DE2757030C3 - Schaltungsanordnung zum Messen von Wechselspannung und zum gleichzeitigen Unterdrücken von Abschaltspannungsspitzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Messen von Wechselspannung und zur gleichzeitigen Unterdrückung der beim Abschalten entstehenden Abschaltspannungsspitzen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist beispielsweise anwendbar bei der Prüfung von Fehlerstrom- oder Fehlerspannungsschutzschaltern. Derartige Schutzschalter funktionieren ordnungsgemäß, wenn sie beispielsweise bei Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes der Spannung zwischen Schutzleiter und Erde, der sogenannten Berührungsspannung, ansprechen und die betroffene elektrische Anlage vom Netz abschalten. Bei der Prüfung von Schutzschaltern wird nun durch eine Art künstlicher Steigerung der Berührungsspannung das Funktionieren der Schutzschalter untersucht. Insbesondere ist dabei die Spannungsmessung im Augenblick des Ansprechens des Schutzschalters, d. h. des Abschaltens der Anlage vom Netz wichtig. Allerdings entstehen in diesem gleichen Augenblick Abschaltspannungsspitzen, wenn nämlich in der Anlage Induktivitäten (z. B. Motoren, Transformatoren) vorhanden sind. Es ist einleuchtend, daß diese Spannungsspitzen den momentanen Meßwert verfälschen, falls die Abschaltung nicht zufällig im Nulldurchgang der Wechselspannung auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bei Abschaltung entstehenden Abschaltspannungsspitzen in einfacher und sicherer Weise zu unterdrücken, damit die gleichzeitig erfolgende Spannungsmessung nicht verfälscht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung gelöst, bei welcher ein Kondensator mit dem einen Anschluß direkt und mit dem anderen Anschluß über einen ersten Schaltkontakt an die zu messende Wechselspannung angeschlossen ist und über einen zweiten Schaltkontakt zum Schaltungsausgang führt, wobei die beiden Kontakte so durch Wechselspannung gesteuert werden, daß wenn der eine Kontakt geschlossen ist, der zweite geöffnet ist und umgekehrt, und bei parallel zum Ausgang ein Meßkondensator liegt Was nun die Art der Kontakte angeht und deren Steuerung durch Wechselspannung, so kann es sich zum Beispiel um die mechanischen Kontakte von Relais handeln. In diesem Fall liegen beide Relais einzeln für sich jeweils in Reihe mit einem Vorwiderstand und einer Diode an Wechselspannung. Damit die Relaisfunktion die beschriebene Art der Kontaktgabe erzielt, haben die beiden Relais Arbeits-Kontakte und die beiden Dioden liegen antiparallel.

Natürlich können die Kontakte auch durch elektronisehe Bauelemente gebildet werden, so zum Beispiel durch optoelektronische Koppelelemente oder Koppler, von denen der Fototransistor bei Beleuchtung durch mit eingebaute Leuchtdiode einen geschlossenen Kontakt ergibt und einen geöffneten Kontakt, wenn die Leuchtdiode dunkel ist

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt anhand welcher sie näher beschrieben werden soll.

Fig. 1 enthält die Prinzipschaltung,

jo F i g. 2 eine Ausführung mit Relais und

F i g. 3 eine Ausführung mit optoelektronischem Koppler.

In der Schaltung der F i g. 1 sind die Anschlüsse 1 und 2 der Eingang für die zu messende Wechselspannung.

Ein als Zwischenspeicher dienender Kondensator 3 liegt an der einen Seite am Eingang 1 und Ausgang 7, mit der anderen Seite über einen Schaltkontakt 4 am Eingang 2 und über einen weiteren Schaltkontakt 5 am Ausgang 6. Parallel zum Schaltungsausgang 6,7 ist ein Kondensator 8 geschaltet der als Meßkondensator dient.

Die Funktion der Schaltkontakte ist nun die folgende: Beide Kontakte öffnen und schließen wechselseitig, gesteuert durch Wechselspannung. Wenn beispielsweise der Kontakt 4 während der positiven Halbwelle geschlossen ist, so ist gleichzeitig Kontakt 5 geöffnet. Umgekehrt wird in der negativen Halbwelle Kontakt 5 geschlossen und Kontakt 4 geöffnet.

In diesem Fall lädt sich der Kondensator 3 nur während der positiven Halbwelle auf und gibt dann während der folgenden negativen Halbwelle seine Ladung zum Teil auf den Meßkondensator 8 ab. Nach einigen wenigen Halbwellen ist dann an diesem Kondensator der Spitzenwert der Wechselspannung meßbar.

Eine praktische Realisierung dieser Prinzipschaltung ist aus F i g. 2 ersichtlich. Hierin sind die Schaltkontakte 4 und 5, die Arbeitskontakte von genügend trägheitsfreien elektromechanischen Relais, z. B. Reed-Relais. Die Relais-Spulen 9,13 sind jeweils mit einer Diode 10

bo bzw. 14 und einem Vorwiderstand 11 bzw. 15 in Reihe und liegen an Wechselspannung. Durch entgegengesetzte Anordnung der Durchlaßrichtungen der beiden Dioden 10,14 wird die anhand der F i g. 1 beschriebene wechselnde Kontaktgabe erzielt.

b Statt zweier Relais wäre auch nur ein Relais möglich, z. B. eines mit einem Umschaltekontakt oder auch ein polarisiertes Relais, wobei der untere Anschluß des Kondensators 3 abwechselnd mit Eingang 4 und

Ausgang 6 (F i g. 1) verbunden würde oder abwechselnd mit der Diode 12 oder Diode 16. Diese beiden Dioden 12, 16 dienen als Ventile, indem sie die Entladung der Kondensatoren 3, 8 »rückwärts« verhindern. Zum zeitlichen Verlauf ist noch zu erläutern, daß beispielsweise Relais 9 erst nach dem Nulldurchgang anzieht und den Kontakt 4 schließt Auch erfolgt die anschließende öffnung dieses Kontaktes 4 kurz vor dem Nulldurchgang der gleichen Halbwelle. Analoges gilt für das andere Relais 13, so daß insgesamt um jeden Nulldurchgang des Wechselspannungsverlaufs ein kurzes Zeitintervall gegeben ist, während dessen weder Kontakt 4 noch Kontakt 5 geschlossen ist

Eine elektronische Version der Kontaktgabe ist in F i g. 3 dargestellt in welcher die beiden optoelektronischen Koppler 17,18 sozusagen die Rolle der Relais mit Kontakt übernehmen. Die optoelektronischen Koppler 17,18 bestehen im Wesentlichen aus einer Leuchtdiode 19 bzw. 20 und einem Fototransistor 4' bzw. 5'. Bei Stromfluß in Durchlaßrichtung leuchtet nun die betreffende Leuchtdiode auf und schaltet damit den Fototransistor durch, der den betreffenden geschlossenen Kontakt darstellt. Durch die Antiparallelschaltung der beiden Leuchtdioden 19, 20 wird erreicht, daß die eine nur in der positiven Halbwelle und die andere nur in der negativen Halbwelle leitend wird und somit aufleuchtet. Damit werden die »Schalter« 4', 5' in gleicher Art abwechselnd geöffnet und geschlossen wie zu F i g. 1 beschrieben.

Die Unterdrückung der Abschalt-Spannungsspitze bei mit Induktivitäten behaftetem Netz läßt sich nunmehr anhand jeder der drei Figuren erläutern. Es sei Schulter 4 bzw. 4' in der positiven Halbweile geschlossen. Da Schalter 5 bzw. 5' nur in der negativen Halbwelle geschlossen ist, kommt also nur die positive Halbwelle zur Messung auf Kondensator 8. Das heißt die positive Halbwelle wird zeitlich erst während der ίο nächsten (negativen) Halbwelle meßbar. Man braucht in diesem Falle also nur die während der positiven Halbwelle erfolgende Netzabschaltung, d. h. die während der positiven Halbwelle entstehende Abschalt-Spannungsspitze zu betrachten. Diese Spannungsspitze geiangt natürlich auf den Zwischenspeicherkondensator 3. Da aber das Netz während der positiven Halbwelle abgeschaltet wurde, folgt also keine negative Halbwelle nach und damit kann die fehlerhafte Abschaltspannung nicht auf den Meßkondensator übertragen werden. 2(i Damit wird das Ziel erreicht, nur die Wechselspannung (genauer: deren Spitzenwert) zu messen.

Zur Messung und Speicherung des Meßwerts bietet sich die Spannungsmessung am Meßkor.densator 8 mittels üblicher Feldeffekttransistor-Schaltung an. Unter der Voraussetzung, daß beide Kondensatoren 3, 8 hochwertig in bezug auf den Isolierwiderstand des Dielektrikums sind, kann der Meßwert sehr lange Zeit gespeichert und angezeigt werden.

Hierzu 1 B'.att Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Messen von Wechselspannung und zur gleichzeitigen Unterdrückung der beim Abschalten entstehenden Abschaltspan- -nungsspitzen, gekennzeichnet durch einen Kondensator (3), dessen einer Anschluß direkt und dessen anderer Anschluß über einen ersten Schaltkontakt (4) an die zu messende Wechselspannung (1, 2) angeschlossen ist und über einen zweiten Schaltkontakt (5) zum Schaltungsausgang (6, 7) führt, wobei die beiden Schaltkontakte (4, 5) derart durch Wechselspannung gesteuert werden, daß wenn der eine Schaltkontakt (4) in der positiven Halbwelle geschlossen, der andere Schaltkontakt (5) geöffnet ist und umgekehrt, sowie durch einen Meßkondensator (8) parallel zuin Ausgang (6,7).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkontakte (4, 5) die von zwei Relais (9, 13) sind, die mit jeweils einem Vorwiderstand (11 bzw. 15) und einer Diode (10 bzw. 14) in Reihe geschaltet sind, wobei die beiden Dioden (10, 14) in unterschiedlicher Durchlaßrichtung geschaltet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltkontakte von den Fototransistoren (4' bzw. 5') optoelektronischer Koppler (17, 18) gebildet werden, deren Leuchtdioden (19 bzw. 20) antiparallel geschaltet liegen.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung am Meßkondensator (8) mittels Feldeffekttransistor praktisch leistungslos gemessen wird.