DE2124178A1 - Schutzeinrichtung zum Feststellen von Erdschluß-Leckströmen - Google Patents

Description

DR -INS. DiPL.-IMG. M. SC. MPL.-Ph'S. DB. DIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT- GRIESSBACH .- HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 38 8 i|0 h
7. Mai 1971
t - 124
U.S.Ser.No. 037,560

Texas Instruments Inc.

13 500 North Central Expressway

Dallas, Texas (USA)

Schutzeinrichtung zum Feststellen von· Erdschluß-Leckströmen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung zum Feststellen von Erdschluß-Leckströmen in einem über zwei Zuleitungen an eine einpolig geerdete Stromversorgung angeschlossenen Lastkreis mit einer induktiv mit den beiden Zuleitungen gekoppelten Magnetkern an Ordnung, die auf die Differenz der in den Zuleitungen fließenden Ströme anspricht.

Mit dem starken Ansteigen der Verwendung von elektrischen Geräten im Haushalt und in der Industrie haben in den letzten Jahren auch die mit der Verwendung solcher Geräte zusammenhängenden Sicherheitsfragen, die vorher kaum in Betracht gezogen worden waren, immer größere Bedeutung gewonnen. In der

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Gesundheitspflege in Krankenhäusern, Pflegeanstalten usw. werden z.B. immer mehr und ausgefeiltere elektronische Geräte, etwa zum Anzeigen verschiedener Körperfunktionen eines Patienten, verwendet, um bessere diagnostische Informationen zu erlangen und um Pflegepersonal für andere Zwecke freizustellen. In diesen Fällen ist das elektrische Gerät häufig für längere Zeitspannen in elektrischem Kontakt mit dem zu überwachenden Patienten, ohne daß eine Bedienungs- oder Pflegeperson anwesend ist. Oft ist auch der Patient infolge vorgerückten Alters, Krankheit usw. in stark geschwächtem Zustand oder

fc sogar ohne Bewußtsein, wenn er mit dem elektronischen Gerät verbunden ist. Diese Umstände lassen die Sicherheit der einem Kontakt mit solchen Geräten ausgesetzten Personen von höchster Wichtigkeit erscheinen. Weiterhin wurde in den letzten Jahren eina?Verlängerung der Lebensdauer solcher Geräte immer größere Bedeutung beigemessen. Bei einer längeren Benutzung steigt aber auch die Wahrscheinlichkeit an, daß. in dem Gerät kleinere elektrische Fehler auftreten. Diese Fehler können so geringfügig sein, daß sie den Betrieb des Gerätes nur unwesentlich beeinflussen und bleiben wegen des verwickelten Aufbaues solcher Geräte und des Mangels an geeignetem Wartungspersonal häufig unerkannt. In elektronischen Geräten können somit verschiedene . Fehler vorhanden sein, die einen Leckstrom zur Erde verursachen.

™ Aber auch wenn keine elektrischen Fehler aufgetreten sind, kann infolge von schlechten elektrischen Aufbaues, ungeeigneter Verwendung, Umweltbeeinflussung usw. dennoch ein gewisser Erdschluß-Leckstrom fließen.

Die üblichen und weitläufigverwendeten elektrischen Sicherheitseinrichtungen sind häufig völlig ungeeignet, um hier den erforderlichen Schutz zu bieten. Die Sicherheitseinrichtungen bei elektrischen Haushaltsinstallationen bestehen für gewöhnlich aus Überstromschaltem oder Sicherungen mit einem

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ORiQfNAL INSPECTED

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Nennwert von 15 oder 20 A. Wenn bei einem hier angeschlossenen elektrischen Gerät ein größerer Fehler auftritt, beispielsweise ein Kurzschluß o.dgl., welcher zu einem Strom führt, der größer ist als dieser Nennwert, spricht der überstronschaiter

/ an oder brennt die Sicherung durch, so daß die Energiezufuhr zu dem Gerät unterbrochen wird. Eine solche Einrichtung ist jedoch vollständig ungeeignet, um auch für den Fall einen Schutz zu bieten, daß ein kleinerer elektrischer Fehler auftritt, der zu einem Erdleckstrom in der Größenordnung von einigen 100 Milliampere führt. Ein solcher Strom ist aber für einen Menschen bereits sehr gefährlich. Ein solcher Fall kann bei fehlerhaften Küchen- und Badezimmergeräten auftreten. Wenn ein solches Gerät einen Leckstrom von einigen hundert Milliampere aufweist und der Benutzer Kontakt mit dem Gerät hat und auf einem feuchten Boden steht, kann dieser infolge des Erdleckstromes einen tödlichen elektrischen Schock bekommen. Derartig kleine Ströme bringen natürlich, obwohl sie für Menschen gefährlich sind, einen üblichen überstrom schalter mit einem Nennwert von 15 oder 20 A nicht zum Ansprechen.

In ähnlicher Weise kann in der Gesundheitspflege ein geschwächter Herzpat^ent z.B. mit einem elektronischen überwachungsgerät, etwa einem Elektrokardiographen o.dgl., verbunden sein. Ein solches Gerät ist normalerweise vollständig sicher, unter gewissen Umständen können jedoch infolge von elektrischen Fehlern, schlechter Erdung usw. kleine Erdleckströme in der Größenordnung von 1 .bis 5 Milliampere auftreten, die aißerordentlich schwierig festzustellen sind. Das Gerät kann längere Zeit benutzt werden, ohne daß irgendwelche Schwierigkeiten auftreten. Wenn der Patient jedoch mit einem Teil seines Körpers einen metallischen Bettrahmen z.B. berührt, während er in KontaTct mit dem fehlerhaften Gerät steht, kann*

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der Leckstrom durch seinen Körper fließen. Ein Strom solcher Größe ist von den üblichen Schutzeinrichtungen nicht feststellbar und kann dennoch für den geschwächten Patienten gefährlich sein, weil er die Herztätigkeit ungünstig beeinflußt, möglicherweise sogar mit tödlichem Ausgang. Selten wird dann eine Untersuchung des toten Patienten ergeben, daß die wahre Ursache des Todes ein fehlerhaftes elektrisches Gerät war. Da die Wirkung kleiner elektrischer Ströme derjenigen verschiedener Herzkrankheiten sehr ähnlich ist, würde selbstverständlich angenommen werden, daß die behandelte Herzkrank- h heit zu dem Herzstillstand geführt hat. Es ist ersichtlich, daß dieser Fall mehrfach wiederholt auftreten kann, ohne daß seine wahre Ursache aufgedeckt wird. Ein wirksamer Schutz gegen die Wirkung fehlerhafter Geräte kann somit außerordentlich wichtig sein.

Einrichtungen, die einen solchen Schutz zu bieten vermögen, sind derzeit selten, außerordentlich teuer, nicht ausreichend

und
betriebssicher /sehr störanfällig, so daß sie häufig ungewollt auslösen. Häufig weisen diese Geräte nicht die erforderliche Empfindlichkeit auf und sind nur schwierig einzubauen. Einige bekannte Schutzeinrichtungen dieser Art verwenden sperrige _k Differentialtransformatoren im Zusammenhang mit Verstärkern, um das Vorhandensein von Erdschluß-Leckströmen festzustellen. Diese Geräte arbeiten keineswegs zufriedenstellend, insbesondere wegen ihres geringen Störabstandes, welcher häufig zu einem ungewollten Auslösen des die Energiezufuhr unterbrechenden Schalters führt. Wegen der damit verbundenen Unbequemlichkeit

werden diese Geräte von den Bedienungspersonen einfach unwirkgemacht,

sam / selbst wenn an sich ein Schutz ve Erdleckströmen . .. erforderlich wäre.

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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schutzeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die betriebssicherer, empfindlicher und störungssicherer ist als die bekannten derartigen Einrichtungen und welche gegen ein ungewolltes Auslösen durch Störsignale und Einschwingvorgänge geschützt ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Magnetkernanordnung magnetisch sättigbar ist, daß die Zuleitungen ein Stück Koaxialkabel mit einem Innenleiter und einem Außen-. leiter aufweisen, mit denen die Magnetkemanordnung gekoppelt ist, daß in der Magnetkernanordnung durch einen an die Stromversorgung angeschlossenen Erregerkreis Magnetfelder vorbestimmter Größe erregbar sind, die bei Gleichheit der in den Leitern fließenden Ströme im wesentlichen gleich groß und von der Differenz dieser Ströme beeinflußbar sind, daß durch den Erregerkreis bei einer solchen Beeinflussung der Magnetfelder ein elektrisches Signal erzeugbar ist und daß zur Anzeige eines Erdschluß-Leckstromes ein auf dieses elektrische Signal ansprechender Abfühlkreis vorgesehen ist.

Diese Einrichtung hat den Vorteil, daß sie einfach aufgebaut ist, wirtschaftlich gefertigt und betrieben werden kann, einen geringen Platzbedarf hat, einfach einzubauen ist, eine lange Lebensdauer aufweist und infolge der abschirmenden Wirkung des Koaxialkabels praktisch unempfindlich ist gegen störende Einflüsse.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Magnetkernanordnung zwei sättigbare Transformatoren auf, die derart elektrisch miteinander verbunden sind, daß deren Magnetfelder entgegengesetzte Polarität und bei Gleichheit der in den

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Leitern fließenden Ströme im wesentlichen gleiche Größe sowie bei Ungleichheit dieser Ströme ungleiche Größe aufweisen. Vorteilhafterweise sind die Transformatoren Ringkerne und gegebenenfalls elektrisch mit entgegengesetzter Polarität in Reihe geschaltet. Hierbei ist es günstig, wenn durch den Erregerkreis die Transformatoren zunächst vormagnetisierbar und sodann in Zeitintervallen impulsmäßig betätigbar sind, die bei Gleichheit der in den Leitern fließenden Ströme im wesentlichen gleich groß und bei Ungleichheit dieser Ströme ungleich groß sind, und wenn das am Ausgang der Transformatoren entstehende und von der Differenz dieser Zeitintervalle abhängige elektrische Signal abfühlbar ist. Vorteilhafterweise sind dabei die Transfor-P matoren in einer Richtung vormagnetisierbar und in der entgegengesetzten Richtung sättigbar.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weisen die Ringkerne mit dem Erregerkreis verbundene Primärwicklungen und mit dem Abfühlkreis verbundene Sekundarwxcklungen auf, sind die Leiter im wesentlichen zentrisch durch die Ringkerne geführt und besitzen die Leiter und die Sekundarwxcklungen jeweils bei einem Ringkern den gleichen und bei dem anderen Ringkern den entgegengesetzten Wickelsinn wie die jeweilige Primärwicklung.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger in der beigefügten Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 ein Blockdiagramm einer Schutzeinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild der Schutzeinrichtung nach Pig. It

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Fig. 3 ein Schaubild der an den Lastkreis angelegten Netzwechselspannung;

Fig. 4 ein Schaubild des in der Schutzeinrichtung nach der Erfindung verwendeten Erregerstromes in Abhängigkeit von der Zeit:

Fig. 5 ein Schaubild der Kraftflußdichte in Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke in der Magnetkernanordnung der Schutzeinrichtung nach der Erfindung:

Fig. 6 ein elektrisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der in Fig. 2 dargestellten Schutzeinrichtung:

Fig. 7 ein elektrisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform der Schutzeinrichtung nach der Erfindung und

Fig. 8 ein elektrisches Schaltbild einer vierten Ausführungsform der Schutzeinrichtung nach der Erfindung.

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In Fig. 1 ist ein Lastkreis 10 dargestellt, der über erste und zweite Leiter 16 und 18 mit Hilfe eines Schützes 14 an eine Stromversorgung 12 anschliessbar ist. Mindestens ein Teil der Leitungen 16 und 18 zwischen dem Schütz 14 und dem Lastkreis 10 besteht aus einem Stück Koaxialkabel 20 , das einen Innenleiter 21 und einen Aussenleiter 22 aufweist, die mit den Leitungen 16 und 18 elektrisch verbunden und mit einer Magnetanordnung 24 mit sättigbaren Magnetkernen induktiv gekoppelt sind, die das Zustandekommen von magnetischen Feldern erfühlt, die durch die benachbarten Leitungsabschnitte der Leiter infolge der Anwesenheit von ungleichen Strömen durch die Leiter 21 und 22 erzeugt werden. Derartige ungleiche ψ Ströme ergeben sich, wenn ein Leckstrom vom Lastkreis 10 zur Erde fliesst. Ferner ist noch ein Abgleichwiderstand 26 mit der Magnetanordnung 24 gekoppelt, um so eine Anfangskalibrierung zu bewirken. Ein Erregerkreis 28 ist vorgesehen, um wahlweise die Magnetanordnung 24 während vorbestimmter Zeitintervalle zu erregen, wodurch ein Spannungsausgangssignal am Ausgang der Magnetanordnung entsprechend dem Durchgang von ungleichen Strömen durch die Leiter 21 und 22 des Koaxialkabels 20 erzeugt wird. Ferner ist ein Abfühlkreis 30 mit An-

sprech¹-/ .„ an den Ausgang der Magnetanordnung 24 angekoppelt, um die Anwesenheit des Ausgangssignals festzustellen und so ein elektrisches Signal zu erzeugen, das mit einem Schütz_fc magnet 32 gekoppelt ist, der mit dem Schütz 14 verbunden ist, um so die Energiezufuhr zum Lastkreis in der gewünschten Weise zu unterbrechen.

In Fig. 2 ist eine elektrische Schaltung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die dem in Fig.l dargestellten System entspricht. Es ergibt sich so, dass der Lastkreis 10 durch eine Widerstandslast dargestellt ist, obgleich auch eine kapazitive oder induktive Last vorhanden sein kann und dieser Lastkreis 10 ist mit der Stromversorgung 12

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über die Leitungen 16 und 18 sowie das Koaxialkabel 20 mit Hilfe des Schützes 14 kuppelbar. Wie im einzelnen dargestellt, ist die Leitung 16 und der Innenleiter 21 zwischen der einen Seite der Stromversorgung-12 und der einen Seite der Widerstandslast 10 angeschlossen, während die Leitung 18 und der Aussenleiter 22 mit der anderen Seite der Stromversorgung und mit der anderen Seite der Last verbunden und ferner an Erde angekoppelt ist, um so das Vorhandensein einer möglichen Strombahn für Leckströme zur Erde anzudeuten. Eine solche Schaltung kann im allgemeinen als Beispiel für ein übliches Hausverteilersystem betrachtet werden, bei dem die Stromversorgung mit einer. Last über einen Schütz mit Hilfe eines Paares von Leitungen verbunden ist. In einem solchen System kann ein Durchgang eines Leckstromes bei Anwesenheit eines elektrischen Fehlers im Lastkreis auftreten, wenn ein Sicherheitssystem gemäss der vorliegenden Erfindung nicht vorhanden ist.

Wie im einzelnen in Fig. 2 gezeigt, haben die Leitungen 16 und 18 ein Stück Koaxialkabel 20, das durch die Magnetanordnung 24 hindurchgeht und mit dieser induktiv gek ppelt ist, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel erste und zweite sättigbare Ringkerne 34 und 36 aufweist. Die Leitungen 16 und 18 sind mit den Ringkernen 34, 36 nicht elektrisch gekoppelt, jedoch elektrisch an die Last 10, wie dargestellt, angeschlossen. Damit können die sättigbaren Ringkerne wahlweise, wie weiter unten noch näher erklärt, unabhängig vom Lastkreis 10 erregt werden, um so die Anwesenheit von ungleichen Strömen zu erfühlen, die durch die Leiter'21 und 22 des Koaxialkabels 20 zum Lastkreis 10 fHessen, wobei solche ungleichen Ströme das Ergebnis von möglicherweise schädlichen Erdleckströmen vom Lastkreis sind. Bei Anwesenheit von ungleichen Strömen ist der magnetische Abgleich der sättigbaren Ringkerne gestört und es wird ein Ausgangssignal erzeugt, das die Betätigung des Schützes 14 bewirkt, um die Energiezufuhr zur Last zu unterbrechen,

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Im besonderen haben die ersten und beiden sättigbaren Magnetanordnungen ein Paar von Ringkernen 34 und 36 mit Primärwicklungen 34a und 36a und ferner Sekundärwicklungen 34b und 36b, die auf den Ringkernen aufgewickelt sind, wobei die Leiter 21 und 22 des Koaxialkabels 20 im allgemeinen zentral durch die betreffenden Ringkerne hindurchführen und mit diesen induktiv gekoppelt sind. Diese Leiter 21 und 22 dienen.als zusätzliche Gruppe von Primärwicklungen für die Ringkerne 34, 36, insofern als sie die Magnetisierung der Ringkerne beeinflussen, wenn ungleiche elektrische Ströme durch diese Leiter fHessen, die induktiv mit den Ringkernen gekoppelt sind. Gegebenenfalls können die Sekundärwicklungen eine andere Windungszahl als die Primärwicklungen haben, um so die Spannungsempfindlichkeit des Systems zu verändern. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Primärwicklungen 34a und 36a der ersten beiden sättigbaren Kernreaktoren elektrisch parallel zueinander angeschlossen und magnetisch in Reihe, jedoch entgegengesetzt gekoppelt, derart, dass entgegengesetzte und im wesentlichen magnetische. Felder in den Ringkernen entsprechend der Erregung durch die Primärwicklungen erzeugt werden. Wenn daher äussere Wirkungen nicht vorhanden sind, so wird durch die Erregung der Ringkerne kein Ausgangssignal an den betreffenden Ausgangswicklungen 36a, 36b erzeugt, da die in den einzelnen Ringkernen erzeugten Magnetfelder eine entgegengesetzte Polarität haben und ungefähr die gleiche Grosse aufweisen. Um nun eine Anfangskalibrierung vorzusehen, ist der einen veränderlichen Widerstand aufweisende Abgleichwiderstand 26 zwischen die Primärwicklungen 34a und 36a der ersten und zweiten sättigbaren Ringkerne angeschlossen. Bei Abwesenheit eines elektrischen Fehlers o.dgl., der in den Leitern 21 und 22 des Koaxialkabels 20 eine Strömungsgleichheit hervorrufen würde, die die Magnetisierung der Ringkerne beeinflusst, können daher die Ringkerne 34 und 36 durch den Erregerkreis erregt und in eine bestimmte magne-

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tische Richtung magnetisiert und wahlweise in entgegengesetzter Richtung eingeschaltet und magnetisiert werden, ohne dass ein Ausgangssignal an den Sekundärwicklungen 34b und 36b erzeugt wird, da die zeitlich sich* ändernden Magnetfelder im wesentlichen die gleiche Grosse und eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.

Ungleiche Ströme durch die Leiter 21 und 22 als Ergebnis von Erdleckströmen erzeugen jedoch als Ergebnis eines Leckstromes zur Erde ein verhältnismässig schwaches Magnetfeld, das durch seine Wirkung auf die relativ hoch magnetisierten Ringkerne festgestellt werden kann, eine Magnetisierung, wie sie durch das rasche Umschalten der magnetischen Zustände der Erregung der Ringkerne entsteht. Hierdurch wird die Anwesenheit von Leckströmen zur Erde angezeigt. Eine beträchtliche Verstärkung der Wirkung der vorerwähnten schwächten Magnetfelder hat dann das Ergebnis, dass eine verhältnismässig hohe Empfindlichkeit beim Feststellen der Anwesenheit von verhältnismässig sehr kleinen Leckströmen zur Erde erzielt wird. Ein rasches und kräftiges Umschalten des magnetischen Zustandes der Ringkerne wird durch den Erregerkreis 28 bewirkt, der dazu dient, um die Ringkerne in einer vorbestimmten Richtung anfänglich vorzumagnetisieren und dann die Richtung' der magnetischen Erregung der Ringkerne dadurch rasch umschaltet, dass ein scharfes Impulssignal aufgedrückt wird, um so ein rasches Umschalten des Zustandes der Magnetisierung der Ringkerne in einer zweiten entgegengesetzten vorbestimmten Richtung zu erzielen. Wenn ein magnetisches, den Ringkernen durch die Anwesenheit von ungleichen Strömen in den Leitern 21 und 22 des Koaxialkabels 20 aufgedrücktes Feld nicht vorhanden ist, so werden die Ringkerne in den Zustand magnetischer Sättigung durch das scharfe Impulssignal im gleichen Zeitintervall gebracht und die entstehenden gleichgrossen, entgegengesetzt gerichteten Magnetfelder erzeugen in den Sekundärwick-

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lungen 34b und 36b kein Ausgangssignal. Bei Anwesenheit eines magnetischen Eides infolge eines Unterschieds der Ströme in den Leitern 21 und 22 werden die Ringkerne in ihren magnetischen Sättigungszustand in einem unterschiedlichen Zeitintervall umgeschaltet und es wird nun ein Ausgangssignal an den Sekundärwicklungen 34b und 36b durch den Einfluss des schwachen magnetischen Feldes auf die magnetische Umschaltung der Ringkerne erzeugt.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des Erregerkreises 28 und sein Einfluss auf die Ringkerne 34, 36 im einzelnen im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 5 des näheren erklärt, die die aufgedrückten elektrischen Signale und die sich ergebenden, vom Erregerkreis 28 kommenden Ausgangssignale und ferner eine typische Magnetisierungskurve für die Magnetisierung der Ringkerne erläutern.

Der Erregerkreis 28 ist vorzugsweise mit der Stromversorgung wie dargestellt über den Schütz 14 verbunden. Der Erregerkreis weist eine Diode 38 auf, die eine gleichgerichtete Halbwellenspannung einem Anschluss eines Ladekondensators über einen Widerstand 42 auführt, der in erster Linie für die Herstellung der gewünschten.Magnetisierungshöhe in den Ringkernen 34, 36 verantwortlich ist. Obgleich eine gleichgerichtete Halbwellenspannung in dem dargestellten Ausführungsbeispiel verwendet wird, könnte doch anstelle der Diode 38 ein Zweiweg-Brückengleichrichter verwendet werden, um nun voll gleichgerichtete Energie dem Ladekondensator 40 zuzuführen. Der Ladekondensator 40 ist weiterhin mit einem Spannungsteiler 43 verbunden, der zwei Widerstände A4 und 46 enthält. Der Abgriff des Spannungsteilers 43 ist über ein Bezugsglied 52 mit Schwellwert an eine Steuerelektrode 50 eines ersten wahlweise auslösbaren Schalters 48 angeschlossen.

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Der andere Anschluss des Ladekondensators 40 ist, wie dargestellt , mit der Magnetanordnung 24 gekoppelt. Durch diesen Anschluss ist der Ladekondensator 40 parallel zu den Primärwicklungen 34a und 36a der Ringkerne 34 bzw. 36 angeschlossen, um diesem Erregersignale zuzuführen. Die Entladung des Ladekondensators, wodurch ein eine hohe Energie aufweisender elektrischer Impuls den Primärwicklungen 34a_f 36a zur Magnetisierung der Ringkerne zugeführt wird, wird durch den Schalter 48 gesteuert, wenn die vorbestimmte Spannung am Ladekondensator erreicht ist. Der Schalter 48 ist vorzugsweise ein gesteuerter Siliziumgleichrichter. Seine Steuerelektrode 50 ist mit dem Bezugsglied 52 mit Schwellwert gekoppelt, das ein Auslösen des gesteuerten Siliziumgleichrichters 48 so lange verhindert, bis die vorbestimmte Spannungshöhe an dem Ladekondensator 4O erreicht ist. Das Bezugsglied 52 hat in diesem Zusammenhang vorzugsweise einen bffiLslosen Transistor, der allgemein als ein Diac bezeichnet wird und der zwischen dem Ladekondensator 40 und der Steuerelektrode 5O wie dargestellt über den Spannungsteiler 43 angeschlossen ist. Der Diac 52 bleibt so lange nichtleitend, bis die Schwellspannung überschritten wird, was in dem dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechend der Erzeugung der vorbestimmten Spannung am Ladekondensator 40 bewirkt wird, worauf dann der Diac leitend wird und ein eine konstante Spannung aufweisendes Signal an die Steuerelektrode SO gibt, wodurch dann der gesteuerte Siliziumgleichrichter 48 leitend wird.

Während der Betätigung des Erregerkreises 28 wird das Netzspannungesignal anfänglich der Diode 38 über den geschlossenen Schütz 14 zugeführt, wobei die Netzspannung in Fig.3 als eine typische Sinusspannung von 110/115 V bei 60 Hz dargestellt ist. Gegebenenfalls kann natürlich auch eine geeignete Gleichstromquelle verwendet werden.

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Als Ergebnis der besonderen Ausbildung des Erregerkreises gemäss Fig.2 folgt der von dem Ladekondensator 40 kommende Ausgangssfcrom anfänglich ungefähr einer Kurve, wie sie durch den Kurvenabschnitt 56 der in- Fig.4 dargestellten Kurve gezeigt ist, die ein Stromsignal in Funktion der Zeit zeigt, wie es am Ausgang des Ladekondensators auftritt, wobei dieses Signal den parallel verbundenen Primärwicklungen 34a und 36a zugeführt wird, wenn im Ladekondensator anfänglich Ladung gespeichert wird. Während dieses Zeitabschnittes wird das Aufbringen einer entsprechenden Ladung auf den Ladekondensator 40 durch den nichtleitenden Zustand des gesteuerten Siliziumgleichrichters 48 bewirkt, der anfänglich durch den Diac 52 im nichtleitenden Zustand gehalten wird. Damit wird ein anfängliches Vormagnetisierungssignal den Primärwicklungen 34a und 36a entsprechend dem Kurvenabschnitt 56 gemäss Fig.4 zugeführt. Die Zufuhr dieses Signals zu den Primärwicklungen 34a und 36a ergibt einen ausreichenden Stromfluss in den Primärwicklungen, um so die zugehörigen Ringkerne in einer ersten, vorbestimmten Richtung vorzumagnetisieren, während die erforderliche Spannung an dem Ladekondensator 40 gebildet wird. Im besonderen wird auf Fig.5 Bezug genommen, die die Magnetisierungskurve eines typischen sSttigbaren Eisenringkernes zeigt, beispielsweise der Ringkerne 34, 36. Es ergibt sich aus dieser Kurve, dass beide Ringkerne anfangs in einem remanenten Zustand sind, der durch die Punkte al, bl auf der Magnetisierungskurve dargestellt wird.

Wenn jedoch das durch den Kurvenabschnitt 56 dargestellte Signal den parallel angeschlossenen Ringkernen zugeführt wird, so folgt die Magnetisierung der Ringkerne der Magnetisierungskurve bis zu einem Punkt a2 in Bezug auf den Ringkern 34 und b2 in Bezug auf den Ringkern 36. Zur Erläuterung sind die Punkte a2 und b2 an verschiedenen Stellen auf der Magnetisierungskurve angebracht, um den Unterschied in der Magnetisierung der be-

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treffenden Ringkerne 34 und 36 infolge des Durchgangs von ungleichen Strömen durch die Leiter 21 und 22 infolge einer Anwesenheit eines Leckstromes darzustellen. In solchen Fällen, in denen kein Leckstrom anwesend ist und in den Leitern 21 und 22 gleiche Ströme fliessen, befinden sich die Punkte a2 und b2 an identischen Stellen auf der Magnetisierungskurve. Zur Erläuterung wurde jedoch angenommen, dass ein Strom anwesend ist, der die Vormagnetisierung der Ringkerne so beeinflusst, dass die Punkte a2 und b2 nicht gleichartig sind, sondern in verschiede-

S,pannung, nen Bereichen der Magnetisierungskurve liegen. Wenn cfiLe/an aem Ladekondensator 40 sich der erforderlichen vorgewählten Höhe nähert, so erreicht die dem Diac 52 zugeführte Spannung die Diac-Schwellspannung, wodurch der Diac leitend wird und nun ein Signal der Steuerelektrode 50 des gesteuerten Silizium-Gleichrichters 48 aufgedrückt wird, das ausreicht, um den gesteuerten Siliziumgleichrichter in den leitenden Zustand zu versetzen. Damit wird nun eine Entladestrombahn für den Ladekondensator 40 über den Anoden-Kathodenkreis des gesteuerten Siliziumgleichrichters hergestellt, so dass nun ein plötzlicher, eine hohe Amplitude aufweisender Stromimpuls von einer gegenüber dem anfänglichen Vorspann-Vormagnetisierungssignal entgegengesetzten Polarität erzeugt wird, wie dies durch den Kurvenabschnitt 58 der in Fig.4 dargestellten Kurve angedeutet ist. Dieser Impuls wird den parallel angeschlossenen Primärwicklungen 34a und 36a aufgedrückt. "Hierdurch werden die Ringkerne 34 und 36 rasch in einen magnetischen Sättigungszustand in einer zweiten vorbestimmten Richtung entgegengesetzt zu der anfänglichen Vormagnetisierung gebracht, wobei die Magnetisierung der einzelnen Ringkerne bei einem gemeinsamen Zeitintervall durch die Punkte a3, b3 auf der Magnetisierungskurve (Fig.5) dargestellt sind. Da in diesem Ausführungsbeispiel die einzelnen Ringkerne der Sättigung von einem unterschiedlichen Punkt auf der Magnetisierungskurve aus gebracht werden, ist eine unterschiedliche Zeitspanne für das

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Erreichen der Sättigung bei den einzelnen Kernen erforderlich. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die überführung der Ringkerne in den Sättigungszustand bei gleichen Ausgangspunkten innerhalb der gleichen Zeitintervalle geschieht. In dem Ausführungsbeispiel ist jedoch angenommen, dass ungleiche Ströme in den Leitern 21 und 22 fliessen, so dass die Ringkerne anfänglich unterschiedlich vormagnetisiert sind, was durch das schwache Magnetfeld bewirkt wird, das durch den nicht ausgeglichenen Stromfluss vor der Sättigung durch den Impuls 58 erzeugt wird. Nunmehr ist eine unterschiedliche vorbestimmte Zeit-™ dauer erforderlich, um die einzelnen Ringkerne in den Sättigungszustand zu bringen. Damit wird ein unterschiedlicher Magnetfluss in den beiden Ringkernen im Hinblick auf die unterschiedlichen anfänglichen Vormagnetisierungen umgeschaltet und unterschiedliche Zeitintervalle sind erforderlich, um die magnetische Sättigung zu erreichen. Damit wird an den Ausgangswicklungen 34b und 36 b der Ringkerne ein Spannungssignal erzeugt. Wenn der Ausgangsstrom des Ladekondensators sich Null nähert (siehe den Kurvenabschnitt 60 der Kurve nach Fig.4), so kehrt die Magnetisierung der beiden Ringkerne wieder in den anfänglichen remanenten Magnetisierungszustand al, bl der Fig.5 zurück. Es ergibt sich so, dass der Erregerkreis 28 ein rasches Umschalten der magnetischen Zustände der Ringkerne 34 und 36 bewirkt, um so ein äusserst empfindliches Mittel zum Erfühlen einer Ungleichheit der durch die Leiter 21 und 22 fliessenden Ströme infolge eines Erdleckstromes zu schaffen, wie dies durch den Einfluss des Magnetfeldes angezeigt wird, das durch eine solche Strömungsglü-chheit auf die magnetische Umschaltung erzeugt wird. Obgleich die obige Beschreibung auf einer Wirkungsweise aufgebaut wird, bei der die Ringkerne anfänglich in einer Richtung vormagnetisiert sind und dann plötzlich in entgegengesetzter Richtung zur Sättigung getrieben werden, so können doch gegebenenfalls die Ringkerne auch in der gleichen Richtung wie die anfängliche Vor-

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magnetisierung zur magnetischen Sättigung gebracht werden, wodurch ein ähnliches Ergebnis zum Erfühlen des Einflusses auf das Umschalten erzielt wird, wie es durch die Leckströme verursacht wird.

Um nun die Anwesenheit des Ausgangssignals an den Sekundärwicklungen 34b, 36b der Ringkerne 34, 36 zu erfühlen und festzustellen, ist der Abfühlkreis 30 an den Ausgang der Sekundärwicklungen 34b und 36b angeschlossen. Gemäss einem wichtigen Merkmal der Erfindung wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Stück Koaxialkabel 20 verwendet, das infolge seiner abschirmenden Wirkung einen wirkungsvollen Schutz gegen den Einfluss von Einschwingvorgängen und Störsignalen bildet, welche ein Ausgangssignal erzeugen könnten. Das Koaxialkabel braucht nur so langzu sein, dass es durch die Ringkerne 34 und 36 reicht. Abhängig von der beabsichtigten Aufstellung des Systems und von dem gewünschten Grad der Abschirmung kann es sich aber auch von dem Schutz 14 bis zu dem Lastkreis 10 erstrecken. Der Abfühlkreis 30 weist einen zweiten wahlweise erregbaren oder betätigbaren Schalter 62 auf, der am Ausgang der Sekundärwicklungen 34b und 36b angeschlossen ist und auf die Anwesenheit eines Spannungsausgangssignals an diesen Wicklungen anspricht. Der Schalter 62 ist so angeordnet, dass er normalerweise in Abwesenheit eines erfühlten an den Sekundärwicklungen 34b und 36b erscheinenden Ausgangssignals nichtleitend ist. Bei Abwesenheit eines ungleichen Stromflusses durch die Leiter 21 und 22 bleibt daher der Schalter 62 nichtleitend, während er bei einem vorbestimmten Spannungsausgangssignal an den Sekundärwicklungen leitend gemacht wird. Der zweite Schalter 62 ist vorzugsweise ein gesteuerter Siliziumgleichrichter mit einem Torkathodenkreis, der an den Ausgang der Sekundärwicklungen 34b, 36b angeschlossen ist. Ferner ist die Torelektrode des gesteuerten Siliziumgleichrichters 62 mit einem Widerstand 64 gekoppelt.

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Gegebenenfalls können dem Tor-Kathodenkreis des gesteuerten Sili^iumgleichrichters 62 zur Vermeidung eines unerwünschten Ansprechena verschiedene Filterkreise zur Unterdrückung von Einschwingvorgängen parallelgeschaltet werden, z.B. ein einfaches RC-Filter oder auch ein Zählkreis, der den Siliziumgleichrichter gesperrt hält, bis eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen aufgetreten ist.

Im Betrieb des Abfühlkreises 30 ergibt sich bei Anwesenheit eines Leckstromes zur Erde der eine Ungleichheit im Strornfluss durch die Leiter 21 und 22 erzeugt, eine vorbestimmte Spannungs· höhe am Ausgang der Sekundärwicklungen und es wird ein ausreichendes Signal am Widerstand 64 erzeugt, der mit der Torelektrode des gesteuerten Siliziumgleichrichters gekoppelt ist, um so den gesteuerten Siliziumgleichrichter in den leitenden Zu- - stand zu versetzen. Als Ergebnis dieses Leitendwerdens des gesteuerten Siliziumgleichrichters 62 wird ein Signal erzeugt, das verwendet wird, um die Anwesenheit eines Leckstromes zur Erde anzuzeigen und/oder einen Schütz gegen die Wirkungen eines solchen Leckstromes vorzusehen, beispielsweise dadurch, dass der Schütz 14 betätigt wird.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Schützmagnet 32, der die Betätigung des Schützes 14 steuert, vorzugsweise eine wahlweise erregbare Relaisspule, die zwischen der Stromversorgung 12 und dem Anoden-Kathodenkreis des gesteuerten Siliziumgleichrichters 62 derart angeschlossen ist, dass ein Leiten ^werden des Siliziumgleichrichters 62 die Relaisspule 32 erregt. Wie dargestellt, hat ferner der Schütz 14 ein Paar von Relaiskontakten 68 und 70, die mit der Relaisspule 32 verbunden sind und die bei Erregung der Relaisspule 32 und Leitendwerden des Siliziumgleichrichters 62 geöffnet werden. Als Ergebnis der Erzeugung eines Ausgangssignals an den Sekundärwicklungen 34b und 36b wird damit der Siliziumgleichrichter 62 leitend,

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wodurch die Relaisspule 32 erregt und die Kontakte 68 und 70 geöffnet werden. Hierdurch wird die Zufuhr von Energie zur Last unterbrochen und damit ist die erforderliche Sicherung und der gewünschte Schutz vorhanden.

Durch eine geeignete Auswahl der Werte des Systems ist es möglich, eine Empfindlichkeit des Systems in einem gewünschten Bereich zu erzielen. Beispielsweise ist es im allgemeinen von Vorteil, ein Abfallen des Schützen entsprechend einem Leckütrom zur Erde von der Grössenordnung von 5 mA oder höher vorzusehen, da ein solcher Leckstrom in vielen Fällen schädlich sein kann. Gegebenenfalls kann der Abschaltpunkt wahlweise dadurch eingestellt v/erden, dass die Einstellung des Abgleichwiderstandes verändert wird, wobei die Empfindlichkeit des Systems teilweise von den Eigenschaften der vorhandenen Ringkerne abhängt. In diesem Zusammenhang ist es im allgemeinen erwünscht, Ringkerne zu verwenden, die eine annähernd rechtwinklige Hysteresiskurve haben, um so eine relativ hohe Empfindlichkeit zu erzielen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Arten von Eisenkernen oder metallischen Bandkernen in Ringform mit Erfolg verwendet worden sind. In manchen Fällen ist es erwünscht, auf den Ringkern Wicklungen mit einer Vielzahl von Windungen, und zwar mit einem Verhältnis von 1:1 der Primär- und Sekundärwicklungen vorzusehen, wobei auf beiden Ringkernen 34 und 36 die gleiche Zahl von Windungen vorhanden ist.

In dem in Fig.2 dargestellten System sind die Wicklungen der einzelnen Ringkerne elektrisch miteinander parallel verbunden. In manchen Fällen kann es jedoch von Vorteil sein, ein ähnliches System zu schaffen, bei dem die betreffenden Wicklungen elektrisch in Reihe angeschlossen sind. Eine weitere Ausführungsform gemäss der Erfindung zur Darstellung einer solchen Ausbildung ist in Fig.6 gezeigt; Ein solches System ist im be-

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sonderen dort vorteilhaft, wo ein Kernmaterial mit einer relativ rechteckigen Hysteresiskurve verfügbar ist, um so eine sehr günstige und wirksame Betätigung zu erzielen.

In Fig.6 sind die entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in der Fig.2 bezeichnet. Auch hier ist die Last IO an die Stromversorgung 12 über einen Schütz 14 angeschlossen. Ferner sind die ersten und zweiten Leitungen 16 und 18 zwischen der Stromversorgung und der Last angeordnet, wobei das Stück Koaxialkabel 20 mit seinem Innenleiter 21 und ) seinem Aussenleiter 22 im wesentlichen zentral durch die ersten und zweiten sättigbaren Ringkerne 72 und 74 hindurchführen und mit diesen induktiv gekoppelt sind. Das Koaxialkabel 20 kann wiederum vom Schütz bis zum Lastkreis reichen oder es kann auch ein relativ kurzes Stück sein, das gerade durch die Ringkerne hindurchgeht, wobei dann die Verbindung zu dem Schütz bzw. dem Lastkreis durch Einzelleitungen erfolgt.

Die Ringkerne 72 und 74 tragen Primärwicklungen 72a und 74a und ferner Sekundärwicklungen 72b und 74b. Die Primärwicklungen 72a und 74a sind elektrisch in Reihe geschaltet und die Sekundärwicklungen 72b und 74b sind in ähnlicher Weise hinter-. einander angeschlossen. Ferner ist ein Erregerkreis 76 zwischen der Stromversorgung 12 und den Ringkernen 72 und 74 so angeschlossen, um diesem ähnlich wie dem Erregerkreis 28 Energie zuzuführen, doch ist der Erregerkreis 76 gegenüber dem Erregerkreis 28 im Hinblick auf den Reihenanschluss der Ringkerne etwas abgewandelt. Die Wirkungsweise des Erregerkreises 76 ist jedoch ähnlich der Wirkungsweise des Erregerkreises 28 und er kann damit ein Ausgangsimpulssignal erzeugen, wie es beispielsweise in Fig.4 dargestellt ist. Der Erregerkreis 76 weist ferner eine als Halbwellengleichrichter wirkende Diode 38 auf, die mit dem Ladekondensator 40 über den Widerstand 42 verbunden ist. Der Erregerkreis 76 weist ferner einen gesteuerten

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Siliziumgleichrichter 48 auf, dessen Steuerelektrode 50 mit dem Bezugsglied 52 mit Schwellwert verbunden ist, das in ähnlicher Weise vorzugsweise die Form eines Diac hat. Der Diac 52 ist, wie gezeigt einerseits mit dem Widerstand 42 und dem Ladekondensator 40 und andererseits mit einem Torwiderstand 78 verbunden, der parallel zu dem Tor-Kathodenkreis des gesteuerten Siliziumgleichrichters 48 liegt. Weiterhin ist zwischen der Anode des Siliziumgleichrichters 48 und dem Verbindungspunkt zwischen dem Ladekondensator 40 undcfem Widerstand 42 ein Dämpfungswiderstand 79 eingefügt. Wenn an dem Ladekondensator 40 die vorbestimmte Spannung liegt, liefert der Diac 52 ein Auslösesignal an die Steuerelektrode 50 und macht dadurch den · Siliziumgleichrichter leitend, so dass durch dessen Anoden-Kathoden-Kreis der Ladekondensator 40 entladen wird. Der Abgleichwiderstand 26, der wiederum aus einem veränderlichen Widerstand besteht, ist zwischen die in Reihe liegenden Primärwicklungen 72a und 74a und dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 42 und der Ladekapazität 40 angeschlossen. Er dient, wie erwähnt dazu, den Auslösepunkt des Systems zu verändern.

Der Abfühlkreis 30 ist in ähnlicher Weise vorgesehen, um die Anwesenheit von SpannungsausgangsSignalen an den Sekundärwicklungen 72b, 74b infolge des Durchgangs von ungleichen Strömen durch die Leiter 21 und 22 des Koaxialkabels 20 festzustellen. Der Abfühlkreis 30 weist den zweiten auslösbaren Schalter 62 auf, der vorzugsweise die Form eines gesteuerten Siliziumgleichrichters hat, wie dies im Zusammenhang mit der Fig.2 erklärt wurde. Gegebenenfalls können der Widerstand 64 und der Kondensator 66 in Reihe geschaltet mit der Steuerelektrode des Siliziumgleichrichters 62 gekoppelt werden und als ein Filterkreis dienen, um Störauslösungen zu verhindern.

Durch das Leitendwerden des Siliziumgleichrichters 62 wird in ähnlicher Weise der Schütz 14 betätigt, wie dies im Zusammen-

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hang mit Fig.2 des näheren erklärt wurde. Es sei darauf hingewiesen/ dass die Anode des Siliziumgleichrichters 62 mit der Relaisspule 32 gekoppelt ist, wobei die Relaisspule mit Relaiskontakten 68 und 70 verbunden "ist, die bei einer Erregung der Relaisspule 32 geöffnet werden, um so die Zufuhr von Energie zur Last 10 zu unterbrechen.

Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig.6 ist im wesentlichen identisch mit der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig.2 insofern als der Erregerkreis 76 das Aufdrücken eines anfänglichen Vormagnetisierungssignals auf die

k Primärwicklungen 72a und 74a der Ringkerne 72 und 74 derart bewirkt, dass die Ringkerne in einer M^agnetrichtung vormagnetisiert werden. Der Erregerkreis drückt in ähnlicher Weise diesen Wicklungen eine hohe Energie aufweisenden Impuls zu (wie dies durch den Kurvenabschnitt 58 der Spannungskurve der Fig. 4 angedeutet ist^, um so ganz plötzlich die Ringkerne in den Sättigungszustand in entgegengesetzter Magnetrichtung zu bringen. Bei Abwesenheit eines Magnetfeldes infolge des Durchgangs eines ungleichen Stromes durch die Leiter 21 und 22 des Koaxialkabels 20 werden die Ringkerne 72 und 74 im wesentlichen während des gleichen Zeitintervalles in den EäVtigungszustand gebracht, so dass an den Sekundärwicklungen 72b und 74b kein Ausgangssignal erzeugt wird und der Siliziumgleichrichter 62 nichtleitend bleibt. Bei Anwesenheit eines Leckstromes zur Erde wird jedoch ein Magnetfeld erzeugt, das die Magnetisierung der Ringkerne derart beeinflusst, dass diese Ringkerne den Sättigungszustand in unterschiedlichen Zeitintervallen erreichen, wodurch nun ein Spannungssignal an den in Reihe liegenden Sekundärwicklungen 72b und 74b wie oben erklärt erzeugt wird. Dieses Spannungssignal wird der Steuerelektrode des Siliziumgleichrichters 62 aufgedrückt, um so diesen Siliziumgleichrichter in den leitenden Zustand zu bringen, wodurch die Relaisspule 32 erregt und die Relaiskontakte 68 und 70 geöffnet werden, so

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dass die Energiezufuhr zur Last unterbrochen wird. Infolge der Reihenschaltung der sättigbaren Ringkerne 72 und 74 gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig.6 können bei Lastströmen in der Grössenordnung von 20 Ampere Leckströme in der Grössenordnung von 200 Mikroampere erfasst werden.

In Fig.7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, in welcher entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, wie in Fig.2. Das hier dargestellte System ist demjenigen nach Fig.2 ähnlich bis auf die Art, in welcher das Ausgangssignal der Magnetanordnung zur Unterbrechung der Energiezufuhr zu dem Lastkreis 10 verwendet wird, gemäss welcher die Arbeitsweise bei jeder zweiten Halbwelle der angelegten Netzwechselspannung beeinflusst wird. In dem in Fig.7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zum Anschalten des Lastkreises 10 an die Stromversorgung 12 ein ÜberStromschalter 80 vorgesehen und ein wahlweise auslösbarer Schalter 82 mit einer Steuerelektrode 84 im Nebenschluss angeordnet, um den Uberstromschalter auszulösen, wenn der gesteuerte Siliziumgleichrichter 62 in der beschriebenen Weise durch das Vorhandensein von Erdleckströmen leitend wird und ein Ausgangssignal abgibt. Der auslösbare Schalter 82 ist vorzugsweise ein Halbleiterschalter, z.B. ein gesteuerter Siliziumgleichrichter, dessen Anoden-Kathodenkreis den Kontakten des Uberstromschalters 80 parallelgeschaltet und dessen Steuerelektrode 84 mit der Kathode des gesteuerten Siliziumgleichrichters (62) verbunden ist, um sein Zünden oder Leitendwerden in Abhängigkeit von dem Leitfähigkeitszustand des gesteuerten Siliziumgleichrichters 62 zu steuern. Zwischen der Steuerelektrode und der Kathode des gesteuerten Siliziumgleichrichters 82 ist weiterhin ein Parallelwiderstand 86 angeschlossen. Zwischen der Anode des gesteuerten Siliziumgleichrichters 82 und einem Kontakt des Uberstromschalters 80 ist ein Strombegrenzungswiderstand 88 relativ geringen Widerstandes angeordnet,

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der vorzugsweise einen Widerstandswert in der Grössenordnung von einem Ohm oder weniger aufweist. Die Anode des gesteuerten Siliziumgleichrichters 62 ist mit dem genannten Kontakt des Uberstromschalters 80 durch einen den Strom begrenzenden Schutzwiderstand 90 verbunden· Da der gesteuerte Siliziumgleichrichter 82 mit seinem Anoden-Kathodenkreis den Kontakten des Uberstromschalters 80 parallelgeschaltet ist, fliesst ein relativ grosser Strom von der Stromversorgung 12 durch den niederohmigen Strombegrenzungswiderstand 88 und durch den Anoden-Kathodenkreis des gesteuerten Siliziumgleichrichters 82, wenn dieser infolge des Vorhandenseins eines Erdleckstromes leitend gemacht ist. Hierdurch wird der überstromschalter 80 überlastet, so dass dieser anspricht und die Energiezufuhr unterbricht.

Für diejenigen Anwendungsfälle, in denen die Arbeitsweise des Schutzsystemes in beiden Halbwellen der Netzwechselspannung gesteuert werden soll, kann eine Schaltung nach dem in Fig.8 dargestellten Ausführungsbeispiel verwendet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Geschwindigkeit, mit welcher die Energiezufuhr zu dem Lastkreis beim Auftreten von Erdlecketrömen unterbrochen wird, erheblich gesteigert werden. Dieses Ausführungsbeispiel ist im ganzen dem in Fig.2 dargestellten System ähnlich und enthält ein Stück Koaxialkabel 20, das im wesentlichen zentrisch durch die sättigbaren Ringkerne 34 und 36 geführt, mit diesen induktiv gekoppelt und mit dem Lastkreis IO verbunden ist, um diesem Energie von der Stromversorgung 12 zuzuführen. Auf den Ringkernen 34 und 36 sind parallelgeschaltete Primärwicklungen 34a und 36a sowie Sekundärwicklungen 34b und 36b vorgesehen und zwischen den Primärwicklungen ist der Abgleichwiderstand 26 vorgesehen.

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Das zuvor beschriebene magnetische Umschalten zum Feststellen des Vorhandenseins ungleicher Ströme in dem Innenleiter und im Außenleiter 22 des Koaxialkabels 20 infolge von Erdleckströmen wird in ähnlicher Weise bewirkt, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben worden ist, jedoch nicht nur in jeder zweiten Halbwelle der angelegten Netzwechselspannung, sondern in beiden Halbwellen. Hier wird ein Erregerkreis 100 verwendet, der dem Erregerkreis 28 etwas ähnlich.ist, und Ausgangssignale ähnlich denjenigen nach Fig. 4 zur Erregung der Ringkerne liefert. Anstelle der Einweg-Gleichrichter-Diode 38 ist jedoch ein Vollweg-Dioden-Biückengleichrichter 102 vorgesehen, so daß die anfängliche Vormagnetisierung und ein schnelles magnetisches Umschalten der Ringkerne infolge des dem Ladekondensator 40. zugeführten Vollweg-gleichgerichteten Signales in beiden Halbwellen erfolgen kann. Um das Ausgangssignal auf einer im wesentlichen konstanten Bezugs spannung zu halten, ist ein Bezugsglied mit Schwellwert, beispielsweise eine Zehnerdiode 104, in der gezeigten Weise über einen Strombegrenzungswiderstand 106 auf der einen Seite und über einen Wellenform-Widerstand 108 auf der anderen Seite dem Ausgang des Brückengleichrichters 102 parallelgeschaltet. Der Kondensator 40 ist über den Widerstand 42 mit der Zehnerdiode 104 verbunden und dient, wie zuvor beschrieben, in erster Linie dazu, eine gewünschte Magnetisierung der Ringkerne 34 und 36 zu bewirken. Hierzu ist der Ladekondensator 40, wie dargestellt, mit dem parallelgeschalteten Primärwicklungen 34a und 36a der Ringkerne 34 und 36 verbunden, um diesem Erreger Signale zu liefern. Der wahlweise auslösbare gesteuerte Siliziumgleichrichter 48 ist an die Verbindungsstelle des Ladekondensators 40 und des Widerstandes 42 angeschlossen, um die Entladung des Ladekondensators 40 zur Erregung der Ringkerne zu steuern. Die Steuerelektrode 50 des gesteuerten

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Siliziumgleichriehters ist an die Verbindungsstelle zwischen einem Torwiderstand 110, welcher dem.Tor-Kathodenkreis des gesteuerten Siliziumgleichrichters parallelgeschaltet ist, und dem Bezugsglied mit' Schwöllwert oder Diac 52, welcher dem Tor-Anodenkreis des gesteuerten Siliziumgleichrichters parallelgeschaltet ist, angeschlossen. Der Diac 52 dient wiederum dazu, eine Auslösung des gesteuerten Siliziumgleichrichters so lange zu unterbinden, bis an dem Ladekonsator 42 die vorbestimmte Spannung liegt. Dann wird der Diac 52 ausgelöst, und dieser legt an die Steuerelektrode 50 ein Signal konstanter Spannung an, welches den gesteuerten Siliziumgleitrichter 48 gleitend macht.

Der von dem Ladekondensator 40 an die Primärwicklungen 34a und 36a gelieferte Ausgangsstrom ist ähnlich dem im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Zunächst wird den Primärwicklungen, wie durch den Abschnitt 56 der Kurve nach Fig. 4 angedeutet, ein Anfangsvorspannungssignal zugeführt, um die Ringkerne vorzumagnetisieren, während die Spannung an dem Ladekondensator ansteigt. Sobald die erforderliche vorbestimmte Spannung und damit auch der Schwellwert des Diac 52 erreicht ist, zündet dieser und macht den gesteuerten Siliziumgleichrichter 48 leitend, so daß der EntladeStromkreis für den Ladekondensator geschlossen ist und ein Impuls großer Amplitude gemäß dem Kurvenabschnitt 58 nach Fig. 4 entsteht, der die entgegengesetzte Polarität aufweist wie das Vorspannungssignal und die Ringkerne in die magnetische Sättigung treibt, so daß in der zuvor beschriebenen Weise die Wirkung eines Leckstromes auf das Umschalten der Ringkerne festgestellt werden kann. In dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel wird dieser Vorgang jedoch wegen der Verwendung eines Vollweg-Gleichrichters in der folgenden Halbwelle der angelegten Netzwechsel-

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spannung wiederholt, während in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, bei welchem ein.Einweg-Gleichrichter verwendet wurde, in der darauffolgenden Halbwelle keine Abfühlung durchgeführt wurde.

Die Abfühlung oder Feststellung eines Ausgangssignales an den Sekundärwicklungen 34b und 36b als Anzeige für das Vorhandensein eines Erdleckstromes.wird durch einen Abfühlkreis 112 durchgeführt, der an die Sekundärwicklungen angeschlossen · ist. Der Abfühlkreis 112 enthält einen Spannungsbegrenzungswiderstand 114, der den in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen 3¹Ib und 3^b parallelgeschaltet ist. Der Spannungsbegrenzung^ widerstand 114 liegt weiterhin am Eingang eines Vollweg-Brückengleichrichters 116, welcher die an den Sekundärwicklungen 34b und 36b beim Vorhandensein eines Erdleckstromes entstehenden Ausgangssignale empfängt. Am Ausgang des Vollweg-Brückengleichrichters 116 liegt ein Ausgangswiderstand II8 relativ hohen Widerstandes, welcher die Ausgangssignale des Brückengleichrichters II6 an ein Abfühlelement mit Schwellwert, beispielsweise an einen Diac 120, anlegt, welcher so lange nicht leitend ist, bis an ihm eine vorbestimmte Spannung liegt. Weiterhin ist ein wahlweise auelösbarer Schalter, vorzugsweise ein steuerbarer Siliziumschalter 122, vorgesehen, dessen Steuerelektrode 124 über den Diac 120 mit dem Ausgangswiderstand 118 verbunden ist. Beim Auftreten eines Ausgangssignales ausreichender Größe an den Sekundärwicklungen 34b und 36b entsteht an dem Ausgangswiderstand 118 eine Spannung, die' ausreicht, um den Diac 120 auszulösen, wodurch wiederum der gesteuerte Siliziumgleichrichter 122 leitend wird und ein Ausgangssignal abgibt. An dem Tor-Kathoden-Kreis des gesteuerten Siliziumgleichrichters 122 ist ein Parallelwiderstand 126*

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angeschlossen, um dessen Arbeitsweise zu stabilisieren, und der Ausgang des Brückengleichrichters 116 ist vorzugsweise durch einen Glättungskondensator 128 überbrückt. Der Glättungskondensator 128 filtert zusammen mit der Impedanz der Sekundärwicklungen 3^b und 36b auftretende Störsignale aus, um eine unerwünschte Auslösung des gesteuerten Siliziumgleichrichters 122 zu verhindern.

Wie dargestellt, ist der Anoden-Kathodenkreis des gesteuerten Siliziumgleichrichters 122 mit der als Schützmagnet dienenden wahlweise erregbaren Relaisspule 32 in Reihe geschaltet. Die Relaisspule 32.betätigt, wie zuvor beschrieben, die Relaiskontakte 68 und 70 des Schütz Ik. Beim Auftreten eines Ausgangssignales an den Sekundärwicklungen 3^b und 36b infolge eines Erdleckstromes wird der gesteuerte Siliziumgleichrichter 122 leitend, wodurch die Relaisspule 32 erregt wird und die Relaiskontakte 68 und 70 geöffnet werden und so die Energiezufuhr zu dem Lastkreis 10 unterbrochen wird, um so den gewünschten Schutz zu bewirken. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die oben erwähnten Ausführungsbeispiele zwar ein Sicherheitssystem in Verbindung mit Wechselstromsignalen erläutern, doch sind diese auch ohne weiteres für einen gleichen Schutz in Verbindung mit Gleichstromsignalen brauchbar. Dabei kann eine Ungleichheit zwischen einem Gleichstromeingangs- und Rücklaufsignal infolge des Vorhandenseins eines Leckstromes in gleicher Weise durch den Einfluß auf die Magnetisierung von sättigbaren Magnetkernen erfühlt werden, wie dies oben des näheren beschrieben wurde.

Damit ist ein neuartiges elektronisches Sicherheitssystem geschaffen worden, das die Anwesenheit von außerordentlich kleinen und möglicherweise schädlichen Lecks^ömen zur Erde

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feststellen kann, die üblicherweise durch die bekannten Schutzeinrichtungen nicht erfaßt v/erden. Die Feststellung dieser kleinen Ströme· geschieht durch ein außerordentlich empfindliches System, das bei Anwesenheit solcher Leckströme eine Unterbrechung der Energiezufuhr zur Last bewirkt.

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Claims (1)

1. Patentansprüche :

   Schutzeinrichtung zum Feststellen von Erdschluß-Leckströmen in einem über zwei Zuleitungen an eine einpolig geerdete Stromversorgung angeschlossenen Lastkreis mit einer induktiv mit den beiden Zuleitungen gekoppelten Magnetkernanordnung, die auf die Differenz der in den Zuleitungen fließenden Ströme anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkernanordnung (24) magnetisch sättigbar ist, daß die Zuleitungen (16, 18)" ein Stück Koaxialkabel (20) mit einem Innenleiter (21) und einem Außenleiter (22) aufweisen, mit denen die Magnetanordnung (24) gekoppelt ist, daß in der Magnetkernanordnung (24) durch einen an die Stromversorgung (12) angeschlossenen Erreger3creis (28) Magnetfelder vorbestimmter Größe erregbar sind, die bei Gleichheit der in den Leitern (21, 22) fließenden Ströme im wesentlichen gleich groß sind und von der Differenz dieser Ströme beeinflußbar sind, daß durch den Erregerkreis (28) bei einer solchen Beeinflussung der Magnetfelder ein elektrisches Signal erzeugbar ist und daß zur Anzeige eines Erdschluß-Leckstromes ein auf dieses elektrische Signal ansprechender Abfühlkreis (30) vorgesehen ist.

   Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkernanordnung (24) zwei sättigbare Transformatoren (34, 36) auf v/eist, die derart elektrisch miteinander verbunden sind, daß deren Magnetfelder entgegengesetzte Polarität und bei Gleichheit der in den Leitern (21, 22) fließenden Ströme im wesentlichen gleiche Größe sowie bei Ungleichheit dieser Ströme ungleiche Größe aufweisen.

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   3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatoren Ringkerne (34, 36) sind. ·

   4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatoren (34, 36) elektrisch mit entgegengesetzter Polarität in Reihe geschaltet sind.

   5. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Erregerkreis (28) die Transformatoren (34, 36) zunächst vormagnetisierbar und sodann in Zeitintervallen impulsmäßig sättigbar sind, die bei Gleichheit der in den Leitern (21, 22) fließenden Ströme im wesentlichen gleich groß und bei Ungleichheit dieser Ströme ungleich groß sind, und daß das am Ausgang der Transformatoren (34, 36) entstehende und von der Differenz dieser Zeitintervalle abhängige elektrische Signal abfühlbar ist.

   6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatoren (34, 36) in einer Richtung vormagnetisierbar und in der entgegengesetzten Richtung sättigbar sind.

   7. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkerne (34, 36) mit dem Erregerkreis (28) verbundene Primärwicklungen (34a, 36a) und mit

   Ic
   dem Abfühlreis (3Q) verbundene Sekundärwicklungen (34b, 36b) aufweisen, daß die Leiter (21, 22) im wesentlichen zentrisch durch die Ringkerne (34, 36) geführt sind und daß die Leiter (21, 22) und die Sekundärwicklungen (34b, 36b) jeweils bei einem Ringkern (36) den gleichen und bei dem anderen Ringkern (34) den entgegengesetzten Wickelsinn besitzen wie die jeweilige Primärwicklung (34a, 36a).

   8. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerkreis (28) einen durch eine Gleichspannungsquelle (12, 38) relativ langsam aufladbaren

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   und mit Hilfe eines wahlweise auslösbaren Schalters (48) über die Transformatoren (34, 36) relativ rasch entladbaren Ladekondensator (40) aufweist.

   9. Schutzeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle durch die Stromversorgung (12) und einen an diesem angeschlossenen Halbweggleichrichter (38) gebildet ist.

   10. Schutzeinrichtung nach Anspruch "8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle durch die Stromver sorgung. (12) und einen an diesem angeschlossenen Vollweggleichrichter (102) gebildet ist.

   * 11. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Vollweggleichrichter (102) ein die an diesem entstehende Spannung regelndes Bezugsglied (104, 108) 'mit Schwellwert verbunden ist.

   12. Schutzeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsglied eine Zenerdiode (104) enthält.

   13. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ladekondensator (40) und einer Steuerelektrode (50) des auslösbaren Schalters (40) eir Bezugsglied (52) mit Schwellwert angeschlossen ist, das bei einer vorbestimmten Spannung an dem Ladekondensator (40) zu zünden und dadurch den auslösbaren Schalter (48) auszulösen

   * vermag.

   14. Schutzeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsglied ein Diac (52) ist.

   15. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfühlkreis (30.) einen zweiten wahlweise auslösbaren Schalter (62) enthält, der mit dem Ausgang der Transformatoren (34, 36) vei^üiden und durch ein Signal vorbestimmter Größe auslösbar ist.

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   212^178

   16. Schutzeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der Transfiormatoren (34, 36) und dem zweiten Schalter (62) ein weiterer Vollweggleichrichter (116) angeordnet ist.

   17. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das auslösbare Schalter ein gesteuerter Siliziumgleichrichter (48, 62) ist.

   18. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche. 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfühlkreis (30) ein Steuersignalfilter (64, 66) aufweist.

   19. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gelennzeichnet, daß mit dem Abfühlkreis (30) ein bei dessen Ansprechen erregbares Schütz (14) verbunden ist,

   a
   das die Energiezufuhr zu dem Lstkreis (10) zu unterbrechen

   vermag.

   20. Schutzeinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Schütz als Überstromschalter (80) ausgebildet ist und daß seinen Kontakten ein wahlweise auslösbarer Schalter (82) parallelgeschaltet ist.

   21. Schutzeinrichtung nach Anspruch 20 und einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß als auslösbarer Schalter der zweite Schalter (62) des Abfühlkreises (30) dient.

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