DE2354154A1

DE2354154A1 - Schutzschalter, insbesondere fehlerstromschutzschalter

Info

Publication number: DE2354154A1
Application number: DE19732354154
Authority: DE
Inventors: Robert T Elms; Joseph C Engel; John J Misencik
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1972-11-01
Filing date: 1973-10-29
Publication date: 1974-05-09
Also published as: AU6158773A; JPS49100546A; ZA738043B; JPS547929B2; US3852642A; CA1044795A

Description

WESiOTGHOTTSu! ELECTRIC CORPORATION Erlangen,, den. 2 6. OKT, 1973

Pittsburgh, Pa., USA ¥erner-von-Siemens-Str.50

VPA 72/84-11 Wl/Sie Case 44-,O52

Schutzschalter, insbesondere Fehlerstromschutzschalter

Die Priorität vom 1 . November 1972 der entsprechenden Patentanmeldung Serial No. 502 949 in den USA wird in Anspruch genommen. . - _-_, ■ .-:-... -..-.- . ■ ·"

Die Erfindung betrifft einen Schutzschalter, insbesondere Fehlerstromschutzschalter",- mit einem Summenstromwandler, der· zwischen eine Stromquelle und eine Last schaltbare Primärwicklungen aufweist, und mit einem eine Erregerspule aufweisenden Ausloser, der über einen Auslöseverstärker und einen die Erregerspule enthaltenden, mit einem dem Auslöse- ~verstärker zugeordneten steuerbaren Halbleiterschaltelement versehenen Auslösestromkreis in Steuerabhängigkeit von einer Sekundärwicklung des Summenstrumwandlers steht.

Die prinzipielle Funktion des Auslöseverstärkers und des Steuerstromkreises ist die Verstärkung eines-aus der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers aufgenommenen Signals, so daß dieses ein Sehaltelement, z.B. einen Schalt-transistor oder . einen' Thyristor, betätigen kann,, welches, seinerseits z.B. 'durch Versorgen der Erregerspule des Auslösers mit Ansprechstrom in Aktion tritt und einen der Leiter zwischen der Stromquelle und der Last unterbricht, wenn der das Signal hervorrufende Fehlerstrom eine vorbestimmte Stromstärke erreicht oder übersehritten hat. Hierbei sind natürlich Fehlauslösungen zu vermeiden. Außer den geforderten elektrischen Eigenschaften muß ein praktisch anwendbarer Auslösestromkreis für eine kompakte, wirtschaftliche Bauweise geeignet seirv,: so daß der Schutzschalter in Verbindung mit konventionellen Schaitgeräten im weiten Umfang in Haushaltsinstallationen verwendet werden kann..

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Fehlerstromschutzschalter sollten weniger empfindlich auf durch kapazitiven Erdschluß hervorgerufene Fehle"rströme. sein als auf durch galvanischen Erdschluß hervorgerufene Dehler-Ströme. Der Grund hierfür ist, daß Mensch, oder Tier, über die ein Fehlerstrom zur Erde fließt, einen hohen ohmschen Widerstand haben, während viele elektrische Verteilungsanlagen, z.B.. unterirdische Verteilungsanlagen, kapazitive Verlustströme zur·Erde aufweisen von einer Stromstärke, die zu keiner Gefährdung- von Personen oder Gegenständen führt. Es war bisher nicht möglich, einen Fehlerstromschutzschalter herzustellen,-derzwischen galvanischen und kapazitiven Fehlerströmen unterscheidet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Fehlerstromschutzschalter zu schaffen, dessen Empfindlichkeit für kapazitive Fehlerströme geringer ist als für galvanische Fehlerströme und der einen miniaturisierbaren Auslöseverstärker und Auslösestromkreis aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Schutzschalter der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseverstärker mit pulsierender Gleichspannung "betrieben ist, die an den Versorgungsanschlüssen des Auslöseverstärkers anliegt und die periodisch vorzugsweise den Wert Null einnimmt.

Günstigerweise ist der Schutzschalter mit einem Auslöseverstärker und einem Auslösestromkreis versehen, der einen Operationsverstärker enthält, welcher so betrieben ist, daß der Schutzschalter weniger empfindlich auf kapazitive Fehlerströme als auf galvanische Fehlerströme ist. Diese Eigenschaft der geringeren Empfindlichkeit für kapazitive Dehler-Ströme als für galvanische Fehlerströme wird vorzugsweise dadurch erzielt, daß der Operationsverstärker mit einer Vorspannung betrieben wird, die periodisch Null ist, zwischen den beiden Vorspännungspunkten des Verstärkers. Dies kann günstigerweise durch eine Versorgung mit einer ungeglätteten pulsierenden Gleichspannung erzielt werden, die hilft, die

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Eingänge des öperationöverstärkers an eine reine Stromquelle zu legen, lur eine kleine Anzahl von Bauelementen ist erforderlich^ und der Auslösestromkreis ist ohne weiteres der Miniaturisierungstechntfck z.B. der Hybridtechnik zugänglich.

Hie beiden Eingangs anschlüsse des Operationsverstärkers können günstigerweise direkt an den Anschlüssen der;/Sekundärwicklung des Summenstromwandlers liegen. Keinerlei Impedanz "braucht zwischen dieser Sekundärwicklung und den Verstärkereingängen zu liegen. Die Vorspannung des Operationsverstärkers kann der Netzspannung entnommen -werden, die einer Einweggleichriehtung z.B. mit einer einzigen Diode, unterzogen, wird. Die durch Einweggleiehrichtung gewonnene Spannung wird-nicht geglättet, wie dies normalerweise bei Anwendung von Operationsverstärkern der Pail -ist, Am Ausgang des Operationsverstärkers liegt ein ohmscher Büekkopplungswiderstand, der diesen Ausgang mit dem Eingang des Operationsverstärkers rückkoppelt. Zu diesem ohmschen 'Rüekkopplungswiderstand ist ein Kondensator parallel geschaltet, der-so "bemessen ist, daß. der Schutzschalter eine geringere,Empfindlichkeit·für kapazitive Fehlerströme als für galvanische Fehlerströme hat.

Ist das Ausgangssignal des OperatiOnsverstärkers genügend groß und hat es eine passende Zeitkonstante, um weitgehend Pehlauslösungen zu unterbinden, so kann ein steuerbares Halbleiterschaltelement, z.B. ein -Thyristor, in Steuerabhängigkeit vom Ausgang des Operationsverstärkers stehen. Die Laststrecke dieses Halbleiterschaltelements liegt in Serie mit einem Element des Auslösestromkreises, -z.B. der Erregerspule eines Auslösers, der das "Unterbrechen einer oder mehrerer Phasen zwischen Stromquelle und-Last, zwischen denen der Schutzschalter geschaltet ist, bewirkt. , .

Das steuerbare· Halbleiterschaltelement bzw. der thyristor liegt ferner günstigerweise in Serie mit der Gleichriehterdiode, die eine Einweggleichriehtung des den Operationsverstärker vorspannenden Potentials bewirkt. Dadurch wird die dynamische Blockierfähigkeit des Thyristors" verbessert.

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Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung näher erläutert:

Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Fehlerstromschutzschalters gemäß der Erfindung. ■

Figur 2. zeigt einen Auslöseverstärker und einen Auslösestromkreis für einen erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter.

'In Figur 3 ist der zeitliche Verlauf verschiedener Spannungen an verschiedenen Punkten des Stromkreises nach Figur 2 dargestellt. ·

Die Figuren 4A und 4B zeigen' vereinfachte Schaltbilder von Teilen der Schaltung nach Figur 2 für verschiedene Betriebsbedingungen.

Figur 5 zeigt eine graphische Darstellung zur Erklärung der Figuren 4A und 4B.

In Figur 1 ist ein Fehlerstromschutzschalter mit einem Summenstromwandler 10 dargestellt. Dieser Summenstromwandler 10 hat einen Ringkern 12 aus magnetisierbarem Werkstoff, durch den sich zwei Leiter L. und Ή erstrecken, die jeweils, eine Primärwicklung mit einer einzigen Windung darstellen. Der Leiter L ist der Phasenleiter und der Leiter F ist der Null-Leiter. Statt einer einzigen ¥indung können die beiden Primärwicklungen auch mehrere Windungen haben. Die beiden die Primärwicklungen darstellenden Leiter L und N können auch koaxial zueinander angeordnet sein. Ferner sitzt auf dem Ringkern 12 eine Sekundärwicklung 14, die gewöhnlich mehrere Windungen hat und an der ein Signal entsteht, wenn die Ströme In den Primärleitern L und N nicht im Gleichgewicht sind, was beim Auftreten eines Fehlerstromes der Fall ist. Die Sekundärwicklung 14 ist an einem Auslöseverstärker und Auslösestromkreis 16 angeschlossen, der aus den quellenseitigen Anschlüssen 2 und 3 der Primärwicklungen L und N gespeist wird. Das Ansprechen des Auslösestromkreises 16 hängt von der Höhe der in der Sekundärwicklung 14 induzierten Spannung ab. Dieser Auslösestromkreis 16 betätigt über die Erregerspule 20 des

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Auslösers einen Schälter 18 im Phäsenleiter L, -der unterbrochen wird, wenn die Ströme im Phäsenleiter L und im NuIl-Leiter Et nicht im Gleichgewicht sind. '

Das schematische Schaltbild nach Figur 1 ist nur ein Beispiel für die vorliegende Erfindung. Es handelt sich um ein Einphasensystem mit zwei Leitungen, jedoch können auch änder.e elektrische Systeme in ähnlicher Weise mit einem-erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter ausgerüstet werden»

In "Figur 2 ist ein Auslöseverstärker und ein AuslÖsestrom-■kreis entsprechend der Erfindung dargestellt. Das Auslösesignal, nämlich der Strom in der Sekundärwicklung I4 des Summenstromwandlers, wird über zwei Zuleitungen 21 und 22 direkt an den negativen und positiven Eingang 23 und 25 eines Operationsverstärkers 24 gegeben. Das verstärkte Ausgangssignal des Operationsverstärkers km Anschluß 26 fließt.durch die ohmsehen Widerstände R? und R8 und die Zenerdiode Z2 zum Steueranschluß 28 eines Thyristors 50, dessen Anschlüsse 3I und 32 für die Laststrecke zwischen dem Phäsenleiter L und dem Mull-Leiter IT des Systems in Serie mit der Erregerspule 20 des Auslösers liegen.

Es sei angenommen, daß von einem vorgegebenen Augenblick das Potential -des Phasenleiters L positiv verglichen mit dem des Null-Leiters U ist. Es fließt daher ein Ruhestrom zum Operationsverstärker durch die einzige Gleichrichterdiode D3> die in Serie mit der Erregerspule 20 und der Laststrecke des Thyristors 30 liegt. Dieser Ruhestrom "fließt aucülidurch die ohmschen Widerstände R4 und S6' zu der entgegengesetzt gepolten Zenerdiode Z1, wodurch die Spannungen Ti, 72 und Y3 in Bezug auf den Null-Leiter an den angedeuteten Stellen der Schaltung entstehen. ·

In Figur 3 zeigt die Welle A eine Periode der Spannung zwischen dem Phasenleiter L und dem Null-Leiter N. die Wellen B, C und D stellen die Spannungen VI ,. "V2 und V3 dar, während die Welle E das Stromsignal I_n in der Wicklung Η ist. VI ist

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die Spannung am Phasenleiter L nach Einweggleichriclitung "£' durch die Diode D3. 72 ist die Einweggleichspajinung, die durch die Zenerdiode Z1 begrenzt ist. 73 stellt die Form des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 24·'dar.

Wird der Fehlerstrom.I~ zu Hull angenommen, so wird die Spannung 73 am Ausgang des Operationsverstärkers im wesentlichen gleich der Spannung 72 sein, die am Eingang des Operationsverstärkers liegt. Dies führt zu der Annähme, daß die Ruheströme am Eingang des Operationsverstärkers eine vernachlässigbare Spannungsdifferenz zwischen den ohmschen Widerständen RT und- R2 erzeugen, die zwischen den Zuleitungen 21 und 22 liegen. Die Ausgangsspannung 73 für I-, = 0 ist daher gleich der Spannung 7„.j der Zenerdiode Z1. Diese Spannung ist geringer als die Spannung V₇₂ i^m Steuerkreis des Thyristors. Daher ist der Thyristor gesperrt.

Fließt ein Fehlerstrom, so fließt ein Strom von dem negativen Anschluß 23 des Operationsverstärkers 24» so daß sich ein Aus gangs signal des Operationsverstärkers 24 für die Spannung 73 ergibt, das in Figur 3 dargestellt ist. Dieses Ausgangssignal übersteigt die Spannungen an Z1. Es kann auch die Spannung an. Z2 übersteigen. Übersteigt es die Spannung an Z2, so kann Steuerstrom durch den Widerstand R8 und Z2 in die Steuerelektrode 28 fließen und der Thyristor 30 wird durchlässig« Der Stromstoß durch die Erregerspule 20 bewirkt- ein Ansprechen des Auslösers, so daß die Schaltkontakte durch einen Mechanismus mit vorgespannter Feder geöffnet werden.

Die Hatür der 7ersorgungsspannung 71 , die in den Operationsverstärker 24 am Anschluß 4I eingespeist wird, ist wichtig für die Erfindung. Bisher wurden Operationsverstärker normalerweise mit Gleichspannung (z.B. + und - 10 7olt) betrieben, die an den positiven und an den negativen Speiseanschluß 41 und 42 gelegt wurde. Zunächst wurde zur Erzielung einer geringen Anzahl von Bauelementen und einer Miniaturisierung daran gedacht, die Bauelemente einzusparen, die zu einer Zweiweggleichrichtung und zum Glätten der 7ersorgungs—

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Spannung erfordern eh. sind. Eine Tingeglättete Einweggleichspannung wurde als Versorgungsspannung gewählt,, well sie für einen Versorgungsansehluß des Verstärkers durch eine einzige Diode, D3 erzeugt werden kann. Ferner wurde der andere Versorgungsanschluß 42 des Verstärkers auf einem Bezugspotential der Zuleitung. 43 gehalten, das durch Verbindung der Zuleitung 43, mit dem Hull-Leiter Έ erzielt wird. Eine derartige Versorgungsschaltung für die Punkte 4I und 42 macht es möglieh, Impedanzen in den Zuleitungen 21 und 22 von der Wicklung 14 zu den Eingängen 23 "und 25 zu vermeiden. Bisher wurden ohmsehe Widerstände in derartigen Zuleitungen als nötig angesehen. Durch Vermeiden dieser Impedanzen.wird..die Wirtschaftlichkeit verbessert und die Miniaturisierung.erleichtert. Weitere Betrachtungen deuteten darauf hin, daß die gewünschten Versorgungsspannungen an den Anschlüssen 41. und auch durch eine andere als durch eine Einweggleichrichtung erzielt werden können, solange eine PotentialxLifferenz zwischen diesen beiden Punkten besteht, die periodisch Mull. innerhalb einer Periodendauer ist. Einweggleichrichtung der an einem Anschluß liegenden Spannung ist ein üblicher und gegenwärtig bevorzugter Weg, um die erwünschten Bedingungen zu erhalten. Ein anderer Weg ist z.B. die Versorgung durch eine ungeglättete Doppelweggleichrichtung, die kurze Perioden von Potential Full bei ^eder Halbwelle hat, was bei Vollwelle nüberwachung erwünscht sein kann. Dadurch kann ein kurzes Rücksetzzeitintervall erzielt werden, das dazu benutzt werden kann, den Strom in der Wicklung I4 abklingen zu lassen. ■

Eine andere Eigenschaft des Stromkreises nach 3?igur 2 besteht darin, daß am Ausgang des Operationsverstärkers ein Rückkopplungsnet ztwerk vorgesehen ist, das einen Kondensator Ct und einen ohmsehen Widerstand R3 umfaßt und das den Mittelwert des zeitlich veränderlichen Verstärkerausgangssignals bildet. Der Kondensator C1 und der ohmsehe Widerstand R3 sind parallel zueinander und über die Zuleitung 44 mit der Leitung 21 zum Eingang.des- Operationsverstärkers 24 verbunden. Das Uetzwerk-.mit dem Kondensator C1 und dem ohmschen Widerstand R5 hat eine oberflächliche Ähnlichkeit mit den Netzwerken, die sonst bei

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Operationsverstärkeranwendungen benutzt werden. Normalerweise wurden jene Komponenten C1 und R3 jedoch einem einzigen Punkt 26 des Yerstärkerausgangs angeschlossen sein oder, wenn ein strombegrenzender Widerstand wie der ohmsche Widerstand RY am Ausgang benutzt wird, an einem einzigen Punkt, z.B. dem mit V3 bezeichneten, am Anschluß des ohmschen Widerstands R7, der nicht am Ausgang des Operationsverstärkers liegt. Es wurde gefunden, daß die dargestellte Zuordnung von C1, R3 und R7 wichtig ist für eine einwandfreie Arbeitsweise. D.h., ein Anschluß des Kondensators C1 sollte direkt mit dem Ausgang 26 des Operationsverstärkers 24 und ein Anschluß des ohmschen Widerstands R5 mit dem nicht am Ausgang des Operationsverstärkers liegenden Anschluß des ohmschen Widerstands R7 verbunden sein.

Me folgende Aufstellung gibt eine Übersicht über die. technischen Daten der Komponenten des Stromkreises nach Figur 2. Ein Stromkreis mit diesen Komponenten wurde erfolgreich in einem Fehlerstromschutzschalter verwendet, der auch entsprechend unserer Patentanmeldung P 23 01 757.4 (VPA 72/8408) Schutzmittel gegen geerdete Null-Leiter enthielt.

Komponente; Operationsverstärker 24

Thyristor 30

Widerstände R1 und R2 (Anpassungswiderstände) Resistor R3 Resistor R4 Resistor R5 Resistor R6 Resistor R7 Resistor R8 ·

Kondensator C1

Technische Daten;

Im Handel unter Typenbezeichnung 741 erhältlich (äquivalente Stromkreise können dem Motorola Sim Products Ine. - Datenblatt MG 1741 vom April 1969 entnommen werden) 60Ov, 1.5A 15,000 0hm

2.7 Megohm 56,OOOOhm 2,400 0hm 56,000 0hm 4,700 0hm 500 0hm 100 pf·.

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VPA	72/84-11	■1 . 5A
0.01	mf.	1 mi
Q-* 01	mf.:-■
100	pf.
8.2	V..--
18 ν	•
50v,
600v

Kondensator 02 - ■ -

Kondensator 03 ■

Kondensator .04-Zener Diode Zi Zener Diode Z2 . ·

Dioden D1 und D2 - .- -

Diode D3

Es ist offensichtlich, daß Di und D2' die Spannung am Eingang des Operationsverstärkers auf die Durchlaßspannung dieser Dioden von 0,7 Volt begrenzt. Verschiedene Rc-Kömbinationen (GA-, H1j R2; 01,. R3; 03, R7; und 02, R5) wirken als Filter für Einschaltstromstöße oder Rauschen, die die Gefahr eines Fehlansprechens herabsetzen. Im Betrieb für weite Temperaturbereiche von - 35 O bis + 80⁰C wurde gefunden, daß der Stromkreis sicher beim Auftreten eines galvanischen Fehlerstromes von etwa 3 Milliampere auslöst, während im Falle eines kapazitiven Fehlerstromes ein Fehlerstrom von mehr als 4,5 Milliampere zur Auslösung erforderlich ist. Diese erwünschte Eigenschaft verminderter Empfindlichkeit auf unschädliche kapazitive Fehlerströme wird durch den Integrations- oder Mittelungseffekt erzielt, der durch den Ruckkopplungskondensator 01 in Kombination mit dem periodiodischen Null-Vorspannungspotential bei jeder Periode' erzielt wird, durch .den die .Spannung von 01 bei Beginn ,jeder Halbwe 1-1 e auf Hull zurückgesetzt wird. Galvanische Fehlerströme sind positiv, während der gesamten positiven Halbwelle der Spannung des Phasenleiters. Daher beginnt die Spannung an 01 mit Null und erreicht ihr Maximum nahe'am Ende der positiven Halbwelle. Kapazitive Fehlerströme sind positiv während des ersten Teils der Halbwelle der Spannung am Phasenleiter .und negativ während des zweiten Teils dieser Halbwelle. Die Spannung an Ö1 beginnt ~ somit mit Null und erreicht ihren Maximalwert in der Nähe der Mitte der Halbwelle. Dieser Wert nähert sich einem Wert, der nur die Hälfte des Wertes für den galvanischen Fehlerstrom derselben Amplitude ist. Hierdurch wirdubewirkt, daß der Stromkreis weniger empfindlich auf kapazitive Fehler-.ströme ist.

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Die Eigenschaft einer reduzierten Empfindlichkeit auf kapazitive Fehlerströme kann auch durch andere Mittel als eine periodische Torspannung des Operationsverstärkers mit einem Null-Potential erzielt werden. Z.B. kann sogar dann ein Schaltelement wie z.B. ein Transistor parallel zum Kondensator C1 geschaltet werden, um diesen periodisch synchron mit der Wechselspannung des Phasenleiters zurückzusetzen, wenn die Vorspannung aus einer Quelle mit Zweiweggleiehrichtung und Glättungsglied stammt.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß der Stromkreis eine Halbwellenempfindlichkeit hat, dih. ein Fehl erst rom wird nur dann erfaßt, wenn er„auch wirklich auftritt, während die Phasenspannung am Phasenleiter 11. eine positive Polarität, hier +, hat. Dies ist kein Nachteil in Stromkreisen, die mit konventionellen Gebrauchssystemen gekoppelt sind, weil für jeden zur Erde führenden Widerstand (kapazitiv, ohmsch, induktiv) der IPehlerstrom positiv ist wenigstens für einen Teil der positiven Halbwelle der Phasenspannung. Ferner bedeutet Halbwellenempfindlichkeit, daß die Wahrscheinlichkeit für Fehlauslösungen wegen kurzer Stromübergänge z.B. durch Blitz, auf die Hälfte reduziert sind.

Da ein wesentliches Ziel beim Entwerfen des Stromkreises die Miniaturisierung zu wirtschaftlichen Kosten war, ist es interessant, das dieser Auslöseverstärker und AuslöseStromkreis erfolgreich hergestellt wurde unter Verwendung der bekannten Dickfilm-Hybrid-Technik in einem Fehlerstromschutzschalter, der mit einem Schaltschloß in einem 1· Zoll breiten Gehäuse untergebracht ist. Verglichen mit den bisher bekannten Äuslöseverstärkern und Auslöse Stromkreis en, wird durch den erfindungsgemäßen Auslöseverstärker und Auslösestromkreis eine wesentliche Verringerung der geometrischen Abmessungen prinzipiell durch das Vermeiden einer Doppelweggleichrichterbrücke und großer Siebkondensatoren erzielt, die gewöhnlich aus Tantal sind und wahrscheinlich die geringste Lebensdauer

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aller Stromkreiskomponenten haben.

Der Ausgangsstrom des Summenstromwandlers ist wegen des Magnetisierungsstroms dieses Summenstromwandlers nicht einfach mit M ^ der Zahl der Windungen der- Sekundärwicklung. Die

ser Magnetisierungsstrom, der proportional-zum Transformatorfluß ist, kann als in einer gedachten Induktivität "L. gedacht werden, die-parallel zur Wicklung Η geschaltet ist. Diese Darstellung ist gültig, weil der Kernfluß und daher auch der Magnetisierungsstrom des Summenstromwandlers proportional zum Integral der Sekundärspannung ist.

Unter Bezugnahme, auf die Figuren 4A und 4B kann der tatsächliche Ausgangsstrom Γ des Summenstromwandlers,· der zum Verstärker 24 fließt, für verschiedene Bedingungen mit einem galvanischen Erdschluß am Phasenleiter Ii bestimmt werden. Wenn die Spannung an diesem Phasenleiter positiv ist, ist der Verstärker normal vorgespannt und für den Eingangskreis gilt die Darstellung in Figur 4A. Die Eingangs spannung des Operationsverstärkers ist Null und der Spannungsabfall am ohmschen Widerstand E2 ist gleich dem am ohmschen Widerstand RL. Ist R1 = R2, so folgt, daß der Strom I sowohl in Et als auch in R2 fließen muß, so daß der Rückköpplungsstrom des Operationsverstärkers im "leiter- 44 tatsächlich das Doppelte des Ausgangsstromes des Summenstromwandlers ist. Erhält der Summenstromwandler einen gedachten Nebenschluß durch den Operationsverstärker 24, kann sich der Magnetisierungsstrom 1« nicht ändern. Der Ausgangsstrom des Summenstromwandlers ist daher Iq/N zuzüglich eines konstanten Magnetisierungsstrome.s

Während der vorangehenden negativen Halbwelle der Spannung am Phasenleiter, während der der Operationsverstärker nicht vorgespannt ist, gilt für den Eingangsstromkreis die Figur 4B. Während dieser Zeit kann der Strom im Eingangsstromkreis in zwei parallelen Wegen fließen, die durch IL, und die paralIeI-.liegenden, zueinander in Serie geschalteten ohmschen Widerstände El und P2 gebildet sind. Die resultierende Form der Aus

»_w, . _a ' 409819/0 8 87

*)fließend - .

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gangswelle des Summenstromwandlers kann berechnet werden. Es stellt sich heraus, daß im stationären Zustand der Anfangsund Endwert von I während der Halbwelle der gesamte Ausgangsstrom sein muß. Figur 5 zeigt die Form der Ausgangswelle für· diesen-gesamten Strom während einer Periode.

12 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims

. ' ; TPA 72/34-11

Patentansprüche ... _ . _"·■■".

Schutzschalter", insbesondere Fehlerstromschutzschalter mit einem Summenstromwandler, der zwischen eine -Stromquelle und eine last schaltbare Primärwicklungen aufweist,:und mit einem eine Erregerspule aufweisenden Auslöser, der über einen Auslös everstärker und einen die Erregerspule enthaltenden, mit · einem dem Auslöser zugeordneten steuerbaren Halbleiterschaltelement versehenen Auslösestromkreis in Steuerabhängigkeit von einer Sekundärwicklung des Summenstromwandlers besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseverstärker mit pul-, sierender Gleichspannung betrieben ist,, die an den.Versorgungsanschlüssen des Auslöseverstärkers anliegt und die periodisch vorzugsweise den Wert Full annimmt.

2. Schutzschalter nach "Anspruch 1 , .-"...-..

dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseverstärker mit'pulsierender Gleichspannung betrieben ist ^ die durch Einweggleichrichtung gewonnen ist7 -

3. Schutzschalter nach Anspruch 1 ,."--""■ -: ' ._".-.""■ dadurch gekennzeichnet, daß der Ausl öse verstärker e.in Ope- -rationsverstärker ist, an dessen Eingangsanschlüssen'die Sekundärwicklung des·Summenstromwandler angeschlossen ist, an dessen einem Versorgüngsanschluß eine pulsierende Gleichspannung, vorzugsweise eine durch Elnwegg^eichrichtung ge-wonnene pulsierende Gleichspannung, liegt und dessen -anderer Versorgungsanschluß auf einem lestpotential liegt, und daß das Halbleiterschaltelejnent ein."Thyristor ist, dessen Laststrecke in "Serie mit der.· Erregerspule des Auslösers liegt, der bei durchlässigem Thyristor anspricht^ und dessen Steuerstrecke in Steuerabhängigkeit vom Ausgang des Operationsverstärkers steht. - ' . ■ ■ .".,-""·- "..'"."

4-. Schutzschalter nach Anspruch' 5, ■

dadurch gekennzeichnet, daß die durch; Einweggleichrichtung gewonnene pulsierende Gleichspannung über eine Gleiehrichterdiode einer Wechselstromquelle, entnommen ist und daß die East-

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str,ecke des Th.yrls.tors in Serie mit der G-leichrichterdiode

" liegt.

5. Schutzschalter nach Anspruch -1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs ans ChIUs₁Se des Auslöseverstärkers unmittelbar' an der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers angeschlossen sind und daß an den Versorgung s anschluss en des Auslöseverstärkers eine Potentialdifferenz anliegt, die" periodisch, den Wert ETuIl annimmt.

Jo._ Schutzschalter nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseverstärker ein Operationsverstärker und das Halbleiterschaltelement ein

Thyristor ist. . _ -

7. Schutzschalter nach Anspruch 6,

dadurch, gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und einem seiner Eingangs anschlüsse eiiumi.frfcel.wert— bildendes Netzwerk liegt, welches ein elektrisches Energiespeichereleinent aufweist. .

8. Schutzschalter nach Anspruch 7» . . dadurch gekennzeichnet, daß der eine Versorgungsanschluß des Operationsverstärkers über einen Einweggleichricnter an. einem zwischen Stromquelle und Last.liegenden Phasenleiter und der andere Versorgungsanschluß an einem zwischen Stromquelle und. Last liegenden Null-Leiter angeschlossen ist und daß das elektrische Energiespeicherelement des mittelwert— bildenden Netzwerkes ein Kondensator ist, der während des Zeitraums entladen wird, in dem die Potentialdifferenz zwischen den Versorgungsanschlüssen des Operationsverstärkers den Wert lull hat. .

9. Schutzschalter nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß des Kondensators unmittelbar am Ausgangsanschiuß des Operationsverstärkers und der andere Anschluß unmittelbar an dem Eingangsansehluß des Operationsverstärkers liegen und daß das mittelwertbildende

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Ijetzwerk einen ersten ohmschen Widerstand enthält, der parallel zum Kondensator\ geschaitet ist,

10. Schutzschalter nach Änspirach 9, ■

dadurch gekennzeichnet, daß die ErregerBpiile des Auslösers, der Eihweggleichriehter und die Laststrecke des !fälble lter-* schalteleiaents zueinander in. Serie liegen. Und am Phasen- und am iTull-^Leiter, die zyrisöheh Stromquelle und Last liegen, angeschlossen sind und daß der Ausgangsanschluß des Summenstromwandler s utier einen zweiten ohm'schen Widerstand, der zwischen dem Kondensator und dem ersten ohmschen Widerstand liegt,'mit dem Steueranschlüß des HalMelterselialtelements •verbunden ist* - "■

11. Schutzschalter nach Anspruch .1, · . " dadurch gekennzeichnet, daß der Ausiössirerstärker ein Operati onsvef stärker mit einem mittelwertbildenden Netzwerk ist, _; das zwischen dem Ausgang und einem Eingang des Operationsverstärkers liegt und ein elektrisches:Snefgiespeicherelement ;

: ehthäit, und daß Mittel vorgesehen, sind, die dieses Energie> speicherelement periodisch im. Takt der Wechselspannung eines zwischen StrömdLüelle und Last liegenden Phäsenleiters ent- ; lädt, ;

12« Schutzschalter nach Anspruch 11,." dadurch gekennzeichnet, daß die,Mittel zur periodischen Entlädung des elektrischen Energiespeichefelements durch die Mittel "beeinflußt sind, die die Versorgungsanschlüsse des; AüslÖseverstärkers mit einer pulsierenden Gleichspannung ve;fSorgen* die periodisch für einen so langen Zeitraum den

- ■ Wert Null annimmt, daß das elektrisehe EnergiespeiGherelement während'dieses Zeitraums" entladen wird. . .

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