DE2730874A1

DE2730874A1 - Strommessystem, insbesondere zur verwendung als fehlerstrom-detektionssystem und mit einem solchen system ausgeruestete funktionelle vorrichtung, z.b. fehlerstromschutzschalter

Info

Publication number: DE2730874A1
Application number: DE19772730874
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Hazemeijer BV
Current assignee: Hazemeijer BV
Priority date: 1976-07-13
Filing date: 1977-07-08
Publication date: 1978-02-02
Also published as: DE2730874C2; NO148046C; ES460665A1; US4293813A; DK147215C; DK310277A; NO772476L; AT364018B; CH628441A5; BE856056A; SE7707606L; FR2361663A1; FR2361663B1; GB1582035A; IT1077324B; SE421352B; ATA482877A; JPS5945106B2; JPS5331176A; DK147215B

Description

PATENTANWÄLTE

Dipi. ing. Klaus Westphal or.rar.nat Bernd Mussgnug

Sob.-Knelpp-Strasse 14 D-7730 VS-VILLINGEN

Telefon 07721 - 55343 Telegr. Westbuch Villingen Telex 5213177 webu d

Otto Buchner

Flossmannstrasse 30 a D-8000 MÖNCHEN 60

Telefon 089 - 832446 Telegr. Westbuch München Telex 5213177 webu d

U.Z.: 823.6

Hazemeijer B.V.

No. 61, Tuindorpstraat, Hengelo, Niederlande

Strommeßsystem, insbesondere zur Verwendung als Fehlerstrom-Detektionssystem und mit einem solchen System ausgerüstete funktioneile Vorrichtung, z.B. Fehlerstromschutzschalter

7 CH H R S / 0 R 6 5

Hazemeijer B.V., Hengelo, Niederlande

Strommessystem. insbesondere zur Verwendung als Fehlerstrom-Detektions-system und mit einem solchen System ausgerüstete, funktionelle Vorrichtung, z.B. Fehlerstromschutzschalter.

Die Erfindung betrifft ein Strommessystem insbesondere zur Verwendung als Fehlerstrom-Detektionssystem mit einem weichmagnetischem Kreis mit mindestens einer von einem zu messenden Strom bzw. von ehigen auf Summen- oder Differenz wert zu detektierenden Strömen zu durchfliessenden Primär wicklung und mit einer Sekundärwicklung, die mit einer elektrischen Speisequelle, einer Schaltvorrichtung zum Umschalten der Polarität der von der Speisequelle der Sekundärwicklung zugeführten Spannung, einer Stromdetektions- vorrichtung zum Liefern eines Schaltsignals an die Schaltvorrichtung, wenn der die Wicklung durchfliessende Strom einen vorherbestimmten Grenzwert erreicht hat, und mit einer den Strom durch den Kreis integrierenden Belastungsimpedanz in eine Reihenschaltung aufgenommen ist.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine mit einem solchen System ausgerüstete, funktionelle Vorrichtung z.B. einen Fehlerstromschutzschalter.

Die auf ein solches, lediglich zum Messen eines Gleichstroms bestimmtes Strommessystem abzielende amerikanische Patentschrift 3.768.011 bemerkt in Zeilen 6 bis 12 der Spalte 6, dass ein solches System einen positiven Rückkopplungs- oder Mitkopplungseffekt vorzeigt. Dieser Effekt hat zur Folge, dass etwaige innerhalb des Systems auftretende Ar. ν rr.net r i κ--

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erscheinungen derart verstärkt werden, dass der Wert der beim System verwendeten Belastungsimpedanz beschränkt werden muss, was eine unerwünschte Beschränkung der zur Verfügung stehenden Ausgangsspannung herbeiführen kann. Solche Asymme*- trie-Erscheinungen können vor allem auftreten, wenn infolge einer zu langsamen Polaritätsumschaltung der von der Speisequelle an die Sekundärwicklung gelieferten Spannung die Parameter der in der Schaltvorrichtung verwendeten Schaltelemente, meist Transistoren, eine zu grosse Rolle bei dieser ünschaltung spielen.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, in dieser Hinsicht eine Verbesserung zu schaffen und ein zum Messen von Gleichstrom sowie Wechselstrom geeignetes Strommessystem der beschriebenen Art zu schaffen, wobei zum Erzielen einer hinreichend hohen Ausgangsspannung eine Belastungsimpedanz verhältnismässig hohen Wertes verwendbar ist ohne die Gefahr des Auftretens unerwünschter Asymmetrie-Erscheinungen.

Dazu schlägt die Erfindung bei einem Strommessystem eingangs erwähnter Art vor, dass die Speisequelle, die Schaltvorrichtung und/oder die Stromdetektionsvorrichtung derart ausgebildet sind, dass Überschreitung des Grenzwertes von dem den Reihenstromkreis durchfliessenden Strom eine schroffe Spannungssenkung verursacht. Diese Vorkehrung gewährleistet, dass die Betriebsparameter der verwendeten Schaltelemente die bei der Polaritätsumschaltung der von der Speisequelle an die Sekundärwicklung gelieferten Spannung erhaltenen Symmetrie nicht beeinträchtigen.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Stromdetektionsvorrichtung und die Schaltvorrichtung zu einer elektronischen Schaltung zusammengefügt sind, während in den Reihenstromkreis ein Strommesswiderstand aufgenommen ist, wie auch bei dem System nach der amerikanischen Patentschrift 3.768.011 der Fall ist, schlägt die Erfindung

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zum Erzielen der schroffen Spannungssenkung vor, dass die Schaltung durch einen Differentialverstärker mit positiver Rückkopplung und mit negativer Rückkopplung von dem Strommesswiderstand her gebildet ist. Die erwünschte, schroffe Spannungssenkung wird von der schroffen Polaritätsumschaltung begleitet, die, wenn der durch den Strommesswiderstand fliessende Strom den Grenzwert erreicht, infolge der positiven Rückkopplung des Differentialverstärkers erfolgt.

In dieser Ausführungsform können sich der Strommesswiderstand und die Belastungsimpedanz auf der Seite des Erdoder Referenzpotentials in dem negativen Rückkopplungsweg befinden. Ferner kann gemäss der Erfindung zwischen dem Aus-*.· gang des Differentialverstärkers und einem Bezugspotentialpunkt eine auf die Ausgangsspannung des Verstärkers ansprechende Mess- oder Bearbeitungsschaltung angeschlossen werden.

Ähnlich wie die amerikanische Patenschrift 3.768.011 kennt die Erfindung auch eine zweite Ausführungsform, in der die Schaltvorrichtung durch eine Brükenschaltung von vier paarweise im leitenden Zustand befindlichen Transistoren gebildet wird, wobei eine Reihenschaltung der Sekundärwicklung und der integrierenden Belastungsimpedanz an den Enden an zwei gegenüberstehenden Eckpunkte der Brückenschaltung angeschlossen ist. In diesem Falle schlägt die Erfindung vor, dass die Brückschaltung über eine als Stromdetektionsvorrichtung wirksame Begrenzungsschaltung gespeist ist, die auf einen solchen Stromgrenzwert eingestellt ist, dass wenn der einem Transistorpaar der Brückenschaltung zugeführte Strom diesen Grenzwert überschreitet, ein nicht-leitender Zustand dieses Transistorpaars auftritt.

Dabei istfijj möglich dass die Begrenzungsschaltung durch

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eine Stromspiegelschaltung mit einem durch seinen Widerstandswert den Stromgrenzwert bestimmtenden Strommesswiderstand gebildet wirden- Eine noch schroffere Spannungssenkung, d.h. gemäss einer Kennlinie mit einem Teil negativer Neigung kann in diesem Falle erzielt werden, wenn zum Strommesswiderstand eine Reihenschaltung eines zweiten Widerstands mit dem Emitter-Kollektor-Stromkreis eines Transistors parallel geschaltet ist, dessen Basis auf dem Potential der Speisespannung gehalten wird, derart, dass der Stromgrenzwert durch den Ersatzwiderstandswert der Parallelschaltung der beiden Widerstände bestimmt wird, jedoch die Spannungssenkung gemäss einer Spannung/Stromkennlinie mit einem Teil negativen Widerstandswerts verläuft. Eine solche Kennlinie kann derart gewählt werden, dass der Einfluss aller übrigen Widerstandskomponenten, wie 3.B. von dem Basisstrom der Transistoren der Brückenschaltung und von der Ausgangsimpedanz der Stromspiegelschaltung vertreten wenigstens behoben wird.

Wie bereits bemerkt, dienen die im vorhergehenden Absatz genannten Vorkehrungen., eine schroffe Spannüngssenkung zu erzielen, um in dieser Weise zu gewährleisten, dass die Betriebsparameter der verwendeten Schaltelemente keinen nachteiligen Einfluss auf die bei dem Polaritätswechsel der von der Speisequelle an die Sekundärwicklung gelieferten Spanning erhaltene Symmetrie ausüben. Die hohen behufs einer guten Detektionsempfindlichkeit an die Symmetrie zu stellenden Anforderungen bringen jedoch häufig mit sich, dass der Magnetkreis derart ausgebildet werden soll, dass der etwaige Remanenzfluss völlig gelöscht wird. Der dazu erforderliche, verhältnismässig hoge Scheitelstrom bringt hohe Anforderungen für die Sättigungsspannung der als Schaltelemente dienenden Transistoren der als Differentialverstärker oder als Brückenschaltung ausgebildeten Schaltvorrichtung mit sich. Unterschiede der Sättigungsspannung

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zwischen den verwendeben Transistoren rufen nämlich wieder Asymmetrie des Polaritätswechsels hervor. Es ist daher empfehlenswert, das Strommessystem derart auszubilden, dass die Sättigungsspannung der Schalttransistoren keine besonderen Anforderungen zu erfüllen braucht.

Dazu schlägt die Erfindung vor, dass mit mindestens einer der Wicklungen des Magnetkreises ein Kondensator parallel geschaltet ist, dessen Kapazitätswert vorzugsweise hinreichend gross ist, um wenn der Magnetkreis dem Sättigungszustand 'nähert, einen solchen Spitzenstrom zu liefern, dass er gemeinsam mit der zugehörenden Wicklung eine momentane Feldstärke erzeugt, die wenigstens der Sättigungsinduktion des Magnetkreises entspricht. Eine solche Vorkehrung ermöglicht es, den Spitzenstrom um die Schalttranszstoren herum zu leiten. Wenn z.B. zur Sekundärwicklung des Magnetkreises ein Kondensator parallel geschaltet wird, wird eine lawineartige Entladung des Kondensators auftreten in dem Augenblick, in dem die Spannung über der Sekundärwicklung abzufallen beginnt. Dabei ergibt sich eine gut reproduzierbare Umschaltung oder Polaritätswechslung, da ein Teil der magnetischen Energie wider als eiektrische Energie dem Kondensator zurückgeliefert wird. Infolgedessen erfolgt eine Umpolung der Kondensatorspannung.

Als Vorteile der Massname nach der Erfindung seien erwähnt:

1. Bei jeder Unschaltung wird der Spitzenstrom unabhängig

von den Schalttransistoren stets von dem gleichen bestandteil, d.h. dem Kondensator, geliefert.

2. Die Geschwindigkeit der Spannungsänderung wird beschränkt, wodurch die Möglichkeit einer Störstrahlung erheblich verringert.

3.Die Möglichkeit, dass ein verhältnismässig hochfrequenz-

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artiger Primärstrom die richtige Wirkung der Schaltung stört, nimmt ab.

4. Das Speisegerät braucht keine kurzzeitig hohen Ströme liefern zu können.

Der Kapazitätswert des Kondensators kann in der nachfolgenden Weise der Energiemenge entnommen werden, die zum Aufbauen des ergänzenden Magnetflusses erforderlich ist:

₇.c.ü = v_y / _HdBf

^Bl
wobei C = Kapazitätswert,

U = Spitzenspannung am Kondensator ν_γ = Eisenvolumen des Ringkerns,
H= Magnetfeldstärke,
B = magnetische Induktion.

Das Strommessystem nach der Erfindung eignet sich für verschiedene Verwendungsarten. Bei Verwendung als Strommessystem mit einer linearen Ubertragungskennlinie, wobei ein Mass- oder Steurersignal eines dem des zu messenden Primärstroms proportionalen Wertes erhalten wird, lässt sich das System nach der Erfindung vorteilhaft an eine auf die Spannung über der integrierenden Belastungsimpedanz ansprechende Trigger-Schaltung oder eine andere nach dem Arbeitsstromprinzip wirkende Erregungsschaltung anschliessen. Die Verwendung einer gesonderten Schaltung dieser Art erübrigt sich gemäss der Erfindung, wenn die Belastungsimpedanz des Strommessystems unmittelbar durch die Aktivierungsspule einer funktioneilen Vorrichtung z.B. die Abschaltspule eines Fehlerstromschutzschalters gebildet wird.

Bei Verwendung des Systems als Detektionssystem mit zwei

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gesonderten Detektionszuständen kann es empfehlenswert sein, einen auf die erzeugte Multivibratorspannung ansprechenden Trägerwellendetektor zu benutzen, dessen Ausgangssignal zur Steuerung einer nach dem Ruhestromprinzip arbeitenden Erregungsvorrichtung dient. Dese Verwendung ermöglicht es, eine sogenante "fail-to-safe" Ausbildung einer Anlage zu erzielen, was weiter unten noch iftäher beschrieben wird. Schliesslich ist es gemäss der Erfindung in bestemmten Fällen empfehlenswert, die bistabile, elektronische Schaltung derart auszubilden, dass sie ausserdem auf den Wechselstrom anspricht, der infolge der in der Pir'.tnärwicklung von der Schaltung induzierten Wechselspannung durch die primäre Abschlussimpedanz fliesst, in der Weise, dass die Detektion einer Wertabnahme dieser Impedanz bis unterhalb eines bestemmten Schwellenwerts erfolgt.

Wie bereits bemerkt, schafft die Erfindung nicht nur ein Strommessystem sondern auch eine funktionelle Vorrichtung wie eine Steuervorrichtung, eine Überwachungsvorrichtung, eine Sicherheitsvorrichtung, eine Kontrollvorrichtung, eine Alarmierungsvorrichtung oder einen Erdfehlerstromschutzschalter mit einem Strommessystem nach der Erfindung. Wie bereits bemerkt, kann die Belastungsimpedanz des Strommessystems unmittelbar durch die Aktivierungsspule der funktioneilen Vorrichtung, z.B. die Abschaltspule eines Fehlerstromschalters gebildet werden.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung an Hand beiliegender Zeichnungen einiger Ausführungsformen erläutert, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines Strommessystems nach der Erfindung,

Fig. 2A ein Schaltbild einer praktischen Ausfütarungsform

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einers Strommessystems nach der Erfindung,

Fig. 2B eine Abart eines Einzelteils der Fig. 2A,

Fig. 3 ein Schaltbild einer insbesondere als Fehlerstrom-Öetektionssystem wirksamen Ausführungsform der Erfindung, welches System in einem Fehlerstromschutzschalter untergebracht oder diesem zugeordnet ist.

Fig. 4 ein Schaltbild einer Abart der Ausffirungsform nach Fig. 3,

die Fig. 5A, 5B das Prinzip-schaltbild und die Spannung/ Strom Kennlinie einer ersten Ausbildung der Strombegrenzungsschaltung des Schaltbilds nach Fig. 4,

die Fig. 6A und 6B das Prinzipschaltbild bzw. die Spannung/ Strom Kennlinie einer zweiten Ausführungsform der Strombegrenzungsschaltung des Schaltbilds nach Fig. 4 und

Fig. 7 ein Prinzipschaltbild eines Strommessystems entsprechend den Prinzipschaltbild nach Fig. 6, wobei zur Sekundärwicklung des Magnetkreises ein Kondensator parallel geschaltet ist.

Das in Fig. 1 dargestellte Prinzipschaltbild einers Strommessystems nach der Erfindung enthält zwei Gleichspannungsquellen U, und U₂ gleicher Spannungen, die an einem Ende in Reihe miteinander geschaltet und am Verbindungspunkt 1 geerdet sind. An den anderen Enden sind die Spannungsquellen U₁ und U₂ an die feststehenden Kontakte 2 bzw. 3

angeschlossen ρ die gemeinsam mit einem bewegbaren Kontakt 4 und der zum Antrieb des Kontakts 4 dienenden Erregerwicklung 5 die wichtigsten Einzelteile eines auf die Überschreitung eines Stromgrenzwerts ansprechenden Relais

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bilden, das als Schaltvorrichtung dient.

Zwischen dem bewegbaren Kontakt 4 und der Erregerwicklung 5 ist die Sekundärwicklung Vi₂ eines Transformators 5 mit einem Kern 7 aus weich magnetischem Material angebracht, an dem ausser der einzigen Sekundärwicklung W~ auch eine Primärwicklung W, angebracht ist.

Die Primärwicklung W. vertritt im Prinzipschaltbild nach Fig. 1 eine oder mehrere gegebenenfalls voneinander getrennte Primärwicklungen, die z.B. je für sich in Reihe mit einer der in Fig. 1 nicht dargestellten Leitungen eines einphasigen oder mehr--phasigen Speisenetzes geschaltet sind. Es wird angenommen, dass die Wicklung W. von dem vektoriellen Summenstrom der durch solche Netzleitungen fliessenden Ströme durchflossen wird. Dieser vektorielle Summenstrom wird nachstehend als ("Primärstrom" oder "zu messender Strom" bezeichnet.

Der vom Verbindungspunkt 1 der Speisequellen U, und U₂ über die Relaiskontakte 2, 3 und 4, die i^;3akundärwicklung W- und die Relaiserregerwicklung 5 verlaufende Reihenstromkreis ist über eine integrierende Belastungsimpedanz 8, z.B. die Parallelschaltung eines Widerstands und eines Kondensators, geerdet. Die über dieser Impedanz erscheinende Ausgangsspannung steht an den Ausgangsklemmen 10 zur Verfugung und kann als Messignal einem nicht dargestellten Messinstrument oder, gegebenenfalls nach Verstärkung oder einer anderen Verarbeitung, als Steuer- oder Schaltsignal einer beliebigen, anderen, funktioneilen Vorrichtung, z.B. einem Fehlerstromschutzschalter oder einer Signalisierungsvorrichtung zugeführt werden.

Das System nach Fig. 1 arbeitet wie folgt.

Die Erregsrwicklung 5 ist derart bemessen, dass der

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bewegbare Relaiskontakt 4 sich umlegt so bald der Strom durch die Sekundärwicklung W_ in einer Richtung öder der anderen einen vorherbestemmten Grenzwert i, erreicht hat. Dieser Grenzwert i, kann, aber braucht nicht, zo hoch gewählt zu werden, dass der Kern 7 völlig in den magnetischen Sättigungszustand getrieben wird. Wie bereits gesagt, ist dieze Wahl von den erwünschten Eigenschaften in bezug auf Linearität, Empfindlichkeit, Reproduzierbarkeit des Systems abhängig.

Wenn die Primärwicklung W, nicht von Strom durchflossen wird, ist der Strom i durch die Sekundärwicklung W_ des Transformators 6 ein reiner Wechselstrom, so dass der Durchsefinittswert dieses Stroms, durch Integration über eine ganze Periode der Spannung über der Belastungsimpedanz 8 gemessen, gleich Null ist. In diesem Falle erscheint an den Ausgangsklemmen 10 kein Signal. Die Schaltfrequenz wird durch die Anzahl von Volt.Sekunden bestimmt, die die Sekundärwicklung W_ absorbieren kann bevor der Strom i den vorherbestimmten Grenzwert i, erreicht. Jedenfalls wird für die Schaltfrequenz ein erheblich höherer Wert als der der maximal zu messenden Frequenz gewählt, so dass ein gegebenenfalls die Primärwicklung W₁ durchfliessender Strom, der infolge der heute häufig verwendeten Halbleiterelemente selbst auch eine echte Gleichstromkomponente enthalten kann, bei Betrachtung pro Periode der Schaltfrequenz scheinbar die Art einer Gleichstromkomponente haben und auch als solche behandelt werden wird, da das System auf den momentanen Wert des zu messenden Stroms anspricht.

Wenn infolge eines Erdschlusses in einer Betriebsanlage oder infolge einer beliebigen anderen zu detektierenden Erscheinung ein solcher scheinbare oder ein echter Gleichstrom durch die Primärwicklung W₁ fliesst, ändert sich der Magnetiserungszustand des Kerns 7, wodurch der Strom i_m

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seine ursprünglich symmetrische Art verliert, wobei der Durchschnittswert des Stroms sich derart ändert, dass der Durchschnittswert des Restflusses im Kern 7 Null bleibt. Da der Durchschnittswert des Stroms, der infolge Integration, z.B. mittels der Impedanz 8, eine Spannung an den Ausgangsklemmen 10 erscheinen lässt, eine lineare Beziehung zum Durchschnittswert des primären oder Erdschlusse-Stroms durch die Wicklung W₁ aufweist, bildet die an den Ausgangsklemmen 10 erscheinende Spannung ein Mass für den Primäroder Erdschluss-Strom und kann in der bereits beschriebenen Weise als Messignal oder als Steurersignal für Sicherheitszwecke benutzt werden.

An Hand der Fig. 2A wird eine praktische Ausführungsform des Messystems nach der Erfindung beschrieben. Dabei ist das Relais mit den Elementen 1 bis 5 des Prinzipschaltbilds nach Fig. 1 durch einen Differentialverstärker 11 mit einem sehr hohen Verstärkungsfaktor ersetzt, der durch die Speiseklemmen 12 und 13 mit einer positiven bzw. negativen Speisespannung +U gegen Erde von einer nicht in Fig. 2A dargestellten Spannungsquelle gespeist wird. Der Differentialverstärker 11 hat einen invertierenden Eingang HA, einen nicht-invertierenden Eingang HB und einen Ausgang 14. Die beiden Eingänge HA und HB sind über Widerstände R₁ bzw. R- geerdet. Der Ausgang 14 ist über einen Widerstand R-, auf den nicht-invertierenden Eingang HB rückgekoppelt, wodurch die Schaltung bistabil wird. Ferner ist der Ausgang 14 des Verstärkers 11 auf den invertierenden Eingang HA über die in diesem Falle als integrierende Ausgangsimpedanz des Messystems dienende Parallelschaltung eines Widerstands 8 und eines Kondensators 9 und die Sekundärwicklung W-eines Transformators 6 nach Fig. 1 rückgekoppelt.

Es wird einhauchten, dass der Verstärker 11 infolge der durch die Rückkopplung mittels der Widerstände R₂ und R₃

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hervorgerufenen bistabilen Wirkung die gleiche Funktion wie das Relais mit den Kontakten 2, 3 und 4 nach Fig. 1 erfüllt und dass für den vom Ausgang 14 des Verstärkers 11 der Sekundärwicklung W_ des Transformators zugeführten Strom i das gleiche gilt wie für den vom bewegbaren Relaiskontakt 4 nach Fig. 1 gelieferten Strom. Der Schwellen- oder Grenzwert i,, bei dem Umschaltung erfolgt, wird durch die Werte der Widerstände R,, R₂ und R-, und der Speisespannung U des Verstärkers 11 bestimmt. An den über die Ausgangsimpedanz 8, 9 angeschlossenen Ausgangsklemmen 10 erscheint, wenn ein zu messender Strom z.B. ein zu detektierender Erdfehlerstrom durch die Primärwicklung W₁ des Transformators fliesst, ein Signal, das massgebend ist für den Durchschnittswert des Magnetisierungsstroms und somit des zu messenden oder zu detektierenden Stroms durch die Primärwicklung W..

In Fig. 2A ist mit Strichlinien angegeben, dass zwischen dem Verstärkerausgang 14 und Erde eine schematisch mit dem Block 28 angegebene Mess- oder Bearbeitungsschaltung aufgenommen werden kann, die auf Änderungen der im Rugezustand des Systems eine rein symmetrische Wellenfrom aufweisenden Ausgangsspannung des Verstärkers 11 anspricht.

Fig. 2B zeigt noch eine Abart eines Einzelteils des Schaltbilds nach Fig. 2A. Es handelt sich hier um die Stelle der Bestandteile 8, 9 und 10. Diese sind in der Abart nach Fig. 2B als Komponenten 8', 9' und 10' zwischen dem Widerstand R-, und Erde angebracht, so dass die Belastungsirape^ danz 8', 9' in diesem Falle über den der negativen Rückkopplung ausgesetzten Verstärkereingang HA mit der Sekundärwicklung W_ in Reihe geschaltet ist.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die sich besonders gut zur Verwendung bei oder in einem

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Erdfehlerstromschutzschalter eignet. Das Schaltbild nach Fig. 3 kann im grossen ganzen in die nachfolgenden Haupt«, teile aufgeteilt werden:

-ein an das Speisenetz anzuschliessende Speisegerät, das als ganzes durch den mit Strichlinien angegebenen Block I dargestellt wird.

-eine vom Speisegerät I gespeiste, als ganzes durch den mit Strichlinien angedeuteten Block dargestellte Multivibratorschaltung, an die die bereits an Hand der Fig. 2 beschriebene Reihenschaltung der Sekundärtransformatorwicklung limit der integrierenden Belastungsimpedanz 8, 9 angeschlossen ist..

-eine der MultivibratorschaltungII nachgeschaltete, entsprechend der beabsichtigten Messung oder Detektion gewählte Bearbeitungs- oder Erregerschaltung III, die z.B. die Art einer sogenannten "Trigger" Schaltung 26 haben kann,

-eine durch die Erregerschaltung III erregbare Abschaltspule 27 eines weiter in der Zeichung nicht dargestellten Erdfehlerstromschutzschalters.

Das Speisegerät I enthält Eingangsklemmen 15 und 16 zur Verbindung mit dem nicht dargestellten Speisenetz, eine Reihenschaltung eines Kondensators 17 und eines Widerstands 18, eine als Diodenbrückenschaltung ausgebildete Gleichrichtschaltung 19, eine zum Ausgang der Schaltung 19 parallel geschaltete Zenerdiode 20 und eine Glättungskapazität 21. Ferner enthält das Speisegerät eine als ganzes mit 22 bezeichnete Strombegrenzungsschaltung, wobei die Ausgangsklemmen 23 und 25 des Speisegeräts I als Gleichstromquelle und die Ausgangsklemmen 24 und 25 als Gleichspannungsquelle wirksam sind. Wenn nur diese Bedingungen

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erfüllt werden, kann das Speisegarät I selbstverständlich in einer beliebig anderen, passenden Weise ausgebildet werden.

Die Multivibratorschaltung II enthält eine Brückenschaltung von vier Transistoren T₁, T₃, T₃ und T₄, die in der Fig. veranschaulichten Weise derart paarweise und kreuzungsweise miteinander verbunden sind, dass die Transistorpaare Τ., T₃ bzw. T_, T₄ im normalen Multivibratorbetrieb abwechselnd im leitenden und nicht-leitenden Zustand sind. An die die Leitungszustände dieser Transistorpaare bedingenden Transistorelektroden ist die Reihenschaltung der Sekundärwicklung W₂ des Transformators 6 und der bereits beschriebenen, integrierenden Belastungsimpedanz mit dem Widerstand 8 und dem Kondensator 9 angeschlossen.

Die Wirkungsweise der Multivibratorschaltung II ist folgende:

Ähnlich wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Umstand, dass der Magnetsierungsstrom i durch die Sekundärwicklung W- den Grenzwert i-, erreicht, ein Kriterium für die Umschaltung der in der Ausführungsform nach Fig. 3 als Schaltvorrichtung verwendeten Multivibratorschaltung II.

Wie bereits gesagt, enthält das Speisegerät I eine Strombegrenzungsschaltung 22. Diese dient, wie dies aus Fig. 3 ersichtlicht ist, zum Liefern des Emitterstroms für den transistor T. oder den Transistor T₄. Die Begrenzungsschaltung 22 ist nunmehr derart bemessen und eingestellt, dass die Spannung zwischen den Ausgangsklemmen 23 und 25 des Speisegeräts I stark herabsinkt, wenn der von der Stromquelle d.h. über die Begrenzungsschaltung 22 dem Emitter des Transistors T. oder des Transistors T₄ zugeführte Strom den bereits erwähnten Grenzwert i, über-

schreitet. Diese verhaltnismässig schroffe Abnahme der

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Spannung an der Anschluss-klemme 23 hat zur Folge, dass die bis zu diesen Augenblick leitenden Transistoren T₁, T₃ oder T_, T. den Strom nicht mehr aufrechterhalten können. Die dabei durch die Selbstinduktion der Wicklung W₂ forzierte Spannungsumschaltung leitet dan die Leitfähigkeit des anderen Transistorpaars T₂, T. oder T., T₃ ein. Infolgedessen nimmt der Strom i im entgegengesetzten Sinne wieder zu. Beim Erreichen des Grenzwerts i-. in der anderen Stromrichtung die Sekundärwicklung W₂ tritt wieder eine starke Abnahme der Spannung an der Speiseklemme 23 auf, worauf die Transistoren T₂, T, oder T., T₃ gesperrt werden, so dass der soeben beschriebene Halbzyklus sich in der anderen Stromrichtung wiederholt, was bedeutet, dass nunmehr die Transistoren T₁ und T₃ wieder in den leitenden Zustand zurückkehren. Die Multivibratorschaltung II fängt dann einen neuen Zyklus an.

Im normalen Mfcltivibratorbetrieb und in Abwesendheit eines Stroms durch die Primärtransformatorwicklung W. ist der in einer Multivibratorperiode mittlere Strom gleich Null, zo dass an den an die Parallelschaltung 3,9 angeschlossenen Ausgangsklemmen 10 der Schaltung II keine Steuer- oder Schaltspannung für die Erregerschaltung III erscheint. Sobald jedoch ein Primärstrom, insbesondere ein für die Schaltung II die Art eines Gleichstroms aufweisender Erd— fehlerstrom durch die Primärwicklung W₁ fliesst, wird der von der Mulbivibratorschaltung II gelieferte Strom seine symmetrische Art verlieren, so dass sein durch Integration der Sapnnung über der Belastungsimpedanz 8, 9 gemessener Durchschnittswert von Null verschieden wird. Das infolgedessen an den Ausgangsklemmen 10 der Mulvibratorschaltung

II erscheidende Spannungssignal wird der z.B. als geeignete '.'Trigger" Schaltung 26 ausgebildeten Erregerschaltung

III zugeführt, deren Ausgang ein Schaltsignal an die Abschaltspule 27 der weiter nicht dargestellten

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Erdschluss-Schaltung abgibt. Es sei bemerkt, dass auch die Erregerschaltung 26 von dem Speisegerät I, insbesondere durch die Ausgangsklemmen 24 und 25 gespeist wird, aber die betreffenden Speiseleitungen und die übrigen Einzelheiten der Erregerschaltung sind nicht im Schaltbild nach Fig. 3 dargestellt. Dies gilt auch für die weiteren Einzelheiten des Erdfehlerstromschutzschalters, von dem nur die Abschaltspule 27 in Fig. 3 angedeutet ist. Es sei noch bemerkt, dass in bestimmten Fällen das System nach der Erfindung fähig ist, ohne gesonderte Erregerschaltung II, z.B. die Trigger-Schaltung 26, zu arbeiten, so dass die Belastungsimpedanz des Systems in diesem Falle unmittelbar durch die Aktivierungsspule der funktionellen Vorrichtung, z.B. die Abschaltspule eines Fehlerstromschutzschalters, gebildet wird, bzw. mit dieser gekoppelt ist.

Wie bereits gesagt, ist die Polarität der über der Belastungsimpedanz 8, 9 erscheinenden Spannung kennzeichnend für die Richtung des Stroms durch die Primärwicklung W.. Das Vorhandensein einer solchen Information kann in vielen Fällen die Analyse der gemessenen Erscheinung erleichtern.

Bevor der v/eitere Verdienst der Multivibratorschaltung nach Fig. 3 weiter erläutert wird, folgt jetzt an Hand der Fig. 4, 5A, 5B, 6A und 6B eine Beschreibung einiger besonderen Ausführungsformen der verwendeten Strombegrenzungsschaltung. Es wird zunächst auf das Schaltbild nach Fig. 4 hingewiesen.

Das Schaltbild nach Fig. 4 weicht nur insoweit vom Schaltbild nach Fig. 3 ab, dass im vorliegenden Falle nicht die Emitter der Transistoren T. und T, gesondert über die Strombegrenzungsschaltung 22 und die Ausgangsklemme 23 vom Speisegerät I gespeist werden, sondern die Emitter der Transistor^. T~ und T, gesondert über eine Strombegrenzungs-

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schaltung 22" und die Ausgangsklemme 23* des Spaisegeräts Dies bedeutet, dass die in die Emitterstromkreise der TrandLstoren, eingefügte Strombegrenzungsschaltung von der Seite des weiter unten mit "V₊" zu bezeichnenden positiven Speisepotentials, das an der Ausgangsklemme 24 des Speisegeräts erscheint, nach der Seite des weiter unten mit "0" zu bezeichnenden Spaisepotentials verschoben ist, das an der Ausgangsklemme 25 erscheint. Da die Wirkungsweise der Schaltung sich dabei in keinerlei Weise ändert, sei für die weiteren Einzelheiten und die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 4 hingewiesen.

Fig. 5A zeigt das Prinzip-schaltbild einer ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung der Strombegrenzungsschaltung 22', die aus einer sogenannten "Stromspiegelschaltung" bekannter Art mit zwei Transistoren Tr und Tg und einem den Kollektorstrom letzteren bestimmenden Widerstand R.~ besteht.

Dabei dienen die Widerstände R,_fl und R.. lediglich zum Erzielen eines bestimmten Wandlungsverhältnisses und zwar so, dass angenommen werden kann, dass der Grenzwert des durch die Ausgansklemme 23' fliessenden Stroms I durch den Grenzwert des Stroms durch den Widerstand R₂ vervielfacht mit dem Quotienten der Widerstandswerte der Widerstände R^q und R^₁ (I ^Rin/^Rii'^IR ^ bestimmt wird. Diese Massnahme zum Erzielen eines bestimmten Stromwandlungsverhältnisses ist an sich bekannt. Im nachstekenden wird angenommen, dass die Widerstandswerte der Widerstände R,_Q und R . gleich sind, so dass dann gilt, dass der Strom I durch die Ausgangsklemme 23* gleich dem Strom durch R-₂ ist.

Fig. 5B zeigt die Spannungs/Strom-Kennlinie dieser Schaltung, wobei der Abszisse entlang die Werte des Stroms I und die Ordinate entlang die Werte der Spannung ^v ₂4'23'

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zwischen den Klemmen 23' und 2 4 aufgetragen sind. So lange der Strom I durch die Ausgangsklemme 23' kleiner als der für die Stromspiegelschaltung geltende Grenzwert ^V./^Ri2 bleibt, wird praktisch die volle Spannung V₊ zwischen den Speiseklemmen 23' und 24 vorhanden sein. Wenn der Emitterstrom des Transistors T- oder des Transistors T₃ der Brückenschaltung II darauf den Grenzwert ^V./^R _l2 ^zu überschreiten sucht, so wird durch den in die Kollektorleitung des Transistors T₅ eingefügten Widerstand R₁₂ verhütet, wobei die Spannung V₃.,-,, wegfällt. Es wird einleuchten, dass durch passende Wahl der Werte der Widerstände ^₁₀' R.. und R₁₂ für den Ausgangsstrom I über die Speiseklemme 23' ein Grenzwert erhalten werden kann, der dem für die Detektionsschaltung II erwünschten Grenzwert i_d entspricht.

Fig. 6A zeigt das Prinzipschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Strombegrenzungsschältung 22'. In diesem Falle ist der Widerstand R₁₂ des Schaltbilds nach Fig. 2A durch die Parallelschaltung einers Widerstands R₁₃ und eines Widerstands R₁₄ ersetzt, wobei letztere in die Emitter-Kollektor Strombahn eines Transistors T^ aufgenommen ist. Die Basis des als Emitterfolger geschalteten Transistors T-, ist mit der Ausgangsklemme 23^ verbunden.

Fig. 6B zeigt die Wirkung dieser Massnahme. Wenn angenommen wird, dass R₁₂ = R₁₃.R₄Z(R₁₃ + R₁₄) wird die Schaltung nach Fig. 3A sich bis zum Erreichen des Grenzwerts V₊/(R .//R ₄) in gleicher Weise wie die Schaltung nach Fig. 2A verhalten. Beim Erreichen des erwähnten Grenzwerts sinkt die Spannung V_. _,, herab, wobei die Spannung über dem Widerstand R-₄ über den als Emitterfolger geschalteten Transistor T, proportional«aüherabsinkt. Infolgedessen wird der insgesamt dem Transistor Tr zugeführte Strom bedeutend mehr abnehmen als bei der Schaltung nach Fig. 5A; die Parallelschaltung der Widerrstände R₁₃ und R₁₄ wird unterbrochen, zo dass die Spannung V__{4 23}, auf Null herabsinkt als

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wäre der Stromgrenzwert von I nicht durch den Wert V₊/(R₁₃//R ) sondern durch den Wert V₊/R bedingt. Fig. 6B zeigt daher eine Kennlinie mit einem Teil negativer Neigung. Diese Neigung kann derart gewählt werden, dass alle Widerständskomponenten, die durch die Basisströme der Transistoren der Brückenschaltung II vertreten und durch die übrigen Widerstandskomponenten der an die Ausgangsklemmen angeschlossenen Belastung gebildet werden, ausgeglichen werden. In dieser Weise wird sichergestellt, dass die Strombegrenzungsschaltung 22' bis zum Erreichen des Grenzwerts einen niedrigen Innenwiderstand hat und dann einen negativen Innenwiderstand aufweist, dessen Wert vorzugsweise geringer als der zur Sekundärwicklung parallel geschaltete Parasitärwiderstand ist. In dieser Weise ergibt sich eine schnelle und symmetrische Umschaltung der Brückenschaltung II. Diese Eigenschaften sind sehr wichtig, da die in der Brückenschaltung II auftretende positive Rückkopplungswirkung (siehe die amerikanische Patentschrift 3.768.011, Spalte 6, Zeilen 6 bis 12) eine solche Verstärking etwaiger Asymmetrie hervorruft, dass der Wert des Widerstands 8 und somit der Wert der Ausgangsspannung stark beschränkt werden muss. Aus vorstehendem ist ersichtlich, dass die Erfindung die Möglichkeit schafft, eine solche Beschränkung zu beseitigen, was besonders wichtig ist, wenn die Belastungsimpedanz des Strommessystems unmittelbar durch die Aktivierungsspule einer funktionellen Vorrichtung z.B. die Abschaltspule eines Erdfehlerstromschutzschalters gebildet wird.

Im Zusammenhang mit der vorerwähnten symmetrischen Umschaltung, die sowohl in der Ausführungsform nach Fig. 2 als auch in der Brückenschaltung II nach den Fig. 3 und 4 erzielt wird, sei noch auf das Prinzipschaltbild nach Fig. hingewiesen. Die hohen Symmetrieanforderungen, die die Polaritätsumschaltung der der Sekundärwicklung des

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Magnetkreises zugefürhten Spannung erfüllen soll, bringen meist mit sich, dass der Magnetkreis derart gesättigt werden soll, dass ein etwaiger Remanenzfluss gelöscht wird. Der dazu erforderlichte, verhältnismässig hohe Spitzenstrom unterlegt die Sättigungsspannung der als Schalteelemente dienenden Transitoren schweren Anforderungen, wie bereits vorher bemerkt, da Unterschiede der Spannung zv/ischen den verwendeten Transistoren eine Asymmetrie des Polaritätswechsels hervorrufen.

Fig. 7 zeigt, wie aus einem vergleich zum Prinzipschaltbild nach Fig. 1 ersichtlich ist, eine sehr einfache Massnahme zum Beheben des erwähnten Nachteils, d.h. die Parallelschaltung eines Kondensators C. mit der Sekundärwicklung VJ₀ des Transformators 6. Der Kondensator C, hat eine hinreichend hohe Kapazität, um wenn der Magnetkreis am Kern 7 dem Sättigungszustand näher kommt einen solchen Spitzenstrom zu liefern, dass er gemeinsam mit der Wicklung W_ eine momentane Feldstärke erzeugt, die wenigstens der Sättigungsinduktion des Magnetkreises entspricht.

Eine solche Massnahme ermöglicht es, den Spitzenstrom um die Schalttransistoren herumzuführen. Wird z.B. mit der Sekundärwicklung des Magnetkreises ein Kondensator parallel geschaltet, so wird im Augenblick in dem die Spannung über der Sekundärv/icklung abzunehmen anfängt, eine lawinenartige Entladung des Kondensators auftreten. Dabei wird eine gut reproduzierbare Umschaltung der Polarität erzielt, da ein Teil der magnetischen Energie wieder als elektrische Energie dem Kondensator zurückgeführt wird. Infolgedessen erfolgt die Umpolung der Kondensatorspannung.

Als Vorteile der Massnahme nach der Erfindung seien erwähnt:

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1. Bei jeder Umschaltung wird der Spitzenstrom unabhängig von den Schalttransistoren stets von derselben Komponente, d.h. dem Kondensator, geliefert.

2. Die Geschwindigkeit der Spannungsänderung wird beschränkt, wodurch die Möglichkeit von Störstrahlung beträchtlich abnimmt.

3. Die Möglichkeit, dass ein Primärstrom verhältnismassig hoher Frequenz die richtige Wirkungr.der Schaltung stört, nimmt ab.

4. Das Speisegerät braucht nicht imstande zu sein, kurzzeitige hohe Ströme zu liefern.

Der Kapazitätswert des Kondensators kann in der nachfolgenden Weise der Energiemenge entnommen werden, die zum Aufbau des ergänzenden Magnetflusses erforderlich ist:

icu² = v_v /2

* B₁ H.dB,

wobei C = Kapazitätswert,

U = Spitzenspannung am Kondensator, ν_γ = Eisenvolumen des Ringkerns,

H = magnetische Feldstärke,

B = magnetische Induktion.

Es sei noch bemerkt, dass es gegebenenfalls erwünscht sein kann, den Widerstandswert der Sekundärwicklung künstlich dadurch zu vergrössern, dass mit lezterer ein gesonderter Widerstand in Reihe geschaltet wird. Eine solche Massnahme kann nützlich sein zum Schützen des in diesem Falle mit der Reihenschaltung der Sekundärwicklung und des Zusatzwiderstands parallel geschalteten Kondensators und der weiteren Schaltung. Beim Auftreten hoher, primärer

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Spitzenströme kann die induzierte Spannung höher v/erden, wodurch Sättigung des Kerns 7 des Transformators 6 eher auftritt, wodurch die Energieübertragung beschränkt wird und die Schaltung somit geschützt wird.

Es sei bemerkt, dass die vorstehend beschriebene Massnahme nicht verwechselt werden soll mit der Verwendung eines mit der Sekundärwicklung parallel geschalteten Netzwerks, das an sich aus der Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstands besteht. Ein solches Netzwerk dient lediglich dazu, die Transistoren vor überspannung zu schützen. Der Reihenwiderstand, der in diesem Falle nicht mit der Spule sondern mit dem Kondensator in Reihe geschaltet ist, dient dabei dazu, das Auftreten vom Kondensator hervorgerufener, hoher Spitzenströme zu verhüten und Hochfrequenz-Schalterscheinungen zu dämpfen.

Nach vorstehendem ist die Massnahme der Erfindung gerade darauf gerichtet, den Kondensator an Stelle der Schalttransistoren die verhältnismässig hohen Spitzenströme liefern zu lassen, die zum Löschen des Remanenzflusses beim Polaritätswechsel der der Sekundärwicklung zugeführten Spannung erwünscht sind, um eine gute Symmetrie zu erhalten.

Nach der Erläuterung einiger besonderen Einzelheiten des Stromverhaltens der Schaltung II nach Fig. 3 an Hand der Fig. 4 bis 7 (und fig. 4) sei noch folgende in bezug auf die Wirkungsweise dieser Schaltung bemerkt. Aus der vorhergehenden Beschreibung geht hervor, dass das System nach Fig. 3 die Art eines Strommessystems hat, was bedeutet, dass das erhaltene Messignal ein Mass ist für den Strom durch die Primärwicklung W₁. bzw. die Summen- oder ünter'-schiedskomponente der durch einige getrennten aber durch die Primärwicklung W₁ symbolisierten Primärwicklungen fliessenden Ströme bildet. Es wird einleuchten, dass

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durch geeignete Bemessung der integrierenden Belastungsimpedanz 8, 9 durch niederohmigen Abschluss einer oder mehrerer der Primärwicklungen, durch geeignete Steuerung mittels der Schaltung 26 oder bei Durchgang eines Stroms hohen Wertes durch eine solche Primärwicklung ein Zustand eintreten kann, bei dem keine Umschaltung des Multivibrators mehr vollführt werden kann, so dass dieser abschaltet. Diese Eigenschaft bringt eine Anzahl besonderer Verwendungsarten des Strommessystems nach Fig. 3 mit sich von denen einige besonders wichtig sind.

An erster Stelle kann fesgestellt werden, dass die Multivibratorschaltung II für den Wert der Abschlussimpedanz der Primärwicklung W. des Transformators 6 empfindlich ist, da ein zu niedriger Wert dieser impedanz den Charakter eines Kurzsch lusses der Primärwicklung W. aufweist. Dies ermöglicht es, ein Stromdetektionssystem nach der Erfindung zum Erzielen einer Information über die galvanische Kontaktleitfähigkeit inaerhalb einer z.B. mit Rücksicht auf einen hohen Spannungspegel schwer zugänglichen Anlage zu verwenden. Es ist in dieser Weise auch möglich, Information über einen Schluss zwischen der Nulleitiung einer Bestriebsanlage einerseits und Erde andererseits zu erzielen; ohne weitere Erläuterung der Einzelheiten dieser Erscheinung, sei bemerkt, dass das Auftreten eines solchen Schlusses einen die Art eines Erdschlusses fälschenden Einfluss haben kann. Das Strommessystem nach Fig. 3 eignet sich zur Detektion solcher Erscheinungen und Fehler und im allgemeinen zum Ausfindigmachen schwer zugänglicher, galvanischer Kontaktsituationen. Es genügt dazu, die bistabile Schaltung in einer nicht in der Zeichnung dargestellten Weise derart auszubilden, dass sie ausserdem auf den Wechselstrom anspricht, der die primäre Impedanz durchfliesst infolge der in der Primärwicklung W, von der Schaltung induzierten Wechselspannung, in der Weise, dass Detektion einer Wertabnahme dieser Abschlussimpedanz unterhalb eines bestimmten Schwellenwerts erfolgt.

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An zweiter Stelle sei folgendes bemerkt. Bei der Beschreibung der Erregerschaltung III ist nur bemerkt, dass diese in der betreffenden Ausführungsform die Art einer sogenannten "Trigger"-Schaltung aufweisen kann. Eine solche Schaltung kann nach dem sogenannten "Arbeitsstromprinzip" arbeiten, was bedeutet, dass die Schaltung nur wirksam wird oder einen als Schalt- oder Steurersignal dienenden "Betriebsstrom? abgibt, wenn sie durch eine der Belastungsimpedanz 8, 9 entstammende Messpannung aktiviert wird. Die Tatsache, dass die Multivibratorschaltung II unter den vorerwähnten Umständen auch in den völlig gesperrten Zustand geraten kann, schafft nun die Möglichkeit, an Stelle einer nach dem Arbeitsstromprinzip arbeitenden Erregerschaltung, wie der "Triggerschaltung" 26 in Fig. 3, einen auf die erzeugte Multivibratorspannung ansprechenden Tiägerwellendetektor zu verwenden,dessen Ausgangssignal zur Steuerung einer nach dem Ruhestromprinzip arbeitenden Erregervorrichtung dient. Im Ruhezustand, d.h. solange das Multivibratorsignal detektlert wird, wird diese Erregervorrichtung ein die Fortsetzung des Betriebs anstrebendes Steuer-signal abgeben. Wenn die Multivibratorschaltung gesperrt wird, fällt das Ausgangssignal des Trägerwellendetektors ab und reagiert die Erregervorrichtung dadurch, dass die Abgabe des zum Fortsetzen des Betriebs notwendigen Steuersignals sofort angehalten wird. In diesem Falle ergibt sich eine sogenannte "fail-to-safe" Konstruktion.

Bei einer solchen Verwendungsart wirkt das Strommessystern nach der Erfindung nicht wie ein System mit einer linearen Übertragungsfunktion sondern wie ein bistabil ansprechendes System mit normalem Multivibratorbetrieb in einem stabilen Zustand und mit unterbrochenem oder gesperrtem Multivibratorbetrieb im anderen stabilen Zustand. Es wird einleuchten, dass eine solche bistabiele Verwendung des Strommessystem nach der Erfindung verschiedene Verwendungsmöglichkeiten

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bietet zur Detektion insbesondere erwünschter oder insbesondere nicht-erwünschter Zustände, Situationen und Erscheinungen, die in allerhand praktischen Umständen auftreten können und für den Betriebsgang von grosser Bedeutung sind.

Schliesslich sei noch bemerkt, dass Strommessysteme nach der Erfindung der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Art grösstenteils als sogenannte "integrierte Schaltungen" und als sehr gedrängte Einheiten ausgebildet werden können, wodurch solche Systeme sich zur Massenherstellung mit verhältnismässig geringem Kostenaufwand und zum Einbau in existierenden, funktionellen Vorrichtung z.B. Fehlerstromschutzschaltern eignen. Ausserdem können solche Systeme einen solchen Beitrag zur Verbesserung und Vervollkommnung der we* sentlichen Eigenschaften funktioneller Vorrichtungen liefern, dass sie als wesentliche Bestandteile neurer funktioneller Vorrichtungen betrachtet werden können, von denen diese Systeme einen integrierten Teil bilden können.

Besonders bei Verwendung des Messystems nach der Erfindung als eines integrierten Einzelteils eines Erdfehlerstromschutzschalters ergibt sich eine wesentlich grössere Sicherheit, da das System für die (positiven und negativen)" Halbzyklen eines Wechselstroms sowie für Gleichstrom empfindlich ist und auch für den Abschlussimpedanzwert des Messtromkreises, und weiterhin eine vom Schlusstromwert unabhängige Ansprechzeit aufweist.

Die Erfindung beschränkt sich selbsverstandlich nicht auf die vorstehend beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen. Es lassen sich innerhalb des Rahmens der Erfindung verschiedene Abänderungen in bezug auf die beschriebenen Einzelteile und ihren Zusammenhang anbringen. Es sei insbesondere bemerkt, dass der Ausdruk "Sekundärwicklung" in diesem Zusammenhang nur eine

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unmittelbar mit der Schaltvorrichtung und (vorzugsweise auch)/oder mit der Detektionsvorrichtung gekoppelte Wicklung bedeutet, aber sich nicht bezieht auf eine etw ge andere, nicht in der beschriebenen Weise angeschlossene "Tertiärwicklung" # die für etwaige andere Zwecke beim
Strommessystem benutzt werden könnte, z.B. zur Rückkopplung mit Rücksicht auf Linearisierung.

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Claims

Hazemeijer B.V., Hengelo, Niederlande

PATENTANSPRUECHE

ßtrommes?ystem insbesondere zur Verwendung als Fehlerstrom-Detektionssystem, mit einem weichmagnetischem Kreis mit mindestens einer von einem zu messenden Strom, bzw. von einigen auf Summen- oder Differenzwert zu deteitierenden Strömen, zu durchfliessenden Primärwicklung und mit einer Sekundärwicklung, die mit einer elektrischen Speisequelle, mit einer Schaltvorrichtung zur Umschaltung der Polarität der von der Speisequelle der Sekundärwicklung zugeführten Spannung und mit einer Stromdetektionsvorrichtung zur Abgabe eines Schaltsignals an die Schaltvorrichtung, wenn der Strom durch die Wicklung einen vorherbestimmten Grenzwert erreicht hat, und mit einer den Strom durch den Kreis integrierenden Belastungsimpedanz in eine Reihenschaltung aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisequelle(U,, U₂; I), die Schaltvorrichtung (1-4; II) und/oder die Stromdetektionsvorrichtung (5; 22; 22') derart ausgebildet sind, dass Ueberschreitung des Grenzwertes von dem den Reihenstromkreis durchfliessenden Strom eine schroffe SpannungsSenkung verursacht.
2. Strommesystem nach Anspruch L, wobei die Stromdetektionsvorrichtung und die Schaltvorrichtung zu einer elektronischen Schaltung zusammengefügt sind und in den Reihenstromkreis ein Strommesswiderstand aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet,dass die Schaltung durch einen Differentialverstärker (11) mit positiver Rückkopplung und mit negativer Rückkopplung vom Strommesswiderstand (8; 8') her gebildet ist.
3. Strommessystem nach Anspruch 2, dadurch gekei nzeichnet, dass der Strommesswiderstand (8¹) und die Belastungs-

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ORIGINAL INSPECTED

impedanz sich auf der Erd- oder Bezugspotentialseite in dem negativen Rückkopplungswsg befinden.
4. Strommessystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgang (14) des Differentialverstärkers (11) und einera Bezugspotentialpunkt eine auf die Ausgangsspannung des Verstärkers ansprechende Messoder Sicherheitsschaltung (28) angeschlossen ist.
5. Strommessystem nach Anspruch 1, v/obei die Schaltvorrichtung durch die Brückenschaltung von vier paarweise im leitenden Zustand befindlichen Transistoren gebildet wird und die Reihenschaltung der Sekundärwicklung und der integrierenden Belastungsimpedanz an ihren Enden an zwei einander gegenüber liegenden Eckpunkte der Brückenschaltung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung (I]) durch eine als Stromdetektionsvorrichtung v/irksame Begrenzungsschaltung (22; 22') gespeist ist, die auf einen solchen Stromgrenzwert eingestellt ist, dass wenn der einem Transistorpaar (T,, T^ oder T-, T.) der Brückenschaltung zugeführte Strom diesen Grenzwert überschreitet, ein nicht-leitender Zustand dieses Transistorpaars (T-, T-, oder T₂, T₄) auftritt.
6. Strommessystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsschaltung (23*) durch eine Stromspiegelschaltung mit einem durch seinen Widers tandsv/ert den Stromgrenzwert bestimmenden Strommesswiderstand (R „; ^Ri3' ^Ri4^ gebildet wird.
7. Strommessystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Strommesswiderstand (R₁3) die Reihenschaltung eines zweiten Widerstands (R₁₄) und des Emitter-Kollektorstromkreises eines Transistors (T₇) parallel geschaltet ist, dessen Basis auf dem Potential der Speisespannung gehalten

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wird, derart, dass der Stromgrenzwert durch den Ersatzwiderstandswert der Parallelschaltung der beiden Widerstände (Rio» ^Ri4^ bestimmt wird, jedoch der Spannungsabfall gemäss einer Spannung/Strom-Kennlinie mit einem Teil negativen Widerstandswert verläuft.
8. Strommessystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit mindestens einer der Wicklungen (W^) des Magnetkreises ein Kondensator (C₁) parallel geschaltet ist.
9.Strommessystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (C.) einen hinreichend hohen Kapazitätswert, hat, um, wenn der Magnetkreis (7) sich dem Sättigungszustand nähert, einen solchen Spitzenstrom zu liefern, dass er gemeinsam mit der zugehörigen Wicklung (W2) eine momentane Feldstärke erzeugt, die wenigstens der Sättigungsinduktion des Magnetkreises entspricht.
10.Strommessystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine auf die Spannung über der integrierenden Belastungsimpedanz (8/9) ansprechende Triggerschaltung oder andere nach dem Arbeitsstromorinzip arbeitende Erregerschaltung (26).
11. Strommessystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen auf die erzeugte Multivibratorspannung ansprechende Trägerwellendetektor, dessen Ausgangssignal zur Steuerung einer nach dem Ruhestromprinzip arbeitenden Erregervorrichtung dient.
12. Funktionelle Vorrichtung z.B. Steuervorrichtung, Überwachungsvorrichtung, Sicherheitsvorrichtung, Kontrollvorrichtung, Alarmierungsvorrichtung oder Erdfehlerstromschutzschalter mit einem Strommessystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.

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13. Funktionelle Vorrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungsimpedanz des Strommessystemsunmittelbar durch die Aktivierungsspule (27) der funktionellen Vorrichtung, z. B. die Abschaltspule eines Fehlerstromschutzschalters, gebildet wird.

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