DE2731453B2 - Erdschlußdetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Erdschlußdetektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem typischen Erdschlußdetektor wird ein Erdschluß angezeigt, wenn zwischen (a) dem Gesamt strom, der durch ein Bündel von Wechselstromnetzlei- tern vom Generator zur Last fließt, und (b) dem Gesamtstrom, der durch diese Leiter von der Last zum Generator zurückfließt, ein Ungleichgewicht besteht. Herkömmlicherweise wird dieses Ungleichgewicht mit

ti Hilfe eines Differenzstromtransformators gemessen, der die Netzleiter als Primärwicklungen besitzt und eine Sekundärwicklung oder Meßspule aufweist. Das von dieser Spule erzeugte Signal wird synchron gegen das Wechselstromnetzpotential ermittelt oder gleichgerich-

v tet und das sich ergebende Detektorsignal integriert. Das integrierte Signal wird an einen Schwellwertdetektor angelegt, welcher immer dann eine Ausgangsanzeige liefert, wenn das integrierte Signal einen bestimmten Schwellwert übersteigt. Bei Fehlerstromschutzschaltern wird die Ausgangsanzeige dazu verwendet, einen Relaisschalter zu betätigen, der den Durchgang durch die Wechselstromnetzleiter unterbricht.

Erdschlußdetektoren, die zur Ermittlung von Erdschlüssen eine Zeitbereichsfilterung verwenden, werden wegen ihrer relativen Unempfindlichkeit gegenüber einem Meßspulensignal verwendet, das auf einem kapazitiven Ungleichgewicht zwischen den Wechselstromnetzleitern und Systemerde beruht, verglichen mit ihrer Empfindlichkeit gegenüber einem Meßspulen signal, das auf einem ohmschen Erdfehler beruht.

Bei einigen dieser Erdschlußdetektoren wird das Meßspulensignal auf einer Vollwellenbasis mit Hilfe eines elektronischen Synchronschalters erfaßt bzw.

gleichgerichtet Dieser elektronische Synchronschalter ist funktionsmäßig das Äquivalent eines kreuzweise verdrahteten, zweipoligen Umschalters, dessen Schaltvorgang entsprechend der Wechselstromnetzspannung zeitgesteuert wird. Bei anderen Erdschlußdetektoren wird das Meßspulsignal auf einer Halbwellenbasis gleichgerichtet bzw. erfaßt, und zwar mit Hilfe eines elektronischen Synchronschalters, der funktionsmäßig das Äquivalent eines einpoligen (Ein-Aus-)Scbalteirs ist, dessen Schaltvorgang entsprechend der Wechselstromnetzspannung zeitgesteuert wird. Einer der Nachteile dieser Detektoren besteht darin, daß, wenn die Wechselstromnetzleiter wesentlich ungleich hauptsächlich kapazitiv belastet werden, daß dann die Empfindlichkeit dieser Detektoren gegenüber ohmschen Erd- is Schlüssen nachläßt

Es ist bereits eine Einrichtung zur Feststellung eines Erdschkißfehlers in einer mit vorgegebener Netzfrequenz arbeitenden Starkstromanlage, die mehrere Phasenleiter und einen Null-Leiter, der an einer Stelle geerdei ist, enthält, vorgeschlagen worden (DE-PS 26 17 644). Bei der vorgeschlagenen Einrich'-jsng findet gleichzeitig auf gesondertem Wege eine Überwachung des Null-Leiters und der Phasenleiter auf Erdschluß statt Bei der vorgeschlagenen Einrichtung tritt bei Erdschluß eines der Phasenleiter ein Unsymmetriesignal auf, das über einen Synchronschalter an den Eingang eines Integrators angelegt wird. Bei einem Erdschluß des Null-Leiters nimmt eine Detektorschaltung Signale einer zweiten Frequenz wahr, die über einen mit dem Synchronschalter in Reihe geschalteten zweiten Synchronschalter ebenfalls dem Integrator zugeführt werden. Eine Berücksichtigung unterschiedlicher Kapazitäten der Phasenleiter nach Erde findet bei der vorgeschlagenen Einrichtung nicht statt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Erdschlußdetektor der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß die unerwünschte Eigenschaft verhindert wird, daß die Empfindlichkeit des Erdschlußdetektors bezogen auf einen or-Tischen Erdschluß in dem Fall verringert wird, daß die Erdkapazitäten der Stromnetzleiter im Ungleichgewicht sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung vind in de.T Unteransprüchen enthalten.

Bei der vorliegenden Erfindung wird der erwähnte Nachteil des Standes der Technik korrigiert Es wurde herausgefunden, daß er darauf beruht, daß die kapazitiven Ungleichgewichts- bzw. Fehlströme im Differenztransformator phasenverschoben werden und nachfolgend synchron gegen das WechselstromneSzpotential erfaßt bzw. gleichgerichtet werden, so daß eine unerwünschte Gleichkomponente des Detektorsignals erzeugt wird. Es zeigte sich weiter, daß die unerwünscht y, te Gleichkomponente der Gleichkomponente des Detektorsignals entgegengerichtet ist, welche von einem ohmschen Erdschluß herrührt, und daß dadurch die Amplitude des integrierten Signals, welches vom Detektorsignal abgeleitet und an den Schwellwertdetektor angelegt wird, in unerwünschter Weise vermindert wird. Weitere Untersuchungen zeigten, daß sich diese unerwünschte Komponente weiter in zwei Teilkomponenten auflösen läßt. Die erste Teilkomponente wird in anfänglichen Hälften der Wechselstromnetzhalbperioden erzeugt, während die zweite Teilkomponente in Endhälften d"T Wechselstromrietzhalbperioden erzeugt wird. Die erste und die zweite Teilkomponente neigen dazu, die auf einen ohmschen Erdfehler beruhenden Gleichkomponenten des Detcktorsignals zu unterstützen bzw. ihm entgegenzuwirken. Aufgrund der Phasenverschiebung der kapazitiven Fehlströme ist die zweite Teilkomponente größer als die erste, was im Ergebnis zu einer der auf einem ohmschen Erdschluß beruhenden Gleichkomponente des Detektorsignals entgegengesetzten Wirkung führt

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Differenz zwischen dem Gesamtstrom, der von einer Wechselstromquelle an eine Last übertragen wird, und dem, der zurückfließt, mit einer Empfindlichkeit erfaßt, die während anfänglicher Hälften der Wechselstromnetzhalbperioden wesentlich größer als während der Endhälften jener Wechselstromnetzhalbperioden ist Dadurch wird erreicht daß die erste Teilkomponente der zweiten Teilkomponente in ihrer Amplitude gleich ist oder sie übersteigt Jedwede Gleichkomponente des Detektorsignals, die auf phasenverschobene kapazitive Fehlströme zurückzuführen ist ist dpher in einem Sinn, daß die auf einem ohmschen Erorchiuß beruhende Gleichkomponente unterstützt wird, anstatt ihr entgegengerichtet zu sein. Dadurch wird die Empfindlichkeit des Detektors gegenüber ohmschen Erdschlüssen bei Anwesenheit eines kapazitiven Ungleichgewichts der Wechseistromleiter nach Masse erhalten oder sogar vergrößert

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Schaltbild eines Erdschlußdetektors gemäß der Erfindung und

Fig.2 ein schematisches Schaltbild eines Erdschlußbzw. Fehlerstromschutzschalters mit dem erfindungsgemäßen Erdschlußdetektor.

Fig. 1 zeigt einen Erdschlußdetektor für ein Dreileiter-Stromversorgungssystem mit geerdetem Null-Leiter. Der Null-Leiter 10 und die Phasenleiter 11 und 12 sind als Primärwicklungen eines Differenzstromnetztransformators 15 angeordnet. Üblicherweise besitzt dieser Transformator 15 einen Ferritkern 16, durch den die !.eiter 10, 11 und 12 gefädelt sind, und eine auf den Kern 16 gewickelte Sekundärwicklung als Meßspule. Zwischen den Anschlüssen 18 und 19 an den Enden der Sekundärwicklung 17 tritt ein Meßspulensignal auf, das von der Differenz zwischen dem gesamten Momentanstromfluß vom Generator über gewisse der Leiter 10,11 und 12 zur Last und dem gesamten Momentanstromfluß, der über die übrigen dieser Leiter von der Last zum Generator zurückfließt, abhängt.

Dieses transformierte Ungleichgewichtssignal wird an die Eingangsscha/tungskreise eines ersten einpoligen, elektronischen Synchron-Schalters 21 und eines zweiten einpoligen, elektronischen Synchron-Schalters 22 angelegt. Die Synchron-Schalter 21 und 22 sind mit ihren Ausgangsschaltungskreisen an die Eingangrschaltungskreise eines Summiernetzwerks 23 angeschlossen, welches ihre jeweiligen Ausgangssignale addiert, um sie dann an den Eingangsschaltungskreis eines nachfolgenden Integrators Z^r anzulegen. Der Integrator 25 ist ähnlich dem beim Stand der Technik verwendeten ein unvollkommener Integrator für die kombinierten Ausgangssignale der Synchron-Schalter ?1 und 22, die vom Summiernetzwerk 23 angelegt werden. Das heißt, der Integrator 25 verwendet Energiespeicherelemente in Verbindung mit e.;ergicverbrauchenden Elementen, die die gespeicherte Energie mit der Zeit verbrauchen. Das unvollkommen integrierte Ergebnis am Ausgangsschaltkreis des Integrators 25 wird an den Eingangs-

schallkreis eines Schwellwertdetektors 26 angelegt. Der Schwellwertdetektor 26 reagiert auf dieses Signal, wenn es einen bestimmten Schwellwert überschreitet, mit der Erzeugung von Erdschlußanzeigen an seinem Ausgangsschaltkrcis.

Die Synchronschalter 21 und 22, das Summiernetzwerk 23 sowie ihre Verbindungen untereinander stellen eine Detektoreinrichtung dar, die der bei bekannten Erdschlußdetektoren verwendeten ausgenommen in der Art ähnlich ist, in welcher die Zeitsteuersignale an die Schalter 21 und 22 zur Steuerung ihres Umschaltens angelegt werden. Bei bekannten Erdschlußdetektoren läßt jeder der entsprechenden Schalter 21 und 22 während abwechselnder Halbperioden der Netzfrequenz das Signal passieren. Dabei ist die Dauer, während derer sie das Signal in jeder Halbperiode passieren lassen, im wesentlichen so lang wie die gesamte Dauer der Halbperiode. Die sich außer Phase befindenden Zcitsteuersignaie für die -Schalter 21 und 22 werden beim Stand der Technik ganz einfach dadurch erzeugt, daß die außer Phase befindlichen Potentiale zwischen Null-Leiter und Phasenleiter, die auf den Leitern Il bzw. 12 erscheinen, halbwellengleichgerichtet werden. An die Gleichrichtung kann sich ein Abkappen und Begrenzen anschließen, um das Anlegen übergroßer 7xitsteuersignale an die Schalter 21 und 22 zu vermeiden. Die elektronischen Schalter 21 und 22 haben vorzugsweise die Form wiederholt angeschalteter Verstärker, damit zwischen der Meßspule 17 und dem Integrator 25 eine Signalverstärkung erzielt wird.

Beim Erdschlußdetektor von Fig. I werden die Synchronschalter 21 und 22 während abwechselnder Halbperioden der Netzspannung angeschaltet. Diese Schalter sind jedoch während jeder Halbperiode nur während einer Zeitdauer leitend, welche merklich geringer als die volle Dauer der Halbperiode ist, und etwa '/,β bis V₈ der Halbperiode beträgt. Die Zeiten, in denen die Synchronschalter das Signal hindurchlassen, liegen außerdem früh in jeder Hnibperiode der Netzspannung.

Dies wird auf folgende Weise erreicht. Das Zeitsteuersignal, das den Synchronschalter 21 das Signal passieren läßt, wird dadurch erzeugt, daß die Phase der am Leiter 11 auftretenden Strangspannung (Spannung zwischen Phasen- und Null-Leiter) um ein paar Grad vorgestellt wird, indem man sie ein Vorhaltnetzwerk 31 passieren läßt Das in der Phase vorgerückte Signal wird dann in einem Schwellwertdetektor 32 auf einen solchen Wert abgekappt, daß sich ein Zeitsteuersignai für einen Teil der Welle ergibt, der kürzer als eine Halbperiode ist. Das ZeitsteuL.signal für den Synchronschalter 22 wird in einem Vorhaltnetzwerk 41 und einem Schwellwertdetektor 42 auf ähnliche Weise erzeugt, wobei von der Strangspannung am Leiter 12 statt derjenigen am Leiter 11 ausgegangen wird.

Bei dem Erdschlußdetektor von F i g. 1 ist die aus den Elementen 21, 22 und 23 bestehende Detektoreinrichtung dann gegenüber Meßspulensignalen während des beginnenden und des mittleren Teiles jeder Halbperiode der Netzspannung immer noch empfindlich, gegenüber dem Meßspulenstrom während des letzten Teils jeder Halbwelle jedoch unempfindlich. Die Detektorempfindlichkeit wird während des mittleren Teiles jeder Halbperiode der Netzspannung, wenn das Meßspulensignal infolge eines ohmschen Erdschlusses seinen Spitzenwert hat beibehalten, so daß die Komponente des integrierten Signals, die vom Ungleichgewichtsstrom infolge eines Widerstands, d. h. eines ohmschen Erdschlusses herrührt, nur leicht vermindert wird. Die Detektorempfindlichkeil wird während des frühen Teiles einer jeden Halbperiode der Netzspannung beibehalten, wenn das Meßspulensignal infolge des kapazitiven Ungleichgewichts nahe dem Spitzenwert in einem Sinne ist, der dazu neigt, eine erste Teilkomponente des Detektorsignals, die additiv mit der auf dem ohmschen Erdschluß beruhenden Komponente kombiniert wird, zu erhöhen. Die Detektorempfindlichkeit

ίο wird jedoch im späten Teil jeder Halbperiode der Netzspannung im wesentlichen auf Null reduziert, wenn das Meßspulensignal infolge kapazitiven Ungleichgewichts nahe dem Spitzenwert in einem Sinne ist, der dazu neigt, eine unerwünschte /weite Teilkomponente des Detektorsignals, die subtraktiv mit der auf dem ohmschen Erdschluß beruhenden Komponente kombiniert wird, zu erhöhen. Dadurch wird verhindert, daß das Detektorsignal eine wirksame Gleichkomponente infolge des kapazitiven Ungleichgewichts aufweist, welche der auf einem ohmschen Erdschluß beruhenden Komponente entgegengesetzt wirkt. Das andere integrierte Detektorsignal, das an den Schwellwertdetektor 26 angelegt wird, liefert Ausgangsanzeigen für weniger schwerwiegende Erdschlüsse, je nach Wunsch.

Der Erdschlußdetektor von F i g. I liefert Anzeigen bei Erdschlüssen, die am Null-Leiter 10 auftreten oder an einem der Phasenleiter 11 und 12 auftreten. Zu diesem >2weck liefert ein Oszillator 50 ein Signal mit einer Frequenz, die einige Male höher als die

jo Netzfrequenz ist (z. B. 8 kHz, falls die Netzfrequenz 60 Hz beträgt). Dieses Signal wird über eine Einrichtung, die gewöhnlich einen Pufferverstärker 51 umfaßt, der Primärwicklung 52 eines Transformators 53 zugeführt. Die Sekundärwicklung 54 des Transformators 53 ist auf der Lastseite seiner Verbindung nach Masse in den Null-Leiter eingefügt, so daß in diesen Leiter die Schwingungen eingegeben werden. Wenn am Null-Leiter 10 auf der Lastseite sowohl der Wicklung 54 als auch des Kerns 16 ein Erdschluß auftritt, fließt im Null-Leiter 10 ein 8 kHz-Strom, der zwischen den Anschlüssen 18 und 19 der Meßspule 17 ein β kHz-Signal induziert. Dieses 8 kHz-Signal wird mit Hilfe eines Synchronschalters 55 mit einem 8 kHz-Takt erfaßt bzw. gleichgerichtet, um ein weiteres Detektonignal zu schaffen, welches im Summiernetzwerk 23 mit den Detektorsignalen von den Synchronschiltern 21 und 22 aufsummiert wird. Der elektronische Synchronschalter 55 ist als einpoliger Umschalter dargestellt, dessen an das Summiernetzwerk 23 gelieferte Signal abwechselnd vom Meßspulensignal entgegengesetzter Polaritäten zwischen den Anschlüssen 18 und i9 abhängt. Der Schalter 55 könnte jedoch durch einen einpoligen (Ein-Aus-)SchaIter ersetzt werden, der einfach wiederholt auf das Meßspulensignal einer Polarität anspricht und seine Antwort dem Summiernetzwerk 23 liefert

Der in F i g. 1 gezeigte Erdschlußdetektor kann an die Verwendung bei einem Zweileiter-Stromversorgungssystem, das nur Leiter entsprechend den Leitern 10, 11 aufweist angepaßt werden. Die Elemente 22,23,41 und 42 wurden dann entfallen, und die synchrone Detektoreinrichtung würde modifiziert so daß si" aus dem Schalter 21 besteht dessen Ausgangsschaltkreis direkt mit dem Eingangsschaltkreis des Integrators 25 verbunden wäre. Die Detektorempfindlichkeit ist während einer der Gruppen abwechselnder Halbperioden der Netzspannung Null, und während jeder der anderen Gruppen abwechselnder Halbperioden wird die Detektorempfindlichkeit im letzteren Teil der

Halbperiode verglichen mit der Empfindlichkeit während des frühen und des mittleren Teils der Halbperiode verringert.

Statt die Fmpfindlichkeit des Erdschlußdetektors während des letzten Teils der Halbperiodennetzspannung zu verringern, kann man seine Empfindlichkeit während des Anfangsteils der Halbperioden der Net-.spannung erhöhen. Dies ist die vorteilhaftere Alternative für Fehlerstromschutzschalter. Während schwerwiegender Erdschlußzustände, bei denen das Ungleichgewicht zwischen den Strömen in jeder Richtung in den Leitern 10, 11 und 12 Werte (z.B. 100 Ampere) erreicht, die zur Sättigung des Kerns 16 ausreichen, erscheint zwischen den Anschlüssen 18 und 19 kein Meßspulensignal mehr. Es ist daher erwünscht. während des Beginns jeder Halbperiode der Netzspannung eine erhöhte ErdschluQdetektorempfindlichkeit zu haben, so daß während dieser Zeit dem Integrator 25 eine ausreichende Energie zugeführt werden kann und das dem Eingang des Schwellwertdetektors 26 züge- 2η führte integrierte Signal ausreichend groß ist, um am Ausgang des Schwellwertdetektors 26 eine Erdschlußanzeige zu erzeugen. Diese Anzeige kann dann dazu verwendet werden, den /ur Auftrennung der Phasenleiter dienenden Relaisschalter zu betätigen.

Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Erdschlußdetektor, bei dem die Deiektorempfindlichkeit während des Anfangstcils der Halbperioden der Wechselspannung verstärkt wird. Dieser Erdschlußdetektor ist Teil eines Fehlerstromschutzschalters, bei dem die Erdschlußanze'^en vom Schwellwertdetektor 26 an die Gate-Elektrode eines steuerbaren Halbleitergleichrichters 60 angelegt werden, um diesen in den leitenden Zustand zu versetzen. Dadurch wird ein Stromkreis für einen vollwellengleichgerichteten Wechselstrom geschlossen, der über Dioden 61 und 62 von den Phasenleitern 11 und 12 und durch die Spule 63 eines Relaisschalters 64 fließt. Die Erregung der Spule 63 des Relaisschalters 64 bewirkt, daß der Schalter die Leitung durch die Wechselstromphasenleiter 11 und 12 unterbricht.

Der Erdschlußdetektorteil dos Fehlerstromschutzschalters Unterscheidet sich vom Erdschlußdetektor in F i g. 1 auch darin, daß der Synchronschalter, der dazu verwendet wird, ohmsche Erdschlüsse des Null-Leiters 10 festzustellen, ein Feldeffekttransistor 155 ist. Dieser Transistor ist als ein Übertragungstor geschaltet und arbeitet nicht parallel mit den Synchronschaltern 21 und 22, sondern in Kaskade nach ihnen. Dies ist aus folgendem Grund vorteilhaft. Wie in der US-Patentschrift 39 53 767 vom 27. 4. 76 ausgeführt, sind die Synchronschalter 21' und 22' vorzugsweise von einer solchen Art, daß ihre Eingangsschaltkreise für die Meßspuie 17 eine Kurzschiußlast darstellen, da hierdurch Schwankungen der Erdschlußdetektorempfindiichkeit aufgrund von Schwankungen der Permeabilität des Materials vom Kern 16 verschwinden. Synchronschalter dieser Art neigen zu einem komplexen Aufbau. Die Kaskadenschaltung des Synchronschalters zur Erfassung von Erdschlüssen des Null-Leiters 10 nach den Synchronschaltern 2Γ und 22' erlaubt es, für diesen ersteren Schalter einen solchen mit hoher Eingangsimpedanz und relativ einfachem Aufbau zu verwenden, beispielsweise in Form des einfachen Obertragungstors, das von dem einzigen Isolierschichtfeldeffekttransistor 155 gebildet wird, bei dem es sich gemäß Darstellung um einen n-Kanai-Feidcffekttransistor handelt.

Das Summier-Netzwerk 23' ist eine Modifikation des Summiernetzwerks 23 mit zwei Eingängen. Der Synchronschalter 2Γ koppelt das Signal vom Anschluß 18 zu einem ersten Eingang des Summiernetzwerks 23', wenn das Wechselstromnetzpotential vom Phasenleiter 11 positiv ist, während der Synchronschalter 22' das Signal vom Anschluß 19 auf den zweiten Eingang des Summiernetzwerks 23' koppelt, wenn das Wechselstromnetzpotential vom Phasenleiter 12 positiv ist. Wie aus dem erwähnten US-Patent 39 53 767 bekannt, dienen die Elemente 61 bis 66 dazu, Zeitsteuersignale zum Anlegen an die Synchronschalter 21' und 22' zu erzeugen, um die oben erwähnten Signalkopplungen auszuführen.

Der vom Feldeffekttransistor 155 dargestellte Synchronschalter zerhackt das vom Summiernetzwerk 23' gelieferte Detektorsignal, wodurch — im Durchschnitt — die dem Integrator 25 zur Integration zur Verfügung gestellte .Signalenergie verglichen mit dem Fall verringert wird, bei dem das Detektorsignal vom Summiernetzwerk 23' direkt an den Integrator 25 angelegt wird. Die einen N-Kanal-Feldeffekttransistor 81 einschließende Schaltung 80, die als Übertragungstor geschaltet ist, ist nur am Beginn jeder Halbperiode der Wechselstromnetzspannung durchlässig. Zu diesen Zeiten gelangt das am Ausgang des Summiernetzwerks 23' zur Verfügung stehende Detektorsignal aufgrund des Leitungszustands des Feldeffekttransistors 81 zum Eingang des Integrators 25, da der gesperrte Feldeffekttransistor 155 überbrückt wird. Hierdurch wird die Empfindlichkeit erhöht, mit welcher die Wechselspannungsnetzfrequenzkomponenten des Meßspulensignals während der Anfangsteile der Halbperioden der Wechselstromnetzspannung erfaßt werden. Der Verstärkungs- oder Erhöhungsfaktor steht im umgekehrten Verhältnis zum Tastverhältnis der an die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 155 angelegten Signale, die diesen Transistor leitend machen.

Bei einem Fehlerstromschutzschaltersystem mit einem Tastverhältnis 1 : 2 von Leitzustand zu Sperrzustand des Transistors 155 bewirkt ein Schließen des Transistors bzw. Schalters 81 für π/8 Bogengrad der Netzfrequenz am Beginn der Netzhalbperioden, daß d r Schwellwert. bei dem ohmsche Erdschlüsse gerade festgestellt werden, im wesentlichen konstant bleibt, ungeachtet des Ausmaßes des kapazitiven Ungleichgewichts zwischen Erde und den Wechselstromphasenleitern 11 und 12. Hält man den Schalter 81 während längerer Perioden geschlossen, dann führt dies dazu, daß das kapazitive Ungleichgewicht den Schwellwert absenkt, hei dem ohmsche Erdschlüsse gerade festgestellt werden. Dieser Betrieb kann erwünscht sein, um einen zusätzlichen Schutz im Fall schwerwiegender Erdschlüsse insbesondere mit kapazitivem Charakter sicherzustellen.

Das an die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors Si zur Steuerung von dessen Leitungszustand angelegte Potential wird auf folgende Weise erzeugt. Das an der gemeinsamen Kathodenverbindung der Dioden 61 und 62 auftretende voliweilengleichgerichtete Wechseistromnetzpotential wird mit Hilfe des L-Netzwerks abgeklappt Dieses L-Netzwerk enthält einen Serien-Widerstand 81' im Arm und eine Shunt-Zenerdiode 82 im Bein, zur Schaffung eines Potentials V_A, welches bei den Null-Durchgängen der Wechselstromnetzspannung auf Null fällt und ansonsten positive Werte besitzt Bei einem Null-Durchgang des Wechselstromnetzpotentials ist die Diode 83 durch ein auf der im Kondensator 84 gespeicherten Ladung beruhendes Potential in Durchlaßrichtung vorgespannt, wodurch sich ein Abflußweg

für die gespeicherte Ladung ergibt und Va Null wird. Wenn Va positiv wird, ist die Diode 83 aufgrund der Neigung des Kondensators 84 gesperrt, das Gate-Potential vom Gate des Feldeffekttransistors 84 auf Erdpotential zu halten; hierdurch wird der LadungsfluO durch die Diode 83 blockiert. Der Feldeffekttransistor 85 ist ein p-Kanal-Anreicherungstyp.

Das sich zum Positiven verändernde Potential Va erscheint an der Source-Elektrode dieses Transistors, während der Kondensator M dazu neigt, sein Gate-Potential auf Erdpotential zu halten, so daß der Feldeffekttransistor 85 in den Leitzustand vorgespannt wird und seine Drain-Elektrode auf Va klemmt. Auf diese Weise wird das um die Offset-Spannung über der Zener-Diode 86 verminderte V_A an die Gate-Elektrode des n-Kanal-Feldeffekttransistors 81 angelegt, um diesen leitend zu machen (die Diode 86 wird durch den Drain-Stromfluß durch diese Diode und den Widerstand 87 nach Masse in Sperrichtung in den Durchbruchsbereich vorgespannt). Wenn die Haibwelle des Wechselstromnetzpotentials fortschreitet, bewirkt V^ einen Ladungsfluß durch den Widerstand 88 und eine Ladungsansammlung im Kondensator 84. Aufgrund des Coulombschen Gesetzes besteht eine Neigung, daß das Potential auf der Platte des Kondensators 84, die mit der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 85 verbunden ist, ansteigt. Dieser Gate-Potentialanstieg des Feldeffekttransistors 85 reicht nach einem Bruchteil einer Halbperiode der Wechselstromnetzschwingung aus, daß die Differenz zwischen dem Source-Potential des Feldeffekttransistors 85, V₃' und seinem Gate-Potential geringer als die Schwellspannung ist, die erforderlich ist. um den Kanal des Feldeffekttransistors 85 leitend zu halten. Die Zenerdiode 86 wird nicht mehr in den Durchbruchsbereich vorgespannt, und der Widerstand 87 zieht das Gate-Potential des Feldeffekttransistors 87 auf Erdpotential, so daß die Leitung durch den Kanal des Feldeffekttransistors 81 aufhört.

Fachleute auf dem Gebiet der Zeitbereichsfilterung entnehmen der vorliegenden Offenbarung, daß es viele Alternativen in d.'r Ausführung zur Erzielung der gewünschten Zeitbereichsfilterung, die zur Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, gibt. So könnte beispielsweise die Anordnung von Fig. 2 so abgewandelt werden, daß der Ausgang des Summiernetzwerks 23' mit Hilfe eines einzigen Übertragungstors wahlweise auf den Eingang des Integrators 25 gekoppelt würde, wobei die Übertragung durch dieses Tor abhängig von einem logischen ODER-Schaltungskreis gesteuert würde, welcher die über den Widerstand 87 abfallende Spannung und die vom Oszillator 50 gelieferte Oszillatorspannung kombinieren würde.

Die Verwendung des Kanals des Feldeffekttransistors 81 als selektive Überbrückung des Kanals des Feldeffekttransistors 155 liefert jedoch einen anderen praktischen Vorteil. Im Fall, daß die Schwingungen des Oszillators 50 aussetzen, so daß der Feldeffekttransistor 155 nicht in der Lage ist, eine Verbindung zwischen dem Ausgang des Summiernetzwerks 23' und dem Eingang

M des Integrators 25 zu schaffen, stellt der periodische Leitungszustand des Feldeffekttransistors 81 diese Verbindung für einen Teil jeder Halbperiode des Netzpotentials her. Demzufolge wird die Fähigkeit, Erdschlüsse der Phasenleiter zu erfassen, welche eine größere Gefahr als Erdschlüsse des Null-Leiters darstellen, ungeachtet des Aussetzens des Oszillators 50 erhalten. Beim Aussetzen des Oszillators 50 wird allerdings die zum Ansprechen auf Erdfehler der Phasenleiter erforderliche Zeit verlängert.

Der Fehlerstromschutzschalter von F i g. 2 kann auf folgende Weise auf den Zweileiterbetrieb umgestellt werden, wobei der Leiter 12 entfällt. Die Elemente 24, 74, 75, 76, 23', 61. 62. 81 und 82 entfallen; der Ausgang des Synchronschalters 2Γ wird anstelle des Ausgangs des Summiernetzwerks 23' an den Kanal des Feldeffekttransistors 155 angelegt; die Relaisspule 63 wird zwischen die Kathode der Diode 71 und die Anode des steuerbaren Gleichrichters 60 geschaltet; ν_Λ wird von der Kathode der Zenerdiode 73 geliefert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   I. Erdschlußdetektor zur Feststellung eines ohmschen Erdschlusses an einem oder mehreren einer Vielzahl von Wechselstromnetzleitern, von denen ein erster an einem Punkt geerdet ist und die anderen jeweils eine Kapazität nach Erde aufweisen können, umfassend einen Differenzstromtransformator mit Primärwicklungen, von denen jede in einen jeweiligen Wechselstromnetzleiter einschaltbar ist, und mit einer Sekundärwicklung als Meßspule, die ein Meßspulensignal liefert, welches abhängig davon veränderlich ist, daß die in beiden Richtungen durch die Primärwicklungen fließenden Momentanströme im Ungleichgewicht sind, und umfassend ferner eine Synchrondetektorschaltung, die auf das Meßspulensignal zu Zeiten innerhalb gewisser Halbperioden des Wechselstromnetzpotentials einer der Wechselstromnetzleiter antwortet und einen Integrator enthält, dessen Ausgang mit einem ersten Schwellwertdetektor und dessen Eingang über einen Schalter wahlweise mit der Meßspule verbindbar ist, sowie eine Synchronisierschaltung enthält, die mit einem Eingang mit eimern zweiten Wechselstromnetzleiter und mit einem Ausgang mit dem Schalter verbunden ist, um diesen zusteuern, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronschaltung (31, 32; 84, 85, 88) derart ausgebildet ist, daß sie als Antwort auf das Signall an ihrem Eingang den Schalter (21 in Fig. 1, 81 in F i g. 2) während des Anfangsteils jeder abwechselnden Halbpeiiode des Potentials des zweiten Wechselstromnetzleitrrs schloßt und nachfolgend während des Endteiles dieser Halbperiode öffnet derart, daß die Synchrondelektc schaltung während des Anfangsteils jeder der gewissen Halbperioden des Wechselstromnetzpotentials gegenüber dem Meßspulensignal eine wesentlich größere Empfindlichkeit als während des Endteils dieser Halbperioden aufweist.
2. 2. Erdschlußdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierschaltung einen zweiten Schwellwertdetektor (32; 85, 86) aufweist, der mit einem Eingang über ein Vorhaltnetzwerk (31; 84, 88) mit dem zweiten Wechselstromnetzleiter (11) verbunden ist und an einem Ausgang ein Synchronisiersignal an den Schalter (21; 81) liefert.
3. 3. Erdschlußdetektor nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zweiten Schalter (22), der zusätzlich zum ersten Schalter (21) vorgesehen ist und die Meßspule (17) wahlweise in entgegengesetzter Phase mit dem Eingang des Integrators (2!5) verbindet, und durch eine zweite Synchronisierschaltung (41,42) die mit einem Eingang an einen dritten Wecbselstromnetzleiter(12)und mit einem Ausgang an den zweiten Schalter (22), um diesen zu steuern, angeschlossen ist, und die einen dritten Schwellwertdetektor (42) aufweist, der mit einem Eingang über ein zweites Vorhaltnetzwerk (41) mit dem dritten Wechselstromnetzleiter verbunden ist und an einem Ausgang ein zweites Synchronisiersignal für den zweiten Schalter (22) liefert.
4. 4. Erdschlußdetektor nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen mit dem Schalter (81) in Reihe geschalteten weiteren Schalter (2Γ) und einen dritten Schwellwertdetektor (71, 72, 73) der mit einem Eingang an den zweiten Wechselstromnetzleiter (H) und mit einem Ausgang zur Steuerung des weiteren Schalters (21') angeschlossen ist
5. 5. Erdschlußdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierschaltung zwei Dioden (61, 62) aufweist, die mit einem Vorhaltnetzwerk (88; 84) verbunden sind und an dieses und darüber an den Eingang eines zweiten Schwellwertdetektors (85, 86, 87) das Wechselstromnetzpotential einer Polarität an dem zweiten

   ίο und an dem dritten Wechselstromnetzleiter (11,12) anlegt, wobei der Ausgang des zweiten Schwellwertdetektors ein Synchronisiersignal an den Schalter (81) liefert, daß zwei weitere Schalter (21, 22) vorhanden sind, die Anschlüsse (18,19) entgegenge-

   is setzter Phase der Meßspule (17) wahlweise mit dem Schalter (81) zur nachfolgenden wahlweisen Verbindung mit dem Eingang des Integrators (25) verbinden, und daß ein dritter und ein vierter Schwellwertdetektor (71, 72, 73; 74, 75, 76) vorhanden sind, die mit jeweiligen Eingängen mit dem zweiten bzw. dem dritten Wechselstromnetzleiter (11, 12) verbunden sind und mit Ausgängen jeweils an einen anderen der beiden weiteren Schalter angeschlossen sind, um deren jeweiligen Leitzustand bei abwechselnden Halbperioden der Netzfrequenz zu steuern.
6. 6. Erdschlußdptektor nach den Ansprüchen 1, 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen Oszillator (50), der mit dem ersten Wechselstromnetzleiter (10) verbunden ist und einen dem ersten Schalter (81) parallelgeschaLeten weiteren Schalter (155) steuert.