DE2216001A1

DE2216001A1 - EARTH CONNECTION DEVICE

Info

Publication number: DE2216001A1
Application number: DE19722216001
Authority: DE
Inventors: Edward Tarchalski
Original assignee: HEINEMANN ELECT SOUTH AFRICA
Current assignee: HEINEMANN ELECT SOUTH AFRICA
Priority date: 1972-04-01
Filing date: 1972-04-01
Publication date: 1973-10-11

Description

Erdschlußvorrichtung Die Erfindung betrifft Erdschlußvorrichtungen. Ground Fault Device The invention relates to ground fault devices.

Bei Erdschlußvorrichtungen des energieunabhängigen oder passiven Typs mit polarisierten Ausldsern, die unmittelbar von einem Kernumformer oder Toroid betätigt werden, ist es praktisch unmöglich, die Toroide für starke Ströme zu bemessen und dennoch kleine Dimensionen einzuhalten. Dies beruht in erster Linie auf der Tatsache, daß die von dem Toroid erhältliche Energie bei bekannten Vorrichtungen in unwirtschaftlicher Weise verwendet wird.In the case of earth fault devices of the energy independent or passive type with polarized isolators coming directly from a core converter or toroid are operated, it is practically impossible to size the toroids for high currents and still keep to small dimensions. This is primarily due to the Fact that the energy obtainable from the toroid in known devices is used in an uneconomical manner.

Z.B. ist es bekannt, die von einem Toroid erhaltene Energie in einem einzigen Kondensator zu speichern und dann mittels einer Schalteinrichtung, wie beispielsweise einem gesteuerten Siliziumgleichrichter (SGG) oder einem gesteuerten Siliziumschalter (SGS), über die Betätigungsspule einer Stromunterbrechere inrichtung zu entladen.For example, it is known to convert the energy received from a toroid into a to store a single capacitor and then by means of a switching device such as for example a controlled silicon rectifier (SGG) or a controlled Silicon switch (SGS), via the actuating coil of a circuit breaker device to unload.

Da die Betätigungsspule der Stromunterbrechereinrichtung zu ihrer Betätigung eine bestimmte Strommenge von bestimmter Dauer erfordert und die Schalteinrichtung für ihre Betätigung eine über ihrer minimalen Durchlaß- oder Sättigungsspannung liegende Spannung erfordert, ergibt sich, daß der Kondensator in einer gegebenen Zeit auf eine erhebliche Spannung aufgeladen wird. Da der Kondensator, wenn er über die Schalteinrichtung entladen wird, sich nur bis zur Sättigungsspannung der Schalteinrichtung entlädt, die in der Größenordnung von 1 oder 2 Volt liegen kann, ist die im Kondensator verbleibende Spannung nutzlos. Gewöhnlich hat ein SGG oder SGS eine maximale Durchlaß- oder Sättigungsspannung von 1,5 - 2 Volt (für unselektierte handelsübliche Komponenten), und ein Kondensator von einigen hundert Mikrofarad ist erforderlich für einen Entladungsstrom von genügender GröBe und Dauer, um die Betätigungsspule der Unterbrechereinrichtung zu erregen. Since the actuating coil of the circuit breaker device to their Operation requires a certain amount of current of a certain duration and the switching device for their actuation one above their minimum forward or saturation voltage requires lying voltage, it follows that the capacitor is in a given Time is charged to a significant voltage. Because the capacitor when he is over the switching device is discharged, only up to the saturation voltage of the switching device discharging, which can be on the order of 1 or 2 volts, is that in the capacitor remaining tension useless. Usually an SGG or SGS has a maximum permeability or saturation voltage of 1.5 - 2 volts (for unselected commercial components), and a capacitor of several hundred microfarads is required for a discharge current of sufficient size and duration to operate the actuating coil of the interrupter device to excite.

Der Kondensator muß auf etwa 2,5 Volt aufgeladen werden. Wenn die Schalteinrichtung ausgelöst wird, entlädt sich der Kondensator von 2,5 auf 2 Volt. Die ursprünglich gespeicherte Ladung ist gleich 100 x 2,5 x 10 Coulomb, und nach der Entladung beträgt die Ladung 100 x 2 x 10 8 Coulomb. Es bleiben also 80% der Ladung ungenutzt im Kondensator zurück.The capacitor must be charged to about 2.5 volts. If the Switching device is triggered, the capacitor discharges from 2.5 to 2 volts. The originally stored charge is equal to 100 x 2.5 x 10 coulombs, and after of the discharge, the charge is 100 x 2 x 10 8 coulombs. So there remain 80% of the Charge back unused in the capacitor.

Auch kann es erforderlich sein, den Kondensator auf eine höhere Spannung aufzuladen um zu verhindern, qaß der SGG bzw.It may also be necessary to set the capacitor to a higher voltage to charge in order to prevent the SGG resp.

die Schalteinrichtung zu rasch abschaltet und dadurch die Dauer der Entladung verkürzt.the switching device switches off too quickly and thereby the duration of the Shortened discharge.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Erdschlußvorrichtung zu schaffen, welche die von dem Toroid erhältliche Energie mit besserem Wirkungsgrad ausnutzt, als dies bisher möglich war.The invention is therefore based on the object of a ground fault device to provide the energy obtainable from the toroid with better efficiency exploited than was previously possible.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Erdschlußvorrichtung mit einem Kernumformer und Mitteln zum Gleichrichten der in der Sekundärwicklung des Umformers als Folge der Unsymmetrie oder Störung induzierten Spannung gelöst, die sich dadurch kennzeichnet, daß eine erste Speichereinrichtung vorgesehen ist, welche durch die gleichgerichtete Spannung auf eine vorbestimmte Spannung aufgeladen werden kann, sowie eine erste Schalteinrichtung, welche durch die erste Speichereinrichtung, wenn diese aufgeladen ist, erregbar ist, ferner eine zweite Speichereinrichtung, welche durch die gleichgerichtete Spannung auf eine niedrigere Spannung aufladbar ist als die vorbestimmte Spannung, auf welche die erste Speichereinrichtung aufgeladen werden kann, und eine zweite Schalteinrichtung, die bei Erregung der ersten Schalteinrichtung erregbar ist, um die Entladung der zweiten Speichereinrichtung gegen eine Stromunterbrechereinrichtung und deren Betätigung über die zweite Speichereinrichtung zu ermöglichen.This object is achieved according to the invention by a ground fault device with a core converter and means for rectifying those in the secondary winding of the converter solved as a result of the asymmetry or disturbance induced voltage, the is characterized in that a first memory device is provided which charged to a predetermined voltage by the rectified voltage can, as well as a first switching device, which by the first memory device, when this is charged, can be excited, furthermore a second storage device, which can be charged to a lower voltage by the rectified voltage is than the predetermined voltage to which the first storage device is charged can be, and a second switching device, which when energized the first switching device is excitable to discharge the second storage device against a circuit breaker device and to enable their actuation via the second memory device.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, Die Zeichnung zeigt die übliche Anordnung eines Toroids 10, einer Sekundärwicklung 11 sowie stromführender und neutraler Leiter 12, die durch das Toroid hindurchgehen und zu dem zu schützenden Stromkreis führen.The invention is described below with reference to the drawing in an exemplary embodiment explained in more detail, the drawing shows the usual arrangement of a toroid 10, a Secondary winding 11 as well as current-carrying and neutral conductor 12, which are through the Go through the toroid and lead to the circuit to be protected.

Beim Auftreten eines Erdfehlers in dem zu schützenden Stromkreis wird eine Spannung in der Sekundärwicklung 11 als Folge der Störung induziert. Wenn dies eintritt, werden die Kondensatoren C1 und C2 aufgeladen.When an earth fault occurs in the circuit to be protected induces a voltage in the secondary winding 11 as a result of the disturbance. If this occurs, the capacitors C1 and C2 are charged.

Der Kondensator C2 wird mit Zweiweg-gleichgerichtetem Strom und der Kondensator C1 mit Einweg-gleichgerichtetem Strom aufgeladen. Weiter ist der Kondensator C1 geeignet, auf das doppelte Potential des Kondensators C2 augeladen zu werden.The capacitor C2 is supplied with two-way rectified current and the Capacitor C1 charged with one-way rectified current. Next is the capacitor C1 suitable to be charged to twice the potential of the capacitor C2.

Typisch ist eine Aufladung des Kondensators C1 auf 1,6 Volt und des Kondensators C2 auf 0,8 Volt.Typically, capacitor C1 is charged to 1.6 volts and des Capacitor C2 to 0.8 volts.

Die Diode D1 ist eine gemeinsame Gleichrichterdiode beim Aufladen beider Kondensatoren C1 und C2. Dies gewährleistet, daß das Verhältnis der Spannungen, auf die C1 und C2 aufgeladen werden, konstant bleibt, weil der Diodenspannungsabfall beiden Stromkreisen gemeinsam ist. Es ist wichtig zu verhindern, daß der Kondensator C7 auf ein Potential aufgeladen wird, das höher liegt als das, für das die Schaltung ausge-. The diode D1 is a common rectifier diode when charging both capacitors C1 and C2. This ensures that the ratio of the voltages, on which C1 and C2 are charged remains constant because of the diode voltage drop is common to both circuits. It is important to prevent the capacitor from running C7 is charged to a potential which is higher than that for which the circuit excellent.

legt wurde, denn wenn dies eintritt, könnte der Auslöse- oder Schaltkreis T1, T2 betätigt werden, bevor der Kondensator C2 das gewünschte Potential erreicht hat. Dieser Fall könnte eintreten, wenn gesonderte Dioden für das Aufladen der Kondensatoren C1 und C2 verwendet würden und wenn die in der Sekundärwicklung 11 induzierte Spannung eo hoch ist, wie es bei starkem Erdschluß bzw. großen Störungen der Fall ist.because if this happens the trip or circuit could T1, T2 are actuated before the capacitor C2 reaches the desired potential Has. This case could occur if there are separate diodes for charging the capacitors C1 and C2 would be used and if the voltage induced in the secondary winding 11 eo is high, as is the case with a strong earth fault or major disturbances.

Der Kondensator C2 dagegen darf auf ein höheres Potential als das durch das vorgesehene Verhältnis der Spannungen gegebene aufgeladen werden. Dies kann eintreten, wenn der Abfall der Durchlaßspannung an der Diode D2 kleiner ist als an der Diode D1. Die Diode D3 ist eine Sperrdiode, welche verhindert, daß der Kondensator C1 sich während der Halbwelle gegen den Kondensator C2 entlädt, während deren der Kondensator C1 nicht geladen wird.The capacitor C2, on the other hand, is allowed to have a higher potential than that be charged given by the intended ratio of the voltages. this can occur when the drop in the forward voltage across diode D2 is smaller than at diode D1. The diode D3 is a blocking diode which prevents the Capacitor C1 discharges against capacitor C2 during the half cycle whose capacitor C1 is not charged.

Wenn die Spannung des Kondensators C1 einen durch defl vorbestimmten Erdschlußstrom bzw. die Stroiunsymmetrie gegebenen Wert erreicht hat, wird R1 des Spannungsteilere Rl, R2 so eingestellt, daß er den Schalter T1, T2 einschaltet, d.h. die Spannung an R1 wird auf die erforderliche Basis-Emitter Spannung von T1 eingestellt, um das Einschalten des Schalters T1, T2 zu bewirken.When the voltage of the capacitor C1 is a predetermined by defl Earth fault current or the current unbalance has reached the given value, R1 des Voltage dividers Rl, R2 set so that it turns on the switch T1, T2, i.e. the voltage at R1 is reduced to the required base-emitter voltage of T1 set to cause the switch T1, T2 to turn on.

Der Schalter T1, T2 erreicht den Sättigungezustand und die Spannung an der Basis von T2 erreicht fast bzw. annähernd das volle positive Potential.The switch T1, T2 reaches the saturation state and the voltage at the base of T2 almost or approximately reaches the full positive potential.

Die plötzliche Spannungsstufe erscheint an der Basis von T3 und bewirkt die Sättigung von T7. Auf diese Weise entlädt sich der Kondensator C2 durch die Betätigungsspule SI eines Stromunterbrechers und bewirkt dessen Betätigung. The sudden tension level appears at the base of T3 and causes the saturation of T7. In this way, the capacitor C2 discharges through the Actuating coil SI of a circuit breaker and causes its actuation.

Da die Sättigungsspannung von T3 klein ist, wird der größte Teil der in C2 gespeicherten Ladung entladen.Since the saturation voltage of T3 is small, most of it becomes the discharged charge stored in C2.

Im typischen Fall beträgt die maximale Sättigungsspannung von T3 0,25 Volt, so daß der Kondensator C2 von 0,8 Volt auf 0,25 Volt entladen wird. Mit anderen Worten werden 680/ó der Energie des Kondensators C2 entladen.Typically, the maximum saturation voltage of T3 is 0.25 Volts so that capacitor C2 is discharged from 0.8 volts to 0.25 volts. With others Words, 680 / ó of the energy of the capacitor C2 are discharged.

Der Schaltkreis bzw. Schalter TI, T2 ist im wesentlichen ein synthetisierter bzw. zasamnengesetzter SGS oder SGG.The circuit or switch TI, T2 is essentially a synthesized one or a set SGS or SGG.

Die Sättigungsspannung einer solchen Schalteinrichtung ist niedriger als die eines SGS oder SGG. Typisch für die maximale Sättigungsspannung von T1, T2 ist 0,9 Volt.The saturation voltage of such a switching device is lower than that of an SGS or SGG. Typical for the maximum saturation voltage of T1, T2 is 0.9 volts.

Bei bisher üblichen Vorrichtungen unter Verwendung eines einzigen Kondensators von etwa 100 Mikrofarad und einem SGS oder SGG, dessen Betätigung eine Spannung von etwa 2,5 Volt erfordert, benötigt der Kondensator eine Aufladung von 100 x 2,5 x 1 -6 Coulomb = 250 Mikrocoulomb.In previously common devices using a single Capacitor of about 100 microfarads and an SGS or SGG whose actuation is a Requires a voltage of around 2.5 volts, the capacitor requires a charge of 100 x 2.5 x 1 -6 coulombs = 250 microcoulombs.

Bei einer Anordnung gemäß der Erfindung, wobei CI drei Mikrofarad auf eine Spannung von 1,6 Volt aufgeladen und C2 100 Mikrofarad auf eine Spannung von 0,8 Volt aufgeladen hat, ist die erforderliche Ladung (100 x 0,8 + 3 x 1,6) x 10 zu Coulomb = 84,8 Mikrocoulomb.In an arrangement according to the invention, where CI is three microfarads charged to a voltage of 1.6 volts and C2 100 microfarads to a voltage of 0.8 volts, the required charge is (100 x 0.8 + 3 x 1.6) x 10 to coulombs = 84.8 microcoulombs.

Die Größe des Toroids von gegebenen Charakteristiken steht in direkter Beziehung zu der Spannung, auf die ein gegebener Kondensator in einer gegebenen Zeit aufgeladen werden soll.The size of the toroid from given characteristics is more direct Relationship to the voltage on a given capacitor in a given one Time to recharge.

Es ist daher ersichtlich, daß ein kleineres Toroid verwendet werden kann, um 100 Mikrofarad auf 0,8 Volt + 3 Mikrofarad auf 1,6 Volt in einer gegebenen Zeit aufzuladen als nötig wäre, um 100 Mikrofarad in der gleichen Zeit auf 2,5 Volt aufzuladen.It can therefore be seen that a smaller toroid could be used can get 100 microfarads to 0.8 volts + 3 microfarads to 1.6 volts in a given Time to recharge than it would take to get 100 microfarads to 2.5 volts in the same amount of time to charge.

Die in vorstehendem Text verwendeten Kurzbezeichnungen SGG bzw. SGS entsprechen den englischen Bezeichnungen SCR bzw.The abbreviations SGG and SGS used in the above text correspond to the English designations SCR resp.

SCS.SCS.

Claims

p a t e n t a n s p r ü c h e:

Earth fault device with a core converter and a device to rectify the in the secondary winding of the converter as a result of the asymmetry induced voltage, characterized in that a first storage device (C1) is provided, which by the rectified voltage to a predetermined Voltage can be charged, as well as a first switching device (T1, T2), which can be excited by the first storage device when it is charged, furthermore a second storage device (C2), which by the rectified voltage is chargeable to a voltage lower than the predetermined voltage from which the first storage device can be charged, and a second switching device (T)), which can be excited when the first switching device is excited, to the discharge the second storage device against a circuit breaker device (S1) and to enable their actuation via the second memory device.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that a variable Voltage divider (R1, R2) connected in parallel to the first storage device (C1) and the setting of the sensitivity of the first 'switching device (T1, T2) enables.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the first and the second memory device (ci, C2) via a common diode (D1) are chargeable.

- Claim 4 - 4. Device according to one of the preceding Claims, characterized in that the first storage device (ci) on a higher voltage than the second storage device (C2) can be charged.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that capacitors (C1, C2) are provided as first and second storage devices.

6. Vorrichfung according to claim 5, characterized in that the first Capacitor (C1) has a much smaller capacitance than the second capacitor (C2) possesses.