DE2555221C2

DE2555221C2 - Verfahren zur Erfassung von Fehlerströmen beliebiger Art

Info

Publication number: DE2555221C2
Application number: DE19752555221
Authority: DE
Inventors: Herbert Ing.(Grad.) 6901 Eppelheim Ebel
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1975-12-09
Filing date: 1975-12-09
Publication date: 1984-10-25
Also published as: DE2555221A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erfassung von Fehlerströmen beliebiger Art gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist z. B. durch die US-PS 36 38 072 bekannt.

Nach den heutigen Vorschriften wird bei vielen elektrischen Installationen gefordert, daß die Ströme, die von einem Verbraucher direkt zur Erde abfließen oder einen anderen Rückweg als über einen Außen- oder den Mittelpunktsleiter nehmen, eine bestimmte Schwelle nicht überschreiten dürfen, da sonst ein Mensch oder Tier gefährdet werden kann. Diese Schwelle liegt im Bereich von einigen Milliampere.

Zur Erfassung solcher Fehlerströme ist es im Falle von Fehlerwechs^lströmen bekanntgeworden, die Außenleiter und den Mittelpunktsleiter durch einen Summenstromwandler hindurchzuführen. Da in jedem Augenblick die Summe aller Ströme gleich Null is:, 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

to werden kann (DE-AS 10 82 337). In diesem Falle arbeitet der Summenstromwandler als Transformator. Für die Erfassung von Fehlergleichströmen sind solche Systeme nur wenig geeignet

Es ist weiterhin eine Fehlerstromschutzschaltung bekanntgeworden (DE-AS 19 04 394), 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 Sekundärwicklung eine Sekundärspannung abgenommen und deren Änderung infolge von Fehlerströmen durch in Auswertegerät ausgewertet. Dabei befindet sind parallel zu der Sekundärwicklung, an welcher die Sekundärspannung abgenommen werden kann, ein Gleichrichter,, dessen Gleichstromausgang auf das Auswertegerät geschaltet ist. 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 DE-AS 19 04 394 nicht realisiert worden. Der Vormagnetisierungsstrom schwingt offensichtlich mit einer Frequenz von 50 Hz, da der Vormagnetisicrungsstrom direkt dem Netz entnommen ist. Ein weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, daß eine Wechselstrom-Fehlerstrom-Erfassung nur in einer ganz bestimmten Phasenlage korrekt ertoigt. Für Mehrphasenstrom ist diese Einrichtung nicht geeignet.

In der zu der genannten DE-AS 19 04 394 zugehörigen Zusatzanmeldung (DE-OS 2106 878) ist vorgeschlagen worden, zwei Summenstromwandler mit je einer Meßwicklung und je einer Vormagnetisierungswicklung vorzusehen, wobei die beiden Vormagnetisierungswicklungen der beiden Wandler gegensinnig und die Meßwicklungen der beiden Wandler gleichsinnig in Reihe geschaltet siifd und der Auslöser von beiden Meß-

ίο wicklungen angesteuert ist. Eine ähnliche Schaltung ist durch die DE-AS 19 05 505 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 DE-AS 19 05 505 und der DE-OS 21 06 878 offensichtlich bereits durch die Vormagnetisierung die für den Auslöser benötigte Energie geliefert. Daher läßt

bo sich die angegebene Schaltung auch nicht für verschiedene Arten von Fehlerströmcn mit annähernd gleicher Empfindlichkeit verwirklichen.

F.s ist weiterhin eine Einrichtung zur Stromdurchflutungscrfiissung mit einem stromdurchflossenen Sum-

b¹) mcnstromwandlcr und mindestens einer mit dem Summenstromwandler verketteten .Stromschleife vorgeschlagen worden (DE-OS 25 13 653). 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. 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 Schalt?.eiten 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.

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.

Diese Fehlerstromschutzschahung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Wechselstrom-Vormagnetisierung groß ist gegenüber der Nctzfrcquer.z, daß parallel zu dem Gleichrichter ein RC-CW&:, dessen Zeitkonstante etwa der Periodendauer der Vormagnetisierungsschwingung, angeordnet ist, und daß parallel zu dem RC-G\\ed eine Diskriminatorschaltung angeschlossen ist, welche bei Absinken der Spannung am /?C-Glied unter einen Grenzwert, d. h. bei Auftreten eines Gleich-, Wechsel- bzw. Stoß-Fehlerstromes einen Auslöseimpuls abgibt

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. Auslösung zu benutzen.

Bei dieser Methode wird das Prinzip benutzt, das Ausgangssignal bei Auftreten eines Fehlerstromcs zu verkleinern, indem der Summenstromwandler mindestens zeitweilig in den Sättigungsbereich gebracht wird und damit schlechtere Übertragungseigenschafien hai. Wählt man nun eine Wechselstromvormagnetisierung relativ klein, so erhäW 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 ArbeitSDunkt 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 Kocrzitivfeldstärke), so ist die Einrichtung demgegenüber verhältnismäßig unempfindlich, weil erst Fehlerströme mit einer Durchflutung ungefähr gleich der Vormagnetisierung eine ausreichende Absenkung der Sekundärspannung ergeben.

Zur Vermeidung dieser Probleme wird erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, welches durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 definiert ist.

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 fi und f». die jeweils zwischen einem positiven und einem negativen Wert einer Schwellenspannung U₁ liegen, so zeigt sich, daß die beiden Zeiten ungefähr gleich sind. Liegt hingegen ein Fehlerstrom vor, beispielsweise ein to Gleichstrom-Fchlerstrom, so verschieben sich die Spannungsspitzen der im Oszillator erhaltenen Kurve, so daß sich die besagten Zeitabschnitte fi und i2, die zuvor annähernd gleich waren, verschieben; beispielsweise wird die Zeitdauer ii kürzer (Zi'), während sich die Zeit t₂ verlängert (t₂'). Allerdings gilt, daß u + t₂ = W + t₂, wobei fi' und /2' die veränderten Zeiten sind. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung werden nun nicht die Amplituden der Ausgangssignalspannung zur Fehlerstromerfassung benutzt, sondern die zeitlichen Unterschiede der Schwellenspannung ± u*.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung ergeben sich au* den weiteren Unteransprüchen.

Anhand der Zeichnung sollen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

F i g. 1 und F i g. 2 zwei Ausführungsformen der erfinduiigsgemäßen Fehlerstromschutzschaltung,

F i g. 3 eine Diskriminatorschaltung für die Fehlerstromschutzschaltung gemäß den F i g. 1 und 2,
F i g. 4 und F i g. 5 eine Oszillatorkurvendarstellung ohne bzw. mit einem Fehlerstrom, wobei nur die Zeitdifferenz in einer Diskriminatorschaltung gemäß der F i g. 3 zur Auslösung herangezogen wird,

F i g. 6 den Spannungsverlauf an den Kondensatoren der ÄC-Glieder bei Fehlen und

F i g. 7 den Spannungsverlauf an den Kondensatoren der RC-G!iederbei Vorhandensein eines Fehlerstromes. Eine Fehlerstromschutzschaltung gemäß der F i g. 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 Ausljscinrichtung 4 eingeschaltet, welche aus Trennkontaktcn 5. einem Schaltwerk 6 und einem Auslösemagneten 7 besteht. Der Summenstromwandler 1 besitzt eine erste Hilfswicklung ts, auch Vormagnetisierungswicklung 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 Eingangsklcmmen 12 und 13 eines Auswertegerätes 14 geschaltet ist. Das Auswertegerät 14 bezieht seine Energie über Leitungen 15 von den Leitern 2 und 3. Die Arsg2\gr-klemmen des Auswertegerätes 14, welche mit den Bezugsziffern 16 und 17 bezeichnet sind, sind mit dem AuslösernagneUii 7 direkt verbunden.

Die F i g. 2 zeigt nun eine ähnliche Anordnung wie die Fig. 1: der einzige Unterschied besteht darin, daß auf dem Summenstromwandler 1 eine weitere, zweite Sebo kundärwicklung geschaltet ist, die parallel zum Auslösemagneien 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, erb5 reicht wird. Diese Sekundärwicklung 21 sichert also einen Wechselsirom-Fenlerscnutz 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.

Als Generator 9 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. für das Auswertegerät 14, 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 Vormagnetisierungswicklung 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.

Eriindungssernäß ist es nun HiO⁰UCh, die Vcrsndipjn⁰" der Zeitabstände zwischen einem positiven und negativen Wert einer Schwellspannung in einem Auswertegerät auszuwerten und dadurch ein Auslösesignal zu erzeugen, d. h. das Tastverhältnis als Kriterium zu benutzen.

Die prinzipielle Anordnung der einzelnen Elemente ist in der F i g. 1 bzw. F i g. 2 bereits dargestellt. Das Blockschaltbild, welches ein Auswertegerät 14 zeigt, das nach diesem Prinzip arbeitet, zeigt die F i g. 3.

Zunächst sei das Prinzip anhand der Fig.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 Fig.4. Bei Fehlen eines Fehlerstromes ist die Kurve sehr gut symmetrisch. Betrachtet man nämlich die Zeitabstände fi und fr die jeweils zwischen dem positiven und dem negativen Wert einer Schwellenspannung u, 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 Ein Pfeilrichtung Gi und F in Pfeilrichtung Gi- Die dann erhaltenen Spannungsspitzen sind mit E\ und F\ bezeichnet. Die Zeiten fi bzw. f2 zwischen dem positiven und dem negativen Wert der Schwellenspannung u_s verändern sich in der in der Fig.5 dargestellten Weise; die Zeit ii verkleinert sich auf die Zeit fi' und die Zeit h vergrößert sich auf die Zeit ti. Diese Veränderungen der Kurvenform bzw. des Tastverhäitnissis einer 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.

Die Darstellung gemäß F i g. 4 und 5 wird bei einer Generatorfrequenz, d. h. bei einer Vormagnetisierungsfrequenz von 150 Hz erhalten. Es ist weiterhin noch festzuhalten, daß die Zeitveränderungen Δ i\. welche gebildet ist aus ti —ti und Δ r₂, welche gebildet ist aus tr— ti. abhängig sind von der Polarität des Gleich-Fehlerstroms. Kehrt sich der Gleich-Fehlerstrom in seiner Polarität um, dann wird t\ größer als h und />' kleiner als /j. Tritt ein Wechselstrom-Fehlerstrom auf. dann verändert sich die Zeit f> bzw. /_: etwa in der gleichen Weise wie in der F i g. 4 und 5, jedoch wechseln J u und Δ ii dauernd Größe und Vorzeichen.

Die Kurvenform selbst, wie sie in den F i g. 4 und 5

dargestellt ist, ist natürlich abhängig von dem Kernmatcrial des Summenstromwandler und von der Größe der Vormagnetisierung etc. Die Darstellung der F i g. 4 und 5 ist daher selbstverständlich nicht eine repräsenta-

'> tive 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 150Hz. Das

to Gerät, mit dem diese Zeitdifferenz ausgewertet wird, ist in der F i g. 3 näher beschrieben. Dabei stellt die F i g. 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. Zwischen dem Widerstand 46 und 45 ist der negatir"; Eingang des Operationsverstärkers 42 angeschaltet und damit auf ein Niveau von +4V gelegt,

jo während der positive Eingang des Operationsverstärkers 43 auf ein Niveau 0 V gelegt wird. Die Operationsverstärker 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. Überschreitet die Spannung den Betrag von 2 V. so wird je nach Vorzeichen einer der beiden Operationsverstärker 42 bzw. 43 durchgeschaltet.

Die 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 Wider ständen 44 und 45 erzeugte Vorspannung u, 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

so eines jeden der beiden Operationsverstärker 42 bzw. 43 ist auf einen Flip-Flop-Baustein 47 geschah-,*. Bei Durchschalten jeweils eines der beiden Operationsverstärker 42 oder 43 erfolgt eine Umsteuerung des Flip-Flop-Bausteines 47. Der Flip-Flop-Baustein 47 besitzt nun zwei Ausgänge 49 und 50 und zwei Eingänge 51 und 52. Die Eingänge 5t und 52 sind mit den Operationsverstärkern 42 bzw. 43 verbunden. Die Ausgänge 49 bzw. 50 liegen jeweils an einer /?-C-Kombination in Reihenschaltung mit einem Kondensator 53 für den Ausgang

ho 50 des Flip-Flop-Bausteines und einem Kondensator 54 für den Ausgang 49 des Flip-Flop-Bausteines 47. Der zum jeweiligen Kondensator 53 bzw. 54 zugehörige Widerstand besitzt die Bezugsziffer 531 bzw. 541. Das andere Ende jedes Kondensators ist auf die O-Schiene

b5 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 Wider-

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ständen 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. Weiterhin ist der obere Punkt des Spannungsteilers 55 mit dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers 60 und der ^bere Punkt des Spannungsteilers 56 mit dem zweiten tihgang des Operationsverstärkers 58 verbunden. Die Ausgänge der beiden Operationsverstärker 58 und 60 werden über eine Odcrschaltung 61 an den Magnetauslöser 7 geschaltet.

Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist nun folgende. 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 Operationsverstärkern 42 und 43 kommend, vorgenommen wird, derart, daß ein Impuls am Eingang 51 die Durchschaltung nach Ausgang 49 und ein Impuls am 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 '"•ich 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 Oderglicd 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. Die Vergleichsspannung 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. Beispielsweise kann als Bezugspotential des Operationsverstärkers eine Spannung von 75% durch ein Widerstandsverhältnis 1:3 am Spannungsteiler erzielt werden. Wie schon dargestellt, sind 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 anspricht, erfolgt die Auslösung.

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 u_s 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 22\

entlädt.

In Fig. 6 sind die zu einem Spannungsverlauf nach Fig. 4, also ohne Fehlerstrom, zeitlich verlaufenden Spannungsweric an den Kondensatoren der RC-GWe-

*> der dargestellt, und zwar zeigt ι. B. Kurve 63 das Potential an Kondensator 53 und Kurve 64 das Potential an Kondensator 54. Da die Lade- und Entladezeiten der Gleichheit von ii = i; gleich sind, verlaufen beide Spannungskurven in einem engen Bereich, d. h. innerhalb eincr Differenzspannung Ud, die durch die Spannungsteiler 55 und 56 gegeben ist.

F i g. 7 zeigt den Spannungsverlauf an den Kondensatoren 53 und 54 be^; Vorliegen eines Fehlerstromes entsprechend einer Sekundärspannung an Wicklung U gemaß F i g. 5. Durch unterschiedliche Ladezeiten 65 bzw. 67' und Entladezeiten 66 bzw. 68' kann bereits innerhalb einer Periode der Vormagnetisierung eine so große Differenz zwischen den Spannungen 63' 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 Ua ist. In der Darstellung F i g. 7 erfolgt dies zum Zeitpunkt X.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erfassen von Fehlerströmen beliebiger Art mit einem Summenstromwandler, dessen Primärwicklung von den Leitern eines Wechseloder Drehstromnetzes gebildet und dessen Sekundärwicklung mit einem Auswertegerät verbunden ist, das im fehlerstromfreien Zustand abgeglichen ist und dessen Ausgangsimpulse im Falle eines Fehlerstromes auf einen Auslöser wirken, wobei auf den Summenstromwandler eine Hilfswicklung aufgewikkelt ist, die mit einem Generator zur Erzeugung einer Wechselstrom-Vormagnetisierung des Summenstromwandlers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerstrom vom Auswertegerät als Änderung des Tastverhältnisses des Meßsignales an der Sekundärwicklung (11) erfaßt wird, in dem die zeitlichen Abstände der Punkte der Kurve des Meßsignales, an denen das Meßsignal im positiven Bereich eine positive und im negativen Bereich eine gleich große negative Schwellenspannung vorzugsweise im ansteigenden Bereich der positiven bzw. im abfallenden Bereich der negativen Halbwelle des Meßsignals schneidet, gemessen werden derart, daß bei Überschreiten einer bestimmten Differenz aufeinanderfolgender Abstände das Auswertegerät anspricht und an den Auslöser einen Auslöseimpuls abgibt

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Abstände der Spannungsmaxima (E₁F) des Meßsignals gemessen werden.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, t «durch gekennzeichnet, daß das Auswertegerät eine Umsteuereinrichtung (47) aufweist, die eine Betriebsspannung nach Erreichen eines positiven Schwellenspannungswertes des Meßsignales auf ein erstes RC-CWcd (531,53) und nach Erreichen eines negativen Schwcllenspannungswertes auf ein zweites /?C-Glied (541,54) aufschaltet, und daß die an den Kondensatoren (53,54) vorhandene Spannung gemessen wird, wobei bei einer Zeitverschiebung der Spannungsmaxima der eine Kondensator (53) weniger und der andere Kondensator (54) mehr aufgeladen und die Spannungsdifferenz zur Auslösung ausgenutzt wird.