DE2914593C2

DE2914593C2 - Erdschlußdetektor

Info

Publication number: DE2914593C2
Application number: DE2914593A
Authority: DE
Inventors: Yukio Ikeda Osaka Miyazaki; Mitsugu Osaka Taketa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1978-04-11
Filing date: 1979-04-10
Publication date: 1986-11-27
Also published as: US4234900A; FR2422961B1; GB2019139A; NL186481C; NL7902867A; GB2019139B; FR2422961A1; DE2914593A1; JPS5633937B2; NL186481B; JPS54135331A

Description

Beschreibung

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

Die üblichen Erdschlußdetektoren oder Fehlerstromschutzschaltungen wurden bisher aus mechanischen Elementen hergestellt, während sie seit einigen Jahren im Hinblick auf deren mangelhafte Leistung mehr und mehr aus elektronischen Elementen aufgebaut werden. Infolgedessen konnte ein Nullphasenkomponenten-Stromtransformator zur Umwandlung von Erdschlußströmen in entsprechende Spannungen mit kleinen Abmessungen ausgelegt werden, woraus sich der Vorteil einer kostensparenden Herstellung von Erdschlußdetektoren ergibt Elektronische Erdschlußdetektoren bestehen im allgemeinen aus einem Verstärker zur Verstärkung eines Signals entsprechend dem gemessenen Strom aufgrund eines Erdschlusses in einer zugeordne-

zur Verzögerung eines Ausgangssignals vom Verstärker, einer Signalformerschaltung zur Formung des Verlaufs des Ausgangsstroms des Zeitverzögerungsgliedes und einem durch Durchschalten auf einen Ausgangsstrom von der Signalformerschaltung ansprechenden Thyristor, der im leitenden oder durchgeschalteten Zustand einen zugeordneten Schaltkreisunterbrecher bzw. Schutzschalter zur Unterbrechung der elektrischen Anlage ansteuert Da die Signalformerschaltung den Ausgangsstrom dem Thyristor über einen Widerstand zuführt und dadurch den Thyristor durchschaltet, verringert sich ihr Ausgangsstrom, wenn der Thyristor zur Betätigung des Schutzschalters durchschaltet Hieraus ergibt sich der Nachteil, daß die Signalformerschaltung den Thyristor nicht weiterhin mit einem Steuerstrom speisen kann. Dieser Nachteil bedingt, daß diese Erdschlußdetektoren nicht stabil arbeiten können und daß die Signalformerschaltung einen hohen Stromverbrauch aufgrund des durch den angeschlossenen Widerstand bestimmten Steuerstroms besitzt

Aus der DE-OS 24 01 612 ist ein Erschlußdetektor der eingangs genannten Art bekannt, der für Blindstromerschlußfehler unempfindlich sein, aber auf bereits kleine Wirkstromerdschlußfehter ansprechen können soll. Um dies zu erreichen, ist der bekannte Erdschlußdetektor mit Mitteln ausgestattet, welche mit der Sekundärwicklung eines Erdschlußfühlers zusammengeschaltet sind und bei einem in dieser Sekundärwicklung induzierten, in Phase befindlichen Erdschlußfehlersignal die Veränderung einer Gleichspannungsausgangsgröße erzeugen, während bei einem Blindstromfehlersignal in der Sekundärwicklung keine Änderung der Gleichspannungsausgangsgröße erfolgt, wobei ferner Mittel vorgesehen sind, welche bei einer vorbestimmten Größe der Veränderung der Gleichspannungsausgangsgröße der zuerst genannten Mittel ansprechen und den elektrischen Auslösemechanismus speisen.

Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel umfaßt eine Signalformerschaltung einen Transistor, über dessen Kollektor-Emitterstrecke der Schaltstrom zu einer Reihenschaltung aus Widerständen geliefert wird. Da die Basisspannung des Transistors über einen Kondensator und einen Widerstand auf einem bestimmten Spannungswert festgehalten wird, ergeben sich auch hier die weiter unten anhand der Flg. 1 —3 erläuterten Nachteile.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des in der DE-OS 24 01612 beschriebenen Erdschlußdetektors sind zur Stabilisierung der Steuerspannung, die einem Schaltelement zugeführt wird, ein Widerstand und ein Kondensator an den Steueranschluß des Schaltelements angeschaltet. Durch diese Maßnahme wird aber das Schaltelement träge, was bei einer derartiger? Schaltung unerwünscht ist Die Kapazität dient dabei zur Unterdrückung von Ausgleichsvorgängen am Steueranschluß des Schaltelements.

Weiterhin ist aus der DE-OS 20 36 134 ein Erdschlußdetektor bekannt, der nicht auf kurze Übergänge ansprechen soll und bei dem ein Schaltelement über eine Doppelbasisdiode angesteuert wird. Durch eine solche Doppelbasisdiode werden aber auch nicht die weiter unten anhand der Fig. 1 bis 3 erläuterten Schwierigkeiten beseitigt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den Erdschlußdetektor der eingangs definierten Art hinsichtlich einer stabilen Arbeitsweise und eines geringen Stromverbrauchs zu verbessern.

Dic5c Aufgäbe Wird bei ciiiciii EidSC'iiluGucickiur

nach dem Oberbegriff des Patentanspruches erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Patentansprüchen 2 bis 4.

Die Erfindung ermöglicht so einen Erdschlußdetektor, der stabil und mit geringem Stromverbrauch arbei-

let. Außerdem hat der Erdschlußdetektor auch eine ausgezeichnete Temperaturkenniinie.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher ei läutert. Es zeigt

Rg. 1 ein teilweise in Blockschaltbildform gehaltenes : Schaltbild eines bisherigen Erschlußdetektors,

Rg. 2 ein Schaltbild eines bisherigen Zeitverzögerungsgliedes tung und einer damit in Reihe geschalteten, bisherigen Signalformerschaltung zur Verwendung bei '; der Anordnung nach Rg. 1,

Rg. 3 ein Rg. 1 ähnelndes Schaltbild, welches die Anordnung nach Rg. 1 mit der Signalformerschaltung nach Rg. 2 zeigt,

^: Rg. 4 eine graphische Darstellung von Rechteckimpulsen, wie sie am Ausgang der Signalformerschaltung bei der Anordnung nach Rg. 3 erscheinen,

Kg. 5 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Signalformerschaltung mit einem an ihren Eingang angeschlossenen Zeitverzögerungsglied,

Rg. 6 eine Rg. 5 ähnelnde Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

Rg. 7 ein teilweise in Blockschaltbildform gehaltenes Schaltbild eines Erdschlußdetektors mit Merkmalen nach der Erfindung und '

Rg. 8 ein Schaltbild zur Verdeutlichung der Einzelheiten der Anordnung gemäß Rg. 7

Der in Rg. 1 dargestellte bisherige Erdschlußdetektor umfaßt eine Wechselstromleitung 10, zwei in diese eingeschaltete Schutzschalter 12 und einen Nullphasen-■ komponenten-Stromtransformator 14 mit einer elektro- _t magnetisch an die Wechselstromleitung 10 angekoppelten Primärwicklung. Der Stromtransformator 14 weist eine Sekundärwicklung auf, die über zwei Ausgangsklemmen E\ und E₂ über zwei Eingänge eines Differenzverstärkers 16 geschaltet ist, dessen Ausgangsklemme Ei mit einem Zeitverzögerungsglied 18 verbunden ist, das seinerseits über eine Ausgangsklemme Ea an eine Signalformerschaltung 20 angeschlossen ist. Letztere ist mit einer Ausgangsklemme E₅ an die Steuerelektrode eines Thyristors 22 angeschlossen, der eine Kathode und eine Anode aufweist, welche mit einer Unterbrecher-, wicklung 24 beider Schutzschalter 12 und weiterhin über einen nachgeschalteten Spannungsabfall-Widerstand 26 mit einer Versorgungsleitung Ee verbunden ist, welche an den Verstärker 16, das Zeitverzögerungsglied 18 und die Signalformerschaltung 20 angeschlossen ist.

Die Verzweigung zwischen der Unterbrecherwicklung 24 und dem Stromabfall-Widerstand 26 ist weiterhin mit der einen Seite eines Glättungskondensators 28 j verbunden, der über eine Reihenschaltung aus einer Γ Halbleiter-Gleichrichterdiode 30 und einer Wechsel-Stromquelle 32 geschaltet ist Die die Ausgangswechselspannung von der Stromquelle 32 gleichrichtende Diode 30 ist so gepolt, daß der gleichgerichtete Aus-' gangsstrom zum Thyristor 22 über die Unterbrecherwicklung 24 sowie über den Widerstand 26 zur Signalformerschaltung 20, zum Zeitverzögerungsglied 20 und zum Differenzverstärker 16 geleitet wird. Die Verzweigung zwischen der Wechselstromquelle 32 und der änderen Seite des Glättungskondensators 28 ist mit einer Versorgungsleitung Εη verbunden, die ihrerseits an die Kathode des Thyristors 22, die Signalformerschaltung 20, das Zeitverzögerungsglied 18 und den Differenzverstärker 16 angeschlossen ist.

Das Zeitverzögerungsglied 18 und die Signalformerschaltung 20 können beispielsweise den Schaltungsaufbau gemäß Hg. 2 besitzen. Dabei weist das Zeitverzögerungsglied 18 zwei Konstantstromquellen 34 und 36 auf, die in Reihe über die Versorgungsleitungen E_b und Εη geschaltet sind. Die Konstantstromquelle 34 ist über einen die Verzögerungszeit bestimmenden Kondensator 38, der über die Konstantstromquelle 36 geschaltet ist, mit der Ausgangsklemme Et, sowie mit der Versorgungsleitung Ei verbunden.

Die Konstantstromquelle 34 erzeugt am Ausgang £₃ des Differenzverstärkers 16 einen vorbestimmten konstanten Strom, mit dem der Kondensator 38 aufgeladen wird. Wenn der Kondensator 38 auf eine vorbestimmte Spannung oder mehr aufgeladen ist, wird er aktiviert bzw. wirksam, wobei der Ausgang £3 durch das Zeitverzögerungsglied 18 verzögert wird. Die Konstantstromquelle 36 vermag andererseits den Kondensator 38 zu entladen.

Die Signalformerschaltung 20 umfaßt einen npn-Transistor 40 mit einer Basis und einem Emitter, der über den Kondensator 38 und somit über die Klemme Ee, und die Versorgungsleitung £7 geschaltet ist, und einen pnp-Transistor 42 mit einer an den Kollektor des npn-Transistors 40 angeschlossenen Basis, einen mit der Basis des Transistors 40 verbundenen Kollektor und einen mit der Basis eines anderen npn-Transistors 44 über einen Widerstand 46 verbundenen Emitter. Der Emitter des npn-Transistors 44 ist an die Versorgungsleitung £β angeschlossen, während sein Kollektor mit einer Reihenschaltung aus Widerständen 48 und 50 verbunden ist, die ihrerseits an den Emitter des npn-Transistors 40 sowie an die Versorgungsleitung £7 angeschlossen ist Die Verbindung oder Verzweigung zwischen den Widerständen 48 und 50 ist mit der Ausgangklemme £5 verbunden. Mit den Bezugszeichen £5, Eb und £7 können auch die entsprechenden Spannungen oder Potentiale an diesen Versorgungsleitungen bzw. Klemmen bezeichnet werden, wobei das Potential £₆ am höchsten und das Potential £7 am kleinsten ist. Gemäß Rg. 2 sind der npn-Transistor 40 und der komplementäre pnp-Transistor 42 zu einem Thyristor zusammengeschaltet. Der pnp-Transistor 44 verstärkt das Ausgangssignal des Thyristors 40,42 zur Lieferung eines Hochspannungspotentials an der Klemme £5. Genauer gesagt: Wenn eine Spannung an der Klemme £4, die auch als Eingangsklemmt für die Signalformerscha!- tung 20 dient, d. h. die Ladespannung über den Kondensator 38, so weit ansteigt, daß sie nicht weniger als die Basis/Emitter-Durchschaltspanriung des npn-Transistors 40 beträgt (bzw. etwa 0,6 V entspricht), wird der Transistor 40 durchgeschaltet, so daß er einen Basisstrom vom pnp-Transistor 42 abnimmt. Dieser Strom wird durch den pnp-Transitor 42 um den Faktor Λ/τ multipliziert, wobei ein Basisstrom über den pnp-Transistor 40 geliefert wird. Dies bedeutet, daß der Transistor 42 den Transistor 40 mit einer positiven Rückkopplungsspannung beaufschlagt, so daß die beiden Transistoren nach Art eines Thyristors arbeiten.

Wenn die Signalformerschaltung 20 gemäß.Rg. 1 den Aufbau gemäß Fig. 2 erhält, ergibt sich für den bisheri-

gen Erdschlußdetektor die Schaltungskonfiguration ge-" maß Rg. 3. Bei dieser Anordnung gemäß Rg. 3 fließt durch eine Signaiformerschahung 2ö kein Strom, wenn in der Wechselstromleitung 10 kein Erdschluß auftritt. Die Widerstandsgröße des die Spannung senkenden Widerstands 26 ist im voraus so gewählt, daß an der Versorgungsleitung £e eine Spannung entsteht, welche den Differenzverstärker 16 und das Zeitverzögerungsglied 18 anzusteuern vermag.

Bei einem im elektrischen Stromkreis 10 auftretenden Erdschluß entsteht ein Potentialunterschied über die Ausgangsklemmen £_t und E₂ des vorher genannten Stromtransformators 14. Dieser Potentialunterschied wird durch den Differenzverstärker 16 verstärkt. Der verstärkte Potentialunterschied bzw. die Spannung vom Verstärker 16 erscheint an der Ausgangsklemme £3 und wird an das Zeitverzögerungsglied 18 angelegt. Bei einer vorbestimmten Zeitverzögerung erreicht die Spannung an der Ausgangsklemme £4 des Zeitverzögerungsglieds 18 eine vorbestimmte Größe bzw. einen Wert entsprechend der Basis/Emitter-Durchschaltspannung des npn-Transistors 40 von z. B. etwa 0,6 V, worauf die Signalformerschaltung 20' in Betrieb gesetzt wird, um an der Ausgangsklemme £5 eine Hochspannung zum Durchschalten des Thyristors 22 zu liefern. Aufgrund des Durchschaltens des Thyristors 22 wird über den nunmehr durchgeschalteten Thyristor 22 eine gleichgerichtete Spannung von der Wechselstromquelle 32 zur Erregung der Unterbrecherwicklung 24 geliefert, so daß der Schutzschalter 12 die Wechselstromleitung 10 unterbricht.

Es ist jedoch zu beachten, daß die Signalformerschaltung 20' eine niedrige Ausgangsimpedanz besitzt, weil der Widerstandswert des als Ausgangsimpedanz dienenden Widerstands 48 niedrig gewählt ist Infolgedessen verringert sich die Spannung an der Versorgungsleiter Ee, so daß sich auch die über den Differenzverstärker 16 und das Zeitverzögerungsglied 18 fließenden Ströme verringern. Der so verringerte Strom bildet im wesentlichen einen Steuerstrom, der an die Steuerelektrode des Thyristors 22 angelegt wird. Die Signalformerschaltung 20' liefert daher an der Ausgangsklemme £5 eine Ausgangsspannung, bis die Spannung an der Versorgungsleitung E₆ etwa eine Größe entsprechend 2 V_Be+ V_m, erreicht, worin Vbe die BasisAEmitter-Durchlaßspannung jedes pnp-Transistors 42 und 44 und Vs₃, die Kollektor/Emitter-Sättigungsspannung des ppn-Transistors 40 bedeuten. Die Größe dieser Spannung beträgt hierbei etwa 1,6 V.

Bei der beschriebenen Signalformerschaltung 20' ergibt sich jedoch das schwerwiegende Problem, daß an der Versorgungsleitung Ee keine Hochspannung erhalten werden kann, so daß der Steuerstrom weiter in den Thyristor 22 fließen kann. Genauer gesagt: Der Widerstand 48 muß einen niedrigen Widerstandswert besitzen, um die Ausgangsklemrne £5 den für den Thyristor 22 erforderlichen Steuerstrom liefern zu lassen, auch wenn die Spannung an der Versorgungsleitung Ee abfällt. Bei einem kleinen Widerstandswert des Widerstands 48 wird jedoch bei an hoher Spannung liegender Versorgungsleitung Ei ein starker Strom von der Ausgangsklemme £5 aufgenommen, so daß die Spannung an der Versorgungsleitung E₆ unter die erforderliche Mindestspannung absinkt, die nötig ist, um die Ausgangsklemme £5 an hoher Spannung zu halten. Infolgedessen schaltet die Signalformerschaltung 20' ab. Hierdurch ergibt sich eine Erhöhung der Impedanz, wenn die Klemme £7 von der Versorgungsleitung Ee her betrachtet wird. Infolgedessen steigt die Spannung an der Versorgungsleitung Ee wiederum an, so daß die Signalformerschaltung 20' wieder durchgeschaltet wird.

Die Spannung an der Klemme £5 hat daher die Impuls form gemäß Rg. 4, in welcher die Spannung an der Ausgangsklemme £5 den hohen Pegel H besitzt wenn die Signalformerschaltung 20' durch- bzw. eingeschaltet ist und auf dem niedrigen Pegel L liegt wenn die Schaltung 20' abgeschaltet ist Die Spannung von der Ausgangsklemme £5 kann daher den Thyristor 22 nicht weiterhin mit dem Steuerstrom beschicken. Aus diesem Grunde kann auch der Thyristor 22 nicht stabil arbeiten.

Im Hinblick auf die vorstehend geschilderten Mängel ist der Ersatz des Widerstands 48 gemäß Fig. 2 oder 3 durch eine Konstantstromquelle vorgesehen.

Die Anordnung gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 2 dadurch, daß in Fig. 5 der Widerstand 48 gemäß Fig. 2 durch eine Konstantstromquelle 52 ersetzt ist. Bei dieser Anordnung steigt die Spannung an der Klemme £4 auf die Basis/Emitter-Durchschaltspannung des npn-Transistors 40 an, so daß der Thyristor 40,42 auf vorher in Verbindung mit Fig. 2 beschriebene Weise durchschaltet, bis der pnp-Transistör 44 seinerseits durchschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt ein durch die Konstantstromquelle 52 bestimmter Strom als Steuerstrom über die Ausgangsklemme £5 zum Thyristor 22. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß dieser Steuerstrom durch die Konstantstromquelle 52 bestimmt, durch die Spannung an der Versorgungsleitung Ee jedoch nicht beeinflußt wird.

Bei der Anordnung gemäß Flg. 2 ist der pnp-Transistor 44 mit seinem Kollektor mit dem Widerstand 48, aber nicht mit der Konstantstromquelle verbunden, so daß sich der an der Ausgangsklemme £5 erscheinende Strom entsprechend der Spannung an der Versorgungsleitung Ee ändert, wodurch sich ein instabiler Betrieb des Thyristor 22 ergibt. Im Gegensatz dazu gewährleistet die Anordnung gemäß Fig. 5 einen stabilen Betrieb des Thyristors 22, weil die anstelle des Widerstands 48 verwendete Konstantstromquelle den Thyristor 22 mit dem durch diese Konstantstromquelle bestimmten Steuerstrom speist

Die Anordnung gemäß Fig. 6 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 5 dadurch, daß die Konstantstromquelle 52 durch eine transistorisierte Konstantstromquellenschaltung 52' ersetzt ist. Gemäß Fig. 6, in welcher die Signalformerschaltung mit 20" bezeichnet ist, ist der pnp-Transistor 44 mit Emitter und Basis über eine Halbleiter-Diode 54 geschaltet, während sein Kollektor mit der Basis eines npn-Transistors 56 verbunden ist, der seinerseits an den Kollektor eines anderen npn-Transistors 58 angeschlossen ist Der npn-Transistor 56 ist mit seinem Kollektor an die Versorgungsleitung E₆ und seinem Emitter an einen Widerstand 60 angeschlossen, der seinerseits weiterhin mit der Ausgangsklemme £5 und mit einem Widerstand 50 verbunden ist Der npn- bzw. pnp-Transistor 58 ist mit Basis und Emitter über den Widerstand 60 geschaltet

Die Diode 54 und der pnp-Transistor 44 bilden eine sogenannte Spiegelschaltung, bei welcher ein über die Diode 54 fließenden Strom normalerweise dem über den Transistor 44 fließenden Strom gleich ist Andererseits bilden die npn-Transistoren 56 und 58 sowie der Widerstand 60 einen Konstantstromquellenkreis 52'.

Wenn der Thyristor 40, 42 durchschaltet fließt ein Strom über die Diode 54 und den Thyristor 40,42 Ober den pnp-Transistor 44 fließt außerdem ein Strom, welcher praktisch dem Strom über die Diode 54 gleich ist Der über den Transistor 44 fließenden Strom wird durch den npn-Transistor 56 verstärkt

Unter diesen Bedingungen steigt der über den Widerstand 60 fließende Strom an, bis der Spannungsabfall über den Widerstand 60 der Basis/Emitter-Durchschaltspannung Vbe des npn-Transistors 58, d. h. in diesem Fall etwa 0,6 V entspricht

An diesem Punkt schaltet der npn-Transistor 58 durch, um einen Basisstrom über den npn-Transistor 56

aufzunehmen, welcher den über den Emitter des npn-Transistors 56 fließenden Strom zu verringern bestrebt ist. Mit anderen Worten: Der npn-Transistor 58 bildet einen Gegenkopplungskreis für den Transistor 56, um ein Ausgangssignal vom npn-Transistor 56 in Gegenrichtung an seinen Eingang rückzukoppeln und dadurch den Stromfluß über den Widerstand 60 auf einer konstanten Größe /«β zu halten, die sich durch folgende Gleichung ausdrücken läßt:

/«26= V_B£(NPN(58))/Ä26 worin V_BE (NPN(58)) die Basis/Emitter-Durchschaltspannung des npn-Transistor 58 und Rk den Widerstandswert des Widerstands 60 bezeichnen.

Aus der obigen Gleichung geht hervor, daß die Größe des über den Widerstand 60 fließenden Stroms von der Spannung an der Versorgungsleitung Ee unabhängig ist, so daß dieser Strom konstant bleibt. Die Anordnung gemäß Fig. 6 gewährleistet somit dasselbe Ergebnis wie die Ausführungsform nach Fig. 5.

Der Erdschlußdetektor nach Fig. 7 unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 3 dadurch, daß die Signalformerschaltung 20' gemäß Fig. 3 in Fig. 7 durch diejenige nach Fig. 6 ersetzt ist. Die beiden Anordnungen sind also bezüglich ihrer Arbeitsweise im wesentlichen identisch, nur mit dem Unterschied, daß der von der Ausgangsklemme £5 gelieferte Strom gemäß Fig. 7 auf der durch den Konstantstromkreis 52' bestimmten konstanten Größe gehalten wird.

Wenn in der Wechselstromleitung 10 ein Erdschluß auftritt, wird die Signalformerschaltung 20" auf vorher beschriebene Weise betätigt, um den durch den Konstantstromkreis 52 bestimmten Steuerstrom über die Ausgangsklemme £5 zum Thyristor 22 zu liefern. An diesem Punkt verringert sich die Spannung an der Versorgungsleitung Es, so daß auch die über den Differenzverstärker 16 und das Zeitverzögerungsglied 18 fließenden Ströme abnehmen. Da bei der Anordnung gemäß Fig. 7 jedoch die Signalformerschaltung 20" die Ausgangsklemme £5 mit dem durch den Konstantstromkreis 52" bestimmten konstanten Strom beschickt, wird letzterer als Steuerstrom dem Thyristor 22 eingespeist, so daß dieser stabil arbeiten kann.

Da die Signalformerschaltung 20" in ihrem Durchschaltzustand eine Verringerung des über den Differenzverstärker 16 und das Zeitverzögerungsglied 18 fließenden Stroms bewirkt, wird die Spannung an der Versorgungsleitung Ee so bestimmt bzw. festgelegt, daß die Summe aus dem von der Ausgangsklemme £5 gelieferten Strom und den über den Verstärker 16 und das Zeitverzögerungsglied 18 im Durchschaltzustand der Signalformerschaltung 52" fließenden Strömen den Strömen gleich ist, die im Sperrzustand der Signalformerschallung 52' über diese Bauteile 16 und 18 fließen.

Die Anordnung gemäß Fig. 7 kann den in Fig. 8 dargestellten Schaltungsaufbau besitzen. Bei der dargestellten Anordnung umfaßt der Differenzverstärker 16 eine Vorverstärkerstufe 70, eine an diese angeschlossene N ach verstärkerstufe 72 und eine mit letzterer verbundene Strom-Spiegelschaltung 74.

Die Vorverstärkerstufe 70 enthält zwei npn-Transistören 76 und 78, die symmetrisch in Emitterschaltung angeordnet sind. Die Basiselektroden der npn-Transistoren 76 und 78 sind mit den Ausgangsklemmen E\ und £2 des vorher erwähnten Stromtransformators 14 verbunden, während die Emitter über eine erste Konstant-Stromquelle 80 mit der Versorgungsleitung Ej verbunden sind. Der Kollektor des Transistors 76 ist über einen ersten Kollektorwiderstand 82 mit der Versorgungsleitung Ef, verbunden, während der Kollektor des Transistors 78 über eine Halbleiter-Diode 84 und einen mit dieser in Reihe geschalteten zweiten Kollektorwiderstand 86 an die Versorgungsleitung Ee angeschlossen ist. Die Diode 84 ist so gepolt, daß von der Versorgungsleitung Ee ein Strom in den Kollektor des Transistors 78 fließen kann. Die Basiselektrode des Transistors 78 ist mit der Verbindung oder Verzweigung zwischen zwei Spannungsteilerwiderständen 88 und 90 verbunden, die in Reihe zwischen die Versorgungsleitungen Ee bzw. £7 eingeschaltet sind, so daß die Basis an einer vorbestimmten konstanten Spannung gehalten wird.

Die Nachverstärkerstufe 72 des Differenzverstärkers enthält einen dritten und einen vierten npn-Transistor, die symmetrisch in Emitterschaltung angeordnet sind. Die Basiselektroden der npn-Transistoren 92 und 94 sind mit den Kollektoren der npn-Transistoren 76 bzw. 78 verbunden, während ihre Emitter über eine zweite Konstantstromquelle 96 mit der Versorgungsleitung E₇ verbunden sind. Der Kollektor des Transistors 92 ist mit einer Kathode einer Halbleiter-Diode 98 verbunden, deren Anode an die Versorgungsleitung Ee angeschlossen ist, während der Kollektor des Transistors 94 über eine Kollektor/Emitter-Schaltung eines pnp-Transistors 100 an der Versorgungsleitung Ee liegt. Die Basis des Transistors 100 ist über die Diode 98 mit seinem Emitter verbunden, um mit der Diode 98 eine Spiegelschaltung 74 zu bilden, während der Kollektor an die Ausgangsklemme Ei angeschlossen ist. Der dritte und vierte Transistor 92 bzw. 94 sind somit zwischen die Strom-Spiegelschaltung 74 und die zweite Konstantstromquelle 96 eingeschaltet.

Beim Differenzverstärker 16 werden die an den Ausgangsklemmen £] und £2 des Stromtransformators 14 erscheinenden Spannungen als Eingangssignale zur Verstärkung an die Basiselektroden der ersten und zweiten Transistors 76 bzw. 78 angelegt. An den Kollektoren der Transistoren 76 und 78 werden verstärkte Signale E\ und £'2 geliefert, die an die Basiselektroden der Transistoren 92 bzw. 94 angelegt werden. Wenn der Potentialunterschied zwischen den an den Transistoren 78 und 78 anliegenden Eingangssignalen eine durch das Widerstandsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektorwiderstand 82 bzw. 86 vorbestimmte Größe erreicht, erscheint am Kollektor des Transistors 94 ein Ausgangssignal.

Zur Verbesserung der Temperaturkennlinie des Verstärkers 16 kann ein Halbleiterelement mit negativem Temperaturkoeffizienten mit mindestens einem der beiden Kollektorwiderstände 82 und 86 in Reihe geschaltet sein. Dieses Halbleiterelement ist in Fig. 8 als Diode 84 dargestellt. Wahlweise kann ein Halbleiterelement mit negativem Temperaturkoeffizienten in mindestens eine der Leitungen eingeschaltet sein, welche die Widerstände 82 und 86 mit den Basiselektroden des dritten und vierten Transistors 92 bzw. 94 verbinden. Im letzteren Fall wird eine am Halbleiterelement erscheinende Spannung der Spannung überlagert, die durch das Widerstandsverhältnis zwischen den beiden Kollektorjwiderständen 82 und 86 bestimmt wird.

Das Ausgangssignal E₃ wird über die Ausgangsklemme £3 dem Zeitverzögerungsglied 18 eingespeist und in diesem verzögert. Das Zeitverzögerungsglied 18 umfaßt eine Halbleiter-Diode 102, einen pnp-Transistors 104, einen npn-Transistor 106, einen npn-Transistor 108 sowie einen Widerstand 110, die auf dieselbe Weise wie die entsprechenden Bauteile 54, 44, 56, 58 und 60 der Schaltung 20" zusammengeschaltet sind und einen tran-

sistorisierten Konstantstromkreis 112 bilden. Dieser transistorisierte Konstantstromkreis 112 entspricht bezüglich seiner Arbeitsweise im wesentlichen dem Konstantstromkreis 52' gemäß Fig. 6, so daß das Signal von der Nachverstärkerstufe 72 zu einem vorbestimmten konstanten Strom verstärkt wird, der seinerseits über den Widerstand 110 fließt. Der Widerstand 110 ist mit der Versorgungsleitung £> über einen die Zeitverzögerung bestimmenden Kondensator 38 verbunden, der seinerseits über eine dritte Konstantstromquelle 36 ge- ίο schaltet ist. Durch den über den Widerstand 110 fließenden Konstantstrom wird somit der Kondensator 38 aufgeladen. Die Unterbrechung des elektrischen Stromkreises 10 erfolgt sodann auf die vorher beschriebene Weise.

Die dritte Konstantstromquelle 36 dient zum Entladen des Kondensators 38.

Wenn in dem Zeitverzögerungsglied 18 ein Temperaturanstieg auftritt, verringert sich der über den Widerstand 110 fließende konstante Strom, weil die Basis/ Emitter-Durchschaltspannung des npn-Transistors 108 einen negativen Temperaturkoeffizienten besitzt. Der einer Eingangsstufe der Signalformerschaltung bildende npn-Transistor 40 besitzt ebenfalls eine Basis/Emitter-Durchschaltspannung, deren Temperaturkoeffizient ebenfalls negativ ist. Diese Durchschaltspannung verringert sich daher ebenfalls in Abhängigkeit von einem Temperaturanstieg im Zeitverzögerungsglied 16. Infolgedessen wird die Gesamt-Temperaturkennlinie des Zeitverzögerungsglieds 16 und der diesem unmittelbar nachgeschalteten Signalformerschaltung 20" durch einen Temperaturanstieg praktisch nicht beeinflußt. Dasselbe gilt auch für einen Temperaturabfall.

Die Ausführungsform nach Fig. 8 besitzt daher eine ausgezeichnete Temperaturkennlinie und stabile Betriebseigenschaften.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 40

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Claims

1 Patentansprüche

1. Erdschlußdetektor, bestehend aus einem Erdschlußfühler zur Feststellung eines Erdschlusses in einer Wechselstromleitung und zur Erzeugung eines entsprechenden Meßstroms, einem an dem Erdschlußfühler angeschlossenen Verstärker zur Verstärkung eines für den Meßstrom repräsentativen Signals, einem mit dem Verstärker verbundenen Zeitverzögerungsglied zur Verzögerung des vom Verstärker verstärkten Signals, einer mit dem Zeitverzögerungsglied verbundenen Signalformerschaltung, die bei Eingang des verzögerten Signals in ihren Ein- oder Durchschaltzustand versetzbar ist, und aus einem Schaltelement, welches beim Durchschalten der Signalformerschaltung auf ein Ausgangssignal der Signalformerschaltung anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalformerschaltung (2C) einen Konstantstromkreis (52; 52') enthält, durch den im durchgeschalteten Zustand der Signalformerschaltung (20') ein konstanter Schaltstrom zum Schaltelement (22) geliefert wird.

2. Erdschlußdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalformerschaltung (20) zwei komplementäre, zu einem Thyristor zusammengeschaltete Transistoren (40,42) aufweist

3. Erdschlußdetektor nach Anspruch 1 und 2, mit einem Thyristor als Schaltelement, dadurch gekennzeichnet, daß der Konstantstromkreis (52') einen mit dem Thyristor (22) verbundenen Verstärkertransistor (56), einen mit diesem verbundenen Gegenkopplungstransistor (58), der für ersteren eine Gegenkopplungsschleife bildet, und einen mit dem Verstärkertransistor (56) verbundenen Ausgangswiderstand (60) aufweist.

4. Erdschlußdetektor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalformerschaltung (20') eine mit dem Konstantstromkreis (52') verbundene Stromspiegelschaltung (54,44) aufweist.