DE2242216A1

DE2242216A1 - Erdschlussdetektor zur oeffnung eines elektrischen abschalters in abhaengigkeit vom auftreten eines erdschlusstroms

Info

Publication number: DE2242216A1
Application number: DE19722242216
Authority: DE
Inventors: Michael B Brennen; John T Wilson
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-08-30
Filing date: 1972-08-28
Publication date: 1973-03-08
Also published as: AU467752B2; JPS4839943A; GB1394455A; AU4476672A

Description

42,729-A
7283

püsseldorf, 24. Aug. 1972

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

.Erdschlußdetektor zur Öffnung eines elektrischen Abschalters in Abhängigkeit vom Auftreten eines Erdschlußstroms

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Erdschlußdetektoren, irisbesondere für veränderliche Abschaltstromwerte und Z.eitverzöge-

die

rungen. In diesem Zusammenhang wird auch auf/auf die gleiche Anmelderin zurückgehende, gleichlaufende Patentanmeldung

Bezug genommen.

In bestimmten elektrischen Schaltungsanordnungen wie dem Erdstrom-Auslösekreis nach der auf die gleiche Anmelderin wie die vorliegende Anmeldung zurückgehenden USA-Patentschrift 3 543 094 werden in dem elektrischen Steuerkreis, der die Auslösung eines Abschalters in Abhängigkeit vom Auftreten eines Erdschlusses in dem durch den Abschalter zu schützenden Stromkreis bewirkt, ein gesonderter Zeitkondensator sowie ein gesonderter Rückstellkondensator verwendet. Ferner sind zwischen den gesonderten Stufen Isolierdioden vorgesehen, die auf eine Zu- bzw. Abnahme der einwirkenden Spannung ansprechen, um so die Stufen wirksam voneinander zu isolieren. Ebenso erfolgen verschiedene Funktionen wie der Vergleich der Spannungen und die zeitliche Verzögerung des Auslösevorgangs, der durch den Schaltkreis eingeleitet werden soll, getrennt voneinander, so daß eine solche Schaltungsanordnung nicht mit geraeinsamen Schaltelementen arbeiten kann. Außerdem hat der den Abschalter betätigende Teil des Erdstrom-Auslösekreises keine Speicherfunktion.

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Hauptfunktion einer Schaltungsanordnung der beschriebenen Art ist es, die Anwesenheit von Erdschlußströmen in einem zu schützenden System durch Spannungsvergleich und die Einleitung eines Zeitintervalls, das ggf. einstellbar sein kann, zu erfassen. Am Ende des eingeleiteten Zeitintervalls liefert die Schaltungsanordnung ein Ausgangssignal, das einen Abschalter für das zu schützende System öffnet, so daß der den Erdschlußstrom führende Teil des Systems abgetrennt wird. Jedoch können bestimmte Probleme auftreten, wenn zwischen der Zeitgeberstufe und der Eingangsstufe eine defekte oder fehlerhafte Diode liegt. Kommt es beispielsweise zu einer öffnung der Diode, so kann eine unbeabsichtigte Zeitvorgabe eingeleitet werden, die zu einer öffnung des Abschalters führt, obwohl gar keine Erdschlußstörung vorliegt. Würde andererseits die gleiche Diode kurzgeschlossen, so kann es unmöglich sein, die Zeitvorgabe einzuleiten und damit zu einem späteren Zeitpunkt die öffnung des Abschalters zu bewirken, auch wenn tatsächlich eine Erdschlußstörung vorliegt. Entsprechend einem weiteren Betriebszustand führt die erwähnte Diode fortlaufend einen elektrischen Strom von dem positiven Ausgang zum negativen Ausgang der Energiequelle, wenn der Zeitgeber-Kondensator sich nicht im zeitgebenden Betriebszustand befindet. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß die Diode infolge Alterung ausfällt. Ein weiterer maßgeblicher Gesichtspunkt für Schaltungsanordnungen der beschriebenen Art ist darin zu sehen, daß in dem Auslösekreis ein Kondensator angeordnet ist, um für eine Rückstellung des Zeitintervalls zu sorgen, sofern der zunächst erfaßte Erdschlußstrom vor Ablauf des vorgegebenen Zeitintervalls unter einen vorgegebenen Wert abgesunken ist. Dieser Kondensator ist zusätzlich zu einem gesonderten Seitgeber-Kondensator vorgesehen, so daß mindestens zwei gesonderte Kondensatoren oder zwei gesonderte Zeitgeberelemente erforderlich sind. Es wäre jedoch von Vorteil, wenn ein Element beide Funktionen ausüben könnte. Bei der beschriebenen bekannten Schaltungsanordnung besteht auch die Möglichkeit, daß ein rückstellendes kapazitives Element sich auf eine Spannung auflädt, die ausreicht, um eine Diode in Sperrichtung vorzuspannen, so daß ein Zeitgeber-Kondensator dazu gebracht wird, das vorgegebene Zeitintervall einzuleiten. Wenn jedoch der elektrische Spannungsstoß zur

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Vorspannung der. Diode, so daß das vorgegebene Zeitintervall ausgelöst wird, eine geschwächte Diode fehlerhafterweise in einen geöffneten Zustand übergehen läßt und der Erdschlußstrom rasch abnimmt, so bleibt das rückstellende kapazitive Element im Hinblick auf eine Verzögerung oder ein Anhalten des eingeleiteten Zeitintervalls unwirksam, weil die zwischengeschaltete Diode keinen elektrischen Strom führen kann.

Von Vorteil wäre es bei der Erfassung eines Erdschlußstroms weiter, feststellen zu können, ob ein Erdschlußstrom fließt oder zuvor aufgetreten ist, selbst wenn der Erdschlußstrom bereits abgesunken oder auch kompensiert worden ist.

Andererseits ist es infolge bestimmter inhärenter kapazitiver bzw. resistiver Begrenzungen für Schaltelemente, wie sie in bekannten Zeitverzögerungskreisen eingesetzt werden, schwierig, in Verbindung mit den bekannten Schaltungsanordnungen eine nahezu augenblickliche Auslösung des zugeordneten schützenden Abschalters zu bewirken und gleichzeitig die Möglichkeit beizubehalten, vor Einleitung eines Auslösevorgangs eine vorgegebene Zeitverzögerung vorzusehalten.

Erfindungsgemäß ist ein Erdschlußdetektor zur Öffnung eines elektrischen Abschalters in Abhängigkeit vom Auftreten eines Erdschlußstroms in einem von dem Abschalter zu schützenden elektrischen System, wobei der Erdschlußstrom durch eine Stromüberwachungseinrichtung erfaßt wird, die einen sich entsprechend dem Erdschlußstrom in dem System ändernden Ausgangsstrom abgibt, gekennzeichnet durch einen elektrischen Eingangskreis für den Anschluß an die Stromüberwachungseinrichtung, einen mit dem Eingangskreis in Reihe geschalteten veränderlichen Verzögerungskreis sowie einen mit dem Verzögerungskreis in Reihe geschalteten elektrischen Ausgangskreis sowie dadurch, daß der Eingangskreis den von der Stromüberwachüngseinrichtung abgegebenen Ausgangsstrom aufnimmt und ein erstes Ausgangssignal zur Betätigung des Verzögerungskreises liefert, wenn der Ausgangsstrom einen vorgegebenen Wert erheblich übersteigt, der Verzögerungskreis einen Zeitgeber

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zur Lieferung eines zweiten Ausgangssignals an den Ausgangskreis nach Ablauf einer bestimmten Zeitverzögerung im Anschluß an das erste Ausgangssignal aufweist, der Ausgangskreis in Abhängigkeit von dem zweiten Ausgangssignal ein drittes Ausgangssignal zur öffnung des Abschalters liefert, der Erdschlußdetektor über den Verzögerungskreis rückstellbar ist, wenn das erste Ausgangssignal vor Ablauf der Zeitverzögerung unter den vorgegebenen Wert abgefallen ist, und daß der elektrische Ausgangskreis einen Speicher enthält, der das dritte Ausgangssignal nach Beendigung des ersten Ausgangssignals und nach Übermittlung des zweiten Ausgangssignals durch den Verzögerungskreis an den Ausgangskreis aufrechterhält.

Erfindungsgemäß enthält der Erdschlußdetektor ein einziges kapazitives Element, das die Doppelfunktion ausübt, die Auslösung des Abschalters zu verzögern und den Erdschlußdetektor rückzustellen, wenn der Erdschlußstrom vor Ablauf des vorgesehenen Zeitverzögerungsintervalls verschwindet oder aufhört, in dem zu schützenden Kreis zu fließen.

Die Verwendung von Isolierdioden zwischen den Stufen wird in dem Schaltungsaufbau des Erdschlußdetektors nach der Erfindung auf einem Minimum gehalten. Potentialstörungen der Dioden, die zu unerwünschten Betriebszuständen führen können, werden somit vermieden. Wird mittels des Erdschlußdetektors festgestellt, daß in dem zu schützenden System ein Erdschlußstrom auftritt, so wird hierbei die Zuverlässigkeit des Detektors hinsichtlich der öffnung des zugeordneten Abschalters infolge des Fehlens mindestens gewisser Zwischenstufen-Dioden erhöht.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann ein Abschaltkreis für den Verzögerungskreis vorgesehen sein, der mit einem Eingang an dem elektrischen Eingangskreis liegt und einen Ausgang zur Erzeugung eines weiteren Ausgangssignals, wenn aas Eingangssignal das erste Ausgangssignal erzeugt, sowie einen Wählschalter mit mehreren, zwischen den Ausgang des Abschaltkreises und den Verzögerungskreis geschalteten Einstellungen aufweist, wobei der Verzögerungskreis in der einen Einstellung des Wählschalters durch das zusätz-

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liehe Ausgangssignal so betätigt werden kann, daß der Ausgangskreis im wesentlichen augenblicklich auf das Auftreten des ersten Ausgangssignals anspricht und dadurch den Ausgangskreis das dritte Ausgangssignal abgeben läßt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch ein elektrisches übertragungssystem mit einer Mehrzahl Erdstromfühlern und zugeordneten Abschaltern;

Fig. 2 ein Verzweigungen aufweisendes übertragungssystem mit einer Mehrzahl Erdschlußfühler und Erdschlußdetektoren;

Fig. 3 ein Funktions-Blockschaltbild eines zwischen ein elektrisches übertragungssystem, eine Stromüberwachungseinrichtung und einen Abschalter geschalteten Erdschlußfühlsrs;

Fig. 4 den Schaltungsaufbau des in Fig. 3 wiedergegebenen Blockschaltbildes;

Fig. 5 ein Funktions-Blockschaltbild eines Erdschlußfühlers ähnlich Fig. 3, das jedoch zusätzlich einen Abschaltkreis zum ünwirksammachen eines veränderlichen Verzögerungskreises des Erdschlußfühlers aufweist; und

Fig. 6 den Schaltungsaufbau des Erdschlußfühlers der Fig. 5.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 der Zeichnung ein elektrisches übertragungssystem 10 mit einer Energiequelle 12 und einem elektrischen Verbraucher 14. In diesem speziellen Fall weist die Energiequelle 12 Sternschaltung auf, wobei der mit Cl bezeichnete Sternpunkt geerdet ist. Der Verbraucher weist ebenfalls Sternschaltung auf, wobei von seinem geerdeten Sternpunkt C2 ein Null-Leiter N zu dem

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Sternpunkt Cl der Energiequelle 12 zurückgeführt ist. Zu dem übertragungssystem 10 gehören ebenso die drei Phasenleiter entsprechend den drei Phasen A, B und C, wie sie in der Zeichnung mit 0A, 0B und 0C angedeutet sind. Das übertragungssystem 10 weist in diesem Fall vier Erdschlußüberwachungsschleifen CMl, CM2, CM3 und CM4 sowie vier entsprechende Erdschlußfühler GFSl, GFS2, GFS3 bzw. GFS4 auf. Darüber hinaus ist das System mit vier dreiphasigen Abschaltern CBl,CB2, CB3 bzw. CB4 ausgestattet.

Die Erdschlußüberwachungsschleife CMl ist mit dem Erdschlußfühler GFSl verbunden, der einen Abschalter CBl mit einer Mehrzahl abtrennbarer Linienkontakte Kl steuert. Das gleiche gilt analog für die Abschalter CB2, CB3 bzw. CB4.

Es sei angenommen, daß in den Phasen A-C Augenblicksströme IA IC fließen, wobei der Null-Leiter N bei bestimmten Betriebsbedingungen einen Rückstrom IN führt. In dem Rück- oder Null-Leiter fließt etwa dann ein Strom, wenn der elektrische Verbraucher 14 ungleichmäßige Lastkomponenten Ll, L2 und L3 aufweist. Da jedoch alle vier Leiter 0A, 0B, 0C und N von einer Erdschlußüberwachungsschleife wie etwa CMl umschlossen sind, ist der insgesamt in einer Erdschlußüberwachungsschleife CM induzierte Strom normalerweise im wesentlichen Null, weil die in der Erdschlußüberwachungsschleife CMl durch die entsprechenden Pshasenströme IA - IC induzierten magnetischen Flüsse durch den entgegengesetzt fließenden Null-Strom IN ausgeglichen werden. Da die Ströme im Gleichgewicht gehalten werden, wird in dem die Erdschlußüberwachungsschleife CMl beeinflussenden Teil der übertragungsleitung insgesamt kein Null-Strom wahrgenommen, so daß auch kein Signal zu dem Erdschlußfühler GFSl gelangt und demnach die Kontakte Kl des Abschalters CBl geschlossen bleiben.

Hinsichtlich der Erdschlußüberwachungsschleifen CM3 und CM4 ist davon ausgegangen, daß in deren Einflußbereich ein Erdschlußstrom IG an Erde und von dort zum neutralen Sternpunkt Cl der Energiequelle 12 fließt. Dieser Erdschlußstrom IG erzeugt eine resultierende Stromkomponente, die in den Erdschlußüberwachungsschleifen

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CM3 und CM4 Ströme induziert.

Da die Amplitude des Erdschlußstroms IG ggf. nicht ausreicht, um entweder den Abschalter CB3 oder oder aber den Abschalter CB4 auszulösen, dennoch aber so groß sein kann, daß einer der beiden Abschalter CB3 bzw. CB4 oder aber in Nähe dieser Abschalter befindliche Bauteile Schaden nehmen, muß der Erdschlußstrbm IG unterbrochen werden. In diesem speziellen Fall erfassen die Erdschlußfühler GFS3 und GFS4 die entsprechenden, in den Erdschlußüberwachungsschleifen CM3 und CM4 induzierten Ströme und sprechen darauf so an, daß die Kontakte K3 und K4 der Abschalter CB3 bzw. CB4 geöffnet werden.

Mit Fig. 2 ist ein weiteres Anwendungsbeispiel für Erdschlußdetektoren und Erdschluß-Erfassungssysteme in Verbindung mit einem elektrischen Übertragungssystem 15 gezeigt. Dieses übertragungssystem 15 weist wieder eine Energiequelle 12 auf, die in Sternschaltung geschaltet sein kann und einen geerdeten Sternpunkt GM hat. Ferner enthält das übertragungssystem 15 einen elektrischen Verbraucher 14, der eine Last Ll bildet. Eine dem übertragungssystem 15 angehörende übertragungsleitung 16 ist in ähnlicher Weise wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben durch Abschalter CBl, CB2, CB3 und CB4 geschützt. Den Abschaltern CBl - CB4 sind ähnliche Erdschlußüberwachungsschleifen CMl - CM4 sowie Erdschlußfühler GFSl - GFS4 zugeordnet. Insoweit entspricht das elektrische übertragungssystem 15 dem elektrischen übertragungssystem 10 der Fig. 1. Jedoch ist das übertragungssystem 15, wie mit übertragungsleitungen 17 und 20 angedeutet, verzweigt aufgebaut, so daß mehrere Verteilungswege für die elektrische Energie von der Energiequelle 12 zu elektrischen Verbrauchern wie den Lasten L2, L3 bzw. L4 zur Verfügung stehen. Die Last L2 wird durch eine Schutzschaltung 18 mit einer Erdschlußüberwachungsschleife, einem Erdschlußfühler sowie einem Abschalter geschützt. Die Lasten L3 und L4 sind durch ähnliche Schutzschaltungen 22, 24 bzw. 26 geschützt. Wenn ein Erdschlußstrom fließt, wie das an der Stelle 27 in der übertragungsleitung 16 angedeutet ist, so sprechen die Erdschlußüberwachungsschleife CM3 und der Erdschlußfühler GFS3 auf die Anwesenheit

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eines Erdstromes IG an, so daß der Abschalter CB3 betätigt wird, seine Kontakte K3 öffnet und die Lasten Ll und L2 von der Energiequelle 12 abtrennt. Das Erdschluß-Detektorsystem mit der Erdschlußüberwachungsschleife CM4, dem Erdschlußfühler GFS4 und dem Abschalter CB4 (mit den Kontakten K4) kann zeitlich so verzögert sein, daß es langsamer als der zuvor erwähnte Erdschlußfühler GFS3 anspricht, so daß, wenn der Abschalter CB3 geöffnet wird, um das Fließen des Erdschlußstroms IG an Erde oder über die Stelle 27 zu verhindern, der Abschalter CB4 nicht sogleich öffnen kann und der Energiefluß zu den Lasten L3 und L4 über die Schutzschaltungen 22, 24 und 26 ohne Unterbrechung bleiben kann.

Wie mit Fig. 3 veranschaulicht, weist ein Erdschluß-Detektorsystem 28 ähnlich wie die Ubertragungssysteme nach Fig. 1 und 2 eine Energiequelle 12 zur Erzeugung einer dreiphasigen Wechselspannung sowie einen elektrischen Verbraucher 14 auf. Durch die Phasenleiter 0A, 0B, 0C sowie den Null-Leiter N fließen entsprechend einem bestimmten Betriebszustand des Erdschluß-Detektorsystems 28 die Augenblicks-Phasenströme IA, IB, IC bzw. IN. Eine Erdschlußüberwachungsschleife bzw. ein Wandler 30 umschließt alle vier Leitungen. Das Erdschluß-Detektorsystem 28 weist einen Abschalter 50 mit Kontakten 5OA, 5OB, 5OC sowie 5ON für den Schutz der Leitungen 0A, 0B, 0C bzw. N auf. Bezüglich der Energiequelle 12 und des Verbrauchers 14 ist zwar von einer Sternschaltung ausgegangen, jedoch sind diese beiden Elemente nicht unbedingt auf diese Art der dreiphasigen elektrischen Verbindung beschränkt.

Der Abschalter 50 wird zumindest während bestimmter Betrlebszustände durch einen Erdschlußfühler 32 gesteuert. Der Erdschlußfühler 32 hat einen Eingang 34, über den Energie oder elektrischer Strom von dem Wandler 30 an den Erdschlußfühler 32 geliefert werden kann. Der in der Zeichnung dargestellte Erdschlußfühler 32 ist mit einer eigenen oder einer gesonderten Energiequelle 60 versehen, die von einer herkömmlichen Quelle für elektrische Gleichoder Wechselenergie gebildet sein kann. Der Erdschlußfühler 32 weist drei Funktionskreise auf, die von einem elektrischen Eingangskreis 35, einem veränderlichen Verzögerungskreis 40 bzw.

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einem elektrischen Ausgangskreis 43 gebildet sind. Von dem Wandler 30 abgegebener Strom, der sich mit dem in dem Erdschluß-Detektorsystem 28 fließenden Erdschlußstrom ändert, beaufschlagt den Eingang 34, um anschließend durch den Eingangskreis 35 ausgewertet zu werden, so daß dieser ein entsprechendes Ausgangssignal an den veränderlichen Verzögerungskreis 40 abgeben kann. Ein dann von dem veränderlichen Verzögerungskreis 40 erzeugtes Ausgangssignal speist den elektrischen Ausgangskreis 43, dessen Ausgangssignal wiederum den Abschalter 50 beaufschlagt.

Der elektrische Eingangskreis 35 kann einen Signalformer 36 mit einer elektrischen Empfindlichkeitssteuerung 70'sowie einen Spannungsvergleicher 38 aufweisen. Der Ausgangskreis 43 kann ein Schalterbetätigungsglied 44 mit einem Speicher 44m sowie eine von dem Schalterbetätigungsglied 44 gespeiste Schalterstufe 48 enthalten. Darüber hinaus kann der Verzögerungskreis 40 mit einer Einstellvorrichtung 42 für den jeweiligen zeitlichen Verzögerungswert und das Schalterbetätigungsglied 44 mit einem Rückstelleingang 46 versehen sein.

Wird im Betriebszustand des Erdschlußfühlers 32 ein Erdschlußstrom in dem Erdschluß-Detektorsystem festgestellt, so erhält der Wandler 30 so viel Energie, daß er einen elektrischen Ausgangsstrom an den Signalformer 36 liefert, der dieses Signal in eine Spannung umwandelt, deren Wert von der Einstellung der Empfindlichkeitssteuerung 70 abhängig ist. Diese Spannung beaufschlagt dann den Spannungsvergleicher 38. übersteigt die Spannung einen vorgegebenen Wert, so wird von dem Spannungsvergleicher 38 ein Ausgangssignal an den Verzögerungskreis 40 abgegeben. Der Verzögerungskreis 40 liefert dann im wesentlichen nach Ablauf eines durch die Einstellvorrichtung 42 vorgegebenen Zeitintervalls ein Ausgangssignal an das Schalterbetätigungsglied 44, das seinerseits die Schalterstufe 48 mit einem Ausgangssignal beaufschlagt. Dadurch wird die Auslösespule des Abschalters 50 erregt, so daß die Kontakte 5OA 5OC und 5ON öffnen. Kommt es innerhalb der vorgegebenen Zeitverzögerung zum Verschwinden oder zu einer Korrektur des Erdschlußstroms, so erhält das Schalterbetätigungsglied 44 kein Auslöse-

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signal, so daß infolgedessen auch der Abschalter 50 nicht in den geöffneten Zustand übergeht. Der zusätzlich zu dem Schalterbetätigungsglied 44 vorgesehene Speicher 44m kann eine Anzeige dafür liefern, daß ein Signal zur öffnung des Abschalters 50 aufgetreten ist.

Mit Fig. 4 ist weiter ins einzelne gehend ein möglicher Schaltungsaufbau 32' für den Erdschlußfühler 32 wiedergegeben. Der Aufbau des zu überwachenden Systems entspricht demjenigen der Fig. 1-3, wobei hier der Abschalter mit 150 und dessen Kontakte mit 150A - 150C und 150 N bezeichnet sind. Erfaßt der Wandler 30 einen Erdschlußstrom, so fließt ein induzierter primärer Wechselstrom IP durch Zuleitungen 34B und 34A einer Primärwicklung P eines Transformators Tl. Dementsprechend wird in der Sekundärwicklung S des Transformators Tl ein Sekundärstrom IS erzeugt. Der Sekundärstrom IS teilt sich in zwei Stromkomponenten ISl und IS2 auf. Die erste Stromkomponente ISl fließt über eine Reihenschaltung aus Widerständen 72 und 70, die parallel zu der Sekundärwicklung S des Transformators Tl geschaltet ist. Der Widerstand 70 ist veränderlich ausgebildet, so daß der Strom IS einen niedrigeren oder einen höheren Widerstand vorfindet und dementsprechend die die Widerstände 70 und 72 durchfließende Stromkomponente ISl größer oder kleiner gemacht werden kann. Der einstellbare Widerstand 70 entspricht dabei der Empfindlichkeits-Einstellvorrichtung 70'der Fig. 3. Die zweite Stromkomponente IS2 durchfließt eine Brücke 76 mit Eingängen 76 IL und 76 IR. Die zweite Komponente kann naturgemäß durch Verstellung des Widerstandes 70 - für gleichbleibenden Primärstrom IP - größer oder kleiner gemacht werden. Die Brücke läßt von ihrer positiven Ausgangsklemme 76P einen Ausgangsstrom IB zu ihrer negativen Ausgangsklemme 76N fließen. Dieser Strom IB durchfließt auch einen Widerstand 78, an dem ein Gleichpotential V4 abfällt (vgl. Verbindungspunkt 81), das ausreicht, um die übrigen Schaltkreise des Erdschlußfühlers 32 zu aktivieren.

Die Größe des Gleichpotentials V4 wird durch einen Filterkondensator 77 bestimmt, der typischerweise einen Wert haben kann, so daß ein Erdschlußstrom von 5 A in dem Wandler 30 einen primären

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Wechselstrom IP erzeugt, der ausreicht, um ein Gleichpotential V4 zu erzeugen, das den Erdschlußfühler 32 den Abschalter 150 öffnen läßt.

Wenn das Gleichpotential V4 einen zur Vorspannung einer Isolierdiode 82 in Durchlaßrichtung ausreichenden Wert erlangt, wird ein normalerweise leitender Transistor 84 gesperrt. Dieser Transistor 84 kann vom pnp-Typ sein und mit seinem Emitter an dem einen Ende eines Widerstandes 86 liegen. Das andere Ende des Widerstandes 86 ist mit einem positiven Potential V2 verbunden, das von einer gesonderten Spannungsquelle geliefert werden und beispielsweise eine stark geregelte 15 V-Gleichspannung sein kann. Mit dem Emitter des Transistors 84 ist ferner eine Widerstandsanordnung 94 verbunden, die von einem einzelnen Widerstandselement oder zwei in Reihe geschalteten Widerständen 94A und 94B gebildet sein kann. Mit der Basis des Transistors 84 ist die Kathode der vorerwähnten Isolierdiode 82, ferner ein Basiswiderstand 88 verbunden, der von zwei in Reihe geschalteten Widerständen 88A und 88B gebildet sein kann. Zwischen den Emitter und den Kollektor des Transistors 84 ist ein Mehrzweck-Zeitgeberkondensator 104 geschaltet, der in Kombination sowohl zur Rückstellung als auch zur Zeitgebung dient. Normalerweise fließt von dem Potential V2 über den Emitter-Widerstand 86 und die Widerstandsanordnung 94 (bzw. Widerstände 94A, 94B) ein Strom zurück zum Gegenpol des Potentials V2. Dieser Strom erzeugt an einem Verbindungspunkt 87 bzw. dem Emitter des Transistors 84 eine Spannung V5, die etwa 12 V betragen kann. Diese Spannung V5 genügt, um den Transistor 84 normalerweise in Durchlaßrichtung vorzuspannen und damit Strom durch den Basiswiderstand 88 fließen zu lassen. Solange das Gleichpotential V 4 nicht ausreicht, um die Isolierdiode 82 in bezug auf deren Verbindungspunkt mit dem Basiswiderstand 88 vorzuspannen und somit den Transistor 84 zu sperren, wird der Mehrzweck-Zeitgeberkondensator 104 praktisch kurzgeschlossen. Die Spannung an einem Verbindungspunkt 100 zwischen dem Kollektor des Transistors 84 und dem zugeordneten Ende des Zeitgeberkondensators 104 ist dann im wesentlichen gleich der Spannung an der gemeinsamen Leitung 31. Der Verbindungspunkt 100 ist mit dem negativen Ausgang 76N der Brücke 76 über eine Widerstands-

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anordnung 106 verbunden, die aus zwei Widerständen 160A und 160B aufgebaut sein kann, wobei der Widerstand 160B veränderlich ist. Im Normalzustand fließt Strom vom Kollektor des Transistors 84 zu der Widerstandsanordnung 106. Durchfließt der Strom die Widerstandsanordnung 106, so ist das Potential V6 am Verbindungspunkt 100 im wesentlichen gleich dem Potential V5, wobei die Differenz zwischen diesen beiden Potentialen dem Spannungsabfall zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors 84 entspricht. Jedoch wird der Transistor 84 gesperrt, so daß der Strom durch die Widerstandsanordnung 106 vom Kollektor des Transistors 84 vernachlässigbar ist und das Potential V6 sich ändert. Jedoch kann das Potential V6 sich infolge der für die Ladung des Zeitgeberkondensators 104 erforderlichen Zeit nicht augenblicklich ändern. Die RC-Zeitkonstante für die Aufladung des Zeitgeberkondensators 104 wird durch den Wert des Zeitgeberkondensators 104 sowie der Widerstände 86, 160A und 160B bestimmt und kann durch Änderung des Widerstandes 160B beeinflußt werden, wobei der Widerstand 160B im übrigen der Einstellvorrichtung 42 der Fig. 3 entspricht. Wenn der Kondensator 104 sich auflädt, nimmt das Potential V6 am Verbindungspunkt 100 im wesentlichen den Wert Null an.

Wenn das Potential V4 auf einen Wert absinkt, der zur Vorspannung des Transistors 84 in Durchlaßrichtung ausreicht, so entlädt sich der Zeitgeberkondensator 104 oder aber er stellt/aureh den Kollektor-/Emitterstrom des Transistors 84 zurück. Der Verbindungspunkt 100 liegt an der Basis eines zweiten Transistors 110. Der Transistor 110 ist normalerweise gesperrt, wenn das Potential V6 höher als das Potential V3 an dem Emitter 112 des pnp-Translstors 110 ist. Nähert sich jedoch das Potential V6 dem Wert des Potentials der gemeinsamen Leitung 31, so wird der Transistor 110 leitend, so daß Strom von dem das Potential V3 führenden Punkt über die Emitter-/Kollektorstrecke des Transistors 110 und die Widerstände 114, 116, 118 zu dem negativen Ausgang 76N der Brücke 76 fließen kann. Das Potential V3 kann beispielsweise von einer Gleichspannungsquelle mit 6,8 V zur Verfügung gestellt werden, die in bezug auf das Potential an der Ausgangsklemme 76N positiv ist. Infolge des Stromflusses durch die Widerstände 114, 116, 118 fallen an Verbinde -1 0/ 0 i)8

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dungspunkten 120 und 133 mit V7 bzw. V9 bezeichnete Potentiale an.

Der Verbindungspunkt 120 liegt an der Basis eines dritten Transistors 122, der sich normalerweise im gesperrten Zustand befindet, weil das Potential V7 an der Basis 122B in bezug auf die Spannung der Quelle des Potentials Vl sehr niedrig oder nahezu Null ist. Infolgedessen fließt von dem das Potential Vl führenden Punkt ein Strom über einen Widerstand 124 zur Basis 128B des Transistors 128 und von dort über die Basis-/Emitterstrecke des Transistors 128 zu dem negativen Ausgang 76N. Dieser Basisstrom hält den Transistor 128 normalerweise im leitenden Zustand. Steigt jedoch das Potential V7 an, etwa wenn der Transistor 110 leitend wird, so wird die Kollektor-/Emitterstrecke des Transistors 122 leitend. Daher geht ein Teil des Stroms, der zuvor in die Basis 128B geflossen war, an die Kollektor-/Emitterstrecke des leitenden Transistors 122 über. Daraufhin hört der Transistor 128 auf zu leiten. Damit fließt aber auch kein Strom mehr von dem das Potential Vl führenden Punkt über den Widerstand 130 und die Kollektor-/Emitterstrecke des Transistors 128. Das Potential V8 an einer Gate-Elektrode 133G eines Thyristors 132 nimmt in positiver Richtung zu, weil der Spannungsabfall am Widerstand 130 aufgrund den Widerstand 130 durchfließenden Stroms erheblich abnimmt. Eine Erhöhung des Potentials V8 läßt den Thyristor 132 leitend werden, wobei der von dem Thyristor 132 geführte Strom über Dioden 136 und 138 zu dem negativen .Ausgang 76N der Brücke 76 fließt. Gezogen wird dieser Strom vom das Potential Vl führenden Punkt über in Reihe geschaltete Widerstände 124 und 127. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Thyristor 132 parallel zu Ausgängen 140P und 140N einer Spannungsversorgungsbrücke 14Qugesehaltet. Durch Einschaltung des Thyristors 132 wird ein Stromkreis zwischen den Ausgangsklemmen der Spannungsversorgungsbrücke 140 geschlossen, so daß Strom durch bestimmte zugeordnete Bauelemente fließen kann.

Zur Bildung des Speichers 44m wird die Erhöhung des Potentials V8 an der Gate-Elektrode 133G über eine in Durchlaßrichtung vorgespannte Diode 134 an einen das Potential V9 führenden Verbindungspunkt 133 weitergegeben. Die dadurch erzielte Erhöhung des Poten-

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tials V9 wirkt sich über einen Widerstand 116 auf den Verbindungspunkt 120 aus, dessen Potential V7 proportional ansteigt. Dadurch wird die Basis 122B des Transistors 122 in Durchlaßrichtung vorgespannt gehalten, unabhängig davon, was in den vorerwähnten zugeordneten Vorstufen des Schaltkreises geschieht, bis das Potential V8 über einen den Rückstelleingang 46 der Fig. 3 repräsentierenden Schalter wieder abgesenkt wird, der das Potential Vl von der Gate-Elektrode 133G abtrennt. Dadurch wird gleichzeitig auch eine Rückstellung des Speichers 44m bewirkt. Bei dem beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiel entspricht der zur Anode des Thyristors 132 fließende Strom 1461 einem vollweggleichgerichteten Strom,wie das mit dem Kurvenzug 146W schematisch angedeutet ist.

Die Energiequelle 160 kann eine mit Netzfrequenz arbeitende Spannungsquelle jeden beliebigen Wertes sein. Sie weist einen ersten Ausgang 6OP sowie einen zweiten Ausgang 6ON auf, die zu einem bestimmten Zeitpunkt positiv bzw. negativ sind. Es sei angenommen, daß zunächst eine Halbwelle des Wechselstroms von dem augenblicklich positiven Ausgang 6OP über eine Abschalter-Auslösespule 147, einen geschlossenen Schalter 148 zu einem Anschluß 60S und der Diode 140A der SpannungsVersorgungsbrücke 140 fließt. Der Strom fließt dann in der Diode 140A zu dem positiven Ausgang 140P der vollweggleichrichtenden Spannungsversorgungsbrücke 140 und durch den Thyristor 132 sowie die Reihenschaltung aus den Dioden 136 und 138 zu dem negativen Ausgang 140N der Spannungsversorgungsbrücke 140, anschließend durch die Diode 140B zu dem anderen Ausgang 6ON der Energiequelle 60. Wenn die Polarität des von der Energiequelle 60 abgegebenen Wechselstroms sich im Verlauf der nächsten Halbwelle ändert, so wird die Spannung am Ausgang 6ON gegenüber der Spannung am Ausgang 6OP augenblicklich positiv, so daß Strom vom Ausgang 6ON über die Diode 140C zum positiven Ausgang 140P, von dort über den Thyristor 132, die Dioden 136 und 138 zum negativen Ausgang 140N, über die Diode 140D zum Anschluß 60S des Erdschlußfühlers 32 fließt. Vom Anschluß 60S fließt der Strom über den Schalter 148 und die Auslösespule 147 zum anderen Ausgang 6OP. Die Energiequelle 60 kann im übrigen auch die Energie zur Erzeugung der Potentiale Vl - V3 liefern. Dabei kann der Spannungsbereich

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zwischen 40 und 120 V (Wechsel- oder Gleichspannung) liegen, der dann aber immer-noch ausreicht, um die verschiedenen Bauelemente des Erdschlußfühlers 32 zu speisen und die Auslösespule 147 zu aktivieren. Die Potentiale Vl - V3 können Gleichpotentiale mit Werten von etwa 110 V, 15 V bzw. 6,8 V sein. Der Ausgang 6OP ist außerdem an das eine Ende eines Widerstandes 60Rl angeschlossen, dessen anderes Ende an einer Diode 60Dl und einem Speicherkondensator 60Cl liegt. Wenn die Energiequelle 60 eine Gleichspannung abgibt, kann die Diode 60Dl in Durchlaßrichtung vorgespannt und der Kondensator 60Cl auf den Wert der Spannung des Ausgangs 6OP aufgeladen werden. Diese Gleichspannung kann beispielsweise 40 V betragen. Gibt die Energiequelle 60 eine Wechselspannung ab, dann treten an der Kathode der Diode 60Dl nur positive Halbwellen auf. Die Kathode der Diode 60Dl ist mit einem zweiten Kondensator 6OC2 verbunden, der in Kombination als Filter- und Energiespeicher-Kondensator dient. Das Potential Vl wird für den Fall, daß die Energiequelle 60 Wechselspannung liefert, in verhältnismäßig geringerem Umfang geregelt, aber die Energiequelle 60 ist dennoch dahingehend wirksam, daß sie Zenerdioden 60Zl und 6OZ2 über einen Widerstand 6OR2 aktiviert, um an den Punkten 85 bzw. 112 weitgehend ausgeregelte Werte für die Spannungen V2 und V3 zu erzeugen.

Parallel zu der Reihenschaltung aus Thyristor 132 und Dioden 136, 138 ist eine weitere Reihenschaltung aus einem Kondensator 142 und einem Widerstand 144 geschaltet* Die Reihenschaltung aus Kondensator 142 und Widerstand 144 dient einem doppelten Zweck. Zum einen wird dadurch eine sporadische Anodentriggerung des Thyristors 132 infolge einer hohen Spannungsänderung bezogen auf die Zeit verhindert, die die Anoden-/Kathodenstrecke des Thyristors 132 beaufschlagt. Der Kondensator 142 und der Widerstand 144 absorbieren oder unterdrücken die hohen Werte des Spannungsanstiegs in bezug auf die Zeit. Da die Reihenschaltung aus Kondensator 142 und Widerstand 144 auch parallel zu den Ausgängen der Brücke 140 geschaltet ist, wirkt sie glättend auf die sich ändernde Komponente des von den Ausgängen der Brücke 140 ausgehenden Stroms 1461. Außerdem sorgen Kondensatoren 162, 169, 177 zur Unterdrückung von Spannungsspitzen, die auf die Transistoren 84., 110 bzw. 122 einzuwir-

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ken suchen. Der Kondensator 160 wirkt ebenfalls unterdrückend auf Spannungsspitzen.

Die Brücke 76 enthält parallele Diodenpaare 76A - 76D, die infolge der Parallelschaltung große Stromwerte der vollweggleichrichtenden Brücke 76 aufnehmen können.

Eine Dioden-Parallelschaltung 164 enthält drei parallelgeschaltete Dioden 164A - 164C. Die Anoden dieser Dioden liegen an dem positiven Ausgang 76B, während die Kathoden mit dem das Potential V2 führenden Verbindungspunkt 85 verbunden sind. Diese Dioden bilden einen Kurzschlußpfad für einen hohen Strom, wenn der Wert des Potentials V4 auf einen so hohen Wert ansteigt, daß der Transistor 84 durch eine unzulässig hohe Basis-/Emitterspannung in Sperrichtung gefährdet würde. Die Dioden-Parallelschaltung wirkt somit für bestimmte Betriebszustände des positiven Ausgangs 76P der Brücke 76 spannungsregulierend.

Wie mit Fig. 5 veranschaulicht, kann dem Erdschlußfühler 32 ein veränderlicher Abschaltkreis 68 zugeordnet sein, der elektrisch mit dem Verzögerungskreis 40 über einen Schalter 170 in Verbindung steht. An seinem anderen Ende ist der veränderliche Abschaltkreis 68 über eine Klemme 62 an den Spannungsvergleicher 38 angeschlossen. Wenn der Schalter 170 geschlossen ist bzw. sich in der Position B befindet, so ist der Ausgang des Abschaltkreises 68 mit einem Eingang 64 des Verzögerungskreises 40 verbunden. Das Eingangssignal des veränderlichen Abschaltkreises 68 wird von dem Eingangskreis 35 bzw. speziell von der Ausgangs-Klemme 62 des Spannungsvergleichers 38 abgeleitet. Steht der Abschaltkreis 68 über den Schalter 170 und den Eingang 64 mit dem Verzögerungskreis 40 in Verbindung, so sorgt die Erfassung eines vorgegebenen Wertes Erdschlußstrom durch den Wandler 30 für eine im wesentlichen augenblickliche Öffnung des Abschalters 50, auch wenn der Zeit-Verzögerungskreis 40 mittels der Einstellvorrichtung 42 auf eine erhebliche Zeitverzögerung vor Auslösung des Abschalters 50 eingestellt worden ist. Der veränderliche Abschaltkreis 68 kann somit als Einrichtung betrachtet werden, die sich so einstellen läßt,

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daß die Einstellvorrichtung 42 des Verzögerungskreises 4O übergangen wird.

Fig. 6 zeigt einen Schaltungsaufbau ähnlich Fig. 4, der jedoch zusätzlich einen Schaltungsaufbau für den veränderlichen Abschaltkreis 68 enthält. Gleiche Elemente in den Fig. 4 und 6 sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen worden. Der veränderliche Abschaltkreis 68' enthält einen npn-Transistor 168 sowie den Schalter 170. Der Knoten 172 zwischen den Widerständen 88A und 88B ist mit der Basis des Transistors 168 verbunden. Der Knoten zwischen den Widerständen 94A und 9 4B ist mit dem Emitter des Transistors 168 verbunden. Der Kollektor des Transistors 168 liegt an dem gemeinsamen Kontakt des Schalters 170. Der Kontakt B des Schalters 170 liegt an dem einen Ende des Mehrzweck-Zeitgeberkondensators 104 sowie dem Kollektor des Transistors 84. Der Schalter 170 hat einen weiteren Kontakt A, so daß der Kontaktarm des Schalters 170 wahlweise mit dem stationären Kontakt B oder aber dem stationären Kontakt A in Verbindung gebracht werden kann.

Liegt der Kontaktarm des Schalters 170 an dem Kontakt B, so würde die zeitgebende Funktion des Zeitgeberkondensators 104 normalerweise beginnen, sobald an dem Verbindungspunkt 81 eine genügend große Spannung V4 auftritt, um den Transistor 84 zu sperren. Gleichzeitig kann ein ausreichender Spannungswert aber auch über den Basiswiderstand 88 mit den Widerständen 88A, 88B an dem Knoten 172 auftreten, der den verhältnismäßig starren Spannungswert am Knoten 174 übersteigt und den Transistor 168 in Durchlaßrichtung vorspannt, so daß die Kollektor-/Emitterstrecke des Transistors 168 leitend wird. Dadurch wird das untere Ende des Zeitgeberkondensators 104, bzw. der Verbindungspunkt 100 praktisch mit der gemeinsamen Verbindungsleitung 31 bzw. dem negativen Ausgang 76N über den Schalter 170, die Kollektor-/Emitterstrecke des Transistors 168 sowie den verhältnismäßig kleinen Widerstand 94B verbunden. Der Widerstand 94B kann absichtlich gegenüber der Widerstandsanordnung 106 verhältnismäßig klein gewählt sein, so daß das Potential des unteren Endes des Kondensators 104 sich rasch oder nahezu augenblicklich auf das .an der gemeinsamen Leitung 31 anste-

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hende Spannungspotential ändert. Die Aufladung des Kondensators
104 erfolgt verhältnismäßig rasch, so daß sie nahezu augenblicklich eintritt. Somit wird auch der Transistor 110 nahezu augenblicklich leitend, so daß die zuvor beschriebenen Vorgänge, die sich aus dem Leitendwerden des Transistors 110 ergeben und letztlich zur öffnung des Abschalters 150 führen, so rasch eintreten, daß die Kontakte 150A - C und 150N des Abschalters 150 nahezu augenblicklich in den geöffneten Zustand überführt werden, wenn der Wandler 30
einen Erdschlußstrom erfaßt hat.

Wenn der Kontaktarm des Schalters 170 in die Position zurückgebracht wird, in der er an dem Kontakt A anliegt, so daß zwischen
dem Kontakt C und dem Kontakt B keine elektrische Verbindung mehr besteht, so arbeitet der Erdschlußfühler 32 so, als wenn der veränderliche Abschaltkreis 68¹ in der Schaltungsanordnung der Fig. 6 nicht vorhanden wäre. D. h., die öffnung des Abschalters 150 erfolgt wie beschrieben erst nach einer bestimmten Verzögerungszeit.

Der in Verbindung mit dem Widerstand 106, dem Widerstand 86 und
dem Zeitgeberkondensator 104 unter Bildung eines RC-Kreises eingesetzte veränderliche Widerstand 106B kann so verstellt werden, daß Zeitverzögerungen vorgegebener Größe erhalten werden, die zwischen einer Zeit, die fünf Perioden der Netzspannung entspricht, und der Zeit liegt, die etwa 40 Perioden entspricht, ehe der Transistor
110 leitend gemacht wird, wie das in der zuletzt erwähnten gleichlaufenden Patentanmeldung beschrieben ist. Die Aktivierung des
veränderlichen Abschaltkreises 68 über den Schalter 170 kann jedoch beispielsweise die Ansprechzeit auf einen Wert reduzieren,
der kleiner als dieZeit ist, die einer Periode eines gleichartigen Wechselspannungssystems entspricht.

Der Wandler 30 kann von einer Mehrzahl oder aber nur einem einzigen Wandler je Phasenleitung gebildet sein, wobei die Ausgänge der Wandler an einer Summierstelle zusammengefaßt werden. In der praktischen Durchführung kann der Erdschlußdetektor Erdschlußströme in einem symmetrischen oder nahezu symmetrischen Dreiphasensystem erfassen, bei dem der Null-Leiter N von dem Wandler 30 nicht

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umschlossen wird. Die Energiequelle sowie der Verbraucher können jeweils Stern- und/oder Dreieckschaltung aufweisen. Ebenso können mehrphasige übeirtragungssysteme, deren Aufbau von dem Aufbau des beschriebenen Dreiphasensystems abweicht, überwacht werden. Der Abschalter (etwa der Abschalter 150) muß nicht unbedingt einen gesonderten Kontakt 150N haben, um den Null-Leiter abzutrennen. Der Wandler 30 und der zugeordnete Erdschlußfühler 32 können im übrigen auch eingesetzt werden, um andere Arten von Fehlern in elektrischen Systemen zu ermitteln. Beispielsweise kann auch eine Störung hinsichtlich einer gemeinsamen Leitung wie etwa des äußeren Gehäuses einer davon eingeschlossenen Sammelleitung durch den Erdschlußfühler nach der Erfindung ermittelt werden. Ferner kann der Zeitverzögerungsbereich des Erdschlußfühlers innerhalb der Zeitperiode verändert werden, die zwischen einer fünf Perioden des Wechselstroms und vierzig Perioden des Wechselstroms entsprechenden Zeit liegt. Der Rückstelleingang 46 des Schalterbetätigungsgliedes 44 kann mechanisch oder elektrisch ausgebildet sein oder eine Rückstellbetätigung einfach dadurch erfahren, daß das Schalterbetätigungsglied 44 von der Energiequelle 60 abgetrennt wird. Das Schalterbetätigungsglied 44 mit dem Speicher 44m kann ein digitales, ein analoges, ein mechanisches Speichersystem oder eine Kombination daraus enthalten. Alle Funktionsabschnitte wie der Signalformer 36, der Spannungsvergleicher 38, der Verzögerungskreis 40 etc. können elektromechanisch, digital oder analog aufgebaut sein oder auch mit Software wie Lochstreifen arbeiten, so daß ein digitaler Computer alle hinsichtlich der Funktionsabschnitte beschriebenen Funktionen ausführen kann. Der Erdschlußfühler 32 kann auch durch andere Nullfolge-Phasendetektoren wie elektrische Netzwerke oder Filter anstelle des Wandlers 30 aktiviert werden.

Die Anordnung nach der Erfindung hat mehrere Vorzüge. Zunächst wird die Genauigkeit der Verzögerungszeit über einen weiten Temperaturbereich eng eingehalten. Sodann ist die Genauigkeit bei der Erfassung von Erdschlußströmen verhältnismäßig hoch. Auch die Verzögerungszeit, die veränderlich sein kann, ist praktisch unabhängig von dem Wert des EingangsStroms IS, sobald das Auslöseniveau

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erreicht worden ist/ weil die Dioden-Parallelschaltung 164 eine regulierende Funktion ausübt und überschüssige Stromwerte durch Parallelschaltung von der positiven Ausgangsklemme 76P der Brücke 76 fernhält. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Speicher 44m (für Auslösezustände) in dem Schalterbetätigungsglied 44 vorgesehen werden kann, unabhängig davon, was an einer äußeren Last wie der Auslösespule 147 des Abschalters geschieht. Ein weiterer Vorzug liegt in der Verwendung gemeinsamer Schaltelemente wie des Kondensators 104 und des Widerstands 86, um mehrfache Schaltfunktionen durchzuführen. Ebenso ist ein Vorzug darin zu sehen, daß ein Minimum an Isolierdioden zwischen Stufen des Erdschlußfühlers verwendet wird, so daß die Wahrscheinlichkeit einer Störung des gesamten Erdschlußfühlers infolge eines Diodenfehlers verrringert wird. Ein zusätzlicher Vorteil ist es, daß der in Verbindung mit dem Schalter 170 verwendete veränderliche Abschaltkreis 68 die Ansprechzeit des Erdschlußfühlers so weit verkürzen kann, daß der durch den Erdschlußfühler betätigte Abschalter 150 seine Kontakte innerhalb einer Zeitspanne öffnen kann, die etwa einer Periode entspricht, nachdem der Erdschlußstrom oder ein ähnlicher Strom erfaßt worden ist.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche ;

Erdschlußdetektor zur öffnung eines elektrischen Abschalters in Abhängigkeit vom Auftreten eines Erdschlußstroms in einem von dem Abschalter zu schützenden elektrischen System, wobei der Erdschlußstrom durch eine Stromüberwachungseinrichtung erfaßt wird, die einen sich entsprechend dem Erdschlußstrom in dem System ändernden Ausgangsstrom abgibt, gekennzeichnet durch einen elektrischen Eingangskreis (35) für den Anschluß an die Stromüberwachungseinrichtung, einen mit dem Eingangskreis in Reihe geschalteten veränderlichen Verzögerungskreis (40) sowie einen mit dem Verzögerungskreis in Reihe geschalteten elektrischen Ausgangskreis (43) sowie dadurch, daß der Eingangskreis den von der Stromüberwachungseinrichtung abgegebenen Ausgangsstrom aufnimmt und ein erstes Ausgangssignal zur Betätigung des Verzögerungskreises liefert, wenn der Äusgangsstrom einen vorgegebenen Wert erheblich übersteigt,, der Verzögerungskreis einen Zeitgeber sur Lieferung eines zweiten Ausgangssignals an den Ausgangskreis nach Ablauf einer bestimmten Zeitverzögerung im Anschluß an das erste Äusgangssignal aufweist, der Ausgangskreis in Abhängigkeit von dem zweiten Ausgangssignal ein drittes Ausgangssignal zur öffnung des Abschalters liefert, der Erdschlußdetektor (28) "über den Verzögerungskreis· rückstellbar ist, wenn das erste Ausgangssignal vor Ablauf der Zeitverzögerung unter den vorgegebenen Wert abgefallen ist, und daß der elektrische Ausgang.skreis einen Speicher (44m) enthält, der das dritte Ausgangssignal nach Beendigung des ersten Ausgangssignals und nach Übermittlung des zweiten Ausgangssignsls durch den Versögerungskreis an den Ausgangskreis aufrechterhält«
2. Erdschiußdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangskreis (35) einen Signalformer (36) und einen in Reihe damit geschalteten Spannungsvergleicher (38) aufweist, während der Äusgangskreis (43) ein Schalterbetätigungsglied (44) und eine in Reihe damit geschaltete Schaltstufe (48) aufweist, daß der Signalformer (36) mit der Stromüberwachungsein-

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richtung verbunden ist, so daß er das Ausgangssignal der Stromüberwachungseinrichtung aufnimmt und eine dem aufgenommenen Strom im wesentlichen proportionale Ausgangsspannung an den Spannungsvergleicher (38) abgibt, der auf die Ausgangsspannung des Signalformers(36) anspricht, so daß das erste Ausgangssignal erzeugt wird, wenn die Ausgangsspannung des Signalformers (36) einen vorgegebenen Wert nennenswert übersteigt, der dem vorgegebenen Niveau des AusgangsStroms der Stromüberwachungseinrichtung entspricht, daß der Verzögerungskreis (40) das zweite Ausgangssignal abgibt, um das Schalterbetätigungsglied (44) zu aktivieren und damit ein Schalterbetätigungs-Ausgangssignal zu erzeugen, das seinerseits die Schaltstufe (48) aktiviert, so daß das dritte Ausgangssignal nach Ablauf der vorgegebenen Zeitverzögerung nach Aktivierung des Verzögerungskreise3 durch den Spannungsvergleicher (38) geliefert wird.
3. Erdschlußdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalterbetätigungsglied (44) mit dem Speicher (44m) und einer an den Ausgangskreis (43) angeschlossenen Rückstelleinrichtung versehen ist und daß das Schalterbetätigungsglied (44) von dem Speicher (44m) so beaufschlagt wird/ daß das Schalteraktivierungssignal nach seiner Auslösung fortlaufend weiter bis zur Rückstellung durch die zweite Rückstelleinrichtung abgegeben wird.
4. Erdschlußdetektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderliche Verzögerungskreis ein kapazitives Bauelement aufweist, das in Reihe mit einem ersten Widerstand geschaltet ist, und daß der Spannungsvergleicher einen Transistor aufweist, dessen Emitter mit dem einen Ende eines Emitter-Widerstandes bzw. des kapazitiven Bauelements des veränderlichen Verzögerungskreises verbunden ist, daß das andere Ende des Emitter-Widerstandes mit dem positiven Ausgang (76P) einer elektrischen Spannungsquelle verbunden ist, daß der Kollektor des Transistors mit dem anderen Ende des kapazitiven Bauelements und dem einen Ende des ersten Widerstands verbun-

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den ist, daß das andere Ende, des ersten Widerstands mit dem negativen Ausgang (76N) der elektrischen Spannungsquelle in Verbindung steht, daß ein Verbindungspunkt zwischen dem kapazitiven Bauelement und dem ersten Widerstand das zweite Ausgangssignal an das Schalterbetätigungsglied (44) liefert, daß das kapazitive Bauelement von der Spannungsquelle aus über den Emitter-Widerstand und den ersten Widerstand aufgeladen wird, um so für die vorgegebene Zeitverzögerung zu sorgen, wenn die Basis-/Emitterstrecke des Transistors durch Beaufschlagung der Basis mit dem ersten Ausgangssignal in Sperrichtung vorgespannt wird, wobei die Spannung an dem Verbindungspunkt sich entsprechend der Aufladung des kapazitiven Bauelements auf einen Wert auflädt, der das zweite Ausgangssignal enthält und ausreicht, um das Schalterbetätigungsglied (44) zu aktivieren und damit das Schalterbetätigungssignal zu liefern, daß das kapazitive Bauelement mit dem Transistor verbunden ist, um eine Betätigung des Schaltkreisunterbrechers durch Entladung über die Emitter-/Kollektorstrecke des Transistors zu verhindern, wenn die Basis-/Emitterstrecke des Transistors durch Zunahme des ersten Ausgangssignals an der Basis während der vorgegebenen Zeitverzögerungsdauer in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird, wobei die Spannung an dem Verbindungspunkt dann darin gehindert wird, sich weiter auf einen Wert zu ändern, der zur Aktivierung des Schalterbetätigungsgliedes (44) genügt ,/daß die Schaltstufe (48) einen Thyristor (132) aufweist, dessen Gate-Elektrode mit einem Eingang des Schalterbetätigungsgliedes verbunden ist, so daß der Thyristor leitend wird, wenn das der Spannung an der Gate-Elektrode zugeführte Schalterbetätigungssignal mindestens teilweise mit dem Eingang des Schalterbetätigungsgliedes gekoppelt wird, um den Thyristor unabhängig von weiteren, dem Eingang zugeführten Signalen im leitenden Zustand zu halten.
5. Erdschlußdetektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Abschaltkreis (68) für die Deaktivierung des zeitlichen Verzögerungskreises (40) aufweist, der mit einem Eingang an dem elektrischen Eingangskreis (35) liegt und

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über seinen Ausgang ein zusätzliches Ausgangssignal liefert, wenn der Eingangskreis (35) das erste Ausgangssignal abgibt, daß ein Wahlschalter (170) mit mehreren Einstellungen zwischen den Ausgang des Abschaltkreises (68) und den Zeit-Verzögerungskreis (40) geschaltet ist, der in seiner einen Stellung den Verzögerungskreis auf das zusätzliche Ausgangssignal ansprechen läßt, so daß der Ausgangskreis (43) im wesentlichen augenblicklich nach dem Auftreten des ersten Ausgangssignals aktiviert wird und den Ausgangskreis das dritte Ausgangssignal abgeben läßt.
6. Erdschlußdetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschaltkreis elektrisch mit dem Eingangskreis (35) verbunden ist, so daß er im wesentlichen gleichzeitig aktiviert wird, um das zusätzliche Ausgangssignal zu erzeugen und den Verzögerungskreis so zu betätigen, daß dieser das zweite Ausgangssignal abgibt.
7. Erdschlußdetektor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsvergleicher (38) einen ersten Transistor (84), einen ersten sowie einen in Reihe damit geschalteten zweiten Widerstand (88A, B) mit einem dazwischenliegenden Knoten (172) , einen ersten und einen damit in Reihe geschalteten zweiten Emitter-Widerstand (94A, 94B) mit einem dazwischenliegenden Knoten (174) aufweist, daß der Zeit-Verzögerungskreis (40) einen Zeitgeberkondensator (104)aufweist, daß der veränderliche Abschaltkreis (68) einen zweiten Transistor (168) aufweist, dessen Kollektor über den Schalter (170) mit dem Kollektor des ersten Transistors (84) und einem Ende des Zeitgeberkondensators (104) verbindbar ist, wobei der dazwischenliegende Knoten den Ausgang des Verzögerungskreises (40) bildet und das andere Ende des Zeitgeberkondensators (104) mit dem Emitter des ersten Transistors (84) und dem einen Ende der Reihenschaltung mit den Emitter-Widerständen (94A, B) verbunden ist, daß die Basis des ersten Transistors (84) mit dem einen Ende der Reihenschaltung aus erstem und zweitem Basiswiderstand (88A, B) sowie mit dem Ausgang des Signalformers

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(36) verbunden ist, daß die Basis des zweiten Transistors (168) mit dem Knoten (172) zwischen den beiden Widerständen (88A, B) verbunden ist, daß der Emitter des zweiten Transistors (168) an dem Knoten (174) zwischen den Emitter-Widerständen (94A, B) liegt, daß die anderen Enden der Reihenschaltung aus erstem und zweitem Basiswiderstand sowie der Reihenschaltung aus erstem und zweiten Emitter-Widerstand miteinander verbunden sind, daß durch gleichzeitige Beaufschlagung der Basis des ersten Transistors (84) und des Endes der Reihenschaltung aus erstem und zweitem Basis-Widerstand (88A, B) mit der Ausgangsspannung des Signalformers (36) der zweite Transistor (168) in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, so daß er von seinem KoI-

und

lektor zum Emitter hin Strom führt ,/daß die Spannung an dem Knoten zwischen dem Kollektor des ersten Transistors (84) und dem einen Ende des Zeitgeberkondensatots (104) sich ändert, wenn der zweite Transistor (168) in den leitenden Zustand überführt wird, wobei diese Spannungsänderung das Ausgangs-Triggersignal des Zeit-Verzögerungskreises (40) bildet.

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