DE2555255B2

DE2555255B2 - Einrichtung zur Erfassung von Fehlerströmen

Info

Publication number: DE2555255B2
Application number: DE19752555255
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: 1979-02-15
Also published as: DE2555255C3; DE2555255A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung von Fehlerströmen einer beliebigen Stromart, z. B. Gleich-, Wechsel- und Impuls-Gleichstrom-Fehlerströmen, mit mindestens einem Summenstromwandler, *>5 dessen Primärwicklungen durch die Leiter einer Netzleitung gebildet sind und der mindestens eine Vormagnetisierungswicklung und mindestens eine Sekundärwicklung aufweist, wobei der Ausgang der Sekundärwicklung gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Verstärker- oder Auswerteeinrichtung mii einem Auslöser verbunden ist, welch letzterer auf ein Schaltschloß zur Betätigung von in den Netzleitern liegenden Kontaktstellen einwirkt.

Nach den heutigen Vorschriften wird bei vieien elektrischen Installationen gefordert, daß die Ströme, die von einem Verbraucher direkt zur Erde abfließen oder einen anderen Rückweg als über einen Außenoder 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 Fehlerwechselströmen allgemein bekannt, die Außenleiter und den Mittelpunktsleiter durch einen Summenstromwandler hindurchzuführen. 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 (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 Hüfsspannung gespeist ist. Am Summenstromwandler wird eine Sekundärspannung über eine Sekundärwicklung abgenommen und deren Änderung infolge von Fehlerströmen durch ein Auswertegerät ausgewertet. Dabei befindet sich 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 mußte. 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 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.

In der zu der genannten DE-AS 19 04 394 zugehörigen Zusatzanmeldung (DE-OS 21 06 878) 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 sind und der Auslöser von beiden Meßwicklungen 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 dei 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 sich die angegebene Schaltung auch niciit für verschiedene Arten von Fehlerströmen mit annähernd gleicher Empfindlichkeit verwirklichen.

Es ist weiterhin eine Einrichtung zur Stromdurchflutungserfassung mit einem stromdurchflossenen Summenstromwandler und mindestens einer mit dem Summenstromwandler verketteten Stromschleife vorgeschlagen worden (DE-Patent-Anmeldung P 25 13 653.2). 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 gespei- jo cherten 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.

Es ist weiterhin eine Fehlerstromschutzschaltung vorgeschlagen worden (DE-Patentanmeldung P 25 55 303.1), mit welcher nicht nur Wechselfehlerströme, sondern auch Gleichfehlerströme jeder Art, auch Impuls-Gleichfehlerströme, ohne weiteres erfaßt werden können.

Diese Ausführung ist nun dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Wechselstrom-Vormagnetisierung groß ist gegenüber der Netzfrequenz, daß parallel zu dem Gleichrichter ein RC-GWed, dessen Zeitkonstante etwa der Periodendauer der Vormagnetisierungsschwingung entspricht, angeordnet ist und daß parallel zu dem ÄC-Glied eine Diskriminatorschaltung angeschlossen ist, welche bei Absinken der Spannung am WC-Glied unter einen Grenzwert, d. h. bei Auftreten eines Gleich-, Wechsel- bzw. Stoßfehlerstromes, einen Auslöseimpuls abgibt.

Nun ist bei dieser Anordnung das Problem gegeben, daß der Summenstromwandler durch große Stromstöße, die die Magnetisierung des Summenstromwandler weit in die Sättigung treiben, eine Remanenz-Magnetisierung erhält, so daß der Arbeitspunkt nicht wieder genau zum Nullpunkt der Magnetisierungskurve zurückkehrt. Um dieses Problem zu beseitigen ist vorgeschlagen worden (DE-Patentanmeldung P 25 55 221.0), daß der Fehlerstrom vom Auswertegerät als Kurvenformänderung des Meßsignals an der Sekundärwicklung erfaßt wird, wobei das Auswertegerät im fehlerstromfreien Zustand abgeglichen ist, so daß der Auslöser nicht von einem Auslöseimpuls beauf- b5 schlagt wird.

Alle diese Schaltungsanordnungen sind zum Teil aufwendig und darum nicht in sehr kleinen Schaltgeräten unterzubringen unu zum Teil verhältnismäßig teuer. Darüber hinaus sind Prinzipien verwirklicht, bei denen Temperatur- oder Alterungseinflüsse vergleichsweise große Änderungen der Ansprechwerte ergeben.

FehJerstromerfassungseinrichtungen für kleine Fehlerströme, z. B. 5 mA, stellen ein besonderes Problem dar. Die Erfassung dieser Fehlerströme muß, da sie als Differenz vor. verschieden großen Strömen auftreten, mittels Summenstromwandlern erfoigen; die besten bekannten weichmagnetischen Werkstoffe besitzen noch immer Koerzitivfeldstärken von mehr als 5 mA/cm. Da die Summenstromwandler mit Rücksicht auf die stromführenden Leitungen eines Niederspannungsschalters Bohrungen von mindestens 10 mm Durchmesser besitzen müssen, ergeben sich für die Summenstromwandler Eisenwege von mindestens 4 cm. Die der Koerzitivfeldstärke entsprechende Durchflutung beträgt demnach mehr als 20 mA, d h. ein Mehrfaches der Fehler-Nennströme, die man eigentlich erfassen möchte.

Aus dieser Tatsache ergibt sich bei vielen Erfassungseinrichtungen bereits ein gewisser Nachteil dadurch, daß der Wandlerkern nach Stromstößen, die beispielsweise bei Schaltvorgängen oder Kurzschlüssen auftreten, nicht in den Nullpunkt, d. h. den entmagnetisierten Zustand, zurückgeht. Infolge der Restmagnetisierung bleibt der Wandlerkern in einem Arbeitspunkt, der andere Übertragungsverhältnisse ergibt. Die Reproduzierbarkeit einer solchen Einrichtung ist dann — bei sehr kleinen Fehler-Nennströmen — zumeist nicht genügend.

Zur Einstellung des richtigen Arbeitspunktes ist schon vorgeschlagen worden, den Wandlerkern nach einer Auslösung wieder durch eine besondere Vorrichtung zu entmagnetisieren (DE-Patentanmeldung P 25 12 753.1). Eine solche vorgeschlagene Ausführung ist jedoch ebenfalls verhältnismäßig aufwendig.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Erfassung von Fehlerströmen verschiedener Stromarten, z. B. Wechselstrom, Gleichstrom oder Strömen beliebiger Kurvenform, z. B. Phasenanschnittsteuerung für sehr kleine Fehlerströme, beispielsweise 5 mA, der eingangs genannten Art mit einfachem Aufbau zu schaffen, wobei auch gute Konstanz und etwa gleiche Ansprechempfindlichkeit erzielt werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die durch die Vormagnetisierungswicklung erzeugte Vormagnetisierung eine Wechselstrom- und eine Gleichstromkomponente aufweist, so daß im fehlerstromfreien Zustand die Vormagnetisierung nur zwischen einem Sättigungswert und einem Wert pendelt, der unterhalb der Remanenz-Induktion liegt und eine große Steilheit zwischen Induktion und Feldstärke aufweist.

Der wesentliche Inhalt der Erfindung besteht darin, daß die steilste Flanke der Magnetisierungskennlinie zur Erzeugung eines Signals bei Auftreten eines Fehlerstromes ausgenutzt wird. Dieser stei'ste Teil der Kennlinie wird jeweils durchlaufen, wenn nach der Umpolung der Durchflutung die Koerzitivfeldstärke erreicht wird. Daher wird die Vormagnetisierung so eingestellt, daß im fehlerstromfreien Zustand die Magnetisierung oder der Kraftfluß nur zwischen einem Sättigungswert und einem Wert pendelt, der etwas unterhalb der Remanenz-Induktion liegt und eine große Steilheit zwischen Induktion und Feldstärke aufweist. Ein Gleichstrom-Fehlerstrom, der einen Summenstromwandler in entgegengesetzter Richtung wie der

Gleichstrom-Vormagnetisierungsstroin durchfließt, ergibt für die Magnetisierung dieses Summenstromwandlers bei Durchlaufen des Wechselstromvormagnetisierungshöchstwertes eine starke Veränderung, so daß die Sekundärspannung in der Meßwicklung eine erhebliche Steigerung erfährt, die von dem nachgeschalteten Verstärker ausgewertet werden kann. Genauere Messungen zeigen allerdings, daß die größte relative Spannungsänderung dann erreicht wird, wenn die kombinierte Vormagnetisierungsfeldstärke ungefähr zwischen einem Sättigungswert und einem Wert etwa der Koerzitivfeldstärke wechselt.

Zwei Summenstromwandler sind dann zu verwenden, wenn die Fehlerstromerfassung für Gleichströme beliebiger Polarität ausgeführt werden soll, wobei die Gleichstrom-Vormagnetisierung jeweils eine andere Polung aufweist. Dadurch wird sichergestellt, daß bei einem Gleichstrom-Fehlerstrom je nach Stromrichtung der eine oder der andere Summenstromwandler in seiner Sekundärwicklung eine Spannungserhöhung erfährt. Vorteilhaft ist es, wenn die Spannung jeder Meßwicklung oder Sekundärwicklung in einem gesonderten Verstärker ausgewertet und bei Überschreiten der normalen Meßspannung (ohne Fehlerstrom) die Auslösung eines gemeinsamen Auslösemagneten veranlaßt wird. Selbstverständlich kann ein solcher Auslösemagnet entweder als Arbeitsstromauslöser oder Ruhestromauslöser ausgebildet sein. Ein Ruhestromauslöser hat dabei den Vorteil, daß auch bei Störung der Verstärkereinrichtung oder einem sonstigen Unwirksamwerden der Erfassungsvorrichtung der Fehlerstromschutzschalter auslöst, so daß eine Gefährdung von Personen in jedem Falle ausgeschlossen ist.

Die Erfindung besitzt den Vorteil, daß keine sogenannte »Vorgeschichten-Abhängigkeit« der Summenstromwandler vorhanden ist, weil jeder Summenstromwandler dauernd einseitig in den Sättigungsbereich gesteuert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist außerdem der Temperatureinfluß auf die magnetischen Eigenschaften des Wandlerwerkstoffes sehr gering, da die Höhe der magnetischen Induktionswerte keine besonders große Rolle spielt, wenn sich die Magnetisierungswerte bei Nichtvorhandensein eines Fehlerstromes nur in einem Teilbereich der Magnetisierungskurve bewegen. Bei Auftreten eines Fehlerstromes wird infolge Durchfahren des mittleren Bereiches der Magnetisierungskurve stets eine Zunahme der Sekundärspannung in den Meßwicklungen auftreten, die zum Ansprechen des Verstärkers bzw. des Fehlerstromauslösers führt

Bei Wechselstrom-Fehlerströmen ist die Wirkungsweise sehr einfach, sofern die Wechselstrom-Fehlerströme ungefähr die gleiche Phasenlage haben wie der Vormagnetisierungs-Wechselstrom. In diesem Fall addiert sich der Fehlerstrom zum Vormagnetisierungs-Wechselstrom und bewirkt im Wandler eine Erhöhung der Sekundär-Meßspannung. Eine solche Wirkungsweise ist bei einpoligen Geräten sehr günstig zu verwenden. Sie besitzt außerdem den Vorteil, daß gegenüber kapazitiven Ableitströmen die Empfindlichkeit der Einrichtung verringert ist Anderenfalls, wenn unterschiedliche Phasenlage erwartet wird, muß die Vormagnetisierungsfrequenz anders als die Netzfrequenz sein.

Bei mehrphasigen Fehlerstromschutzschaltern (Drehstrom) darf deshalb die Vormagnetisierung nicht in dieser Weise aus dem Wechselstromnetz entnommen werden, da bei entgegengesetzter Phasenlage des Fehlerstromes zur Vormagnetisierung die Sekundär-Meßspannung lediglich verkleinert werden würde. Für solche Schalter muß deshalb eine andere Frequenz für den Vormagnetisierungsstrom gewählt werden, wie dies an sich schon bekannt ist. Diese Frequenz kann, wie ■> vorn genannt, entweder nur wenig über 50 Hz liegen, aus praktischen Gründen aus der dritten Oberwelle der Netzfrequenz gebildet werden, oder auch zur Erfassung sehr kurzer Fehlerstromimpulse ein Mehrfaches der Netzfrequenz, z. B. 1000 Hz, betragen.

ίο Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung im Prinzip, Fig.2 und Fig.3 die Magnetisierungskurven der

beiden Summenstromwandler sowie den Kurvenverlauf der Vormagnetisierungs-Durchflutung (ohne und mit Fehlerstrom) und den Verlauf des Kraftflusses,

F i g. 4 den Spannungsverlauf an den beiden Sekundär-Meßwicklungen der Wandler (ohne Fehlerstrtom),
F i g. 5 den entsprechenden Spannungsverlauf bei Auftreten eines Gleichstrom-Fehlerstromes in positiver Richtung,

Fig.6 die Meßspannungen bei einem Gleichstrom-Fehlerstrom in entgegengesetzter Richtung,

F i g. 7 den Verlauf der Meßspannungen bei einer Anordnung mit einer Vormagnetisierungsfrequenz von 70 Hz und einem Wechselstrom-Fehlerstrom von 50 Hz und

F i g. 8 eine Anordnung für nur eine Gleichstrom-Fehlerstromrichtung.

Die F i g. 1 zeigt die Fehlerstrom-Erfassungseinrichtung gemäß der Erfindung. Sie besitzt zwei Summenstromwandler 1 und 2, durch welche die Leiter 3 und 4 einer Netzleitung als Primärwicklungen hindurchgeführt sind. In den Leitern 3 und 4 sind Trennkontakte 5 vorgesehen, welche von einem Schaltschloß 6 betätigt werden; auf das Schaltschloß 6 wirkt ein elektromagnetischer Auslöser 7 ein.

Auf die Summenstromwandler 1 und 2 sind Vormagnetisierungswicklungen 9 und 10 bzw. 11 und 12 aufgebracht, wobei die Wicklungen 9 und 11 und die Wicklungen 10 und 12 jeweils mit einem Generator 13 verbunden sind, dessen Ausgangsklemmen 14 einen Gleichstrom und dessen Ausgangsklemmen 15 einen Wechselstrom erzeugen. Damit wird der Summenstromwandler 1 über die Wicklung 9 mit Wechselstrom und über die Wicklung 10 mit Gleichstrom vormagnetisiert; gleiches gilt für den Summenstromwandler 2. Darüber hinaus besitzt der Summenstromwandler 1 eine Meß- oder Sekundärwicklung 16 und der Summenstromwandler 2 eine Meß- oder Sekundärwicklung 17. Die Sekundärwicklungen 16 und 17 sind an einen Verstärker 18 geschaltet, der die Auswertung der in den Meßwicklungen 16 und 17 induzierten Spannun gen übernimmt, d. h. bei Erhöhung der Spannung über den Normalwert den Auslöser 7 zum Ansprechen bringt Dabei wird der Verstärker 18 über Leitungen 19 ebenso wie der Generator 13 über Leitungen 20 aus dem

Wechselstromnetz gespeist Die Wechselstromwicklungen 9 und 11 liegen — als

Wicklungen — in Reihe und sind dabei auch gleichsinnig um die Summenstromwandler 1 bzw. 2 gewickelt Die Gleichstrom-Magnetisierungswicklungen 10 und 12 liegen insoweit ebenfalls in Reihe, sind aber gegensinnig gewickelt Dabei ist die Wicklungsrichtung der Wech selstrom-Vormagnetisierungswicklungen 9 und 11 gleichsinnig mit der »Wicklungs«-Richtung der Netzleitungen 3 und 4. Die Wechselstrom-Vormagnetisierung ist bei beiden Wicklungen gleich, während die

Gleichstrom-Vormagnetisierung gegensinnig ist.

Die Wirkungsweise der Anordnung wird anhand der Fig. 2 bis 7 erläutert.

Die Fig. 2 zeigt ebenso wie die Fig. 3 Magnetisierungskurven, d. h. Kurven, bei denen der Magnetfluß Φι bzw. Φ2 über der Feldstärke H aufgetragen ist. Es handelt sich um magnetisch weiche Materialien mit einer sehr schmalen Schleife. Weiterhin zeigen die Fig.2 und 3 unterhalb der Magnetisierungskurven-Darstellung den Verlauf einer Vormagnetisierungs-Durchflutunge* über der Zeit /(Ablauf nach unten), und zwar bei der Fig.2 θ_ν\ und bei der Fig.3 θ_ν2-Zusätzlich ist außerdem noch der Verlauf der Magnetflüsse aufgetragen; die folgenden Bezugsziffern bezeichnen die entsprechenden Kurven:

A\ — die Magnetisierungskurve des Summenstromwandlers I,

A-i = die des Summenstromwandler 2;

die ausgezogenen Linien werden ohne Vorhandensein von Fehlerstrom durchlaufen.

B\ = der Verlauf der Magnetisierungs-Durchflutung bzw. der Feldstärke des Summenstromwandlers 1 über der Zeit und

B₂ = der Verlauf der Magnetisierungs-Durchflutung bzw. der Feldstärke für den Summenstromwandler 2.

C\ = der durch Projektion an der Magnetisierungskurve ermittelte Magnetfluß-Verlauf im Summenstromwandler 1 und

Ci = der durch Projektion an der Magnetisierungskurve ermittelte Magnetfluß-Verlauf im Summenstromwandler 2.

Wie man aus den Fig.2 und 3 erkennt, ist die Vormagnetisierung so eingestellt, daß sie im Bereich zwischen Sättigung und entgegengesetzter Koerzitivfeldstärke schwingt: Der Summenstromwandler 1 hat eine Vormagnetisierung zwischen dem Wert D\ und Ei, während der Summenstromwandler 2 zwischen Di und E₂ schwingt. Die Magnetflüsse haben einen zeitlichen Verlauf nach den Kurven Ci und C2.

Tritt nun beispielsweise ein Gleichfehlerstrom auf, so ergibt sich der gestrichelte Verlauf. Dann verlagert sich die Mittellinie der Kurve B\ um den Wert F, so daß die Durchflutung nunmehr in dem Bereich zwischen Dn und Em schwingt Der Kurvenverlauf der Durchflutung im Summenstromwandler ist nun nicht mehr B\, sondern Btu Man erkennt, daß hierbei der Magnetfluß im Bereich E, d. h. an der steilsten Flanke der Kurve Au eine erhebliche Spitze aufweist, die durch die Kurve Cu dargestellt ist Im Summenstromwandler 2 verschiebt sich die Durchflutungs-Kurve B₂ auf die gestrichelte Kurve B₂W der Punkt E₂ verschiebt sich zu einem Punkt £21, was, wie man erkennt, auf den Magnetfluß nach Kurve C₂ praktisch keinen Einfluß hat Der Ausschlag der Kurve Q1 beträgt G.

Tritt ein Gleichstrom-Fehlerstrom in entgegengesetzter Polarität auf, dann tritt das Phänomen, das vorher am Summenstromwandler 1 beobachtet wird, am Summenstromwandler 2 auf, wobei dann die Kurve C2 (nicht dargestellt) eine nach unten verlaufende Spitze aufweist. Aus den verschiedenen Magnetflußkurven ergeben sich in den Meßwicklungen 16 und 17 entsprechende Induktionsspannungen. Diese sind bei Auftreten eines Fehlerstromes, z. B. im Betrag von F, infolge der größeren Magnetflußänderung nach Kurve Cn erheblich größer und reichen dann jeweils zur Auslösung aus, indem die Spannungsspitzen innerhalb des Verstärkers 18 so weit verstärkt werden, daß der Auslösemagnet 7 anspricht.

Die Fig.4, 5 und 6 zeigen dies noch einmal ausführlicher: Fig.4 zeigt den aus den Magnetflußkurven Ci und C2 durch Induktion entstehenden Spannungsverlauf im fehlerstromfreien Zustand: die Fig.5 zeigt die entsprechenden Kurven bei Gleichstrom-Fehlerstrom in einer Polarität gemäß Cn und die Fig.6 die Kurven bei einem Gleichstrom-Fehlerstrom anderer Polarität. Diese Spannungserhöhungen ergeben sich auch bei kurzen Fehlerstromimpulsen, sofern diese nur etwa die Dauer einer Vormagnetisierungshalbwelle haben. Bei einer Vormagnetisierungsfrequenz von 500 Hz ist dies 1 ms. Für die Erfassung eines Wechselfehlerstromes mit beliebiger Phasenlage ist grundsätzlich nötig, daß die Wechselstrom-Vormagnetisierung eine von der Netzfrequenz verschiedene Frequenz aufweist. Sofern sich die Vormagnetisierungsfrequenz nur in geringem Maß von der Netzfrequenz unterscheidet, treten Schwebungskurven auf, wie sie in der F i g. 7 dargestellt sind. Dabei zeigt die obere, dick ausgezogene Kurve Ci den Verlauf der Spannung in der Netzwicklung des Summenstromwandlers 1 und die untere Kurve G₂ den Verlauf der Spannung der Sekundärwicklung am Summenstromwandler 2. Die Hüllkurven CWi und CH₂ liegen so, daß bei einer Ausbauchung am Summenstromwandler 1 eine Verengung am Summenstromwandler 2 auftritt.
Die Form der Hüllkurve ist dabei im wesentlichen abhängig von der Höhe des Fehlerstroms und von dem Frequenzunterschied von Netzfrequenz und Fehlerstromfrequenz.

Es hat sich herausgestellt, daß mittels der erfindungsgemäßen Vormagnetisierung, welche zwei voneinander unabhängige Summenstromwandler sowohl mit einer Wechsel- als auch mit einer Gleichstrom-Vormagnetisierung beaufschlagt, eine ausreichende Empfindlichkeit erzielt wird, wobei Wechselfehlerströme bis herunter auf 5 mA ohne weiteres gemessen werden können. Die Anordnung ist, wie sich ebenfalls herausgestellt hat nicht »vorgeschichten-abhängig«; dies ist auf die Art der Vormagnetisierung zurückzuführen.

F i g. 8 zeigt eine vereinfachte Ausführung mit nur einem Summenstromwandler, die ausreicht, sofern nur eine bestimmte Gleichstrom-Polung eines Fehlerstromes zu erwarten ist Es gelten die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1; die magnetischen Verhältnisse entsprechen denen von F i g. 2.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erfassung von Fehlerströmen einer beliebigen Stromart, z. B. deich-, Wechsel- und Impuls-Gleichstrom-Fehlerströmen, mit mindestens einem Summenstromwandler, dessen Primärwicklungen durch die Leiter einer Netzleitung gebildet sind und der mindestens eine Vormagnetisierungswicklung und mindestens eine Sekundärwicklung aufweist, wobei der Ausgang der Sekundärwicklung gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Verstärker- oder Auswerteeinrichtung mit einem Auslöser verbunden ist, welch letzterer auf ein Schaltschloß zur Betätigung von in den Netzleitera liegenden Kontaktstellen einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Vormagnetisierungswicklung (9,10,11,12) eizeugte Vormagnetisierung eine Wechselstrom- und eine Gleichstromkomponente aufweist, so daß im fehlerstromfreien Zustand die Vormagnetisierung nur zwischen einem Sättigungswert und einem Wert pendelt, der unterhalb der Remanenz-Induktion liegt und eine große Steilheit zwischen Induktion und Feldstärke aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Summenstromwandler (1, 2) vorgesehen sind, wobei die durch die Vormagnetisierungswicklungen (9,10,11,12) erzeugte Magnetisierung des einen Summenstromwandlers gleichsinnig jo und des anderen Summenstromwandlers gegensinnig zu den jeweiligen Primärwicklungen ausgeführt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierungsfeldstärke bei NichtVorhandensein von Fehlerströmen solche Werte durchläuft, daß der Magnetfluß in jedem Wandler stets gleiche Feldrichtung hat.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierungsfeldstärke im fehlerstromfreien Zustand solche Werte durchläuft, daß der Magnetfluß zwischen einem Sättigungswert und einem sehr kleinen Wert gleicher Richtung schwingt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der

Wechselstrom-Vormagnetisierungskomponente
von der Netzfrequenz verschieden ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich die Gleich- so Stromkomponente der Vormagnetisierung in einem Wandler eine gleichsinnige und in dem anderen Wandler eine gegensinnige Magnetisierung zu den Primärwicklungen erzeugt, während die Wechselstromkomponente der Vormagnetisierung in beiden Wandlern jeweils eine gleichsinnige Magnetisierung zu den Hauptwicklungen erzeugt.