DE2851381C2 - Fehlerstrom-Schutzschaltung für Gleich- und/oder Wechselstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fehlerstrom-Schutzschaltung für Gleich- und/oder Wechselstrom gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Fehlerstrom-Schutzschaltungen erlangen in jüngerer Zeit eine immer größer werdende Bedeutung durch die steigende Verwendung von elektrischen Geräten im Haushalt und ii> der Industrie. Durch den Einsatz von elektronischen Bauelementen in diesen elektrischen Geräten kann es jedoch zu störenden Auswirkungen in den Niederspannungsnetzen kommen. Die Störungen machen sich einmal durch die Erzeugung von Oberwellen und zum anderen durch Spannungsschwankungen bemerkbar. Solange der Stromfluß durch ein elektrisches Gerät mit elektronischen Bauelementen einen symmetrischen Verlauf hat, d. h. die Flächeninhalte im positiven und negativen Strombereich gleich sind, kommt es zu keinen störenden Auswirkungen. Erst bei einem unsymmetrischen Verlauf des Stromflusses, nämlich dem Auftreten einer Gleichstromkomponente kann das Auslöseverhalten einer Fehlerstrom-Schutzschaltung nachteilig beeinflußt werden. So ist bereits eine Fehlerstrom-Schutzschaltung bekannt deren Summenstromwandler eine Vormagnetisierungswicklung besitzt die mit einem Wechselstrom einer Frequenz beaufschlagt wird, die von der Netzfrequenz verschieden ist (DE-OS 25 55 303). Die an

ι ο der Vormagnetisierungswicklung auftretende Spannung stellt ein Maß für die Induktivität dar, mit deren Hilfe das Vorhandensein einer Magnetisierung durch einen Gleichstrom-Fehlerstrom festgestellt wird. Sobald jedoch ein Wechselstrom-Fehlerstrom auftritt besteht die Spannung an der Vormagnetisierungswicklung aus einer Oberlagerung von zwei Teilspannungea Die erste Teilspannung ist die vom Wechselstrom hervorgerufene Induktionsspannung, welche ein Maß für die Induktivität der Vormagnetisierungswicklung darstellt Die zweite Teilspannung ist dagegen die vom Wechselstrom-Fehlerstrom induzierte Spannung, die vor allem von der Änderungsgeschwindigkeit des Wechselstrom-Fehlerstromes abhängt Es kann nun vorkommen, daß die Induktivität zu zwei verschiedenen Zeiten den gleichen Wert hat, während die vom Wechselstrom-Fehlerstrom induzierte Spannung zu diesen Zeitpunkten zwei ganz verschiedene Werte hat und daher kein Maß für die Induktivität der Vormagnetisierungswicklung darstellt Aufgrund dieser Gegebenheiten kann es zu Störungen im Abschaltverhalten des Fehlerstrom-Schutzschalters kommen.

Zur Behebung dieses Nachteils ist es bekannt eine Fehlerstrom-Schutzschaltung mit einem zweiten Summenstromwandler mit einer entsprechenden Vorma- gnetisierungswicklung auszustatten (DE-OS 25 55 255). Beide Vormagnetisierungswicklungen sind in Serie geschaltet so daß sich die im ersten Wandlerkern erzeugte Spannung zu der Spannung des zweiten Wandlerkerns addiert Die betriebsstromführenden Leiter werden im ersten Wandlerkern in anderer Richtung durchgeführt als im zweiten Kern. Infolgedessen heben sich die in den zwei Wandlerkernen vom Fehlerstrom induzierten Spannungen gegenseitig mehr oder weniger vollständig auf. Allerdings ist hierzu ein zweiter Summenstromwandler erforderlich.

Zur Vermeidung der störenden Wirkung der Spannung, die vom Wechselstrom-Fehlerstrom hervorgerufen wird, kann man auch das Produkt aus Amplitude und Frequenz des Wechselstromes groß machen, indem man

so sowohl die Amplitude als auch die Frequenz dieses Wechselstromes groß wählt Dadurch wird die Haftung des Auslöseankers weniger sicher und die Empfindlichkeit gegen Erschütterungen erhöht Auch ergibt sich eine stärkere Erwärmung des Wandlerkerns durch

Wirbelströme und Hysteresis.

Es ist ein Selbstschalter unter Verwendung einer Fehlerstrom-Schutzschaltung mit Summenstromwandler bekannt der einen für solche Schutzschaltungen üblichen Prüfkreis besitzt, der über einen Taster einen Prüfstrom aus der Netzspannung ableitet (AT-PS 2 35 934). Dieser Selbstschalter besitzt zwei Meßglieder in Form eines Kurzschlußmagneten zur Auslösung im Kurzschlußfall und einen thermischen Auslöser, der auf Überstrom anspricht. Beide Meßglieder sind mit einer eigenen Schaltstange verbunden, die über entsprechende Kontaktbrücken den Taster überbrücken und somit im Gefahrenfall die Auslösung bewirken. Das Einsatzgebiet des Selbstschalters beschränkt sich auf die

Auslösung bei Wechselstrom-Fehlerstrom, bei Kurzschluß und bei Oberstrom.

Der Erfindung liegt ausgehend von der DE-OS 25 55 302 die Aufgabe zugrunde, eine Fehlerstrom-Schutzschaltung der eingangs geschilderten Art mit einer Auswerteschaltung zu versehen, die in der Lage ist, den Einfluß der vom Wechselstrom-Fehlerstrom hervorgerufenen Spannung von 50 Hz, die die Spannung von 1000 Hz eines für die Vormagnetisierung des Summenstromwandlers vorgesehenen Frequenzgenerators überlagert, auf ein unschädliches Maß für die nachfolgenden Schaltelemente herabzusetzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen schaltungstechnischen Maßnahmen gelöst Dabei ist das Filterglied besonders wichtig.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß unter Einschaltung eines einzigen Filtergliedes die vom Wechselstrom-Fehlerstrom ^:nduzierte Spannung in ausreichendem Maße unwirksam gemacht wird, so daß einzig und allein die vom Wechselstrom induzierte Spannung ein Maß für die induktivität der Vormagnetisierungswicklung sowohl im Fall eines Gleichstrom-Fehlerstromes als auch Wechselstrom-Fehlerstromes verantwortlich ist

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Hierbei betreffen die Ansprüche 2 und 3 den Einsatz von Operationsverstärkern in den Schaltgliedern, die Ansprüche 4 und 5 die Ausbildung des Filtergliedes.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt die Figur eine Fehlerstrom-Schutzschaltung in Form eines Blockschaltbildes.

Nach der Figur ist in der Fehlerstrom-Sdiutzschaltung eine Stromquelle 1 mit hohem Innenwiderstand enthalten, die einen konstanten Wechselstrom von einigen mA effektiv und einer Frequenz von etwa 1000 Hz über eine Hilfswicklung 2 leitet, die auf einem Summenstromwandler 3 aufgebracht ist Die an der Hilfswicklung 2 abgegriffene Spannung wird einem Filterglied 4 zugeführt, das auf eine Frequenz von z. B. 1000 Hz abgestimmt ist Das bedeutet, daß eine am

ι ο Eingang des Filtergliedes auftretende Wechselspannung von 50 Hz sich im Vergleich zur Spannung von 1000 Hz nicht mehr auf die nachfolgende Schaltung auswirken kann. Die Hilfswicklung 2 kann sowohl eine besondere Spule, durch welche der Wechselstrom der Stromquelle 1 fließt, als auch identisch mit der Sekundärspule sein, welche beim normalen Fehlerstrom-Schutzschalter direkt mit der Spule des Auslösers verbunden ist Am Ende des Filtergliedes 4 wirkt sich somit nur die Spannung aus, die aufgrund des eingeprägten Stromes der Stromquelle gegeben ist Anschließend wird diese Spannung einem Gleichrichterglied 5 zugeführt und gleichgerichtet An das Gleichrichterglied kann u. U. ein Tiefpaß 6 eingesetzt werden, der die gleichgerichtete Spannung glättet Anschließend findet eine Verstärkung in einem Differenzverstärker 7 statt. Hierbei wird die Eingangsspannung mit einer Referenzspannung verglichen, wobei bei einem Absinken der Eingangsspannung unter die Referenzspannung ein steuerbares Halbleiterglied 8 angesteuert wird, das die Abschaltung des Schalters bewirkt Das steuerbare Halbleiterglied liegt parallel zum Taster 9 eines Prüfkreises 10. Eine Sekundärwicklung 11 ist direkt mit dem Auslöser 12 verbunden, der über ein Schaltschloß 13 die Kontakte 14 betätigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Fehlerstrom-Schutzschaltung für Gleich- und/ oder Wechselstrom, mit einem Summenstromwandler, dessen Primärwicklungen aus-den Leitern eines Wechsel- oder Drehstromnetzes bestehen und dessen Sekundärwicklung mit einem Auslöser verbunden ist, mit einer Wechselstromquelle, die Ober eine Hilfswicklung eine Vormagnetisierung des Summenstromwandlers mit einer von der Netzfrequenz abweichenden Frequenz erzeugt, und mit einem Prüfkreis, der über einen Taster einen Prüfstrom aus der Netzspannung ableitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswicklung (2) parallel zur Stromquelle (1) an eine Auswerteschaltung geschaltet ist, deren erstes Teil ein auf die Frequenz der Stromquelle abgestimmtes Filter (4) ist, an das nacheinander als weitere Teile ein Gleichrichterglied (5), ein Differenzverstärker (7) und dann ein steuerbares Halbleiterglied (8) geschaltet sind, dessen Ausgang unter Umgehung des Tasters (9) des Prüfkreises (10) in bekannter Weise mit einem der Leiter und dem Mittelpunktsleitef verbunden ist

2. Fehlerstrom-Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (1), das Filter (4), das Gleichrichterglied (5) und der Differenzverstärker (7) jeweils einen Operationsverstärker gleichen Typs enthalten, die in einem gemeinsamen Bauelement zusammengefaßt sind.

3. Fehlerstrom-Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gleichrichterglied (5) und dem Differenzverstärker (7) ein aus einem ÄC-Glied bestehender Tiefpaß (6) eingeschleift ist, dem ein Operationsverstärker zugeordnet ist

4. Fehlerstrom-Scliutzschaltung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet daß das Filter (4) als Bandpaß ausgebildet ist und im wesentlichen aus einem RC-G\ied besteht, das zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang des zugehörigen Operationsverstärkers geschaltet ist

5. Fehlerstrom-Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (4) aus einer Serienschaltung von mehreren Hochpässen besteht.