DE19602911A1 - Schaltungsanordnung zur Detektion eines Fehlerstromes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Detektion eines Fehlerstromes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Fehlerstromschutzschaltungen der eingangs genannten Art sind in der Vergangenheit im wesentlichen für Wechselfehlerströme ausgebildet und angewendet worden.

In den letzten Jahren sind Geräte entwickelt worden, aufgrund deren Kennlinien und Ansteuerungsverfahren vermehrt Gleichfehlerströme auftreten. Zur Detektion pulsie­ render Gleichfehlerströme sind eine Reihe von Schaltungsanordnungen bekannt ge­ worden. Bei einer Ausführung beispielsweise ist sekundärseitig zwischen der Sekun­ därwicklung und dem Auslöserelais parallel sowohl zu der Sekundärwicklung als auch zum Auslöserelais eine Kapazität geschaltet, die auf die sekundärseitig anstehende Frequenz derart ausgelegt ist, daß die Auslöseenergie maximal wird.

Aus der etz, Band 115, 1994, Heft 16, Seite 896, insbesondere Seite 897, Bild 2, ist eine Schaltungsanordnung einer allstromsensitiven Fehlerstromschutzeinrichtung be­ kannt geworden, bei der zwei Wandler vorgesehen sind, durch die die Netzleiter als Primärwicklungen hindurchgeführt sind. Der eine Wandler besitzt eine Sekundärwick­ lung, die mit einer Elektronik für Auslösung bei glatten Gleichfehlerströmen vorgesehen ist, wogegen die Sekundärwicklung des anderen Wandlers direkt mit dem Auslöser verbunden ist. Mit diesem anderen Wandler werden Wechsel- und gepulste Gleichfeh­ lerströme detektiert und abgeschaltet. Die Gleichfehlerströme werden dabei dadurch detektiert, daß ein Frequenzgenerator innerhalb der elektronischen Auswerteeinheit den Wandler vormagnetisiert, so daß sich bei einem ausgewählten Material für den Summenstromwandler ein bestimmter Permeabilitätsverlauf ergibt. Die durch den Gleichfehlerstrom bewirkte Veränderung der Permeabilitätsverlaufes verursacht eine Änderung der Induktivität des Summenstromwandlers, was detektiert werden kann.

Eine Fehlerstromschutzschaltungsanordnung ist aus der DE 25 50 060 C3 bekannt geworden, bei der ein Wandler vorgesehen ist, der von Netzleitern durchgriffen ist und dem eine Sekundärwicklung zugeordnet ist, die mit einer Wechselstromquelle verbun­ den ist, so daß der Wandler mit einer bestimmten Frequenz vormagnetisiert wird. Wenn in den Netzleitern ein Fehlerstrom auftritt, dann verändert sich die Magnetisie­ rungskurve, was durch eine geeignete Auswerteschaltung detektiert werden kann und zum Abschalten eines Schutzschalters führt, wenn die Änderung der Magnetisierung zu groß wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die im Aufbau vereinfacht ist.

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

Danach wird erfindungsgemäß auf den Summenstromwandler eine zweite Sekundär­ wicklung aufgebracht, die den Wandler mit Wechselstrom vormagnetisiert; bei Auftre­ ten eines Fehlerstromes wird die Induktivität des Summenstromwandlers verändert und dadurch die Frequenz der Vormagnetisierung.

Diese Frequenzänderung kann detektiert und demgemäß ein Schalter betätigt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und weitere Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Schaltungsanordnung für einen Fehler­ stromschutzschalter,

Fig. 2 eine schematische Blockdarstellung einer Schaltungsanordnung zur De­ tektion einer Frequenz, und

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung zur Versorgung einer wesentlichen Baueinheit der Anordnung nach Fig. 2.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 dient zur Überwachung von die Phasenleiter L1 bis L3 und den Rückleiter N enthaltenden Netzleitern 10 auf Fehlerströme. Zur Vereinfachung ist lediglich ein Phasenleiter gezeichnet. Zwischen die Phasenleiter und den N-Leiter ist ein Verbraucher 11 geschaltet mit dem Verbrauchswiderstand R_L.

Die Netzleiter 10 sind durch einen ringförmigen Wandler 12 als Primärwicklungen hin­ durchgeführt, um den herum eine erste Sekundärwicklung 13 gewickelt ist, die mit ei­ nem Auslöser 14 verbunden ist; parallel zu dem Auslöser 14 befinden sich zwei Zeh­ nerdioden 15 und 16 und in Reihe mit der Sekundärwicklung 13 und dem Auslöser 14 ist ein Kondensator 17 vorgesehen.

Der Summenstromwandler 12 enthält eine zweite Sekundärwicklung 18, deren Aus­ gangssignale einem Gleichstromdetektor 19 zugeführt sind, der über Leitungen 20, 21 mit Strom aus dem Netz 10 versorgt wird. Der Gleichstromdetektor 19 gibt über eine zweiadrige Leitung 22 ebenfalls ein Signal an den Auslöser 14.

Der Gleichstromdetektor 19 ist so aufgebaut wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Die Sekundärwicklung 18 ist schematisch dargestellt und parallel zu der Sekundärwicklung 18 ist ein Kondensator 23 geschaltet, wodurch sich mit der zweiten Sekundärwicklung ein LC-Glied bildet, wobei dieser dadurch gebildete Oszillator eine Frequenz von ca. 4 kH aufweist. Die Induktivität der Wicklung 18 ist Bestandteil des Oszillators.

Der Oszillator wird in einem Versorgungsteil 24 überwacht, der in Fig. 3 näher darge­ stellt ist.

Mit den Phasenleitern L1 bis L3 der Netzleiter 10 sind Widerstände 25, 26 und 27 ver­ bunden, die als hochspannungsfeste Widerstände ausgebildet sind und zur Strombe­ grenzung dienen. Es können auch mehrere weniger spannungsfeste Widerstände, z. B. SMD-Widerstände in Reihe geschaltet werden. Dem Widerstand 25 zugeordnet sind zwei Dioden 28, 29 in Antiparallelschaltung, wobei die Kathode der Diode 25 an den Widerstand 25 und die Anode der Diode 29 ebenfalls an den Widerstand 25 ange­ schaltet sind.

Dem Widerstand 26 sind in gleicher Schaltungsanordnung Dioden 30, 31, und dem Widerstand 27 Dioden 32 und 33 zugeordnet. Die Kathoden der Dioden 30 und 32 sind den Widerständen 26 bzw. 27 ebenso wie die Anoden der Dioden 31 und 33 zuge­ schaltet.

Die Anode der Diode 29 ist mit der Anode der Diode 33 verbunden, ebenso wie die Anode der Diode 31. Die Kathoden der Dioden 28, 30 und 32 sind auf eine Leitung 34 geschaltet, die in Reihe mit dem Widerstand 25 liegt; in dieser Leitung befindet sich auch ein Widerstand 35; in der Leitung 41 zur Anode der Diode 33 liegt ein Widerstand 36; zwischen den Anschlußpunkten der Anoden der Dioden 29 und 31 und dem Wi­ derstand 36 schließt ein Ende einer Zenerdiode 37 und zwischen den Anschlußpunk­ ten der Anoden der Dioden 30 und 32 und dem Widerstand 35 eine weitere Zenerdiode 38 an, wobei diese Zenerdioden in Gegenparallelschaltung zur Spannungsstabilisie­ rung und zum Schließen des Strompfades bei einer Stoßspannungsprüfung zwischen den Phasen L1 bis L3 dienen. Parallel zu dem Phasenleiter L1 mit dem Widerstand 35 und dem Rückleiter N befindet sich ein Kondensator 39 und parallel zu der Zenerdiode 37 ein Kondensator 40, die zusammen mit den Widerständen 35 und 36 die Versor­ gungsspannungen 7 glätten und die Störfestigkeit erhöhen. Zusätzlich verhindern die Widerstände 35, 36 eine Aufladung der Kondensatoren 39 und 40 mit Spannung fal­ scher Polarität während einer Stoßspannungsprüfung.

Die Leitung 34 dient als Pluspol, die Leitung, die den Widerstand 36 erhält und die Be­ zugsziffer 41 besitzt, den Minuspol und der N-Leiter liegt an einem gemeinsamen Be­ zugspotential.

Mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 wird ein erster retriggerbare monostabiler Multivibrator und ein zweiter retriggerbarer monostabiler Multivibrator als Bestandteil des Gleichstromdetektors 19 versorgt, mit denen die Frequenz des LC-Gliedes, beste­ hend aus der Induktivität mit der Spule 18 und dem Kondensator 23, detektiert werden kann. Bei Überschreitung einer festgelegten Frequenz erfolgt über die Leitung 22 ein Signal an dem Auslöser 14, so daß dieser auslöst und den Schalter öffnet.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Detektion eines Fehlerstromes, mit einem Summen­ stromwandler, dessen Primärwicklung die Netzleiter bilden, und mit einer ersten Se­ kundärwicklung, die mit einem Auslöser verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Sekundärwicklung vorgesehen ist, die den Kern mit Wechselsignalen vor­ magnetisiert und daß Mittel zur Detektierung einer Frequenzänderung bei Auftreten eines Fehlerstromes vorgesehen sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Detektierung der Frequenzänderung die Induktion der zweiten Sekundärwick­ lung detektieren.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß paral­ lel zur zweiten Sekundärwicklung eine Kapazität geschaltet ist und daß die Resonanz­ frequenz dieses dadurch gebildeten LC-Gliedes gemessen wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern einen Luftspalt aufweist, in dem ein Hall-Sensor eingesetzt ist.