DE2715219C2

DE2715219C2 -

Info

Publication number: DE2715219C2
Application number: DE2715219A
Authority: DE
Inventors: Charles Warren Clearwater Fla. Us Draper; Raymond Humbert Belleair Fla. Us Legatti
Original assignee: Dsquare Co Park Ridge Ill Us
Current assignee: Dsquare Co Park Ridge Ill Us
Priority date: 1976-04-08
Filing date: 1977-04-05
Publication date: 1987-09-10
Also published as: IT1082997B; GB1581363A; FR2347798B1; GB1581364A; ZA771801B; DE2715219A1; CA1101533A; FR2476403A1; FR2476403B1; MX144094A; FR2347798A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Fehlerstromschutzeinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.The invention relates to a residual current device with the features of the preamble of claim 1.

Bei einer solchen gattungsgemäßen Fehlerstromschutzeinrichtung nach der US-PS 38 13 579 liegt die Auslösespule für den mechanischen Schaltkontakt mit einem ihrer An schlüsse auf der Lastseite dieses Schaltkontaktes, während ihr anderer Anschluß zu der Wechselstromseite eines Vollwellenbrückengleichrichters führt. Der andere Anschluß des Vollwellenbrückengleichrichters ist an den anderen Leiter des zu überwachenden zweiphasigen Strom netzes angeschlossen. Die Betätigung der Auslösespule und damit die Auslösung des mechanischen Schaltkontak tes geschieht durch einen Thyristor, der zu der Gleich spannungsseite des Brückengleichrichters parallelge schaltet ist und von einer Auswerteschaltung angesteuert ist, die die Fehlerbedingungen im Netz, nämlich den Erdschluß oder die Erdung des Nulleiters erkennt.With such a generic residual current device after the US-PS 38 13 579 is the trip coil for the mechanical switch contact with one of their on conclusions on the load side of this switch contact, while their other connection to the AC side of a full wave bridge rectifier. The other The full wave bridge rectifier is connected to the other conductor of the two-phase current to be monitored network connected. Actuation of the release coil and thus the triggering of the mechanical switch contact tes happens through a thyristor that matches the same voltage side of the bridge rectifier parallelge is switched and controlled by an evaluation circuit which is the fault conditions in the network, namely the Earth fault or the grounding of the neutral conductor is recognized.

Um Überspannungen von der Schaltung fernzuhalten, liegt parallel zum Stromversorgungseingang dieser Schaltung eine Z-Diode, deren Durchbruchsspannung oberhalb der normalerweise auftretenden Netzspan nung liegt, so daß diese Z-Diode normalerweise sich im Sperrzustand befindet.To keep surges off the circuit, is parallel to the power supply input Circuit a zener diode whose breakdown voltage above the normally occurring chip voltage lies, so that this Z-diode normally itself is in the locked state.

Wenn die Fehlerbedingung eintritt, triggert die Schal tung den Thyristor, der daraufhin den Gleichrichter an seinen Gleichspannungsausgängen kurzschließt, was einen entsprechend höheren Strom durch die Auslöse spule und folglich das Auslösen des mechanischen Schaltkontaktes zur Folge hat. Da der Auslösestrom einige Netzperioden lang fließen muß, muß auch dafür gesorgt werden, daß der Thyristor, der an sich beim Unterschreiten des Haltestromes wieder in den Sperrzu stand übergeht, beim erneuten Ansteigen der Netzwech selspannung in der darauffolgenden Halbwelle von der Schaltung wieder gezündet wird. Die Schaltung muß deswegen auch bei an den Gleichspannungsausgängen kurzgeschlossenem Gleichrichter mit einer Speisespan nung versorgt werden, die ihren Betrieb sicherstellt. Hierzu dient ein Speicherkondensator, der über eine Diode ebenfalls zu dem Gleichspannungsausgang des Brückengleichrichters parallelgeschaltet ist und bei gesperrtem Thyristor aus dem Brückengleichrich ter nachgeladen wird. Sobald der Thyristor getriggert ist, kann der Speicherkondensator zwar nicht mehr nachgeladen werden, doch verhindert die vorgeschaltete und jetzt in Sperrichtung betriebene Diode ein schlag artiges Entladen über den getriggerten Thyristor, so daß die in dem Speicherkondensator enthaltene Ladung die Stromversorgung für die Schaltung aufrechterhal ten kann.When the fault condition occurs, the scarf triggers tion the thyristor, which then the rectifier at its DC outputs shorts what a correspondingly higher current through the tripping coil and consequently triggering the mechanical Switching contact results. Because the trip current must flow for a few grid periods, must also for this be ensured that the thyristor, which is in itself at Falling below the holding current again in the blocking stood over, when the network change increased again voltage in the following half wave from Circuit is ignited again. The circuit must therefore also at the DC voltage outputs short-circuited rectifier with a supply voltage supply that ensures their operation. A storage capacitor is used for this purpose Diode also to the DC output of the Bridge rectifier is connected in parallel and with blocked thyristor from the bridge rectifier ter is reloaded. As soon as the thyristor triggered the storage capacitor can no longer be reloaded, but prevents the upstream and now reverse diode operated a blow like discharge via the triggered thyristor, see above that the charge contained in the storage capacitor maintain the power supply for the circuit can.

Allerdings muß der Kondensator hierfür eine ausreichend große Kapazität aufweisen, damit bis zum Auslösen des mechanischen Schaltkontaktes die Stromversorgung für die Schaltung aufrecht erhalten bleibt, d. h. die Spannung an dem Speicherkondensator darf bis zum Auslösen der mechanischen Schaltkontakte nicht unter einen vorgegebenen Wert, der ein ordnungsgemäßes Ar beiten der Schaltung gewährleistet, absinken. Außer dem muß der Speicherkondensator die Energie zum wieder holten Triggern des Thyristors liefern. Der Speicher kondensator ist deswegen verhältnismäßig groß.However, the capacitor must be sufficient for this have large capacity so that until the mechanical switch contact the power supply for the circuit is maintained, d. H. the Voltage at the storage capacitor may be up to The mechanical switch contacts do not trip below a predetermined value that is a proper ar guaranteed the circuit, sink. Except the storage capacitor must have the energy again fetched triggers of the thyristor supply. The store the capacitor is therefore relatively large.

Treten im Netz Überspannungen mit wechselnder Polarität auf, so wird die dem Ausgang des Brückengleichrichters parallelgeschaltete Z-Diode thermisch erheblich belastet, weil während beider Halbwellen eine entsprechend große Verlustleistung an der Z-Diode auftritt. Diese Über spannungen können beispielsweise auch beim Ansprechen der Fehlerstromschutzeinrichtung auftreten, da sie mit der Lastseite verbunden ist und Induktionsspan nungen, die beim Schalten von induktiven Verbrauchern auftreten, unmittelbar in die Stromversorgung der be kannten Fehlerstromschutzeinrichtung gelangen.Surges occur in the network with changing polarity on, it becomes the output of the bridge rectifier Z-diode connected in parallel is thermally considerably stressed, because a correspondingly large one during both half-waves Power loss at the Z diode occurs. This about For example, voltages can also occur when activated of the residual current device occur because they is connected to the load side and induction chip in switching inductive loads occur immediately in the power supply of the be known residual current device.

Aus "Silicon Controlled Rectifier Manual" der Firma General Electric ist es darüber hinaus bekannt, einen Brückengleichrichter aus Avalanche-Dioden aufzubauen, um so eine nachfolgende Thyristorschaltung gegen transiente Überspannungen aus dem Netz zu schützen. Diese Dioden besitzen die Eigenschaft, oberhalb einer vorbestimmten Sperrspannung lawinenartig mit geringem differentiellen Innenwiderstand leitend zu werden.From "Silicon Controlled Rectifier Manual" by the company General Electric is also known to be one To build bridge rectifiers from avalanche diodes, to counter a subsequent thyristor circuit to protect transient overvoltages from the network. These diodes have the property above one predetermined reverse voltage avalanche-like with little differential internal resistance to become conductive.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Fehlerstromschutzeinrichtung zu schaffen, die bei klei nen Abmessungen unempfindlich gegen Störspannungen aus dem Netz ist.Based on this, it is an object of the invention to Residual current device to create that at klei dimensions are insensitive to interference voltages the net is.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Fehler stromschutzeinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent anspruches 1 gelöst.This object is achieved according to the invention in the event of an error Current protection device with the features of the preamble of the claim through the characteristic features of the patent Claim 1 solved.

Infolge der Verwendung von Avalanche-Dioden, die zu einem Brückengleichrichter geschaltet sind, sind eigene Schaltelemente entbehrlich, die die über den Brücken gleichrichter mit Strom versorgten Bauteile gegen transiente Überspannungen aus dem Netz schützen. Dabei wirkt die Auslösespule als Vorschaltimpedanz zur Strom begrenzung, wenn die Dioden infolge der Überspannung in Rückwärtsrichtung leitend werden. Due to the use of avalanche diodes, which too a bridge rectifier are separate Switching elements can be dispensed with, those over the bridges rectifier with components supplied with current Protect transient overvoltages from the network. Here the trip coil acts as a ballast impedance to the current limit if the diodes due to the overvoltage become conductive in the reverse direction.

Die besondere Art der Anschaltung des Thyristors, der im Fehlerfall getriggert und damit den erhöhten Stom durch die Auslösespule erzeugt, führt dazu, daß der Thyristor lediglich während einer Halbwelle wirksam ist und während der anderen Halbwelle in Sperrichtung betrieben wird. Während dieser Halbwelle kann deswegen ohne weiteres die Spannungsversorgung für die auf den Fehlerstrom ansprechende und ein Fehlersignal abge bende Einrichtung aufrechterhalten werden, so daß keine großen Speicherkapazitäten erforderlich sind.The special way of connecting the thyristor, the triggered in the event of a fault and thus the increased current generated by the trip coil causes the Thyristor only effective during a half wave and in the reverse direction during the other half-wave is operated. Therefore during this half wave easily the power supply for those on the Residual current responsive and an error signal be maintained so that no large storage capacities are required.

Beides führt zu einer entsprechenden Miniaturisierung und außerdem zu einer erhöhten Funktionssicherheit, weil weniger Bauteile vorhanden sind.Both lead to a corresponding miniaturization and also to increased functional reliability because fewer components are available.

Auch verbessert sich das Abschaltverhalten des Thyristors, wenn dieser lediglich während einer Netzhalbwelle mit einer Spannung in Durchlaßrichtung, während der nachfolgenden Netzhalbwelle dagegen in Sperrichtung betrieben wird.The turn-off behavior of the thyristor also improves, if this only with a Forward voltage during subsequent Mains half wave, however, is operated in the reverse direction.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegen standes der Erfindung dargestellt.In the drawing is an embodiment of the counter state of the invention.

Die Figur zeigt das Schaltbild der Erdschlußschutzeinrichtung einschließlich der Einrichtung zur Feststellung eines Erdschlusses des Nulleiters und der Abschalteinrichtung. The figure shows the circuit diagram of the earth fault protection device including the facility for Detection of a ground fault of the neutral conductor and the shutdown device.

Die Schaltung weist zwei Differentialtransformatoren T 1, T 2 auf, von denen jeder jeweils mit einem Erd schlußfühl-Ringkern 40 und einem Kopplungsringkern 41 versehen ist, durch welche ein stromführender oder "heißer" Leiter L 1 und ein Null-Leiter N 1 verlaufen, die die Primärwicklung bilden. Der stromführende Leiter L 1 ist an die Netzanschlußklemme auf einer Seite der Ringkerne 40, 41 angeschlossen; nach Durchqueren der Ringkerne 40, 41 ist er mit der verbraucherseitigen Anschlußklemme verbunden. Der Null-Leiter N 1 ist auf einer Seite der Ringkerne 40, 41 mit der Netzanschluß klemme verbunden, während er auf der anderen Seite nach Durchqueren der Ringkerne 40, 41 an die Verbraucher klemme angeschlossen ist.The circuit has two differential transformers T 1 , T 2 , each of which is provided with a ground-fault ring core 40 and a coupling ring core 41 , through which a current-carrying or “hot” conductor L 1 and a neutral conductor N 1 run, that form the primary winding. The current-carrying conductor L 1 is connected to the mains connection terminal on one side of the ring cores 40, 41 ; after crossing the toroidal cores 40, 41 , it is connected to the consumer-side connection terminal. The neutral conductor N 1 is connected on one side of the ring cores 40, 41 to the mains connection terminal, while on the other side after crossing the ring cores 40, 41 it is connected to the consumer terminal.

Der Differentialtransformator T 1 mit dem Ringkern 40 wirkt als sog. Null-Transformator, der das Auftreten eines Erdschlußfehlers auf der Verbraucherseite des stromführen den Leiters L 1 feststellt. Ist kein Erdschluß vorhanden, so weisen die von dem in dem stromführenden Leiter L 1 in der einen Richtung und in dem Null-Leiter N 1 in der anderen Richtung fließenden Strom herrührenden Magnet felder entgegengesetzte Polarität und Größe auf. Die Magnetfelder heben sich deshalb gegenseitig auf. Tritt jedoch ein Erdschluß des stromführenden Leiters L 1 auf der Verbraucherseite des Ringkernes 40 auf, so fließt ein Teil des Stromes über einen Erdschlußweg und nicht über den Null-Leiter N 1 zu der Stromquelle zurück. Damit werden die Magnetfelder der durch den Ringkern 40 verlaufenden und dort die Primärwicklung des Differential transformators bildenden Leiter, d. h. des stromführenden Leiters L 1 und des Null-Leiters N 1, ungleich. Demgemäß heben sich die Magnetfelder nicht mehr auf; es entsteht ein resultierender Magnetfluß, dessen Auftreten von einer Sekundärwicklung 44 auf dem Ringkern 40 festgestellt wird, in der ein Spannungssignal induziert wird.The differential transformer T 1 with the toroidal core 40 acts as a so-called zero transformer, which detects the occurrence of an earth fault on the consumer side of the current-carrying conductor L 1 . If there is no earth fault, the magnetic fields originating from the current flowing in the current-carrying conductor L 1 in one direction and in the neutral conductor N 1 in the other direction have opposite polarity and size. The magnetic fields therefore cancel each other out. However, if there is an earth fault in the current-carrying conductor L 1 on the consumer side of the toroidal core 40 , part of the current flows back to the current source via an earth fault path and not via the neutral conductor N 1 . The magnetic fields of the conductor running through the toroidal core 40 and forming the primary winding of the differential transformer there, ie the current-carrying conductor L 1 and the neutral conductor N 1 , are unequal. Accordingly, the magnetic fields no longer cancel each other out; a resulting magnetic flux is produced, the occurrence of which is determined by a secondary winding 44 on the toroidal core 40 , in which a voltage signal is induced.

Die Fühler- und Unterbrecher-Schaltung wird wie folgt mit Strom versorgt: Ein Brückengleichrichter 45 mit Avalanche-Eigenschaften liegt über einen mit einer Seite der Brückenschaltung verbundenen Leiter 48 und einen an der anderen Seite der Brückenschaltung ange schlossenen und mit einer Anschlußklemme 50 einer Aus lösespule 51 verbundenen Leiter 49 auf der Netz- oder Stromquellenseite von Schaltkontakten 103, 104 zwischen dem stromführenden Leiter L 1 und dem Null-Leiter N 1. Ein Leiter 52 verläuft von einer Anschlußklemme 53 der Auslösespule 51 zu dem Null-Leiter N 1. Der Brückengleich richter 45 liefert eine gleichgerichtete Stromversorgung für eine integrierte Schaltung 54, und zwar über Leiter 55, 56, die an Anschlüsse 57, 58 der integrierten Schaltung 54 angeschlossen sind. Die integrierte Schaltung 54 enthält einen Operationsverstärker, einen Spannungsregler und eine Pegelmeßeinrichtung. Die mit 57, 58 bezeichneten Anschlüsse dienen zur Stromversorgung. The sensor and interrupter circuit is supplied with power as follows: A bridge rectifier 45 with avalanche properties is connected via a conductor 48 connected to one side of the bridge circuit and one connected to the other side of the bridge circuit and with a terminal 50 of a trip coil 51 connected conductor 49 on the network or current source side of switch contacts 103, 104 between the current-carrying conductor L 1 and the neutral conductor N 1 . A conductor 52 runs from a connecting terminal 53 of the trigger coil 51 to the neutral conductor N 1 . The bridge rectifier 45 provides a rectified power supply for an integrated circuit 54 , via conductors 55, 56 , which are connected to terminals 57, 58 of the integrated circuit 54 . The integrated circuit 54 contains an operational amplifier, a voltage regulator and a level measuring device. The connections labeled 57, 58 are used for power supply.

Beim Auftreten eines Erdschlusses des stromführenden Leiters L 1 auf der Verbraucherseite des Ringkerns 40 fließt ein Teil des Stromes über einen Erdschlußweg und nicht über den Null-Leiter N 1 zu der Stromquelle zurück, wodurch eine Ungleichheit der Magnetfelder der durch den Ringkern 40 verlaufenden Leiter L 1, N 1 erzeugt wird. Wie bereits beschrieben, wird dadurch ein resul tierender Magnetfluß erzeugt, der in einer Sekundärwicklung 44 ein Spannungssignal induziert. Dieses Spannungssignal wird über eine einen zu dem Anschluß 59 (einem inver tierenden Eingang des Operationsverstärkerteiles) führenden Leiter 65 und einen mit dem Anschluß 60 (einem nicht in vertierenden Eingang des Operationsverstärkerteiles) verbundenen Leiter 66 enthaltende Eingangsschaltung der Operationsverstärkerstufe der integrierten Schal tung 54 zugeführt. Von einer Klemme 68 der Sekundärwicklung 54 führt ein Leiter 67 zu einer Ver bindungsstelle 69 mit dem Leiter 65. Ein Leiter 70 geht von der anderen Klemme 71 der Sekundärwicklung 44 zu einem Verbindungspunkt 72 mit dem Leiter 66.When an earth fault occurs in the current-carrying conductor L 1 on the consumer side of the toroidal core 40 , part of the current flows back to the current source via an earth fault path and not via the neutral conductor N 1 , as a result of which the magnetic fields of the conductor L running through the toroidal core 40 are not equal 1 , N 1 is generated. As already described, a resulting magnetic flux is generated which induces a voltage signal in a secondary winding 44 . This voltage signal is supplied via an input circuit to the connection 59 (an inverting input of the operational amplifier part) leading conductor 65 and a connection 66 connected to the connection 60 (a non-inverting input of the operational amplifier part) containing the input circuit of the operational amplifier stage of the integrated circuit 54 . From a terminal 68 of the secondary winding 54 , a conductor 67 leads to a connection point 69 with the conductor 65 . A conductor 70 goes from the other terminal 71 of the secondary winding 44 to a connection point 72 with the conductor 66 .

Parallel zu der Sekundärwicklung 44 liegen Dioden 73, 74, die eine Sättigung des Transformator-Ringkernes 40 beim Auftreten sehr großer Werte eines Erdschluß stromes verhüten.In parallel to the secondary winding 44 are diodes 73, 74 , which prevent saturation of the transformer toroid 40 when very large values of an earth leakage current occur.

Das an den Anschlüssen 59, 60 des Operationsverstärker teiles der integrierten Schaltung 54 von der Sekundär wicklung 44 empfangene induzierte Spannungssignal wird dem Ausgangsanschluß 61 zugeleitet, von wo aus es über einen, einen zu einem Verbindungspunkt 76 führenden Leiter 75 enthaltenden Gegenkopplungsweg und sodann über einen Leiter 77 und ein 1 M Ω-Potentiometer 78 dem inver tierenden Eingang 62 zugeleitet wird. Der Gegenkopplungs weg steuert die Verstärkung der Operationsverstärker stufe; das Potentiometer kann so eingestellt werden, daß es den Erdschlußauslösestrom einregelt. Es kann z. B. derart eingestellt werden, daß beim Auftreten eines Unterschiedes von 5 Milliampère zwischen den Strömen in dem stromführenden Leiter L 1 und dem Null-Leiter N 1 die Ausgangs-Spitzenspannung des Verstärkers die Bezugsspannung der Pegelmeßstufe über schreitet, wie sie von der Spannungsreglerstufe vorgegeben ist, welche ihrerseits eine Gleichspannungsversorgung an den Anschlüssen 57, 58 über einen einen Spannungsabfall hervorrufenden Widerstand 79 von dem Brückengleichrichter 45 erhält. Wenn die Ausgangs-Spitzenspannung der Ver stärkerstufe die Bezugsspannung übersteigt, tritt an dem Anschluß 64 der Pegelmeßstufe eine Gleichspannung auf, die einen Thyristor 80 leitfähig werden läßt.The induced voltage signal received at the terminals 59, 60 of the operational amplifier part of the integrated circuit 54 from the secondary winding 44 is fed to the output terminal 61 , from where it is via a negative feedback path containing a conductor 75 leading to a connection point 76 and then via a conductor 77 and a 1 M Ω potentiometer 78 is fed to the inverting input 62 . The negative feedback path controls the gain of the operational amplifier stage; the potentiometer can be set to control the earth leakage current. It can e.g. B. can be set such that when a difference of 5 milliamps occurs between the currents in the current-carrying conductor L 1 and the neutral conductor N 1, the output peak voltage of the amplifier exceeds the reference voltage of the level measuring stage, as prescribed by the voltage regulator stage which in turn receives a DC voltage supply from the bridge rectifier 45 at the connections 57, 58 via a resistor 79 causing a voltage drop. When the output peak voltage of the amplifier stage exceeds the reference voltage, a DC voltage occurs at terminal 64 of the level measuring stage, which causes a thyristor 80 to become conductive.

Zwischen den Eingangs-Anschlüssen 62, 63 der Operations verstärkerstufe der integrierten Schaltung 54 liegt ein Kondensator 81, der ein Tiefpaßfilter bildet, um eine zusätzliche Unempfindlichkeit gegenüber zufällig auftretenden Rauschsignalen zu ergeben.Between the input connections 62, 63 of the operational amplifier stage of the integrated circuit 54 there is a capacitor 81 , which forms a low-pass filter, in order to give an additional insensitivity to random noise signals.

Die Gleichspannung wird von dem Anschluß 64 der inte grierten Schaltung 54 der Steuerelektrode des Thyristors 80 über eine Leitung 82 zugeleitet. Ein Kondensator 83 liegt zwischen der Kathode und der Steuerelektrode des Thyristors 80, um ein Zünden des Thyristors und ein Auslösen der Schaltung infolge von in der Schaltung auftretendem Rauschen, das von der integrierten Schaltung 54 verstärkt werden kann, zu verhindern.The DC voltage is supplied from the terminal 64 of the integrated circuit 54 to the control electrode of the thyristor 80 via a line 82 . A capacitor 83 is connected between the cathode and the control electrode of thyristor 80 to prevent firing of the thyristor and triggering of the circuit due to noise occurring in the circuit, which can be amplified by the integrated circuit 54 .

Wenn der Thyristor 80 leitend wird, wird die Netzspannung an die Auslösespule 51 angelegt, welche auslöst und damit die Schaltkontakte 46, 47 öffnet, die die Netzschaltung unterbrechen. Bei leitendem Thyristor 80 besteht ein Strom kreis von dem Null-Leiter N 1 über den Leiter 52, die Anschlußklemmen 50, 53 der Auslösespule 51, die Leiter 49, 84 zu dem Thyristor 80, über Leiter 85, 56, eine Z-Diode 86 und den Leiter 48 zu dem stromführenden Leiter L 1.When the thyristor 80 becomes conductive, the mains voltage is applied to the trigger coil 51 , which triggers and thus opens the switch contacts 46, 47 , which interrupt the mains circuit. When the thyristor 80 is conductive, there is a current circuit from the neutral conductor N 1 via the conductor 52 , the connecting terminals 50, 53 of the trigger coil 51 , the conductors 49, 84 to the thyristor 80 , via conductors 85, 56 , a Z-diode 86 and the conductor 48 to the live conductor L 1 .

Der Vollwellen-Brückengleichrichter 45 enthält Controlled Avalanche-Dioden (Z-Dioden 86, 87, 88, 89). Diese Dioden sind derart ausgelegt, daß der Durchbruch bei einer Spitzenspannung zwischen 200 und 300 Volt erfolgt. Falls eine transiente Spannung von mehr als 300 Volt Spitze zwischen den Leitern L 1, N 1 der Stromversorgungsschaltung auftritt, erfolgt der Durchbruch der Z-Dioden 86 bis 89, womit die Spannung bei einer ungefährlichen Amplitude abgeschnitten und der Thyristor 80 sowie die integrierte Schaltung 54 vor Beschädigungen geschützt sind. Die Impedanz der Auslösespule 51 wirkt als Drossel, durch die beim Auftreten einer solchen großen transienten Spannung der Strom so weit begrenzt wird, daß die Dioden 86-89 geschützt sind. Wegen der Verwendung eines Brückengleichrichters dieser Art mit Z-Dioden ist ein zusätzliches Bauelement wie ein Metalloxyd-Varistor (MOV), wie er sonst bei anderen Erdschlußschutzschaltungen verwendet wird, für den Schutz gegen transiente Impulse unnötig. Der Brückengleichrichter mit Avalanche- oder Lawineneffekt, wie er erfindungsgemäß verwendet wird, erfüllt die beiden Funktionen der Gleichrichtung und gleichzeitig des Schutzes gegen große transiente Überspannungen. The full-wave bridge rectifier 45 contains controlled avalanche diodes (Z diodes 86, 87, 88, 89 ). These diodes are designed so that the breakdown occurs at a peak voltage between 200 and 300 volts. If a transient voltage of more than 300 volts peak occurs between the conductors L 1 , N 1 of the power supply circuit, the breakdown of the Z diodes 86 to 89 takes place , which cuts off the voltage at a harmless amplitude and the thyristor 80 and the integrated circuit 54 are protected from damage. The impedance of the trip coil 51 acts as a choke, by which the current is limited to such an extent when the occurrence of such a large transient voltage that the diodes 86-89 are protected. Because of the use of a bridge rectifier of this type with zener diodes, an additional component such as a metal oxide varistor (MOV), as is otherwise used in other earth fault protection circuits, is unnecessary for protection against transient pulses. The bridge rectifier with avalanche or avalanche effect, as used according to the invention, fulfills the two functions of rectification and at the same time protection against large transient overvoltages.

Die Erdschluß-Schutzschaltung ist von der Netzseite der Schaltkontakte 46, 47 aus mit Strom versorgt. Auf diese Weise bleibt der Erdschluß-Schutzschaltung die Stromver sorgung selbst nach dem Abschalten des Leistungsschalt kreises durch Öffnen der Kontakte 46, 47 erhalten. Bei anderen Einrichtungen dieser Art, bei denen die Erdschluß- Schutzschaltung von der Netzseite aus mit Strom versorgt ist, wird ein eigener Schalter dazu verwendet, die Aus lösespule abzuschalten, nachdem sie wegen eines Erd schlusses ausgelöst hat. Bei der Erfindung wird ein solcher eigener Schalter zu diesem Zwecke nicht benötigt. Das Problem des Abschaltens der Auslösespule nach der Auslösung beim Auftreten eines Erdschlusses wird dadurch gelöst, daß das anodenseitige Ende 90 des Thyristors 80 an die Wechselspannungsseite des Brückengleichrichters 45 und nicht an die Gleichstromseite angeschlossen ist, wie dies früher üblich war. Dies bedeutet, daß der Thyristor 80 mit Halbwellen arbeitet und bei jeder Periode einmal ab schaltet. Wenn deshalb der Erdschluß durch Öffnen der Schaltkontakte beim nächsten Netzspannungs-Null-Durchgang behoben ist, schaltet der Thyristor 80 ab.The earth fault protection circuit is supplied with current from the network side of the switch contacts 46, 47 . In this way, the earth fault protection circuit remains the Stromver supply even after switching off the power circuit by opening the contacts 46, 47 . In other devices of this type, in which the earth fault protection circuit is supplied with power from the network side, a separate switch is used to switch off the trip coil after it has tripped due to an earth fault. In the invention, such a separate switch is not required for this purpose. The problem of tripping the trip coil after trip when a ground fault occurs is solved in that the anode-side end 90 of the thyristor 80 is connected to the AC side of the bridge rectifier 45 and not to the DC side, as was previously the case. This means that the thyristor 80 operates with half-waves and switches off once every period. Therefore, if the earth fault is removed by opening the switch contacts at the next zero voltage crossing, the thyristor 80 switches off.

Es ist eine Prüfschaltung vorgesehen, die einen 15 K Ω- Widerstand 91 enthält, der in Reihe mit einem Prüfschalter 92 in einem Leiter 93 liegt, der seinerseits von einem Verbindungspunkt 94 mit dem stromführenden Leiter L 1 auf der Verbraucherseite des Differential-Transformator- Ringkern 40 zu einem Verbindungspunkt 95 mit dem auf der Netzseite des Ringkernes 40 zu dem Null-Leiter N 1 führenden Leiter 49 geht. Wenn der Prüfschalter 92 geschlossen wird, tritt an dem Ringkern 40 eine Stromun gleichheit auf, weil Strom den Null-Leiter an dieser Stelle umgeht und von dem Verbindungspunkt 54 aus über die Prüfschaltung zu dem Null-Leiter zurückfließt. Bei ordnungsgemäßem Arbeiten der Erdschluß-Schutzschaltung ruft dieser Stromunterschied ein Auslösesignal aus, das verstärkt wird und das dann in der beschriebenen Weise die Schaltung auslöst.A test circuit is provided which contains a 15 K Ω resistor 91 , which is connected in series with a test switch 92 in a conductor 93 , which in turn is connected from a connection point 94 to the live conductor L 1 on the consumer side of the differential transformer toroid 40 goes to a connection point 95 with the conductor 49 leading to the neutral conductor N 1 on the network side of the ring core 40 . When the test switch 92 is closed, a current unevenness occurs on the toroidal core 40 because current bypasses the neutral conductor at this point and flows back from the connection point 54 to the neutral conductor via the test circuit. When the earth-fault protection circuit operates properly, this current difference calls a trigger signal which is amplified and which then triggers the circuit in the manner described.

Die Erdschluß-Schutzschaltung enthält auch eine Schutz einrichtung gegen das Auftreten eines Erdschlusses des Null-Leiters, der, wenn er nicht festgestellt und behoben würde, die Empfindlichkeit der Schaltung beeinträchtigen würde. Dieser Schutz gegen einen Erdschluß des Null-Leiters wird in der folgenden Weise erreicht:The earth fault protection circuit also contains protection device against the occurrence of an earth fault of the Zero conductor, which, if not found and fixed would affect the sensitivity of the circuit would. This protection against a ground fault of the neutral conductor is achieved in the following way:

Der Kopplungstransformator T -2 mit dem eine Wicklung 96 tragenden Ringkern 41 ist an den Ausgang 61 der Operationsverstärkerstufe der integrierten Schaltung 54 über eine Gegenkopplungsschaltung angeschlossen. Ein Leiter 97 führt von einer Klemme 98 der Wicklung 96 zu einem Verbindungspunkt 76, wo er eine Ausgangsgröße von dem Anschluß 61 der Operationsverstärkerstufe erhält. In dem Leiter 97 liegen ein Kondensator 99 und ein Widerstand 100 in Reihe, die eine Rückkopplung von der Ausgangsstufe des Operationsverstärkers zu der auf dem Ringkern 41 befindlichen Transformatorwicklung 96 des Transformators T -2 bilden. Die andere Klemme 101 der Wicklung 96 ist über einen Leiter 101 a mit der Klemme 71 der Sekundärwicklung 44 des Ringkerns 40 des Differen tialtransformators T -1 verbunden.The coupling transformer T -2 with the ring core 41 carrying a winding 96 is connected to the output 61 of the operational amplifier stage of the integrated circuit 54 via a negative feedback circuit. A conductor 97 leads from a terminal 98 of the winding 96 to a connection point 76 , where it receives an output from the terminal 61 of the operational amplifier stage. In the conductor 97 there are a capacitor 99 and a resistor 100 in series, which form a feedback from the output stage of the operational amplifier to the transformer winding 96 of the transformer T -2 located on the ring core 41 . The other terminal 101 of the winding 96 is connected via a conductor 101 a to the terminal 71 of the secondary winding 44 of the toroidal core 40 of the differential transformer T -1 .

Der Transformator T -2 und die Schaltung, in der er liegt, befinden sich im Ruhezustand, wenn in der Netzschaltung normale Bedingungen vorliegen und auf der Verbraucher seite des Transformators T -2 kein Erdschluß des Null- Leiters N 1 vorhanden ist. Wird jedoch der Null-Leiter N -1 auf der Verbraucherseite der Ringkerne 40, 41 über eine Impedanz von 4 Ω oder weniger geerdet, so entsteht eine Rückkopplungsschaltung, über die eine Windung bildende Leiterschleife, die aus dem durch die beiden Ringkerne 40, 41 verlaufenden Null-Leiter N 1 besteht; dadurch werden die Transformatoren T -1 und T -2 magnetisch mit einander gekoppelt. Diese Rückkopplungsschleife bringt die Operationsverstärkerstufe des integrierten Schalt elementes 54 zum Schwingen. Die Schwingung wird von der Pegelmeßstufe des integrierten Schaltelementes 54 in der gleichen Weise festgestellt, wie eine Signalspannung, die sich beim Auftreten eines Erdschlusses einstellt. Es tritt deshalb an dem Anschluß 64 der Pegelmeßstufe des integrierten Schaltelementes 54 eine Ausgangsspannung auf, die den Thyristor 80 zündet und damit die Auslöse spule 51 veranlaßt, die Schaltkontakte 46, 47 zu öffnen und die Schaltung zu unterbrechen.The transformer T -2 and the circuit in which it is located are in the idle state when there are normal conditions in the mains circuit and on the consumer side of the transformer T -2 there is no ground fault of the neutral conductor N 1 . However, if the neutral conductor N -1 on the consumer side of the toroidal cores 40, 41 is grounded via an impedance of 4 Ω or less, a feedback circuit is created via the conductor loop forming a turn, which consists of the conductor loop extending through the two toroidal cores 40, 41 Neutral conductor N 1 exists; as a result, the transformers T -1 and T -2 are magnetically coupled to one another. This feedback loop brings the operational amplifier stage of the integrated switching element 54 to oscillate. The oscillation is determined by the level measuring stage of the integrated switching element 54 in the same way as a signal voltage which arises when an earth fault occurs. It therefore occurs at the terminal 64 of the level measuring stage of the integrated switching element 54, an output voltage which ignites the thyristor 80 and thus causes the trip coil 51 to open the switching contacts 46, 47 and to interrupt the circuit.

Die Schaltung und die oben beschriebenen Schaltelemente unterbrechen deshalb die Netzschaltung sowohl beim Auf treten eines Erdschlusses auf der Verbraucherseite der Ringkerne 40, 41 als auch beim Auftreten eines Erdschluß fehlers an dem Null-Leiter N 1 auf der Verbraucherseite der Ringkerne 40, 41.The circuit and the switching elements described above therefore interrupt the mains circuit both when an earth fault occurs on the consumer side of the ring cores 40, 41 and when an earth fault occurs on the neutral conductor N 1 on the consumer side of the ring cores 40, 41 .

Claims

Residual current protection device with two or more electrical switching contacts connected to a power network having at least two conductors, a tripping coil, of which a connection is assigned to a first conductor, a bridge rectifier, one of which connects an AC voltage with a second one of the conductors of the power supply directly and the second AC voltage connection is connected to the second connection of the trip coil, and to a device responsive to a fault current and emitting a fault signal, which is supplied with current by the bridge rectifier, and to a thyristor responsive to the fault, characterized in that the one connection to a conductor of the power supply to a closed trip coil ( 51 ) represents a predetermined impedance that the anode of the thyristor on the trip coil ( 51 ) and on an AC voltage circuit ( 49 ) of the bridge rectifier ( 45 ) and the cathode of the thyristor on Minus connection ( 56 ) of the bridge rectifier ( 45 ) is located, the bridge rectifier ter ( 45 ) from controlled avalanche diodes ( 86 to 89 ) being built on.