DE2658185C2

DE2658185C2 - Circuit arrangement for generating a test current for the purpose of testing circuit breakers

Info

Publication number: DE2658185C2
Application number: DE19762658185
Authority: DE
Inventors: Manfred Ing.(Grad.) Leischner; Gerhard Wagener
Original assignee: GOSSEN GmbH 8520 ERLANGEN
Current assignee: GOSSEN GmbH 8520 ERLANGEN
Priority date: 1976-12-22
Filing date: 1976-12-22
Publication date: 1979-02-15
Also published as: DE2658185B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines von Null an automatisch ansteigenden Prüfstroms, der zwecks Prüfung eines in einer elektrischen Anlage befindlichen Fehlerstrom- oder Fehlerspannungsschutzschalter auf den Schutzleiter der elektrischen Anlage eingespeist wird. Der Prüfung von Schutzschaltern sind die VDE-Bestimmungen 0100 zugrunde zu legen.The invention relates to a circuit arrangement for generating an automatically increasing from zero Test current used for testing a fault current or Fault voltage circuit breaker is fed to the protective conductor of the electrical system. The examination of circuit breakers are based on the VDE regulations 0100.

Während des automatischen Anstiegs des Prüfstroms wird entweder die Berührungsspannung (Spannung zwischen Schutzleiter und Erde) gemessen oder der Prüfstrom selbst. Wichtig ist dabei der Momentanwert in dem Zeitpunkt, wo der Schutzschalter anspricht und damit die elektrische Anlage vom Netz abschaltet. Die Meßverfahren bzw. die dazu erforderlichen Schaltungsanordnungen sind jedoch nicht Gegenstand vorliegender Erfindung.During the automatic increase in the test current, either the contact voltage (voltage between protective conductor and earth) or the test current itself. What is important is the instantaneous value at the time when the circuit breaker responds and thus disconnects the electrical system from the mains. the However, measuring methods or the circuit arrangements required for them are not the subject matter of the present invention Invention.

Zum besseren Verständnis wird noch erwähnt, daß der Fehlerstrom- bzw. Fehlerspannungs-SchutzschalterFor a better understanding it is also mentioned that the fault current or fault voltage circuit breaker

ίοίο

■ίο■ ίο

eindeutig in Ordnung ist, wenn der Schutzschalter die elektrische Anlage vor Erreichen einer in VDE-Bestimmungen festgelegten Berührungsspannung (24 V oder 65 V) allpolig abschaltetis clearly okay if the circuit breaker the electrical system before reaching a contact voltage specified in VDE regulations (24 V or 65 V) switches off all poles

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist so ausgelegt, daß während des automatischen Anstiegs des Prüfstroms eine Spannungsverschleppung in die elektrische Anlage vollkommen verhindert wird, damit z. B. Menschen in der zu prüfenden Anlage nicht gefährdet werden können. Außerdem gestattet die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung die Prüfung der Ansprechzeit des Schutzschalters.The circuit arrangement according to the invention is designed so that during the automatic rise of the Test current a voltage carryover into the electrical system is completely prevented, so that z. B. People in the system to be tested cannot be endangered. In addition, the invention allows Circuit arrangement checking the response time of the circuit breaker.

Vorrichtungen zur Prüfung von Fehlerstrom- und Fehlerspannungs-Schutzschaltungen sind an sich hinreichend bekannt So wird z. B. in der DE-PS 11 37 115 eine Vorrichtung beschrieben, bei welcher ein Drehpotentiometer von Hand gedreht wird, um den Prüfstrom ansteigen zu lassen.Devices for testing residual current and residual voltage protective circuits are sufficient in themselves known. B. in DE-PS 11 37 115 a Device described in which a rotary potentiometer is turned by hand to the test current to increase.

Es ist einzusehen, daß der Strom zu Beginn der Potentiometerdrehung nicht NuJl sein kann und daß das Drehen des Potentiometers vom einen bis zum anderen Anschlag meist nicht in einem Zuge erfolgen kann, auch steigt der Strom hierbei nicht gleichmäßig an. Eine derartige manuelle Einstellung hat also eine Reihe von Schwächen.It can be seen that the current cannot be NuJl at the beginning of the potentiometer turn and that the Turning the potentiometer from one stop to the other usually cannot be done in one go, too the current does not increase evenly. Such a manual adjustment has a number of Weaknesses.

In der DE-PS 10 92 125 wird eine Schaltung beschrieben, bei welcher der Prüfstrom automatisch ansteigt, indem in Reihe mit der Stromquelle ein Heißleiter geschaltet ist, der sich selbst aufheizt und damit im Widerstand ständig abnimmt. Eine solche Vorrichtung ist bei praktischer Verwendung immer erst wieder nach einiger Wartezeit betriebsbereit, da der Heißleiter abkühlen muß. Außerdem ist mit dieser Anordnung kein gut reproduzierbarer Stromverlauf zu erzielen.In DE-PS 10 92 125 a circuit is described in which the test current is automatic increases by connecting a thermistor in series with the power source, which heats itself up and so that the resistance is constantly decreasing. Such a device is always only in practical use ready for operation again after some waiting time because the thermistor has to cool down. Besides, with this one Arrangement to achieve a well reproducible current flow.

Die weiter oben beschriebene Erzeugung und Einspeisung eines Prüfstromes in die elektrische Anlage, die ja während des praktischen Betriebes erfolgt, birgt allerdings die Gefahr, daß bei mangelhaftem Schutzleiter die Berührungsspannung zu groß wird, so daß dadurch Menschen in der Anlage gefährdet werden könnten. Um das zu vermeiden, beinhaltet die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine Kontrolle der Berührungsspannung. Sollte diese den eingestellten Grenzwert (24 V oder 65 V) überschreiten, so wird die Einspeisung des Prüfstromes in die Anlage automatisch unterbrochen.The generation and feeding of a test current into the electrical system described above, which takes place during practical operation, however, harbors the risk that if the protective conductor is inadequate the contact voltage is too great, so that people in the system are endangered could. In order to avoid this, the circuit arrangement according to the invention contains a control the contact voltage. If this exceeds the set limit value (24 V or 65 V), the Feeding of the test current into the system is automatically interrupted.

Schutzschaltungen gegen Spannungsverschleppung sind durchaus bekannt, z. B. aus der deutschen Patentschrift 11 37 115, bei der ein als Spannungswächter dienendes Relais vorgesehen ist, das die Prüfschaltung von der zu prüfenden Anlage abschaltet, wenn die Berührungsspannung zu groß wird. Nachteilig wirkt hierbei das Relais, das keinen sehr genau definierten Schaltpunkt hat. Durch die erfindungsgemäße elektronische Schaltung wird dieser Nachteil mit Sicherheit vermieden.Protection circuits against voltage carryover are well known, z. B. from the German Patent 11 37 115, in which a voltage monitor Serving relay is provided that disconnects the test circuit from the system to be tested when the Contact voltage becomes too great. The relay, which is not very precisely defined, has a disadvantage here Has switching point. The electronic circuit according to the invention definitely eliminates this disadvantage avoided.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung läßt sich auch prüfen, ob der in der Anlage eingebaute Schutzschalter bei Erreichen des Nennfehlerstroms bzw. der Nennfehlerspannung auch schnell genug abschaltet. Nach dem Stand der Technik erfolgt eine solche Zeitprüfung labormäßig, z. B. mit einem Oszillografen, schnell laufenden Registriergeräten oder geeigneten Schaltuhren. Derartige Vorrichtungen sind für ein praktisches Gerät zu umständlich und zu aufwendig.With the circuit arrangement according to the invention it can also be checked whether the built-in in the system Circuit breaker fast enough when the nominal fault current or nominal fault voltage is reached turns off. According to the prior art, such a time check is carried out in a laboratory, e.g. B. with an oscilloscope, fast running recorders or suitable time switches. Such devices are for a practical device too cumbersome and too expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zu schaffen, die einen automatisch ansteigen-The invention is based on the object of creating a circuit that automatically increases

den Prüfstrom für die Prüfung von Fehlerstrom- und Fehlerspannungsschutzschaltern erzeugt unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Schaltungen bzw. Vorrichtungen.generates the test current for testing residual current and residual voltage circuit breakers while avoiding them the disadvantages of the known circuits or devices.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß eine aus einem Frequenzteiler und mehreren Binärzählern bestehende kette durch Netzwechselspannung gesteuert wird, wobei jeder der Binärzähler einen ihm zugeordneten Thyristor steuert, der seinerseits in gezündetem Zustand jeweils über einen zugeordneten Belastungswiderstand einen definierten Einzelstrom fließen läßt und wobei sich die Einzelströme zum gesamten Prüfstrom summieren, sodaß sich ein stufenweise gleichmäßig ansteigender Prüfstrom ergibtThis object is achieved according to the invention in that one of a frequency divider and multiple binary counters chain is controlled by AC voltage, each of the Binary counter controls a thyristor assigned to it, which in turn overruns in the triggered state an assigned load resistance allows a defined individual current to flow and the Add the individual currents to the total test current, so that an evenly increasing one is gradually increasing Test current results

Ferner ist die erfindungsgemäße Schaltung so ausgelegt, daß beim Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Berührungsspannung während des automatischen Anstiegs des Prüfstroms ein als Schmitt-Trigger wirkender Operationsverstärker einen optoelektronischen Koppler durchschaltet, der über ein NAND-Gatter die Reseteingänge der Binärzähler auf »High« setzt, wodurch der Zählvorgang gelöscht und somit der Prüfstromfluß über die Thyristoren unterbrochen wird. Dieses Ansprechen der Schutzschaltung gegen Spannungsverschleppung wird sichtbar angezeigt durch eine Leuchtdiode, und zwar derart, daß beim Durchschalten des optoelektronischen Kopplers ein Feldeffekttransistor leitend wird und die Leuchtdiode aufleuchten läßt, wobei ein Speicherkondensator diesen Zustand längere Zeit aufrechterhält.Furthermore, the circuit according to the invention is designed so that when a predetermined value is exceeded Limit value of the contact voltage during the automatic rise of the test current as a Schmitt trigger acting operational amplifier switches through an optoelectronic coupler, which has a NAND gate sets the reset inputs of the binary counter to "high", which clears the counting process and thus the test current flow through the thyristors is interrupted. This response of the protection circuit against voltage carryover is visibly indicated by a light-emitting diode, in such a way that when Switching through the optoelectronic coupler, a field effect transistor becomes conductive and the light-emitting diode lights up, with a storage capacitor maintaining this state for a longer period of time.

Schließlich wird der zu prüfende Schutzschalter in der elektrischen Anlage mit einem Prüfstromstoß definierter zeitlicher Dauer beaufschlagt, indem vom Frequenzteiler ein Signal von vorgegebener Dauer abgezweigt wird, das über ein NAND-Gatter und einen Transistor die zwei letzten Thyristoren zündet und mit dieser Dauer durchgeschaltet läßt.Finally, the circuit breaker to be tested in the electrical system becomes more defined with a test current surge time duration applied by branching off a signal of a predetermined duration from the frequency divider which ignites the last two thyristors via a NAND gate and a transistor and with this Can be switched through for a long time.

Die erfindungsgemäße Schaltung ist in der Figur dargestellt, anhand welcher sie beschrieben werden soll.The circuit according to the invention is shown in the figure, on the basis of which it is to be described.

Von der Schaltung führt der Anschluß 1 zur Phase des Wechselstromnetzes bzw. zu einer der drei Phasen (R, S oder 7}des Drehstromnetzes.Terminal 1 leads from the circuit to the phase of the alternating current network or to one of the three phases (R, S or 7} of the three-phase network.

Anschluß 2 ist mit dem Schutzleiter der elektrischen Anlage verbunden zu denken, und Anschluß 3 ist an den Mittelpunktleiter (Sternpunkt) anzuschließen.Connection 2 is to be thought of as being connected to the protective conductor of the electrical system, and connection 3 is to be connected to the Connect the center conductor (star point).

Von einer Sekundärwicklung 4 des Transformators (dessen Primärwicklung nicht dargestellt isO wird über Widerstände und Zenerdiode ein Transistor 5 angesteuert, der netzsynchrone 50-Hz-Rechteckimpulse erzeugt, die einem NAND-Gatter 6 zugeführt werden und zu einem Frequenzteiler 7 gelangen, der am Ausgang a die Frequenz auf ¹A herabretzt. Die Ausgangssignale werden an die sieben Binärzähler 8 bis 14 geliefert, deren Ausgänge die sieben Thyristoren 15 bis 21 ansteuern, die über die verschieden großen Belastungswiderstände 22 bis 28 einen in 128 Schritten feinstufig ansteigenden Prüfstrom erzeugen, der über die Zuleitung 2 auf den Schutzleiter der elektrischen Anlage eingespeist wird.A transistor 5 is controlled by a secondary winding 4 of the transformer (whose primary winding isO is not shown) via resistors and a Zener diode, which generates 50 Hz square-wave pulses synchronized with the mains, which are fed to a NAND gate 6 and reach a frequency divider 7 which is output at output a the frequency is reduced to ¹ A. The output signals are supplied to the seven binary counters 8 to 14, the outputs of which control the seven thyristors 15 to 21, which generate a test current that increases in 128 steps via the load resistors 22 to 28 of different sizes Feed line 2 is fed to the protective conductor of the electrical system.

Die Schaltung funktioniert folgendermaßen.The circuit works as follows.

Über das NAND-Gatter 29 liegen die Reseteingänge des Frequenzteilers 7 und der Binärzähler 8... 14 zunächst auf »High«. Dadurch ist der Zählvorgang blockiert.The reset inputs of the frequency divider 7 and the binary counters 8 ... 14 are via the NAND gate 29 initially on "high". This blocks the counting process.

Besteht zwischen dem über Zuleitung 2 angeschlossenen Schutzleiter der Anlage und dem über Zuleitung 3 angeschlossenen Mittelleiter der Anlage keine Spannung, so ist der Schmitt-Trigger 30 durchgeschaltet, so daß die Leuchtdiode im optoelektronischen Koppler kein Leuchtsignal ergibt Demzufolge sperrt der Fototransistor des optoelektronischen Kopplers 31, und es erscheint, über die aus Kondensator 32 und Feldeffekttransistor 33 bestehende Speicherstufe am Eingang a des Gatters 29 das Signal »High«. Wird nun die Starttaste 34 gedrückt, die dank mechanisch einrastet, so erscheint das zweite »High« am Eingang b If there is no voltage between the protective conductor of the system connected via supply line 2 and the center conductor of the system connected via supply line 3, the Schmitt trigger 30 is switched through so that the light-emitting diode in the optoelectronic coupler does not emit a light signal. and it appears via the memory stage consisting of capacitor 32 and field effect transistor 33 at input a of gate 29, the signal "high". If the start button 34 is now pressed, which thanks to it engages mechanically, the second “high” appears at input b

ίο des Gatters 29, wodurch dessen Ausgang auf »Low« schaltet und über die Reseteingänge den Zählvorgang der Binärzähler 8... 14 freigibt Die an den Binärzählern anstehenden 80-ms-Signale steuern den Zählvorgang. ίο of gate 29, whereby its output is set to "Low" switches and enables the counting process of the binary counters 8 ... 14 via the reset inputs pending 80 ms signals control the counting process.

Sobald ein Binärzähler durchschaltet wird auch der zugehörige Thyristor durchgeschaltet so daß der Prüfstrom in 128 Schritten gleichmäßig ansteigt. Die Laufzeit der acht Binärzähler über die 128 Schritte beträgt rund 10 s (128 - 80 ms = 10 240 ms). Der Ausgang des achten Binärzählers 35 sperrt nach dem 128sten Schritt über den Inverter 36 das Gatter 6. Erst nach Lösen der Starltaste 34 durch nochmaliges Drücken werden die Ausgänge der Binärzähler auf »Low« gesetzt und damit das Gatter 6 entriegelt. Die Schaltung ist dann wieder startbereit.As soon as a binary counter turns on, the associated thyristor is turned on so that the Test current increases evenly in 128 steps. The running time of the eight binary counters over the 128 steps is around 10 s (128 - 80 ms = 10 240 ms). The output of the eighth binary counter 35 blocks after 128th step via the inverter 36 the gate 6. Only after releasing the start button 34 by again When you press the button, the binary counter outputs are set to "Low" and gate 6 is unlocked. the The circuit is then ready to start again.

Sollte nun während des zeitlichen Anstiegs des Prüfstroms die Berührungsspannung zwischen Schutzleiter und Mittelleiter bzw. Erde über eine getrennte, nicht dargestellte Erdsonde den zulässigen GrenzwertShould the contact voltage between protective conductor and center conductor or earth via a separate, not shown geothermal probe, the permissible limit value

ic (24 V oder 65 V) überschreiten, so wird der Schmitt-Trigger 30 gesperrt, die Leuchtdiode des optoelektronischen Kopplers 31 leuchtet auf, der Fototransistor schaltet durch. Damit schaltet die Speicherstufe 32 + 33 auf »Low« und setzt damit die Reseteingänge deric (24 V or 65 V) are exceeded, the Schmitt trigger 30 blocked, the light-emitting diode of the optoelectronic coupler 31 lights up, the phototransistor switches through. This switches the memory level 32 + 33 to "Low" and sets the reset inputs of the

i"> Binärzähler über das Gatter 29 auf »High«. Somit wird der Zählvorgang gelöscht und der Prüfstrom über die Thyristoren sofort unterbrochen. Die Speicherstufe 32 + 33 hält die Reseteingänge der Binärzähler auf »High«. Erst nach Lösen der Taste 34 wird diei "> binary counter via gate 29 to" high " the counting process is deleted and the test current through the thyristors is immediately interrupted. The memory stage 32 + 33 holds the reset inputs of the binary counter at "High". Only after releasing the button 34 is the

ι» Speicherstufe 32 + 33 gelöscht und die Schaltung ist wieder betriebsbereit.ι »memory stage 32 + 33 deleted and the circuit is ready for operation again.

Über den Feldeffekttransistor 33 der Speicherstufe und über die Leuchtdiode 37 wird der Transistor 38 angesteuert. Die Leuchtdiode 37 läßt den Zustand derThe transistor 38 is switched via the field effect transistor 33 of the storage stage and via the light-emitting diode 37 controlled. The light emitting diode 37 lets the state of

·"■ Schutzschaltung gegen Spannungsverschleppung erkennen, indem sie aufleuchtet, wenn diese Schutzschaltung anspricht.· "■ Detect protective circuit against voltage carryover, by lighting up when this protective circuit responds.

Zur Prüfung des Schutzschalters auf seine Ansprechzeit, wird ein Stromstoß definierter Zeitdauer (z. B.To check the response time of the circuit breaker, a current surge of a defined duration (e.g.

^r>" 200 ms) auf den Schutzleiter der Anlage gegeben, und es wird beobachtet, ob der Schutzschalter der Anlage anspricht. Dabei hat der Stromstoß eine definierte Stromstärke, die auf jeden Fall zum Ansprechen des Schutzschalters führt. Die definierte Zeitdauer wird ^r >"200 ms) on the protective conductor of the system, and it is observed whether the circuit breaker of the system responds. The current surge has a defined current strength, which in any case leads to the response of the circuit breaker. The defined duration is

ν-, gewonnen aus dem Frequenzteiler 7, der mehrere Ausgänge mit verschiedenen Untersetzungen hat. Der definierte Strom wird nach Umschaltung des Schalters 18 durch die beiden Widerstände 27, 28 gewonnen, wenn die zwei Thyristoren 20, 21 durchgeschaitet sind. ν-, obtained from the frequency divider 7, which has several outputs with different reductions. The defined current is obtained after switching over the switch 18 through the two resistors 27, 28 when the two thyristors 20, 21 are switched through.

w> Während dieser Prüfung ist auch die Schutzschaltung gegen Spannungsverschleppung wirksam.w> During this test, the protective circuit against voltage carryover is also effective.

Die Zeitprüfung läuft im einzelnen folgendermaßen ab: Nach Umschaltung des Schalters 39 v/ird das am Ga;*er 40 liegende »Hig!i«-signal auf das Gatter 6The time check runs in detail as follows: After switching the switch 39 v / ird on Ga; * er 40 "Hig! I" signal on gate 6

ti > gegeben, so daß dieses die 50-Hz-impulse auf den Frequenzteiler 7 gelangen läßt.ti> given, so that the 50 Hz pulses are sent to the Frequency divider 7 can get.

Wird die mechanisch einrastende Starttaste 34 gedruckt, so legt das GaUer 29 den Reset-Eingang desIf the mechanically locking start button 34 is pressed, the gate 29 sets the reset input of the

Frequenzteilers 7 auf »Low« und gibt den Frequenzteiler frei.Frequency divider 7 to "Low" and enables the frequency divider.

Gleichzeitig wird über die Taste 34 der Transistor 41 durch das »High«-Signal durchgeschaltet, der damit die letzten zwei Thyristoren 20, 21 durchsteuert, so daß dei Prüfstrom in den Schutzleiter der Anlage über Zuleitung 2 einfließt Oie beiden Ausgänge b, cdes Frequenzteilers 7 liefern Rechteckimpulse mit zwei unterschiedlichen Frequenzen, und zwar derart, daß erst das gleichzeitige Eintreffen zweier Impulse (»High«) am Gatter 40 < Prüfzeit (von 200 ms) definiert. Dadurch wird < Ausgar™ des Gatters 40 »Low«, was über Gatter 6 ζ Sperren des Frequenzteilers 7 führt. Außerdem were dadurch über den Transistor 41 die Thyristoren 20 υ 21 gesperrt. Die Binärzähler 8 bis 14 sind währe dieser Prüfung blockiert. Nach Lösen der Taste 34 der geschilderte Vorgang wiederhoifc-ar.At the same time, the transistor 41 is switched through by the "high" signal via the button 34, which controls the last two thyristors 20, 21 so that the test current flows into the protective conductor of the system via supply line 2 Oie two outputs b, c of the frequency divider 7 deliver square-wave pulses with two different frequencies in such a way that only the simultaneous arrival of two pulses ("high") at gate 40 defines <test time (of 200 ms). As a result, <Ausgar ™ of gate 40 becomes “Low”, which leads to the frequency divider 7 being blocked via gate 6. In addition, the thyristors 20 and 21 were blocked via the transistor 41. The binary counters 8 to 14 are blocked during this test. After releasing the button 34, repeat the described process.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for generating a test current automatically increasing from zero, the for the purpose of testing a residual current or residual voltage circuit breaker in an electrical system is fed into the protective conductor of the electrical system, characterized in that that a chain of frequency divider (7) and binary counters (8 ... 14), through AC voltage is controlled, each of the binary counters (8 ... 14) having a thyristor (15 ... 21) controls, which in turn, in the ignited state, each via an assigned load resistor (22 ... 28) allows a defined individual stream to flow and the individual streams to the add up the entire test current so that a step-wise evenly increasing test current results

2. Circuit arrangement according to claim J, characterized characterized in that when a predetermined limit value of the contact voltage is exceeded a Schmitt trigger during the automatic rise of the test current Operational amplifier (30) an optoelectronic coupler (31) switches through, which via a NAND gate (29) sets the reset inputs of the binary counters (8 ... 14) to "High", which causes the counting process deleted and thus the test current flow through the thyristors (15 ... 21) is interrupted.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the circuit breaker to be tested a test current surge of a defined duration is applied in the electrical system by from the frequency divider (7) a signal of a predetermined duration is branched off via a gate (40) and a transistor (41) ignites the last two thyristors (20 and 21) and is switched through for this duration leaves.

4. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that when switching through the optoelectronic Coupler (31) the field effect transistor (33) becomes conductive and the light emitting diode (37) lights up, the storage capacitor (32) maintaining this state for a long time.