DE1513571B2 - Gerat zum Überwachen und Anzeigen von Fehlerstromen in zwei elektrischen Leitern und Fehlerstromschutzschalter mit diesem Gerat - Google Patents

Description

1 2

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- Bestimmung der Dämpfung des Oszillators vorhangrunde, die in zwei Leitern fließenden Ströme mit- den sind.

einander zu vergleichen, insbesondere aber anzu- Tritt nun eine Veränderung in der Magnetisie-

zeigen, falls sich zwischen diesen beiden Strömen rung des Kernes ein, so ist die daraus folgende

eine Differenz einstellt. Dies kann sich in geschlos- 5 Bedämpfung des Schwingkreises ein Maß und ein

senen Stromkreisen, die aus einer Spannungsquelle etwaiges Aussetzen der Schwingungen ein Signal für

und einem Verbraucher bestehen, dann ereignen, eine Stromdifferenz.

wenn in einer der Leitungen zwischen Spannungs- In der erfindungsgemäßen Anordnung kann sich quelle und Verbraucher ein Leck auftritt. Besonders die weitere Schwierigkeit ergeben, daß die von den schwierig gestaltet sich die Überwachung von Diffe- io zu überwachenden Strömen durchflossenen Wicklunrenzströmen, wenn die überwachten Leitungen gen auf dem Kern mit den anderen Bauteilen zuHochspannung führen oder die zur Überwachung sammen Schwingkreise unterschiedlicher Schwinbenutzten Geräte hohen Beanspruchungen hinsieht- gungseigenschaften ergeben, so daß selbst bei lieh Rüttelfestigkeit und Schockfestigkeit sowie in normalen Betriebsverhältnissen die Induktion aus extremen Bereichen schwankenden Betriebstempera- 15 dem Schwingkreis auf diese jetzt als Sekundärkreise türen ausgesetzt sind. wirkenden Kreise zum Auftreten von Spannungsdiffe-

Es ist bekannt, mit Hilfe von Differenzrelais einen renzen und damit Stromdifferenzen in den zu übersolchen Vergleich durchzuführen. Dabei wird der wachenden Kreisen führen kann, die bei genügend Anker dieser Relais vom entstehenden Differenzfluß hoher Empfindlichkeit der ganzen Anordnung bereits betätigt. Dieser Fluß bildet sich aus den gegensinnig 20 eine Bedämpfung des Schwingkreises verursachen, wirkenden Kraftflüssen, die durch den Eingangs- ohne daß im eigentlichen Sinne eine Spannungsstrom und den Ausgangsstrom hervorgerufen wer- und damit eine Stromdifferenz in dem zu überden. Es ist ersichtlich, daß bei solchen Geräten auf wachenden Leiter auftritt.

die Isolation der Spulenwicklungen bei Verwendung Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind in Kreisen mit hohen Spannungen besonderer Wert 25 deshalb zwei Magnetkerne vorhanden, die räumlich gelegt werden muß. Es ist weiterhin ersichtlich, daß derart angeordnet sind, daß sie einander magnetisch solche Geräte hinsichtlich der Rüttelfestigkeit be- nicht beeinflussen. Weiterhin wird jeder Kern von sonders empfindlich sind. Es ist auch bekannt, in den in den Leitern fließenden Strömen kompenjede der überwachten Leitungen einen Shunt ein- sierend magnetisiert, und sowohl die Schwingkreiszulegen, die an den Shunts entstehenden Spannungs- 30 induktivität als auch die Rückkopplungsinduktivität abfalle mit Hilfe eines Meßwandlers zu zerhacken sind unterteilt, und je ein Teil ist je einem Magnet- und anschließend zu vergleichen. Auch hier spielt kern derart zugeordnet, daß ein beide Teile der wieder das Isolationsproblem bei Verwendung in betreffenden Induktivität durchfließender Strom Hochspannungskreisen eine bedeutende Rolle. Wei- beide Magnetkerne gegensinnig magnetisiert.
terhin müssen die Shunte sehr genau abgeglichen 35 Die Geräte nach der vorliegenden Erfindung werden. Darüber hinaus ist es bekannt, bei Fehler- weisen eine ganze Reihe von Vorteilen auf. So ist stromschutzschaltern eine einem Summenstrom- zunächst das Problem der Hochspannungsisolation wandler entnommene Spannung einem Schalterver- einfach gelöst, da nur einige Sättigungswindungen stärker mit Kippverhalten zuzuführen, der durch auf dem Kern notwendig sind und Hochspannungsdas Auftreten des Fehlerstromes in Tätigkeit tritt 40 leitungen verwendet werden können. Durch die sehr und dessen Ausgangsleistung unmittelbar zum Ab- kleine Induktivität werden Einschwingungsvorgänge schalten der überwachten Stromkreise dient. Weiter- und sonstige das Gerät bzw. den Laststromkreis hin sind Oszillatoren bekannt, deren Schwingung ungünstig beeinflussende Eigenschaften vermieden, vom Anliegen einer Spannung innerhalb eines vor- Selbst bei großen Nennströmen tritt wegen des kleigegebenen Spannungsbereiches abhängt und in deren 45 nen Ohmschen Widerstandes der Sättigungswicklung Lastkreis ein Relais geschaltet ist, das bei Unter- keine nennenswerte Ohmsche Verlustleistung und bzw. Überschreiten des Spannungsbereiches durch damit Erwärmung auf. Eine Beeinflussung durch den Aussetzen des Oszillators abschaltet. Abschlußwiderstand tritt bei der Verwendung von

Die vorliegende Erfindung geht, ähnlich wie beim zwei Kernen ebenfalls nicht auf. Die galvanische

Differenzrelais, von der Tatsache aus, daß zwei Leiter, 50 Trennung des Hochspannungslastkreises vom Nieder-

die von gleichen Strömen durchflossen werden, einen Spannungskreis läßt sich einfach verwirklichen. Die

Magnetkern gegensinnig magnetisieren können und Anordnung arbeitet im Meßteil mit Wechselspannung

ein entstehender magnetischer Fluß nach Größe und (Oszillatorspannung), so daß keine empfindlichen

Richtung ein Maß für die in den Leitern auftretende Trigger- oder Gleichspannungsverstärker notwendig

Stromdifferenz ist. 55 sind. Es ist möglich, mit ein und demselben Gerät

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein nur durch Änderung der Windungszahlen die Meß-

Gerät zum Überwachen und Anzeigen von Fehler- bereiche einfach zu verändern bzw. durch Ausführen

strömen in zwei elektrischen Leitern, in welchem die von Teilwindungen mehrere Meßbereiche zu schaf-

durch die Leiter fließenden Ströme einen Magneten fen. Schließlich werden im Oszillator keine mecha-

gegensinnig magnetisieren und ein etwa entstehender 60 nisch arbeitenden Teile, die durch Abnutzung Stö-

magnetischer Fluß nach seiner Größe ein Maß für rangen mit sich bringen, verwendet,

die in den Leitern auftretende Stromdifferenz ist. Ein besonderer Vorteil des Gerätes mit zwei

Gemäß der Erfindung ist in dem Gerät ein durch Magneten ist jedoch darin zu sehen, daß jeder Ein-

den von einem Fehlerstrom in dem Magnetkern her- fiuß, der von etwaigen kapazitiven Unterscheidungen

vorgerufenen magnetischen Fluß löschbarer Oszilla- 65 in den überwachten Kreisen herrühren kann, auf den

tor vorgesehen, dessen Schwingkreisinduktivität und Oszillator unterbunden sind, weil die von dem Oszil-

dessen Rückkopplungsinduktivität ebenfalls auf den lator in die überwachten Kreise induzierten EMK

Magneten aufgewickelt sind und daß Mittel zur sich wegen der Verwendung zweier Ringkerne und

der gegensinnigen Magnetisierung durch die Induktivitäten des Oszillators gegenseitig aufheben.

Mit besonderem Vorteil werden als Magnetkerne Ringkerne verwendet, weil diese einen durch Luftspalte nicht behinderten magnetischen Fluß ergeben.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung als Fehlerstromschutzschalter mit einem erfindungsgemäßen Gerät werden auf dem Kern oder auf den Kernen gegebenenfalls hintereinandergeschaltete Wicklungen vorgesehen, mit deren Hilfe von dem Oszillator erzeugte Energie, die ein Maß für die Bedämpfung des Oszillators darstellt, ausgekoppelt wird und daß diese Wicklungen an eine Schutzschaltung angeschlossen sind, die den Schaltzustand eines den zu überwachenden Stromkreis schaltenden Schalters bestimmt. In einer besonderen Ausführungsform wird die ausgekoppelte Energie einem Gleichrichter zugeführt und als Gleichspannung der Betriebsspannung eines elektrischen Schaltelements überlagert, das das Schaltelement sperrt.

Zu einer besonders betriebssicheren Ausführungsform gelangt man, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dem Ausgangskreis des Schaltelements mittelbar oder unmittelbar ein Relais parallel geschaltet ist, das ein Überwachungsschütz betätigt.

Die F i g. 1 zeigt in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für die Schaltung eines Geräts nach der vorliegenden Erfindung mit zwei Kernen. Unter normalen Betriebsbedingungen entsteht in den Kernen 1 und Γ keine Vormagnetisierung, da die durch die Wicklungen 6, 6' und 7, T erzeugten magnetischen Flüsse sich gegenseitig aufheben. Der Oszillator, dessen Hauptbestandteil der Schwingkreiskondensator 13, die Induktivitäten 3 und 10, die Rückkopplungswicklungen 4 und 9 sowie der Transistor 14 sind, wird induktiv über die Wicklungen 11 und 2 ausgekoppelt und kann also schwingen. Die entstehende Sekundärspannung wird durch die Kondensatoren 21 und 21' sowie die Dioden 22 und 23 gleichgerichtet, gesiebt und verdoppelt. Diese Spannung, welche etwa die doppelte Größe der dem Ladekreis, bestehend aus Widerstand 25 und 26 und Kondensator 28, zur Verfügung stehenden Spannung hat und durch das Potentiometer 24 reguliert werden kann, wird am Widerstand 26 in den Ladekreis eingekoppelt. Dabei stellt sich am Kondensator 28 und damit auch an der Emitter-B asis-1-Strecke des Einschichttransistors 31 eine negative Vorspannung ein. Der Einschichttransistor 31 ist also sicher gesperrt. Auch der Thyristor 38 ist in diesem Zustand gesperrt. Das Relais 39 ist angezogen. Die Widerstandskondensatorkombination 15, 16, 17 dient zur Arbeitspunktstabilisierung des Oszillators und stellt zugleich eine kleine Gegenkopplung dar. Die Widerstände 18, 19 und 20 dienen der Arbeitspunkteinstellung, das Potentiometer 12 zur Empfindlichkeitseinstellung des Oszillators. Die Widerstände 27 und 32 stabilisieren den Emitter-Basis-1-Widerstand bzw. den Widerstand zwischen den beiden Basen des Einschichttransistors 31. Der Widerstand 33 bestimmt die Spannung zwischen den beiden Basen am Einschichttransistor 31. Die Betriebsspannung wird durch die Zenerdioden 34 bzw. 40, deren Arbeitspunkt mit Widerstand 35 bzw. 36 eingestellt wird, konstant gehalten.

Tritt nun in dem zu überwachenden Kreis, der aus den Teilen 6, 6', 47, 7 und T besteht, eine Störung auf, so weiden die Kerne 1 und 1' ab einem gewissen vorgegebenen Stromunterschied gesättigt. Der Oszillator setzt aus und gibt keine Spannung mehr ab. Kondensator 28 kann sich nun entsprechend seiner Zeitkonstante umladen. Der Einschichttransistor 31, dessen Emitter-Basis-1-Charakteristik ähnlich einer Tunneldiode einen Hocker besitzt, wird nun bei Erreichen eines gewissen Stromes zwischen Basis 1 und Emitter niederohmig, der Kondensator entlädt sich, und der am Widerstand 29, 30 entstehende Impuls schaltet den Thyristor 38 durch. Das Relais 39 wird kurzgeschlossen und fällt ab. Dadurch fällt auch Schütz 44 ab und trennt den überwachten Stromkreis auf. Da der Umschaltkontakt 41 gleichzeitig beim Abfall des Relais 39 umgelegt wird, wird die Störungslampe 46 eingeschaltet. Durch die Diode 37 steigt der Strom durch den Thyristor auf einen so großen Wert, daß dieser bei jeder Betriebsspannung sicher durchgeschaltet bleibt und damit diesen Zustand des Gerätes aufrechterhält, also eine Verriegelung bewirkt. Soll die Verriegelung wieder rückgängig gemacht werden, muß von Hand der Niederspannungskreis kurz abgeschaltet werden. Die Kombination Widerstand 43, Kondensator 42 stellt einen Funkenlöschkreis dar. Der Teil 45 stellt eine Schutzerdung zwischen dem Hochspannungs- und Niederspannungsnetz dar.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gerät zum Überwachen und Anzeigen von Fehlerströmen in zwei elektrischen Leitern, in welchem die durch die Leiter fließenden Ströme einen Magnetkern gegensinnig magnetisieren und ein etwa entstehender magnetischer Fluß nach seiner Größe ein Maß für die in den Leitern auftretenden Stromdifferenzen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch den von einem Fehlerstrom in dem Magnetkern hervorgerufenen magnetischen Fluß löschbarer Oszillator vorgesehen ist, dessen Schwingkreisinduktivität (3,10) und dessen Rückkopplungsinduktivität (4, 9) ebenfalls auf den Magnetkern aufgewickelt sind und daß Mittel zur Bestimmung der Dämpfung des Oszillators vorhanden sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Magnetkerne (1, 1') vorhanden sind, die räumlich derart angeordnet sind, daß sie einander magnetisch nicht beeinflussen, daß jeder Kern von den in den Leitern fließenden Strömen kompensierend magnetisiert wird, daß sowohl die Schwingkreisinduktivität (3, 10) als auch die Rückkopplungsinduktivität (4, 9) des Oszillators unterteilt und je ein Teil je einem Magnetkern (1, 1') zugeordnet ist und daß ein beide Teile der betreffenden Induktivität durchfließender Strom beide Magnetkerne gegensinnig magnetisiert.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnetkerne Ringkerne verwendet sind.

4. Fehlerstromschutzschalter mit einem Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kern bzw. auf den Kernen (1,1') gegebenenfalls hintereinandergeschaltete Wicklungen (2, 11) vorgesehen sind, mit deren Hilfe die vom Oszillator erzeugte Energie, die ein Maß für die Bedämpfung des Oszillators darstellt, ausgekoppelt wird und daß diese Wicklungen (2, 11) an eine Schutzschaltung angeschlossen sind, die

den Schaltzustand eines den zu überwachenden Stromkreis schaltenden Schalters (44) bestimmt.

5. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgekoppelte Energie einem Gleichrichter (22, 23, 21, 21') zugeführt und die gleichgerichtete Spannung der Betriebsspannung eines den Schalter 44 steuernden Schaltelements (31) derart überlagert ist, daß dieses gesperrt ist.

6. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangskreis des Schaltelements (31) ein Relais (39) mittelbar oder unmittelbar parallel geschaltet ist, das ein Überwachungsschütz (44) betätigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen