DE3332652C2 - Fehlerstromdetektor - Google Patents
FehlerstromdetektorInfo
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- DE3332652C2 DE3332652C2 DE19833332652 DE3332652A DE3332652C2 DE 3332652 C2 DE3332652 C2 DE 3332652C2 DE 19833332652 DE19833332652 DE 19833332652 DE 3332652 A DE3332652 A DE 3332652A DE 3332652 C2 DE3332652 C2 DE 3332652C2
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Abstract
Stromdetektor mit Hochfrequenzschwingungs-Detektorschaltungen, welche bei hochfrequenten Schwingungen einer vormagnetisierten Drosselspule diese Schwingungen erfassen und eine Ausgangsleistung mit hohem Leistungspegel erzeugen. Wenn nämlich ein Strom großer Stärke durch die Drosselspule fließt und ihre Magnetisierungskurve zum Zwecke der Erzeugung einer normalen Demodulationsausgangsleistung variiert wird, wird die aufgrund des Stromes großer Stärke erfolgende Schwingung der Drosselspule detektormäßig erfaßt und ein Antriebsstromkreis zum Betätigen einer externen Vorrichtung erregt.
Description
Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromdetektor der
im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Solche Fehlerstromdetektoren sind aus den US-PS 37 155 und 39 96 513 bekannt. Sie haben jeweils einen
Summenstromwandler mit einer einzigen Sekundärwicklung, die bei unsymmetrischer Stromaufteilung
auf die die Primärwicklung bildenden Netzleiter eine Wechselspannung Hefen, die nach Verstärkung und
Gleichrichtung über eine Auslöseschaltung ein Netztrennrelais ansprechen läßt. Zwangsläufig können daher
auch nur wechselstromführende Netzleiter überwacht werden. Ein weiterer Nachteil der bekannten Fehlerstromdetektoren
besteht darin, daß bei sehr großen Fehlerströmen der Summenstromwandler in die Sättigung
gerät in welchem Fall die Sekundärwicklung nur eine sehr kleine Ausgangswechselspannung liefert, so
daß die Gefahr besteht, daß gerade in eineai solchen
Fall das Netztrennrelais nicht ausgelöst wird.
ίο Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
Fehlerstromdetektor der einleitend angegebenen Art zu schaffen, der über einen sehr großen Bereich der
Stromstärke des Fehlerstromes sicher anspricht und zwar auch dann, wenn der Fehlerstrom ein Gleichstrom
ii-t.
Bei einem Fehlerstromdetektor mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kannzeichen des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Fehlerstromschutzschalter nach der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, die
Ausführüngsbeispieic und erläuternde Diagramme umfaßt
Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform,
Fig.2A und 2B ein Schaltbild dieser Ausführungsform,
Fig.3A bis 3E Signaldiagramme an verschiedenen
Stellen der Schaltung nach F i g. 2,
Fig.4A und 4B zwei verschiedene Magnetisierungskennlinien des Summenstromwandlers,
F i g. 5A und 5B ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Fehlerstromdetektors und
F i g. 6 ein Teilschaltbild einer dritten Ausführungsform.
Gemäß F i g. 1 speist eine Wechselstromquelle 11
über Leitungen 12 und 13 einen Verbraucher 14. Zwisehen die Wechselstromquelle 11 und den Verbraucher
14 ist eine geerdete Leitung 15 geschaltet. Jeder Unterschied zwischen einem durch die erste Leitung 12 fließenden
Strom /| und einem durch die zweite Leitung 13 fließenden Strom /2, wie z. B. ein Leckgleichstrom oder
Leckwechselstrom, der zu erfassen ist kann durch den Stromdetektor 10 mit einer vormagnetisierten Drosselspule
16 detektormäßig ermittelt werden. Der Stromdetektor 10 weist'eine Stromspeiseschaltung 20, eine Anlasserschaltung
30, eine unmittelbar an die vormagneiisierte Drosselspule 16 angeschlossene Multivibratorschaltung
40, Betriebsartendetektorschaltungen 50 und 6Λ, eine Differenzverstärkerschaltung 70, eine Leistungspegeldiskriminatorschaltung
80, eine Spannungsdetektorschaitung 90, Hochfrequenzschwingungs-Detektorschaltungen
100 und 110 und einen Antriebsstromkreis 120 auf.
Die Stromspeiseschaltung 20 wird mit Wechselstrom über die Leitungen Λ2 und 13 gespeist, so daß der Wechselstrom
in Gleichstrom umgesetzt und der Anlasserschaltung 30 zugeführt wird, in welcher der Eingangsgleichstrom in der Spannung konstant gemacht wird, so
daß eine konstante positive Gleichspannung + Vn- und
eine konstante negative Gleichspannung — Vn- in den
Leitungen 31 bzw. 32 vorgesehen und der Multivibratorschaltung
40, den Betriebsartendetektorschallungen 50 und 60, der Differenzverstärkerschaltung 70, der I .cistungspcgeldiskriminalorschaltung
80, der Spannungsdetektorschaitung 90 und den Hochfrequenzschwin-
gungs-Detektorschaltungen 100 und 110 zugeführt werden.
Andererseits schwingt die an die Sekundär- und Tertiärwickiungen 16a bzw. 166 der vormagnetisierten Drosselspule
16 angeschlossene Multivibratorschaltung 40 stets mit einer Periode T, die durch T = 4 - π ■ Φπ/Ec
bestimmt ist, worin π die Wicklungszahl der Sekundärbzw.
Tertiärwicklungen, H0 eine an die Sekundär- bzw.
Tertiärwicklungen angelegte Spannung und Ö^der magnetische
Sättigungsfluß der vormagnetisierten Drosseispule 16 ist, wobei zwei Ausgangsleistungen, welche
in bezug auf Maximalwert und Wellenform gleich sind, von der Multivibratorschaliung 40 aufeinanderfolgend
den Betriebsartendetektorschaltungen 50 bzw. 60 zugeführt werden, während die Betriebsartendetektorschaltungen
50 bzw. 60 Ausgangsleistungen zueinander entgegengesetzter Phase liefern, welche dem Differenzverstärker
70 zugeführt werden, damit sie darin differential verstärkt werden. Die differential verstärkte Ausgangsleistung wird der Leistungspegeldiskriminatorschaltung
80 als ihre Eingangsleistung zugeführt, wobei dann, wenn die Eingangsleistung einen vorbestimmten Diskriminierungspegel
überschreitet, die Leistungspegeldiskriminator-Schaltung
80 eine Ausgangsleistung zum Erregen des Antriebsstromkreises 120 liefert
Die Spannungsdetektorschaltung 90 ist ferner mit der Wechselstromquelle durch die geerdete Leitung 15 und
einen Widerstand mit einem entsprechend großen Widerstandswert verbunden, so daß dann, wenn sich die
Leitung 12 oder 13 in einem Fehlzustand befindet, die Spannungsdetektor-Schaltung 90 eine in der Leitung
vorhandene schwache Spannung erfaßt und verstärkt, um somit den Antriebsstromkreis 120 zu erregen.
Die entsprechenden Ausgangsleistungen der Ai/-triebsartendetektorschaltungen
50 und 60 werden andererseits den Hochfrequenzschwingungs-Detektorschaltungen
100 und 110 zugeführt, so daß dann, wenn ein Leckstrom einer großen Stromstärke, wie z. B. von
mehreren A in der Leitung 12 oder 13 vorkommt und die vormagr.etisierte Drosselspule 16 infolge der Veränderung
ihrer Magnetisierungskurve mit einer hohen Frequenz schwingt, die Hochfrequenzschwingungs-Deteklorschaltungen
100 und 110 die hochfrequenten Schwingungen erfassen und den Antriebsstromkreis 120
erregen.
Nun wild die Arbeitsweise des trfindungsgemäßen
Stromdetektors 10 unter Bezugnahme auf die eine praktische Schaltungsanordnung des Stromdetektor.s zeigenden
F i g. 2A und 2B näher beschrieben. Sobald nun die Kontakte 131 und 1£2 eines mit den Leitungen 12
und 13 verbundenen und im vorliegenden Fall eine externe Vorrichtung des Antriebsstromkreises bildenden
Relais 130 von Hand geschlossen werden, wird ein Transistor
33 in der Anlassers: haltung 30 ausgeschaltet. Die Impedanz betreffender zwischen die weiteren Leitungen
21 und 22 in der Stromspeiseschaltung 20 geschalteter Elemente ist groß, so daß eine zwischen den weiteren
Leitungen 21 und 22 entwickelte Spannung abrupt groß wird. Sobald eine Spannung zwischen der Leitung
21 und Erde die Zenerspannung einer Zenerdiode 34 in der Anlasserschaltung 30 überschreitet, wird der Transistor
33 leitend geschaltet und die zwischen den weiteren Leitungen 21 und 22 erzeugte Spannung wird klein, so
daß die Gleichstromspannungen an die betreffenden Teile des Stromdefsktors abrupt angelegt werden, wie
darauf teilweise Bezug genommen wurde, so daß der Gesamtstromdetektor veranlaßt wird, in sehr kurzer
Zeit betätigt zu werden.
Bis die Kontakte 131 und 132 geschlossen bleiben und in der Verbraucherschaltung keine Abnormität, wie z. B.
Leck, voi kommt, ist ein durch die vormagnetisierte
Drosselspule 16 erfaßter Strom gleich Null, wobei eine
von der Leistungspegeldiskriminatorschaltung 80, der Spannungsdetektorschaltung 90 oder den Hochfrequenzschwingungs-Detektorschaltungen
100 und 110 zum direkten Erregen des Antriebsstromkreises 120 gelieferte Ausgangsleistung bei niedrigem Pegel liegt, so
daß der Antriebsstromkreis 120 nicht erregt wird.
Nun wird die normale Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Stromdetektors unter Bezugnahme auf die
Fig.3A zusätzlich näher beschrieben. Wenn sich die
durch die Leitungen 12 und 13 fließenden Ströme in einem ausgeglichenen Verhältnis befinden, sind die in
die Sekundär- und Tertiärwicklungen der vormagnetisierten Drosselspule 16 induzierten Spannungen gleich
NuIL Sogar dann schwingt die Multivibratorschaltung 40 jedoch mit der obenerwähnten Schwingungsperiode
T und die Transistoren 41 und 42 L" der Schaltung 40
werden mit einem Betriebsartverhähr-is von 50% innerhalb
der Schwingungsperiode T periodisch wiederkehrend ein- bzw. ausgeschaltet Wenn der erste Transistor
4! in der Multivibratorschaltu.ig 40 ein- und der zweite
Transistor 42 ausgeschaltet ist fließt ein Strom durch die Sekundärwicklung 16a der Drosselspule 16 und einen
Widerstand 43. In der Anfangsstufe des Einschaltens des ersten Transistors 41 wird ein Konstantstrom
aus einem Stromerzeuger 44 durch eine erste Diode 45 und aus einem Stromerzeuger 46 durch eine zweite Diode
47 dem Transistor 41 zugeführt, da die Grundspannung des ersten Transistors 41 niedrig ist Sobald diese
Grundspannung eine vorbestimmte Höhe überschreitet verschiebt sich der erste Transistor 41 in seine aktive Z-/
Zone. Eine Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des ersten Transistors 41 ist als »/« in der
F i g. 3 A gezeigt
Sobald andererseits die Grundspannung des ersten Transistors 41 ausreichend hoch wird, wird ein konstanter
Strom aus dem Stromerzeuger 44 duch eine dritte Dicde 48 und aus dem Stromerzeuger 46 durch eine
vierte Diode 49 dem zweiten Transistor 42 zugeführt, so daß dieser eingeschaltet und der erste Transistor 41
ausgeschaltet wird. Nach diesem leitenden Schalten des zweiten Transistors 42 fließt ein Strom in den zweiten
Transistor 42 durch die Tertiärwicklung 166 der Drosselspule 16 und den Widerstand 43. Eine Spannung zwischen
dem Kollektor und dem Emitter des zweiten Transistors 42 ist als »//« in der F i g. 3A gezeigt, während
eine Änderung einer an den Widerstand 43 angelegten Spannung, wenn die Transistoren 41 und 42 periodisch
wiederkehrend ein- und ausgeschaltet werden, als »///« in der F i g. 3A gezeigt ist. Wie der Zeichnung
zu entnehmen ist, sind die Kollektor-Emitter-Spannungen der Transistoren 41 und 42 sowie die an den Widerstand
43 angelegte Spannung in deren Maximalwert konstant gemacht worden, so daß die beiden Ausgangsleistungen desselben Maximalwertes und derselben
Wellenform aus d.r Multivibratorschaltung 40 aufeinanderfolgend geliefert werden können.
Wenn ferner konstante Ströme, die wesentlich größer sind als ein normaler Pegel, bei der Multivibratorschaltung
40 von den Stromerzeugern 44 und 46 geliefert werden, wird die Kollektor-Emitter-Spannung der
Transistoren 41 und ^2 2 · V1xZRaJ, worin Ä43 der Wert
des Widerstandes 43 ist Das heißt, wenn die Transistoren 41 und 42 in ihre aktive Zone verschoben werden,
werden die Transistoren mit ihren verschiedenen Be-
triebsartenzyklen oder ihrer relativen Einschaltdauer abrupt ausgeschaltet, wobei die Schwingung positiv aufrechterhalten
wird, so daß sogar dann, wenn ein Fehler in den Vorwärtsspannungen der Dioden 45, 47, 48 und
49 vorkommt, die Kollektor-Emitter-Spannungen der Transistoren 41 und 42 sowie die an den Widerstand
angelegte Spannung in deren Maximalwert und Wellenform konstant bleiben und beide Ausgangsleistungen
immer desselben Maximalwertes und derselben Wellenform vom Multivibrator aufeinanderfolgend erzeugt
werden.
In einer der eine der beiden Ausgangsleistungen der M ultivibratorschaltung 40 aufnehmenden Betriebsartenschaltungen
50 bewirkt der eingeschaltete erste Transistor 41 einen Stromfluß aus einem Stromerzeuger
51 durch eine Diode 52 zum ersten Transistor 41, so daß die weiteren Transistoren 53 und 54 ausgeschaltet werden
und ein fünfter Transistor 55 eingeschaltet Vrird,
wobei ein Kondensator 56 durch den fünften Transistor 55, eine Diode 57 und den Widerstand 58 aufgeladen
wird. Wenn andererseits der erste Transistor 41 nicht leitend ist, so fließt kein Strom durch die Diode 42 und
wird durch die Grundspannung des Transistors 53 hoch. Dadurch wird der Transistor 53 eingeschaltet und der
Transistor 54 entsprechend eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt wird der fünfte Transistor 55 ausgeschaltet,
so daß der Kondensator 56 durch den Widerstand 58 und den Transistor 54 entladen wird. Die Lade- und
Entladespannung des Kondensators 56 ist als »/V« in der Fig.3A gezeigt Die andere Betriebsarten- bzw.
Relativeinschattdauerdetektorschaltung 60 arbeitet ähnlich wie die Betriebsarten- bzw. Relativeinschaltdauerdetektorschaltung
50 in Ansprechabhängigkeit von dem EIN- bzw. AUS-Arbeitsgang des zweiten Transistors
42 im Multivibrator 40, wobei die Lade- und Entladespannung des Kondensators 66 in diesem Fall als » V«
in der F i g. 3A gezeigt ist
Da in diesem Fall der Widerstand 58 und der Kondensator 56 eine der Betriebsart bzw. Relativeinschaltdauer
entsprechende Totemsäulenausgangsleistung aus der Multivibratorschaltung 40 empfangen und die Zeitkonstanten
für das Laden und Entladen gleichgemacht werden, verschiebt sich die Kondensatorladespannung auf-
und abwärts, wobei ein Nullpegel V zwischen den Gleichstromspannungen + V1x und — Vn. als Bezugswert vorliegt. Da ein Widerstand 68 und der Kondensator
66 in der anderen Betriebsarten- bzw. Relativeinschaltdauerdetektorschaltung 60 ebenso die Totemsäulenausgangsleistung
empfangen und da die Zeitkonstanten für das Laden e.id Entladen gleichgemacht werden,
verschiebt sich auf ähnliche Weise die Kondensatorladespannung auf- und abwärts, wobei der Nullpegel VaIs
Bezugswert zwischen den Gleichstromspannungen + Vn. und — Vcc vorliegt Infolgedessen haben die Ausgangsleistungen
der Betriebsarten- bzw. Relativeinschaltdauerdetektorschaltungen 50 und 60 dieselbe Bezugsspannung,
wodurch es unnötig wird, verschiedene Bezugsspannungen für die Betriebsarten- oder Relativcinschaltdauerdetektorschaltungen
50 und 60 auf andere Weise zu stellen oder irgendeine Zwischeneinstellung zwischen diesen Schaltungen 50 und 60 vorzunehmen.
In der die Ausgangsleistungen der Betriebsartenbzw. Relativeinschaltdauerdetektorschaltungen 50 und
60 empfangenden Differentialverstärkerschaltung 70 werden diese zueinander entgegengesetzte Phasen aufweisenden
Ausgangsleistungen durch die Arbeitsverstärker 71 und 72 differential verstärkt wobei die Detektionsempfindlichkeit
in der Verstärkerschaltung 70 verdoppelt wird, da sich die Ausgangsleistungen der Betriebsarten-
bzw. Relativeinschaltdauerdeicktorschaltungen
in einem zueinander entgegengesetzten Phasenverhältnis befinden. Die Ausgangsleistung der Verstärkerschaltung
70 ist als » V/« in der F i g. 3A gezeigt. Die die Ausgangsleistung der Arbeitsverstärkerschaltung 70
empfangende Diskriminatorschaltung 80 weist eine Vollweg-Gleichrichterschaltung 80a und eine Zeilverzögerungsschaltung
806 auf. Die Vollweg-Gleichrichterschaltung 80a integriert Wechselstromkomponenten
in der Ausgangsleistung der Verstärkerschaltung und erzeugt eine Ausgangsleistung wie »V//« in der
Fig.3A. In der Zeitverzögerungsschaltung 80t fließt
ein Strom durch einen Widerstand 826, so daß eine
is Emitterspannung eines Transistors 816 die von der Ausgangsleistung
aus der Vollweg-Gleichrichterschaltung 80a abhängige sein wird. Gleichzeitig ist ein Transistor
83/; lciicr.d und ein durch den Transistor 83i>
fließender
Strom wird als Leckempfindlichkeitsbezugsstrom verwendet Ein durch einen Kondensator 846 fließender
Strom ist daher dem Leckstrom äquivalent und bestimmt eine Zeit W, während welcher das Relais 130
durch den Antriebsstromkreis 120 erregt wird. Wenn sich die durch die Leitungen 12 und 13 fließenden Ströme
in Gleichgewichtsverhältnis befinden, d. h. wenn sie normal sind, ist der durch den Transistor 836 fließende
Strom gröler als der durch den Kondensator Mb fließende,
so daß die Ladespannung des Kondensators 846 gleich Null und somit das Potential gleich — V1x, wie mit
» Villa in der F i g. 3A gezeigt, ist. Die Summe der Vorwärtsspannung,
d. h. der Durchlaßspannung (Spannung in der Flußrichtung) einer Diode 95b und der Zenerspannung
einer Zenerdiode 866 wird ein erster Diskriminationspegel und die Durchlaßspannung der Diode
856 allein ein zweiter Diskriminationspegel sein, der niedriger als der erste Diskriminationspegel ist. Sobald
ein elektrisches Leck, d. h. eine elektrische Streuung oder Ableitung in der Leitung 12 bzw. 13 vorkommt,
überschreitet die Ladespannung des Kondensators 846 den ersten Diskriminationspegel, so daß die Ausgangsleistung eines Arbeitsverstärkers 876 bei hohem Pegel
liegt und das Potential + V«. ist Wenn die Ausgangsleistung
des Arbeitsverstärkers 876 zu ihrem hohen Pegel verschoben wird, wird ein Transistor 886 leitend gemacht
und nimmt der Arbeitsverstärker 876 seine diskriminierende Funktion gemäß dem zweiten Diskriminationspegel
vor. In Ergebnis wird sogar dann, wenn die Spannung am Kondensator 846 verringert wird, der
Diskriminationspegel entsprechend verringert so daß ein derart verzerrter vagabundierender Wechselst! om
ohne weiteres als Phasensteuersignal detektormäßig erfaßt werden kann.
Wenn die Ausgangsleistung des Arbeitsverstärkers, & h. des Funktions- oder Rechenverstärkers 876 auf ihren
hohen Pegel übergeht wird ein Transistor 896 eingeschaltet wogegen der Transistor 836 ausgeschaltet
wird, so daß der Strom für den Transistor 836 nicht durch diesen fließt sondern der Kondensator 846 wird
mit dem Wert dieses Stromes geladen, so daß auch bei dieser Anordnung ein verzerrter Leckstrom zufriedenstellend
detektormäßig erfaßt werden kann.
Nachfolgend wird auf den Fall Bezug genommen, in welchem ein vagabundierender Gleichstrom gemäß
F i g. 3B durch die vormagnetisierte Drosselspule 16 er-
faßt wird. Wenn ein solcher in der Fig.3B mit »/« gezeigter
vagabundierender Gleichstrom zu einem Zeitpunkt fl erfaßt wird, verändern sich die Kollektor-Emitter-Spannungen
der Transistoren 41 und 42 sowie
die ;in den Widerstand 43 angelegte Spannung so wie in
der F i g. 3B mit »//« bzw. »III« bzw. »/V« gezeigt, wobei
die Werte des Verhältnisses der relativen Einschaltdauer für die Transistoren 41 und 42 von 50% abweichen
und diese Abweichung durch die Einschaltdauerdetcktorschaltungen
50 und 60 erfaßt wird. Für den Fachmann wird ersichtlich sein, daß die Ausgangsspannungt*-
der dabei erfassenden Schaltungen 50 und 60 dann so wie in der Fig.3B mit »V« und »VI« gezeigt
sein werden und daß die Ausgangsspannung der Differentialverstärkerschaltung 70 so wie in de,· F i g. 3B mit
»VIIu gezeigt und somit die Ausgangsspannung der Vollweg-Gleichrichterschaltung 80a so wie in der
F i g. 3B mit » VIII« gezeigt sein wird. Ein Funktionsverstärker 816' in der Zeitverzögerungsschaltung 806 erzeugt
ferner ein Ausgangssignal, um die Emitterspannung des Transistors 816 der Ausgangsspannung der
Voüweg-Gleichrichterschaltung 80a anzugleichen, so daß die Spannung air. Kondensator 846 se wie in der
Fig.3B mit »IX« gezeigt stufenweise erhöht wird. Sobald
die Spannung am Kondensator 846 den ersten Diskriminationspegel zu einem Zeitpunkt 12 nach der Zeitperiode
Wüberschreitet, geht die Ausgangsleistung des
Funktionsverstärkers 876 auf ihren hohen Pegel über, wobei ein Transistor 121 im Antriebsstromkreis 120 eingeschaltet
wird, so daß eine Spule im Relais 130 zum Zeitpunkt 12 so wie in der Fig.3B mit »X« gezeigt
erregt wird und die Relaisschalter 131 und 132 zum öffnen des Verbraucherstromkreises ausgeschaltet
werden.
Ur..er Bezugnahme auf die F i g. 3C wird nun der Fall
der Erfassung eines vagabundierenden Wechselstromes durch die Drosselspule 16 zu erläutern sein. Wenn ein
solcher Wechselleckstrom gemäß »/« in der F i g. 3C zu einem Zeitpunkt f 3 erfaßt wird, werden die Kollektor-Emitter-Spannungen
der Transistoren 41 und 42 in dem Multivibrator 40 mit »//« und »III« in der Fig.3C gezeigt.
Teile der Spannung ///, mit Pfeilen angedeutet, sind als vergrößert in der F i g. 3C mit »/V« gezeigt Die
Relativeinschaltdauerverhältnisse der Transistoren 41 und 4j weichen von 50% je nach dem Wert des Leckstromes
ab und ihre Abweichung wird durch die ReIativeinschalldauerdetektorschaltungen
erfaßt. Entsprechende Ausgangsleistungen der Einschaltdauerdetektorschaltungen
50 und 60 und des Differentialverstärkers 70 sind so wie in der Figur mit» V«,» VI« und » VII«
gezeigt, während die Ausgangsspannung der Vollweg-Gleichrichterschaltung
80a in der Leistungspegeldiskriminatorschaltung 80 so wie in der Fig.3C mit »VIII«
gezeigt ist. Bei der Wellenform VIII entspricht eine einen Spalt zwischen dem Nuilvoltpegel und einer strichpunktierten
Linie anzeigende Spannung V1 der Entladespannung
des Kondensators 846 und die schraffierten Bereiche entsprechen der Ladespannung des Kondensators
846. Der Funktionsverstärker 816' liefert eine Ausgangsleistung, um die Emitterspannung des Transistors
816 der Ausgangsspannung der Vollweg-Gleichrichterschaltung 80a gleichzumachen. Daher wird die
Spannung am Kondensator 846 gemäß der F i g. 3C, bei »IX« stufenweise erhöht, wobei dann, wenn die Kondensatorspannung
den ersten Diskriminationspegel zu einem Zeitpunkt ί 4 nach der Zeitperiode Wüberschreitel,
die Ausgangsspannung des Funktionsverstärkers 876 auf ihren hohen Pegel übergeht. Dies bewirkt, daß
der Transistor 121 im Antriebsstromkreis 120 eingeschaltet und das Relais 130 erregt wird, um den Verbraucherstromkreis
zu öffnen.
Wenn ferner der in der F i g. 3D mit»/« gezeigte verzerrte
Leckwechselstrom zu einem Zeitpunkt f5 als phasenwinkelgesteuert erfaßt wird, werden die Kollcktor-Emitter-Spannungen
der Transistoren 41 und 42 im Vibrator 40 so wie in der Fig.3D mit »II« und »III«
gezeigt sein. Die Relativeinschaltdauerverhältnisse der Transistoren 41 und 42 weichen von 50% je nach dem
Wert des Leckstromes und ihre Abweichung wird durch die Relativeinschaltdauerdetektorschaltungen erfaßt.
Entsprechende Ausgangsspannungen der Relativein-
schaitdauerdetektorschaltungen 50 und 60 und des Differentialverstärkers
70 sind so wie in der Fig. 3D mit »/V« bzw. » V« bzw. » VI« gezeigt, wobei die Ausgangsspannung
der Vollweg-Gleichrichterschaltung 80a in der Leistungspegeldiskriminatorschaltung 80 so wie in
der F i g. 3D mit » VII« gezeigt ist und die Spannung am Kondensator 846 so wie mit » VIII« gezeigt stufenweise
erhöht wird. Wenn die Kondensatorspannung den ersten Diskriminationspegel zu einem Zeitpunkt f 6 in einer
Wellenform JX überschreitet, wird der Antriebs-Stromkreis
120 erregt und das Relais 130 betätigt.
Nun wird auf den Fall Bezug genommen, in welchem die erste Leitung 12 an einer Stelle P unterbrochen wird.
In diesem Falle wird ein bisher aus der Wechselstromquelle 11 durch die zweite Leitung 13 in den Verbraueher
14 fließender Strom von dem Verbraucher durch die erste Leitung 12, die Diode 23 in der Stromspeiseschaltung
20, die Leitung 31 in der Anlasserschaltung 30, eine zwischen den Leitungen 31 und 32 vorgesehene
Belastung, die Leitung 32, die Diode 24, den Widerstand 25 und die geerdete Leitung 15 zur Wechselstromquelle
11 zurückgeführt. Daher sind die in den Leitungen 12 und 13 an der vormagnetisierten Drosselspule 16 fließenden
Ströme ausgeglichen, so daß der Antriebsstromkreis 120 nicht mit einem die Drosselspule 16 enthaltenden
Stromkreis erregt wird. Dann wird der Wechselstrom zwischen den Leitungen 13 und 15 in der Stromspeiseschaltung
20 in Gleichstrom umgesetzt. In diesem Zustand fließt ein derart schwacher Strom wie 100 μΑ
durch einen zwischen die Spannungsdetektorschaltung 90 und die die Stromspeiseschaltung 20 mit der Leitung
15 verbindende Leitung geschalteten Widerstand 140 (F i g. 2B) zum Gleichmachen eines einem inversen Eingang
eines Funktionsverstärkers 91a in der Spannungsdetektorschaltung 90 zugeführten Stromes mit einem
einem nichtinversen Eingang des Verstärkers 91a zugeführten.
Die Spannungsdetektorschaltung 90 weist eine Spannungsverstärkerschaltung
90a mit dem Funktionsverstärker 91a, eine Vollweg-Gleichrichterschaltung 906
so und eine Zeitverzögerungsschaltung 90c auf. Der Funktionsverstärker
91a verstärkt den ihm zugeführten Schwachstrom — nämlich durch den Widerstand 140
zugeführten — und schickt eine verstärkte Ausgangsleistung in die Vollweg-Gleichrichterschaltung 906. Die
Arbeitsweise der Voliweg-GIeichrichterschaltung 906 und der Zeitverzögerungsschaltung 90c ist dieselbe wie
jene der Vollweg-Gleichrichterschaltung 80a bzw. der Zeitverzögerungsschaltung 806 in der Leistungspegeldiskriminatorschaltung
80. Daher liegt die Ausgangsleistung des Funktionsverstärkers 97c in der Zeitverzögerungsschaltung
90c bei hohem Pegel, so daß der Transistor 12i im Antriebsstromkreis 120 eingeschaltet und
das Relais 130 erregt wird.
Darüber hinaus wird nun auf den Fall Bezug genommen, in welchem es sich um einen starken vagabundierenden
Gleichstrom gemäß F i g. 3E handelt Wenn ein solcher in der Fig.3E mit »/« gezeigter Leckstrom zu
einem Zeitpunkt 17 erfaßt wird, zeigt die vormagneti-
sierte Drosselspule 16 die in der F i g. 4A dargestellte
Magnetisierungskennlinie einer Hysteresiskurve bei der konstanten Periode T, so lange wie der Leckstrom während
einer Zeitspanne, z. B. von der Zeit 17 bis zu einer
Zeit f 8, verhältnismäßig schwach ist. Sobald der Zeitpunkt f 8 erreicht wird und der Leckstrom so groß wie
z. B. mehrere A geworden ist, wird die Magnetisierungskurve der Drosselspule in eine mit einer Periode geändert,
die kürzer ist als die in der F i g. 4B gezeigte Periode T, wobei die Drosselspule 16 mit hoher Frequenz
schwingt. Diese hochfrequente Schwingung führt zu dem Ergebnis, daß die auf den Leckstrom, d. h. den zu
erfassenden Strom, ansprechende Änderung der Betriebsart bzw. der relativen Einschaltdauer nichtlinear
wird. Im Bereich des Leckstromes nach dem Zeitpunkt f8, zu welchem der Multivibrator 60 mit hoher Frequenz
schwingt, sind die Transistoren 41 und 42 im Multivibrator
40 im wesentlicher, eingeschaltet »nd die
Transistoren 53 und 34 in der Betriebsarten- oder ReIativeinschaltdauerdetektorschaltung
50 im wesentlichen ausgeschaltet, während der Transistor 55 im wesentlichen eingeschaltet ist Als Ergebnis wird der proportional
zum noch kleineren Leckstrom linear geladene Kondensator bis zum Zeitpunkt / 8 veranlaßt, nach einer in
der F i g. 3E mit»//« gezeigten Zeit r9 nichtlinear geladen
zu werden.
Die Transistoren 63 und 64 in der Relativeinschaltdauerdetektorschaltung
60 sind auch im wesentlichen ausgeschaltet, während ein Transistor 65 im wesentlichen
eingeschaltet ist, so daß der Kondensator 66, der proportional zum kleineren Leckstrom linear entladen
worden ist, seine Entladung vor einer Zeit 110 stoppt
und seine Ladung so wie in der F i g. 3E mit»///« gezeigt
beginnt Die Kondensatoren 56 und 66 erreichen eine vorbestimmte Ladespannung im wesentlichen gleichzeitig,
wobei die Ausgangsleistung des Differentialverstärkers 70, wie in der F i g. 3E mit »/V« gezeigt, rasch Null
wird. Infolgedessen wird der Antriebsstromkreis 120 nicht durch die Differentialverstärkerschaltung 70 und
die Leistungspegeldiskriminatorschaltung 80 erregt
Bei der vorliegenden A/asführungsform werden die
Ausgangsleistungen der Relativeinschaltdauerdetektorschaltungen 50 und 60 auch den Hochfrequenzschwingungs-Detektorschaltungen
100 bzw. 110 zugeführt Das heißt, zum Zeitpunkt f 9, wenn der Pegel eines aus der Relativeinschaltdauerdetektorschaltung 50 einem
nichtinversen Eingang eines Funktionsverstärkers 101 in der Hochfrequenzschwingungs-Detektorschaltung
100 zugeführten Signals einen Bezugspegel V 2 eines inversen Eingangs des Verstärkers 101 überschreitet,
dann wird die Ausgangsleistung des Funktionsverstärkers 101 so wie in der Fig.3E mit »V« gezeigt auf
hohen Pegel übergehen. Sobald die Ausgangsleistung des Funktionsverstärkers 101 auf hohen Pegel übergeht,
wird die Ausgangsspannung des Verstärkers durch eine Diode 102 dem Antriebsstromkreis 120 zugeführt, so
daß der Transistor 121 im Stromkreis 120 eingeschaltet und das Relais 130 erregt und die Schalter 131 und 132
geöffnet werden.
Auch dann, wenn zum Zeitpunkt 110 der Pegel eines
aus der Relativeinschaltdauerdetektorschaltung 60 einem nichtinversen Eingang eines Funktionsverstärkers
111 in der Hochfrequenzschwingungs-Detektorschaltung
110 zugeführten Signals den Bezugspegel VI eines
inversen Eingangs des Verstärkers 111 überschreitet wird die Ausgangsleistung des Verstärkers 111 so wie in
der F i g. 3E mit » VI« gezeigt auf hohen Pegel übergehen. Sobald die Ausgangsleistung des Verstärkers 111
auf hohen Pegel übergeht, wird diese Ausgangsspannung durch eine Diode 112 dem Antriebsstromkreis 120
zugeführt. Währerid diese dem Antriebsstromkreis zugeführte Ausgangsleistung nicht nötig ist, da die Ausgangsleistung
der Hochfrequenzschwingungs-Deiektorschaltung 100 dem Antriebsstromkreis zugeführt
worden ist, wird die Verstärkerausgangsleistung wirkungsvoll verwendet, wenn die Ausgangsleistung der
Hochfrequenzschwingungs-Detektorschaltung 110
ίο nicht ausreichend ist.
Sogar dann, wenn ein solcher verzerrter Leckwcchselstrom
als ein Phasensteuersignal oder ein großer Leckwechselstrom vorkommt, schwingt die vormagnetisierte
Drosselspule 16 mit hoher Frequenz, wobei die Ausgangsleistungen der Hochfrequenzschwingungs-Detektorschaltungen
100 und 110 auf einen hohen Pegel übergehen, so daß der Antriebsstromkreis 120 genau
wie im Falle des obenerwähnten großen Gleichstromes (Leckstromes) erregt wird.
Die Fig.5A und 5B zeigen eine praktische Schaltungsanordnung
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Stromdetektors, wobei die den
Bauteilen gemäß F i g. 2A und 2B entsprechenden Bauteile mit denselben Bezugszeichen unter Benutzung der
Zahl 200 versehen sind. Dem einschlägigen Fachmann wird ohne weiteres einleuchten, daß verschiedene Abschnitte
in der Schaltung gemäß F i g. 5A und 5B in bezug auf ihre Arbeitskennlinien genauer ausgestaltet
sind. Insbesondere werden dann, wenn Wechselstrom einer Stromspeiseschaltung 220 zugeführt wird, die
Transistoren 233 und 233a in einer Anlasserschaltung 230 ausgeschaltet, so daß eine Gleichstromspannung
zwischen den Leitungen 231a und 232 abrupt, erhöht wird und die Gleichspannungen + V« und — V«· an den
Leitungen 231a und 232 an einen Funktionsverstärker 235, einen Antriebsstromkreis 320 und eine Zeitverzögerungsschaltung
280ö in einer Leistungspegeicliskriminatorschaltung 280 angelegt werden. Eine Zenerdiode
236 fungiert, um einen Kondensator 223 daran zu hindem,
einer abnorm hohen Spannung ausgesetzt zu werden. Die Werte der Widerstände 237, 238 unu 239 werden
ferner so eingestellt, daß sie gleich sind, z. B. 50 kO.
Unter diesen Umständen wird dann, wenn die Spannung zwischen den Leitungen 231a und 232 die Zenerspannung
einer Zenerdiode 236a überschreitet, diese Diode 236a eingeschaltet und die Ausgangsleistung eines
Funktionsverstärkers 235 vom hohen Pegel auf niedrigen Pegel verschoben.
Sobald die Ausgangsleistung des Verstärkers 235 auf
Sobald die Ausgangsleistung des Verstärkers 235 auf
so hohen Pegel übergeht, werden die Transistoren 233 und
233a eingeschaltet, so daß die Gleichspannungen + V„-
und — V« abrupt aus den Leitungen 231 und 232 gesendet werden. Da ferner der Transistor 233a eingeschaltet
ist, wird bewirkt, daß der Widerstand 239 mit dem Widerstand
237 parallel geschaltet wird, wobei die Spannung zwischen den Leitungen 231a und 232 durch die
Widerstände 237, 238 und 239 geteilt und die im inversen Eingang des Funktionsverstärkers 235 gelieferte Bezugsspannung
erhöht wird. Es wird daher schwierig für die Ausgangsleistung des Verstärkers 235, wenn sie von
niedrigem auf hohen Pegel übergehen soll. Zu diesem Zeitpunkt sendet die Anlasserschaltung 230 eine zwischen
den Leitungen 231a und 232 erscheinende Gleichspannung und keine Spannung, die niedriger als die
Spannung zwischen den Leitungen 231a und 232 ist Aus diesem Grunde kann der erfindungsgemäße Stromdetektor
sogar dann ausreichend betätigt werden, wenn die Spannung der Wechselstromquelle schwankt oder
11
sogar dann, wenn der Wechselstrom unterbrochen worden ist
In einer Multivibratorschaltung 240 wird andererseits
eine Spannung an einem Widerstand 243 so vorgesehen, daß sie, solange sie niedrig ist die Zenerspannung einer
Zenerdiode 243a nicht fiberschreitet so daß die Transistoren 2436 und 243c nichtleitend bleiben und somit ein
Strom aus einem Stromerzeuger 246 durch eine Diode 247 oder 249 und nicht durch eine Diode 243d fließt Ein
Strom aus einem Stromerzeuger 244 fließt ferner durch eine Diode 248 oder 245 und nicht durch eine Diode
243e. Wenn andererseits eine vormagnetisJerte Drosselspule 216 so gesättigt ist daß die Spannung am Widerstand 243 steigt und die Zenerspannung der Zenerdiode
243.Ί überschreitet wird die Zenerdiode 243a eingeschaltet und werden die Transistoren 2436 und 243c
eingeschaltet Die Ströme aus den Stromerzeugern 246 und 244 fließen nicht durch die Dioden 247,249 und 248,
245. sondern sämtlich durch die Dioden 243t/ bzw. 243e,
wodurch beide Transistoren 241 und 242. wovon einer eingeschaltet war, ausgeschaltet werden. Infolgedessen
werden die Ausgangsleistungen der Transistoren Π41
und 242 in bezug auf ihren Spannungsmaximalwert gleich.
Die F i g. 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Vibratorschaltung, welche bei dem erfindungsgemäßen Stromdetektor Anwendung finden kann, worin den
Bauteilen gemäß Fig.2A entsprechende Bauteile mit
denselben Bezugszeichen unter Benutzung der Zahl 400 versehen sind. Bei der Schaltung dieses Ausführungsbeispiels hält eine Spannung an einem Widerstand 443,
solange sie niedrig ist eine Zenerdiode 443a ausgeschaltet wobei auch die Transistoren 4436 und 443c ausgeschaltet sind, während ein Transistor 443c/eingeschaltet
ist. Ein Strom aus einem Stromerzeuger 446 fließt durch eine Diode 447 oder 449 und ein Strom aus einem
Stromerzeuger 444 fließt durch eine Diode 445, so daß jeweils einer der Transistoren 441 bzw. 442 eingeschaltet wird. Sobald sich eine Spannung am Widerstand 443
erhöht und die Zenerspannung der Zenerdiode 443a überschreitet wird die Diode 443a eingeschaltet wobei
auch die Transistoren 4436 und 443c eingeschaltet werden, während der Transistor 443c/ ausgeschaltet wird, so
daß beide Transistoren 441 und 442, wovon jeweils einer eingeschaltet war, nunmehr ausgeschaltet und die Spannungsmaximalwerte der Transistoren 441 und 442
gleich werden.
Bei dem wie oben beschrieben angeordneten erfindungsgemäßen Stromdetektor sind insbesondere die
Schwingungsdetektorschaltungen zur Erfassung der so Hochfrequenzschwingung der vormagnetisierten Drosselspule so angeordnet daß der Antriebsstromkreis
durch diese Detektorschaltungen erregt und auch durch einen Strom großer Stärke, der zu erfassen ist, wirksam
und zuverlässig betätigt wird.
60
65
Claims (6)
1. Fehlerstromdetektor, bestehend aus einem Summenstromwandler mit den den zu überwachenden
Strom führenden Netzleitern als Primärwicklung, dessen Sekundärseite an eine Auswerteschaltung
angeschlossen ist, auf die eine Au/foseschaltung
mit einem Relais zur Abtrennung der Netzleiter bei Feststellung eines Fehlerstromes folgt, dadurch
gekennzeichnet, daß der Summenstromwandler (16) eine erste Sekundärwicklung (i6a) und
eine zweite Sekundärwicklung (\6b) aufweist, die in
Serie geschaltet sind, daß die Auswerteschaltung einen Multivibrator (40) enthält, dessen frequenzbestimmende
Glieder die beiden Sekundärwicklungen des Summenstromwandlers (16) sind, daß jedem der
beiden gegenphasige Signale liefernden Ausgänge des Multivibrators (40) je ein Tastverhältnisdetektor
(50, 60) nachgeschaltet ist, daß die Ausgänge der
Tastverhäitnisdeiektoren (50, 80) mit den beiden
Eingängen eines Differenzverstärkers (70) verbunden sind, auf den ein Schwellwertdetektor (80) folgt,
dessen Äusgangssignai der Ausiöseschäuung (120)
zugeführt wird, und daß der Ausgang mindestens eines der Tastverhältnisdetektcren mit dem Eingang
eines weiteren Schwe'tlwerideickiors (ICG) verbunden
ist, dessen Ausgangssignal ebenfalls der Auslöseschaltung (120) zugeführt wird.
2. Fehlerstromdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem anderen Tastverhältnisdetektor
ein drittefSchwellwertd^tektor (110) nachgeschaltet
ist.
3. Fehlerstromdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung
einen Spannungsdetektor (90) umfaßt, dessen Eingang mit dem Nulleiter (15) des Netzes verbunden
ist und dessen Ausgangssignal ebenfalls der Auslöseschaltung (120) zugeführt wird.
4. Fehlerstromdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame
Verbindungspunkt der beiden Sekundärwicklungen (16a, i6b) über einen Widerstand (43)
mit den Basisanschlüssen zweier Transistoren (41, 42) des Multivibrators (40) verbunden ist.
5. Fehlerstromdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schwellwertdetektor(80) eine Vollweggleichrichterschaltung (8OaJ und eine Zeitverzögerungsschaltung
(806; umfaßt.
6. Fehlerstromdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsdetektor (90) eine
Verstärkerschaltung (9Oa^. eine Vollweg-GIeichrichterschaltung
(9Of^ und eine Zeitverzögerungsschaltung
(90c·; umfaßt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833332652 DE3332652C2 (de) | 1983-09-09 | 1983-09-09 | Fehlerstromdetektor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833332652 DE3332652C2 (de) | 1983-09-09 | 1983-09-09 | Fehlerstromdetektor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3332652A1 DE3332652A1 (de) | 1985-04-04 |
DE3332652C2 true DE3332652C2 (de) | 1986-04-03 |
Family
ID=6208699
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19833332652 Expired DE3332652C2 (de) | 1983-09-09 | 1983-09-09 | Fehlerstromdetektor |
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Families Citing this family (3)
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---|---|---|---|---|
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DE4019810C2 (de) * | 1989-06-23 | 1994-04-21 | Fuji Electric Co Ltd | Verfahren zum Nachweisen eines in einem Leiter fließenden Gleichstroms oder Wechselstroms |
US5223789A (en) * | 1989-06-23 | 1993-06-29 | Fuji Electric Co., Ltd. | AC/DC current detecting method |
Family Cites Families (3)
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DE1946608A1 (de) * | 1969-06-27 | 1971-03-18 | Starkstrom Anlagenbau Erfurt V | Anordnung zur UEberwachung von Gleichstroemen,insbesondere fuer Ladeeinrichtungen von Akkumulatoren |
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US3996513A (en) * | 1975-04-24 | 1976-12-07 | Butler Fred C | Differential microampere current sensor |
-
1983
- 1983-09-09 DE DE19833332652 patent/DE3332652C2/de not_active Expired
Also Published As
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