current protective devices of this type are preferably provided for protection in electrical systems in which in case of failure and AC fault currents can arise, for example, by clocked single-phase operated electronic equipment such. B. frequency converters are generated. As a rule, these alternating fault currents have a broad frequency spectrum, which consists of several spectral components with different amplitudes. Thus, for example, in the event of a ground fault at the output of a frequency converter, the switching frequency and its harmonics are present with a significant proportion in the fault current.

Aus dem Stand der Technik sind getaktete elektronische Betriebsmittel bekannt, welche Taktfrequenzen bis 50 kHz generieren. Für einen umfassenden Schutz wäre es daher vorteilhaft, dass die eingesetzte Fehlerstrom-Schutzeinrichtung eine Fehlerstromsensitivität für Frequenzen bis mindestens 100 kHz aufweist, um auch Oberschwingungen der Taktfrequenz noch sicher zu erfassen.Clocked electronic resources are known from the prior art, which generate clock frequencies up to 50 kHz. For a comprehensive protection, it would therefore be advantageous that the residual current device used has a fault current sensitivity for frequencies up to at least 100 kHz in order to detect even harmonics of the clock frequency still safe.

Zur Erfassung und Auswertung dieser Fehlerströme müssen dafür geeignete Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen eine elektronische Schaltung aufweisen, welche eingangsseitig mit einer Sekundärwicklung des Summenstromwandlers und ausgangsseitig mit einem auf eine Schaltmechanik wirkendes elektromechanisches Auslöserelais verschaltet ist, um im Fehlerfalle eine allpolige Trennung der zu schützenden elektrischen Anlage zu bewirken.For detection and evaluation of these fault currents suitable residual current protective devices must have an electronic circuit which is the input side connected to a secondary winding of the summation current transformer and the output side with an acting on a switching mechanism electromechanical trip relay to cause an all-pole separation of the protected electrical system in case of failure ,

Diese elektronische Schaltung ist in der Art auszuführen, dass eine Erfassung und Auswertung von Wechselfehlerströmen mit unterschiedlichen Frequenzen und Stromkurvenformen über einen weiten Frequenzbereich möglich ist. Dieses wird vorzugsweise durch Verwendung einer unter dem Oberbegriff Spannungsverdopplerschaltung bekannten Schaltung mit nachfolgendem Ladungsspeicher und Schwellwertschalter erzielt. Spannungsverdopplerschaltungen sind als Einpuls-Verdopplerschaltung (Villard-Schaltung) und als Zweipuls-Verdopplerschaltung (Delon-Schaltung) bekannt. Im Stand der Technik werden beide Ausführungen in Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen verwendet, die eine als kurzzeitverzögert bekannte Eigenschaft aufweisen, um diese Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen gegen transiente Fehlerströme zu immunisieren. Ebenfalls werden diese Schaltungen für selektive Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen verwendet. In der DE 3244670 A1 sind Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit diesen Schaltungen aufgeführt.This electronic circuit is to be designed such that a detection and evaluation of alternating fault currents with different frequencies and current waveforms over a wide frequency range is possible. This is preferably achieved by using a known with the generic term voltage doubler circuit with subsequent charge storage and threshold value switch. Voltage doubler circuits are known as a one-pulse doubler circuit (Villard circuit) and a two-pulse doubler circuit (Delon circuit). In the prior art, both versions are used in residual current protective devices, which have a property known as short-time delayed in order to immunize these residual current protective devices against transient fault currents. Also, these circuits are used for selective residual current devices. In the DE 3244670 A1 Residual current protective devices are listed with these circuits.

Spannungsverdopplerschaltungen bestehen üblicherweise aus einer aus zwei Dioden und zwei Kondensatoren ausgebildeten Eingangsgleichrichterschaltung. Aufgrund der beiden Dioden erfordern diese Schaltungen eine ausreichend hohe Eingangsspannung, welche vom Summenstromwandler generiert werden muss, um den negativen Einfluss der Diodendiffusionsspannung zu minimieren. Daher muss die Sekundärwicklung des Summenstromwandlers eine hohe Windungszahl aufweisen.Voltage doubler circuits usually consist of an input rectifier circuit made up of two diodes and two capacitors. Because of the two diodes, these circuits require a sufficiently high input voltage which must be generated by the summation CT to minimize the negative impact of the diode diffusion voltage. Therefore, the secondary winding of the summation current transformer must have a high number of turns.

Treten nun beispielsweise im Fehlerfalle sehr hohe impulsförmige transiente Fehlerströme auf, so bewirken diese eine sehr hohe Spannung an der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers. Zu diesem Zweck wird die nachgeschaltete Spannungsverdopplerschaltung üblicherweise mit als Varistoren (engl.: Metall Oxid Varistors (MOV)) oder Suppressordioden (engl.: Avalanche Transient Voltage Suppressors (TVS)) bekannten und kostengünstigen Schutzbauteilen vor gefährlichen Überspannungen geschützt. Diese Schutzbauteile weisen jedoch eine sehr hohe parasitäre Sperrschichtkapazität üblicherweise > 1 nF auf. Die hohe parasitäre Kapazität stellt eine bei ansteigender Frequenz sich verringernde Impedanz dar, welche der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers elektrisch parallel geschaltet ist, so dass bei Fehlerströmen mit hohen Frequenzanteilen die Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung soweit sinkt, dass eine zuverlässige Erfassung dieser hochfrequenten Fehlerströme nicht mehr möglich ist. Des Weiteren werden auch bekanntermaßen die Dioden der Spannungsverdopplerschaltung als Zener-Dioden ausgeführt, um eine Begrenzung der Spannung zu bewirken. Jedoch weisen auch Zener-Dioden durchaus parasitäre Kapazitäten > 1 nF auf. If, for example, very high pulse-shaped transient fault currents occur in the event of an error, they cause a very high voltage at the secondary winding of the summation current transformer. For this purpose, the downstream voltage doubler circuit is usually protected from dangerous overvoltages by means of known and cost-effective protective components known as varistors (English: Metal Oxide Varistors (MOV)) or suppressor diodes (Avalanche Transient Voltage Suppressors (TVS)). However, these protective components have a very high parasitic junction capacitance usually> 1 nF. The high parasitic capacitance represents a decreasing impedance at increasing frequency, which is electrically connected in parallel to the secondary winding of the summation current transformer, so that at fault currents with high frequency components, the output voltage at the secondary winding decreases so much that a reliable detection of these high-frequency fault currents is no longer possible , Furthermore, it is also known that the diodes of the voltage doubler circuit are implemented as zener diodes in order to effect a limitation of the voltage. However, Zener diodes also have parasitic capacitances> 1 nF.

Die mit einer Spannungsverdopplerschaltung eingangsseitig verbundene Sekundärwicklung des Summenstromwandlers ist, wie bereits weiter oben erwähnt, in bekannter Weise so ausgelegt, dass sie zur Generierung einer ausreichend hohen Spannung eine sehr hohe Windungszahl aufweist. Die Bewicklung des Summenstromwandlers erfolgt dabei in bekannter und einfacher Weise mehrlagig.The secondary winding of the summation current transformer connected on the input side to a voltage doubler circuit is, as already mentioned above, designed in a known manner such that it has a very high number of turns for generating a sufficiently high voltage. The winding of the summation current transformer takes place in a known and simple manner in several layers.

D. h. während der Bewicklung wird der magnetische Kern des Summenstromwandlers üblicherweise mehrmals vollständig um seine eigene Achse gedreht, so dass sich die Windungen unterschiedlicher Lagen teilweise oder mehrfach überdecken. Diese mehrlagige Bewicklung bewirkt jedoch ebenfalls, bedingt durch eine kapazitive Kopplung der Windungen unterschiedlicher Lagen, eine der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers elektrisch parallel geschaltete parasitäre Kapazität, welche in bekannter Weise als Wicklungskapazität bezeichnet wird. Auch die Wicklungskapazität stellt eine bei ansteigender Frequenz sich verringernde der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers elektrisch parallel geschalteten parasitären Impedanz dar, so dass bei Fehlerströmen mit hohen Frequenzanteilen die Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung soweit sinkt, dass eine zuverlässige Erfassung von Fehlerströmen mit hohen Frequenzanteilen ebenfalls nicht mehr möglich ist.Ie. During winding, the magnetic core of the summation current transformer is usually rotated several times completely around its own axis, so that the turns of different layers partially or repeatedly cover. However, this multi-layer winding also causes, due to a capacitive coupling of the windings of different layers, one of the secondary winding of the summation current transformer electrically connected in parallel parasitic capacitance, which is referred to in a known manner as winding capacitance. The winding capacitance also represents a parasitic impedance which electrically lowers in parallel with increasing frequency of the secondary winding of the summation current transformer, so that at fault currents with high frequency components, the output voltage at the secondary winding decreases so much that a reliable detection of fault currents with high frequency components is likewise no longer possible ,

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, welche es ermöglicht, eine hilfsspannungsunabhängige Erfassung von Wechselfehlerströmen bis zu einer Frequenz von mindestens 100 kHz zu gewährleisten, indem parasitäre Kapazitäten, die der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers in unvorteilhafter Weise parallel geschaltet sind, möglichst klein gehalten werden.The invention is therefore based on the object to provide a residual current device of the type mentioned, which makes it possible to ensure auxiliary voltage-independent detection of AC residual currents up to a frequency of at least 100 kHz by parasitic capacitances, the secondary winding of the summation current transformer in unfavorable Way are connected in parallel, to be kept as small as possible.

Diese Aufgabe wird in erster Alternative erfindungsgemäß gelöst durch zumindest eine parallel zur Sekundärwicklung geschaltete und als Crowbar-Schaltung bezeichnete Schutzbeschaltung. In zweiter Alternative besteht die Lösung der Aufgabe in einer einlagigen Bewicklung der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers.This object is achieved in the first alternative according to the invention by at least one parallel to the secondary winding connected and called Crowbar circuit protection circuit. In the second alternative, the solution of the problem in a single-layer winding the secondary winding of the summation current transformer.

Bereits mit Bezug auf die Zeichnungen werden nachfolgend an Ausführungsbespielen der Erfindung Vorteile und Weiterbildungen erläutert. Die Figuren zeigen:Already with reference to the drawings, advantages and developments are explained below to Ausführungsbespielen the invention. The figures show:

1 den Aufbau einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mit einer Schutzbeschaltung, 1 the construction of a residual current device with a protective circuit,

2 eine Crowbar-Schaltung bestehend aus Steuerschaltung und SCR als Schutzbeschaltung gemäß 1, 2 a crowbar circuit consisting of control circuit and SCR as a protective circuit according to 1 .

3 eine Crowbar-Schaltung als Schutzbeschaltung gemäß 1, die nur aus einem Bauteil besteht, 3 a Crowbar circuit as a protective circuit according to 1 which consists of only one component,

4 eine Crowbar-Schaltung als Schutzbeschaltung gemäß 1 und ein dazu in Reihe verschaltetes weiteres Bauteil zum Überspannungsschutz, 4 a Crowbar circuit as a protective circuit according to 1 and a further component connected in series for overvoltage protection,

5 die typische Strom-/Spannungskennlinie einer Crowbar-Schaltung und 5 the typical current / voltage characteristic of a Crowbar circuit and

6 die Bewicklung der Sekundärwicklung eines Summenstromwandlers. 6 the winding of the secondary winding of a summation current transformer.

1 zeigt den Aufbau einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung bestehend aus mindestens zwei zu überwachenden Stromleitungen (1), zumindest einem Summenstromwandler (2) mit zumindest einer Sekundärwicklung (3), welche mit einer Schutzbeschaltung (4) verschaltet ist, die zum Schutz einer nachfolgenden elektronischen Schaltung (5), bestehend aus einer auch als Spannungsverdopplerschaltung bezeichneten Eingangsgleichrichterschaltung, sowie einem Ladungsspeicher und einem Schwellwertschalter, die hier nicht näher erläutert werden, vorgesehen ist. Die elektronische Schaltung (5) ist ausgangsseitig mit einem Auslöserelais (6) verbunden, welches auf ein Schaltschloss (7) wirkt, um im Fehlerfall die in den Stromleitungen (1) angeordneten Schaltkontakte (8) zu öffnen. Zur Überprüfung der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung ist eine Auslöseprüfeinrichtung (9) bestehend aus einer Prüftaste und einem Prüfwiderstand vorgesehen. 1 shows the structure of a residual current device consisting of at least two to be monitored power lines ( 1 ), at least one summation current transformer ( 2 ) with at least one secondary winding ( 3 ), which with a protective circuit ( 4 ), which is used to protect a subsequent electronic circuit ( 5 ), consisting of an input rectifier circuit, also referred to as a voltage doubler circuit, and a charge store and a threshold value switch, which are not explained in detail here, are provided. The electronic circuit ( 5 ) has a trigger relay on the output side ( 6 ) connected to a switch lock ( 7 ) acts in the event of a fault in the power lines ( 1 ) arranged switching contacts ( 8th ) to open. To check the residual current device is a Trip test device ( 9 ) consisting of a test button and a test resistor.

Nach der ersten Alternative der Erfindung ist vorgesehen, dass als Schutzbeschaltung (4) eine Schaltung verwendet wird, welche unter der englischen Bezeichnung Crowbar oder Crowbar Circuit bekannt ist. Eine Crowbar-Schaltung ist eine Schutzschaltung, welche ein schlagartiges Kurzschließen der zu überwachenden Spannung U bewirkt, wenn diese Spannung einen definierten Wert überschreitet. Dabei kann ein deutlich höherer Strom, als der im ungestörten Zustand fließende Strom, auftreten. Wird ein definierter sogenannter Haltestrom unterschritten, so geht die Crowbar-Schaltung wieder in einen sehr hochohmigen Zustand über. Als kurzschließendes Element wird in Crowbar-Schaltungen, wie in 2 dargestellt, oft ein SCR (Silicon Controlled Rectifier) verwendet. Der mit einer nicht näher erläuterten Steuerschaltung (11) verschaltete als Thyristor oder Triac ausgeführte SCR (10) lässt sich auch in bekannter Weise durch eine Ersatzschaltung aus Transistoren realisieren. Die Steuerschaltung (11) dient zur Ansteuerung des SCR, wenn die zu überwachende Spannung U einen unzulässig hohen Wert erreicht. Im ungestörten Zustand, also wenn keine Überspannung vorliegt, weist eine Crowbar-Schaltung einen sehr hochohmigen Zustand und eine sehr niedrige parasitäre Kapazität auf, so dass weder die Spannungsquelle noch die zu schützende Schaltung durch die Crowbar-Schaltung in negativer Weise belastet oder beeinflusst wird. Die parasitäre Kapazität weist dabei in vorteilhafter Weise im Vergleich zu Schutzbeschaltungen, welche mit Varistoren oder Suppressor-Dioden ausgeführt werden, erheblich geringere Werte auf.According to the first alternative of the invention it is provided that as a protective circuit ( 4 ) a circuit is used, which is known under the English name Crowbar or Crowbar Circuit. A crowbar circuit is a protection circuit which causes a sudden short-circuiting of the voltage U to be monitored, if this voltage exceeds a defined value. In this case, a significantly higher current than the current flowing in the undisturbed state occur. If a defined so-called holding current is undershot, the crowbar circuit reverts to a very high-impedance state. As a short-circuiting element in crowbar circuits, as in 2 often used an SCR (Silicon Controlled Rectifier). The with an unspecified control circuit ( 11 ) interconnected as a thyristor or triac SCR ( 10 ) can also be realized in a known manner by an equivalent circuit of transistors. The control circuit ( 11 ) is used to control the SCR when the voltage U to be monitored reaches an inadmissibly high value. In the undisturbed state, ie when there is no overvoltage, a crowbar circuit has a very high-impedance state and a very low parasitic capacitance, so that neither the voltage source nor the circuit to be protected is negatively stressed or influenced by the crowbar circuit. In this case, the parasitic capacitance advantageously has significantly lower values than protective circuits which are implemented with varistors or suppressor diodes.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wie in 3 dargestellte Crowbar-Schaltung (4) aus nur einem als Crowbar Device bezeichnetes Bauteil (12) besteht. Crowbar Devices werden auch als Thyristor Surge Suppressor (TSS) oder Thyristor Surge Protective Device (TSPD) bezeichnet und sind nach IEC 61643-341 definiert. Es sind aus dem Stand der Technik elektronische Bauteile bekannt, welche nach dem Prinzip einer Crowbar-Schaltung funktionieren. Beispielsweise bietet der Hersteller STMicroelectronics® Bauteile mit der Bezeichnung TrisilTM an, welche zu diesem Zweck verwendet werden können. Diese Bauteile zeigen in vorteilhafter Weise parasitäre Sperrschichtkapazitäten auf, welche im Gegensatz zu üblicherweise verwendeten Bauteilen zum Überspannungsschutz wie Varistoren oder Suppressordioden etwa um den Faktor 15–20 kleiner sind. Für eine anliegende Spannung bis zur definierten Durchbruchspannung sind Crowbar Devices sehr hochohmig und werden bei einem höheren Spannungswert schlagartig sehr niederohmig, so dass die anliegende Spannung am Innenwiderstand der speisenden Spannungs- oder auch Stromquelle auf sehr niedrige Werte zusammenbricht. Bei Unterschreiten eines definierten Haltestromes gehen sie wieder in den hochohmigen Zustand über.In one embodiment of the invention, it is provided that the as in 3 illustrated crowbar circuit ( 4 ) consists of only one called crowbar device component ( 12 ) consists. Crowbar devices are also referred to as Thyristor Surge Suppressor (TSS) or Thyristor Surge Protective Device (TSPD) and are named after IEC 61643-341 Are defined. There are known from the prior art electronic components which operate on the principle of a crowbar circuit. For example, the manufacturer STMicroelectronics ® offers components called Trisil ™ , which can be used for this purpose. These components advantageously exhibit parasitic junction capacitances which, in contrast to commonly used components for overvoltage protection such as varistors or suppressor diodes, are smaller by about a factor of 15-20. For an applied voltage up to the defined breakdown voltage Crowbar devices are very high impedance and at a higher voltage value suddenly very low impedance, so that the voltage applied to the internal resistance of the supplying voltage or power source to very low values collapses. When falling below a defined holding current they go back to the high-impedance state.

5 zeigt eine typische Strom-/Spannungskennlinie einer bidirektionalen Crowbar-Schaltung bzw. eines Crowbar Devices. 5 shows a typical current / voltage characteristic of a bidirectional crowbar circuit or a crowbar device.

Somit ermöglicht die Verwendung einer Crowbar-Schaltung (4) oder eines Crowbar Devices (12) einen zuverlässigen Schutz der Bauteile einer elektronischen Schaltung (5). Des Weiteren wird eine weitestgehende Immunität gegenüber transienten Fehlerströmen und somit ein ungewolltes Auslösen der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung bei gleichzeitig niedriger parasitärer kapazitiver Belastung erreicht, sodass auch Fehlerströme höherer Frequenz noch zuverlässig erfasst werden können.Thus, the use of a crowbar circuit ( 4 ) or a crowbar device ( 12 ) reliable protection of the components of an electronic circuit ( 5 ). Furthermore, the greatest possible immunity to transient fault currents and thus unintentional triggering of the residual current protective device is achieved with simultaneously low parasitic capacitive load, so that fault currents of higher frequency can still be reliably detected.

In einigen Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, dass die zu überwachende Spannung U im Überspannungsfall nicht auf nahezu 0 V zusammenbricht, sondern auf einen definierten Wert. Zu diesem Zweck ist in einer Weiterbildung der Erfindung, wie in 4 dargestellt, vorgesehen, dass zur Crowbar-Schaltung (4) oder auch zum Crowbar-Device (12) ein weiteres Bauteil zum Überspannungsschutz (13) wie z. B. ein Varistor, eine Suppressordiode oder eine Zener-Diode in Reihe geschaltet wird. Die störende hohe parasitäre Kapazität dieser Bauteile kann sich aufgrund der Reihenschaltung nicht negativ auf die Spannungsquelle oder die zu schützende Schaltung auswirken, da der Wert der Gesamtkapazität von in Reihe geschalteten Kapazitäten stets kleiner ist, als der kleinste Wert einer einzelnen Kapazität.In some applications, it may be advantageous that the voltage U to be monitored does not collapse to almost 0 V in the event of overvoltage, but to a defined value. For this purpose, in a further development of the invention, as in 4 provided that the crowbar circuit ( 4 ) or to the crowbar device ( 12 ) another component for overvoltage protection ( 13 ) such. B. a varistor, a suppressor diode or a Zener diode is connected in series. The disturbing high parasitic capacitance of these components can not adversely affect the voltage source or the circuit to be protected because of the series connection, since the value of the total capacitance of capacitors connected in series is always smaller than the smallest value of a single capacitance.

Des Weiteren ist nach der zweiten Alternative oder auch in Ergänzung der ersten Alternative der Erfindung vorgesehen, dass die Sekundärwicklung (3) des Summenstromwandlers (2) in vorteilhafter Weise nur einlagig in der Art erfolgt, dass die Bewicklung einen Vollkreis mit 2π bildet. Dadurch wird gegenüber einer mehrlagigen Bewicklung eine deutlich geringere Wicklungskapazität erreicht. Diese Art der Bewicklung ist mit handelsüblichen, modernen Bewicklungsmaschinen in einfacher Weise möglich.Furthermore, it is provided according to the second alternative or in addition to the first alternative of the invention that the secondary winding ( 3 ) of the summation current transformer ( 2 ) takes place in an advantageous manner only one layer in the way that the winding forms a full circle with 2π. As a result, a significantly lower winding capacity is achieved compared to a multi-layer winding. This type of winding is possible with standard, modern Bewicklungsmaschinen in a simple manner.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen dass die Bewicklung, wie in 6 dargestellt, einlagig auf nur einem etwa 330° (11/6 π) großen Sektor erfolgt, so dass ein Sektor mit etwa 30° (1/6 π) unbewickelt bleibt. Durch den damit vergrößerten Abstand beider Wicklungsenden wird eine noch kleinere parasitäre Wicklungskapazität erreicht. Bei dieser zweiten Alternative der Erfindung wird durch deren Arten der Bewicklung im Gegensatz zu einer üblichen mehrlagigen Bewicklung in vorteilhafter Weise ebenfalls eine sehr niedrige parasitäre Kapazität erzielt, wodurch eine zuverlässige Erfassung von Fehlerströmen höherer Frequenz gewährleistet ist.In a development is provided that the winding, as in 6 shown in one layer on only one about 330 ° (11/6 π) large sector, so that a sector of about 30 ° (1/6 π) remains unwound. Due to the increased distance between the two winding ends an even smaller parasitic winding capacity is achieved. In this second alternative of the invention, by their types of winding in contrast to a conventional multilayer winding advantageously also a very low parasitic capacitance is achieved, whereby a reliable detection of fault currents higher frequency is guaranteed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1201015 B1 [0004] EP 1201015 B1 [0004]
  • DE 3244670 A1 [0007] DE 3244670 A1 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • IEC 61643-341 [0023] IEC 61643-341 [0023]

Claims (9)

Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mit wenigstens einem Summenstromwandler (2) zur Erfassung nieder- und hochfrequenter Fehlerströme umfassend zumindest zwei aktive zu überwachende primäre Stromleitungen (1) und zumindest eine sekundäre Wicklung (3), welche mit einer elektronischen Schaltung (5) verschaltet ist, und umfassend zumindest ein an der elektronischen Schaltung (5) ausgangsseitig verschaltetes Auslöserelais (6) zur Unterbrechung der primären Stromleitungen (1) gekennzeichnet durch zumindest eine parallel zur Sekundärwicklung (3) geschaltete und als Crowbar-Schaltung bezeichnete Schutzbeschaltung (4).Residual current protective device with at least one summation current transformer ( 2 ) for detecting low-frequency and high-frequency fault currents comprising at least two active primary power lines to be monitored ( 1 ) and at least one secondary winding ( 3 ), which with an electronic circuit ( 5 ), and comprising at least one of the electronic circuit ( 5 ) Output side interconnected trip relay ( 6 ) for interrupting the primary power lines ( 1 ) characterized by at least one parallel to the secondary winding ( 3 ) and designated as Crowbar circuit protective circuit ( 4 ). Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mit wenigstens einem Summenstromwandler (2) zur Erfassung nieder- und hochfrequenter Fehlerströme umfassend zumindest zwei aktive zu überwachende primäre Stromleitungen (1) und zumindest eine sekundäre Wicklung (3), welche mit einer elektronischen Schaltung (5) verschaltet ist, und umfassend zumindest ein an der elektronischen Schaltung (5) ausgangsseitig verschaltetes Auslöserelais (6) zur Unterbrechung der primären Stromleitungen (1) gekennzeichnet durch eine einlagige Bewicklung der Sekundärwicklung (3) des Summenstromwandlers (2).Residual current protective device with at least one summation current transformer ( 2 ) for detecting low-frequency and high-frequency fault currents comprising at least two active primary power lines to be monitored ( 1 ) and at least one secondary winding ( 3 ), which with an electronic circuit ( 5 ), and comprising at least one of the electronic circuit ( 5 ) Output side interconnected trip relay ( 6 ) for interrupting the primary power lines ( 1 ) characterized by a single-layer winding of the secondary winding ( 3 ) of the summation current transformer ( 2 ). Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zusätzlich eine einlagige Bewicklung der Sekundärwicklung (3) des Summenstromwandlers (2).Residual current device according to claim 1, characterized by additionally a single-layer winding of the secondary winding ( 3 ) of the summation current transformer ( 2 ). Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewicklung der Sekundärwicklung (3) des Summenstromwandlers (2) einlagig auf einem Sektor mit etwa 330° (11/6 π) ausgeführt ist.Residual current device according to claim 2 or 3, characterized in that the winding of the secondary winding ( 3 ) of the summation current transformer ( 2 ) in one layer on a sector of about 330 ° (11/6 π) is executed. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur als Crowbar-Schaltung bezeichneten Schutzbeschaltung (4) ein weiteres zum Überspannungsschutz geeignetes Bauteil (13) in Reihe verschaltet ist.Residual current protection device according to Claim 1, 3 or 4, characterized in that the protective circuit designated as a crowbar circuit ( 4 ) another suitable for overvoltage protection component ( 13 ) is connected in series. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zur als Crowbar-Schaltung bezeichneten Schutzbeschaltung (4) in Reihe verschalteten Bauteils (13) zum Überspannungsschutz als Varistor ausgeführt ist.Residual current device according to claim 5, characterized in that the designated as crowbar circuit protection circuit ( 4 ) in series connected component ( 13 ) is designed for overvoltage protection as a varistor. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zur als Crowbar-Schaltung bezeichneten Schutzbeschaltung (4) in Reihe verschalteten Bauteils (13) zum Überspannungsschutz als Suppressordiode ausgeführt ist.Residual current device according to claim 5, characterized in that the designated as crowbar circuit protection circuit ( 4 ) in series connected component ( 13 ) is designed for overvoltage protection as Suppressordiode. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zur als Crowbar-Schaltung bezeichneten Schutzbeschaltung (4) in Reihe verschalteten Bauteils (13) zum Überspannungsschutz als Zener-Diode ausgeführt ist.Residual current device according to claim 5, characterized in that the designated as crowbar circuit protection circuit ( 4 ) in series connected component ( 13 ) is designed for overvoltage protection as a zener diode. Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewicklung der Sekundärwicklung (3) des Summenstromwandlers (2) einlagig auf einem Sektor mit etwa 330° (11/6 π) ausgeführt ist.Residual current device according to one of claims 2 to 8, characterized in that the winding of the secondary winding ( 3 ) of the summation current transformer ( 2 ) in one layer on a sector of about 330 ° (11/6 π) is executed.
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