DE4339241C2 - Schaltungsanordnung zur Überwachung und Erkennung des Ausfalls des Nulleiters oder eines Phasenleiters eines Drehstromnetzes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung und Erkennung eines Ausfalls des Nulleiters oder eines Phasenleiters eines Drehstromnetzes nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Für Baucontainer und derartige flexible Anlagen wird die Spannungsversorgung im Inneren des Baucontainers dadurch sichergestellt, daß er über eine Steckdose an ein externes Drehstromnetz angeschlossen wird, wobei gleichzeitig wiederum ein Steckerausgang geliefert wird, der mit der Steckdose des nächsten Baucontainers verbindbar ist. Die verschiedenen Verbraucher innerhalb des Containers werden zwischen jeweils eine Phase und den Nulleiter geschaltet. Wenn in diesem Fall der Nulleiter beispielsweise durch Drahtbruch oder Abrutschen von der Klemme oder dergleichen ausgefallen ist, wird zwischen den drei Phasen ein künstlicher Nullpunkt ge­ bildet, was üblicherweise nicht erkannt wird. Dies führt dazu, daß die Verbraucher nicht die für sie er­ forderliche Spannungsversorgung bekommen und dadurch zerstört werden.

Im Stand der Technik wurde versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, daß die Spannung zwischen Phase und Nulleiter gemessen wird und bei nicht richtigem Span­ nungswert ein Ausfallsignal ausgegeben wird. Ein der­ artiges Verfahren ist aufwendig und teuer und darüber hinaus störanfällig, denn die Schaltung muß wiederum gegen Spannungsspitzen, die häufig auftreten, geschützt werden.

Aus der DE 33 31 154 C2 ist eine Überwachungsschaltung für die drei Phasen eines Drehstromnetzes bekannt, bei der die Phasen über Widerstände zu einem Sternpunkt zusam­ mengefaßt sind. Der Sternpunkt ist über eine Last, die eine Parallelschaltung einer Zenerdiode mit einem Wi­ derstand aufweist, mit dem Nulleiter verbunden und eine weitere Diode steht mit der Zenerdiode und einem Schwellenschalter in Verbindung. Wenn eine oder mehrere Phasen ausfallen, gibt es einen Spannungseinbruch, wo­ durch die Zenerspannung zusammenbricht, die Diode lei­ tend wird und der Schwellenschalter ein Ausfallsignal abgibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schal­ tungsanordnung zum Überwachen und Erkennen eines Aus­ falls des Nulleiters oder eines Phasenleiters insbeson­ dere für flexible Anlagen wie Baucontainer zu schaffen, die mittels eines einfachen Aufbaus und kostengünstig einen Drahtbruch oder dergleichen des Nulleiters oder der Phasenleiter eines Drehstromnetzes zuverlässig er­ kennt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbin­ dung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Dadurch, daß die drei Phasenleiter zu einem Sternpunkt zusammengeschaltet sind, der über einen Widerstand ge­ gen Masse geschaltet ist, die wiederum mit dem Nullei­ ter verbunden ist, kann sofort eine Unsymmetrie des Sternpunktes festgestellt werden, da im Falle der Un­ symmetrie ein Strom zwischen Sternpunkt und Masse fließt. Durch Vorsehen einer Meßschaltung, die mit ei­ nem Phasenleiter verbunden ist, kann er­ kannt werden, ob über die zwischen Phasenleiter und Masse liegende Meßschaltung ein Strom fließt. Dadurch kann sowohl der Ausfall dieses Phasenleiters als auch der Ausfall des Nulleiters festgestellt werden. Zur Auswertung für das Fließen des Stromes zwischen Sternpunkt und Masse bzw. durch die Meßschaltung ist eine Vergleichsschaltung vorgesehen, die vorzugsweise von zwei Komparatoren gebildet wird. Die Spannungs­ versorgung für die Schaltungsanordnung wird über zwei Phasenleiter abgeleitet, so daß auch ein Ausfall die­ ser beiden Phasenleiter erkannt werden kann. Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann sowohl das Fehlen des Nulleiters oder eines der Phasenleiter als auch Unsymmetrien in den Lasten festgestellt wer­ den.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt die schaltungsgemäße Ausgestaltung der Schaltungsan­ ordnung nach der Erfindung.

Die in der Figur dargestellte Schaltungsanordnung dient zur Erfassung des sogenannten "Drahtbruchs" der drei Phasenleiter L1, L2, L3 und des Nulleiters N eines Drehstromnetzes und die Schaltungsanordnung 1 weist Anschlüsse für diese drei Phasenleiter und den Nulleiter auf. Die drei Phasenleiter L1, L2, L3 sind jeweils über Widerstände R1, R2, R3 zu einem Stern­ punkt miteinander verbunden, der über eine Diode V1 und einen Widerstand R5 an Masse angeschlossen ist, die ihrerseits mit dem Nulleiter N verbunden ist. Von dem Phasenleiter L2, L3 wird die Spannungsversorgung für die Schaltungsanordnung 1 abgeleitet und die Pha­ senleiter L2, L3 sind mit einem Trenntrafo T1 verbun­ den, dessen Sekundärseite an zwei Anschlüsse eines Brückengleichrichters V4 angeschlossen sind, und an dessen anderen Anschlüssen die Versorgungsspannung liegt, wobei der Kondensator C5 zur Siebung dient.

Der Phasenleiter L1 ist über einen Widerstand R4, eine Diode V3 und einen Widerstand R9 mit Masse ver­ bunden, wobei der Verbindungspunkt zwischen der Diode V3 und dem Widerstand R9 über einen Widerstand R8 an den negativen Eingang eines Komparators N1B ange­ schlossen ist. Der negative Eingang liegt über einen Siebkondensator C2 an Masse. Der positive Eingang des Komparators N1B liegt an einer Referenzspannung V-Ref, die als Schwellenwert dient. Der Ausgang des Komparators N1B ist über eine Diode V2 und einen Wi­ derstand R7 mit dem positiven Eingang eines zweiten Komparators N1C verbunden, wobei der Verbindungspunkt zwischen der Diode V1 und dem Widerstand R5 über ei­ nen Widerstand R6 gleichfalls an dem positiven Ein­ gang liegt. Zwischen dem positiven Eingang des zwei­ ten Komparators N1C und Masse ist ein Siebkondensator C1 angeordnet. An dem negativen Eingang des zweiten Komparators N1C liegt gleichfalls die Referenzspan­ nung V-Ref als Schwellenwert.

Der Ausgang des zweiten Komparators ist mit einer Auswerteschaltung 2 verbunden, die nicht näher be­ zeichnet wird und die das von dem zweiten Komparator N1C gelieferte Signal aufbereitet und an ein Relais K1 ein Ausfallsignal liefert. Darüber hinaus wird die Referenzspannung V-Ref erzeugt.

Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung ist wie folgt: Bei einem störungsfreien Betrieb ist der Nulleiter N mit Masse verbunden und der über die Wider­ stände R1, R2, R3 gebildete Sternpunkt liegt auf 0 Volt, so daß zwischen dem Sternpunkt 3 und Masse keine Potentialdifferenz existiert, so daß kein Strom vom Sternpunkt 3 nach Masse fließt. Über die Phasen­ leiter L2, L3, den Trenntransformator T1 und die Gleichrichterbrücke V4 wird die Versorgungsspannung geliefert, und zwar nur für den Fall, daß die Phasen­ leiter L2, L3 in Ordnung sind. Über die von dem Wi­ derstand R4, der Diode V3 und dem Widerstand R9 fließt im normalen Betriebszustand vom Phasenleiter L1 nach Masse ein Strom, der von der Diode V3 gleich­ gerichtet wird. Wenn ein solcher Strom fließt, liegt über dem Widerstand R8 ein Signal (H-Signal) am nega­ tiven Eingang des ersten Komparators N1B, wobei an dem positiven Eingang gleichfalls ein Signal, nämlich die Referenzspannung V-Ref anliegt. Der Ausgang des ersten Komparators zeigt in diesem Fall ein L-Signal, das gleichfalls an dem positiven Eingang des zweiten Komparators N1C vorhanden ist. Der negative Eingang dieses Komparators weist die Schwellenspannung V-Ref auf, so daß der Ausgang auf L geht, wodurch die Aus­ werteschaltung 2 dem Relais K1 ein Signal zum Anzie­ hen liefert. Das heißt, im normalen Betriebszustand ist das Relais K1 angezogen, d. h. es arbeitet nach dem Ruhestromprinzip.

Wenn einer der beiden Phasenleiter L2, L3 ausfällt, dann fällt die Spannungsversorgung der gesamten Schaltung aus, und dieser Ausfall wird sofort be­ merkt. Wenn der Phasenleiter L1 ausfällt, kann über die Meßschaltung aus dem Widerstand R4, der Diode V3 und dem Widerstand R9 kein Strom fließen, wodurch an dem negativen Eingang des ersten Komparators N1B ein L-Signal liegt, das ein H-Signal am Ausgang bewirkt, das wiederum eine Änderung des Ausgangszustandes des zweiten Komparators N1C nach sich zieht und das Re­ lais K1 abfällt. Entsprechendes gilt, wenn der Nul­ leiter N gebrochen ist und es fließt kein Strom über R4, V3, R9, da die Masse nicht auf 0 liegt. Über die­ se Meßschaltung kann somit gleichfalls der Ausfall des Nulleiters N überwacht werden.

Eine zusätzliche Möglichkeit zum Feststellen des Aus­ falls einer Phase L1, L2, L3 oder von Störungen wie Rückspeisungen durch ungleichmäßige Belastungen wird durch die Bildung des Sternpunkts 3 gegeben, da bei Auftreten des Ausfalls oder der Störungen der Stern­ punkt 3 unsymmetrisch wird, wodurch er nicht mehr auf dem gleichen Potential wie der Nulleiter liegt, und es fließt ein Strom über die Diode V1 und den Wider­ stand R5. Dadurch liegt an dem positiven Eingang des zweiten Komparators N1C ein H-Signal, wodurch das Relais K1 abfällt und den Ausfall meldet. Je nach Einstellung der Höhe der Schwellenspannung V-Ref kön­ nen unterschiedliche Asymmetrien auf den Phasenlei­ tern festgestellt werden.

Die Dioden V1 zwischen Sternpunkt 3 und Widerstand R5, V3 als Bestandteil der Meßschaltung und V2 zwi­ schen Ausgang des ersten Komparators N1B und dem Wi­ derstand R7 lassen jeweils nur die positive Halbwelle des Stroms durch.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung und Erkennung eines Ausfalls des Nulleiters oder eines Phasenleiters eines Drehstromnetzes, die bei Auftreten des Ausfalls ein Ausfallsignal abgibt, wobei die Phasenleiter über Wi­ derstände zu einem Sternpunkt zusammengeschaltet sind und der Sternpunkt über eine Last mit dem Nulleiter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß über zwei Phasenleiter (L2, L3) die Spannungsversor­ gung (T1, V4, C5) der Schaltungsanordnung abgeleitet wird, daß eine Meßschaltung für den Stromfluß zwischen dem dritten Phasenleiter (L1) und dem Nulleiter (N) vorgesehen ist und daß die Meßschaltung (R4, V3, R9) mit einer Vergleichsschaltung (N1B, N1C) verbunden ist, die das Signal der Meßschaltung mit einer vorgegebenen Schwellenspannung vergleicht und abhängig von dem Er­ gebnis des Vergleichs das Ausfallsignal liefert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sternpunkt (3) über ei­ nen Widerstand (R5) an die mit dem Nulleiter verbundene Masse geschaltet ist, wobei der Strompfad zwischen Sternpunkt (3) und dem Wider­ stand (R5) an die Vergleichsschaltung (N1C) an­ geschlossen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschal­ tung zwei hintereinander geschaltete Komparato­ ren (N1B, N1C) aufweist, wobei der eine Eingang des ersten Komparators (N1B) mit der Meßschal­ tung und sein Ausgang mit einem Eingang des zweiten Komparators (N1C) verbunden sind, und wobei an den anderen Eingängen jeweils die Schwellenspannung liegt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strompfad zwischen Sternpunkt (3) und Widerstand (R5) über einen Widerstand (R6) mit dem nicht an Schwel­ lenspannung liegenden Eingang des zweiten Kom­ parators (N1C) verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trenn­ transformator (T1) zur galvanischen Trennung mit den Phasenleitern (L2, L3) verbunden ist.