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Verfahren zur Erfassung von Fehlerströmem beliebiger Art"
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erfassung von Fehlerströmen
beliebiger Art, mit einem Surnmenstromwandler, dessen Primärwicklung von den Leitern
eines Wechsel- oder Drehstromnetzes gebildet und dessen Sekundärwicklung mit einem
Auswertegerät, desselAlsgangsimpulse auf einen Auslöser wirken, verbunden ist und
welcheine Hilfswicklung aufweist, die mit einem Generator zur Erzeugung einer Wechselstrom-Vormagnetisierung
des Summenstromwandlers verbunden ist.
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Nach den heutigen Vorschriften wird bei vielen elektrischen Installationen
gefordert, daß die Ströme, die von einem Verbraucher direkt zur Erde abfließen oder
einen anderen Ruckweg als über einen Außen- oder den Mittolpunktsleiter nehmen,
eine bestimmte Schwelle nicht überschreiten dürfen, da sonst ein Mensch oder Tier
gefährdet werden kann. Diese Schwelle liegt im Bereich von einigen Milliampere.
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Zur Erfassung solcher Fehlerströme ist es im Falle von Fehlerwechselströmen
bekanntgeworden, die Außenleiter und den Mittelpunktsleiter durch einen Summenstromwandler
hindurchzuführen.
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Da in jedem Augenblick die Summe aller Ströme gleich Null ist, die
den Summenstromwandler durchsetzen, wird im Kern des Wandlers kein magnetischer
Fluß induziert, so daß an der Sekundärwicklung des Wandlers auch keine Spannung
induziert werden kann. Tritt nun ein Fehlerstrom auf, so ist die Summe aller Ströme,
die den Wandler durchsetzen, ungleich Null und
es tritt in der Sekundärwicklung
des Wandlers eine Spannung bzw. ein Strom auf, mit dem, eventuell nach entsprechender
Verstärkung, ein Auslöser für einen Schutzschalter betätigt werden kann (DAS 1 OB2
337). In diesem Falle arbeitet der Summenstromwandler als Transformator. Für die
Erfassung von Fehlergleichströmen sind solche Systeme nur wenig geeignet.
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Es ist weiterhin eine Fehlerstromschutzschaltung bekanntgeworden (DAS
1 904 394) mit der zusätzlich auch Gleichfehlerströme erfaßt werden können. Dabei
wird auf einen Summenstromwandler eine Vormagnetisierungswicklung angebracht, welche
aus einer Hilfsspannung gespeist ist. Am Summenstromwandler wird über eine Sekundärspannung
eine Sekundarwicklung abgenommen und deren Änderung infolge von Fehlerströmen durch
in Auswertegerät ausgewertet. Dabei befindet sich parallel zu der Sekundärwicklung,
an welcher die j Sekundärspanr-ung abgenommen werden kann, ein Gleichrichter, dessen
Gleichstromausgang auf das Auswertegerät geschaltet ist.
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Es ist allerdings festzustellen, daß die angegebene Schaltung bei
verschiedenen Fehlerstromarten verschiedene Arten von Signalen abgibt, nämlich bei
Fehlergleichstrom eine kleinere, bei Fehlerwechselstrom eine höhere Ausgangsspannung.
Das angeschlossene Auswertegerät wurde daher kompliziert, weil es zwei Schwellwerte
erhalten muß. Wegen dieses besonderen Auswertegerätes ist die Fehlerstromschutzschaltung
gemäß der DAS 1 904 394 nicht realisiert worden. Der Vormagnetisierungsstrom schwingt
offensichtlich mit einer Frequenz von 50 Hz, da der Vormagnetisierungsstrom direkt
dem Netz entnommen ist. Ein weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, daß eine Wechselstrom-Fehlerstrom-Erfassung
nur in einer ganz bestimmten Phasenlage korrekt erfolgt. Für Mehrphasenstrom ist
diese Einrichtung nicht geeignet.
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In der zu der genannten DAS 1 904 394 zugehörigen Zusatzanmeldung
(OS 2 106 878) ist vorgeschlagen worden, zwei Summenstromwandler mit je einer Meßwicklung
und je einer 1 Vormagnetisierungswicklung vorzusehen, wobei die beiden Vormagnetisierungswicklungen
der
beiden Wandler gegensinnig und die Meßwicklungen der beiden Wandler gleichsinnig
in Reihe geschaltet sind und der Auslöser von beiden Meßwicklungen angesteuert ist.
Eine ähnliche Schaltung ist durch die DAS 1 905 505 bekanntgeworden, bei welcher
auch eine Vormagnetisierung mit einem besonderen Generator und einer von der Netzfrequenz
abweichenden Frequenz vorgeschlagen wird. Dabei ist die Vormagnetisierungsfrequenz
beispielsweise mehrere Male so hoch wie die Netzfrequenz. Allerdings wird gemäß
der 1 905 505 DAS/und der OS 2 106 878 offensichtlich bereits durch die Vormagnetisierung
die für den Auslöser benötigte Energie geliefert. Daher läßt sich die angegebene
Schaltung auch nicht für verschiedene Arten von Fehlerströmen mit annähernd gleicher
Empfindlichkeit verwirklichen.
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Es ist weiterhin eine Einrichtung zur Stromdurchflutungserfassung
mit einem stromdurchflossenen Summenstromwandler und mindestens einer mit dem Summenstromwandler
verketteten Stromschleife vorgeschlagen worden (Patent-Anmeldung P 25 13 653.2).
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Dabei ist der Summenstromwandler in einen Oszillator integriert, der
mit gegen 50 Hz sehr großer Frequenz schwingt und dessen Frequenz durch Fehlerströme
gesteuert wird, wobei die Frequenzänderung über Bandfilter zur Auslösung benutzt
wird.
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Zunächst muß bei dieser Einrichtung dafür gesorgt werden, daß die
Konstanz des Oszillators sehr hoch ist, da jede unbeabsichtigte Frequenzänderung
die Empfindlichkeitsgrenze verändert. Diese Konstanthaltung des Oszillators ist
mit verhältnismäßig großem Aufwand verbunden. Darüber hinaus müssen infolge der
gespeicherten Energie immer gewisse Schaltzeiten in Kauf genommen werden, so daß
die Erfassung von Fehlerstromimpulsen mit z.B. nur einer Millisekunde Dauer mit
Schwierigkeiten verbunden ist. Insgesamt erscheint der Aufwand verhältnismäßig hoch.
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Es ist nun vorgeschlagen worden, eine Fehlerstromschutzschaltung zu
schaffen, bei der nicht nur Wechselfehlerströme, sondern auch Gleichfehlerströme
jeder Art, auch Impuls-Gleichfehlerströme, ohne weiteres erfaßt werden können.
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Diese Fehlerstromschutzschaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Frequenz der Wechselstrom-Vormagnetisierung groß ist gegenüber der Netzfrequenz,
daß parallel zu dem Gleichrichter ein R-C-Glied, dessen Zeitkonstante etwa der Periodendauer
der Vormagnetisierurigsschwingung, angeordnet ist, und daß parallel zu dem R-C-Glied
eine Diskriminatorschaltung angeschlossen ist, welche bei Absinken der Spannung
am R-C-Glied unter einen Grenzwert, d.h. bei Auftreten eines Gleich-, Wechsel- bzw.
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Stoß-Fehlerstromes einen Auslöseimpuls abgibt.
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Der Grundgedanke dieser Schaltung ist der, den Summenstromwandler
als Signalübertrager zu nutzen, ein Signal zu wählen, das genügend kurze Prüfimpulse
ermöglicht, beispielsweise 1000 Hz, den Effekt zu benutzen, daß jede Art von Fehlerströmen
(auch als Impuls) das übertragene Signal wenigstens kurzzeitig verkleinert, und
nun durch eine Diskriminatorschaltung jedes -auch kurze - Absinken dieser Signalspannung
zur Anzeige bzw.
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Auslösung zu benutzen.
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Bei dieser Methode wird das Prinzip benutzt, das Ausgangssignal bei
Auftreten eines Fehlerstromes zu verkleinern, in dem der Summenstromwandler mindestens
zeitweilig in den Sättigungsbereich gebracht wird und damit schlechtere Übertragungseigenschaften
hat. Wählt man nun eine Wechselstromvormagnetisierung relativ klein, so erhält man
zwar eine hohe Fehlerstromempfindlichkeit; der Summenstromwandler ist jedoch dann
"vorgeschichten-abhängig", d.h. durch große Stromstöße, die die Magnetisierung des
Summenstromwandlers weit in die Sättigung treiben, ergibt sich im Wandlerkern eine
Remanenz-Magnetisierung, so daß der Arbeitspunkt nicht wieder genau zum
Nullpunkt
der Magnetisierungskurve zurückkehrt. Die relativ kleine Wechselstrom-Vormagnetisierung
reicht nicht aus, um den Wandlerkern auf den Nullpunkt zurückzubringen. Verwendet-man
eine relativ große Wechselstrom-Vormagnetisierung (z.B. die zweifache bis vierfache
Koerzitivfeldstärke), so ist die Einrichtung demgegenüber verhältnismänig unempfindlich,
weil erst Fehlerströme mit einer Durchflutung ungefähr gleich der Vormagnetisierung
eine ausreichende Absenkung der Sekundärspannung ergeben.
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ur Vermeidung dieser Probleme wird erfindungsgemäß ein Verfahren der
eingangs genannten Art vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der
Fehlerstrom vom Auswertegerät infolge Änderung der Kurvenform oder des Tastverhältnisses
des Meßsignals an der Sekundärwicklung erfaßt wird, wobei das Auswertegerät im fehlerstromfreien
Zustand abgeglichen ist, so daß der Auslöser nicht von einem Ausldseimpuls beaufschlagt
wird.
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Die Vormagnetisierung bei dieser Anordnung wird so gewählt, daß durch
Stromstöße kein Restmagnetismus erhalten bleibt, vielmehr der Wandler dauernd wieder
auf den Nullpunkt der Magnetisierungskennlinie zurückgeführt wird. Damit ergibt
sich eine Kurvenform, welche ungefähr symmetrisch ist, solange ein Fehlerstrom nicht
fließt. Betrachtet man die Zeitabstände t1 und t2 die jeweils zwischen einem positiven
und einem negativen Wert einer Schwellenspannung u5 liegen, so zeigt sich, daß die
beiden Zeiten ungefähr gleich sind. Liegt hingegen ein Fehlerstrom vor, beispielsweise
ein Gleichstrom-Rehlerstrom, so verschieben sich die Spannungsspitzen der im Oszillator
erhaltenen Kurve, so daß sich die besagten Zeitabschnitte t1 und t2, die zuvor annähernd
gleich waren, verschieben; beispielsweise wird die Zeitdauer t1 kürzer (t während
sich die Zeit t2 verlängert (t21). Allerdings gilt, daß t1 + t2 = tal+ t21 , wobei
t1iund t21 die veranderten Zeiten sind. Mit der erfindungsgemäßen .Anordnung werden
nun nicht die Amplituden der Ausgangssignalspannung zur Fehlerstromerfassung benutzt,
sondern die zeitlichen
Unterschiede der Schwellenspannung + us.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung
ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Anhand der Zeichnung sollen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher erläutert werden.
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Es zeigt: Fig. 3 zwei AusfUhrungsformen der erfindungsgemäßen Fig.
2 Fehlerstromschutzschaltung, Fig 3 eine Diskriminatorschaltung für die Fehlerstromschutzschaltung
gemäß den Figuren 1 und 2, Fig. 4 eine Oszillatorkurvendarstellung ohne bzw. mit
einem und Fehlerstrom, wobei nur die Zeitdifferenz in einer Fig. 5 Diskriminatorschaltung
gemäß der Figur 3 zur Auslösung herangezogen wird, Fig. 6 den Spannungsverlauf an
den Kondensatoren der R-C-Glieder bei Fehlen und Fig. 7 den Spannungsverlauf an
den Kondensatoren der R-C-Glieder bei Vorhandensein eines Fehlerstromes.
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Eine Fehlerstromschutzschaltung gemäß der Figur 1 besitzt einen Summenstromwandler
1, dessen Primärwicklung durch die Leiter 2 und 3 eines Wechselstromnetzes gebildet
wird. In diese Leiter 2 und 3 ist eine Auslöseinrichtung 4 eingeschaltet, welche
aus Trennkontakten 5, einem Schaltwerk 6 und einem Auslösemagneten 7 besteht. Der
Summenstromwandler 1 besitzt eine erste Hilfswicklung 8, auch Vormagnetisierungwicklung
8 genannt, welche mit einem Frequenzgenerator 9 verbunden ist, welcher seine Energie
aus dem Netz, d.h. von den Leitern 2 und 3 über elektrische Leitungen 10 bezieht.
Weiterhin besitzt der
Summenstromwandler 1 eine Sekundärwicklung
11, welche auf die Eingangsklemmen 12 und 13 eines Auswertegerätes 14 geschaltet
ist. Das Auswertegerät 14 bezieht seine Energie über Leitungen15 von den Leitern
2 und 3. Die Ausgangsklemmen des Auswertegebrätes 14, welche mit den Bezugsziffern
16 und 17 bezeichnet sind, sind sind mit dem Auslösemagneten 7 direkt verbunden.
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Die Figur 2 zeigt nun eine ähnliche Anordnung, wie die Figur 1; der
einzige Unterschied besteht darin, daß auf dem Summenstromj wandler 1 eine weitere,
zweite Sekundärwicklung geschaltet ist, die parallel zum Auslösemagneten 7 liegt.
Diese Wicklung hat die Bezugsziffer 21. Diese Sekundärwicklung 21 umgeht das Auswertegerät
14, so daß eine direkte Fehlerstromauslösung, wie bei herkömmlichen Schaltern, d.h.
ohne Elektronik, erreicht wird. Diese Sekundärwicklung 21 sichert also einen Wechselstrom-Fehlerstromschutz
auch bei Netzausfall. Der von der Elektronik gelieferte Auslöseimpuls teilt sich
allerdings auf, so daß der gelieferte Strom um den Betrag, der über die Wandlerwicklung
fließt, erhöht werden muß. Damit dieser Wert klein wird, ist in dem Wicklungszweig
der Wicklung 21 ein Widerstand 22 geschaltet.
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Als Generator g kann jede Art eines Generators verwendet werden; es
ist jedoch Günstig, wenn dieser Generator annähernd eine Sinus-Frequenz abgibt.
Die Speisung für den Verstärker, d.h.
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für das Auswertegerät 14p und den Generator 9 kann in bekannter Weise
mittels Transformator und Gleichrichter oder auch durch Kondensator-Spannungsteilung
und Gleichrichtung vorgenommen werden. Der Generator kann auch so ausgebildet sein,
daß er eine verhältnismäßig geringe Frequenz auf die Vormagnetisierunge wicklung
gibt, z.B. 75 Hz. Grundvoraussetzung ist allerdings, daß diese Generatorfrequenz
von der Netzfrequenz verschieden ist. Vorteilhaft kann sie beispielsweise die dritte
Oberwelle der Netzfrequenz (150 Hz) aufweisen.
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Erfindungsgem>ß ist es nun möglich, die Veränderung der Zeitabstände
zwischen einem positiven und negativen Wert einer Schwellspannung in einem Auswertegerät
auszuwerten Q dadurch ein Auslösesignal zu erzeugent d.h. das Tastverhältnis als
Kriterium zu benutzen.
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Die prinzipielle Anordnung der einzelnen Elemente ist in der-Figur
1 bzw. Figur 2 bereits dargestellt. Das Blockschaltbild, welches ein Auswertegerät
14 zeigt, das nach diesem Prinzip arbeitet, zeigt die Figur 3.
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Zunächst sei das Prinzip anhand der Figur 4 und 5 näher erläutert.
Wählt man die Vormagnetisierung so groß, daß durch Stromstöße kein Restmagnetismus
erhalten bleibt, sondern der Wandler dauernd wieder auf den Nullpunkt der Magnetisierungskennlinie
zurückgeführt wird, dann ergibt sich an der Sekundärwicklung eine Sekundärspannung
mit der Kurve gemäß Figur 4.
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Bei Fehlen eines Fehlerstromes ist die Kurve sehr gut symmetrisch.
Betrachtet man nämlich die Zeitabstände t1 und t2 die jeweils zwischen dem positiven
und dem negativen Wert einer Schwellenspannung u5 liegen, dann sind die beiden Zeiten
annähernd gleich. Liegt ein Fehlerstrom vor (der Einfachheit halber wird ein Gleichstrom-Fehlerstrom
angenommen), so verschieben sich die Spannungsspitzen E in Pfeilrichtung G1 und
F in Pfeilrichtung G2. Die dann erhaltenen Spannungsspitzen sind mit E1 und F1 bezeichnet.
Die Zeiten t1 bzw. t2 zwischen dem positiven und dem negativen Wert der Schwellenspannung
u5 verändern sich in der in der Figur 5 dargestellten Weise; die Zeit t1 verkleinert
sich auf die Zeit t 1und die Zeit t2 vergrößert sich auf die Zeit tsl. Diese Veränderungen
der bzw. des Tastverhältnisses Kurvenform/eine Sekundärspannung, die von einer periodischen,
starren Vormagnetisierung und einem Fehlerstrom erzeugt wird, als Maß für das Auftreten
eines Fehlerstromes auszunutzen, stellt den erfinderischen Schritt dar.
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Die Darstellung gemäß Figur 4 und 5 wird bei einer Generatorfrequenz,
d.h. bei einer Vormagnetisierungsfrequenz von 150 Hz erhalten. Es ist weiterhin
noch festzuhalten, daß die
Zeitveränderungen rfelc>le gebildet
ist aus t1 - t1tund At2, welche gebildet ist aus t2 - t21 abhangigsind von der Polaritat
des Gleich-Fehlerstroms. Kehrt sich der Gleich-Fehlerstrom in seiner Polarität Uln,
dann wird t14 größer als t1 und t2kleiner als t2. Tritt ein Wechselstrom-Fehlerstrom
auf, dann verändert sich die Zeit t1 bzw. t2 etwa in der gleichen Weise wie in der
Figur 4 und 5, jedoch wechseln At1 und d t2 dauernd Größe und Vorzeichen.
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Die Kurvenform selbst, wie sie in den Figuren 4 und 5 dargestellt
ist, ist natürlich abhängig von dem Kernmaterial des Summenstromwandlers und von
der Größe der Vormagnetisierung etc.
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Die Darstellung der Figur 4 und 5 ist daher selbstverständlich nicht
eine repräsentative Kurvenform; sie ist eine Kurvenform, die erhalten ist bei einem
bestimmten Wandlermaterial mit 10 Windungen für die Sekundärwicklung bei einer Durchflutung
von ca. 3 mA/cm und, wie oben schon dargestellt, einer Vormagnetisierungsfrequenz
von 150 Hz. Das Gerät, mit dem diese Zeitdifferenz ausgewertet wird, ist in der
Figur 3 näher beschieben Dabei stellt die Figur 3 ein Blockschaltbild des Auswertegerätes
14 dar. Der Summenstromwandler ist hierbei wieder mit der Bezugsziffer 1 versehen
und die Sekundärwicklung trägt die Bezugsziffer 11. Die Leitungen des Netzes, welche
durch den Summenstromwandler hindurchgeführt sind, tragen jeweils die Bezugsziffern
2 und 3. Die Sekundärwicklung 11 ist an zwei Operationsverstärker 42 und 43 geschaltet,
wobei diese beiden Operationsverstärker gegenüber der Sekundärwicklung jeweils eine
Vorspannung von beispielsweise 2 V erhalten. Diese Vorspannung + 2 V wird durch
Widerstände 44,45 und 46 als Spannungsteiler erzeugt; dabei ist das eine Ende der
Sekundärwicklung 11 zwischen die beiden Widerstände 44 und 45 geschaltet; das andere
Ende der Sekundärwicklung 11 geht direkt auf die Operationsverstärker 42 bzw. 43.
Zwischem dem Widerstand 46 und 45 ist der negative Eingang des Operationsverstärkers
42 angeschaltet und damit auf ein Niveau von + 4 V gelegt, während der positive
Eingang des Operationsverstärkers 43 auf ein Niveau 0 V gelegt wird Die Cperationsverstärker
42 und 43
sind so ausgebildet, daß sie jeweils solange im gesperrten
Zustand bleiben, wie der Augenblickswert der Spannung in der Sekundärwicklung 11
unter dem Betrag von 2 V bleibt. über schreitet die Spannung den Betrag von 2 V,
so wird je nach Vorzeichen einer der beiden Operationsverstärker 42 bzw. 43 durchgeschaltet.
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iDie Sekundärwicklung 11, der Summenstromwandler 1.und die Vormagnetisierung,
welche über eine Vormagnetisierungswicklung 8 auf den Summenstromwandler 1 aufgebracht
wird, sind nun so ausgelegt, daß die in der Sekundärwicklung 11 induzierte Spannung
mit ihrem Spitzenwert jeweils nur wenig über die an den-Widerständen 44 und 45 erzeugte
Vorspannung u5 hinausgeht. Die Operationsverstärker 42 und 43 werden demgemäß nur
kurzzeitig bei Überschreiten der Vorspannung von 2 V durchgeschaltet, wobei dies
jeweils im positiven bzw. negativen Spannungsanstieg erfolgt. Der Ausgang eines
jeden der beiden Operationsverstärker j42 bzw. 43 ist auf ein/ f ip-Flop-Baustein
47 geschaltet. Bei Durchschalten jeweils eines der beiden Operationsverstärker 42
oder 43 erfolgt eine Umsteuerung des Flip-Flop-Bausteines 47.
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Der Flip-Flop-Baustein 47 besitzt nun zwei Ausgänge 49 und 50 und
zwei Eingänge 51 und 52. Die Eingänge 51 und 52 sind mit den OperationsverstärkeSn42
bzw. 43 verbunden. Die Ausgänge 49 bzw. 50 liegen jeweils an einer R-C-Kombination
in Reihenschaltung mit einem Kondensator 53 für den Ausgang 50 des Flip-Flop-Bausteines
und einem Kondensator 54 für den Ausgang 49 des Flip-Flop-Bausteins 47. Der zum
jeweiligen Kondensator 53 bzw. 54 zugehörige Widerstand besitzt die Bezugsziffer
51 bzw.
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541. Das andere Ende jedes Kondensators ist auf die O-Schiene geschaltet.
Parallel zu den Kondensatoren 53 bzw. 54 sind je ein Spannungsteiler 55 bzw. 56
geschaltet, welcher aus den Widerständen 551 und 552 bzw. 561 und 562 bestehen.
Ein Knotenpunkt zwischen den Widerständen 551 und 552, mit der Bezugsziffer 57 bezeichnet,
ist mit dem Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 58 und der Knotenpunkt
zwischen den ;beiden Widerständen 562 und 561 mit der Bezugsziffer 59 bezeichnet,
ist auf einen Operationsverstärker 60 aufgeschaltet.
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Weiterhin ist der obere Punkt des Spannungsteilers 55 mit dem zweiten-Eingang
des Operationsverstärkers 60 und der obere Punkt des Spannungsteilers 56 mit dem
zweiten Eingang des Operationsverstärkers 58 verbunden. Die Ausgänge der beiden
Operationsverstärker 58 und 60 werden über eine OdersGhaltung 61 an den Magnetauslöser
7 geschaltet.
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Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist nun folgende.
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Wie oben schon dargestellt, erfolgt bei Durchschaltung jeweils eines
der beiden Operationsverstärker 42 bzw. 43 die Umsteuerung des Flip-Flop-Bausteines
47. Damit wird die Speisespannung von der Versorgungsleitung 48 jeweils entweder
auf den Ausgang 49 oder auf den Ausgang 50 durchgeschaltet, wobei die Umschaltung
durch Impulse an den Eingängen 51 und 52, von den perationsv t2 wld t! vorgenommen
wird, derart, daß ein Impuls am Eingang 51 die Durchschaltung nach Ausgang 49 und
ein Impuls an Eingang 52 die Durchschaltung nach Ausgang 50 bewirkt Es ist also
jeweils einer der beiden Ausgänge auf die Speisespannung durchgeschaltet; die Dauer
der Durchschaltung entspricht dem Zeitabstand zwischen einem positiven Schwellenspannungswert
und einem negativen Schwellenspannungswert der Spannung an der Sekundärwicklung
11. Die Kondensatoren 53 und 54 laden sich entsprechend der jeweiligen Dauer der
Durchschaltung auf bestimmte Spannungen auf und entladen sich jeweils wieder über
die parallel liegenden Widerstände 551, 552 bzw. 561, 562. Diese Spannungen an den
Kondensatoren 53 und 54 werden in der nachfolgenden Schaltung verglichen, wobei
diese Schaltung, wie oben beschrieben, aus Spannungsteilern, Operationsverstärkern
und dem Oderglied besteht. Sofern die Spannung an den beiden Kondensatoren 53 und
54 infolge unterschiedlicher Durchschaltzeiten einen genügend großen Unterschied
aufweist, soll der Auslöser 7 zum Ansprechen kommen.
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Die Vergleichs spannung wird in den Operationsverstärkern 58 bzw.
60 gebildet; die Spannungsteiler sind deswegen vorgesehen, damit die einerseits
durch Ladung und Entladung sowie andererseits durch Bauteilstreuungen bedingten
Spannungsunterschiede zwischen den beiden Kondensatoren nicht zum Ansprechen führen.
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Beispielsweise kann als Bezugspotential des Operationsver stärkers
eine Spannung von 75 % durch ein Widerstandsverhältnis 1 : 3 am Spannungsteiler
erzielt werden. Wie schon dargestellt, siÄd die Operationsverstärker 58 und 60 über
die Oderschaltung 61 an den Magnetauslöser 7 gegeben. Sofern einer der Operationsverstärker
58 oder 60 aufgrund einer genügend großen Spannungsdifferenz zwischen den Kondensatoren
53 und 54 janspricht, erfolgt die Auslösung.
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1 Ein Abgleich der verschiedenen Potentiale und ein Ausgleich der
unterschiedlichen Bauteile-Eigenschaften erfolgt beispielsweise durch Ausbildung
der Widerstände 46, 552 und 562 als !Potentiometer. Sofern durch einen sehr großen
Fehlerstrom der |Summenstromwandler 1 so stark in die Sättigung gesteuert wird,
daß die Sekundärspannung der Wicklung 11 nicht mehr die Schwellspannung u5 erreicht,
erfolgt ebenfalls die sofortige Auslösung, da der Flip-Flop-Baustein 47 nicht mehr
umschaltet, sondern auf einen Kondensator durchgeschaltet bleibt, während der andere
Kondensator sich entlädt.
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In Figur 6 sind die zu einem Spannungsverlauf nach Figur 4, also
ohne Fehlerstromt zeitlich verlaufenden Spannungswerte an den Kondensatoren der
R-C-Glieder dargestellt, und zwar zeigt z.B.
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Kurve 63 das Potential an Kondensator 53 und Kurve 64 das Potential
an Kondensator 54. Da die Lade- und Entladezeiten der Gleichheit von t1 ~ t2 gleich
sind, verlaufen beide Spannungskurven in einem engen Bereich, d.h. innerhalb einer
Differenzspannung UD, die durch din Spannungsteiler 55 und 56 gegeben ist.
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Figur 7 zeigt den Spannungsverlauf an den Kondensatoren 53 und 54
bei Vorliegen eines Fehlerstromes entsprechend einer Sekundärspannung an Wicklung
11 gemäß Figur 5. Durch unterschiedliche Ladezeiten 65 bzw. 67 und Entladezeiten
66 bzw.
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681 kann bereits innerhalb einer Periode der Vormagnetisierung
eine
so große Differenz zwischen den Spannungen 631 und 64' entstehen, daß der der Polung
entsprechende Operationsverstärker 58 bzw. 60 anspricht. Diese Operationsverstärker
sind mittels der Spannungsteiler 55 und 56 so abgeglichen, daß sie durchschalten,
wenn die Spannungsdifferenz größer als der Wert UD ist. In der Darstellung Figur
7 erfolgt dies zum Zeitpunkt X.
L e e r s e i t e