DE2725168C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei einer bekannten Schutzvorrichtung dieser Art (FR-PS 14 60 049) ist als ein im ungestörten Betriebsfall nicht leitendes Element ein Überspannungsableiter vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schutzvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art das Ansprechverhalten zu verbessern.

Die Erfindung sieht zur Lösung dieser Aufgabe die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale in Verbindung mit den Gattungsmerkmalen vor.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 ein elektrisches Schaltschema einer möglichen, jedoch nicht zufriedenstellenden Ausführungsform einer bekannten Vorrichtung mit einem Isolationswächter und

Fig. 2 ein elektrisches Schaltschema der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Schaltschema wird ein Stromnetz 1 durch die Sekundärwicklung E eines Dreiphasentransformators gespeist, wobei ein herausgeführter Nulleiter N vorgesehen ist. Ein Isolationswächter Ω mit Gleichstromeinspeisung überwacht normalerweise die Isolation des Nulleiters. Zu diesem Zweck ist der Isolationswächter Ω zwischen dem Nulleiter N und der Erde T eingeschaltet.

Andererseits ist zwischen dem Nulleiter N und der Erde T in Reihe ein Widerstand Rn und ein von einem Auslöser gesteuerter elektronischer Unterbrecher geschaltet. Dieser elektronische Unterbrecher weist einen Triac Ti auf, dessen Steuerkreis R₁ und R₂ durch zwei Zenerdioden D betätigt wird, die zwischen dem Anschluß M des Widerstandes Rn und der ErdeT parallel zum Triac Ti geschaltet sind, wobei der Steuerkreis R₁, R₂ des Triac Ti zwischen diese Zenerdioden und der Erde T eingeschaltet ist.

Wenn die Spannung zwischen dem Nulleiter und der Erde unter der Zenerspannung der Dioden D liegt, ist die Verbindung zwischen dem Nulleiter N und der Erde zwischen M und T unterbrochen. Das Netz mit isoliertem Nulleiter und dem Isolationswächter Ω mit Gleichstromeinspeisung arbeitet normal.

Wenn ein Isolationsdefekt zwischen einer Phase und der Erde mit einem derartigen Widerstand auftritt, daß die Nullspannung über die Zenerspannung der Dioden D ansteigt, so werden diese leitend und bewirken eine Inbetriebnahme des Triac, und der Widerstand Rn ist wieder zwischen den Nulleiter und die Erde geschaltet.

Man weiß, daß in einem Netz mit isoliertem Nulleiter, wenn der Triac nicht in Betrieb genommen ist, die Nullspannung V₀ durch die folgende Gleichung gegeben wird:

In dieser Gleichung ist E die Phasenspannung der Netzleitung, C₀ die Nullkapazität einer jeden Phase und R _d der Defektwiderstand.

Wenn man beispielsweise ein 5000 V-Netz annimmt, welches eine Nullkapazität von 7 µF zwischen jeder Phase und der Erde aufweist, und wenn es gewünscht ist, daß der Widerstand Rn des Nulleiters zwischen Nulleiter und Erde geschaltet sein soll, wenn der Defektwiderstand unterhalb von 5000 ohm liegt, so erhält man

Man erhält so V₀=87 V, was als Spitzenwert ergibt. Die Zenerdioden sollten deshalb eine Zenerspannung von 122 V haben.

Eine derartige Schaltung arbeitet einwandfrei, wenn die Nullkapazität des Netzes sich wenig verändert. Wenn jedoch diese durch Spannungsausfall mehrerer Luftleitungen des Netzes einen geringen Wert annimmt, so können sich die Inbetriebnahmebedingungen des Triac in vorteilhafter Weise ändern. Es sei ein Beispiel gegeben. Das im vorstehenden beschriebene Netz habe eine Nullkapazität C₀ von 7 µF. Wenn als Beispiel zu einem gegebenen Zeitpunkt mehrere Luftleitungen ohne Spannung sind, und wenn die Nullkapazität einen Wert hat, der nicht größer als 0,1 µF ist, wird der Defektwiderstand Phase-Erde sehr stark erhöht, und so wird die Inbetriebnahme des Triac stattfinden, während der Defektwiderstand in der Größenordnung von 350 kohm liegt. Bei einem C₀=7 µF sollte er jedoch nicht größer sein als 5 kohm. Wenn bei Erregung der Triacschaltung vom Isolationswächter ein Defekt oder Fehler festgestellt wird, so denkt der Benutzer, daß in seinem Netz ein Defekt oder ein Fehler vorhanden ist, während die Isolation der Dreiphasen gegenüber der Erde einen relativ hohen Wert aufweist. Dies ist klar erkenntlich ein Nachteil, welcher durch die in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Schaltung ausgeschaltet werden kann.

Eine Kapazität C _n , die einen Wert in der Größenordnung der normalen Nullkapazität C₀ des Netzes hat oder möglicherweise einen größeren, ist mit den Anschlüssen der Triacschaltung verbunden. Ein Widerstand R₃, der in Serie zwischen dem Kondensator C _n und dem Triac Ti geschaltet ist, schützt diesen im Augenblick seiner Zündung. Dieser Widerstand ist vorzugsweise zwischen dem Punkt M und dem Triac eingeschaltet.

Wenn das vorliegende Netz beispielsweise dasjenige ist, welches im vorstehenden beschrieben wurde, so beträgt dessen Nullkapazität normalerweise 7 µF, und der Nulleiterwiderstand Rn beträgt 150 ohm, und die Kapazität C _n , die an die Anschlüsse der Triacschaltung angeschlossen ist, beträgt 5 µF.

Eine einfache Rechnung zeigt, daß für einen Defekt in der Größenordnung von 5000 ohm die Nullspannung in der Größenordnung von 70 V liegt und daß die Spannung an den Anschlüssen der Kapazität C _n von 5 µF etwa 68 V beträgt.

Wenn die Nullkapazität des Netzes durch die Spannungsabschaltung an mehreren Anschlüssen gering wird, und wenn diese noch einen Wert von 0,1 µF für den gleichen Wert der Spannung an den Anschlüssen der Kapazität C _n hat, wie sie im vorbezeichneten mit 68 V beschrieben wurde, ist es möglich, daß der Defektwiderstand zwischen einer Phase und der Erde in der Größenordnung von 26 000 ohm liegt. Dieser Wert, bei dem der Triac in Betrieb geht, ist fünffach höher als derjenige des Defektwiderstandes, welcher die Triac-Funktion auslöst, wenn die Nullkapazität des Netzes 7 µF beträgt. Dies ist zulässig, da in einem Hochspannungsnetz eine Isolation von 26 000 ohm als sehr gering angesehen wird, und es ist normal, daß der Benutzer über diesen Zustand durch den Isolationswächter informiert wird, der einen Fehler anzeigt, da der Triac gezündet ist.

Wenn es gewünscht ist, die geringstmögliche Abweichung zwischen der Funktionsschwelle zu erzielen, die der normalen Nullkapazität des Netzes entspricht, und derjenigen, die einer geringen Nullkapazität entspricht, sollte die Kapazität C _n gegenüber der Kapazität C₀ größer sein. Wenn beispielsweise die Kapazität C _n einen Wert von 10 µF hat, verändert sich der Schwellenwert des Fehlers, der die Funktion des Triac auslöst, lediglich von 5000 ohm bis 15 000 ohm, während die Nullkapazität des Netzes sich von 7 bis 0,1 µF verändert.

Es ist zu erkennen, daß man in allen Fällen, falls ein Defekt oder Fehler auftritt, neue Betriebszustände erhält, die wesentlich die Überspannungen vermindern. Umgekehrt nimmt das Netz unmittelbar einen normalen Betriebszustand mit isoliertem Nulleiter wieder an, wenn die Spannung zwischen dem Nulleiter und der Erde unterhalb der Zenerspannung der Dioden D liegt, da ja der Triac in jedem Fall in dem Moment abschaltet, in dem der diesen durchlaufende Strom zu Null wird.

Claims (4)

1. Schutzvorrichtung gegen am isolierten Nulleiter eines Dreiphasennetzes auftretende Überspannungen bei Erdschluß einer Phase, mit einer zwischen Nulleiter und Erde befindlichen Serienschaltung, die aus einem im ungestörten Betriebsfall nichtleitenden Element und einem Widerstand besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Element ein steuerbarer elektronischer Schalter (Ti) ist, dessen Steuerspannung aus den am Nulleiter (N) auftretenden Überspannungen abgeleitet ist und daß eine Kapazität (Cn) zwischen Nulleiter (N) und Erde (T) parallel zum steuerbaren elektronischen Schalter (Ti) geschaltet ist.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (Ti) von einer zu diesem parallelgeschalteten Zenerdiodenanordnung (D) angesteuert wird, deren Zenerspannung den Wert der minimalen Überspannung festlegt, bei welchem im gestörten Betriebsfall der Schalter (Ti) leitend wird.

3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Kapazität (Cn) wenigstens gleich groß wie der Wert der Nullkapazität (Co) des Netzes ist.

4. Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Widerstand (R 3) vorgesehen ist, der in Reihe mit dem Schalter (Ti) parallel zu der Zenerdiodenanordnung (D) liegt.