DE1438994A1

DE1438994A1 - Differential protection circuit arrangement against fault currents

Info

Publication number: DE1438994A1
Application number: DE19631438994
Authority: DE
Inventors: Jean Morin
Original assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Current assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Priority date: 1962-03-09
Filing date: 1963-03-08
Publication date: 1968-11-21
Also published as: FR1324416A; FR83047E

Description

8 MÜNCHEN-Pasing.den 8. März 1963 DIETRICH LEWINSKY8 MUNICH-Pasing. March 8, 1963 DIETRICH LEWINSKY

_, , , Agn»»-Bern«uer-Straße aoa -Telefon 18130_,,, Agn »» - Bern "U-Street aoa -Telefon 18130

Dipl.-Ing. DIpI. OeC. publ. ■.„_k!,._y._r._Hypoth.u.w.eh..i.e«nKU«im Nr. Dipl.-Ing. DIpI. OeC. publ. ■. " _K! ,. _y . _r . _H ypoth.uweh..ie "nKU" in No.

PATENTANWALT , I h3899hPATENT ADVOCATE, I h3899h

2412-l/S.2412-l / S.

üompagnie Francaiae Thomson-Houston,üompagnie Francaiae Thomson-Houston,

173, Boulevard Haussmann, Paris 8, Frankreich173, Boulevard Haussmann, Paris 8, France

"Differentialschutz-Schaltungsanordnung gegen Fehlströme""Differential protection circuit arrangement against fault currents"

Französische Prioritäten aus den französischen Patentanmeldungen Nr. 890 534 vom 9. März 1962 und Nr. 924 480 vom 12. Februar 1963French priorities from French patent applications No. 890 534 of March 9, 1962 and No. 924 480 of February 12, 1963

Die Erfindung "betrifft eine Differentialschutz- Schaltungsanordnung gegen Erdfehlströme mit einem Transistor, dessen Basis und Emitter an den Klemmen des zugehörigen Differentialachutzuberträger8 angeschlossen sind. Solche Schaltungsanord-' nungen naben die Aufgabe, die elektrische Stromzufuhr des gegen solche Fehlströme zu schützenden Netzes zu unterbrechen, sobald ein Fehlstrom auftritt. Bekanntlich verwendet man das Prinzip des Differentialschutzes gewöhnlich für den Betrieb von elektrischen Geräten zum Schütze gegen Fehlströme· Allgemein und insbesondere bei Weoheelstromanlagen lässt man in dit .Primärwicklung eines Differentialübertragers die Gesamtheit der Prop 2780,3198 ·- -2-The invention "relates to a differential protection circuit arrangement against earth leakage currents with a transistor, whose base and emitter are connected to the terminals of the associated differential sub-carrier8 are connected. Such circuit arrangement Nungen have the task of interrupting the electrical power supply to the network to be protected against such fault currents as soon as a fault current occurs. It is well known that the principle of differential protection is usually used for the operation of electrical ones Devices to protect against fault currents · In general, and especially in the case of Weoheel current systems, one leaves the primary winding in the of a differential transformer the entirety of the prop 2780.3198 · - -2-

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;*' BAD;*' BATH

Ström© fliessen, die zum Verbraucher strömen oder von diesem kommen«Flows that flow to or from the consumer come"

.bekanntlich ist bei ;jeder elelrfcrissh betriebenen Anlage sowohl bei linphasenstrom als auch bei Mehrphasenstrom die algebraische Summe der Stromstärken in den verschiedenen leitern stets gleich Hull«, Wenn aus irgendeinem Grund© ein Seil oder die Gesamtheit des Stromes zwischen einer Phase und der Erde abgeleitet wird, ist die algebraisch© Summe der Stromstärken der in den Primärwicklungen des Sransformators laufenden Ströme nicht mehr gleich Hull, und es stellt sich ein Differentialstrom ein, der zu einem Sekundärstrom führt, der dasu verwendet wird, um das Auslösen des Schutzechalters zu bewirken» In dem Masse, dass man diese Schaltung zum Schütze von Pers«on©ß gegenüber den menschlichen Körper nach Era© flies sende 3?©hlströme anzuwenden wünscht, muss die Empfindlichkeit des Schutzschalterg ausreichend sein, um sein Aus» lösen für ©inen Fehlstrom von β twa 25 bis 50 mA herbeizuführejSoIt is well known in every electrical system operated the algebraic sum of the currents in the various currents for both linear and multi-phase currents always head into Hull «, if for some reason © Rope or the totality of the current between a phase and the earth is derived, is the algebraic © sum of the currents the one running in the primary windings of the transformer Currents no longer equal to Hull, and a differential current is established, which leads to a secondary current, the dasu is used to trigger the safety switch » To the extent that this circuit can be used to protect people against the human body If you want to apply flowing 3? of the circuit breaker be sufficient to turn it off » solve for a fault current of β to bring about 25 to 50 mA jSo

Bor Mfferentialfehlßtrom kann also eine geringe Strom-» stärke besitzen, und zu Erreichung der gewünschten Betriebsweise ist es notwendig; entweder die Abm@$mmgsn dee Biffeafsntialübertragers und die Windungsansahl seiner PriiEarwiofcliiages zu erhöhen, was jedoch aus Gründen des Eaumbedarfs und der Ja?- wärmung oft nicht möglich ist, weil deren Werte äurob Qeaetstsvor schrift on oder im Hinblick auf su hohe Kosten begrenzt 3i&d_s Boron potential fault current can therefore have a low current strength, and it is necessary to achieve the desired mode of operation; either the Dim @ $ mmgsn dee Biffeafsntialübertragers and increase Windungsansahl his PriiEarwiofcliiages, but that for reasons of Eaumbedarfs and yes - often warming is not possible because the values of writing äurob Qeaetstsvor on or limited in terms of su high costs 3i & d _s

oder ein Beiais mit hoher IspfiaSlichkeit su rerw«ndsn_t das» aber meist verwickelt, kostspielig und leiebt su fceeo&Mdigen. ist, oder aber zwischen den Mffereiitialübortragcr wad äasor a beiais with a high degree of IspfiaSlichkeit su rerw "ndsn _t that" but mostly involved, expensive and loves su fceeo & Mdigen. is, or between the Mffereiitialübortragcr wad äas

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Auslöserelais einen Verstärker, beispielsweise eine mit Transistoren oder Elektronenröhren ausgerüstete Yerstärkerstufe zu schalten. Jedoch die Betriebsweise eines solchen Verstärkers erfordert eine Gleichstromspeisung, die aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und Einfachheit gewöhnlich durch Gleichriohtung und Filterung der zwischen den Polen des Schalters vorhandenen Spannung erzeugt wird· Wenn diese Spannung infolge Bruchs eines Zuleitungsdrahts der Anlage stromaufwärts des Abschalters wegbleibt, ist der Differentialschutz nicht mehr gewiehert, da der Verstärker nicht mehr stromversorgt wird, so dass die Gefahr eines elektrischen Schlages für eine die nicht abgeschaltete Phase oder ein mit ihr in elektrischer Verbindung stehendes Metallstück stromabwärts des Abschalters zufällig berührende Person verbleibt.Trip relay an amplifier, for example a booster stage equipped with transistors or electron tubes to switch. However, the operation of such an amplifier requires a direct current supply for reasons economy and simplicity usually by aligning and filtering those present between the poles of the switch Voltage is generated · If this voltage is generated as a result of the breakage of a lead wire of the system upstream of the If the disconnector is missing, the differential protection is no longer activated because the amplifier is no longer supplied with power. so that there is a risk of electric shock for a phase that is not switched off or one in electrical connection with it standing metal piece downstream of the disconnector accidentally touching person remains.

Der Erfindung liegt ημη die Aufgabe zugrunde, eine Differentialschutz-Schaltungsanordnung gegen Erdfehlströme zu schaffen, welche alle diese vorstehend genannten Hachteile vermeiden läset. Die hier vorgeschlagene Schaltungsanordnung der eingangs definierten Art mit einem Transistor, dessen BssLs und Emitter an den Klemmen des Differentialschutzübertragers angeschlossen sind, arbeitet nach dem Prinzip des Differentialschutzes, benutzt jedoch die Änderung des zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors vorhandenen Scheinwiderstandes in Abhängigkeit des in die Basis des Transistors eingegebenen Stroms, um die Spule des Auelöserelais mehr oder minder in Nebenschluss zu bringen, die erregt ist, wenn der Abschalter unter Spannung steht. Gemäss dem Erfindungsvorschlag liegen daher bei einer solchenThe invention is based on the object of creating a differential protection circuit arrangement against earth leakage currents which avoids all of these disadvantages mentioned above. The circuit arrangement of the initially defined type with a transistor, the BssLs and emitters of which are connected to the terminals of the differential protection transformer, works on the principle of differential protection, but uses the change in the impedance between the emitter and the collector of the transistor as a function of the in the base of the transistor input current to bring the coil of the trip relay more or less in shunt, which is energized when the breaker is energized. According to the proposed invention, there are therefore such

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80 980 9/066 1 _{ΒΙΛΜΜ1Ι} 80 980 9/066 1 _1Ι

. ... r. ... r . BAD ORIGINAL. BATH ORIGINAL

Differentialschutz-Schaltungsanordnung der Emitter und der Kollektor des Transistors als Impedanz im Nebenschluss zu den Klemmen der alleinigen Wicklung des Auslöserelais des Hauptabschalters. Der im nebenschluss zu den Klemmen der Relaiswicklung liegende und stets unter Spannung stehende Transistor gestattet also, den Erregerstrom des Auslöserelais abzuleiten, bis dass das Verriegelungsorgan der Anordnung abfällt und der Schalter sich öffnet, wenn der Wert des Erdfehlstroms den festgesetzten Wert erreicht. Der Transistor wird also durch die Spannung gesteuert, die an den Klemmen der Sekundärwicklung des in das zu schützende Netz eingeschalteten Differentialübertragers auftritt. Um die Sicherheit von Menschen sicher zustellen, soll aas Gerät - wie gesagt -bei einem den menschlichen Körper durchfliessenden Erdfehlstrom von etwa 25 bis 50 mA auslösen, bei welchem die zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors liegende Sekundärspannung in der Grössenordnung von 0,5 bis 1 Volt liegt, die für den gewünschten Zweck ausreichend ist.Differential protection circuit arrangement of the emitter and the Collector of the transistor as an impedance shunted to the terminals of the sole winding of the trip relay of the Main switch. The shunt to the terminals of the Relay winding lying and always under voltage The transistor thus allows the excitation current of the trip relay to be diverted until the locking element of the arrangement drops out and the switch opens when the value of the earth leakage current reaches the set value. So the transistor will controlled by the voltage applied to the terminals of the secondary winding of the differential transformer connected to the network to be protected occurs. In order to ensure the safety of people, aas device should - as I said - the human device Earth fault current flowing through the body of about 25 to 50 Trigger mA, at which the secondary voltage between the base and the emitter of the transistor is of the order of magnitude from 0.5 to 1 volt, which is sufficient for the desired purpose is.

Es kann jedoch vorkommen, dass der Fehler einen sehr niedrigen ohmschen Widerstand besitzt. In diesem Pail kann der Erdfehlstrom mehrere Ampere, sogar mehrere 100 Ampere annehmen, So hohe Ströme können die Sättigung des magnetischen Kreises des Differentialübertragers bewirken, und es kann sich daraus ergeben, dass die an den Klemmen dieses Übertragers auftretende Spannung nicht mehr sinusförmig ist und dass ein bedeutender Pehlstrom sich in den Übertrager und daher an die Klemmen des Transistors durch eine Folge positiver und negativer Spannungsimpulse über-However, it can happen that the fault has a very low ohmic resistance. In this pail the earth leakage current can Assume several amps, even several 100 amps, so high currents can saturate the magnetic circuit of the Cause differential transformer, and it can result from it, that the voltage appearing at the terminals of this transformer is no longer sinusoidal and that a significant fault current into the transformer and therefore to the terminals of the transistor through a sequence of positive and negative voltage pulses.

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SAD ORIGINALSAD ORIGINAL

trägt, deren Scheitelwert mehrere 100 Volt erreichen kann. Eine solche Spannung kann aber eine Gefahr für den Betrieb und sogar für die Lebensdauer des Geräts bilden.carries whose peak value can reach several 100 volts. Such a voltage can be dangerous for the operation and even make up for the life of the device.

Zur Vermeidung des vorstehenden Nachteils liegt daher der Erfindung die weitere Aufgabe zugrunde, den Bereich der die Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung betreibenden Fehlströme zu erweitern, ohne den Transistor der Gefahr einer Zerstörung auszusetzen. Dieser weiteren Zielsetzung der Erfindung wird die hier vorgeschlagene Schaltungsanordnung dadurch gerecht, dass parallel an die Klemmen der Sekundärwicklung des Differentialübertragers entweder zwei Siliziumventil-Dioden mit einander entgegengesetzten Durchlassrichtungen oder eine Zener-Diode geschaltet sind. Auf diese Weise werden die von dem Differentialübertrager abgegebenen Spannungsimpulse in ihrer Amplitude vermindert, die somit auf ein oder zwei Volt begrenzt ist.To avoid the above disadvantage, the invention is therefore based on the further object of the area of the Circuit arrangement according to the invention operating fault currents to expand without the transistor the risk of destruction suspend. The circuit arrangement proposed here does justice to this further objective of the invention in that that either two silicon valve diodes are connected in parallel to the terminals of the secondary winding of the differential transformer with opposite forward directions or a Zener diode are connected. In this way, those of the Differential transformer output voltage pulses reduced in amplitude, which is thus limited to one or two volts is.

In der Zeichnung sind Differentialschutz-Schaltungsanordnungen der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Art in mehreren beispielsweise gewählten Ausführungsformen im Schaltbild veranschaulicht. Aus Gründen der vereinfachten Darstellung ist hierbei lediglich der Differentialteii eines gegen Fehlströme beispielsweise in einem Zweileiter-Einphasenwechselstromnetz schützenden Abschalters gemäss der Errindung wiedergegeben.Differential protection circuit arrangements are shown in the drawing of the type proposed according to the invention in several for example Selected embodiments illustrated in the circuit diagram. For the sake of simplicity, here is only the differential part against fault currents, for example in a two-wire single-phase alternating current network protective switch according to the invention.

Pig. I zeigt das elektrische Schaltschema einer Differentialschutz-Schalxungsanordnung gemäss der Erfindung. Fig. II gibt da.B Schaltbild einer Schaltungsplatte oder sonstigen -einheit wieder, die den elektrischen Stromkreis mit Transistor veränderlicherPig. I shows the electrical circuit diagram of a differential protection circuit arrangement according to the invention. Fig. II shows the B circuit diagram of a circuit board or other unit, which make the electrical circuit changeable with transistor

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Impedanz gemäss der Erfindung umfasst und leicht und rasch an die Anschlussklemmen jeder gegen Fehlströme zu schützenden elektrischen Anlage angeschlossen werden kann.Impedance according to the invention includes and easily and quickly can be connected to the connection terminals of any electrical system to be protected against fault currents.

Fig. 1 bringt ausschnittsweise das Schaltbild der Pig.I .Fig. 1 shows a section of the circuit diagram of Pig.I.

Fig. 2 veranschaulicht die Spannungsimpulsfolge, die auf den Transistor gelangt, wenn in der Schaltung der Fig. 1 hohe Fehlströme auftreten, welche die Sättigung des Magnetkreises des Differentialübertragers herbeiführen.Fig. 2 illustrates the voltage pulse train that on the transistor arrives when high fault currents occur in the circuit of FIG. 1, which saturation of the magnetic circuit of the differential transformer.

Fig. 3 zeigt ein Schaltungselement, das zwischen die Anschlussklemmen A und B der Schaltung der Fig. 1 zu schalten ist.Fig. 3 shows a circuit element between the connecting terminals A and B of the circuit of FIG. 1 is to be switched.

Fig. 4- lässt eine andere Ausführung-sform eines solchen Schaltungselements erkennen.Fig. 4- shows another embodiment of such Detect circuit element.

Fig. 5 ist die graphische Darstellung der Spannungskennlinie der in dem Schaltungselement der Fig. 3 verwendeten Dioden.Fig. 5 is a graph of the voltage characteristics of the diodes used in the circuit element of FIG.

Fig. 6 veranschaulicht die Spannungsimpulse, die in dem nach Fig. 3 abgewandelten Stromkreis bei Auftreten von Fehlströmen auf den Transistor einwirken.FIG. 6 illustrates the voltage pulses which act on the transistor in the circuit modified according to FIG. 3 when fault currents occur.

Fig. 7 gibt die Spannungskennlinie der Zener-Diode des Schaltungselements der Fig. 4 wieder.Fig. 7 gives the voltage characteristic of the Zener diode of the Circuit element of FIG. 4 again.

Fig. 8 stellt schliesslich Spannungsimpulszüge dar, die bei „ Auftreten von Fehlströmen auf den Transistor in der durch das Schaltungselement der Fig. 4 ergänzten Schaltung der Fig· I einwirken. Finally, FIG. 8 shows voltage pulse trains which at " Occurrence of fault currents act on the transistor in the circuit of FIG. 1 supplemented by the circuit element of FIG.

In Fig. I und 1 stellen 1 und 2 die beiden Eingangsleitungen des Geräts dar, in die einander entgegengesetzt die beidenIn Fig. I and 1, 1 and 2 represent the two input lines of the device in which the two opposite one another

80 980 9/06 6 1 ~⁷~80 980 9/06 6 1 ~ ⁷ ~

Primärwicklungen 3 und 4 eines Differentialübertragers eingeschleift sind. Bei Beginn des Auslösevorgangs des Abschalters schliesst sich ein Hilfskontakt 5 mit einer leichten Voreilung gegenüber dem Schliessen der Hauptkontakte 6 und 7 des Geräts. Die Spule 8 des Auslöserelais liegt dann unter der Gleichspannung, die an den Klemmen des Pilterkondensators 9 auftritt und über die Leitungen 1' und 2' aus der durch den Gleichrichter 10 gleichgerichteten Netzspannung erhalten wird. Bin Umschalter 11 und zwei Widerstände 12 und 13 gestatten, die Schutzschaltung an zwei Werte der Speisespannung anzupassen. Wenn die Spule 8 des Auslöserelais erregt wird, ist es dann möglich, endgültig den Abschalter auszulösen, da sie einen Anker 14 hält, der einen Hebel 15 verriegelt. Der Anker und der Hebel unterliegen jeweils der Wirkung von Federn 16 und 17 und drehen sicn um Achötffl ^rf8 und 19· Wenn aus irgendeinem später noch zu erörternden Grunde die Spule nicht mehr oder nicht mehr genügend erregt wird, lässt sie den Anker 14 abfallen, der somit den Hebel 15 freigibt, der dann in aas Schloss 20 des nicht dargestellten Mechanismus einklinj(t und dabei den Abschalter öffnen lässt·Primary windings 3 and 4 of a differential transformer are looped in. At the beginning of the tripping process of the switch, an auxiliary contact 5 closes with a slight advance over the closing of the main contacts 6 and 7 of the device. The coil 8 of the trip relay is then below the DC voltage that occurs at the terminals of the pilter capacitor 9 and is obtained from the line voltage rectified by the rectifier 10 via the lines 1 ′ and 2 ′. A changeover switch 11 and two resistors 12 and 13 make it possible to adapt the protective circuit to two values of the supply voltage. When the coil 8 of the trip relay is energized, it is then possible to trip the circuit breaker once and for all, since it holds an armature 14 which locks a lever 15. The armature and the lever are each subject to the action of springs 16 and 17 and rotate around Achötffl ^r f8 and 19If, for any reason to be discussed later, the coil is no longer or not sufficiently excited, it lets the armature 14 fall off, which thus releases the lever 15, which then engages in the lock 20 of the mechanism (not shown) and thereby opens the switch.

Der Kollektor 21 und der Emitter 22 eines Transistors 23 sind an die Klemmen der Spule 8 des Auslöserelais geschaltet, wobei die Verbindung des Emitters im übrigen über einen Widerstand 24 erfolgt, dessen Aufgabe darin besteht, einerseits thermisch den Transistor zu stabilisieren und andererseits die Streuung der Verstärkungsgrade von Transistoren auszugleichen. Die Sekundärwicklung 25 des idfferentialübertragers liegt zwischen dem Widerstand 24 und der Basis 26 des Transistors 23« Wenn in dem Basisstromkreis des Transistors kein Strom fliesst, weistThe collector 21 and the emitter 22 of a transistor 23 are connected to the terminals of the coil 8 of the trip relay, the connection of the emitter otherwise via a resistor 24 takes place, the task of which is, on the one hand, to thermally stabilize the transistor and, on the other hand, to reduce the scattering to compensate for the gain of transistors. The secondary winding 25 of the idfferentialtransfers lies between the resistor 24 and the base 26 of the transistor 23 «If in no current flows in the base circuit of the transistor

809809/0661 ~⁸~809809/0661 ~ ⁸ ~

BADBATH

1 T O U ν» <J Τ1 TOU ν » <J Τ

der Transistor zwischen seinem Emitter und seinem Kollektor einen so hohen Scheinwiderstand auf, dass er für die Spule 8 des Ausläserelais praktisch keinen Nebenschluss bildet und daher über ihn praktisch auch kein Strom fliesst, der somit genügend gross bleibt, um den Anker H festzuhalten. Wenn an den Klemmen der Sekundärwicklung 25 des Differentialübertragers eine sich aus einem Fehlstrom ergebente Spannung auftritt, durchläuft ein Strom den Basiskreis des Transistors und bewirkt eine Minderung des zwischen Emitter und Kollektor bestehenden SeheinwiderStandes, der dann einen Teil der in der Spule 8 fliessenden Stroms ableitet. Bei einem genügend hohen Fehlstrom kann das Relais seinen Anker 14 nicht mähr kalten, so dass der Abschalter auslöst. Durch Anschaltung eine« veränderlichen Widerstandes 27 oder mehrerer umschaltbarer fester Üficieretände an die Anschlussklemmen der Sekundärwicklung 25 ist -«β möglich, eine stetige oder schrittweise Regelung der differentiellen Empfindlichkeit in weiten Grenzen zu bewirken.the transistor between its emitter and its collector has such a high impedance that it is necessary for the coil 8 of the trip relay forms practically no shunt and therefore practically no current flows through it, which is therefore sufficient remains large to hold the anchor H. If at the terminals of the secondary winding 25 of the differential transformer a voltage resulting from a fault current occurs, passes through Current the base circuit of the transistor and causes a reduction of the visual resistance between the emitter and collector, which then diverts part of the current flowing in the coil 8. If the fault current is high enough, the relay can be Armature 14 is not too cold, so that the switch-off trips. By Connection of one variable resistor 27 or more switchable fixed Üficieretände to the connection terminals of the Secondary winding 25 is - «β possible, a steady or gradual To effect regulation of the differential sensitivity within wide limits.

Aus dem Schaltschema erkennt man, dass der Bruch einer der Eingangsleitungen der Anlage, beispielsweise des Drahtes 1 stromaufwärts des Abschalters, die Ladung des Kondensators 9 nicht mehr zulässt, der sich daher auf den Scheinwiderstand der Spule 8 des Relais entlädt. Y/enn die Spannung an den Klemmen des Kondensators 9 den Grenzwert erreicht, bei dem das Relais auf seine Ruhelage zurückkehrt, wird der Anker H befreit und bewirkt das öffnen des Abschalters, womit die Gefahr eines Erdfehlstroms über eine zufällig den nicht abgeschalteten Drahx 2 berührenden Person ausshliesst. Ferner erkennt man, dass die von der Kapa-From the circuit diagram it can be seen that the break in one of the input lines of the system, for example wire 1 upstream of the switch, the charging of the capacitor 9 no longer allows, which therefore affects the impedance of the coil 8 of the relay discharges. If the voltage at the terminals of the capacitor 9 reaches the limit value at which the relay switches to its Returning to the rest position, the armature H is released and causes the switch to open, which creates the risk of a leakage current to the earth via an accidentally touching the not switched off Drahx 2 Excludes person. It can also be seen that the

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

zität des Kondensators 9 und dem Scheinwiderstand der Spule 8 herrührende Zeitkonstante gestattet, in die Auslösung des Abschalters eine geringe Verzögerung einzubringen, was zum Vorteil hat, den ausgelösten Abschalter bei sehr kurzzeitigen Spannungsausfällen von der Grössenordnung einiger Perioden halten zu können, die sich bei der normalen Ausübung des Energieverteilungsdienstes sich einstellen können.The time constant resulting from the capacitor 9 and the impedance of the coil 8 allows the disconnector to be triggered introduce a slight delay, which has the advantage of eliminating the tripped switch-off in the event of very brief power failures of the order of magnitude of a few periods, which can arise during the normal exercise of the energy distribution service.

Diese einfache Schaltungsanordnung erübrigt die Notwendigkeit eines Stromkreises, der den genauen Betrieb der Differentialschutz-Schaltung überprüft. Die verwendete Schutzschaltung weist nämlich eine positive Sicherheit auf, d.h. der Abschalter kann nicht ausgelöst bleiben, wenn eines der diese Schaltung bildenden Elemente zerstört ist. Wenn beispielsweise plötzlich zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors oder am Filterkondensator ein Kurzschluss auftritt, so leitet er den Strom der Spule ab. Ein Kurzschluss des Gleichrichters, eine Unterbrechung in dem Gleichrichterkreis oder in dem Kreis des Kondensators erlaubt nicht mehr, an den Klemmen der Spule eine Gleichspannung zu erhalten. Das Zurückversetzen des Geräts in Betriebszustand kann übrigens sehr rasch erfolgen. Die geringe Anzahl verwendeter und zur Zerstörung fähiger Elemente und ihr geringer Raumbedarf führen dazu, sie auf einer Platte anzuordnen, wie sie die Pig. 2 zeigt. Diese beispielsweise in Form eines gedruckten Stromkreises hergestellte Platte ist leicht beweglich und kann ohne Gefahr eines Irrtums entweder durch den Benutzer oder durch einen Betriebsmann des Energieverteileraienstes ersetzt werden.This simple circuit arrangement eliminates the need for a circuit that enables the accurate operation of the differential protection circuit checked. The protective circuit used has a positive security, i.e. the disconnector can do not remain tripped if one of the elements forming this circuit is destroyed. For example, if suddenly between the emitter and the collector of the transistor or on the filter capacitor a short circuit occurs, it diverts the current of the coil. A short circuit in the rectifier, an interruption in the rectifier circuit or in the circuit of the capacitor no longer allows a DC voltage at the terminals of the coil to obtain. Incidentally, the device can be put back into operating mode very quickly. The small number of used and elements capable of being destroyed and their small footprint lead to them being arranged on a plate as they are Pig. 2 shows. This plate, made for example in the form of a printed circuit, is easy to move and can without Risk of error being replaced either by the user or by an operator of the energy distribution service.

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Die hier vorgeschlagene Schutzsohaltungsanördnung gegen Fehlströme ist sicher, einfach und "billig und benötigt keinerlei mechanische komplizierte Aufbauten Tür die Ausführung des Auslöserelais, das im übrigen äusserst robust bleibt, wie diejenigen, mit denen bisher übliche Differentialschutzschalter ausgerüstet sind, die einen Auslöseschwellwert von etwa 400 mA besitzen.The protective suspension arrangement proposed here against Fault current is safe, simple and "cheap" and does not require any mechanical complicated superstructures the execution of the door Trip relay that remains extremely robust, like those with which differential circuit breakers have been used up to now are equipped, which have a trigger threshold of about 400 mA own.

Die Hier vorgeschlagene Differentialschutz-Schaltungsanordnung kann gemeinsam mit den üblichen thermischen und magnetischen Schutzvorrichtungen von üblichen Teilnehmerabschaltern verwendet werden, kann jedoch auch als unabhängige Ausführungsform feenutzt werden, um entweder gegen Serätefehlströme von Geräten wie Elektromotoren, Waschmaschinen usw. zu schützen oder den Differentialschutz einer bereits durch einen nichtdifferen-The differential protection circuit arrangement proposed here can be used together with the usual thermal and magnetic Protective devices are used by conventional subscriber disconnectors, but can also be used as an independent embodiment, either to protect against fault currents from devices such as electric motors, washing machines, etc. or the differential protection of an already non-differential

zuto

tiellen Abschalter geschützten elektrischen Anlage /bewirken.shutdown of the protected electrical system / cause.

In manchen Fällen können Fehler mit sehr niedrigem ohmschen Widerstand auftreten, die beispielsweise auf einen mehr oder minder humusreichen Boden zurückzuführen sind. Der dann auftretende Sehistrom kann mehrere oder gar mehrere 100 Ampere annehmen· In diesem Fall ist die an die SteueaLektroden des Transistors angelegte Spannung infolge der Sättigung des Magnetkreises des Differentialübertragers nicht mehr sinusförmig. Das Steuersignal nimmt also die Form einer Folge von abwechselnd positiven und negativen. Impulsen an, wie dies Fig. 2 zeigt. Der Scheitelwert dieser Impulse kann mehrere 100 Volt annehmen. Dies ist selbstverständlich für die Betriebsweise und die Lebensdauer des Transistors höchst ungünstig, dessen Spannung zwischen Emitter und Basis in der Gf-rössenordnung von 5 bis 10 ToIt liegt. Die Fig. 1 bis 5 befassenIn some cases faults with a very low ohmic resistance can occur, for example to a more or less humus-rich soil. The one that then occurs The visual current can reach several or even several 100 amperes. In this case, the is applied to the control electrodes of the transistor Voltage due to saturation of the magnetic circuit of the differential transformer no longer sinusoidal. The control signal thus takes the form of a sequence of alternating positive and negative. Pulses, as shown in Fig. 2 shows. The peak value of these pulses can take several 100 volts. This is of course the highest for the mode of operation and the service life of the transistor unfavorable, whose voltage between emitter and base is in the order of magnitude of 5 to 10 ToIt. Figures 1 through 5 deal with

80 9809/06 6 180 9809/06 6 1

BAD ORiGJNALBAD ORiGJNAL

U38994U38994

Γι ·,'Γι ·, '

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sich mit hier ebenfalls vorgeschlagenen Schaltungen, die eine Gefährdung des Transistors bei so hohen Fehlerströmen vermeiden lassen.with circuits also proposed here, which avoid endangering the transistor with such high fault currents permit.

Bei einer ersten Ausführungsform dieser weiteren Schutzeinrichtung sind an die Schaltungsknoten A und B der Schaltung der Figl 1 zwei Siliziumventil-Dioden 28 und 29 mit einander entgegengesetzten Durchlassrichtungen geschaltet, wie dies Fig. 3 erkennen lässt. Diese Schaltung gestattet, die Richtkennlinien von Dioden (Kurven a und b der Fig. 5) zu verwenden, um die von der Sekundärwicklung abgegebenen Impulse zu erniedrigen, wenn ihre Amplitude einen Wert von 1 bis 2 Volt überschreitet. Das an den Transistor angelegte Steuersignal kann dann die durch die Kurve der Fig. 6 dargestellte Form annehmen. Bei dieser Schaltung kann zwischen das eine Ende der Sekundärwicklung 25 und den einen der Diodenanschlußspunkte, z. B. mt den Schaltungsknoten B ein Widerstand 31 (vgl. Fig. 1) geschaltet sein, welcher der Strombegrenzung in den Dioden 28 und 29 dient.In a first embodiment of this further protective device, two silicon valve diodes 28 and 29 are connected to the circuit nodes A and B of the circuit in FIG. 1 with mutually opposite flow directions, as can be seen in FIG. This circuit makes it possible to use the directional characteristics of diodes (curves a and b of FIG. 5) to reduce the pulses emitted by the secondary winding when their amplitude exceeds a value of 1 to 2 volts. The control signal applied to the transistor can then take the form shown by the curve of FIG. In this circuit, between one end of the secondary winding 25 and one of the diode connection points, e.g. B. mt the circuit node B, a resistor 31 (see. Fig. 1) can be connected, which is used to limit the current in the diodes 28 and 29.

Bei einer weiteren Ausführungsform (Fig. 4) kann zwischen die Schaltungspunkte A und B der Schaltung der Fig. 1 eine Zener-Diode 30 geschaltet sein, deren Bezugsspannung beispielsweise zwischen 3,5 und 5,5 Volt liegt. Die Betriebsweise dieser Zener-Diode erklärt sich durch die Form ihrer Kennlinien in Durchlassund Sperrichtung, die durch die Kurve G der Fig. 7 wiedergegeben sind. Wenn der Schaltungspunkt B gegenüber dem Schaltungspunkt A ein positives Potential aifiveist, wirkt die Zener-Diode 30 wie die beiden Dioden 28 und 29 der Fig. 3 und begrenzt die Amplituden der positiven Impulse auf etwa 1 Volt. Wenn die SpannungIn a further embodiment (FIG. 4), a Zener diode can be used between the circuit points A and B of the circuit of FIG 30, whose reference voltage is between 3.5 and 5.5 volts, for example. How this Zener diode works is explained by the shape of its characteristic curves in the forward and reverse directions, which are reproduced by curve G in FIG are. If node B is opposite to node A a positive potential is aifive, the Zener diode 30 acts as the two diodes 28 and 29 of FIG. 3 and limits the amplitudes of the positive pulses to about 1 volt. When the tension

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am Schaltungsknoten B gegenüber der des Schaltungspunkts A negativ ist, werden die negativen Impulse abgeschwächt, jedoch nur dann, wenn ihre Amplitude die Bezugsspannung der Zener-Diode übersteigt. Auch hier kann ein Widerstand 31 zur Begrenzung der die Zener-Diode durchfliessenden Ströme benutzt werden, wie dies für die Dioden 28 und 29 ausgeführt worden ist. Hierbei lässt sich also ein asymmetrisches Steuersignal erzielen, das die durch die Kurve der Fig. 8 dargestellte Form annehmen kann. Da das Auslösen des Yerriegelungsrelais erfolgt, wenn die Basis des Transistors negative Impulse empfängt, gestattet die Verwendung einer Zener-Diode eine sichere Betriebsweise, da sie verhältnismässig grosse negative Impulse zu erzielen gestattet. Diese zweite Ausführungsform besitzt einen grosseren Vorteil, als nur ein Halbleiterelement zu verwenden.at circuit node B opposite that of circuit point A. is negative, the negative pulses are weakened, but only if their amplitude is the reference voltage of the Zener diode exceeds. Here, too, a resistor 31 can be used to limit the currents flowing through the Zener diode, like this for the diodes 28 and 29 has been carried out. In this way, an asymmetrical control signal can be achieved that the can assume the form shown by the curve of FIG. Since the locking relay is triggered when the base of the Transistor receives negative pulses, the use of a Zener diode allows a safe mode of operation, since it is relatively to achieve large negative impulses. This second embodiment has a greater advantage than just a semiconductor element to use.

-13-809809/066 1 BAD-13-809809 / 066 1 BATH

Claims

U38994

Patent claims

Differential chut ζ circuit arrangement against earth leakage currents with a transistor whose base and emitter are connected to the terminals of the direct differential protection transformer, characterized in that the emitter (22) and the collector (21) of the transistor (25) as impedance in the Shunt to the terminals of the sole winding (8) of the trigger relay of the main disconnect switch.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that in parallel to the terminals of the secondary winding (25) of the

', iili ^ iumventil-

Differential transformer two / bioden (28, 29) with each other opposite forward directions are switched

3 circuit arrangement according to claim 1, characterized in that that a Zener diode (30) is connected in parallel to the terminals of the secondary winding (25) of the differential transformer.

80980 9/0661 B * D