DE2512811A1

DE2512811A1 - Einrichtung zur stromdurchflutungserfassung

Info

Publication number: DE2512811A1
Application number: DE19752512811
Authority: DE
Inventors: Alois Dr Marek; Daniel Marek
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1975-03-03
Filing date: 1975-03-22
Publication date: 1976-09-23
Also published as: CH607057A5; DE2512811C2

Description

Einrichtung zur Stromdurchflutungserfassung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Stromdurchflutungserfassung mit einem stromdurchfluteten Magnetflussleiter zur Summenbildung der zu erfassenden Durchflutung und mindestens einer mit dem Magnetflussleiter verketteten Stromschleife.
Einrichtungen zur Stromdurchflutungserfassung werden insbesondere in Fehlerstromschutzschaltern (FI-Schalter) als Detektionsmittel eingesetzt.
Es sind bereits Fehlerstromschutzschalter für Wechselstrom bekannte welche entweder passive Schaltelemente oder auch aktive Halbleiterbauelemente verwenden, und welche Schalter bei der Ueberschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes durch einen Fehlerstrom eine Netzabschaltung verursachen. Ein prinzipieller Nachteil dieser bekannten Fehlerstromschutzschalter für Wechselstrom besteht darin, dass all diese Geräte nicht mehr in der Lage sind, mit absoluter Sicherheit einen Fehlerstrom auszuschalten, sobald einzelne Komponenten des Schalters ausgefallen sind. Als Beispiel solcher Ausfälle können bei passiven Schutzschaltern Draht-und Lötstellenbrüche auftreten oder ein Stromschalter kann festgeklemmt sein. Bekannte aktive Schutzschalter schalten beispielsweise nicht aus, sobald an den Transistoren Kollektor-Emitter-Kurzschlüsse auftreten. Bei Verwendung von Ferritkernen besteht wiederum die Gefahr einer Funktionsbecinträchtigung durch einen Kernbruch. Ein weiterer wichtiger Nachteil bekannter Wechselstromschutzschalter besteht darin, dass sie ihre Empfindlichkeit gegenüber Wechselstrom verlieren können, sobald dem Wechselstrom momentane oder kontinuierlich auftretende Gleichstromkomponenten überlagert sind. Schliesslich ist es erwünscht, Fehlerstromschutzschalter zu besitzen, die sowohl auf Wechselstromals auch auf Gleichstromfehler ansprechen. Ausser den erwähnten Wechselstrom-Schutzschalter sind auch Gleichstrom-Schutzschalter mit einer- Brückenschaltung vorgeschlagen worden. Dabei weist die Brückenschaltung in ihrem ersten Zweig eine vom Fehlerstrom beeinflusste Drossel und in ihrem zweiten Brückenzweig eine vom Fehlerstrom nicht beeinflusste Drossel auf, Jedoch sind auch diese Schutzschalter mit dem erwähnten prinzipiellen Nachteil behaftet, da bei einem Ausfall des zur Versorgung vergesehenen Brückenstromgenerators oder des an die Brücke angeschlossenen Gleichgewichtsdetektors die Vorrichtung nicht mehr in der Lage ist, den Fehlerstrom abzuschalten.
Einige andere Gleichstromschutzschalter reagieren lediglich auf Gleichströme bestimmter Polarität. Bei einigen ist die Empfindlichkeit sehr von derjenigen für We chse ls tromfehler verschieden.
Eine weitere bekannte Einrichtung zur Erfassung von Wechselströmen (DT-AS 1 059 551) enthält eine Schaltung, welche beim Eintreten des Fehlerstromes zu schwingen beginnt, wobei diese Schwingungen zur Betätigung eines Abschalters verwendet werden. Auch dieser Schalter weist den erwähnten Nachteil auf, dass das Ausfallen von Komponenten der Einrichtung unbemerkt dazu führt, dass sie funktionsuntüchtig wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Strom durchflutungserfassung zu schaffen, welche die Nachteile des Bekannten nicht aufweist und sowohl auf Wechselstromfehler als auch auf Gleichstromfehler anspricht und sich darüber hinaus durch einfachen Aufbau und hohe Betriebssicherheit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Stromdurchrlutungserfassung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Stromschleife induktivitätsbestimmender Bestandteil eines Detektionskreises ist und dass Mittel zur Bestimmung und Auswertung der Detektionskreiskenngrössen vorgesehen sind.
Sowohl der Detektionskreis als auch die Mittel zur Bestimmung und Auswertung seiner Kenngrössen sind so beschaffen, dass sich nebst Durchflutungsänderungen jede Abweichung vom Nennbetrieb, sei es der Ausfall einer oder mehrerer Komponenten, Leitungsbrüche und dergl. wie eine Durchflutungsänderung auswirkt.
Die Bestimmung und Auswertung der Detektionskreiskenngrössen lässt sich auf manigfaltige Weise realisieren. Dabei sind zwei Hauptgruppen der Auswertung zu unterscheiden: a) die mit dem Magnetflussleiter verkettete "Stromschleife ist induktivitätsbestimmender Bestandteil eines Oszillators, insbesondere LC-Oszillators oder Relaxationsoszillators, b) die mit dem Magnetflussleiter verkettete Stromschleife ist induktivitätsbestimmender Bestandteil eines Schwingkreises, dem ein Testsignal bzw. -signalgemisch zugeführt wird.
In beiden Varianten wird die "response" des Detektionskreises auf Induktivitätsänderungen der mit dem Magnetflussleiter verketteten Stromschleife, welche wiederum Folge von Durchflutungsänderungen sind, mit dem Verhalten des Detektionskreises bei Durchflutung Null verglichen, und bei Ueberschreiten bestimmter Grenzwerte ein Alarmsignal ausgelöst.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist der Detektionskreis induktivitätsbestimmender Bestandteil eines Schwingkreises in einem LC-Oszillator, wobei die Detektionskreiskenngrössen die Amplitude der Oszillatorschwingungen bestimmen, derart, dass bei der Stromdurchflutung Null die Amplitude der Oszillatorspannung oberhalb eines definierten Grenzwertes und bei einem Absolutwert der Stromdurchfltung grösser als eine bestimmte Alarmgrenze die Amplitude unterhalb eines definierten Grenzwertes liegt.
In ähnlicher. Weise lässt sich auch die Frequenz der Oszillatorspannung als Auswertemittel heranziehen, nämlich dahingehend, dass die Detektionskreiskenngrössen die Frequenz der Oszillatorspannung bestimmen, derart, dass bei Stromdurchflutung Null die Frequenz der Oszillatorspannung innerhalb eines bestimmten Frequenzintervalls, bei einem Absolutwert der Stromdurchfltung grösser als eine bestimmte Alarmgrenze die genannte Frequenz ausserhalb des genannten Frequenzintervalls liegt.
Während im erstgenannten Fall an den Schwingkreis ein Amplitudendiskriminator an den Schwingkreis angekoppelt ist, erfolgt in diesem Fall die Auswertung mit einem Frequenzdiskriminator, vorzugsweise mit einem Frequenz/Spannungswandler.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung-ist der vorzugsweise als Schwingkreis ausgebildete Detektionskreis von einem Generator fester Frequenz und konstanter Amplitude gespeist, wobei die Frequenz der Generatorspannung derart gewählt ist, dass die Amplitude der Schwingkreisspannung bei der Stromdurchflutung Null oberhalb eines definierten Grenzwertes und bei einem Absolutwert der Stromdurchflutung grdsser als eine bestimmte Alarmgrenze unterhalb eines definierten arenzwertes liegt. Wie oben int auch hier die Amplitudenauswertung mittels Amplitudendiskrimination möglich.
Statt eines Generators mit einer festen Frequenz können auch mehrere Generatoren mit unterschiedlichen Frequenzen oder ein Generator mit einem kontinuierlichen Frequenzspektrum verwendet werden. In analoger Weise wie beim vorbeschriebenen Fall wird auch hier der Detektionskreis als durch die Stromdurchflutung in seiner Durchlasscharakteristik gesteuertes Filter benutzt. Zu diesem Zweck sind Mittel zur Bestimmung der Mittelwertes der Frequenz und/oder der Periodendauer der Schwingkreisspannung vorgesehen, derart, dass bei einer Stromdurchflutung Null die Frequenz bzw. Periodendauer der Schwingkreisspannung innerhalb eines bestimmten Frequenz- bzw. Periodendauerintervalls, bei einem Absolutwert der Stromdurchflutung grösser als eine bestimmte Alarmgrenze ausserhalb des genannten Frequenz- bzw. Periodendauerintervalls liegt. Zur Auswertung ist wiederum ein Frequenzdiskriminator, vorzugsweise ein Frequenz/Spannungswandler vorgesehen.
Eine weitere, besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht einen Taktgenerator, dessen Ausgangsstrom mit dem Magnetflussleiter verkettet ist und quasiperiodische Durchflutungsänderungen während mindestens zweier Abschnitte innerhalb einer Periode des Taktgeneratorausgangsstromes erzeugt, vor.
Die Eigen frequenzen des Schwingkreises werden während der genannten Zeitabschnitte miteinander verglichen. Sind die Eigenfrequenzen in beiden Zeitabschnitten-gleich, so ist die zu erfassende Stromdurchflutung Null. Unterschiedliche Eigenfrequenzen in beiden Zeitabschnitten indizieren eine von Null abweichende Stromdurchflutung. Die Frequenz des Taktgeneratorausgangs stromes soll dabei zwischen der höchsten zu erfassenden Durchflutungsfrequenz und der niedrigsten Eigenfrequenz des Schwingkreises liegen. Der Schwingkreis kann dabei frequenzbestimmender Bestandteil eines Oszillators sein - die vom Taktgeneratorstrom erzeugte Durchflutung ändert dann die Oszillatorfrequenz. Andernfalls wird der Schwingkreis infolge des Taktgeneratorstromes zu (gedämpften) Eigenschwingungen angeregt, deren Frequenz ebenfalls von der Induktivität der Stromschleife, die frequenzbestimmender Bestandteil des Kreises ist, bestimmt ist.
Es ist besonders vorteilhaft, den Taktgenerator derart auszubilden, dass der Taktgeneratorausgangsstrom abwechselnd während eines ersten Zeitabschnittes einen bestimmten konstanten Wert, während eines zweiten Zeitabschnittes den Wert Null und während eines dritten Zeitabschnittes den im ersten Zeitabschnitt angenommenen Wert, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen, aufweist. Durch den Vergleich der Eigenfrequenzen des Schwingkreises sowohl während des ersten und dritten der genannten Zeitabschnitte, als auch während des ersten und dritten Zeitabschnittes im Vergleich zum zweiten Zeitabschnitt (keine Durchflutungsänderung infolge des Taktgeneratorausgangsstromes) erhält man ein Mass für die zu erfassende Durchflutung: Ist die zu erfassende Durchflutung Null, so stimmen die Eigenfrequenzen des Schwingkreises im ersten und dritten Zeitabschnitt überein. Andernfalls war die zu erfassende Stromdurchflutung von Null verschieden. Bei starker Magnetisierung des Magnetflussleiters werden sich die Eigenfrequenzänderungen infolge des Taktgeneratorstromes innerhalb kleiner Grenzen halten. Dann wird das Kriterium herangezogen, dass die Eigenfrequenz des Schwingkreises im zweiten Zeitabschnitt deutlich tiefer liegen muss als während des ersten und dritten Zeitabschnittes. Auf diese Weise lässt sich die Frequenzdrift, insbesondere durch die Temperaturabhängigkeit der Permeabilität des Magnetflussleiters oder die Temperaturabhängigkeit der Resonatoren der Auswerteschaltung (Frequenzdiskriminator) völlig beseitigen.
Die vorbeschriebene Ausführungsvariante lässt sich dahingehend abwandeln, dass der Taktgenerator einen Zähler enthält, welcher durch das Zählen von festen Anzahlen von Ilalbperioden der Eigenschwingungen des Schwingkreises die genannten Zeit achnitte bestimmt. Dann ist die Dauer der Zeitabschnitte direkt ein Mass für die zu erfassende Stromdurchflutung. Mit Ausnahme weniger analoger Komponenten lässt sich dann die Signalverarbeitung rein digital aufbauen, was Vorteile bei der Integration bietet.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der E-rfindung werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt Fig. lA ein erstes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Stromdurchflutungserfassung in teilweiser Blockdarstellung, Fig. lB eine mehr ins Detail gehende Schaltungsanordnung, aufbauend auf der in Fig.lA dargestellten, Fig. lC eine gegenüber den in den Figuren lA und 1B vereinfachte Aus führungs form mit Amplitudendikrimination, Fig. 2A und B Verläufe der differentiellen Permeabilität in Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke resp.
vom Fehlerstrom 1 F im Magnetflussleiter, Fig. 3A, B und C verschiedenen Ausführungsformen bevorzugter Kernformen, Fig. 2C und 4 den Frequenzverlauf und den Amplitudenverlauf in Abhängigkeit vom Fehlerstrom IF, Fig. 5 und 6 zwei bevorzugte Anordnungen der die zu überwachende Stromdurchflutung führenden Leiter relativ zum Magnetflus sleiter> Fig. 7 eine weitere Leiteranordnung durch einen magnetisch abgeschirmten Magnetflussleiter, Fig. 8 eine weitere Aus führungs form eines Oszillators entsprechend demjenigen in Fig. 1C, Fig, 9 eine dritte Ausführungsform eines Oszillators entsprechend demjenigen in Fig. lC, Fig.lO eine Oszillatorkernanordnung mit einem Hilfskern, Fig.ll eine weitere Oszillatorkernanordnung nit einen Hilfskern, wobei der Hilfskern mit einer Teilwicklung versehen ist, Fig.12 ein Ausfilhrungsbeispiel einer an die Stromdurchflutungserfassungseinrichtung angeschlossenen Stromversorgungseinrichtung, Fig.l3 ein Ausführungsbeispiel einer Abschaltvorrichtung mit einem Flüssigmetallschalter, Fig.14 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Detektionskreis frequenzbestimmender Bestandteil eines Relaxationsoszillators ist, Fig.15 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Detektionskreis frequenzbestimmender Bestandteil eines Schwingkreises ist, der von einem Generator fester Frequenz und konstanter Amplitude gespeist ist, Fig.16 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem in Abwandlung gegenüber Fig.15 der Schwingkreis von einem Generator mit mehreren unterschiedlichen Frequenzen gespeist ist Fig.l7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Schwingkreis von einem Taktgenerator zur Erzeugung von Durchflutungsänderungen im Magnetrlussleiter gespeist ist, Fig.18 eine Abwandlung der Ausführung nach Fig.17 mit einer besonders eleganten Methode zur Auswertung der Schwingkreiskenngrössen mittels Zähler.
Gemäss Fig.lA umfasst ein Fehlerstromschutzschalter einen Oszillator 1, einen nachgeschalteten Frequenzdiskriminator 2 und einen Trennschalter 3, welcher.eine Netzum- resp.
Netzabschaltung bewirkt. Im gezeigten AusfUhrungsbeispiel sind drei Phasenleiter 011, 012, 013 eines Dreiphasen-Netzes durch Kontake 351, 352, 353 entsprechend abschaltbar. Es ist ohne weiteres möglich, an Stelle einer Abschaltung eine Umschaltung vorzunehmen, was in gewissen Anwendungen erwünscht sein kann.
Die drei Phasenleiter 011, 012, 013 sowie ein Nulleiter 010 des Dreiphasen-Netzes sind von einem Ringkern 101 umgeben. Auf dem Ringkern 101 ist eine Spule 102 mit einer Induktivität L1 angebracht. Die Spule 102 bildet einen Teil des Oszillators 1, welcher auf bekannte Weise mit einem Parallelresonanzkreis aus Spule 102 und Kondensator 11 mit der Kapazität C1 gebildet wird. Zur Bildung von Oszillationen ist ein als negativer Widerstand wirkender Transistor 12 mit dem Resonanzkreis belastet. Der Oszillator 1 ist an eine Gleichspannung eines Versorgungsteils 6 angeschlossen.
Die Ausgangsspannung des Oszillators wird über cine Ausganc3sklemmc 9 des Oszillators 1 direkt einem Jinqnnq 20 des Frequenzdiskriminators 2 zugeführt. Beim Frequenzdiskriminator 2 handelt es sich um einen selektiven Verstärker mit Bandpass-Charakteristik, welche durch die Frequenzgänge ein oder mehrere Resonatoren 21 bestimmt wird. Ein erster Verstärker 221 mit hoher Eingangsimpedanz verhindert eine Beeinflussung des Oszillators 1 durch das Frequenzdiskriminatornetzwerk und arbeitet gleichzeitig als Signalamplitudenbegrenzer, d.h. er liefert ein Ausgangssignal konstanter Amplitude. Ein zweiter Verstärker 222 liefert die nötige Leistung für den Trennschalter 3.
In diesem Beispiel ist der Trennschalter 3 mit einem Elektro-Magneten 34 versehen sowie einem Energiespeicher 36, hier eine Feder, welche die Trennkontakte 351, 352, 353 öffnet, sobald die Anziehungskraft des Elektro-Magneten 34 abfällt.
Dies geschieht durch das Abfallen eines Haltestromes 3011.
Uie3 entsteht aun einer Wechselzpannung 291 an einem Ausgang 29 des Frequenzdiskriminators 2 über einen Trenntransformator 31,womit auch eine Impedanzanpassung bezüglich des Frequenzdiskriminators 2 erreicht wird, und anschliessender Gleichrichtung mittels einer Diode 32 und einem Kondensator 33.
I)ie Anordnung gemäss Fig. 1 funktioniert wie folgt: Eine Frequenz Fo entsprechend der Resonanzfrequenz des Frequenzkreises im Oszillator 1 ist durch die Kapazität C1 des Kondensators 11 und die Induktivität L1 der Spule 102 gegeben. Schlussendlich ist letztere von der differentiellen Permeabilität µe des Magnetkerns 101 abhängig.
Ohne Fehlerstrom ist die Summe der Ströme in der zu überwachenden Leitergruppe 010, 011, 012, 013 gleich Null, entsprechend einem Fehlerstrom IF = O. Damit wird der Magnetkern 101 von dieser Stromsumme nicht beeinflusst und entsprechend dem Arbeitspunkt des Eisenkerns 101,weist die differentielle Kernpermeabilität ,ue nahezu ihren Maximalwert auf. Dadurch ist die Induktivität L1 der Spule 102 ebenfalls beinahe maximal und die Schwingfrequenz f des 0 Oszillators 1 liegt in einem Normalfrequenzintervallorma1frequenzinterva1l [fA'fB] ,wobei fA<fo<fB ist (Fig.2C) Zwischen den zwei Verstärkern 221 und 222 sind ein oder mehrere Resonatoren 21 geschaltet. Die Grenzfrequenzen des Frequenzgangs der Diskriminatorausgangsspannung U291 (fO) wird durch Dimensionierung der Resonatoren 21 so gewählt, dass für die Grundfrequenz f0 innerhalb des Frequenzbereichs fA, f der Spitzenwert der Ausgangsspannung U an der Klemme 29 ausreichend gross ist, um die Trenn-291 kontakte in eingeschalteter Position festzuhalten. Damit ergibt sich die Forderung 0291>0B' wobei filr 0291 durch die Speisespannung des Verstärkers 272 eine obere Grenze UM gegeben ist.
Sobald der resultierende Stromspitzenwert, der einem Fehlerstrom 1F entspricht, in den Leitern 010, 011, 012, 013 einen festen Wert IALL überschreitet, vermindert sich die differentielle Permeabilität (Fig. 2A) des Kernes 101 und als Folge der Induktivitätsverminderung von L1 erhöht sich die Oszillatorfrequenz f0 (Fig. 2C) so weit, dass durch Ueberschreiten der oberen Grenzfrequenz des von den Resonatoren 21 gebildeten Bandpasses die Ausgangs spannung U29 am Ausgang 29 des Frequenzdiskriminators 2 unter die Schwelle UB sinkt (UALL<UB), wobei der Spannungsgrenzwert UB die Minimalspannung darstellt, die notwendig ist, den Trennschalter in eingeschalteter Position zu halten. Bei Unterschreiten oder schon Erreichen dieses Grenzwertes werden die Kontakte 351, 352, 353 öffnen, und den-Verbraucher vom Netz trennen. Wegen der Symmetrie der Permeabilitäts-Charakteristik in Funktion der Magnetisierung spricht hier der Schutzschalter auf beide Polaritäten eines Fehlerstromes mit Frequenzverschiebungen gleicher Richtung an. Es ist jedoch möglich, durch Zufhrun eines bestimmten Gleichstromes, den Arbeitspunkt auf der Permeabilitäts-Charakteristik so ZU wiihlcn, da.s verschiedene ]'ehlerstrompolaritäten verschieden gerichtete Frequenzänderungen hervorrufen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass die entstehende Frequenzmodulation am Ausgang des Oszillators 1 in gewissen Anwendungsbeispielen zur Frequenzüberwachung dienen kann. Ebenfalls wird ersichtlich, dass ein beliebiger Defekt entweder im magnetischen Kreis 101 oder in der elektronischen Schaltung sofort zum Trennen der Trennkontakte 351,352,353 führt, weil dann der Haltestrom des Elektromagneten 34 verschwindet. Ein Bruch des Kernes 101 erhöht beispielsweise die Schwingfrequenz des Oszillators sofort so weit, dass die Ausgangsspannung U291 des Frequenzdiskriminators 2 an der Klemme 29 praktisch auf U absenkt.
Ebenso ist eine wesentliche Verstimmung des Resonators 21 in beliebiger Frequenzrichtung sofort durch das Verschwinden des Ruhesignals entsprechend fo an der Klemme 29 bemerkbar. EiriDefekt der Diode 32 führt zum Verschwinden des Gleichstromes 3011 in der Windung des Elektromagneten 311, wodurch ebenfalls, wie auch bei einer Unterbrechung oder einem Kurzschluss der Windung selbst, die Trennschaiter sofort ö.ifnen.
Somit wird ersichtlich, dass diese Anordnung alle vorerwähnten Nachteile behebt und die entsprechenden Sicherheitsbedingungen erfüllt. Die Vorrichtung ist ferner in der Lage, auf Wechselstrom im Bereich der technischen Frequenzen bis in den Kiloherzbereich anzusprechen. Sie reagiert auf Absolut-Werte statt auf Effektiv-Werte. Bei besonders anspruchsvoller Anwendung erlaubt es das Prinzip, dass die Sicherheit des Schutzschalters auch gewährleistet ist, wenn beliebige, empfindliche Schaltelemente, wie Halbleiter, Dünnfilmkondensatoren, Batterien und zerbrechliche Keramik- oder Ferritteile ausfallen oder wenn ein Bruch einer beliebigen Lötstelle oder Verbindpunkt oder aber ein Kurzschluss zwischen zwei Leitern auftritt.
Im folgenden werden einige Details näher erläutert und weitere Beispiele gegeben.
Zur Erzielung der gewünschten Wirkungen besitzt der Kern 101 eine feldstärkeabhängige differentielle Permeabilität µe' wie sie z.B. durch die Kurve in Fig. 24 in Ahhängigkeit von der magnetischenFeldstärke li oder entsprechend einem Fehlerstrom IF dargestellt ist. 2B zeigt entsprechende Kurven bei verschiedenen Ansteuerunbedingungen. Alle gezeigten Kurven umhüllen den hier i nterp. erendenArbeitsbereich. Durch den Minimalwert von µ@ bei H = 0 bzw.
1F = O ist die kritische Feldstärke 1L bzw. IL definiert, welche eine wesentliche Rolle für die Beurteilung der zu verwendenden magnetischen Materialien bietet, weil fB>fL zu wählen ist (Fig. 2C). Neben Ferritenals Kernmaterial kommen auch Nickel-Eisenlegierungen in Frage, welche relativ kleine HL-Werte besitzen, jedoch nur schwer formbar sind, sowie hohe Verluste bei hohen Frequenzen aufweisen und relativ teuer sind. Ferrite dagegen sind trotz kleiner Permeabilitäten leicht zu formen, beispielsweise auch nach dem Sintern durch Schneiden oder Schleifen mit Hartmetall, Diamant oder dergleichen, so dass auch eine Serienherstellung mit nur kleinen magnetischen Toleranzen möglich ist. Ferner sind Ferrite relativ billig, auch bei hohen Frequenzen verlust arm und mit verschiedenen megnetischen Eigenschaften erhältlich.
Die Breite der effektiven Hysteresekurve gemhss den Fig.
2A und 2B lässt sich durch geeignete Wahl der Oszillatorstromamplitude in der Spule 102 so weit beeinflussen, dass die Hysterese praktisch verschindet. Damit kann in diesem Fall mit einer eindeutigen reversiblen Permeabilität gerechnet werden. Um eine relativ grosse Frequenzverschiebung, d.h. Permeabilitätsänderung bei kleiner Renderunfr von IF zu erhalten, wird vermittel des Oszillatorstromes auf der Magnetisierungskennlinie möglichst ein Punkt eingestellt, der weit von der Sättigungsfeldstärke des Eisenkernes 101 liegt. Dazu sind relativ kleine Amperewindungszahlen ausreichend.
Wird, wie in Fig. 2C dargestellt, der Arbeitspunkt in der Nähe des Nullpunktes der magnetischen Feldstärke gewählt, werden positive wie negative Fehlerströme eine Frequenz zunahme bewirken. Wird anderseits der Arbeitspunkt in der Nähe bzw.
im Sättigungsgebiet gewählt, so vergeben sich für Stromfehler verschiedener Polarität Frequenzverschiebungen verschiedenen Vorzeichens. Wie oben beschrieben, sind jedoch die Empfindlichkeit entsprechend df 71 F in der Nähe der Nullachse'am grössten.
Um eine wesentliche Erhöhung der Empfindlichkeit zu bewirken, kann der Kern 101 mit einer annäherndhyperboloidischen Einschnürung 1012 gemäss Fig. 3A versehen werden. Gemäss einem weiteren Aus fdhrungsbei spiel können bei Werten von da-11 > 5000 gute Resultate durcherhalten werden, dass eine einfache, rechteckige Einschnürung gemäss Fig. 3D angebracht wird. Dieser Einschnitt kann beispielsweise mit einer Diamantsäge oder mit einem Diamantdraht hergestellt werden.
Hei kleineren Permeabilitäten reicht eine einfache, geradlinige Näherung der hyperboloidischen Einschnürung (Fig. 3C).
Wegen der leichten Bearbeitbarkeit von Ferritmaterial lassen sich ohne Schwierigkeiten an der Einschnürungsstelle Restdicken von 0,1 Millimeter erreichen. Zur besseren Yühlung an der Schnittstelle kann eine Nassbearbeitung unter Verwendung von Wasser oder Alkohol als Kühlmittel vorgenommen werden.
Auf einfache Weise lässt sich eine noch steilere Abhängigkeit der Frequenz von der Amperewindungszahl erreichen, wenn gemäss Fig. 3C der enge Luftspalt in der Nähe der Ein schnürung 1012 durch eine elektrisch gut leitende, aber llnmagnetische Einlage 1013 für den magnetischen Fluss des Oszillatorstromes undurchdringhar gemacht werden. dabei bildet die Einlage 1013 keine vollständige Kurzschlusswin-(ung- In Fig. 4 ist die Abhängigkeit der Frequenz von der Amperewindungszahl für die Spule 102 mit und ohne Einlage 1013 dargestellt. Man erkennt den steileren Charakterist,ik-Verlauf bei Verwendung einer Metalleinlage.
Der magnetische Kern 101 soll auf dieSumme IF der Ströme, nicht aber auf die einzelnen Ströme reagieren. Um das perfekt zu erreichen, ist es vorteilhaft, die Phasenleiter 011, 012, 013 koaxial um den Nulleiter 010 zu gruppieren, wie dies in Fig. 5 schematisch dargestellt ist. Ferner können gemäss Fig. 6 die Leiter innerhalb des Kernes 101 paarweise symmetrisch angeordnet sein. Um besonders starke Störungen zu unterdrücken, ist es vorteilhaft, den gesamten Kern 101 mit der Wicklung 102 mit einem ein- oder zweiteiligen Abschirmbecher 104, 105 aus Weicheisen zu umgeben (Fig. 7). Bei dieser Ausführung ist es möglich, die Starkstromleitungen in mehreren Windungen durch den Kern zu führen. Ausserdem ist der Kern 101 zusammen mit der Spule 102 gegen äussere mechanische Einflüsse geschützt.
Die jeder Oszillatoranordnung eigene Temperaturabhängigkeit kann durch entsprechende Wahl des Ferritmaterials weitgehend reduziert werden. Dabei ist eine kleine Temperaturabhängigkeit des Ferritmaterials in der Regel durch einen grösseren HL-Wert und eine kleinere Permeabilität erkauft.
Eine zusätzliche Kompensation der Temperaturempfindlichkeit ist durch geeigncte Wahl des Tcmpcraturkocffizicnten der Kondensatoren 11 im Oszillatorresonanzkreis und 212 in Frequenzdiskriminator 2 sowie durch entsprechende Temperaturkompensation (1241, Fig. 1B) derEmitterstromquellen möglich.
Die Induktivität 211 des Resonators 21 besitzt im bevorzugten Ausfilhrungsbeispiel einen Kern aus dem gleichen Material, aus dem auch der Kern 101 besteht. Werden auch für die Kondensatoren 11 und 212 gleiche Typen verwendet, erzielt man eine besonders vorteilhafte Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Auslöseempfindlichkeit.
Nach starken Fehlerstromstössen (Kurzschluss, Blitzschlag) kann der Kern 101 so stark vormagnetisiert bleiben, dass nachträglich die Oszillatorfrequenz fo ausserhalb des Durchlassbereiches

EAÇ fBA

des Frequenzdiskriminators 2 verschoben wird. Dort, wo das zu erwarten ist, ist eine Entmagnetisierungsvorrichtung 4 von Vorteil. Neben möglicher mechanischer kurzer Unterbrechung des magnetischen Weges im Kern 101 oder thermischer Entmagnetisierung durch kurzes Ueherschreiten der Curietemperatur mindestens eines Teiles des Magnetkernes 101 ist die elektromagnetische F,ntmagnetisierung am einfachsten zu verwlrklichen. Dies kann besonders vorteilhafterweise dadurch geschehen, dass eine entsprechende Wechselstromentmagnetisierungseinrichtung 4, welche so ausgebaut ist, dass ihr Pegelwert Inm, z.B. mit 1 db pro Periode abnimmt,vorgesehen ist,und dass diese Vorrichtung mit einer Einrichtung zum Neueinschalten zur Trennkontakte 351, 352,353 mechanisch gekoppelt ist. Dardurch wird bei Neueinschalten der Magnetkern 101 vorab entmagnetisiert.
Erweist sich eine zusätzliche Entkopplung des Oszillators 1 gegenüber den Starkstromleitern als notwendig, beispielsweise wegen einer Beeinflussung des Oszillators durch die veränderliche Netzimpedanz oder durch Hochfrequenzstörungen, so kann dies durch zusätzliche Anordnung eines Hilfskerns 1011 geschehen, welcher. aus hochpermeablem Material besteht. Eine entsprechende Anordnung ist in Fig. 10 gezeigt. Gemäss Fig. 11 ist es auch möglich, die Spule 102 in zwei Teilwindungen 1028 und 1029 aufzuteilen, wobei die erste Teilwindung auf dem Kern 101 und die zweite Teilwindung in einer antisymmetrischen Anordnung auf dem Hilfskern 1011 angebracht ist.
Durch den Prüfteil 5 (Fig. 1A) kann man wahlweise künstlich Fehlerströme von beiden Polaritäten erzeugen, deren Spitzenwert dem Nominalwert der Empfindlichkeit () ILL) entspricht. Gelegentlich oder vor dem erwarteten Eintreten einer potentiell gefährlichen Situation drückt man abwechslungsweise die Prüftasten 51, 52 für beide Polaritäten. Der Schutz soll sofort reagieren. Geschieht das nicht bei beiden Polaritäten, ist der Kern erneut zu entmagnetisieren.
Der erfindungsgemässe Fehlerstromschutzschalter ist grundsätzlich eine aktive Schaltung, da mindestens der Oszillator nicht ausschliesslich aus passiven Elementen bestehen kann, und sie braucht dadurch eine Leistungszufuhr, z.B.
durch Speisung aus einer Gleichspannungsquelle 6.
Je nach der Art der Netzspannung, Gleichspannung oder Wechselspannung und den erwünschten Eigenschaften des Fehlerstromschutzschalters - speziell im Falle vom Netzspannungsausfall - kann die Speisung 6 als ein oder mehrphasiger Netzspannungsgleichrichter, mit oder ohne Transformator, mit oder ohne Elektrolytkondensatoren oder Akkumulatoren zur Energiespeicherung, über einige Netzperioden, über einige Minuten oder noch länger ausgelegt sein. Am sichersten sind solche Speisungsarten, die bei längeren Netzspannungsunterbrechungen eine sichere Trennung der Kontake 351, 352, 353 gewährleisten, bevor eventuell für die Sicherheit wichtige Teile wie ein Kondensator 6008, ein Thyristor 341 in Fig. 1B, des Fehlerstromschutzschalters wegen Energiemangel ausfallen. Damit kann es bei unerwartetem Auftreten von gefsihrlich hohen Strömen im Netz zu keinen Stromschäden kommen.
Sollen kurze impulsartige störungen den Alarm nicht auslösen, so kann die Reaktionszeit des Fehlerstromschutzschalters künstlich vergrössert werden, z.B. durch einen Energiespeicher 33 bzw. 331, 332, 333 oder durch einen grösseren Gütefaktor Q des Resonators 21 (Fig. 1A bzw. Fig. 1B). Ist es anderseits erwünscht, den Fehlerstromschutzschalter auf Fehlerströme mit einerDauer unterhalb der Reaktionszeit der mechanischen Schalterteile ansprechbar zu machen, so speichert ein schneller Ein-Bit-Speicher 343, 344 (Fig.
1B) das Abweichen von Normal- oder Haltesignalenso lange, bis sich die Trennkontakte 351, 352, 353 wirksam trennen.
Eine Schaltung einer Ausführung des Fehlerstromschutzschalters ist in Fig. 1B dargestellt.
Die zu schützenden Leiter sind ein Wechselstromphasenleiter 021-011 und ein Nulleiter 020-010. Der Schutzerdeleiter 002-001 darf nicht durch den Magnetkern 101 durchgezogen werden. Der Magnetkern 101 ist mit einer Verjüngung 1012 versehen. Die Wicklung besteht aus zwei symmetrischen hälften mit Klemmen 1021, 1022, 1020 und ist gleichzeitig als Oszillatorwicklung 102 und Entmagnetisierungswicklung 103 verwendet. Der synmetrisctie Aufbau des Oszillators 1 mit zwei Transistoren 121, 122, zwei gleichen Emitterwiderständen 1241, 1242 und dem Kopplungskondensator 123, hat den Vorteil, dass sich die in den beiden Wicklungen 1021-1020 und 1022-1020 fliessenden Gleichströme in den Auswirkungen auf den Magnet kern 101 genau kompensieren, d. h. der Arbeitspunkt des Eisenkernes 101 liegt auf der Nullachse der magnetischen Feldstärke in der Permeabilität Feldstärke-Charakteristik (Fig. 2A).
Diese Grundfrequenz f0 des Oszillators 1 ist z.B. das Tausendfache der Netzfrequenz, d.h. f0 = 50 kHz und pa = 49,5 kHz, fB = 51,5 kHz.
Die Dioden 1251 bis 1254 schlitzen den Oszillator 1 und den ersten Verstärker 221 vor Fehlerstromstössen oder bei der Entmagnetisierung.
Der Oszillator 1 liefert an Klemmen 191,192 eine nahezu sinusförmige Spannung, deren Amplitude so gross ist, dass sie, dem Eingang 20 eines ersten Verst'z'rkers 221 zugefflhrt, durch Uebersteuerung, an dessen Ausgang eine Rechteckspannung konstanter Amplitude hervorruft. Diese Rechteckspannung wird dem Resonator 21 zugeführt, welcher aus vier gekoppelten Fesonanzkreisen 2101,2102,2103,2104 besteht. Der zweite Verst'lrker, bestehend aus zwei symmetrischen nichtlinear arbeitenden Emitterfolgern 2221,2222, speist weiter das Uebertragungsglied 31, bestehend aus einem Kopplungskondensator 312 und einem Trenntransformator 311, wobei dieses Uebertragungsglied 31 den Frequenzdiskriminator 2 vom Trennschalter 3 sowohl gleichspannungsessig wie auch netzfrequenzspannungsmässig abblockt. Durch die hohe Selektivität des Resonators 21 und durch die Nichtlinearitäten der beiden Verstärker 221 und 222 ist der Amplitudengang der Ausgangs spannung U291 des Frequenzdiskriminatorausgangsverstärkers 222 ungefähr rechteckförmig (Fig. 2C unten). Der durch Dioden 321,322 gleichgerichtete Strom 3011 wird durch-die Kondensatoren 331, 332 und teilweise auch 333 geglättet und durch eine Diode 347, welche beispielsweise als Leuchtdiode zur Signalisierung des Normalzustandes ausgebildet ist, wird eine Sperrspannung für einen diskret aufgebauten Thyristor 343,344,345,346 konstant gehalten. Beim Eintreten eines Fehlerstromes sinkt der gleichgerichtete Strom 3011 und ein Zündstrom durch einen Widerstand 3481 und eine Zenerdiode 3491 zündet den diskret aufgebauten Thyristor. Die Zeitverzcerun, mit der dieser Z.ilndstrom auftritt, ist durch die Kapazitätwerte der Kondensatoren 331,332,333 sowie die Widerstände 346 und 3481 und die angelegten Gleichspannungen gegeben.
Der diskret aufgebaute Thyristor zilndet ilber einen Seriewiderstand 342 einen Hauptthyristor 341. Dadurch wird ein erster Elektrolykondensator 6008 über die Spule eines elektromechanischen Trennschalters 34 entladen und der Trennkontakt 351 geöffnet, wodurch der Verbraucher stromlos wird. Die beschriebene Konzeption zeichnet sich durch eine grosse Empfindlichkeit aus und einen besonders kleinen Eigenstromverbrauch und kann dort eingesetzt werden, wo die Zuverlässigkeit des elektromechanischen Trennschalters 54 sowie dr beiden Thyristoren 343,344 und 341 den Erfordernissen genügt. Durch gelegentliches Prüfen mittels eines Prüfteils 5 (nicht dargestellt) wird die Funktionstüchtigkeit kontrolliert.
Beim Einschalten des Kontaktes 351 (Fig. 1R) werden mehrere abhängige Vorgänge ausgelöst.
Innerhalb einer Netzperiode wird die Speisespannung für den Oszillator 1 und die Verstärker 221,222 aufgebaut, über einen Vorwiderstand 6001, einen Vorschaltkondensator 6002, einen Greinacher-Spannungsverdoppler mit Dioden 6003,6004 sowie einen Filterkondensator 6006 und eine spannungsstabilisierende Zenerdiode 6r)05.
Der Oszillator 1 schwingt jetzt mit der Grundfrequenz = =fmin. Ueber dem Vorwiderstand 6001 und eine Gleichrichterbrücke 6007 sowie Seriedioden 4001, 4002, die Entmagnetisierungswicklung 1022-1020 und einen Parallelwiderstand 4003 baut sich am ersten Elektrolytkondensator 6008 langsam eine Spannung auf.
Der Strom in der Entmagnetisierungswicklung 1022-1020 hat die Form von Sinusspitzen mit abwechselnder Polarität und sinkendem Pegelwert, da der Ladestrom für den Kondensator 6008 mit steigender Kondensatorspannung sinkt. Dadurch wird der Magnetkern 101 zuerst entmagnetisiert, dann durch die Antiparallelschaltung der Dioden 4001, 4002 und des dazu parallelen Widerstandes 4003 vom Reststrom getrennt.
Die Speisespannung an einem zweiten Elektrolyt-Kondensator 6010, welche den Zündstrom für den Thyristor 344, 343 liefert, wird über einen Widerstand 6009 sowie eine Zenerdiode 6011 parallel zum Kondensator 6010, aus dem ersten Elektrolyt-Kondensator 6008 gewonnen. Dadurch überschreitet die Spannung am zweiten Elektrolytkondensator 6010 die Zenerspannung der zweiten Zenerdiode 3491 bezüglich des Wiedereinschaltvorganges so verzögert, dass inzwischen der Entmagnetisierungsvorgang beendet ist.
Der Trennschalter ist kurz nach dem Wiedereinschalten unempfindlich. Erst nach dem verzögerten Erscheinen des Stromes durch Widerstand 3481 entsprechend der Erreichung der Zenerdiodenspannung durch den zweiten Elektrolyt-Kondensator 6010, kann das Ausfallen der gleichgerichteten Wechselspannung aus dem Frequenzdiskriminator 2 die Zündung des diskret aufgebauten Thyristor 343, 344 und dadurch des Ilauptthyristors 341 vcrursachen.
Durch diese Massnahme wird erreicht, dass der Eisenkern zuerst entmagnetisiert wird und erst danach der Fehlerstromschutz arbeitsbereit wird. Man kann den Einschaltvorgang auch so bewerkstelligen, dass man zuerst lediglich den elektronischen Teil arbeitsbereit macht. Erst danach wird der eigentliche Trennkontakt 351 zum Schliessen freigegeben.
Um den Fehlerstromschutzschalter noch einige Zeit, beispielsweise einige Stunden, nach einem Netzausfall arbeitsfähig zu halten, ist gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine über einen Gleichrichter 6011, 6012, 6013 aufladbare Pufferbatterie 602 vorgesehen (Fig. 12). Vorzugsweise erfolgt die Aufladung der Pufferbatterie, sobald mindestens ein Phasenleiter unter Spannung steht.
Dies lässt sich beispielsweise mit einer Stromversorgungseinrichtung gemäss Fig. 12 realisieren. Zur zusätzlichen Spannungsstabilisierung kann eine Zenerdiode 603 parallel zur Pufferbatterie 602 angeordnet sein. Als dissipationslose Vorschaltelemente dienen die Kondensatoren 6041, 6042, 6043.
Werden an den Fehlerstromschutzschalter besonders hohe Sicherheitsforderungen gestellt, kann gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Schütz 3 gemäss Fig. 1A durch einen mit einem flüssigen Metall gefüllten Schalter gemäss Fig. 13 ersetzt werden. Dadurch wird ein eventuelles mechanisches Klemmen des üblichen elektromechanischen Schützes vermieden. Als flüssige Metalle kommen Quecksilber oder eine K-Na-Li-Legierung unter Gegenwart eines leichten H2-Ueberdruckes zur Anwendung. Durch dieses flüssige Metall wird ein Kontakt zwischen zwei Schaltelektroden 3511, 3512 nur dann geschlossen, wenn ein ein- odarmehrphasiger steuerungselektromagnet 34 unter Strom steht. Das flüssige Metall wird dann durch elektrodynamische Kräfte zwischen die beiden Schalter-Elektroden gedrUckt. Ein Versagen dicser Anordnung ist praktisch ausgeschlossen.
Auch bei einer leistungssparenderen Variante, bei der das Quecksilberniveau durch einen ferromagnetischen Tauchkörper veränder-t wird, welcher mittels einer Spule 34 in bekannter Weise betätigt wird, ist ein mechanisches Klemmen praktisch ausgeschlossen. Auch im Katastrophenfall bleibt die Sicherheit erhalten, weil bei mechanischer Misshandlung sofort das Glasgefäss aus unterkühltem Glas zersplittert und somit die Trennkontaktbahn 251 unterbrochen wird.
In Abänderung des in Fig. lB dargestellten symmetrischen Oszillators 1 kann für grössere Fehlerströme gemäss Fig.
8 auch eine unsymmetrische Anordnung verwendet werden, welche einen etwas einfacheren Aufbau aufweist als eine symmetrische Anordnung. Die Parallelschaltung der Induktivität 102 sowie der Kapazität 11 liegt dabei im Kollektorkreis des zweiten Transistors 122. Der Nachteil ist eine Gleichstrommagnetisierung des Kernes 101. Auch dieses Ausführungsbeispiel neigt nicht zu unkontrollierten Schwingungen. Ferner haben in beiden Fällen die Transistoreigenschaften nur einen äusserst geringen Einfluss auf das Frequenzverhalten.
Man kann die erwünschte Abhängigkeit der Amplitude der Schwingungen am Eingang des Trennschalters 3 von der Aenderung der differentiellen Permeabilität des Magnetkernes 101 auch einfacher so erzielen, dass man den Oszillator 1 und den Frequenzdiskriminator 2 in einer Schaltung kombiniert. Bei geringeren Ansprüchen an die Empfindlichkeit und Stabilität können die Schwingungen des kombinierten Oszillator-Diskriminators 1 zum Aussetzen gebracht werden durch Verkleinerung des Resonanzwiderstandes der L-C-Kombination 102-11 oder besser durch die selektive Kopplung durch die Reihenschaltung des Kondensators 212 und der Induktivität 211 zwischen den Emittern der beiden Transistoren 121 und 122 nach den Fig. 1C oder Fig. 8. Die besonders einfache Version nach Fig. 1C hat einen, verglichen mit der Version nach Fig. 1B, grösseren Stromverbrauch, weil der Wandler 34 dauernd gespeist werden muss.
Der Oszillator 1, der erste Verstärker und der Resonator 21 des Frequenzdiskriminators sind in einer einfachen Schaltung verschmolzen. Die Schwingfrequenz f ist durch 0 die Induktivität der Windung 102 und die Kapazität des Kondensators 11 bestimmt. Die Transistoren 121, 122 bilden für den ersten Schwingkreis 102, 11 einen negativen Widerstand, der jedoch durch den Resonator 21 aus einem zweiten Kondensator 212 und einer zweiten Induktivität 211 frequenzabhängig wird. Dadurch wird erreicht, dass die Amplitude U der Schwingungen an der Sekundärwicklung 2112 bei einem Fehlerstrom 1F g IALL verschwindet. Nach Leistungsverstärkung durch den Transistor 222 wird das Signal durch den Trenntrafo 31 vom Stromkraftwandler 34 getrennt durch einen Graetz-Gleichrichter 32 gleichgerichtet und in die Haltespule des Trennschalters 3 als Haltestrom 3011 geleitet.
Die Schaltung nach Fig. 1C ist völlig sicher gegen elektrische Störungen beliebiger Zusammensetzung, weil immer der Haltestrom 3011 des Trennschalters 3 verschwindet.
Man darf sogar zwei beliebige Punkte der Schaltung kurzschliessen, ohne dass die Sicherheit beeinträchtigt wird, ausgenommen durch eine Ueberbrückung des Trennkontaktes 351.In Fig. 9 ist aufgezeigt , wie im Falle eines kombinierten Oszillatordiskriminators Temperaturunabhängigkeit gewährleistet wird. Hier sind an einem Kern 101 mit mehreren Bohrungen im Wege des durch den Stromfehler verursachten magnetischen Flusses zwei Verjüngungen 1012 mit zwei Oszillatorspulen 102 angeordnet, so dass aus der Symmetrie die Entkopplung gegenüber den Stromlcitcrn 010, 011, 012, 013 erreicht ist. Im weiteren kompensiert eine magnetisch gegenüber der oberen entkoppelte Resonatorwicklung 211 die Temperaturabhängigkeit des Kernmaterials, weil sie am gleichen Magnetkern 101 angeordnet ist.
Es gibt Anwendungen, wo statt einer Starkstrom1iterunterbrechung nur eine Signalisation der Gefahr angemessen ist, so bringt z.B. bei permanent geerdeten und gegenüber Laien abgeschlossenen Warmwasserspeichern eine mässige Isolationsverschlechterung keine unmittelbare Gefahr,gibt aber doch Anlass zu einer wertvollen Frühwarnung. In diesem Falle ist anstelle einer Abschaltvorrichtung, z.B. ein elektromechanischer Anzeiger vorgesehen, wo ein Elektromagnet durch den Haltestrom 3011 im Normalzustand gehalten wird, ein grünes Feld einer Scheibe aufzeigt, welche im Alarmfall durch das Verschwinden des Haltestromes 3011 nach unten fällt und ein leuchtend rotes Alarmfeld freigibt. Zugleich kann eine Fernmeldung an eine Zentrale erfolgen. Somit kann allgemein der Alarmaktuator eine elektrische Ab- oder Umschaltung hervorrufen oder aber optische und/oder akustische Signale auslösen.
In dem Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Stromdurchflutungserfassung nach Fig. 14 ist die Stromschleife 102, d.h.
die auf den Kern 101 gewickelte Spule 102, frequenzbestimmender Bestandteil eines Relaxationsoszillators, d.h. einer Schwingschaltung mit einem Energiespeicher, der Spule 102und einem Bauelement mit negativem Widerstand, z.B. einer Esaki-Diode 191. Die Speisung der Esaki-Diode erfolgt in bekannter Weise über einen Spannungsteilers bestehend aus den Widerständen 192, 193. Zur Kompensation des durch die Spule 102 fliessenden Tunneldiodenstroms, was zu einer unerwünschten Vormagnetisierung des Kerns 101 führt, wird die Gleichstromkomponente mittels einer Kompensationsstromquelle, z.B. bestehend aus einem Widerstand, der zwischen der Minus-Klemme 1902 der Versorgungsspannung und der Kathode der Diode 191 liegt, von der Spule 102 ab gesogen. Die restlichen Baugruppen dieser Ausführung entsprechen denen der Einrichtung nach Fig. 1A und sind aus Gründen der Einfachheit lediglich durch die Blöcke 2 = Frequenzdiskriminator, 3 = Trennschalter, 4 = Entmagnetisierungseinrichtung, 5 = Prüfvorrichtung und 6 - Stromversorgungseinrichtung angedeutet.
Der Vorteil des Einsatzes eines Relaxationsoszillators gegenüber einem herkömmlichen LC-Oszillator ist - abgesehen von seinem einfachen Aufbau - insbesondere darin zu sehen, dass bei Oszillatoren dieser Art die Periodendauer der Oszillatorschwingung direkt proportional zur Induktivität der Spule, bei LC-Oszillatoren hingegen proportional zur Wurzel aus der Induktivität ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 15 ist die Stromschleife 102 die die Mittenfrequenz eines LC-Bandpasses, bestehend aus der Spule 102 und dem Parallelkondensator 11, bestimmende Induktivität. Ein Generator 195 mit fester Frequenz und konstanter Ausgangsspannung ist über einen Koppelkondensator 196 an. den Schwingkreis angekoppelt. Die Amplitudendikrimination erfolgt fieber eine Trennstufe 222, einem Transistor 2221 in Kollektorbasisschaltung, mit nachgeschalteter Delon-Kaskade, bestehend aus den Dioden 3201, 3202, und einer Zener-Diode 30011. Der zwischen Transistor 2221 und Delonkaskade liegende-Kondensator 312 dient zur galvanischen Entkopplung, der Kondensator 33 ist der W<terkondensator. An die geschilderete Amplitudendiskrimination schliesst sich der Elektromagnet 34 des Trennschalters 3 an.
Der aus der Spule 102 und dem Kondensator 11 bestehende Schwingkreis hat bezüglich der Generatorausansspannun Randpasscharakteristik. Wählt man die Frequenz der Generatorspannung derart, dass sie der Mittenfrequenz des Bandpasses entspricht, so wird jede Induktivitätsänderung der Spule 102 zu einer Amplitudenänderung in Richtung kleinerer Amplituden der Schwingkreisspannung führen. Der Amplitudendiskriminator 3001, dessen Spannungsdiskrimination durch die Basis-Emitter-Diode des Transistors 2221, durch die Dioden 3201, 3202 der Delonkaskade und die Zener-Spannung der Zenerdiode 30011 bestimmt ist, erfasst derartige Veränderungen. Beim Unterschreiten einer bestimmten Amplitude der Schwingkreisspannung reicht die den Haltestrom des Magneten 34 treibende Spannung nicht mehr aus, der Trennschalter fällt ab.
Die Einrichtung nach Fig.16 beruht auf einem ähnlichen Prinzip wie die'Einrichtung nach Fig.15, mit dem Unterschied, dass hier keine Amplituden- sondern eine Frequenzdiskrimination erfolgt. An den aus der Spule 102 und dem Kondensator 11 bestehen-4% den Schwingkreis ist über einen Koppelkondensator ein Generator 195*, der entweder ein kontinuierliches Frequenzspektrum oder ein Gemisch von unterschiedlichen Frequenzen liefert, angeschlossen. An den Schwingkreis schliesst sich der Frequenzdiskriminator 2, der den gleichen Aufbau wie in Fig.lA bzw. 1B aufweist, an. Der Ausgang des Frequenzdiskriminators 2 wirkt über einen Trennkondensator 312 und eine Delonkaskade Shnlich der in Fig.15 auf den Trennschalter 3. Auch bei dieser Einrichwird die Bandpasseigenschaft des Schwingkreises 102,11 ausgenutzt, derart, dass bei einer Stromdurchflutung Null durch den Kern 101 die Frequenz bzw. die Periodendauer der Schwingkreisspannung innerhalb eines bestimmten Frequenz- bzw. Periodendauerintervalls, bei einem Absolutwert der Stromdurchflutung grösser als eine bestimmte Alarmgrenze ausserhalb des genannten Intervalls liegt. Durch die dem Frequenzdiskriminator 2 nachgeschaltete Amplitudendiskrimination (durch die Dioden 3201, 3202 und Zenerdiode 30011) trennt der Trennschalter 3 stets dann, wenn die Frequenz bzw. die Periodendauer ausserhalb des genannten Intervalls fällt, bzw. die Diskriminatorausgangsspannung unterhalb eines wohldefinierten Grenzwertes sinkt und die den Magneten 34 treibende Spannung nicht mehr den Haltestrom für den Magneten zu liefern vermag.
Statt eines Generators mit den oben erwähnten Eigenschaften kann auch ein Nadelimpulsgenerator, der bekanntermassen ebenfalls ein breites Frequenzspektrum erzeugt, verwendet werden.
Die wirtschaftlichste Realisierung eines Generators für den gewünschten Zweck stellt jedoch eine (handelsübliche) Rauschdiode dar.
Die vorbeschriebene Auswertung erfolgte auf analoge Weise. Es ist jedoch auch eine digitale Auswertung der Eigenfrequenzen des Schwingkreises durch Zählen von Schwingungen während fester Zeitintervalle oder durch Auszählen der Pulse eines Zeitmarkengenerators während einer bestimmten Anzahl von Schwingungsperioden des Schwingkreises 102,11 möglich. Beide der letztgenannten Alternativlösungen sind in Anbetracht der Fortschritte der Digital-Technik auf wirtschaftliche Weise durch Einsatz handelsüblicher Digitalbausteine realisierbar.
Die Ausführungsform einer Einrichtung zur Stromdurchflutungserfassung gemäss Fig. 17 weicht von den bisher erläuterten insofern ab, als durch einen Taktgenerator, dessen Ausgangsstrom mit dem Magnetflussleiter 101 verkettet ist, Hilfsdurchflutungsänderungen im Magnetflussleiter erzeugt werden. Zu diesem Zweck ist der Kern 101 mit einer weiteren Wicklung 1971 versehen, die von einem Taktgenerator 197 gespeist wird. Der Ausgangsstrom i des Taktgenerators weist während eines ersten 197 Abschnittes I einen konstanten positiven Wert, während eines zweiten Abschnittes II den Wert Null und während eines dritten Zeitabschnittes III den im ersten Abschnitt I angenommenen Wert jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen auf. Der wiederum aus der Spule 102 und dem Kondensator 11 bestehende Schwingkreis ist an einen Frequenzdiskriminator 2 (gleicher Aufbau wie in Fig.lA bzw. 1B) angeschlossen. An den Ausgang des Frequenzdiskriminators schliessen sich Speicher, z . B. Kondensatoren 2991, 2992 und 2993 und Komparatoren 2994, 2995 und 2996 zum Vergleich der gespeicherten Spannungswerte an. Ein von dem Taktgenerator betätigter Dreistellungsschalter 2999 gestattet es, die in den Zeitabschnitten I, II und III in elektrische Spannungen abgebildeten mittleren Eigenfrequenzen des Schwingkreises 102,11 getrennt nach den Zeitabschnitten zu speichern. Die Komparatoren 2994, 2995 und 2996 sind dabei so beschaltet, dass in ihnen die Eigenfrequenzen im ersten und dritten (2994), im ersten und zweiten (2995) und im zweiten und dritten Zeitabschnitt miteinander verglichen werden können. Die Ausgänge der drei Komparatoren sind auf ein UND-Glied 2997 geführt, wobei dem mit dem Komparator 2994 verbundene Eingang des UND-Glieds 2997 ein Invertert 2998 vorgeschaltet ist.
Die Wirkungsweise der in Fig. 17 dargestellten Einrichtung ist wie folgt: Durch die Erzeugung von Hilfsdurchflutungen mittels Strömen gleichen Betrages und abwechselnd umgekehrten Vorzeichens ändert sich die Induktivität der Stromschleife 102. Ohne eigentlichen Fehlerstrom IF muss dabei die Induktivitätsänderung und damit auch die Eigenfrequenzänderung des Schwingkreises gleich sein (vgl. Fig.2C). Jede Abweichung von der Gleichheit ist ein Indiz ftir die Unsymmetrie der F(I)-Kennlinie, also für den Fehlerstrom (Durchflutung). Durch die Einfügung eines Zeitabschnittes II mit i197 = 0 ergibt sich ein weiterer Vorteil: Bei starker Magnetisierung des Kerns 101 ändern sich die aus den Hilfsdurchflutungen mittels i197 resultierenden Eigenfrequenz4ndv>X4ven nur innerhalb enger Grenzen. Dann benutzt man das Kriterium, dass die Eigenfrequenz bei il97 : 0 deutlich tiefer liegen muss als bei den Strömen i197 = const. während der Zeitabschnitte I und III. Auf diese Weise gelingt es, die Frequenzdrift, insbesondere die durch die Temperaturabhängigkeit der Permeabilität des Kernes 101 verursachte, total zu eliminieren.
Die oben geschilderten Vergleichoperationen erfolgen in den Komparatoren 2994, 2995 und 2996. Bei der (zu erfassenden) Stromdurchfiutung Null muss der Ausgang des Komparators 2994 Null aufweisen, die Ausgänge der übrigen Komparatoren einen von Null verschiedenen Wert. Wird das Ausgangssignal des Komparators 2994 invertiert, so herrscht an den Eingängen des UND-Gliedes 2997 die KND-Bedingung. Das Ausgangssignal dieses UND-Gliedes wird über eine Trennstufe 222 dem Magneten 34 des Trennschalters 3 zugeführt, ähnlich wie es im Zusammenhang mit Fig. 14 oder 15 bereits beschrieben worden ist.
Auf der Grundlage der Einrichtung gemäss Fig.l7 lässt sich eine weitere Ausführungsform der Erfindung unter fast ausschliesslicher Verwendung digitaler Arbeitsmethoden realisieren.
Dies ist in Fig. 18 beispielsweise verdeutlicht. Der aus der Spule 102 und dem Kondensator 11 bestehende Schwingkreis ist über einen amplitudenbegrenzenden verstärker 221, eine Impulsformerstufe 1972 an einen Zähler 1973 angeschlossen Wie in ig.l7 erzeugt der Taktgenerator 197 über die Spule 1971 quasiperiodische Hilfsdurchflutungsänderungen im Magnetflussleiter 101. Die Stromänderungen beim Uebergang von einem in den anderen Zeitabschnitt 1, ITs III regen den Schwingkreis zu Eigenfrequenzen an. Diese werden in dem Verstärker verstärkt und begrenzt. Die nachgeschaltete Impulsformers tufe erzeugt pro Nulldurchgang der Eigenschwingung einen Impuls. Der Zähler 1973 zählt die Anzahl der Nulldurchgänge0 Nach Aufsummieren einer festeneAnzahl von Nulldurchgängen = Halbperioden der Eigenfrequenz schaltet der Zähler über den Umschalter 1974 im Taktgenerator 197 die nächste Stromquelle 1975 des Taktgenerators an die Spule 1971 an, d.h. der nächste Zeitabschnitt I, II oder III beginnt. Da nunmehr die Dauer der Zeitabschnitte durch die Eigenfrequenzen bestimmt ist, kann die Messwertverarbeitung bequem dadurch erfolgen, dass die Dauer der Zeitabschnitte I, II und III bestimmt werden, da sie ja ein Mass für die Eigenfrequenz des Schwingkreises sind.
Wie oben aufgefUhrt, werden die Eigenschwingungen des Schwingkreises durch die StromSnderungen in der Spule 1971 dauernd angeregt. Selbstverständlich lassen sich die Schwingungen auch durch einen negativen Widerstand - ähnlich wie in Fig.14 - dauernd aufrechterhalten.
All den beschriebenen Ausführungsbeispielen und -varianten ist gemeinsam, dass jegliche Abweichungen der Stromdurchflutung vom Normalwert Null zu einem Ansprechen des Trennschalters führen, d.h. dem Trennschalter-Betätigungsmagneten wird die Halteleistung entzogen. Jedoch nicht nur Abweichungen der Stromdurchflutung vom Nullwert führen zum Ansprechen. Beim Ausfall jeder Komponente, sei sie mechanisch oder elektrisch oder magnetisch (z.B. Kernbruch) reagiert die Einrichtung so, als sei die Stromdurchflutung dem Betrage nach höher geworden.
Neben der gegenüber bekannten Einrichtungen wesentlich grösseren Empfindlichkeit ist die letztgenannte Eigenschaft von überragender Bedeutung hinsichtlich der Schutzwirkung für Menschen und Güter.
Die im vorigen beschriebene Einrichtung zur Stromdurchflutungserfassung ist hautsächlich zur Anwendung in FI-Schaltern vorgleichzeitig oder~gttrennt gesehen. Sie lässt sich jedoch auchvorteilhaft zur Prüfung und Ueberwachung der Erdungsverhältnisse von Netzen anwenden.
Dies soll anhand des Ausftlhrungsbeispiels gemäss Fig.lA verdeutlicht werden. Ein Kurzschluss oder eine Verbindung der Verbraucherseite 010 des Nulleiters nlt der Netz- oder Speiseseite 020 des Nulleiters über eine kleine Impedanz, z.B.
durch falsche Erdung des Nulleiters vor und hinter dem Kern 1019 entsteht eine Stromschleife, deren Impedanz sich in den Schwingkreis bzw. Detektionskreis transformiert. Durch diese Tlansformation wird die Induktivität der Stromschleife 102 verändert, was wiederum beim Ueberschreiten eines bestimmten Grenzwertes zur Signalisation eines Alarmzustandes und Auslösung des Aktuators 3 führt. Falscherdungen wirken somit wie von Null verschiedene (zu erfassende) Durchflutungen.
Während in den Ausführungsformen gemäss Fig.10 und 11 durch die Einführung eines hochpermeablen Hilfskernes 1011 der oben geschilderte Effekt durch die mit dem Hilfskern erzielte Entkopplung eliminiert wird, lässt er sich zur Detektion von Falscherdungen in nach festen Regeln geerdeten Netzen mit Vorteil ausnutzen.

Claims

Patentansprüche

1)1 Einrichtung zur Stromdurchflutungserfassung mit einem stromdurchfluteten Magnetflussleiter zur Summenbildung der zu erfassenden Durchflutung und mindestens einer mit dem Magnetflussleiter verketteten Stromschleife, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschleife (102) induktivitätsbestimmender Bestandteil eines Detektionskreises ist und dass Mittel (2,3) zur Bestimmung und Auswertung der Detektionskreiskenngrössen vorgesehen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionskreis einen Schwingkreis (11, 102) umfasst.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch- gekennzeichnet, dass der Detektionskreis frequenzbestimmender Bestandteil eines Relaxationsoszillators ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreis (11,102)-Bestandteil eines Oszillators ist, dass die Detektionskreiskenngrössen die Amplitude der Oszillatorspannung bestimmen, derart, dass bei Stromdurchflutung Null die Amplitude der Oszillatorspannung oberhalb eines definierten Grenzwertes und bei einem Absolutwert der Stromdurchflutung grösser als eine bestimmte Alarmgrenze die genannte Amplitude unterhalb eines definierten Grenzwertes liegt.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschleife (102!Bestandteil eines Oszillators ist,dass die Detektionskreiskenngrössen die Frequenz der Oszillatorspannung bestimmen, derart, dass bei Stromdurchflutung Null die Frequenz der Oszillatorspannung innerhalb eines bestimmten Frequenzintervalls, bei einem Absolutwert der Stromdurchflutung grösser als eine bestimmte Alarmgrenze die genannte Frequenz ausserhalb des genannten Frequenzintervalls liegt, und dass dem Oszillator ein Frequenzdiskriminator (2), vorzugsweise ein Frequenz/Spannungswandler nachgeschaltet ist

6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreis von einem Generator (195) fester Frequenz und konstanter Amplitude gespeist ist und Mittel (3001) zur Amplitudendiskrimination der Schwingkreisspannung vorgesehen sind, wobei die Generatorfrequenz derart gewählt ist, dass die Amplitude der Schwingkreisspannung bei der Stromdurchflutung Null oberhalb eines definierten Grer"werLes und bel einen Absolutwert der Stromdurchflutung grösser als eine bestimmte Alarmgrenze unterhalb eines definierten Grenzwertes licgt.

7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreis (102,11) von einem Generator (195*) mit mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen bis zum kontinuierlichen Frequenz spektrum gespeist ist und Mittel (2) zur Bestimmung des Mittelwertes der Frequenz und/oder der Periodendauer der Schwingkreisspannung vorgesehen sind, wobei bei Ci ner Stromdurchflutung Null die Frequenz bzw. die Periodendauer der Schwingkreisspannung innerhalb eines bestimmten Frequenz-bzw. Periodendauer-Zeitintervalls, bei einem Absolutwert der Stromdurchflutung grösser als eine bestimmte Alarmgrenze ausserhalb des genannten Frequenz- bzw. Periodendauer-Zeitintervalls liegt.

8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Taktgenerator (197), dessen Ausgangsstrom (i197) mit dem Magnetflussleiter (101) verkettet ist und quasiperiodische Durchflutungsänderungen, vorzugsweise abwechselnd Durchflutungsänderungen gleichen Betrages und umgekehrten Vorzeichens, während mindestens zweier Abschnitte I,III innerhalb einer Periode des Taktgeneratorausgangsstromes erzeugt und Mittel (2994, 2995, 2996) zum VergleicIi der Eigenfrequenzen des' Schwirykreise, während der genannten Zeitabschnitte I, III vorgesehen sind, und dass die Frequenz des Taktgeneratorausgangsstromes zwischen der höchstens zu erfassenden Durchflutungsfrequenz und der niedrigsten Eigenfrequenz des Schwingkreises (102, 11) liegt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktgeneratorausgangsstrom (i197) abwechselnd während eines ersten Zeitabschnittes (I) einen bestimmten konstanten Wert, während eines zweiten Zeitabschnittes (II) den Wert Null und während eines dritten Zeitabschnittes (III) den im genannten ersten Zeitabschnitt angenommenen Wert, jedoch mit entgegengesetzten Vorzeichen, aufweist, wobei sowohl die Differenz der Eigenfrequenzen des Schwingkreises (102,11) während des ersten (Tj und dritten (III) der genannten Zeitabschnitte als auch die Eigenfrequenzen des Schwingkreises während des ersten und dritten Zeitabschnittes im Vergleich zu dem zweiten Zeitabschnitt (II) ein Mass für die zu erfassende Stromdurchflutung bilden.

10 Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreis (102, 11) frequenzbestimmender Bestandteil eines Oszillators ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktgeneratorausgangsstrom (i197) über den Magnetflussleiter (101)mit dem Schwingkreis derart gekoppelt ist, dass im Schwingkreis gedämpfte Eigenschwingungen angeregt werden.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktgenerator (197) einen Zähler (1973) enthält, welcher durch das Zählen von festen Anzahlen von Halbperioden der Eigenschwingungen des Schwingkreises die genannten Zeitabschnitte (I, II, III) bestimmt, wobei vorzugsweise die Dauer dieser Zeitabschnitte ein Mass für die Eigenfrequenz des Schwingkreises ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetflussleiter (101) mehrere koaxial angeordnete Leiter (011, 012, 013, 010) umfasst, welche die zu erfassende Stromdurchflutung führen.

14. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetflussleiter (101) mehrere die zu erfassende Stromdurchflutung führende Phasenleiter (011,012,013) umschlingt und dass die Phasenleiter zentralsymmetrisch, vorzugsweise paarweise symmetrisch, um einen Nulleiter (010) herum angeordnet sind.

15. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetflussleiter (101) und die Stromschleife (102) mindestcns teilweise von einer Abschirmung (104,105) unigeben sind.

16. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drosselkern (1011) vorgesehen ist, der vorzugsweise aus hochpermeablem Material besteht, und den die Durchflutung führenden Strom umschlingt.

17. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stromdurchflutungsgesteuerte Stromschleife (102) mindestens eine auf mindestens einen als Magnetkern (101) ausgebildeten Magnetflussleiter aufgebrachte Kernspule umfasst, und dass der Magnetkern (101) so ausgebildet ist, dass er die stromdurchflutete Fläche, insbesondere die die zu erfassende Stromdurchflutung führenden Leiter (011, 012, 013, 010), umschliesst.

.18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (101) ringförmig ausgebildet ist und mindestens eine Einschnürung (1012) aufweist.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverminderung infolge der Einschnürung mindestens 100:1, vorzugsweise mindestens 1000:1, beträgt.

20. Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnürung (1012) durch eine elektrisch leitende unmagnetische Einlage (1013) gebildet ist, welche die Einschnürung zumindest teilweise ausfüllt und/oder die Engstelle zumindest teilweise umgibt.

21. Einrichtung nach den Ansprüchen 18, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Engstelle kreisnah ist und einen annähernd hyperbolischen Achsenschnitt aufweist.

22. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (101) aus einem weichmagnetischen Ferrit besteht.

23. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Eigenfrequenz des Schwingkreises vorgesehen sind.

24. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernspule (102) mit einer Teilwicklung (1028) auf dem Magnetkern (101) und einer Teilwicklung (1029) auf einem llilfskern (10112) angeordnet ist.

25. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (lOl)mehrere Löcher sowie zwei Einschnilrungen (1012) umfasst und dass die Wicklung (102) durch die Löcher so antisymmetrisch aufgebracht ist, dass eine Entkopplung gegen den umfassten, die Durchflutung führenden Leiter (011, 012, 010) entsteht.

26. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzdiskriminator (2) mindestens eine frequenzbestimmende Induktivität (211) enthält, welche zumindest teilweise auf dem Magnetkern (101) aufgebracht ist.

27. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entmagnetisierungseinrichtung (4) für den Magnetkern (101) vorgesehen ist.

28. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Entmagnetisierungseinrichtung (4) Mittel zur Erhöhung des magnetischen Widerstandes des Magnetflussleiters (101) auf mechanischem und/oder auf thermischem Wege enthält.

29. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Entmagnetisierungseinrichtung (4) Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Querfeldes senkrecht zum Magnetfluss im Magnetflussleiter (101) infolge der zu erfassenden Stromdurchflutung enthält.

30. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Entmagnetisierungseinrichtung (4) mindestens eine Spule (103) enthält, welche mit dem Magnetflussleiter (101) gekoppelt ist und in diesem eine Wechseldurchflutung mit zeitlich abnehmender Intensität erzeugt.

31. Einrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Entmagnetisierungseinrichtung (4) aus einer Wechselspannungsquelle (Oll,Oll) gespeist ist, dass sie einen über eine Vorimpedanz (6001) und einen Vollwellengleichrichter (6007) gespeisten Kondensator (6008) enthält, und dass die Spule (103) im Wechselstrompfad des Vollwellengleichrichters (6007) liegt.

32. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine PrUfvorrichtuny (5) zur Erzcuguny StronldurcllElutungsänderungen wählbarer Polarität vorgesehen ist.

33. Einrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator derart aufgebaut ist, dass die amplituden- bzw. frequenzbestimmende Stromschleife (102) glcichstrommässig von dem Magnetflussleiter (lot) entkoppelt ist.

34. Einrichtung nach Anspruch 3,4 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator derart aufgebaut ist, dass der durch die Stromschleife (102) fliessende Oszillatorwechselstrom mindestens so gross ist, dass die Mehrdeutigkeit (Hysterese) der Funktion Oszillatorfrequenz bzw. Oszillatoramplitude versus zu erfassender Stromdurchflutungsänderung unterdrückt ist.

35. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (332, 333) zur Unterdrückung von Auswirkungen von Stromdurchflutungsänderungen von kürzerer Dauer als ein einstellbarer Wert vorgesehen sind.

36. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Speicherung (343, 344) des Erscheinens einer Stromdurchflutung grösser als eine einstellbare Alarmgrenze, jedoch zeitlich kürzer als die Reaktionszeit der angeschlossenen Auswerteeinrichtung (3) vorgesehen sind.

37. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzdiskriminator (2) einen selektiven Verstärker mit Bandpasscharakteristik umfasst, um an seinem Ausgang eine Stromdurchflutungsänderung erst bei Ueberschreiten festgelegter Toleranzwerte anzuzeigen.

38. Einrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der selektive Verstärker die Hintereinanderschaltung eines amplitudenbegrenzenden Verstärkers (221), eines Bandpass filters (21) und eines Leistungsverstärkers (222) umfasst.

39. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzdiskriminator (2) in der Rückkopplungsschleife des Oszillators angeordnet ist und vorzugsweise zur Auskopplung des Oszillatorsignals dient.

40. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (3) über eine galvanisch trennende Trennstufe (31) aus dem Detektionskreis angesteuert ist.

41. Einrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (3) Mittel (351,352,353) zur Um- und/oder Abschaltung der zu erfassenden Stromdurchflutung in Abhängigkeit von der Aenderung der Schwingkreiskenngrössen umfasst.

42. Einrichtung nach Anspruch 40, dadurch c-jekennzeichie L, dass ein Aktuator (3) vorgesehen ist, der Mittel umfasst, um beim Auftreten einer festgelegten Durchflutungsänderung optische und/oder akustische Signale auszulösen.

43. Einrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (3) mindestens 2 Schaltzustände, davon einen Normal- und einen Alarmzustand, aufweist, dass der Aktuator (3) zum Verbleib im Normalzustand einer dauernden Haltleistung bedarf und beim Auftreten einer Stromdurchflutung ausserhalb eines Normalstromdurchflutungsintervalls durch Verminderung der Leistungszufuhr in den Alarmzustand versetzbar ist.

44. Einrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteleistung aus dem Oszillatorsignal abgeleitet ist.

45. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein ausschliesslich wechselstromempfindlicher Aktuator (3) gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Leistungsverstärkerstufe an den Detektionskreis angekoppelt ist.

46. Einrichtung nach Anspruch 40 oder 45, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (3) als elektromagnetisch gesteuroter Flüssigmetallschalter (35) ausgebildet ist.

47. Einrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsmenge, die Form der Elektroden (3511, 3512) und das Gefäss derart ausgebildet sind, dass bei Abweichungen von der vorgegebenen Lage gegenüber der Vertikalen Kontaktunterbrechung erfolgt.

48. Einrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltflüssigkeit mittels elektrodynamischer Kräfte bewegbar ist.

49. Einrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beschleunigung des Ausschaltvorganges die schaltende Oberfläche der Schaltflüssigkeit einem permanente Gasdruck ausgesetzt ist.

50. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschleife mindestens eine Spule (102) auf einem Magnetkern (101) umfasst, dass dieser Magnetkern (101) minder stens einen zu überwachenden Stromleiter umschlingt und dass der Magnetkern (101) durch Permeabilitätsänderungen in Funktion von Stromdurchflutungsänderungen die Indukti@@tät der Spule ändert, dass die Spule (102) Bestandteil eines frequenzbestimmenden Netzwerkes (102,11) ist, um durch ihre Induktivitätsänderungen Schwingfrequenzänderungen hervorzurufen, dass der Ausgang des Oszillators (1) mindestens einem Frequenzdiskriminator (2) mit Bandj.asscharakteristik zugeführt ist, um eine Frequenz- in eine Amplitudenänderung zu wandeln, dass ein Frequenzdiskriminator-Ausgangssignal einen Aktuator (3) ansteuert und dass der Aktuator (3) einen oder mehrere Schalter (351,352,353) mit Arbeitskontakten umfasst, um auf entsprechendes Absinken des Diskriminator-Ausgangssignals Schaltungen vorzunehmen.

51. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Detektion von Fehlern in elektrischen Netzen, insbesondere zur Detektion von Falscherdungen von Nulleitern (010,020) vorgesehen ist.