DE2730874C2

DE2730874C2 - Anordnung zur Erfassung eines Stromes

Info

Publication number: DE2730874C2
Application number: DE2730874A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Hazemeijer BV
Current assignee: Hazemeijer BV
Priority date: 1976-07-13
Filing date: 1977-07-08
Publication date: 1983-05-05
Also published as: DK147215B; US4293813A; IT1077324B; SE421352B; DK310277A; CH628441A5; BE856056A; JPS5331176A; NO148046C; SE7707606L; NO772476L; FR2361663B1; ES460665A1; DK147215C; AT364018B; DE2730874A1; ATA482877A; NO148046B; JPS5945106B2; GB1582035A

Description

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsschaltung (22') durch eine Stromspiegelschaltung mit einem durch seinen Widerstandswert den Stromgrenzwert bestimmenden Stromerfassungswiderstand (R₁₂; R\i, /?m) gebildet wird.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem ersten Stromerfassungswiderstand (R\₃) die Reihenschaltung eines zweiten Stromeifassungswiderstands (Rh) und des Emitter-Kollektorstromkreises eines Transistors (T₇) parallel geschaltet ist, dessen Basis auf dem Potential der Speisespannung gehalten wird, derart, daß der Stromgrenzwert durch den Ersatzwiderstandswert der Parallelschaltung der beiden Widerstände (Ry₃, Rn) bestimmt wird, jedoch der Spanuangsabfall verläuft, als wäre der Stromgrenzwert durch den Widerstandswert nur des Stromerfassungswiderstandes (R13) bedingt

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Wicklung (W₂) des Magnetkreises ein Kondensator (Q) parallel geschaltet ist

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (Q) 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. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine auf die Spannung über der integrierenden Belastungsimpedanz (8,9) ansprechende Triggerschaltung oder eine

andere nach dem Arbeitsstromprinzip arbeitende Erregerschaltung (26).

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen auf die erzeugte Multivibratorspannung ansprechenden Trägerwellendetektor, dessen Ausgangssignal zur Steuerung einer nach dem Ruhestromprinzip arbeitenden Erregervorrichtung dient.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erfassung eines Stromes, mit einem weichmagnetischen Kreis mit mindestens einer von einem zu erfassenden Strom oder von einigen auf Summen- oder Differenzwert zu detektierenden Strömen zu durchfließenden Primärwicklung und mit einer Sekundärwicklung, die mit einer elektrischen Speisequelle mit einer Schaltvorrichtung /ur Umschaltung der Polarität der von der Speisequeile

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 einen Reihenstromkreis aufgenommen ist.

Eine derartige Anordnung eignet sich insbesondere zur Verwendung als Fehlerstrom-Detektionssystem und ist beispielsweise vorteilhaft in einem Fehlerstromschutzschalter anwendbar.

Aus der US-PS 37 68 011 ist bereits eine derartige Anordnung bekannt, bei der ein positiver Rückkopplungs- oder Mitkopplungseffekt auftritt. Dieser Effekt hat zur Folge, daß etwaige innerhalb der Anordnung auftretende Asymmetrie-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 Asymmetrie-Erscheinungen können vor allem auftreten, wenn infolge einer zu langsamen Polaritätsumischaltung 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 Umschaltung spielen.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anordnung so zu verbessern, daß sowohl bei der Erfassung von Gleichstrom wie auch von Wechselstrom dafür gesorgt wird, daß trotz Anwendung einer verhältnismäßig hohen Belastungsimpedanz keine unerwünschten Asymmetrie-Erscheinungen auftreten können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltung, die im Falle einer Überschreitung des Grenzwertes durch den im Reihenstromkreis fließenden Strom eine schnelle Umpolung der von der Speisequelle der Sekundärwicklung zugeführten Spannung herbeiführt

Dadurch wird gewährleistet, daß die Betriebspa; ameter der verwendeten Schaltelemente die bei der Polaritätsumschaltung der von der Speisequelle an die Sekundärwicklung gelieferten Spannung erhaltene Symmetrie nicht beeinträchtigt wird.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Stromerfassungsvorrichtung und die Schaltvorrichtung zu einer elektronischen Schaltung zusammengefügt sind, während in den Reihenstromkreis ein Stromerfassungswiderstand aufgenommen ist, wie dies auch bei dem System nach der US-PS 37 68 011 der Fall ist, wird zürn Erzielen der schroffen Spannungssenkung vorgeschlagen, daß die Schaltung zur schnellen Kommutierung durch einen Differenzverstärker mit positiver Rückkopplung und mit negativer Rückkopplung vom Stromerfassungswiderstand her gebildet ist Die erwünschte schroffe Spannungssenkung wird von der schroffen Polaritätsumschaltung begleitet, die, wenn der durch den Stromerfassungswiderstand fließende Strom den Grenzwert erreicht, infolge der positiven Rückkopplung des Differenzverstärkers erfolgt

In dieser Ausführungsform können sich der Stromerfassungswiderstand und die Belastungsimpedanz auf der Seite des Erd- oder Referenzpotentials in dem negativen Rückkopplungsweg befinden. Ferner kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers und einem Bezugspotentialpunkt eine auf die Ausgangsspannung des Verstärkers ansprechende Meß- oder Sicherheitsschaltung angeschlossen werden.

Ähnlich wie die US-PS 37 68 011 kennt die Erfindung auch eine zweite Ausführungsform, in der die Schaltvorrichtung durch eine Brückenschaltung von vier paarweise im leitenden Zustand befindlichen Transistoren gebildet wird, wobei die Reihenschaltung der Sekundärwicklung und der integrierenden Belastungsimpedanz an den Enden an zwei gegenüberliegenden Eckpunkten der Brückenschaltung angeschlossen ist. In diesem Falle wird vorgeschlagen, daß die Brückenschaltung durch eine Strombegrenzungsschaltung 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 ist es möglich, aaß die Begrenzungsschaltung durch eine Stromspiegelschaltung mit einem durch seinen Widerstandswert den Stromgrenzwert bestimmenden Stromerfassungswiderstand gebildet wird. Eine noch schroffere Spannungssenkung, d. h. gemäß einer Kennlinie mit einem Teil negativer Neigung, kann in diesem Falle dadurch erzielt werden, daß mit einem ersten Stromerfassungswiderstand die Reihenschaltung eines zweiten Stromerfassungswiderstands und des Emitter-Kollektorstromkreises 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 der Spannungsabfall verläuft, als wäre der Stromgrenzwert durch den Widerstandswert nur des Stromerfassungswiderstandes bedingt Eine solche is Kennlinie kann derart gewählt werden, daß der Einfluß aller übrigen Widerstandskomponenten, wie z. B. von dem Basisstrom der Transistoren der Brückenschaltung und von der Ausgangsimpedanz der Stromspiegelschaltung vertreten, wenigstens aufgehoben wird. Wie bereits bemerkt dienen die ·;η vorhergehenden Absatz genannten Vorkehrungen dazu, eine schroffe Spannungssenkung 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 Spannung erhaltene Symmetrie ausüben. Die hohen behufs einer guten Detektionsempfindlichkeit an die Symmetrie zu stellenden Anforderungen briagen jedoch häufig mit sich, daß der Magnetkreis derart ausgebildet werden soll, daß der etwaige Remanenzfluß völlig gelöscht wird. Der dazu erforderliche, verhältnismäßig hohe Scheitelstrom bringt hohe Anforderunger, für die Sättigungsspannung der als Schaltelemente dienenden Transistoren der als Differenzverstärker oder als Brückenschaltung ausgebildeten Schaltvorrichtung mit sich. Unterschiede der Sättigungsspannung zwischen den verwendeten Transistoren rufen nämlich wieder Asymmetrie des Polaritätswechsels hervor. Es ist daher empfehlenswert, das Stromerfassungssystem derart auszubilden, daß die Sättigungsspannung der Schalttransistoren keine besonderen Anforderungen zu erfüllen braucht.

Dazu ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß mit mindestens einer der Vvickiungen des Magnetkreises ein Kondensator parallel geschaltet ist, dessen Kapazitätswert vorzugsweise hinreichend groß ist, um, wenn der Magnetkreis sich dem Sättigungszustand nähert, einen solchen Spitzenstrom so zu liefern, daß er gemeinsam mit der zugehörigen Wicklung eine momentane Feldstärke erzeugt, die wenigstens der Sättigungsinduktion des Magnetkreises entspricht Eine solche Vorkehrung ermöglicht es, den Spitzeristrom um die Schalttransistoren herum zu leiten. Wenn z. B. zur Sekundärwicklung des Magne'.kreises ein Kondensator parallel geschaltet wird, wird eine lawinenartige Entladung des Kondensators auftreten in dem Augenblick, in dem die Spannung über der Sekundärwicklung abzi Tallen beginnt. Dabei ergibt sich eine gute reproduzierbare Umschaltung oder ein Polaritätswechsel, da ein Teil der magnetischen Energie wieder als elektrische Energie dem Kondensator zurückgeliefert wird. Infolgedessen erfolgt eine Umpolung der Kondensatorspannung.

Als Vorteile dar Maßnahme nach der Erfindung seien ervähnt:

1. Bei jeder Umschaltung 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 wird.

3. Die Möglichkeit, daß ein verhältnismäßig hochfrequenzartiger 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 aus der Energiemenge berechnet werden, die zum Aufbauen des ergänzenden Magnetflusses erforderlich ist:

fc ,,.kJ».«.

Kapazitätswert,

Spitzenspannung am Kondensator,
Eisenvolumen des Ringkerns,
Magnetfeldstärke,
magnetische Induktion.

wobei

Das Stromerfassungssystem nach der Erfindung eignet sich für verschiedene Verwendungsarten. Bei Verwendung als Stromerfassungssystem mit einer linearen Übertragungskennlinie, wobei ein MeQ- oder Steuersignal mit einem dem des zu erfassenden Primärstroms proportionalen Wert erhalten wird, läßt sich die Anordnung 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 geinäß der Erfindung, wenn die Belastungsimpedanz des Stromerfassungssystems unmittelbar durch die Aktivierungsspule einer funktioneilen Vorrichtung, z. B. die Abschaltspule eines Fehlerstromschutzschalters, gebildet wird. ·

Bei Verwendung der Anordnung als Detektionssystem mit zwei gesonderten Detektionszuständen kann es empfehlenswert sein, einen auf die erzeugte Muitivibratorspannung ansprechenden Trägerwellendetektor zu benutzen, dessen Ausgangssignal zur Steuerung eine, nach dem Ruhestromprinzip arbeitenden Erregungsvorrichtung dient Diese Verwendung ermöglicht es, eine sogenannte »fail-to-safe«-Ausbildung einer Anlage zu erzielen, was weiter unten noch näher beschrieben wird. Schließlich ist es in bestimmten Fällen empfehlenswert, die bistabile, elektronische Schaltung derart auszubilden, daß sie außerdem auf den Wechselstrom anspricht, der infolge der in der Primärwicklung von der Schaltung induzierten Wechselspannung durch die primäre Abschlußimpedanz fließt, in der Weise, daß die Detektion einer Wertabnahme dieser Impedanz bis unterhalb eines bestimmten Schwellenwerts erfolgt

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

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

F i g. I das Prinzipschaltbild einer Anordnung nach der Erfindung,

F i g. 2A ein Schaltbild einer praktischen Ausführungsform einer Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 2B eine andere Ausführungsform eines Einzelteils der Fi g. 2A,

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

F i g. 4 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der in F i g. 3 gezeigten Anordnung, die
Fig. 5a, 5b das Prinzipschaltbild bzw. die Spannungs-Strom-Kennlinie einer ersten Ausbildung der Strombegretiiiungsschaltung des Schaltbilds nach F i g. 4, die

F ι.'. 6a, 6b das Prinzipschaltbild bzw. die Spannungs-Strom-Kennlinie einer zweiten Ausführungsform der Strombegrenzungsschaltung des Schaltbilds nach Fig. 4 und

F i g. 7 ein Prinzipschaltbild einer Anordnung entsprechend dem Prinzipschaltbild nach Fig. 6, wobei zur Sekundärwicklung des Magnetkreises ein Kondensator parallel geschaltet ist.

Das in Fig. 1 dargestellte Prinzipschaltbild einer Anordnung nach der Erfindung enthält zwei Gleichspannungsquellen U\ und Ui gleicher Spannungen, die an einem Ende in Reihe miteinander geschaltet und am Verbindungspunkt 1 geerdet sind. An den anderen Enden sind die Spannungsquellen Li und Ui an die feststehenden Kontakte 2 bzw. 3 angeschlossen, 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 bilden, das als Schaltvorrichtung dient.

Zwischen dem bewegbaren Kontakt 4 und der Erregerwicklung 5 ist die Sekundärwicklung W₂ eines Transformators 6 mit einem Kern 7 aus weichmagnetischem Material angebracht, an dem außer der einzigen Sekundärwicklung W: auch eine Primärwicklung Wi angebracht ist.

Die Primärwicklung W\ vertritt im Prinzipschaltbild nach F i g. 1 eine oder mehrere gegebenenfalls voneinander getrennte Primärwicklurgen, die z. B. je für sich in Reihe mit einer der in F i g. 1 nicht dargestellten Leitungen eines einphasigen oder mehrphasigen Speisenetzes, geschaltet sind. Es wird angenommen, daß die Wicklung W, von dem vektoriellen Summenstrom der durch solche Neuleitungen fließenden Ströme durchflossen wird. Dieser vektorielle Summenstrom wird nachstehend als »Primärstrom« oder »zu erfassender Strom« bezeichnet

es Der vom Verbindungspunkt t der Speisequellen ü\ und Ui über die Relaiskontakte 2, 3 und 4, die Sekundärwicklung Wi und die Relaiserregerwicklung 5 verlaufende Reihenstromkreis ist über eine integrieren-.

de Belastungsimpedanz 8, ζ. Β. die Parallelschaltung eines Widerstands und eines Kondensators, geerdet. Die über dieser Impedanz erscheinende Ausgangsspannung steht an den Ausgangsklemmen 10 zur Verfügung und kann als Meßsignal einem nicht dargestellten Meßinstrument oder, gegebenenfalls nach Verstärkung oder einer anderen Verarbeitung, als Steuer- oder Schaltsignal »iner beliebigen, anderen, funktionellen Vorrichtung, ■/.. B. einem Fehlerstromschutzschalter oder einer Signalisierungsvorrichtung, zugeführt werden.

Die Anordnung nach F i g. 1 arbeitet wir folgt.

Die Erregerwicklung 5 ist derart bemessen, daß der bewegbare Relaiskontakt 4 sich umlegt so bald der Strom durch die Sekundärwicklung W₂ in einer Richtung oder der anderen einen vorherbestimmten Grenzwert id erreicht hat. Dieser Grenzwert id kann, aber braucht nicht, so hoch gewählt zu werden, daß der Kern 7 völlig in den magnetischen Sättigungszustand fptriphpn wird. WtP hprpiK pp<;aot_t Ut rjipsp Wah| vnn den erwünschten Eigenschaften in bezug auf Linearität, Empfindlichkeit, Reproduzierbarkeit des Systems abhängig.

Wenn die Primärwicklung W\ nicht von Strom durchflossen wird, ist der Strom An durch die Sekundärwicklung W₂ des Transformators 6 ein reiner Wechselstrom, so daß der Durchschnittswert 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 Wj absorbieren kann bevor der Strom i_m den vorherbestimmten Grenzwert id erreicht. Jedenfalls wird für die Schaltfrequenz ein erheblich höherer Wert als der der maximal zu messenden Frequenz gewählt, so daß ein gegebenenfalls die Primärwicklung W\ 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 die Anordnung auf den momentanen Wert des zu erfassenden Stroms anspricht.

Wenn infolge eines Erdschlusses in einer Betriebsanlage oder infolge einer beliebigen anderen zu detektierenden Erscheinung ein solcher scheinbarer oder ein echter Gleichstrom durch die Primärwicklung IVi fließt, ändert sich der Magnetisierungszustand des Kerns 7, wodurch der Strom i_m 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 Erdschluß-Stroms durch die Wicklung Wi aufweist bildet die an den Ausgangsklemmen 10 erscheinende Spannung ein Maß für den Primär- oder Erdschluß-Sirom und kann in der bereits beschriebenen Weise als Meßsignal oder als Steuersignal für Sicherheitszwecke benutzt werden.

An Hand der F i g. 2A wird eine praktische Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung beschrieben. Dabei ist das Relais mit den Elementen 1 bis 5 des Prinzipschaltbilds nach F i g. 1 durch einen Differenzverstärker 11 mit einem sehr hohen Verstärkungsfaktor ersetzt, der durch die SpeisekJemmen 12 und 13 mit einer positiven bzw. negativen Speisespannung ± U gegen Erde von einer nicht in Fig. 2A dargestellten Spannungsquelle gespeist wird. Der Differenzverstärker 11 hat einen invertierenden Eingang MA, einen nicht-invertiercndcn Eingang JIß und einen Ausgang 14. Die beiden Eingänge WA und WB sind über Widerstände R\ bzw. R₂ geerdet. Der Ausgang 14 ist über einen Widerstand Ri auf den nicht-invertierenden Eingang Hfl rückgekoppelt, wodurch die Schaltung

ίο bistabil wird. Ferner ist der Ausgang 14 des Verstärkers 11 auf den invertierenden Eingang WA über die in diesem Falle als integrierende Ausgangsimpedanz des Meßsystems dienende Parallelschaltung eines Widerstands 8 und eines Kondensators 9 und die Sekundärwicklung W₂ eines Transformators 6 nach Fig. 1 rückgekoppelt.

Es wird einleuchten, daß der Verstärker 11 infolge der durch die Rückkopplung mittels der Widerstände Rj und #, hprvnrCTPriifpnpn hictphilpn WirWnna Hip olpinhp

Funktion wie das Relais mit den Kontakten 2, 3 und 4 nach F i g. 1 erfüllt und daß für den vom Ausgang 14 des Verstärkers 11 der Sekundärwicklung W₂ des Transformators zugeführten Strom i_m das gleiche gilt wie für den vom bewegbaren Relaiskontakt 4 nach Fi g. I gelieferten Strom. Der Schwellen- oder Grenzwert ύ bei dem Umschaltung erfolgt, wird durch die Werte der Widerstände R], R₂ und /?3 und der Speisespannung U des Verstärkers 11 bestimmt. An den über die Ausgangsimpedanz 8, 9 angeschlossenen Ausgangs-

jo klemmen 10, erscheint, wenn ein zu erfassender Strom z. B. ein zu detektierender Erdfehlerstrom durch die Primärwicklung W\ des Transformators fließt, ein Signal, das maßgebend ist für den Durchschnittswert des Magnetisierungsstroms und somit des 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 Ruhezustand des Systems eine rein symmetrische Wellenform aufweisenden Ausgangsspannung des Verstärkers 11 anspricht.

Fig. 2B zeigt noch eine Abart eines Einzelteils des Schaltbilds nach F i g. 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 Belastungsimpedanz 8', 9' in diesem Falle über den der negativen Rückkopplung ausgesetzten Verstärkereingang WA mit der Sekundärwicklung W₂ in Reihe geschaltet ist.

k~ i g. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die sich besonders gut zur Verwendung bei oder in einem Erdfehlerstromschutzschalter eignet Das Schaltbild nach Fig.3 kann im großen ganzen in die nachfolgenden Hauptteile aufgeteilt werden:

— ein an das Speisenetz anzuschließendes Speisegerät, das als ganzes durch den mit gestrichelter. Linien angegebenen Block I dargestellt wird;

— eine vom Speisegerät I gespeiste, als ganzes durch den mit gestrichelten Linien angedeuteten Block dargestellte Multivibratorschaltung, an die die bereits an Hand der Fig.2 beschriebene Reihenschaltung der Sekundärtransformatorwicklung W₂ mit der integrierenden Belastungsimpedanz 8, 9 angeschlossen ist;

— eine der Multivibratorschaltung II nachgeschaltete,

entsprechend der beabsichtigten 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 Zeichnung nicht dargestellten Erdfehlerstromschutzschalters.

Das Speisegeräi 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 Gleichrichterschaltung 19, eine zum Ausgang der Schaltung 19 parallelgeschaltete Zenerdiode 20 und einen Glättungskondensator 21. Ferner enthält das Speisegerät eine als Ganzes mit 22 bezeichnete Strombegrenzungsschaltung, wobei die Ausgangsklemmen 23 und 25 des Speisegeräts I als Oleifhstrnmniiellp nnri Hie Ausgangsklemmen 24 und 25 als Gleichspannungsquelle wirksam sind. Wenn nur diese Bedingungen erfüllt werden, kann das Speisegerät I selbstverständlich in einer beliebig anderen, passenden Weise ausgebildet werden.

Die Multivibratorschaltung Il enthält eine Briickenschaltung von vier Transistoren 7Ί, Ti, Tj und Ti, die in der F i g. 3 veranschaulichten Weise derart paarweise und kreuzungsweise miteinander verbunden sind, daß die Transistorpaare Ti, Tj bzw. T₂, Ti im normalen Multivibratorbetrieb abwechselnd im leitenden und nicht-leitenden Zustand sind. An die die Leitungszustände dieser Transistorpaare bedingenden Transisi». elektroden ist die Reihenschaltung der Sekundärwicklung Wi 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:

Ahnlich wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Umstand, daß der Magnetisierungsstrom i_m durch die Sekundärwicklung W₂ den Grenzwert id erreicht, ein Kriterium für die Umschaltung der in der Ausführifn.gsform nach Fig. 3 als Schaltvorrichtung verwendeten Multivibratorschaltung II.

Wie bereits gesagt, enthält das Speise_terät I eine Strombegrenzungsschaltung 2Z Diese dient, wie dies aus F i g. 3 ersichtlich ist, zum Liefern des Emitterstroms für den Transistor Ti oder den Transistor Ti. 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 Γι oder des Transistors Ti zugeführte Strom den bereits erwähnten Grenzwert id überschreitet Diese verhältnismäßig schroffe Abnahme der Spannung an der Anschlußklemme 23 hat zur Folge, daß die bis zu diesem Augenblick leitenden Transistoren Γι, 7a oder Γ2, Ti den Strom nicht mehr aufrechterhalten können. Die dabei durch die Selbstinduktion der Wicklung W₂ forcierte Spannungsumschaltung leitet dann die Leitfähigkeit des anderen Transistorpaars Tj, Ti oder Tt, Tj ein. Infolgedessen nimmt der Strom i_m im entgegengesetzten Sinne wieder zu. Beim Erreichen des Grenzwerts id in der anderen Stromrichtung die Sekundärwicklung VV₂ tritt wieder eine starke Abnahme der Spannung an der Speiseklemme 23 auf, worauf die Transistoren T₂, Ti oder Tu T₃ gesperrt werden, so daß der soeben beschriebene Halbzyklus sich in der anderen Stromrichtung wiederholt, \<as bedeutet, daß nunmehr die Transistoren T\ und Γ3 wieder in den leitenden Zustand zurückkehren. Die Multivibratorschaltung II fängt dann einen neuen Zyklus an.

Im normalen Multivibratorbetrieb und in Abwesenheit eines Stroms durch die Primärtransformatorwicklung Wi ist der in einer Multivibratorperiode mittlere Strom gleich Null, so daß an den an die Parallelschaltung 8, 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 Il die Art eines Gleichstroms aufweisender Erdfehlerstrom durch die Primärwicklung W\ fließt, wird der von der Multivibratorschaltung II gelieferte Strom seine symmetrische Art verlieren, so daß sein durch Integration der Spannung über der Belastungsimpedanz 8, 9 gemessener Durchschnittswert von Null verschieden wird. Das infolgedessen an den Ausgangsklemmen 10 der Multivibratorschaltung Il erscheinende 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 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 F i g. 3 dargestellt. Dies gilt auch für die weiteren Einzelheiten des Erdfehlerstromschutzschalters, von dem nur die Abschlußspule 27 in Fig. 3 angedeutet ist. Es sei noch bemerkt, daß in bestimmten Fällen die Anordnung nach der Erfindung fähig ist, ohne gesonderte Erregerschaltung II, z. B. die Trigger-Schaltung 26, zu arbeiten, so daß die Belastungsimpedanz der Anordnung in diesem Falle unmittelbar durch die Aktivierungsspule der funktioneilen Vorrichtung, z. B. die Abschaltspule eines Fehlerstromschutzschalters, gebildet wird bzw. mit dieser gekoppelt ist

Wie bereits gesagt, ist die Polarität der üuer der Belastungsimpedanz 8, 9 erscheinenden Spannung kennzeichnend für die Richtung des Stroms durch die Primärwicklung W₁. Das Vorhandensein einer solchen Information kann in vielen Fällen die Analyse der gemessenen Erscheinung erleichtern.

Bevor der weitere Vorteil der Multivibratorschaltung nach Fig.3 weiter erläutert wird, folgt jetzt an Hand der F i g. 4, 5a, 5b, 6a und 6b eine Beschreibung einiger besonderen Ausführungsformen der verwendeten Strombegrenzungsschaltung. Es wird zunächst auf das Schaltbild nach F i g. 4 hingewiesen.

Das Schaltbild nach F i g. 4 weicht nur insoweit vom Schaltbild nach Fig.3 ab, daß im vorliegenden Falle nicht die Emitter der Transistoren Γι und Γ3 gesondert über die Strombegrenzungsschaltung 22 und die Ausgangsklemme 23 vom Speisegerät I gespeist werden, sondern die Emitter der Transistoren T₂ und Tj gesondert über eine Strombegrenzungsschaltung 22' und die Ausgangsklemme 23' des Speisegeräts I. Dies bedeutet daß die in die Emitterstromkreise der Transistoren eingefügte Strombegrenzungsschaltung von der Seite des weiter unten mit »V+« zu bezeichnenden positiven Speisepotentials, das an der Aiisgangskiemme 24 des Speisegeräts erscheint, nach der Seite des weiter unten mit »0« zu bezeichnenden Speisepotentials verschoben ist das an der Ausgangs-

it

25 erscheint. Da die Wirkungsweise der Schaltung sich dabei in keinerlei Weise ändert, sei für die weiteren Einzelheiten und die Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 3 hingewiesen.

Fig. 5a zeigt das Prinzipschaltbild einer ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung dei Strombegrenzungsschaltung 22', die aus einer sogenannten »Stromspiegelschaltung« bekannter Art mit zwei Transistoren 7s und Tf, und einem den Kollektorstrom letzteren bestimmenden Widerstand Rn besteht.

Dabei dienen die Widerstände Rw und Ru lediglich zum Erzielen eines bestimmten Wandlungsverhältnisses, und zwar so, daß angenommen werden kann, daß der Grenzwert des durch die Ausgangsklemme 23' fließenden Stroms / durch den Grenzwert des Stroms durch den Widerstand R_n vervielfacht mit dem Quotienten der Widerstandswerte der Widerstände Rw and Rw (I R\nJ Rw ■ /mitbestimmt wird. Diese Maßnahme zum Erzielen eines bestimmten Stromwandlungsverhältnisses ist an sich bekannt. Im nachstehenden wird angenommer, daß die Widerstandswerte der Widerstände R\n \,τ\ά Ru gleich sind, so daß dann gilt, daß der Strom / durch die Ausgangsklemme 23' gleich dem Strom durch /?i2 ist.

Fig. 5b zeigt die Spannungs-Strom-Kennlinie dieser Schaltung, wobei auf der Abszisse die Werte des Stroms / und auf der Ordinate die Werte der Spannung Vj₄,₂3· zwischen den Klemmen 23' und 24 aufgetragen sind. Solange der Strom / durch die Ausgangsklemme 23' kleiner als der für die Stromspiegelschaltung geltende Grenzwert V₊IRn bleibt, wird praktisch die volle Spannung V₊ zwischen den Speiseklemmen 23' und 24 vorhanden sein. Wenn der Emitterstrom des Transistors Ti oder des Transistors Tj der Brückenschaltung II darauf den Grenzwert V₊ZRn zu überschreiten sucht, so wird dies durch den in die Kollektorleitung des Transistors Ts eingefügten Widerstand Rn verhütet, wobei die Spannung V₂₄,25· wegfällt. Es wird einleuchten, daß durch passende Wahl der Werte der Widerstände Rw. Ru und Rn für den Ausgangsstrom / über die Speiseklemme 23' ein Grenzwert erhalten werden kann, der dem für die Detektionsschaltung Il erwünschten Grenzwert /^entspricht.

Fig.6a zeigt das Prinzipschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Sirombegrenzungsschaltung 22'. In diesem Falle ist der Widerstand Rn des Schaltbilds nach Fig. 2A durch die Parallelschaltung eines Widerstands Rn und eines Widerstands /?|₄ ersetzt, wobei letztere in die EmiUer-KolIektor Strombahn eines Transistors Ti aufgenommen ist. Die Basis des als Emitterfolger geschalteten Transistors T, ist mit der Ausgangsklemme 23' verbunden.

F i g. 6b zeigt die Wirkung dieser Maßnahme. Wenn angenommen wird, daß Rn = Rn ■ RiJ(Rn + Äu), wird die Schaltung nach Γ i g. 6a sich bis zum Erreichen des Grenzwerts V₊Z(RnZZRn) in gleicher Weise wie die Schaltung nach F i g. 5a verhalten. Beim Erreichen des erwähnten Grenzwerts sinkt die Spannung V₂₄,23- herab, wobei die Spannung über dem Widerstand Äh über den als Emitterfolger geschalteten Transistor Ti proportio nal weiter absinkt. Infolgedessen wird -¹- r insgesamt dem Transistor T₅ zugeführte Strom bedeutend mehr abnehi.ien als bei der Schaltung nach Fig.5a; die Parallelschaltung der Widerstände Rn und Ä_H wird unterbrochen, so daß die Spannung V^, 23· auf Null herabsinkt als wäre der Stromgrenzwert von I nicht durch den Wert V₊Z(R₁₃ZZRu), sondern durch den Wert V₊ZRa bedingt F i g. 6b zeigt daher eine Kennlinie mit einem Teil negativer Neigung. Diese Neigung kann derart gewählt werden, daß alle Widerstandskomponenten, die durch die Basisströme der Transistoren der Briickenschaltung Il vertreten 'ind durch die übrigen

ί Wi<i<"-sr:iiidskcimponenten 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 Innenwiderstanc' aufweist, dessen Wert vorzugsweise geringer als der zur Sekundärwicklung parallelgeschaltete Parasitärwiderstand ist. In Jiescr Weise ergibt sich eine schnelle und symmetrisch· Umschaltung der Brückenschaltung II.

Diese Eigenschaften sind sehr wichtig, da die in der Brückenschaltung II auftretende positive Rückkopplungswirkung (siehe die US-PS 37 68 011, Spalte 6, Zeilen 6 bis 12) ^;ne solche Verstärkung etwaiger Asymmetrie hervorruft, daß der Wert des Widerstands

?(i 8 und somit der Wen 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 der Anordnung unmittelbar durch die Aktivierungsspuie einer funkt.ionellen 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 F i g. 7 hingewiesen. Die hohen Symmetrieanfordeningen, die die Polaritätsumschaltung der der Sekundärwicklung des Magnetkreises

Si zugeführten Spannung erfüllen soll, bringen meist mit sich, daß dei Magnetkreis derart gesättigt werden soll, daß ein etwaiger Remanenzfluß gelöscht wird. Der dazu erforderliche, verhältnismäßig hohe Spitzenstrom unterzieht die Sättigungsspannung der als Schaltelemente dienenden Transistoren schweren Anforderungen, wie bereits vorher bemerkt, da Unterschiede der Spanp iig zwischen den verwendeten Transistoren eine Asymmetrie des Polaritätswechsels hervorrufen.

Fig. 7 zeigt, wie aus einem Vergleich zam Prin/.^:; schaltbild nach F i g. i ersichtlich ist, eine sehr einfach Maßnahme zum Beheben des erwähnten Nachteils, d. n. die Parallelschaltung eines Kondensators Q mit der Sekundärwicklung W₂ des Transformators 6. Der Kondensator Ci 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 W₂ 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 Sekundärwicklung abzunehmen anfängt, eine lawinenartige Entladung des Kondensators auftreten. Dabei wird eine gute reproduzierbare Umschaltung der Polarität erzielt, da ein Teil der magnetischen Energie wieder als elektrische Energie dem Kondensator zurückgeführt wird. Infolge dessen erfolgt die Umpolung der Kondensatorspan nung.

Es sei noch bemerkt, daß es gegebenenfalls erwünscht sein kann, den Widerstandswert der Sekundärwicklung

künstlich dadurch zu vergrößern, daß mit letzterer 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 parallelgeschalteten Kondensators und der weiteren Schaltung. Beim Auftreten hoher, pumärer Spitzenströme kann die induzierte Spannung höher werden, 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 parallelgeschalteten Netzwerks, das an sich aus der Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstands besteht Ein solches Netzwerk dient lediglich dazu, die Transistoren vor Oberspannung 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 Kondensor 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 Pclaritätswechsel der der Sek'jidärwicklung zugeführten Spannung erwünscht sind, um eine gute Symmetrie ze erhalten.

Nach der Erläuterung einiger besonderer Einzelheiten des Stromverhaltens der Schaltung II nach Fig.3 anhand der F i g. 4 bis 7 sei noch folgendes in bezug auf die Wirkungsweise dieser Schaltung bemerkt Aus der vorhergehenden Beschreibung geht hervor, daß die Anordnung nach F i g. 3 die Art eines Stromdetektionssystems hat, was bedeutet, daß das erhaltene Meßsignal ein Maß ist für den Strom durch die Primärwicklung W\ bzw. die Summen- oder Differenzkomponente, der durch einige getrennte, aber durch die Primärwicklung VV₁ symbolisierte Primärwicklungen fließenden Ströme bildet Es wird einleuchten, daß durch geeignete Bemessung der integrierenden Belastungsimpedanz 8,9 durch niederohmigen Abschluß einer odei mehrerer der Primärwicklungen, durch geeignete Steuerung mittels der Schaltung 26 oder bei Durchgang eines Stroms nohen 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 der Anordnung nach F i g. 3 mit sich, von denen einige besonders wichtig sind.

An erster Stelle kann festgestellt werden, daß die Multivibratorschaltung II für den Wert der Abschlußirnpedanz der Primärwicklung W\ des Transformators 6 empfindlich ist, da ein zu niedriger Wert dieser Impedanz den Charakter eines Kurzschlusses der Primärwicklung Wi aufweist. Dies ermöglicht es, ein Stromdetektionssystem nach der Erfindung zum Erzielen einer Information über die galvanische Kontaktleitfähigkeit innerhalb einer z. B. mit Rücksicht auf einen hohen Spannungspegel schwer zugänglichen Anlage ;tu verwenden. Es ist in dieser Weise auch möglich, Information über einen Schluß zwischen der Nulleitung einer Betriebsanlage 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. Die Anordnung nach F i g. 3 eignet sich zur Detektion solcher Erscheinungen und Fehler und im allgemeinen zum Ausfindigmaehen 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

ίο Primärwicklung W\ von der Schaltung induzierten

Wechselspannung, in der Weise, daß die Detektion einer Wertabnahme dieser Abschlußimpedanz unterhalb

eines bestimmten Schwellenwerts erfolgt

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 Schaltoder Steuersignal dienenden »Betriebsstrom« abgibt, wenn sie durch eine der Belastungsimpedanz 8, 9 entstammende Meßspannung 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 Steile einer nach dem Arbeitsstromprinzip arbeitenden Erregerschaltung, wie der »Trigger«-Schaitung 26 in Fig.3, einen auf die erzeugte Multivibratorspannung ansprechenden Trägerwellendetektor zu verwenden, dessen Ausgangssignal zur Steuerung einer nach dem Ruhestromprinzip arbeitenden Erregervorrichtung dient Im Ruhezustand, d. h. solange das Multivibratorsignal detektiert wird, wird diese Erregervorrichtung ein die Fortsetzung des Betriebs anstrebendes Steuersignal 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 die Anordnung 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

so bistabile Verwendung der Anordnung nach der Erfindung verschiedene Verwendungsmöglichkeiten bietet zur Detektion insbesondere erwünschter oder insbesondere nichterwünschter Zustände, Situationen und Erscheinungen, die in allerhand praktischen Umständen auftreten können und für den Betriebsgang von großer Bedeutung sind.

Schließlich sei noch bemerkt, daß Anordnungen nach der Erfindung der in den F i g. 2 und 3 dargestellten Art größtenteils als sogenannte »integrierte Schaltungen« und als sehr gedrängte Einheiten ausgebildet werden können, wodurch solche Systeme sich zur Massenher-Stellung mit verhältnismäßig geringem Kostenaufwand und zum Einbau in existierenden, funktioneilen Vorrichtungen z. B. Fehlerstromschutzschaltern, eignen. Außer- dem können solche Systeme einen solchen Beitrag zur Verbesserung und Vervollkommnung der wesentlichen Eigenschaften funktioneller Vorrichtungen liefern, daß sie als wesentliche Bestandteile neuer funktioneller

Vorrichtungen betrachtet werden können, von denen diese Systeme einen integrierten Teil bilden können.

Besonders bei Verwendung der Anordnung 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 Meßstromkreises, und weiterhin eine vom Schlußstromwert unabhängige Ansprechzeit aufweist

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Es sei noch bemerkt, daß der Ausdruck »Sekundärwicklung« im gegebenen Zusammenhang nur eine unmittelbar mit der Schaltvorrichtung und (vorzugsweise auch)/oder mit der Detektionsvorrichtung gekoppel-

-, te Wicklung bedeutet, aber sich nicht bezieht auf eine etwaige andere, nicht in der beschriebenen Weise angeschlossene »Tertiärwicklung«, die für etwaige andere Zwecke beim Stromdetektionssystem benutzt werden könnte, z. B. zur Rückkopplung mit Rücksicht

in auf Linearisierung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erfassung eines Stromes, mit einem weichmagnetischen Kreis mit mindestens einer von einem zu erfassenden Strom oder von einigen auf Summen- oder Differenzwert zu detektierenden 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 einen Reihenstromkreis aufgenommen ist, gekennzeichne t d u r c h eine Schaltung (11,22,22'), die im Falle einer Überschreitung des Grenzwertes durch den im Keihenstromkreäs (W₂,8,9,11; W₂,8,9 H) fließenden Strom eine schnelle Umpolung der von der Speisequelle der Sekundärwicklung (W₂) zugeführten Spannung herbeiführt

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Stromdetektionsvorrichtunp und die Schaltvorrichtung zu einer elektronischen Schaltung zusammengefügt sind und in den Reihenstromkreis ein Stromerfassungswiderstand aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur schnellen Kommutierung durch einen Differenzverstärker (11) mit positiver Rückkopplung und mit negativer Rückkopplung vom Stromerfassungswiderstand (8; 8') her gebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromerfassungswiderstand (8') und die Belastungsimpedanz sich auf der Erd- oder Bezugspotentialseite in dem negativen Rückkopplungsweg befinden.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang (14) des Differenzverstärkers (11) und einem Bezugspotentialpunkt eine auf die Ausgangsspannung des Verstärkers ansprechende Meß- oder Sicherheitsschaltung (28) angeschlossen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Schaltvorrichtung durch eine 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 gegenüberliegenden Eckpunkten der BrUkkenschaltung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltung II durch eine Strombegrenzungsschaltung (22; 22') gespeist ist, die auf einen solchen Stromgrenzwert eingestellt ist, daß wenn der einem Transistorpaar (Ti, Tj oder T2, Ta) der Brückenschaltung zugeführte Strom diesen Grenzwert überschreitet, ein nicht-leitender Zustand dieses Transistorpaars (Ti, Ti oder T7, Ti) auftritt.