DE2135605C3 - Elektronische Differenzstromsicherung - Google Patents

Description

Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen NPN-Transistor (ΤΛ) enthält, dessen Emitter mit dem Minuspol (— UB 2) einer gesonderten Betriebsspannungsquelle, dessen Kollektor über einen Widerstand (728) mit dem Eingang (Ei) des Differenzverstärkers verbunden ist und dessen Basis über einen Kondensator (C) und die Stelitaste (RT) bei jedem Drücken der Stelltaste einen kurzzeitigen positiven Impuls bekommt

6. Elektronische Differenzstromsicherung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, däS parallel zum Kondensator (C) ein Widerstand (RS) und Die Erfindung betrifft eine elektronsiche Differenzstromsicherung,

Wird ein Verbraucher aus einem einseitig geerdeten Betriebsspannungsgerät gespeist, so kann es vorkommen, daß die »heiße« Zuleitung mit der Erde kurzgeschlossen wird und der Verbraucher stromlos bleibt Bestehen die Zuleitungen aus dünnen Drähten, so kann es geschehen, daß der Widerstand der Kurzschlußschleife für einen zur Auslösung der Sicherung ausreichenden Gesamtstrom zu groß ist, daß der Widerstand aber klein genug für einen Kurzschlußstrom ist, der eine unzulässige Erhitzung und eventuell einen Brand zur Folge hat

Eine elektronische Differenzstromsicherung zum Schutz der Zuleitungen einer einseitig geerdeten Betriebsgleichspannung zu einem Verbraucher gegen Berührungskurzschluß mit Erdpotential, bei der der zufließende Strom mit dem abfließenden Strom unmittelbar hinter dem Verbraucher verglichen wird und die Betriebsspannung abgeschaltet wird, wenn eine vorgegebene Differenz zwischen dem zufließenden und dem abfließenden S'rom auftritt ist bekannt aus der DE-AS 15 13 571.

Dort ist ein Gerät zum Oberwachen und Anzeigen von Fehlerströmen in zwei elektrischen Leitern beschrieben, in welchem die durch die Leiter fließenden Ströme einen Magnetkern gegensinnig magnetisieren und ein etwa entstehender magnetischer Fluß nach seiner Größe ein Maß für die in den Leitern auftretenden Stromdifferenzen ist und das so ausgestaltet ist daß ein durch den von einem Fehlerstrom in dem Magnetkern hervorgerufenen magnetischen Fluß löschbarer Oszillator vorgesehen ist, dessen Schwingkreisinduktivität und dessen Rückkopplungsinduktivität ebenfalls auf den Magnetkern aufgewickelt sind und daß Mittel zur Bestimmung der Dämpfung des Oszillators vorhanden sind.

Die für dieses Gerät im Störungsfalle erforderliche Magnetisierungsleistung ist beträchtlich und damit auch die unvermeidlichen Verluste im normalen Betriebsfall. Zudem sind Induktivitäten teure Bauelemente.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend vom vorher genannten Stand der Technik eine elektronische Differenzstromsicherung anzugeben, die sehr wenig Leistung zur Messung benötigt und mit einfachen, billigen Bauteilen auskommt

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß je einer von zwei gleich großen Meßwiderständen zwischen den einen Pol der Strnmversorgiinersquelle (Zuleitung) und dem Verbraucher bzw. zwischen dem anderen Pol der Stromversorgungsquelle und dem Verbraucher (Rückleitung) angeordnet sind, daß ein integrierter Differenzverstärker sehr hoher Verstärkung als Vergleichsverstärker vorgesehen ist, dessen invertierender Eingang fiber einen Spannungsteiler an die der Last zugewandten Enden der Meßwiderstände und dessen nicht invertierender Eingang Ober einen Spannungsteiler an die der Last abgewandten Enden der Meßwiderstände angeschlossen sind, wobei der erste Spannungsteiler zwei gleich große Widerstände enthält und der zweite Spannungsteiler die Betriebsspannung so aufteilt, daß

der nicht invertierende Eingang, falls keine Stromdifferenz vorhanden ist, gegen den invertierenden Eingang so positiv vorgespannt ist, daß der Differenzverstärker gerade eine positive Ausgangsspannung hat, und daß der Ausgang des Differenzverstärkers Ober einen Widerstand mit der Basis eines in die negative Zuleitung der Betriebsspannung angeordneten Schalttransistor verbunden ist.

Wenn ein Kurzschluß zwischen der Zuleitung und Erde besteht, so ist der zufließende Strom größer als der abfließende Strom, und die Differenzstromsicherung spricht an.

Ein Ausführungsbeispiel der Anordnung nach der Erfindung zeigt die Figur. Es handelt _b um eine zentrale Betriebsüberwachung ic Fernnie^amtern der Deutschen Bundespost, bei der viel·- L?-r*pen L über ebenso viele Steuereinheiten SZ ,je**^-.," werden und bei einer Störung leuchten. Dit ~ -{ritungen ZL zu den einzelnen Lampen sind dünne Prallte eines gemeinsam umhüllten Kabels, bei ^"-r-m die oben genannte Brandgefahr besteht

Zur Messung der zufließenden and abfliegenden Gesamtstromes dienen die gleich großen Meß widerstände RmX und RnH.

Ein integrierter Differenzverstärker DV sehr hoher Verstärkung ist über einen Spannungsteiler RMRZ mit seinem invertierenden Eingang Ei an die Lastspannung (Spannung an Lampen und Steuereinheiten) und mit seinem nicht invertierenden Eingang Ent über einen Spannungsteiler R3/R4 an die Betriebsspannung UBl der Stromversorgung SV angeschlossen. Dabei ist Rl gleich R2. und R3 > A4. Der Ausgang A eines solchen Differenzverstärkers ist negativ, wenn Ent negativer als Ei ist und positiv, wenn in/positiver als ß'ist

Bei ungestörtem Betrieb ohne Kurzschluß ist die Spannung an Eni positiver als an Ei; der Ausgang A des Differenzverstärkers liegt an positivem Potential und hält über den Basisvorwiderstand KI den in der negativen Zuleitung der Betriebsspannung angeordneten Schalnransistor 751 leitend.

Bei Kurzschluß fließt über den Meßwiderstand Rtni mehr Strom als über den Meßwiderstand Rm2; der Eingang Eiwird positiver als Eni; der Ausgang A wird negativ; der Transistor TiI wird gesperrt und die Last abgeschaltet Da bei gesperrtem Transistor TsI die ringingz des Differenzverstärkers keine definierten Potentiale haben, wird zur Gewährleistung der Funktion der Anordnung eine nichtlineare Mitkopplung vom Ausgang A über eine Diode D und einen Widerstand RS auf den Eingang Eni eingeführt. Bei ungestörtem Betrieb ist der Ausgang A positiv, die Diode D gesperrt und die Mitkopplung unwirksam. Bei Kurzschluß ist der Ausgang A negativ, die Diode D leitende, der Eingang Eni erhält über R5 negatives Potential, und der Differenzverstärker hält sich in der aktiven Lage.

Damit die Anordnung funktioniert, auch wenn die zu überwachende Betriebsspannung UBl klein oder Null wird, wird der Differenzverstärker von einer getrennten Betriebsspannung UB 2 «ersorgt

Die Differenzstromsicherung besitzt nicht die Fähigkeit nach dem Beheben des Kurzschlusses von selbst in die Ruhelage zurückzukehrf n. Sie muß vielmehr mittels einer Stelltaste RT in die Ruhelage zurückgestellt werden. Das kann geschehen, intern man den Eingang Ei negativer als £n/macht

Damit bei andauerndem Kurzscniuß ein zu langes Betätigen der Stelltaste die Sicherung nicht unwirksam macht, wird zwischen Stelkaste und Eingang Ei eine Schaltung zwischengeschaltet, die bei jedem Drücken der Stelltaste nur einen kurzen negativen Impuls auf den Eingang Ergibt Die Schaltung enthält einen NPN-Transistor 7S2, dessen Emitter mit dem Minuspol -UB 2, dessen Kollektor über einen Widerstand R6 mit dem Eingang Ei des Differenzverstärkers verbunden ist und dessen Basis über einen Kondensator C und die Stelltaste Ä7"bei jedem Drücken der Stelltaste einen kurzzeitig positiven Impuls bekommt Damit der Kondensator C sich entladen kann, ist ihm ein Widerstand RS parallelgeschaltet Damit der Transistor 7s2 über den Widerstand R9 nicht leitend gemacht werden kann, ist ein Widerstand R8 zwischen die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Ts2 geschaltet der zusammen mit Rä einen Spannungsteiler bildet

Die Meßwiderstände RmI und RnQ. können als gedruckte Leitungen auf einer Druckschaltungskarte realisiert werden. Natürlich kann statt des Schalttransistors TiI ein Relais verwendet werden, wenn die Restspannung am Schalttransistor zu groß werden = sollte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektronsiche Differenzstromsicherung zum Schutz der Zuleitungen einer einseitig geerdeten Betriebsgleichspannung zu einem Verbraucher gegen Berühningskurzschluß mit Erdpotential, bei der der zufließende Strom mit dem abfließenden Strom unmittelbar hinter dem Verbraucher verglichen wird und die Betriebssapnnung abgeschaltet wird, wenn eine vorgegebene Differenz zwischen dem zufließenden und dem abfließenden Strom auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß je einer von zwei gleich großen Meßwiderständen (RnA bzw. Rnü) zwischen den einen Pol (-LfBi) der Stromversorgungsquelle (SV) (Zuleitung ZL) und »f dem Verbraucher bzw. zwischen dem anderen Pol (+UBi) der Stromversorgungsquelle (SV)(Rückleitung RL) und dem Verbraucher angeordnet sind, daß ein integnerter Differenzverstärker (DV/sehr hoher Verstärkung als Vergleichsverstärker vorgesehen ist, dessen rrvertierender Eingang (Ei) über einen Spannungsteiler (Ri, R2) an die der Last zugewandten Enden der Meßwiderstände und dessen nicht invertierender Eingang (Επί) über einen Spannungsteiler (RZ, A4) an die der Last abgewandten Enden der Meßwiderstände (RnA, RnQi) angeschlossen sind, wobei der erste Spannungsteiler zwei gleichgroße Widerstände enthält und der zweite Spannungsteiler die Betriebsspannung (LfBi) so aufteilt, daß der nicht invertierende Eingang (Eni), falls keine Stromdifferenz vorhanden ist, gegen den invertierenden Eingang so positiv vorgespannt ist, daß der Differenzverstärker gerade eine positive Ausgangsspannung hat, und daß des Ausgang (A) des Differenzverstärkers (DV) üt ;r einen Widerstand (RT) mit der Basis eines in die neg itive Zuleitung der Betriebsspannung (— UB i) angeordneten Schalttransistors (TsI) verbunden ist.

2. Elekironsiche Differenzstromsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (A) des Differenzverstärkers über eine Diode (D) und einen Widerstand (RS) mit dem Eingang (Em) verbunden ist

3. Elektronische Differenzstromsicherung nach Anspruch ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung mittels einer Stelltaste (RT) in ihre Ruhelage zurückgestellt wird, wobei auf den Eingang (Ei) des Differenzverstärkers negatives Potential gegeben wird.

4. Elektronische Differenzstromsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Stelltaste (RT) und den Eingang (Ei) eine Schaltung zwischengeschaltet wird, die bei jedem Drücken der Stelltaste nur einen kurzen negativen Impuls auf den Eingang (Ei) gibt parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors (7s2) ein weiterer Widerstand (Rg) geschaltet ist