DE2124178B2 - Schutzeinrichtung zum feststellen von erdschluss-leckstroemen - Google Patents

Description

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, zwei Ringkeme aufweisenden Magnetkernan-Ordnung und mit einem damit über mindestens eine Sekundärwicklung verbundenen Schwellwertkreis, dei bei einer vorgegebenen, von der Differenz der Ströme in den Zuleitungen abhängigen Differenzspannung eine Trennung der Last von der Stromversorgung herbeiführt.

Eine solche Schutzeinrichtung ist bekannt (USA.-Patentschrift 3 476 091).

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 immer größere Bedeutung gewonnen. In der Gesundheitspflege in Krankenhäusern und PfIe-

geanstalten werden zum Beispiel immer mehr und verfeinerte 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 vorgerückter, Alters oder Krankheit in stark geschwächtem Zustand oder sogar ohne Bewußtsein, wenn er mit dem elektrischen Gerät verbunden ist. Diese Umstände lassen die Sicherheit der einem Kontakt mit solchen Geräten ausgesetzten Personen von höchster Wichtigkeit erscheinen. Bei einer längeren Benutzung steigt die Wahrscheinlichkeit, daß in dem Gerät elektrische Fehler auftreten. Diese Fehler können so geringfügig sein, daß sie den Betrieb des Gerätes nur unwesentlich beeinflussen und wegen des verwickelten Aufbaues solcher Geräte und des Mangels an geeignetem Wartungspersonal häufig unerkannt bleiben. In elektronischen Geräten können daher verschiedene Fehler vorhanden sein, die einen Erdschluß-Leckstrom verursachen. Aber auch wenn keine elektrischen Fehler aufgetreten sind, kann infolge mangelhafter Isolation, ungeeigneter Verwendung oder Umweltbeeinflussung dennoch ein gewisser Erdschluß-Leckstrom fließen.

Die Sicherheitseinrichtungen bei elektrischen Haushaltsinstallationen bestehen für gewöhnlich aus Uberstromschaltern oder Sicherungen mit einem Nennwert von 15 oder 20 A. Wenn bei einem nier angeschlossenen elektrischen Gerät ein größerer Fehler auftritt, beispielsweise ein Kurzschluß, welcher zu einem Strom führt, der größer ist als dieser Nennwert, spricht der Überstromschalter an oder brennt die Sicherung durch, so daß die Energiezufuhr zu dem Gerät unterbrochen wird. Eine solche Einrichtung ist jedoch ungeeignet, um auch für den Fall einen Schutz zu bieten, daß tin kleinerer elektrischer Fehler auftritt, der zu einem Erdschluß-Leckstrom in der Größenordnung von einigen 10OmA 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 100 mA aufweist und der Benutzer Kontakt mit dem Gerät hat und auf einem feuchten Boden steht, kann dieser infolge des Erdschluß-LeckstroTies einen tödlichen elektrischen Schock bekommen. Derartig kleine Ströme bringen natürlich, obwohl sie für Menschen gefährlich sind, einen üblichen Überstromschalter mit einem Nennwert von 15 oder 2OA nicht zum Ansprechen.

In ähnlicher Weise kann in der Gesundheitspflege ein geschwächter Herzpatient zum Beispiel mit einem elektronischen Überwachungsgerät, etwa einem Elektrokardiagraphen verbunden sein. Ein solches Gerät ist normalerweise vollständig sicher; unter Umständen können jedoch infolge von elektrischen Fehlern, z.B. infolge schlechter Erdung, kleine Erdschluß-Leckströme in der Größenordnung von 1 bis 5 mA auftreten, die außerordentlich schwierig festzustellen sind. Das Gerät kann längere Zeit benutzt werden, ohne daß irgendwelche Schwierigkeiten auftreten. Wenn der Patient jedoch mit einem Teil seines Körpers z. B. einen metallischen Bettrahmen berührt, während er in Kontakt mit dem fehlerhaften Gerät steht, kann der Leckstrom durch seinen Körper fließen. Ein solcher Leckstrom 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 kleinei elektrischer Ströme derjenigen verschiedener Herzkrankheiten sehr ähnlich ist, würde angenommen werden, daß die behandelte Herzkrankheit zu dem Herzstillstand geführt hat. Dieser Fall kann wiederholt auftreten, ohne daß seine wahre Ursache aufgedeckt wird. Ein wirksamer Schutz gegen die Wirkung fehlerhafter Geräte ist somit außerordentlich wichtig.

Eine typische Schutzeinrichtung dieser Art zeigt beispielsweise die obenerwähnte USA.-Patentschrift 3 473 091, bei welcher eine Magnetkernanordnung zwei Ringkerne umfaßt, wobei auf dem einen Ringkern eine Sekundärwicklung vorgesehen ist, über die ein Magnetschalter ansteur oar ist, der bei ausreichend starker Erregung der Sekundärwicklung eine Trennung des Lastkreises von der Stromversorgung herbeiführt. Dieser Magnetschalter karn so dimensioniert werden, daß er bei vorgegebenen Spannungen in der Sekundärwicklung, d. h. bei einer vorgegebenen Differenz der Ströme, in den beiden Zuleitungen der bekannten Anordnung anspricht, so daß sich insgesamt eine Art Schwellwertkreis ergibt. Die Ringkerne sind bei der bekannten Schutzeinrichtung so dimensioniert, daß sie bei ordnungsgemäßen Arbeiten derselben nicht in den gesättigten Zustand gelangen. Bei der bekannten Schutzeinrichtung sind nämlich keine Einrichtungen vorgesehen, um einen im gesättigten Zustand befindlichen Kern zurückzustellen, so daß dieser auf Grund seiner Remanenz im gesättigten Zustand verbleiben würde und dann keine Flußänderungen mehr eintreten könnten, die über entsprechende, in die Sekundärwicklung induzierte Spannungen einen Magnetschalter auslösen könnten. Andererseits ist die bekannte Schutzeinrichtung auf Grund der Tatsache, daß die Ringkerne nicht in die Sättigung getrieben werden dürfen, sehr empfindlich gegenüber Störungen, so daß beispielsweise bereits das übliche Rausehen eine unerwünschte Abschaltung hervorrufen kann. Schließlich müssen bei der bekannten Schutzeinrichtung, bei welcher einer der Kerne als Differenztransformator arbeitet, entsprechend große und teure Kerne verwendet werden, um zu verhindern,

So daß diese Kerne in die Sättigung gelangen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schutzeinrichtung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Erdschluß-Leckströmen erreicht wird, daß gleichzeitig durch Verbesserung des Signal-Rausch-Abstandes die Empfindlichkeit gegenüber Störungen wie Einschv mgvorgängen oder Rauschen, vermindert wird und daß kleine Abmessungen möglich werden, und zwar insbesondere durch Verwendung relativ kleiner Magnetkerne, wodurch gleichzeitig eine Verbilligung der Schutzeinrichtung erzielt werden soll. Die gestellte Aufgabe wird durch eine Schutzeinrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, welehe gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zuleitungen ein Stück Koaxialkabel mit einem Innenleiter und einem Außenleiter aufweisen, daß die beiden Ringkerne induktiv mit dem Stück Koaxialka-

bei gekoppelt sind, daß ein Erregerkreis vorgesehen ist, durch den die ständig unter dem Einfluß des von dem Stück Koaxialkabel erzeugten Magnetfeldes stehenden Ringkerne alternierend mit einem ersten Signal vorgebbarer Größe vormagnetisierbar und mit einem zweiten impulsförmigen Signal in die Sättigung steuerbar sind, und daß beide Ringkerne mit Sekundärwicklungen versehen sind, die mit dem Schwellwertkreis verbunden sind.

Bei der erf indungsgeitnäßen Schutzeinrichtung wird also im Gegensatz zu der bekannten Schutzeinrichtung die durch unterschiedliche Ströme im Innen- und Außenleiter des Koaxialkabels hervorgerufene Feldstärke gewissermaßen als Information in den Ringkernen gespeichert und periodisch ausgelesen, während bei der bekannten Schutzeinrichtung das Ausgangssignal an der Sekundärwicklung des als Differenztransformator dienenden Ringkerns kontinuierlich und direkt ausgewertet wird. Hierdurch wird beim Anmeldungsgegenstand ein wesentlich besseres Verhältnis von Signal zu Rauschen gewährleistet. Ein Störimpuls auf den Zuleitungen würde beispielsweise bei der vorbekannten Schutzeinrichtung eine fehlerhafte Abschaltung bewirken. Demgegenüber kann mit der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung ein Leckstrom in der Größenordnung von 200 μΑ erfaßt werden, was eine gegenüber der bekannten Schutzeinrichtung entscheidend erhöhte Empfindlichkeit bedeutet, ohne daß es zu unerwünschten Abschaltungen kommt.

Schließlich ist es auch ein Vorteil der erftndungsgemäßen Schutzeinrichtung, daß es nicht erforderlich ist, die Zuleitungen als Wicklungen auf den Kern aufzubringen, sondern daß es genügt, die Zuleitungen einfach durch die Kerne hindurchzVühren, und zwar in Form eines Stückes eines Koaxialkabels, so daß die Vorteile dieser speziellen Art von Verbindungsleitung voll ausgenutzt werden können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung und weitere Vorteile derselben werden nachstehend an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagranun einer Schutzeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild der Schutzeinrichtung nach Fig. 1

F i g. 3 ein Schaubild der an den Lastkreis angelegten Wechselspannung;,

F i g. 4 ein Schaubild des in der Schutzeinrichtung nach der Erfindung verwendeten Erregerstromes in Abhängigkeit von der Zeit,

Fig. Sein Schaubfld der Kraftflußdichte in Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke in d«r Magnetkernanordnung der Schutzeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 6 ein elektrisches Schaltbild einer zweiten Ausfuhrungsform der in Fig. 2 dargestellten Schutzeinrichtung,

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

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

In Fig. 1 ist ein Lsstkreis 10 dargestellt, der über Zuleitungen 16 und 18 mit HiKe eines Schützes 14 an eine WecteeispanoungsqaeHe 12 anschüeBbar ist.

Mindestens ein Teil der Zuleitungen 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

S Zuleitungen 16 und 18 elektrisch verbunden und mit einer Magnetkernanordnung 24 mit sättigbaren Magnetkernen induktiv gekoppelt sind, die das Zustandekommen von magnetischen Feldern erfühlt, die bei ungleichen Strömen durch Innen- und Außenleiter 21

ίο und 22 des benachbarten Stückes des Koaxialkabels 20 erzeugt werden. Derartige ungleiche Ströme ergeben sich, wenn ein Leckstrom vom Lastkreis 10 zur Erde fließt. Ferner ist noch ein Abgleich widerstand 26 mit der Magnetanordnung 24 gekoppelt, um so

•S eine Anfangseichung zu bewirken. Ein Erregerkreis 28 ist vorgesehen, um wahlweise die Magnetkernanordnung 24 während vorbestimmter Zeitintervalle zu erregen, wodurch ein Spannungsausgangssignal am Ausgang der Magnetkernanordnung entsprechend

ίο dem Durchgang von ungleichen Strömen durch Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 des Koaxialkabels 20 erzeugt wird. Ferner ist ein Schwellwertkreis 30 an den Ausgang der Magnetkernanordnung 24 angeschlossen, um die Anwesenheit des Ausgangssignals festzu-

*S stellen und so ein elektrisches Signal zu erzeugen, das

mit einem Schützmagnet 32 gekoppelt ist, der mit dem

Sch »ίζ 14 verbunden ist, um so die Energiezufuhr zum Lastkreis in der gewünschten Weise zu unterbrechen. In Fig. 2 ist eine elektrische Schaltungsanordnung

einer bevorzugten AusfUhningsform der Erfindung dargestellt, die dem in Fig. 1 dargestellten System entspricht. Der Lastkreis 10 ist eine Widerstandslast, kann aber auch eine kapazitive oder induktive Last sein. Dieser Lastkreis 10 ist mit der Wechselspan nungsquelle 12 über die Zuleitungen 16 und 18 sowie das Koaxialkabel 20 mit HiUe des Schützes 14 verbunden. Die Zuleitung 16 und der Innenleiter 21 sind zwischen der einen Seite der Wechselspannungsquelle 12 und der einen Seite des Lastkreises 10 angeschlos sen, während die Zuleitungen 18 und der Außenleiter 22 mit der anderen Seite der Wechselspannungsquelle und mit der anderen Seite des Lastkreises und mit Erde verbunden sind, um so das Vorhandensein einer möglichen Strombahn für Leckströme zur Erde anzu deuten. Eine solche Schaltungsanordnung kann im allgemeinen als Beispiel für ein übliches Hausverteilersystem betrachte« werden, bei dem die Wechselspannungsquelle mit einem Lastkreis über ein Schütz mit HUfe eines Paares von Leitungen verbunden ist.

So In einem solchen System kann bei einem elektrischen Fehler im Lastkreis ein Lecksttom auftreten, wenn kein Sic gemäß der vorlegenden Erfindung vorhanden ist.

Wie im einzelnen in Fig. 2 gezeigt, umfassen die

SS Zuleitungen 16 und 18 ein Stuck Koaxialkabel 20, das durch die Magnetkernanordmmg 24 geht und mit dieser induktiv gekoppelt ist, die in dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel einen ersten und einen zweiten sättigbaren Ringkern 34 bzw. 36 aufweist. Die Zuleitungen 16 und 18 sind mit den Ringkernen 34, 36 nicht elektrisch gekoppelt. Dadurch können die sättigbaren Ringkerne wahlweise, wie weiter unten noch näher erklärt, unabhängig vom Lastkreis 10 erregt werden, um so die Anwesenheit vun ungleichen Strömen zu erfühlen, die durch Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 des Koaxialkabels 20 zum Lastkreis 10 fließen, wobei solche ungleichen Ströme das Ergebnis von möglicherweise schädlichen Erdschluß-

Leckströmen vom Lastkreis sind. Bei Anwesenheit magnetischer Sättigung gebracht, und die entstehenvon ungleichen Strömen ist der magnetische Abgleich den gleich großen, entgegengesetzt gerichteten Mader sättigbcxen Ringkerne gestört, und es wird ein gnetfelder erzeugen an den Sekundärwicklungen 34b Ausgangssignal erzeugt, das die Betätigung des Schüt- und 36b kein resultierendes Ausgangssignal. Bei Anzes 14 bewirkt, um die Energiezufuhr zum Lastkreis s Wesenheit eines magnetischen Feldes infolge eines zu unterbrechen. Unterschieds der Ströme in Innen- und Außenleiter Die Ringkerne 34 und 36 sind mit Primärwicklun- 21 bzw. 22 werden die Ringkerne nacheinander in gen 34a und 36a und ferner mit Sekundärwicklungen ihren magnetischen Sättigungszustand umgeschaltet, 34b und 36b versehen, und das Koaxialkabel 20 ist und es wird durch den Einfluß des schwachen magneim allgemeinen zentral durch dl« Ringkerne hin- '° tischen Feldes auf die magnetische Umschaltung der durchgeführt und mit diesen induktiv gekoppelt. In- Ringkerne ein resultierendes Ausgangssignal an den nen- und Außenleiter 21 bzw. 22 dienen insofern als Sekundärwicklungen 34b und 36b erzeugt, zusätzliche Primärwicklungen für die Ringkerne 34, Im folgenden wird die Wirkungsweise des Erreger-36, als sie die Magnetisierung der Ringkerne beein- kreises 28 und sein Einfluß auf die Ringkernc 34, 36 flüssen, wenn durch sie ungleiche elektrische Ströme >5 im einzelnen an Hand der Fig. 3 bis 5 näher erklärt, fließen. Gegebenenfalls können die Sekundarwick- die die vom Erregerkreis 28 aufgedrückten elektrilungen eine andere Windungszahl als die Primärwick- sehen Signale und die sich ergebenden Ausgangssilungen haben, um so die Spannungsempfindlichkeit gnale bzw. eine typische Magnetisierungskurve für die des Systems zu verändern. In dem dargestellten Aus- Ringkerne sowie die Wechselspannung am Lastkreis fUhrungsbeispiel sind die Primärwicklungen 34a und « zeigen.

36a der Rmgkerne 34,36 elektrisch parallel geschal- Der Erregerkreis 28 ist, wie dargestellt, vorzugstet, haben jedoch entgegengesetzten Wicklungssinn, weise über das Schütz 14 mit der Wechselspannungsso daß gleiche Ströme durch die Primärwicklungen quelle 12 verbunden. Der Erregerkreis weist einen in den Ringkernen im wesentlichen gleich große ma- Halbweggleichrichter 38 in Form einer Diode auf, die gnetische Felder entgegengesetzter Polarität erzeu- »5 eine gleichgerichtete Halbwellenspannung einem Angen. Wenn daher keine äußeren Wirkungen vorhan- Schluß eines Ladekondensators 40 über einen Widerdcn sind, so wird durch die Erregung der Primärwick- stand 42 zuführt, der in erster Linie für die Herstellung lungen kein Ausgangssignal an den betreffenden der gewünschten Magnetisierungshöhe in den Ringjiekundärwicklungen 34b, 36b erzeugt, da die in den kernen 34,36 verantwortlich ist. Obgleich eine gleicheinzelnen Ringkernen erzeugten Magnetfelder eine 30 gerichtete Halbwellenspannung in dem dargestellten entgegengesetzte Poiariiäi haben und ungcfäiii uic Äusführüngsbcispicl verwendet wird, könnte doch an gleiche Größe aufweisen. Um nun eine Anfangskali- Stelle der Diode ein Vollweggleichrichter verwendet brierung vorzusehen, ist ein Ablgeichwiderstand 26 werden, um nun voll gleichgerichtete Energie dem zwischen die Primärwicklungen 34a und 36a der Ladekondensator 40 zuzuführen. Der Ladekonden-Ringkerne geschaltet. Bei Abwesenheit eines elektri- ;i5 sator 40 ist weiterhin mit einem Spannungsteiler 43 sehen Fehlers, der in Innen- und Außenleiter 21 bzw. verbunden, der zwei Widerstände 44 und 46 umfaßt. 22 des Koaxialkabels 20 ungleiche Ströme hervorru- Der Abgriff des Spannungsteilers 43 ist über ein Befen würde, die die Magnetisierung der Ringkerne be- zugsglied mit Schwellwert, nämlich einen Diac 52, an einflussen würde, können daher die Ringkeme 34 und eine Steuerelektrode 50 eines ersten wahlweise steu-36 durch den Erregerkreis erregt und in eine vorbe- 40 erbaren Schalters, nämlich eines steuerbaren Silizistimmte magnetische Richtung magnetisiert und umgleichrichters 48, angeschlossen, wahlweise in entgegengesetzter Richtung magnetisiert Der andere Anschluß des Ladekondensators 40 ist werden, ohne daß ein Ausgangssignal an den Sekun- mit der Magnetanordnung 24 gekoppelt. Durch diesen därwicklungen 34b und 36b erzeugt würde, da die Anschluß ist der Ladekondensator 40 mit den paralzeitlich sich ändernden Magnetfelder im wesentlichen 45 lelgeschalteten Primärwicklungen 34a und 36a der die gleiche Größe und eine entgegengesetzte Polarität Ringkerne 34 bzw. 36 verbunden, um diesem Erreaufweisen. gersingale zuzuführen. Die Entladung des Ladekon-Ungleiche Ströme durch Innen- und Außenleiter densators, bei der den Primärwicklungen 34a, 36a ein 21 bzw. 22 ab Ergebnis von Erdschluß-Leckströmen eine hohe Energie aufweisender elektrischer Impuls erzeugen ein verhältnismäßig schwaches Magnetfeld, $0 zur Magnetisierung der Ringkerne zugeführt wird, das durch seine Wirkung auf die relativ hoch magneti- wird durch dea steuerbaren Schalter eingeleitet, wenn sierten Rmgkerne festgestellt werden kann, wenn die vorbestimmte Spannung am Ladekondensator erdiese rasch von einem magnetischen Zustand in den reicht ist. Der steuerbare Schalter ist vorzugsweise ein anderen umkippen. Hierdurch wird eine beträchtliche steuerbarer Siliziumgleichrichter 48, dessen Steuer-Verstärkung der Wirkung der vorerwähnten schwa- 55 elektrode 50 mit dem Diac 52 gekoppelt ist, der ein chen Magnetfelder erreicht, so daß eine verhältnismä- Auslösen des steuerbaren Sümumgteichrichters 48 so Big hohe Empfindlichkeit gegenüber sehr kleinen lange verhindert, bis die vorbestimmte Spannungs-Erdschluß-Leckströmen erzielt wird. Ein rasches und höhe an dem Ladekondensator 40 erreicht ist. Der kräftiges Umschalten des magnetischen Zustandes der Diac 52 ist ein bastsloser Transistor, der zwischen der Rmgkerne wird durch den Erregerkreis 28 bewirkt, So Steuerelektrode 50 and dem Abgriff des Spannungsder dazu dient, die Ringkeme zunächst in einer vorbe- tellers 43 angeschlossen ist. Der Diac 52 bleibt so stimmten Richtung vorzumagnetisieren and dann die lange nichtleitend, bis seine Schwellspannung überRichtung der magnetischen Erregung der Ringkerne schritten wird, was in dem dargestellten Ausfuhrungsdurch ein scharfes Impralssignal rasch umzuschalten. bespiel bei entsprechender Höhe der Spannung am Wenn bei gleichen Strömen in Innen-und Außenleiter 65 Ladekondensator 40 bewirkt wird, worauf dann der 21 bzw. 22 des Koaxialkabels 20 in den Ringkernen Diac leitend wird und ein Signal konstanter Spannung kein Magnetfeld vorhanden ist, so werden diese durch an die Steuerelektrode 50 gibt, wodurch dann der das scharfe Impulssignal gleichzeitig in den Zustand steuerbare Sfliziumgleichrichter 48 leitend wird.

Während der Betätigung des Erregerkreises 28 wird die Wechselspannung anfänglLl. Jctn Halbweggleichrichter 38 über den geschlossenen Schütz 14 zugeführt, wobei die Wechselspannung in F i g. 3 als eine Sinusspannung von 110/1 IS V bei 60Hz dargestellt ist. Gegebenenfalls kann natürlich auch eine geeignete Gleichstromquelle verwendet werden.

Infolge der besonderen Ausbildung des Erregerkreises gemäß Fig. 2 folgt der von dem Ladekondensator 40 kommende Ausgangsstrom anfänglich ungefähr einer Kurve (Fig. 4), die das Stromsignal am Ausgang des Ladekondensators als Funktion der Zeit zeigt. Dieses Signal wird den parallelgeschalteten Primärwicklungen 34a und 36a zugeführt, wenn im Ladekondensator zunächst eine Ladung gespeichert wird. Während dieses Zeitabschnittes wird das Aufbringen einer entsprechenden Ladung auf den Ladekondensator 40 durch den nichtleitenden Zustand des steuerbaren Siliziumgleichrichters 48 ermöglicht, der anfänglich durch den Diac 52 im nichtleitenden Zustand gehalten wird. Damit wird den Primärwicklungen 34a und 36a zunächst ein Vormagnetisierungssingal entsprechend F i g. 4 zugeführt. Die Zufuhr dieses Signals zu den Primärwicklungen 34a und 36a ergibt einen ausreichenden Stromfluß in den Primärwicklungen, um die zugehörigen Ringkerne in einer ersten vorbestimmten Richtung vorzumagnetisieren, während die erforderliche Spannung an dem Ladekondensator 40 aufgebaut wird. Fig. 5 zeigt die Magnetisierungskurve eines typischen sättigbar cn Fcrrii-RingkenitS, beispielsweise der Ringkerne 34, 36. Beide Ringkerne sind anfangs in einem remanenten Zustand, der durch die Punkte α,, fe, auf der Magnetisierungskurve dargestellt wird.

Wenn jedoch das in F i g. 4 dargestellte Signal den parallelgeschalteten Ringkernen zugeführt wird, so folgt die Magnetsierung 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 b, an verschiedenen Stellen auf der Magnetisierungskurve angebracht, um den Unterschied in der Magnetisierung der betreffenden Ringkerne 34 und 36 infolge des Durchgangs von ungleichen Strömen durch Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 infolge der Anwesenheit eines Leckstromes darzustellen. In Fällen, in denen kein Leckstrom anwesend ist und in Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 gleiche Ströme fließen, befinden sich die Punkte C₁ und b₂ an identischen Steilen auf der Magnetisierungskurve. Zur Erläuterung wurde jedoch angenommen, daß ein Leckstrom anwesend ist, der die Vormagnetisierung der Ringkerne so beeinflußt, daß die Punkte a₂ und b₂ nicht identisch sind, sondern in verschiedenen Bereichen der Magnetisierungskurve liegen. Wenn die Spannung an dem Ladekondensator 40 sich der erforderlichen, vorgewählten Höhe nähert, so erreicht die dem Diac 52 zugeführte Spannung dessen Schwellspannung, wodurch 'lieser Diac leitend wird und nun der Steuerelektrode 50 des steuerbaren Sflndumgleichrichters 48 ein Signal aufgedrückt wird, das ausreicht, un. diesen in den leitenden Zustand zu versetzen. Damit vri.d nun eine Entladestrombahn Γττ den Ladekondensator 40 über die Anoden-Kathoden-Strecke des steuerbaren Siliziumgleichrichters hergestellt, so daß nun ein plötzlicher, eine hohe Amplitude aufweisender Stromimpuls von einer gegenüber dem anfänglichen Vonnagnetisierungssignal entgegengesetzten Polarität erzeugt wird, wie dies in der in F i g. 4 dargestellten Kurve angedeutet ist. Dieser Impuls wird den parallelgeschalteten Primärwicklungen 34a und 36a aufgedrückt. Hierdurch werden die Ringkerne 34 und

36 rasch in einen der anfänglichen Vormagnetisierung entgegengesetzten magnetischen Sättigungszustand gebracht, wobei die Magnetisierung der beiden Ringkerne zum gleichen Zeitpunkt durch die Punkte a₃, b₃ auf der Magnetisierungskurve (Fig. 5) dargestellt

ίο ist. Da in diesem Ausführungsbeispiel die beiden Ringkerne von einem unterschiedlichen Punkt auf der Magnetisierungskurve aus in die Sättigung gebracht werden, ist eine unterschiedliche Zeitspanne für das Erreichen der Sättigung bei den einzelnen Kernen er forderlich. In diesem Zusammenhang sei darauf hin gewiesen, daß die Überführung der Ringktrne in den Sättigungszustand bei gleichen Ausgangspunkten innerhalb der gleichen Zeitintervalle geschieht. In dem Ausführungsbeispiel ist jedoch angenom-

men, daß ungleiche Ströme in Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 fließen, so daß die Ringkerne anfänglich unterschiedlich vormagnetisiert sind, was durch das schwache Magnetfeld bewirkt wird, das vor der Sättigung durch den Impuls 58 durch den nicht ausgegli-

chenen Stromfluß erzeugt wird. In diesem Fall ist eine unterschiedliche vorbestimmte Zeitdauer erforderlich, um die einzelnen Ringkerne in den Sättigungszustand zu bringen, was zu einem resultierenden Ausgangssignal an den Sekundärwicklungen 346 und 36b

der Ringkerne führt. Wenn sich der Ausgangsstrom des Ladekondensators Null nähert (siehe Fig. 4), so kehrt die Magnetisierung der beiden Ringkerne wieder in den anfänglichen remanenten Magnetisierungszustand α,, fo, der Fig. 5 zurück. Der Erregerkreis

28 bewirkt also ein rasches Umschalten der magnetischen Zustände der Ringkerne 34 und 36 und schafft somit eine äußerst empfindliche Einrichtung zum Feststellen einer Ungleichheit der durch Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 fließenden Ströme. 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 in die Sättigung getrieben werden, so können doch gegebenenfalls die Ringkerne

auch in de? gleichen Richtung wie die anfängliche Vormagnetisierung in die Sättigung gebracht werden, wobei ein ähnlicher Einfluß der Leckströme vorhanden sein kann.

Um nun die Anwesenheit eines Ausgangssignais an

den Sekundärwicklungen 34b, 36b der Ringkerne 34, 36 festzustellen, ist mit diesen der Schwellwertkreis 30 verbunden. 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 lang zu sein, daß es durch die Ringkerne 34 und 36

reicht. In Abhängigkeit von der beabsichtigten Aufstellung des Systems and von dem gewünschten Grad der Abschirmung kamt es s>ich aber auch von dem Schütz 14 bis zn dem Lastkreis 10 erstrecken. Der SchweOwertkreis 30 hat einen zweiten wahlweise steuerbaren Schalter, der am Ausgang der Sekundärwicklungen 34& and 36fr angeschlossen ist nad auf die Anwesenheit einer Spanoangan diesen Windungen anspricht. Der steuerbarr Schalter ist so gescbal-

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tet, daß er bei Fehlen eines Ausgangssignals an den nen in Ringform mit Erfolg verwendet worden sind.

Sekundärwicklungen 34b und 36b nichtleitend ist. In manchen Fällen ist es erwünscht, auf den Ringkern Bei gleichen Strömen durch Inpen- und Außenleiter Wicklungen mit einer Vielzahl von Windungen, und

21 bzw. 22 bleibt daher der steuerbare Schalter nicht- zwar mit einem Verhältnis von 1:1 von Primär- und

leitend, während er bei einem vorbestimmten Aus- 5 Sekundärwicklung vorzusehen, wobei auf beiden

gangssignal an den Sekundärwicklungen leitend wird. Ringkernen 34 und 36 die gleiche Zahl von Windun-

Der steuerbare Schalter ist vorzugsweise ein steuerba- gen vorhanden ist.

rer Siliziumgleichrichter 62, dessen Gate-Kathoden- In dem in Fig. 2 dargestellten System sind die Strecke zwischen dem freien Ende der Sekundärwick- Wicklungen der einzelnen Ringkerne parallel gelungen 34b, 36b liegt, wobei der Gate-Elektrode des ¹Q schaltet. In manchen Fällen kann es jedoch von Vorsteuerbaren Siliziumgleichrichters 62 ein Widerstand teil sein, ein ähnliches System zu schaffen, bei dem 64 vorgeschaltet ist, der zusammen mit einem Kon- diebetreffenden Wicklungen in Reihe geschaltet sind, dcnsator 66 ein Steuersignalfilter bildet. Gegebenen- Eine weitere Ausführungsform einer Schutzeinrichfalls können der Gate-Kathoden-Strecke des Steuer- tung gemäß der Erfindung mit einer solchen Schalbaren Siliziumgleichrichters 62zur Vermeidung eines «s tungsanordnung ist in Fig. 6 gezeigt. Dieses System unerwünschten Ansprechens verschiedene Filter- ist im besonderen dort vorteilhaft, wo ein Kernmatekreise zur Unterdrückung von Einschwingvorgängen rial mit einer relativ rechteckigen Hysteresiskurve parallel geschaltet werden, z. B. ein einfaches RC-FU- verfügbar ist.

ter oder auch ein Zählkreis, der den Siliziumgleich- In Fig. 6 sind die entsprechenden Teile mit den

richter gesperrt hält, bis eine vorbestimmte Anzahl » gleichen Bezugszeichen wie in der F i g. 2 bezeichnet,

von aufeinanderfolgenden Impulsen aufgetreten ist. Auch hier ist der Lastkreis 10 über ein Schütz 14 an

Im Betrieb des Schwellwertkreises 30 ergibt sich die Wechselspannungsquelle 12 angeschlossen. Ferbei einem Leckstrom, der eine Ungleichheit im ner sind die Zuleitungen 16 und 18 zwischen der Stromfluß durch Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 Wechselspannungsquelle und dem Lastkreis angeorderzeugt, eine vorbestimmte Spannungshöhe am Aus- »5 net, wobei das Stück Koaxialkabel 20 mit seinem Ingang der Sekundärwicklungen, und es wird ein ausrei- nenleiter 21 und seinem Außenleiter 22 im wesentlichendes Signal am Widerstand 64 erzeugt, um den chen zentral durch die sättigbaren Ringkerne 72 und steuerbaren Siliziunigleichrichter in den leitenden 74 hindurchgeführt und mit diesen induktiv gekoppelt Zustand zu versetzen. Hierdurch wird ein Signal er- ist. Das Koaxialkabel 20 kann wiederum vom Schütz zeugt, das verwendet wird, um die Anwesenheit eines 3o bis zum Lastkreis reichen, oder es kann auch ein rela-Leckstromes anzuzeigen und/oder ein Schütz, bei- tiv kurzes Stück sein, das gerade durch die Ringkerne spielsweise das Schütz 14, zu betätigen. hindurchgeht, wobei dann die Verbindung zu dem

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Schütz bzw. dem Lastkreis durch Einzelleitungen er- SchUtzmagnet, der die Betätigung des Schützes 14 folgt.

steuert, vorzugsweise eine wahlweise erregbare Re- 35 Die Ringkerne 72 und 74 tragen Primärwicnlungen laisspule 32, die zwischen der Wechselspannungs- 72a und 74o und ferner Sekundärwicklungen 72b und quelle 12 und der Anoden-Kathoden-Strecke des 74b. Die Primärwicklungen 72a und 74a und die Sesteuerbaren Siliziumgleichrichters 62 derart ange- kundärwicklungen 72b und 74b sind jeweils in Reihe schlossen ist, daß ein Leitendwerden des Silizium- geschaltet. Ferner ist zwischen der Wechselspangleichrichters 62 die Relaisspule 32 erregt. Das Schütz 4» nungsquelle 12 und den Ringkernen 72 und 74 ein 14 hat ferner zwei Relaiskontakte 68 und 70, die mit Erregerkreis 76 angeschlossen, um diesem ähnlich wie dem Schützmagneten verbunden sind und die bei Er- dem Erregerkreis 28 Energie . "zuführen, jedoch ist regung der Relaisspule 32 bzw. Leitendwerden des der Erregerkreis 76 gegenüber dem Erregerkreis 28 Siliziumgleichrichters 62 geöffnet werden. Als Ergeb- im Hinblick auf die Reihenschaltung etwas abgewannis der Erzeugung eines Ausgangssignals an den Se- 45 delt. Die Wirkungsweise des Erregerkreises 76 ist jekundärwicklungen 34b und 36b wird damit der Silizi- doch ähnlich der Wirkungsweise des Erregerkreises umgleichrichter 62 leitend, wodurch die Relaisspule 28, und er kann ein Ausgangsimpulssignal erzeugen, 32 erregt und die Kontakte 68 und 70 geöffnet wer- wie es beispielsweise in Fi g. 4 dargestellt . Der Erden. Hierdurch wird die Zufuhr von Energie zur Last regerkreis 76 weist ferner eine als Halbwellengleichunterbrochen, und damit ist die erforderliche Siehe- 5° richter wirkende Diode 28 auf, die mit dem Ladekonrung und der gewünschte Schutz vorhanden. densator 40 über den Widerstand 42 verbunden ist.

Durch eine geeignete Auswahl der Bauelemente Der Erregerkreis 76 weist ferner eine» steuerbaren des Systems ist es möglich, eine gewünschte Empfind- Siliziumgleichrichtei 48 auf, dessen Steuerelektrode lichkett zu erzielen. Beispielsweise ist es im allgemei- 50 mit dem Diac 52 verbunden ist. Der Diac 52 ist nen von Vorteil, ein Abfallen des Schützes bei einem 55 einerseits über den Widerstand 42 mit dem Ladekon-Leckstrom von etwa S roA oder höher vorzusehen, da densator 40 und andererseits mit einem Gate-Widerein solcher Leckstrom in vielen Fällen schädlich sein stand 78 verbunden, der parallel zur Gate-Kathokann. Gegebenenfalls kann der Abschaltpunkt wahl- den-Strecke des steuerbaren Siliziumgleichrichters 48 weise dadurch eingestellt werden, daß die Einstellung liegt. Weiterbin ist zwischen der Anode des Silizhimdes Abgleichwiderstandes verändert wird, wobei die 6o gleichrichters 48 und dem Verbindungspunkt zwi-Empfindlichkeit des Systems teilweise von den Eigen- sehen dem Ladekondensator 40 und dem Widerstand schäften der vorhandenen Ringkerne abhängt. In die- 42 ein Dämpfungswiderstand 79 eingefügt. Wenn an sem Zusammenbang ist es im allgemeinen erwünscht, dem Ladekondensator 40 die vorbestimmte Spannung Ringkerne zu verwenden, die eine annähernd recht- liegt, liefert der Diac 52 ein Auslösesignal an die winklige Hysteresiskurve haben, um so eine relativ 65 Gate-Elektrode 50 und macht dadurch den SflMumhohe Empfindlichkeit zu erzielen. In diesem Zusam- gleichrichter leitend, so daß der Ladekondensator 40 menhang sei darauf hingewiesen, daß verschiedene über dessen Anoden-Kathoden-Strecke entladen Arten von Ferrit-Kernen oder metallischen Bandker- wird. Der Abgleichwiderstand 26, der wiederum aus

einem veränderlichen Widerstand besteht, liegt zwischen den in Reihe liegenden Primärwicklungen 72a und 74a und dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 42 und der Ladekapazität 40. Er dient, wie erwähnt, da-ai, den Schwellwert der Schutzeinrichtung zu verändern.

Der Schwellwertkreis 30 ist vorgesehen, um die Anwesenheit von Ausgangssignalen an den Sekundärwicklungen 72b, 74b infolge des Durchgangs von ungleichen Strömen durch Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 des Koaxialkabels 20 festzustellen. Der Schwellwertkreis 30 enthält den zweiten steuerbaren Schalter, der vorzugsweise ein steuerbarer Süiziumgleichrichter 62 ist, wie dies im Zusammenhang mit der Fi g. 2 erklärt wurde. Gegebenenfalls können der Widerstand 64 und der Kondensator 66 in Reihe geschaltet und mit der Steuerelektrode des Siliziumgleichrichters 62 gekoppelt werden und als ein Füterkreis dienen, um Störauslösungen zu verhindern.

Durch das Leitendwerden des SUiziumgleichrichters 62 wird in ähnlicher Weise das Schütz 14 betätigt, wie dies im Zusammenhaag mit Fig. 2 näher erklärt wurde. Es sei darauf hingewiesen, daß die Anode des Siliziumgleichrichters 62 mit der Relaiswicklung 32 verbunden ist, wobei die Relaiswicklung Teil eines Schützmagneten ist, der mit den Relaiskontakten 68 u ad 70 verbunden ist, die bei einer Erregung der Relaiswicklung 32 geöffnet werden, um so die Zufuhr von Energie zum Lastkreis 10 zu unterbrechen.

Die Wirkungsweise der Schutzeinrichtung nach F i g. 6 ist im wesentlichen insofern mit derjenigen der Schutzeinrichtung nach Fig. 2 identisch, als der Erregerkreis 76 das Aufdrücken eines anfänglichen Vormagnetisierungssignals auf die Primärwicklungen 72a und 74a der Ringkerne 72 und 74 derart bewirkt, daß die Ringkerne in einer Richtung vormagnetisiert werden. Der Erregerkreis liefert ferner in ähnlicher Weise kräftige Impulse an diese Wicklungen (Fig. 4), um so ganz plötzlich die Ringkerne in entgegengesetzter Richtung in den Sättigungszustand zu bringen. Bei gleichen Strömen durch Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 des Koaxialkabels 20 werden die Ringkerne 72 und 74 im wesentlichen im gleichen Moment in den Sättigungszustand gebracht, so daß an den Sekundärwicklungen 72b und 74b kein resultierendes Ausgangssignal erzeugt wird und der Siliziumgleichrichter 62 nichtleitend bleibt. Bei Anwesenheit eines Leckstromes zur Erde wird jedoch ein Magnetfeld erzeugt, das die Magnetisie^rung der Ringkeme derart beeinflußt, daß diese Ringkeme den Sättigungszustand zu unterschiedlichen Zeiten erreichen, wodurch nun ein Ausgangssignal an den in Reihe liegenden Sekundäi wicklungen 72b und 74b erzeugt wird. Dieses Signal wird der Steuerelektrode des Siliziumgleichrichters 62 aufgedrückt, um so diesen in den leitenden Zustand zu bringen, wodurch die Relaiswicklung 32 erregt und die Relaiskontakte 68 und 70 geöffnet werden, so daß die Energiezufuhr zum Lastkreis unterbrochen wird. Infolge der Reihenschaltung der sättigbaren Ringkeme 72 und 74 bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 können bei Lastströmen in der Größenordnung von 2OA Leckströme in der Größenordnung von 200 μΑ erfaßt werden.

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, in welcher entsprechende EIemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 versehen sind. 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, wodurch 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 es ist ein wahlweise steuerbarer Schalter 82 mit einer Steuerelektrode 84 im

ίο Nebenschluß angeordnet, um den Überstromschalter auszulösen, wenn der steuerbare Siliziumgleichrichter 62 in der beschriebenen Weise durch das Vorhandensein von Erdschluß-Leckströmen leitend wird und ein Ausgangssignal abgibt. Der steuerbare Schalter 82 ist

vorzugsweise ein Halbleiterschalter, z.B. ein steuerbarer Siliziumgleichriehtei·, dessen Anoden-Kathoden-Strecke den Kontakten des Uberstromschalters 80 parallel geschaltet und dessen Gate-Elektrode 84 mit der Kathode des steuerbaren Siliziumgleichrichters 62 verbunden ist, um sein Zünden oder Leitendwerden in Abhängigkeit von dem Leitfähigkeitszustand des steuerbaren Siliziumgleichrichters 62 zu steuern. Zwischen der Gate-Elektrode und der Kathode des steuerbaren Siliziumgleichrichters 82 liegt weiterhin ein Parallelwiderstand 86. Zwischen der Anode des steuerbaren Silizhimgleichrichters 82 und einem Kontakt des Uberstromschalters 80 ist ein Strombegrenzungswiderstand 88 relativ geringen Widerstandes angeordnet, der vorzugsweise einen Wi-

derstandswert in der Größenordnung von einem Ohm oder weniger aufweist. Die Anode des steuerbaren Siliziumgleichrichters 62 ist mit dem genannten Kontakt des Überstromechalters 80 durch einen den Strom begrenzenden Schutzwiderstand 90 verbunden. Da

der steuerbare Siliziumgleichrichter 82 mit seiner Anoden-Kathoden-Strecke den Kontakten des Uberstromschalters 80 parallel geschaltet ist, fließt ein relativ großer Strom von der Wechselspannurgsquehe 12 durch den niederohmigen Strombegrenzungswiderstand 88 und durch die Anoden-Kathoden-Strecke des steuerbaren Siliziumgleichrichters 81 wenn dieser infoige des Vorhandenseins eines Erdschluß-Lf.ckstromes leitend ist. Hierdurch wird der Überstromschalter 80 überlastet, so daß er anspricht und die Energiezufuhr unterbricht.

Für diejenigen Anwendungsfälle, in denen die Ar beitsweise der Schutzeinrichtung in beiden Halbwel len der Wechselspannung gesteuert werden soll, kam eine Schaltungsanordnung nach dem in Fig. 8 darge stellten Ausführurigsbeispiel verwendet: werden. Be diesem Ausführungsbeispiel kann die Geschwindig· keit, mit welcher die Energiezufuhr zu dem Lastkreii beim Auftreten von Leckströmen unterbrochen wird erheblich gesteigert werden. Dieses Ausführungsbei spiel ist im ganzen dem in Fi g. 2 dargestellten Systen ähnlich und enthält ein Stück Koaxialkabel 20, da: im wesentlichen zentrisch durch die sättigbaren Ring kerne 34 und 36 geführt, mit diesen induktiv gekop pelt und mit dem Lastkreis 10 verbunden ist, um die sem Energie von der Wechselspannimgsquelle 1 zuzuführen. Auf den Ringkernen 34 und 36 sind par allelgeschaltete Primärwicklungen 34a und 36a sowi Sekundärwicklungen 34 b und 36 b vorgesehen, um zwischen den Primärwicklungen ist der Abgleichwi derstand 26 vorgesehen.

Das zuvor beschriebene magnetische Umschalte zum Feststellen des Vorhaadenseins ungleiche Ströme in dem Innenleiter 21 und im Außenleiter 2

des Koaxialkabels 20 infolge von Erdschluß-Leckströmen wird in ähnlicher Weise bewirkt, wie im Zusammenhang mit F i g. 2 beschrieben, jedoch nicht nur in jeder zweiten Halbwelle der angelegten Wechselspannung, sondern in beiden Halbwellen. Hier wird ein Erregerkreis 100 verwendet, der dem Erregerkreis 28 etwas ähnlich ist, sowie Ausgangssignale ähnlich denjenigen nach Fig. 4 zur Erregung der Ringkerne liefert. An Stelle des Einwesgleichrichters (Diode 38) ist ein Vollweggleichrichter 102 vorgesehen, so daß die anfängliche Vormagnetisierung und ein schnelles magnetisches Umschalten der Ringkerne infolge des dem Ladekondensator 40 zugeführten, voll gleichgerichteten Signals in beiden Halbwellen erfolgen kann. Um das Ausgangssignal des Vollweggleichrichters 102 auf einer im wesentlichen konstanten Spannung zu halten, ist ein Bezugsglied mit Schwellwert, beispielsweise eine Zenerdiode 104, über einen Strombegrenzungswiderstand 106 auf der einen Seite und über einen Wellenform-Widerstand 108 auf der anderen Seite dem Ausgang des Vollweggleichrichters 102 parallel geschaltet. Der Kondensator 40 ist über den Widerstand 42 mit der Zenerdiode 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 den parallelgeschalteten Primärwicklungen 34fl und 36a der Ringkerne 34 und 36 verbunden, um diesen Erregersignale zu liefern. Der wahlweise steuerbare 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 Gate-Elektrode 50 des steuerbaren Siliziumgleichrichters ist an die Verbindungsstelle zwischen einem Gate-Widerstand 110, welcher der Gate-Kathoden-Strecke des steuerbaren Siliziumgleichrichters parallel geschaltet ist, und dem Diac 52, welcher der Gate-Anoden-Strecke des steuerbaren Siliziumgleichrichters parallel geschaltet ist, angeschlossen. Der Diac 52 dient wiederum dazu, eine Auslösung des steuerbaren Siliziumgleichrichters so lange zu unterbinden, bis an dem Ladekondensator 40 die vorbestimmte Spannung liegt. Dann wird der Diac 52 ausgelöst, und dieser legt an die Gate-Elektrode 50 ein Signal konstanter Spannung an, welches den steuerbaren Siliziumgleichrichter 48 leitend macht.

Der von dem Ladekond^nsator 40 an die Primärwicklungen 34a und 36a gelieferte Ausgangsstroir ist ähnlich dem im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen. Zunächst wird den Primärwicklungen (F i g. 4) ein Anfangsvorspannungssigna! 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 steuerbaren Siliziumgleichrichter leitend, so daß der Entladestromkreis für den Ladekondensator geschlossen ist und ein Impuls großer Amplitude (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 Vollweggleichrichters in der folgenden Halbwelle der angelegten Wechselspannung wiederholt, während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, bei welchem ein Einweggleichrichter verwendet wurde, in der darauffolgenden Halbwelle keine Abfühlung durchgeführt wurde.

Die Feststellung eines Ausgangssignals an den Sekundärwicklungen 34b und 36h als Anzeige für das Vorhandensein eines Erdschluß-Leckstromes wird durch einen Schwellwertkreis 112 durchgeführt, der an die Sekundärwicklungen angeschlossen ist. Der Schwellwertkreis 112 enthält einen Spannungsbegrenzungswiderstand 114, der den in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen 34b und 36b parallel geschaltet ist. Der Spannungsbegrenzungswiderstand 114 liegt weiterhin am Eingang eines Vollweggleichrichters 116, welcher die an den Sekundärwicklungen 34b und 36b beim Vorhandensein eines Leckstromes entstehenden Ausgangssignak empfängt. Am Ausgang des Vollweggleichrichters 116 liegt ein Ausgangswiderstand 118 relativ hohen Widerstandes, welcher dessen Ausgangssignale an ein Abfühlelement mit Schwellwert, beispielsweise an einen Diac 120, anlegt, welcher so lange nichtleitend ist, bis an ihm eine vorbestimmte Spannung liegt. Weiterhin ist »5 ein wahlweise steuerbarer Schalter, vorzugsweise ein steuerbarer Siliziumschalter 122, vorgesehen, dessen Gate-Elektrode 124 über den Diac 120 mit den: Ausgangswiderstand 118 verbunden ist. Beim Auftreten eines Ausgangssignals ausreichender Größe an den Sekundärwicklungen 34b und 36b entsteht an dem Ausgangswiderstand 118 eine Spannung, die ausreicht, um den Diac 120 auszulösen, wodurch widerum der steuerbare Siliziumgleichrichter 122 leitend wird und ein Ausgangssignal abgibt. An der Gate-Kathoden-Strecke des steuerbaren Siliziumgleichrichters 122 ist ein Parallelwiderstand 126 angeschlossen, um dessen Arbeitsweise zu stabilisieren, und der Ausgang des Vollweggleichrichters 116 ist vorzugsweise durch einen Glättungskondensator 128 überbrückt. Der Glättungskondensator 128 filteit zusammen mit der Impedanz der Sekundärwicklungen 34b und 36b auftretende Störsignale aus, um eine unerwünschte Auslösung des steuerbaren Silizijmgleichrichters 122 zu verhindern. Die Anoden-Kathode:„-Strecke des steuerbaren Siliziumgleichrichters 122 ist mit der zum Schützmagnet gehörigen, wahlweise erregbaren Relaiswicklung 32 in Reihe geschaltet. Die Relaiswicklung 32 betätigt, wie zuvor beschrieben, die Relaiskontakte 68 und 70 des Schützes 14. Beim Auftreten eines Ausgangs signa's an den Sekundärwicklungen 34b und 36b infolge eines Erdschluß-Leckstromes wird d' r steuerbare Siliziumgleichrichter 122 leitend, wodurch die Relaiswicklung 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 daranf hingewiesen, daß die obenerwähnten Ausführungsbeispiele zwar eine Schutzeinrichtung in Verbindung mit Wechselspannungssignalen erläutert, 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 531/323

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Schutzeinrichtung zum Feststellen von Erdächluß-Leckströmen in einem über zwei Zuleitungen an eine einpolig geerdete Stromversorgung angeschlossenen Lastkreis mit einer induktiv mit den beiden Zuleitungen gekoppelten, zwei Ringkerne aufweisenden Magnetkernanordnung und mit einem damit über mindestens eine Sekundärwicklung verbundenen Schwellwertkreis, der bei einer vorgegebenen, von der Differenz der Ströme in den Zuleitungen abhängigen Differenzspannung eine Trennung der Last von der Stromversorgung herbeiführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (16, 18) ein Stück Koaxialkabel (20) mit einem Innenleiter (21) und einem Außenleiter (22) aufweisen, daß die beiden Ringkerne (34, 36) induktiv mit dem Stück Koaxialkabel (20) gekoppelt sind, daß ein Erregerkreis (28) vorgesehen ist, durch den die ständig unter dem Einfluß des von dem Stück Koaxialkabel (20) erzeugten Magnetfeldes stehenden Ringkerne (34,36) alternierend mit einem ersten Signal vorgebbarer Größe vormagnetisierbar und mit einem zweiten impulsförmigen Signal in die Sättigung steuerbar sind, and daß beide Ringkeme (34,36) mit Sekundärwicklungen (34b, 36b) versehen sind, die mit dem Schwellwertkreis (30) verbunden sind.

2. Schutze.jrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stü"k Koaxialkabel (20) im wesentlichen zentrisch durch die Ringkeme (34, 36) geführt ist und daP der Innen- bzw. Außenleiter (21; 22) und die Sekundärwicklungen (34b, 36b) jeweils mit einem Ringkern (36) den gleichen und bei dem anderen Ringkern (34) den entgegengesetzten Wicklurigssinn haben im Vergleich zu dem Wicklungssinn der jeweiligen Primärwicklung (34α, 36α).

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerkreis (28) einen durch eine Gleichspannungsquelle relativ langsam aufladba'en und mit Hilfe eines steuerbaren Schalters über die Ringkeme (34,36) relativ schnell entladbaren Ladekondensator (40) aufweist.

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle durch eine Wechselspannungsquelle (12) und einen an diese angeschlossenen Halbweggleichrichter (38) gebildet ist.

5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle durch eine Wechselspannungsquelle (12) und einen an diese angeschlossenen Vollweggleichrichter (102) gebildet ist (Fig. 8).

6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Vollweggleichrichter (102) ein die an diesem entstehende Spannung stabilisierendes Bezugsglied mit Schwellwert angeschlossen ist.

7. Schutzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsglied eine Zenerdiode (104) enthält.

8. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ladekondensator (40) und der Steuerelek-

trode (50) des steuerbaren Schalters ein Bezugsglied mit Schwellwert angeschlossen ist, das bei einer vorbestimmten Spannung an dem Ladekondensator (40) zündbar ist, wodurch der steuerbare Schalter auslösbar ist.

9. Schutzeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsglied ein Diac (52) ist.

10. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertkreis (30) ebenfalls einen steuerbaren Schalter enthält, der mit dem Ausgang der Ringkerne (34, 36) verbunden und durch ein Signal vorbestimmter Größe auslösbar ist.

11. Schutzeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der Ringkeme (34, 36) und dem zweiten steuerbaren Schaltsr ein Vollweggleichrichter (116) angeordnet ist (Fig. 8).

12. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Schalter steuerbare Siliziumgleichrichter (48, 62) sind.

13. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sohwellwertkreis (30) ein Steuersignalfilter (64, 66) aufweist OFig. 7).

14. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schwellwertkreis (30) ein bei dessen Ansprechen erregbares Schütz (14) verbunden ist, durch das die Energiezufuhr zu dem Lastkreis (10) unterbrechbar ist.

15. Schutzeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Schütz (14) als Überstromschalter (80) ausgebildet ist und daß seinen Kontakten ein wahlweise auslösbarer Schalter (82) parallel geschaltet ist (Fig. 7).

16. Schutzeinrichtung n_t.ch Anspruch 15 und einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als wahlweise auslösbarer Schalter der steuerbare Schalter des Schwellwertkreises (30) dient.