DE2851381C2

DE2851381C2 - Residual current protection circuit for direct and / or alternating current

Info

Publication number: DE2851381C2
Application number: DE2851381A
Authority: DE
Inventors: Nicolas Luxemburg-Hollerich Gath
Original assignee: Felten & Guilleaume Energietechnik 5000 Koeln De GmbH; Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Priority date: 1978-02-02
Filing date: 1978-11-28
Publication date: 1983-12-08
Also published as: IT1164957B; DK43479A; ES476787A1; GB2017434A; FR2416580A1; ATA19179A; GB2017434B; BE873454A; LU78992A1; IT7919329A0; DE2851381A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Fehlerstrom-Schutzschaltung für Gleich- und/oder Wechselstrom gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a residual current protection circuit for direct and / or alternating current according to the Preamble of claim 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 beiResidual current protective circuits have recently become more and more important due to the increasing use of electrical appliances in the home and ii> the industry. Through the use of electronic components in these electrical Devices can, however, have disruptive effects in the low-voltage networks. The disturbances make themselves on the one hand by the generation of harmonics and on the other hand by voltage fluctuations noticeable. As long as the current flow through an electrical device with electronic components a has a symmetrical course, d. H. the areas in the positive and negative current range are the same, there are no disruptive effects. Only at; only when 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 anan asymmetrical course of the current flow, namely, the occurrence of a direct current component, the tripping behavior of a residual current protective circuit can be adversely affected. A residual current protective circuit is already known whose summation current transformer has a bias winding with an alternating current a frequency is applied which is different from the mains frequency (DE-OS 25 55 303). The on

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 dieι ο voltage occurring in the premagnetization winding represents a measure of the inductance, with the help of which the presence of magnetization by a DC residual current is detected. However, as soon as an alternating current fault current occurs, the 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 DieVoltage on the bias winding from a superposition of two partial voltages a The first Partial voltage is the induction voltage produced by the alternating current, which is a measure of the inductance of the bias winding 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 denThe second partial voltage, on the other hand, is the voltage induced by the alternating current fault current, which is mainly depends on the rate of change of the alternating current fault current It can now happen that the inductance at two different times 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 eshas the same value, while the voltage induced by the alternating current fault current has two completely different values at these points in time and therefore none It can represent a measure of the inductance of the premagnetization winding zu Störungen im Abschaltverhalten des Fehlerstrom-Schutzschalters kommen.there may be malfunctions in the switch-off behavior of the residual current circuit breaker.

Zur Behebung dieses Nachteils ist es bekannt eine Fehlerstrom-Schutzschaltung mit einem zweiten Summenstromwandler mit einer entsprechenden Vorma-To remedy this disadvantage, it is known to use a residual current protective circuit with a second summation current transformer with a corresponding premachine. 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 betriebsstromführendenEquip gnetisierungswickeln (DE-OS 25 55 255). Both bias windings are in series switched so that the voltage generated in the first converter core becomes the voltage of the second Transformer core adds the operating current-carrying 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 einConductors become conductors in the first converter core in another Direction carried out as in the second core. As a result, those in the two converter cores stand out from the Residual current induced voltages mutually more or less completely. However, this is a zweiter Summenstromwandler erforderlich.second summation current transformer required.

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 manTo avoid the disturbing effect of the voltage, which is caused by the alternating current fault current, one can also use the product of amplitude and Making frequency of alternating current large by making

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 durchso both the amplitude and the frequency of this Alternating current selects large This makes the adhesion of the tripping armature less reliable and increases the sensitivity to vibrations. This also results increased heating of the converter core

Wirbelströme und Hysteresis.Eddy currents and 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 einenA circuit breaker using a residual current protective circuit with a summation current transformer is known from the one for such protective circuits usual test circuit that has a button via a 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 einerTest current derived from the mains voltage (AT-PS 2 35 934). This circuit breaker has two measuring elements in the form of a short-circuit magnet for tripping in the Short circuit and a thermal release that responds to overcurrent. Both measuring elements are with one eigenen Schaltstange verbunden, die über entsprechende Kontaktbrücken den Taster überbrücken und somit im Gefahrenfall die Auslösung bewirken. Das Einsatzgebiet des Selbstschalters beschränkt sich auf dieconnected to their own switch rod, which bridge the button via corresponding contact bridges and thus cause the release in the event of danger. The field of application of the automatic switch is limited to the

Auslösung bei Wechselstrom-Fehlerstrom, bei Kurzschluß und bei Oberstrom.Tripping in the event of an alternating current fault current, in the event of a short circuit and at 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.The invention is based on DE-OS 25 55 302 the object of a fault current protection circuit of the type described above to be provided with an evaluation circuit that is capable of is, the influence of the voltage of 50 Hz caused by the alternating current leakage current, which the voltage of 1000 Hz of a frequency generator provided for the premagnetization of the summation current transformer superimposed to reduce to a harmless level for the following switching elements.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen schaltungstechnischen Maßnahmen gelöst Dabei ist das Filterglied besonders wichtig.This object is achieved according to the invention by the circuitry specified in the characterizing part of claim 1 Measures solved The filter element is particularly important.

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 istThe advantages achieved by the invention are that by the AC fault current out through a single filter ^element: nduzierte voltage sufficiently is disabled so that solely induced by the alternating voltage is a measure of the inductance of the bias winding both in the case a direct current fault current as well as an alternating current fault current is responsible

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.Advantageous embodiments of the subject matter of claim 1 can be found in the subclaims. Here, claims 2 and 3 relate to the use of operational amplifiers in the switching elements that Claims 4 and 5 the formation of the filter member.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt die Figur eine Fehlerstrom-Schutzschaltung in Form eines Blockschaltbildes.An exemplary embodiment is shown in the drawing and is described in more detail below. It shows the figure a residual current protective circuit in the form a block diagram.

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 amAccording to the figure is in the fault current protection circuit contain a power source 1 with high internal resistance, the a constant alternating current of a few mA effective and a frequency of about 1000 Hz via an auxiliary winding 2, which on a Summation current transformer 3 is applied. The voltage tapped at the auxiliary winding 2 is a Filter member 4 is fed to a frequency of z. B. 1000 Hz is tuned This means that an 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.ι ο input of the filter element occurring alternating voltage of 50 Hz compared to the voltage of 1000 Hz can no longer affect the subsequent circuit. The auxiliary winding 2 can be both special Coil through which the alternating current of power source 1 flows and be identical to the secondary coil, which in normal residual current circuit breakers is directly connected to the release coil Am At the end of the filter element 4, only the voltage that is due to the impressed current has an effect the current source is given. This voltage is then fed to a rectifier element 5 and rectified A low-pass filter 6 can, under certain circumstances, be used on the rectifier element to provide the rectified Voltage smooths Then amplification takes place in a differential amplifier 7. Here the Input voltage compared with a reference voltage, with a decrease in the input voltage a controllable semiconductor element 8 is driven under the reference voltage, which disconnects the Switch causes the controllable semiconductor element is parallel to the button 9 of a test circuit 10. One The secondary winding 11 is directly connected to the release 12, which connects the contacts 14 via a switch lock 13 actuated.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

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 ist1. Residual current protective circuit for direct and / or alternating current, with a summation current transformer, whose primary windings from the conductors of a AC or three-phase network exist and its secondary winding with a trigger is connected to an alternating current source, the over an auxiliary winding a bias of the Summation current transformer generated with a frequency deviating from the mains frequency, and with a test circuit which derives a test current from the mains voltage via a button, characterized in that the auxiliary winding (2) is connected in parallel to the current source (1) to a Evaluation circuit is connected, the first part of which is a tuned to the frequency of the power source The filter (4) is connected to a rectifier element (5), a differential amplifier (7), one after the other as further parts. and then a controllable semiconductor element (8) are connected, the output of which is bypassed the button (9) of the test circuit (10) is connected in a known manner to one of the conductors and the center line

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.2. Residual current protective circuit according to claim 1, characterized in that the current source (1), the filter (4), the rectifier element (5) and the differential amplifier (7) each contain an operational amplifier of the same type, which in one common component are summarized.

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 ist3. Residual current protective circuit according to claim 2, characterized in that between the rectifier element (5) and the differential amplifier (7) a low-pass filter consisting of an ÄC element (6) is looped in, to which an operational amplifier is assigned

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 ist4. Fault current protection circuit according to one of claims I to 3, characterized in that the filter (4) is designed as a bandpass filter and consists essentially of an RC-G \ ied which is connected between the inverting input and the output of the associated operational amplifier

5. Fehlerstrom-Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (4) aus einer Serienschaltung von mehreren Hochpässen besteht.5. Residual current protective circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Filter (4) consists of a series connection of several high-pass filters.