DE2512811C2

DE2512811C2 - Einrichtung zur Stromdurchflutungserfassung

Info

Publication number: DE2512811C2
Application number: DE19752512811
Authority: DE
Inventors: Alois Dr. Marek; Daniel Nussbaumen Marek
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1975-03-03
Filing date: 1975-03-22
Publication date: 1983-03-24
Also published as: CH607057A5; DE2512811A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Stromdurchflutungserfassung mit einem stromdurchfluteten Magnetflußleiter zur Summenbildung der zu erfassenden Stromdurchflutung, mit mindestens einer mit dem Magnetflußleiter verketteten Stromschleife, mit einem die Stromschleife enthaltenden Detektionskreis, dessen Kenngrößen als Maß für die Durchflutung von einer Bestimmungs- und Auswerteschaltung erfaßt werden,.

Einrichtungen zur Stromdurchflutungserfassung werden insbesondere in Fehlerstromschutzschaltern (FI-Schalter) als Detektionsmittel eingesetzt.

Es sind bereits Fehlerstromschutzschalter für Wechselstrom bekanntgeworden, die entweder passive Schaltelemente oder auch aktive Halbleiterbauelemente verwenden und bei der Überschreitung 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 der; Transistoren Kollektor-Emitter-Kurzschlüsse auftreten. Bei Verwendung von Ferritkernen besteht wiederum die Gefahr einer Funktionsbeeinträchtigung 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 Wechselstrom- als auch auf Gleichstromfehler ansprechen. Außer den erwähnten Wechselstrom-Schutzschalter sind auch Gleichstrom-Schutzschalter mit einer Brückenschaltung vorgeschlagen worden. Dabei weist die Brückenschaltung in ihrem ίο 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 der zur Versorgung vorgesehenen 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 Wechselstromfehler verschieden.

Eine weitere bekannte Einrichtung zur Erfassung von Wechselströmen (DE-AS 10 59 551) enthält eine Schaltung, weiche 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. Aus der DE-PS 16 38 059 ist ein Fehlerstromschutzschalter mit einem Summenstromwandler bekanntgeworden, durch den die Netzleiter als Primärwicklungen hindurchgeführt sind. Der Summenstromwandler besitzt eine Sekundärwicklung, deren Ausgangsklemmen auf einen Oszillator aufgeschaltet sind. Dieser wird über einen Transformator auf ein Relais geschaltet, das im Falle eines Fehlerstromes Kontakte in den Netzleitern öffnet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Stromdurchflutungserfassung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sowohl auf Wechselfehlerströme als auch auf Gleichfehlerströme anspricht und sich darüber hinaus durch einfachen Aufbau und hohe Betriebssicherheit auszeichnet. Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Stromdurchflutungserfassung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Detektionskreis einen Schwingkreis enthält, dessen induktivitätsbestimmender Bestandteil die Stromschleife ist, und

so daß die Frequenz des Schwingkreises ein Maß für die Durchflutung ist. ■

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 u. dgl, 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 »Antwort« 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 Überschreiten bestimmter Grenzwerte ein Alarmsignal ausgelöst.

Bei der Anordnung bei der DE-PS 16 38 059 ist der Oszillator so eingestellt, daß seine Schwingbedingungen nur erfüllt sind, wenn die in der Sekundärwicklung des Summenstromwandler induzierte Spannung unter einem vorgegebenen Wert verbleibt. Dabei wird der Oszillator durch die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung verstimmt, so daß die Amplitude der Spannung, die am Ausgang des Oszillators ansteht, nicht mehr zur Auslösung des Relais ausreicht. Die Sekundärwicklung hat daher lediglich mittelbar Einfluß auf den Oszillator und ist nicht unmittelbar Teil des frequenzbestimmenden Schwingkreises, d. h., daß die Sekundärwicklung nicht induktionsbestimmender Bestandteil des Detektionskreises ist, sondern lediglich eine Art Spannungsquelle, deren Spannung von der nachgeschalteten Auswerteanordnung erfaßt und ausgewertet wird, ohne eine weitere prinzipielle Beeinflussung des Schwingungsverhaltens des Oszillators.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Detektionskreis induktivitätsbestimmender Bestandteil eines Schwingkreises in einem LC-Oszillator, wobei die Detektionskreiskenngrößen die Amplitude der Oszillatorschwinfcungen bestimmen, derart, daß bei der Stromdurchflutung Null die Amplitude der Oszillatorspannung oberhalb eines definierten Grenzwertes und bei einem Absolutwert der Stromdurchflutung 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 und bei einem Absolutwert der Stromdurchflutung oberhalb einer bestimmten 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 Detaktionskreis 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 oberhalb einer bestimmten Alarmgrenze unterhalb eines definierten Grenzwertes liegt Wie oben ist 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 Mittelwerte 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 oberhalb einer bestimmten Alarmgrenze außerhalb des genannten Frequenz- bzw. Periodendauerintervalls liegt. Zur Auswertung ist wiederum ein Frequenzdiskriminator, vorzugsweise ein Frequenz/Spannungswandier vorgesehen.

Eine weitere, besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht einen Taktgenerator vor, dessen Ausgangsstrom mit dem Magnetflußleiter verkettet ist und quasiperiodische Durchflutungsänderungen während mindestens zweier Abschnitte innerhalb einer Periode des Taktgeneratorausgangsstromes erzeugt Die Eigenfrequenzen 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 Taktgeneratorausgangsstromes 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 frequenzbestimmen-

\o der 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 Durciifuitüngsändcrüng 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 Magnetflußieiters oder die Temperaturabhängigkeit der Resonatoren der Auswer-

teschakung (Frequenzdiskriminator) völlig beseitigen.

Die vorbeschriebene Ausführungsvariante läßt sich dahingehend abwandeln, daß der Taktgenerator einen Zähler enthält, welcher durch das Zählen von festen Anzahlen von Halbperioden der Eigenschwingungen des Schwingkreises die genannten Zeitabschnitte 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 Erfindung werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. IA ein erstes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Stromdurchfiutungserfassung in teilweiser Blockdarstellung,

F i g. 1B eine mehr ins Detail gehende Schaltungsanordnung, aufbauend auf der in F i g. 1A dargestellten,

Fig. IC eine gegenüber den in den Fig. IA und IB vereinfachte Ausführungsform mit Amplitudendiskrimination,

F i g. 2A und B Verläufe der differentiellen Permeabilität μ_ε in Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke resp. vom Fehlerstrom If im Magnetflußleiter,

F i g. 3A, B und C verschiedenen Ausführungsformen bevorzugter Kernformen,

Fig.2C und 4 den Frequenzverlauf und den Amplitudenverlauf in Abhängigkeit vom Fehlerstrom h,

F i g. 5 und 6 zwei bevorzugte Anordnungen der die zu überwachende Stromdurchflutung führenden Leiter relativ zum Magnetflußleiter,

F i g. 7 eine weitere Leiteranordnung durch einen magnetisch abgeschirmten Magnetflußleiter,

Fig.8 eine weitere Ausführungsform eines Oszillators entsprechend demjenigen in F i g. IC,

F i g. 9 eine dritte Ausführungsform eines Oszillators entsprechend demjenigen in F i g. IC,

Fig. 10 eine Oszillatorkernanordnung mit einem Hilfskern,

F i g. 11 eine weitere Oszillatorkernanordnung mit einem Hilfskern, wobei der Hilfskern mit einer Teilwicklung versehen ist,

Fig. 12 ein Ausführungsbeispiel einer an die Stromdurchflutungserfassungseinrichtung angeschlossenen Stromversorgungseinrichtung,

Fig. 13 ein Ausführungsbeispiel einer Abschaltvorrichtung mit einem Flüssigmetallschalter,

Fig. 14 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Detektionskreis frequenzbestimmender Beiiariuieii eines Relaxationsoszülators 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. 17 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Schwingkreis von einem Taktgenerator zur Erzeugung von Durchflutungsänderungen im Magnetflußleiter gespeist ist,

Fig. 18 eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 17 mit einer besonders eleganten Methode zur Auswertung der Schwingkreiskenngrößen mittels Zähler.

Gemäß Fig. IA umfaßt ein Fehlerstromschutzschalter einen Oszillator 1, einen nachgeschalteten Frequenzdiskriminator 2 und einen Trennschalter 3, welcher eine Netzum- resp. Netzabschaltung bewirkt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Phasenleiter OU, 012,013 eines Dreiphasen-Netzes durch Kontakte 351, 352,353 entsprechend abschaltbar. Es ist ohne weiteres möglich,

ίο 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 L\ angebracht. Die Spule 102 bildet einen Teil des Oszillators 1, weicher auf bekannte Weise mit einem Parallelresonanzkreis aus Spule 102 und Kondensator 11 mit der Kapazität Q 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 eine Ausgangsklemme 9 des Oszillators 1 direkt einem Eingang 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. Dieser entsteht aus einer Wechselspannung 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.

Die Anordnung gemäß F i g. 1 funktioniert wie folgt:

Eine Frequenz F₀ entsprechend der Resonanzfrequenz des Frequenzkreises im Oszillator 1 ist durch die Kapazität Q des Kondensators 11 und die Induktivität L] der Spuie 102 gegeben. SchiuBendiich ist letztere von der differentiellen Permeabilität μ_ί 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= 0. Damit wird der Magnetkern 101 von dieser Stromsumme nicht beeinflußt und entsprechend dem Arbeitspunkt des Eisenkerns 101, weist die differentielle Kernpermeabilität μ_Θ nahezu ihren Maximalwert auf. Dadurch ist die Induktivität L\ der Spule 102 ebenfalls beinahe maximal und die Schwingfrequenz /o des Oszillators 1 liegt in einem Normalfrequenzintervall [/Ä, /s], wobei Λ < /Ό < fe (F ig. 2C).

Zwischen den zwei Verstärkern 221 und 222 sind ein oder mehrere Resonatoren 21 geschaltet Die Grenzfre-

quenzen des Frequenzgangs der Diskriminatorausgangsspannung ί/291 (To) wird durch Dimensionierung der Resonatoren 21 so gewählt, daß für die Grundfrequenz /o innerhalb des Frequenzbereichs /a, Ib der Spitzenwert der Ausgangsspannung i/291 an der Klemme 29 ausreichend groß ist, um die Trennkontakte in eingeschalteter Position festzuhalten. Damit ergibt sich die Forderung Um > Üb, wobei für + U₂₉₁ durch die Speisespannung des Verstärkers 272 eine obere Grenze Um gegeben ist.

Sobald der resultierende Stromspitzenwert, der einem Fehlerstrom /f-entspricht, in den Leitern 010,011, 012, 013 einen festen Wert I_All überschreitet, vermindert sich die differentielle Permeabilität (Fig.2A) des Kernes 101 und als Folge der Induktivitätsverminderung von L\ erhöht sich die Osziüatorfrequenz /b (F i g. 2C) so weit, daß durch Überschreiten der oberen Grenzfrequenz des von den Resonatoren 21 gebildeten Bandpasses die Ausgangsspannung i/291 am Ausgang 29 des Frequenzdiskriminators 2 unter die Schwelle Ub sinkt (UALL^ Ub), wobei der Spannungsgrenzwert U_B die Minimalspannung darstellt, die notwendig ist, den Trennschalter in eingeschalteter Position 2.11 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 als Funktion der Magnetisierung spricht hier der Schutzschalter auf beide Polaritäten eines Fehlerstromes mit Frequenzverschiebungen gleicher Richtung an. Es ist jedoch möglich, durch Zuführung eines bestimmten Gleichstromes, den Arbeitspunkt auf der Permeabilitäts-Charakteristik so zu wählen, daß verschiedene Fehlerstro inpolaritäten 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 i/291 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 /0 an der Klemme 29 bemerkbar. Ein Defekt der Diode 32 führt zum Verschwinden des Gleichstromes 3011 in der Windung des Elektromagneten 34, wodurch ebenfalls, wie auch bei einer Unterbrechung oder einem Kurzschluß der Windung selbst, die Trennschalter sofort öffnen.

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-W erte 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 Keramikoder 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 μ_α wie sie z. B. durch die Kurve in F i g. 2A in Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke H oder entsprechend einem Fehlerstrom Ip dargestellt ist. F i g. 2B zeigt entsprechende Kurven bei

ίο verschiedenen Ansteuerungsbedingungen. Alle gezeigten Kurven umhüllen den hier interessierenden Arbeitsbereich. Durch den Minimalwert von μ_Φ bei H=O bzw. If= 0 ist die kritische Feldstärke H_L bzw. I_L definiert, welche eine wesentliche Rolle für die Beurteilung der zu verwendenden magnetischen Materialien bietet, weil f_B> 4 zu wählen ist (F i g. 2C). Neben Ferriten als Kernmaterial kommen auch Nickel-Eisenlegierungen in Frage, welche relativ kleine ///.-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 verlustarm und mit verschiedenen magnetischen Eigenschaften erhältlich.

Die Breite der effektiven Hysteresekurve gemäß den Fig.2A und 2B läßt sich durch geeignete Wahl der Oszillatorstromamplitude in der Spule 102 so weit beeinflussen, daß die Hysterese praktisch verschwindet. Damit kann in diesem Fall mit einer eindeutigen reversiblen Permeabilität gerechnet werden. Um eine relativ große Frequenzverschiebung, d. h. Permeabilitätsänderung bei kleiner Änderung von If zu erhalten, wird mittels 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 F i g. 2C dargestellt, der Arbeitspunkt in der Nähe des Nullpunktes der magnetischen Feldstärke gewählt, werden positive wie negative Fehlerströme eine Frequenzzunahme bewirken. Wird andererseits 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 -ττ in der Nähe der

Um eine wesentliche Erhöhung der Empfindlichkeit zu bewirken, kann der Kern 101 mit einer annähernd hyperboloidischen Einschnürung 1012 gemäß Fig.3A versehen werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können bei Werten von μλ 5000 gute Resultate dadurch erhalten werden, daß eine einfache, rechteckige Einschnürung gemäß F i g. 3B angebracht wird. Dieser Einschnitt kann beispielsweise mit einer Diamantsäge oder mit einem Diamantdraht hergestellt werden. Bei kleineren Permeabilitäten reicht eine einfache, geradlinige Näherung der hyperboloidischen Einschnürung (F ig. 3C).

Wegen der leichten Bearbeitbarkeit von Ferritmaterial lassen sich ohne Schwierigkeiten an der Einschnürungsstelle Restdicken von 0_:l Millimeter erreichen. Zur besseren Kühlung an der Schnittstelle kann sine

Naßbearbeitung unter Verwendung von Wasser oder Alkohol als Kühlmittel vorgenommen werden.

Auf einfache Weise läßt sich eine noch steilere Abhängigkeit der Frequenz von der Amperewindungszali! erreichen, wenn gemäß F i g. 3C der enge Luftspalt in der Nähe der Einschnürung 1012 durch eine elektrisch gut leitende, aber unmagnetische Einlage 1<K3 für den magnetischen Fluß des Oszillatorstromes undurchdringbar gemacht werden. Dabei bildet die Einlage 1013 keine vollständige Kurzschlußwindung. In F i g. 4 ist die Abhängigkeit der Frequenz von der Amperewindungszahl für die Spule 102 mit und ohne Einlage 1013 dargestellt Man erkennt den steileren Charakteristik-Verlauf bei Verwendung einer Metalleinlage.

Der magnetische Kern 101 soll auf die Summe 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 F i g. 5 schematisch dargestellt ist Ferner können gemäß Fig.6 die Leiter innerhalb des Kerns 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 (F i g. 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 PermeaDilität erkauft. Eine zusätzliche Kompensation der Temperaturempfindlichkeit ist durch geeignete Wahl des Temperaturkoeffizienten der Kondensatoren 11 im Oszillatorresonanzkreis und 212 in Frequenzdiskriminator 2 sowie durch entsprechende Temperaturkompensation (1241, F i g. 1 B) der Emitterstromquellen möglich.

Die Induktivität 211 des Resonators 21 besitzt im bevorzugten Ausführungsbeispiel 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 /"o außerhalb des Durchlaßbereiches [/"λ, /s] 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 Überschreiten der Curietemperatur mindestens eines Teiles des Magnetkernes 101 ist die elektromagnetische Entmagnetisierung am einfachsten zu verwirklichen. Dies kann besonders vorteilhafterweise dadurch geschehen, daß eine entsprechende Wechselstromentmagnetisierungseinrichtung 4, welche so ausgebaut ist, daß ihr Pegelwert langsam, z. B. mit 1 db pro Periode abnimmt, vorgesehen ist, und daß diese Vorrichtung mit einer Einrichtung zum Neueinschalten der Trennkontakte 351, 352, 353 mechanisch gekoppelt ist. Dadurch 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

ίο 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. IA) kann man wahlweise künstlich Fehlerströme von beiden Polaritäten erzeugen, deren Spitzenwert dem Nominalwert der Empfindlichkeit (>:!all) 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 -usschließlich 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 Netzspannungs-Unterbrechungen eine sichere Trennung der Kontakte 351, 352, 353 gewährleisten, bevor eventuell für die Sicherheit wichtige Teile wie ein Kondensator 6008, ein Thyristor 341 in F i g. 1B, des Fehlerstromschutzschalters wegen Energiemangel ausfallen. Damit kann es bei unerwartetem Auftreten von gefährlich 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. 331,332,332 oder durch einen größeren Gütefaktor Q des Resonators 21 (Fig. IA bzw. IB). Ist es anderseits erwünscht, den Fehlerstromschutzschalter auf Fehlerströme mit einer Dauer unterhalb der Reaktionszeit der mechanischen Schalterteile ansprechbar zu machen, so speichert ein schneller Ein-Bit-Speicher 343, 344 (Fig. IB) das Abweichen von Normal- oder Haltesignalen so lange, bis sich die Trennkontakte 351, 352, 353 wirksam trennen.

Eine Schaltung einer Ausführung des Fehlerstromschutzschalters ist in F i g. 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 Oszillatorwick-

lung 102 und Entmagnetisierungswicklung 103 verwendet. Der symmetrische Aufbau des Oszillators 1 mit zwei Transistoren 121,122, zwei gleichen Emitterwiderständen 1241,1242 und dem Kopplungskondensator 123, hat den Vorteil, daß sich d"· in den beiden Wicklungen 1021-1020 und 1022-1020 fließenden Gleichströme in den Auswirkungen auf den Magnetkern 101 genau kompensieren, d.h. der Arbeitspunkt des Eisenkernes 101 liegt auf der Nullachse der magnetischen Feldstärke in der Permeabilität Feldstärke-Charakteristik (F i g. 2A). Diese Grundfrequenz k des Oszillators 1 ist z. B. das Tausendfache der Netzfrequenz, d. h. /o=5O kHzund£,=49,5 kHz,/_ß=51,5 kHz.

Die Dioden 1251 bis 1254 schützen 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 Verstärkers 221 zugeführt, durch Übersteuerung, an dessen Ausgang eine Rechteckspannung konstanter Amplitude hervorruft Diese Rechteckspannung wird dem Resonator 21 zugeführt, welcher aus vier gekoppelten Resonanzkreisen 2101, 2102, 2103, 2104 besteht. Der zweite Verstärker, bestehend aus zwei symmetrischen, nichtlinear arbeitenden Emitterfolgern 2221, 2222, speist weiter das Übertragungsglied 31, bestehend aus einem Kopplungskondensator 312 und einem Trenntransformator 311, wobei dieses Übertragungsglied 31 den Frequenzdiskriminator 2 vom Trennschalter 3 sowohl gleichspannungsmäßig 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 Ausgangsspannung l/mi des Frequenzdiskrim inatorausgangsverstärkers 222 ungefähr rechteckförmig (F i g. 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 Zeitverzögerung, mit der dieser Zündstrom auftritt, ist durch die Kapazitätswerte der Kondensatoren 331,332,333 sowie die Widerstände 346 und 3481 und die angelegten Gleichspannungen gegeben.

Der diskret aufgebaute Thyristor zündet über einen Serienwiderstand 342 einen Hauptthyristor 341. Dadurch wird ein erster Elektrolysekondensator 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 34 sowie der 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. IB) 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 Vorschaitkondensator 6002, einen Greinacher-SpannungEverdoppler mit Dioden 6003, 6004 sowie einen Filterkondensator 6006 und eine spannungsstabilisicrende Zenerdiode 6005.

Der Oszillator 1 schwingt jetzt mit der Grundfrequenz fo=f_min- Über dem Vorwiderstand 6001 und eine Gleichriciiterbrücke 6007 sowie Seriendioden 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 AntiparaHelschaltung der Dioden 4001, 4002 und des dazu parallelen Widerstandes 4003 vom Reststrom getrennt

Die Speisespannung an einem zweiten Elektrolyt-Kondensator 6010, weiche 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 Thyristors 343, 344 und dadurch des Hauptthyristors 341 verursachen.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Eisenkern zuerst entmagnetisiert wird und erst danach der Fehlerstromschutz arbeitsbereit wird. Man kann den Einscha'tvorgang 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 angeordne; 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. IA 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 Hr Überdruckes zur Anwendung. Durch dieses flüssige Metall wird ein Kontakt zwischen zwei Schaltelektroden 3511,3512 nur dann geschlossen, wenn ein ein- oder mehrphasiger Steuerungselektromagnet 34 unter Strom steht Das flüssige Metall wird dann durch elektrodynamische Kräfte zwischen die beiden Schalter-Elektroden gedrückt Ein Versagen dieser Anordnung ist praktisch ausgeschlossen.

Auch bei einer leistungssparenderen Variante, bei der das Quecksilberniveau durch einen ferromagnetischen Tauchkörper verändert 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 F i g. 1B dargestellten symmetrischen Oszillators 1 kann für größere Fehlerströme gemäß Fig.8 auch ohne 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 Änderung 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 F i g. IC oder 8. Die besonders einfache Version nach Fig. IC hat einen, verglichen mit der Version nach F i g. 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 /o ist durch 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 t/der Schwingungen an der Sekundärwicklung 2112 bei einem Fehlerstrom If^-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. IC 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 ί beeinträchtigt wird, ausgenommen durch eine Überbrückung des Trennkontaktes 351. In Fig.9 ist aufgezeigt, wie im Falle eines kombinierten Oszillatordiskriminators Temperatunmabhängigkeit gewährleistet wird. Hier sind an einem Kern 101! mit mehreren

in 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 Stromleitern 010, 011,012, 013 erreicht ist Im weiteren

π 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 Starkstrom-

:o leiterunterbrechung 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

so Alarmfall durch das Verschwinden des Haltestroms 3011 nach unten fällt und ein leuchtend rotes Alarmfeld freigibt. Zugleich kann eine Fernmeldung an eine Zentrale erfolgen. Somit kann allgemein die Alarmschaltvorrichtung eine elektrische Ab- oder Umschal-

jj tung 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 102, und einem Bauelement mit negativem Widerstand, z. B. einer Esaki-Diode 191. Die Speisung der Esaki-Diode erfolgt

4> in bekannter Weise über einen Spannungsteiler, 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 abgesogen. Die restlichen Baugruppen dieser

" Ausführung entsprechen denen der Einrichtung nach Fig. IA und sind aus Gründen der Einfachheit lediglich durch die Blöcke 2 = Frequenzdiskriminator, 3 = Trennschalter, 4 = Entmagnetisierungseinrichtung, 5 = Prüfvorrichtung und 6 = Stromversorgungs-

ho einrichtung 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

ii■> 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 eineT Koppelkondensator 196 an den Schwingkreis angekoppelt Die Amplitudendiskrimination erfolgt über eine Trennstufe 222, einem Transistor 2221 in Kollektorbasisschaltung, mit nachgeschalttscr Delon-Kaskade, bestehend aus den Dioden 320I₁3202, und einer Zener-Diode 30011. Der zwischen Transistor 2221 und Delonkaskade liegende Kondensator 312 dient zur galvanischen Entkopplung, der Kondensator 33 ist der Filterkondensator. An die geschilderte Amplitudendiskrimination schließt sich der Elektromagnet 34 des Trennschalters 3 an.

Der aus der Spule 102 und dem Kondensator 11 bestehende Schwingkreis hat bezüglich der Generatorausgangsspannung Bandpaßcharaktenstik. 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 Haltesteom 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 Amplitude, sondern eine Frequenzdiskrimination erfolgt. An den aus der Spule 102 und dem Kondensator 11 bestehenden Schwingkreis ist über einen Koppelkondensator 1% 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. IA bzw. IB aufweist, an. Der Ausgang des Frequenzdiskriminators 2 wirkt über einen Trennkondensator 312 und eine Delonkaskade ähnlich der in Fig. 15 auf den Trennschalter 3. Auch bei dieser Einrichtung wird 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 oberhalb einer bestimmten Alarmgrenze außerhalb dej genannten Intervalls liegt. Durch die dem Frequenzdiskriminator 2 nachgeschaltete Amplitudendiskriminalion (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 aucb 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 Z₁₉₇ des Taktgenerators weist während eines ersten 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. IA bzw. IB) 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 Spannungswer'.e 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 Kcmparatoren sind auf ein UND-Glied 2997 geführt, wobei dem mit dem Komparator 2994 verbundenen Eingang des UND-Glieds 2997 ein Inverter 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 eigentlicher. Fehlerstrom J_F muß dabei die Induktivitätsänderung und damit auch die Eigenfrequenzänderung des Schwingkreises gleich sein (vgl. F i g. 2C). Jede Abweichung von der Gleichheit ist ein Indiz für die Unsymmetrie der F(I)-Kennlinie, also für den Fehlerstrom (Durchflutung). Durch die Einfügung eines Zeitabschnittes II mit /197 = 0 ergibt sich ein weiterer Vorteil:

Bei starker Magnetisierung des Kerns 101 ändern sich die aus den Hilfsdurchflutungen mittels /W resultierenden Eigenfrequenzen nur innerhalb enger Grenzen. Oann benutzt man das Kriterium, daß die Eigenfrequenz bei /|97 = 0 deutl.ch tiefer liegen muß als bei den Strömen /197 = const, während der Zeitabschnitte I und III. Auf diese Weise gelingt es, die Frequenzdrift, insbesondere die durch die Temperaturabhängigkeit der Permeabili-

tat des Kernes 101 verursachte, total zu eliminieren.

Die oben geschilderten Vergleichoperationen erfolgen in den Komparatoren 2994,2995 und 2996. Bei der (zu erfassenden) Stromdurchflutung Null muß der Ausgang des !Comparators 2994 Null aufweisen, die Ausgänge der übrigen Komparatoren einen von Null verschiedenen Wert. Wird das Ausgangssignal des Komparator 2994 invertiert, so herrscht an den Eingängen des UND-Gliedes 2997 die UND-Bedingung. Das Ausgangssignal dieses UND-Gliedes wird über eine Trennstufe 222 dem Magneten 34 des Trennschalters 3 zugeführt, ähnlich wie es im Zusammenhang mit F i g. 14 oder 15 bereits beschrieben worden ist.

Auf der Grundlage der Einrichtung gemäß F i g. 17 läßt sich eine weitere Ausführungsform der Erfindung unter fast ausschließlicher Verwendung digitaler Arbeitsmethoden realisieren.

Dies ist in F i g. 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 Fig. 17 erzeut der Taktgenerator 197 über die Spule 1971 quasiperiodische Hilfsdurchflutungsänderungen im Magnetflußleiter 101. Die Stromänderungen beim Übergang von einem in den anderen Zeitabschnitt I, II, III regen den Schwingkreis zu Eigenfrequenzen an. Diese werden in dem Verstärker verstärkt und begrenzt Die nachgeschaltete Impulsformerstufe erzeugt pro Nulldurchgang der Eigenschwingung einen Impuls. Der Zähler 1973 zählt die Anzahl der Nulldurchgänge. Nach Aufsummieren einer festen vorzugsweise ungeraden Anzahl 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 aufgeführt, werden die Eigenschwingungen des Schwingkreises durch die Stromänderungen 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 hauptsächlich zur Anwendung in FI-Schaltern vorgesehen. Sie läßt sich jedoch auch gleichzeitig oder getrennt vorteilhaft zur Prüfung und Überwachung der Erdungsverhältnisse von Netzen anwenden. Dies soll anhand des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. IA verdeutlicht werden. Ein Kurzschluß oder eine Verbindung der Verbraucherseite 010 des Nulleiters mit der Netz- oder Speiseseite 020 des Nulleiters über eine kleine Impedanz, z. B. durch falsche Erdung des Nulleiters vor und hinter dem Kern 101, entsteht eine Stromschleife, deren Impedanz sich in den Schwingkreis bzw. Detektionskreis transformiert. Durch diese Transformation wird die Induktivität der Stromschleife 102 verändert, was wiederum beim Überschreiten 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.

Hierzu 13 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Stromdurchflutungssrfassung mit einem stromdurchfluteten Magnetflußleiter (101) zur Summenbildung der zu erfassenden Stromdurchflutung, mit mindestens einer mit dem Magnetflußleiter verketteten Stromschleife (102, 103), mit einem die Stromschleife enthaltenden Detektionskreis (1), dessen Kenngrößen als Maß für die Durchflutung von einer Bestimmungs- und Auswerteschaltung (2 und 3) erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektionskreis einen Schwingkreis (1) enthält, dessen induktivitätsbestimmender Bestandteil die Stromschleife (102) ist, und daß die Frequenz des Schwingkreises ein Maß für die Durchflutung ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschleife (102) Bestandteil eines Oszillators ist, daß die Detektionskenngrößen die Frequenz der Oszillatorspannung bestimmen, derart, daß bei Stromdurchflutung Null die Frequenz der Oszillatorspannung innerhalb eines bestimmten Frequenzintervalls, bei einem Absolutwert der Stromdurchflutung oberhalb einer bestimmten Alarmgrenze die genannte Frequenz außerhalb des genannten Frequenzintervalls liegt, und daß dem Oszillator ein Frequenzdiskriminator, vorzugsweise ein Frequenz/Spannungswandler nachgeschaltet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis (102, 11) von einem Generator (195*) mit mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen bis zum kontinuierlichen Frequenzspektrum gespeist ist und Mittel (2) zur Bestimmung des Mittelwertes der Frequenz und/oder der Periodendauer der Schwingkreisspannung vorgesehen sind, wobei bei einer 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.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktgenerator (197), dessen Ausgangsstrom (V₁₉₇) 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 Vergleich der Eigenfrequenzen des Schwingkreises 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. '

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeneratorausgangsstrom (Yi₉₇) 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 (I) und dritten (III) der genannten Zeitabschnitte als auch die Eigenfrequenzen des Schwingkreises während des ersten und dritten Zeitabschnittes im Vergleich zu dem zweiten Zeitabschnitt ill) ein Maß für die zu erfassende Stromdurchflutung bilden.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeneratorausgangsstrom (Zi₉₇) über den Magnetflußleiter (101) mit dem Schwingkreis derart gekoppelt ist, daß im Schwingkreis gedämpfte Eigenschwingungen angeregt werden.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (197) mit einem Zähler (1973) verbunden ist, welcher durch das Zählen von festen Anzahlen von Halbperioden der Eigenschwingungen des Schwingkreises die genannten Zeitabschnitte (I, II, IH) bestimmt, wobei die Dauer dieser Zeitabschnitte ein Maß für die Eigenfrequenz des Schwingkreises ist

8. 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.

9. 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.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetflußleiter (101) und die Stromschleife (102) mindestens teilweise von einer Abschirmung (104,105) umgeben sind.

11. 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.

12. Einrichtung nach Anspruch i, 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.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß der Magnetkern (101) ringförmig ausgebildet ist und mindestens eine Einschnürung(1012) aufweist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverminderung infolge der Einschnürung mindestens 100 :1, vorzugsweise mindestens 1000 :1, beträgt.

15. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, 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.

16. Einrichtung nach den Ansprüchen 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der

Engstelle kreisnah ist und einen annähernd hyperbolischen Achsenschnitt aufweist

17. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (101) aus einem weichmagnetischen Ferrit besteht.

18. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Eigenfrequenz des Schwingkreises vorgesehen sind.

Ά. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernspule (102) mit einer Teilwicklung (1028) auf dem Magnetkern (101) und einer Teilwicklung (1029) auf einem Hilfskern (1011) angeordnet ist

20. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (101) mehrere Löcher sowie zwei Einschnürungen (1012) aufweist und daß die Wicklung (102) durch die Löcher so antimetrisch aufgebracht ist, daß tine Entkopplung gegen den umfaßten, die Durchflutung führenden Leiter (011,012,010) entsteht .

21. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzdiskriminator (2) mindestens eine frequenzbestimmende Induktivität (211) enthält, welche zumindest teilweise auf dem Magnetkern (101) aufgebracht ist .

22. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entmagnetisierungseinrichtung (4) für den Magnetkern (101) vorgesehen ist.

23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Entmagnetisierungseinrichtung (4) Mittel zur Erhöhung des magnetischen Widerstandes des Magnetflußleiters (101) auf mechanischem und/oder auf thermischem Wege enthält.

24. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Entmagnetisierungseinrichtung (4) Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Querfeldes senkrecht zum Magnetfluß im Magnetflußleiter (101) infolge der zu erfassenden Stromdurchflutung enthält.

25. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Entmagnetisierungseinrichtung (4) mindestens eine Spule (103) speist, welche mit dem Magnetflußleiter (101) gekoppelt ist und in diesem eine Wechseldurchflutung mit zeitlich abnehmender Intensität erzeugt.

26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Entmagnetisierungseinrichtung (4) aus einer Wechselspannungsquelle (011,011) 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.

27. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prüfvorrichtung (5) zur Erzeugung von Stromdurchflutungsänderungen wählbarer Polarität vorgesehen ist. ·

28. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator derart aufgebaut ist, daß die amplituden- bzw. frequenzbestimmende Stromschleife (102) gleichstrommäßig von dem Magnetflußleiter (101) entkoppelt ist.

29. Einrichtung nach Anspruch 2, 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 Oszillatorfrequenz bzw. Oszillatoramplitude als Funktion der zu erfassenden Stromdurchflutungsänderung unterdrückt ist

30. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (332,333) zur Unterdrükkung der Auswirkungen von Stiomdurchflutungsänderungen, deren Dauer kürzer ist als ein einstellbarer Wert, vorgesehen sind.

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

32. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzdiskriminator (2) einen selektiven Verstärker mit Bandpaßcharakieristik umfaßt, um an seinem Ausgang eine Stromdurchflutungsänderung erst bei Überschreiten festgelegter Toleranzwerte anzuzeigen.

33. Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der selektive Verstärker die Hintereinanderschaltung eines amplitudenbegrenzenden Verstärkers (221), eines Bandpaßfilters (21) und eines Leistungsverstärkers (222) umfaßt·.

34. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzdiskriminator (2) in der Rückkopplungsschleife des Oszillators angeordnet ist und zur Auskopplung des Oszillatorsignals dient.

35. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltvorrichtung (3) über eine galvanisch trennende Trennstufe (31) aus dem Detektionskreis angesteuert ist.

36. Einrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (3) Mittel (351,352,353) zur Um- und/oder Abschaltung der zu erfassenden Stromdurchflutung in Abhängigkeit von der Änderung der Schwingkreisgrößen umfaßt.

37. Einrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (3) Mittel umfaßt, die beim Auftreten einer festgelegten Durchflutungsänderung optische und/oder akustische Signale auszulösen gestatten.

38. Einrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (3) mindestens 2 Schaltzustände, davon einen Normal- und einen Alarmzustand, aufweist, daß die Schaltvorrichtung (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 .

39. Einrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteleistung aus dem Oszillatorsignal abgeleitet ist.

40. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ausschließlich wechselstromempfindliche Schaltvorrichtung (3) gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Leistungsverstärkerstufe an den Detektionskreis angekoppelt ist.

41. Einrichtung nach Anspruch 35 oder 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung

(3) als elektromagnetisch gesteuerter Flüssigmetallschalter (35) ausgebildet ist.

42. Einrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltflüssigkeit mittels elektrodynamischer Kräfte bewegbar ist.

43. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschleife mindestens eine Spule (102) auf einem Magnetkern (101) umfaßt, daß dieser Magnetkern (101) mindestens einen zu überwachenden Stromleiter umschlingt und daß der Magnetkern (101) durch Permeabilitätsänderungen als Funktion von Stromdurchflutungsänderungen die Induktivität der Spule ändert, daß die Spule (102) Bestandteil eines frequenzbestimmenden Netzwerkes (102, 111) ist, um durch ihre Induktivitätsänderungen Schwingfrequenzänderungen hervorzurufen, daß der Ausgang des Oszillators (1) mindestens einem Frequenzdiskriminator (2) mit Bandpaßcharakteristik zugeführt ist, um eine Frequenz- in eine Amplitudenänderung zu wandeln, daß ein Frequenzdiskriminator-Ausgangssignal eine Schaltvorrichtung (3) ansteuert und daß die Schaltvorrichtung (3) einen oder mehrere Schalter (351, 352, 353) mit Arbeitskontakten umfaßt, um auf entsprechendes Absinken des Diskriminator-Ausgangssignals Schaltungen vorzunehmen.

44. 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.