DE19503448A1 - Fehlerstromschutzschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fehlerstromschutzschaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartige Schutzschaltungsanordnung ist beispielsweise aus der EP 0 524 142 A1 bekannt geworden.

Die Schaltungsanordnung besitzt eine Verzögerungsschaltung, bei der parallel zur Sekundärwicklung ein Speicherkondensator ge­ schaltet ist, der Auftreten eines Fehlerstromes sich auflädt bis zu einem Schwellwert, der von einem Spannungsdetektor detektiert wird, wodurch ein Schaltelement angesteuert wird, welches eine Entladung des Kondensators über einen Magnetauslöser gestattet.

Das elektrische Schaltelement bei der Ausgestaltung nach der EP 0 524 142 A1 ist offensichtlich ein Thyristor, und über den Aufbau des Spannungsdetektors zur Ansteuerung des Thyristors ist nichts näheres ausgesagt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, die bei gleicher Wirksamkeit vereinfacht aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruches 1.

Danach wird zur Ansteuerung des elektronischen Schalters ein Transistorschalter vorgesehen, der gemäß den Merkmalen des An­ spruches 2 durch einen programmierbaren Unÿunktion-Transistor oder gemäß den Merkmalen des Anspruches 3 durch eine Transistor- Komplementärschaltung gebildet ist. Insbesondere die letztere Schaltung ist erheblich einfacher herzustellen, da die beiden die Transistor-Komplementärschaltung bildenden Transistoren leicht und preisgünstig zu beschaffen sind.

Anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele der Er­ findung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vor­ teilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 zwei unterschiedliche Schaltungsanordnungen einer Fehlerstromschutzschaltung.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 umfaßt die Schutzschaltung einen nur schematisch dargestellten Wandler 10 mit einer nicht näher gezeigten Sekundärwicklung, wobei am Wandler Anschlüsse 11 und 12 vorgesehen sind, an denen bei Auftreten eines Fehlerstromes die sekundärseitigen Spannungssignale abgenommen werden können. Der Wandler 10 beinhaltet eine Beschaltung, die für die Aufla­ dung eines Kondensators 13 (siehe unten) notwendig sind, z. B. Bandpässe, Gleichrichtungs- und Spannungsvervielfacheranordnun­ gen. An den Anschlüssen 11 und 12 liegt eine gleichgerichtete und gefilterte Spannung an.

Parallel zu dem Wandler bzw. zur Sekundärwicklung befindet sich der als Energiespeicherkondensator dienende Kondensator 13, der von dem Wandler mit der Sekundärwicklung entsprechend dem detek­ tierten Fehlerstrom aufgeladen wird. Parallel zum Kondensator 13 ist eine Reihenschaltung mit einer Zenerdiode 14 und einem Wi­ derstand 15 geschaltet, wobei der Widerstand mit seinem einen Bein am Anschluß 11 angeschlossen ist. Parallel zum Widerstand 15 befindet sich ein zweiter Kondensator 16, dessen eines Bein mit dem Kollektor eines ersten Transistors 17 und dessen anderes Bein mit dessen Basis verbunden ist; der Emitter des Transistors 17 ist auf die Basis eines weiteren Transistors 18 geschaltet, dessen Emitter mit der Basis des Transistors 17 verbunden sind. Die beiden Transistoren bilden eine Komplementärstufe.

In Reihe mit dem Kollektor des Transistors 18 ist ein Spannungs­ teiler mit zwei Widerständen 19 und 20 verbunden und parallel zu dem Spannungsteiler 19/20 befindet sich ein RC-Glied mit einem ohmschen Widerstand 21 und einem Kondensator 22. Parallel zu der Transistor-Komplementärstufe und dem Widerstand 19 ist ein Aus­ löser 23 geschaltet, und in Reihe mit dem Auslöser 23 ein Schalttransistor 24, dessen Basis auf den Verbindungspunkt der beiden Widerstände 19 und 20 geschaltet ist. Der Transistor 24 verbindet den Auslöser mit Masse; parallel zur Basis und dem Kollektor des Transistors 24 ist ein vierter Kondensator 25 ge­ schaltet.

Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist wie folgt:
Bei Auftreten eines Fehlerstromes wird der Kondensator 13 als Speicherkondensator aufgeladen. Zündbedingung zur Zündung bzw. zum Durchschalten der Transistor-Komplementärstufe 17/18 ist, daß die Spannung U₁ die Spannung U₀ um mehr als die Basis-Emit­ terspannung des Transistors 17 unterschreitet. Dies ist er­ reicht, wenn die Spannung U₀ größer wird als die Zenerspannung der Zenerdiode 14 plus die Basis-Emitterspannung des Transistors 17. Nach der Zündung fließt ein durch den Widerstand 21 begrenz­ ter Strom in den Kondensator 22, dessen Ladung für die Dauer des Schaltvorganges zur Erhaltung des Basisstromes für den Schalttransistor 24 ausreichen muß. Die Kondensatoren 16 und 25 dienen zur Störunterdrückung. Der Widerstand 20 bindet im Ruhe­ fall die Basis auf den Emitter des Transistors 24.

In der Fig. 2 ist eine Variante der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 dargestellt. Anstatt der Transistor-Komplementärstufe 8 und 9 ist ein Schalttransistor in Form eines programmierbaren Unÿunktion-Transistors 30 vorgesehen, dessen Anode über eine in Durchlaufrichtung geschaltete Diode mit dem Anschluß 11 verbun­ den ist und dessen Kathode an den Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 19 und 21 angeschlossen ist. Der Verbin­ dungspunkt des Widerstandes 15 mit dem Kondensator 16 ist an das Gate des Transistors 30 angeschaltet. Zwischen der Diode 31 und dem Transistor 30 und Masse befindet sich ein Widerstand 32.

Zündbedingung für den Transistor 30 ist, daß die Spannung U₁ am Gate des Transistors 30 die Spannung U₂ an der Anode unter­ schreitet. Dabei wird die Anode des Transistors 30 mittels der Diode 31, die mit dem Widerstand 32 vorgespannt ist, auf dem Po­ tential U₂ unterhalb der Ladespanung U₀ gehalten. Die Zündbedin­ gung des Transistors 30 wird dann erreicht, wenn, wie oben ge­ sagt, U₁ < U₂; dies bedeutet, daß die Spannung U₀ die Zenerspan­ nung der Zenerdiode 14 erreicht und der Spannungsfall am Wider­ stand 15 die Spannung über der Diode 31 überschreitet. Nach der Zündung des Transistors 30 fließt ein durch den Widerstand 21 begrenzter Strom in den Kondensator 22, dessen Ladung für die Dauer des Schaltvorganges zur Erhaltung des Basisstromes des Transistors 24 ausreichen muß. Auch bei dieser Anordnung dienen die Kondensatoren 16 und 25 zur Störunterdrückung und der Wider­ stand 20 bindet im Ruhefall die Basis auf den Emitter.

Der programmierbare Unÿunktion-Transistor als Spannungssensor verursacht nahezu keine Verluste und das Gate des Transistors 30 kann sehr hochohmig beschaltet werden. Mit Ausnahme der Vorspan­ nung der Diode 31 entstehen im Ruhefall keine Verluste. Bei ent­ sprechender Dimensionierung der Bauelemente ist ein Wirkungsgrad von < 96% zu erreichen, d. h. nach Zündung des Transistors 30 wird fast die gesamte im Kondensator 13 gespeicherte Energie in den Auslöser geleitet. Dessen zulässiger Scheinwiderstand kann dadurch wesentlich höher sein als bisher. Dies bedeutet eine er­ hebliche Reduzierung der Ausschußrate bei Auslösern bzw. ferti­ gen Schutzschaltern.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 sind die gleichen Vorteile vor­ handen; unterschiedlich hierzu ist, daß die Transistoren 17 und 18 wesentlich leichter zu beschaffen und preisgünstiger sind als der Transistor 30. Da eine Diode entsprechend der Diode 31 nicht vorhanden ist, entfällt der Ruhestrom durch diese vorgespannte Diode.

Mit der Erfindung wird eine Fehlerstromschutzschaltungsanordnung geschaffen, bei der kleine leicht zu beschaffende und preiswerte Bauteile Verwendung finden. Im Ruhefall ist der Betrieb nahezu leistungslos und im Auslösefall ist der Wirkungsgrad sehr hoch.

Claims (3)

1. Fehlerstromschutzschaltung mit einem Wandler mit einer durch die Leiter eines Versorgungsnetzes gebildeten Primärwick­ lung und einer Sekundärwicklung, mit einem parallel zur Sekun­ därwicklung geschalteten Energiespeicher, der beim Auftreten ei­ nes Fehlerstromes aufgeladen wird, und mit einem elektromagneti­ schen Auslöser, dem ein elektronischer Schalter in Reihe ge­ schaltet ist, welcher Schalter bei Erreichen eines Schwellwertes angesteuert wird, so daß sich der Energiespeicher über den Aus­ löser entlädt, wodurch in den Netzleitern vorhandene Kontakt­ stellen geöffnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur An­ steuerung des elektronischen Schalters (24) ein Transistorschal­ ter (17, 18; 30) vorgesehen ist.

2. Fehlerstromschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Transistorschalter ein programmierbarer Unÿunktion-Transistor (30) ist.

3. Fehlerstromschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Transistorschalter durch eine Transistor- Komplementärschaltung gebildet ist.