DE60207632T2 - Detektionswandler für einen Differentialschutz und mit einem solchen Wandler versehene Schutzeinrichtung - Google Patents

Detektionswandler für einen Differentialschutz und mit einem solchen Wandler versehene Schutzeinrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE60207632T2
DE60207632T2 DE60207632T DE60207632T DE60207632T2 DE 60207632 T2 DE60207632 T2 DE 60207632T2 DE 60207632 T DE60207632 T DE 60207632T DE 60207632 T DE60207632 T DE 60207632T DE 60207632 T2 DE60207632 T2 DE 60207632T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
magnetic
current
circuit
protection device
differential
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60207632T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60207632D1 (de
Inventor
Christelle Juraszek
Marc Paupert
Simon Tian
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Electric Industries SAS filed Critical Schneider Electric Industries SAS
Publication of DE60207632D1 publication Critical patent/DE60207632D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60207632T2 publication Critical patent/DE60207632T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G01R15/183Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core
    • G01R15/185Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core with compensation or feedback windings or interacting coils, e.g. 0-flux sensors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/20Measuring number of turns; Measuring transformation ratio or coupling factor of windings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Protection Of Transformers (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Bidet-Like Cleaning Device And Other Flush Toilet Accessories (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)
  • Regulation Of General Use Transformers (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft eine Differenzstromschutzeinrichtung, die auf einen Differenzfehlerstrom in Form eines Wechselstroms, Gleichstroms oder periodischen Stroms anspricht und
    • – einen als Ringkernwandler ausgebildeten Differenzstromüberwachungswandler mit mindestens einer Sekundärwicklung,
    • – einen an die genannte mindestens eine Sekundärwicklung des genannten Überwachungswandlers angeschlossene Erregerschaltung zum Anlegen von Erregungssignalen,
    • – eine an die Sekundärwicklung angeschlossene Verarbeitungsschaltung sowie
    • – eine an die Erregerschaltung und an die Verarbeitungsschaltung angeschlossene Stromversorgungsschaltung umfasst.
  • STAND DER TECHNIK
  • Es sind Differenzstromschutzeinrichtungen mit einem Überwachungswandler bekannt, der als Ringkernwandler ausgebildet und in der Lage ist, Wechselfehlerströme zu erkennen. Solche Einrichtungen arbeiten mit Eigenstromversorgung oder mit einer Hilfsspannungsquelle. Diese Einrichtungen erlauben die Abschaltung von Kontakten zur Unterbrechung der Stromzufuhr in einem Abschnitt des zu schützenden Netzes. Differenzstromschutzeinrichtungen mit Eigenstromversorgung sind in den Druckschriften US5969930 und EP0936716 beschrieben.
  • Müssen auch ein Gleichstrom oder ein Gleichstromanteil eines Stroms erkannt werden, umfassen die Schutzeinrichtungen Verarbeitungsschaltungen zur Messung der zeitlichen Verschiebung der Magnetisierung des Messwandler-Ringkerns. Diese zeitliche Verschiebung wird auf bekannte Art und Weise mit Hilfe von Erregerschaltungen gemessen, die dazu dienen, eine oder mehrere Wicklungen des Ringkerns mit einem Erregersignal zu beaufschlagen. Zum Absetzen des Erregersignals ist eine Stromversorgung der elektronischen Schaltungen und der Wicklung erforderlich.
  • In der Patentschrift EP356344B1 wird eine Differenzstromschutzeinrichtung beschrieben, die auf einen Differenzfehlerstrom in Form eines Wechselstroms, Gleichstroms oder periodischen Stroms anspricht. Diese Einrichtung umfasst zwei durch eine Erregerschaltung abwechselnd erregte Sekundärwicklungen. Das Fehlersignal wird mit Hilfe der Integrationszeiten gemessen, die von der zeitlichen Verschiebung des durch einen Differenzfehlerstrom induzierten Magnetfelds und von der Sättigung des Magnetkreises abhängen. In der Patentanmeldung EP0651258 ist eine andere Ausgestaltung eines Stromwandlers mit Magnetkreissättigung beschrieben.
  • In der Patentschrift US4276510 wird ein Schaltgerät zur Detektion eines Differenzfehlerstroms mit Hilfe eines Ringkernwandlers beschrieben. In diesem Schaltgerät kann ein Rück- oder Kompensationsstrom über eine Verarbeitungsschaltung auf den Ringkern zurückgetrieben werden, um die durch den Fehlerstrom verursachte zeitliche Verschiebung zu kompensieren. Da der Kompensationsstrom dem Fehlerstrom direkt proportional ist, wird in diesem Fall zur Verarbeitung des Fehlers ein vom Kompensationsstrom abhängiges Messsignal geliefert. Es sind auch Gleichstrom-Messwandler mit Erregung und Kompensations-Rückstrom aus den Druckschriften US4529931 et EP0427412 bekannt. In der Patentschrift US 438199 wird eine ferromagnetische Legierung beschrieben.
  • Die Einrichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik umfassen Ringkerne mit magnetischen Eigenschaften, die erhebliche Verluste aufweisen, sobald die Frequenz des Erregersignals ansteigt. Besteht der Ringkern aus einem ferritartigen Werkstoff, kann die Enegerfrequenz hoch sein, jedoch ist seine Koerzitivfeldstärke bei einer für die Messung des Differenzstroms ausreichenden Sättigungsinduktion ebenfalls hoch. Bekannte weichmagnetische Werkstoffe haben kleine Koerzitivfeldstärken, jedoch ein schlechtes Frequenzverhalten. Darüber hinaus haben diese weichmagnetischen Werkstoffe stark abgerundete Magnetisierungskennlinien und eignen sich nicht, um eine Sättigung der Magnetisierung zu erkennen. Andere bekannte weichmagnetische Werkstoffe weisen eine rechteckige Hysteresekurve auf, ihre Koerzitivfeldstärke ist jedoch zu hoch. Wieder andere Werkstoffe mit hohem Kobaltgehalt verhalten sich gegenüber Temperaturschwankungen instabil, haben zu hohe Frequenzverluste zur Folge und erfordern eine höhere Versorgungsspannung der Erregerschaltungen.
  • Zur Erregung der Ringkernwandler nach dem bisherigen Stand der Technik werden daher die verwendeten Erregerschaltungen mit einer hohen elektrischen Energie versorgt. Dies hat Stromversorgungsschaltungen mit großen Abmessungen zur Folge, die mit modularen und kompakten Schutzgeräten nicht gut vereinbar sind. Außerdem hat eine hohe elektrische Versorgungsenergie starke Erwärmungen der Schutzeinrichtung zur Folge. Die Verwendung einer hohen Energie bedeutet auch, dass die Messung sehr kleiner Fehlerströme nicht sehr genau ist.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Ziel der Erfindung ist ein als Ringkernwandler ausgebildeter Differenzstromüberwachungswandler, der eine wesentlich geringere elektrische Erregungsenergie benötigt und eine bessere Ansprechempfindlichkeit bei kleinen Fehlerströmen bietet, sowie eine Differenzstromschutzeinrichtung, die eine Stromversorgungsschaltung und einen solchen Wandler umfasst.
  • Eine erfindungsgemäße Differenzstromschutzeinrichtung ist im Patentanspruch 1 definiert.
  • Die Kennwerte im statischen Betrieb entsprechen insbesondere Gleichstrom-Kennwerten oder Kennwerten mit langsamem Änderungsverhalten.
  • Die Rechteckkennlinie ist vorzugsweise so ausgebildet, dass das Verhältnis zwischen der magnetischen Induktion bei Feldstärke null und der Sättigungsinduktion größer als 0,95 ist.
  • Die Koerzitivfeldstärke ist im statischen Betrieb oder bei niedrigen Frequenzen kleiner als 1,5 Ampere pro Meter.
  • Das Verhältnis zwischen der Koerzitivfeldstärke und der magnetischen Induktion bei Feldstärke null des Magnetkreises des Stromwandlers ist vorzugsweise so ausgelegt, dass für eine magnetische Induktion bei Feldstärke null von über 1 Tesla die Koerzitivfeldstärke unter 3 A/m beträgt.
  • Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Änderung der magnetischen Induktion des Magnetkreises des Stromwandlers im statischen Betrieb oder bei Frequenzen unter 400 Hz mehr als 2 Tesla bei einer Feldstärke unter 3 Ampere pro Meter (3 A/m).
  • Die Änderung der magnetischen Induktion des Magnetkreises des Stromwandlers beträgt vorteilhaft im statischen Betrieb oder bei Frequenzen unter 400 Hz mehr als 2,4 Tesla bei einer Feldstärke unter 2,5 Ampere pro Meter (2,5 A/m).
  • Der Magnetkreis des Stromwandlers weist bei einer Frequenz von 3 Kilohertz eine magnetische Feldstärke unter 20 Ampere pro Meter (20 A/m) bei einer magnetischen Induktion von null auf.
  • Nach einer besonderen Ausgestaltung wird der Magnetkreis durch Wärmebehandlung in einem Magnetfeld hergestellt.
  • Der Werkstoff des Magnetkreises umfasst mehr als 50% Feinkristallkörner einer Korngröße von unter 100 nm.
  • Der Werkstoff des Magnetkreises wird vorzugsweise aus Bändern einer Dicke von unter 30 Mikrometer (μm) hergestellt.
  • Der Stromwandler umfasst vorzugsweise einen Tragkörper zur Aufnahme des Magnetwerkstoffs.
  • Vorzugsweise wird der Magnetwerkstoff zu Bändern um den Tragkörper gewickelt, wobei die Bänder einen Magnetkreis mit einer Dicke von unter einem Millimeter bilden.
  • Vorzugsweise besteht der Magnetkreis aus mindestens einer Ringscheibe aus Magnetwerkstoff.
  • Die Erregerschaltung umfasst vorzugsweise Mittel zur Injektion eines Dreieckstroms in die Sekundärwicklung, wobei eine Erregung entsprechend einem Scheitelwert der Amplitude des genannten Stroms und entsprechend einer bestimmten Anzahl von Windungen der Wicklung unter 3,5 Amperewindungen beträgt.
  • Die Stromversorgungsschaltung liefert vorteilhaft eine Leistung von unter 1 Watt an die Erregerschaltung und an die Sekundärwicklung.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Mehrere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen beispielhaft dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen
  • 1 das Schaltbild einer Differenzstromschutzeinrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik;
  • 2 ein Blockschaltbild einer Schutzeinrichtung, die einen Überwachungswandler gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfassen kann;
  • 3 ein detailliertes Blockschaltbild einer Schutzeinrichtung, die einen Überwachungswandler gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfassen kann;
  • die 4A bis 4D Signale einer Schutzeinrichtung, die einen Überwachungswandler gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfassen kann;
  • 5 Magnetisierungskennlinien eines Differenzstromüberwachungswandlers gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung;
  • 6 Magnetisierungskennlinien eines Differenzstromüberwachungswandlers gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung und eines Stromwandlers nach dem bisherigen Stand der Technik;
  • 7 eine Normkennlinie der magnetischen Induktion in Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke eines Überwachungswandlers gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung;
  • 8 Normkennlinien der magnetischen Induktion in Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke eines Differenzstromüberwachungswandlers gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sowie von Stromwandlern nach dem bisherigen Stand der Technik und
  • 9 einen Magnetkreis eines Stromwandlers gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung mit einem Tragkörper.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VORZUGSWEISER AUSGESTALTUNGEN
  • Die in 1 gezeigte Differenzstromschutzeinrichtung umfasst einen Differenzstromüberwachungswandler 1 mit einem als Ringkern ausgebildeten Magnetkreis 2 und einer Sekundärwicklung 3, die an eine Verarbeitungsschaltung 4 angeschlossen ist. Der Stromwandler 1 ist um die Leiter 5 eines zu schützenden Netzes oder Netzabschnitts geführt. Die Verarbeitungsschaltung 4 empfängt ein Messsignal vom Stromwandler 1 und beaufschlagt ein Auslöserelais 6 mit einem Steuerbefehl zur Abschaltung von elektrischen Kontakten 7, die in Reihe zu den Leitern 5 geschaltet sind. Arbeitet die Schutzeinrichtung nicht mit Eigenstromversorgung, liefert eine zwischen Stromversorgungsleitungen und die Schaltung 4 geschaltete Stromversorgungsschaltung 8 die zur Messung und zur Verarbeitung eines den Differenzfehlerstrom abbildenden Signals If erforderliche Energie.
  • Ist der Differenzfehlerstrom ein Gleichstrom, ein Impulsstrom oder ein Strom mit Gleichanteilen, wird eine Erregerschaltung zur Erregung einer Wicklung des Stromwandlers verwendet. In der Schaltung aus 2 ist eine Erregerschaltung 9 an die Sekundärwicklung 3 angeschlossen, um ein Erregersignal Ie zu liefern. Außerdem ist die Erregerschaltung 9 an die Stromversorgungsschaltung 8 angeschlossen, um die zur Erregung der Wicklung 3 erforderliche Energie zu erhalten. Bei bestimmten Arten von Magnetkreisen kann diese Energie hoch sein und zur Folge haben, dass die Einrichtung für modulare Schaltgeräte mit geringen Abmessungen zu groß wird.
  • Mit besonderen Merkmalen des Magnetkreises 2 des Stromwandlers nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Erregerschaltung selbst bei hohen Frequenzen, die wesentlich über der Netzfrequenz eines zu schützenden elektrischen Netzes liegen, eine sehr kleine Erregerenergie liefern. Außerdem erlaubt ein erfindungsgemäßer Stromwandler die sehr genaue Detektion von Wechsel- und Gleichströmen mit sehr kleiner Amplitude von beispielsweise einigen Milliampere. Der Magnetkreis des Stromwandlers weist vorteilhaft einen rechteckige Magnetisierungskennlinie mit einer kleinen Koerzitivfeldstärke, geringen Frequenzverlusten und hoher thermischer Stabilität auf.
  • Das Blockschaltbild in 3 zeigt eine Differenzstromschutzeinrichtung mit einer Stromversorgungsschaltung 8, die eine Erregerschaltung 9 speist, die dazu dient, eine Wicklung 3 eines Überwachungswandlers 1 mit einem Erregersignal Ie zu beaufschlagen. Aufgrund der besonderen magnetischen Eigenschaften des Magnetkreises 2 des Stromwandlers ist die von der Erregerschaltung gelieferte Energie gering, und die Stromversorgungsschaltung kann eine kleine Baugröße aufweisen. Die Schaltung 9 injiziert vorzugsweise ein Erregersignal in Form eines Dreiecksstroms in die Wicklung 3. Der Scheitelwert des auf die Wicklung gegebenen Erregersignals ist kleiner als 3,5 Amperewindungen bei einem Ansprechwert des Differenzstromschutzes von 30 mA. Der Scheitelwert des Stroms kann beispielsweise weniger als 70 Milliampere bei einer Wicklung mit 50 Windungen betragen. Für andere Ansprechwerte können der Magnetkreis und die Erregung andere Kennwerte aufweisen. Die zur Erregung gelieferte Energie kann dann unter 1 Watt betragen.
  • Ein Sättigungserfassungsglied 10 in der Verarbeitungsschaltung 4 detektiert und verarbeitet Signalspitzen, die ein Überschreiten der Sättigung des Magnetkreises abbilden. Das Erfassungsglied 10 bestimmt die Zeitintervalle zwischen den Spitzen und liefert z.B. ein Rechtecksignal, dessen Periodenverhältnis von den Zeitpunkten des Auftretens der Spitzen oder des Uberschreitens von Sättigungsknicks des Magnetkreises in einer ersten Richtung und anschließend in einer entgegengesetzten zweiten Richtung abhängt. Das vom Erfassungsglied 10 gelieferte Signal wird dem Eingang eines Integrierglieds 11 zugeführt. Am Ausgang des Integrierglieds wird ein Filterglied mit einem Integriersignal beaufschlagt und liefert ein gefiltertes Signal an ein Vergleichsglied 13. Das gefilterte Signal wird anschließend mit einem Referenz-Schwellwert verglichen. Wird der genannte Schwellwert überschritten, steuert das Vergleichsglied 13 das Auslöserelais 16 an.
  • Die 4A bis 4D zeigen Signale einer Differenzstromschutzeinrichtung, die einen Stromwandler gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst. In 4A ist eine Kurve dargestellt, die das Auftreten eines Differenzfehlerstroms Id zu einem Zeitpunkt t1 zeigt. In 4B ist eine Kurve 15 dargestellt, die eine durch den Erregerstrom der Wicklung Ie und durch den Differenzfehlerstrom erzeugte magnetische Feldstärke H zeigt. Die Grenzwerte 16 und 17 zeigen das Überschreiten eines Sättigungsknicks des Magnetkreises. Die Frequenz der Dreieckssignale ist vorzugsweise sehr viel größer als die Frequenz eines zu schützenden Netzes und entspricht z.B. einer Erregerfrequenz von 300 Hz bis zu einigen kHz. Die in 4C dargestellte Kurve 18 zeigt Signalspitzen, die das Überschreiten der Sättigungsinduktion abbilden. Solche Spitzen können von einem Sättigungserfassungsglied 10 erkannt und verarbeitet werden. 4D zeigt durch die Spitzen 18 ausgelöste Rechtecksignale. Damit die Anordnung bei diesen Frequenzen gut arbeitet, ist die Magnetisierungskennlinie zur Erzeugung einer scharfen Änderung des magnetischen Zustands annähernd rechteckig und die magnetische Feldstärke bei Nullinduktion ist sehr klein.
  • Liegen vor dem Zeitpunkt t1 keine Fehlerströme vor, werden die Sättigungsschwellwerte in regelmäßigen Zeitabständen überschritten. Dadurch treten auch die Spitzen in regelmäßigen Abständen auf, und das Rechtecksignal 19 weist einen Periode auf, in der die positiven und negativen Kurvenabschnitte annähernd von gleicher Dauer sind. Ab dem Zeitpunkt t1 verschiebt ein in Kurve 14 dargestellter Fehlerstrom Id die durch die Erregung der Wicklung 3 mit einem Dreiecksstrom erzeugte magnetische Feldstärke. Diese Verschiebung wirkt sich auf die Überschreitung der Sättigungsinduktion aus, wodurch die Impulse zeitlich verschoben werden. Durch das Verschieben der Impulse wird ein Rechtecksignal mit positiven und negativen Abschnitten ungleicher Dauer erzeugt, die vom Wert des Differenzfehlerstroms abhängen. Diese ungleichen Dauern sind im Bereich 20 der Kurve 19 nach dem Zeitpunkt t1 dargestellt.
  • Um die Leistung der Stromversorgung verringern zu können, wird der Magnetkreis beispielsweise aus einem nanokristallinen oder einem amorphen Magnetwerkstoff gefertigt, dessen statische Kennwerte so ausgelegt sind, dass er eine annähernd rechteckige Magnetisierungskennlinie und eine Koerzitivfeldstärke von unter 3 A/m aufweist.
  • 5 zeigt die Magnetisierungskennlinie eines Differenzstromüberwachungswandlers gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung. Eine Magnetisierungskennlinie 21 ist im statischen Betrieb oder bei niedriger Frequenz so ausgebildet, dass die Koerzitivfeldstärke Hc, mit der die magnetische Induktion auf 0 Tesla gebracht werden kann, unter 3 Ampere pro Meter (A/m) liegt und vorzugsweise 1,5 A/m beträgt. Die magnetische Induktion bei Feldstärke null Bh0 und die magnetische Induktion Bsat bei Sättigung des Magnetkreises sind vorzugsweise größer als 1 Tesla. Die Rechteckkurve weist vorzugsweise scharfe Knicke auf. Die Rechteckeigenschaften der Kennlinie können vorzugsweise so ausgebildet sein, dass das Verhältnis der Remanenz bzw. der magnetischen Induktion bei Feldstärke null und der Sättigungsinduktion Bsat bei einer Frequenz von 50 Hz größer als 95% ist. Bei einer Kennlinie 22 mit einer Frequenz von 300 Hz beträgt die Feldstärke bei der magnetischen Induktion null 11 A/m, und die magnetische Induktion bei Feldstärke null ist größer als 1,2 Tesla.
  • Das Verhältnis zwischen der Änderung der magnetischen Feldstärke und der Änderung der magnetischen Induktion (ΔB/ΔH) ist größer als 200%. Dieses Verhältnis wird insbesondere nach dem CCFR-Verfahren (Constant Current Flux Reset) gemäß der US-Norm ASTM A598 bestimmt.
  • 6 zeigt Magnetisierungskennlinien im statischen bzw. quasi-statischen Betrieb im Vergleich, wobei eine Kennlinie 23 eines Überwachungswandlers nach einer Ausgestaltung der Erfindung und Magnetisierungskennlinien 24, 25 von Messwandlern nach dem bisherigen Stand der Technik dargestellt sind. Die Kennlinie 23 weist eine Rechteckform mit einer kleinen Koerzitivfeldstärke von unter 3 A/m und einer Remanenz von über 1 Tesla auf, um die Erregungsenergie des Magnetkreises zu verringern. Die Kennlinie 24 weist ebenfalls eine Rechteckform, jedoch eine hohe Koerzitivfeldstärke von etwa 10 A/m auf. In diesem Fall ist zur Messung eines Differenzfehlerstroms eine hohe Erregungsenergie erforderlich. Bei der Kennlinie 25 ist die Koerzitivfeldstärke geringfügig kleiner, die abgerundete Form der Kennlinie erlaubt jedoch keine korrekte Anwendung des Erregungsprinzips zur Messung eines Fehlerstroms. Die Kennlinie 23 entspricht einem Magnetwerkstoff zur Messung von Wechselströmen mit Eigenstromversorgung und niedriger Frequenz. Eine solche Kennlinie 25 ist für Erregungseinrichtungen nur schwer einsetzbar.
  • In 7 ist eine Kennlinie 26 dargestellt, die den Verlauf der magnetischen Induktion eines Überwachungswandlers für eine Differenzstromschutzeinrichtung nach einer Ausgestaltung der Erfindung zeigt, wobei diese Charakteristik für 300 Hz nach dem CCFR-Verfahren bestimmt wurde. In dieser Kennlinie beträgt die Änderung der magnetischen Induktion in einem Kurvenabschnitt 27 bei einer Feldstärke von unter 3 A/m mehr als 2 Tesla. In einem Kurvenabschnitt, in dem die Feldstärke über 2,4 A/m liegt, beträgt die Induktionsänderung beispielsweise mehr als 2,5 Tesla.
  • Ein Magnetkreis eines Wandlers nach einer Ausgestaltung der Erfindung hat eine hohe Frequenz-Ansprechempfindlichkeit. Bei einer Frequenz von 3 kHz hat der Magnetkreis des Stromwandlers beispielsweise eine magnetische Feldstärke von unter 20 Ampere pro Meter (20 A/m) bei einer magnetischen Induktion von null.
  • 8 zeigt Vergleichskennlinien, aus denen die Unterschiede zwischen Magnetkreisen nach dem bisherigen Stand der Technik und einem Magnetkreis nach einer Ausgestaltung der Erfindung hervorgehen. Die Kennlinien 28 und 29 zeigen die Änderung der magnetischen Induktion in Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke bei 50 Hz bzw. 400 Hz und einem Material für den Wandler, das einen Magnetisierungsverlauf gemäß der Kennlinie 24 aus 6 aufweist. Der hohe Wert der Änderung der magnetischen Induktion zeigt eine annähernd rechteckige Kennlinie, allerdings für sehr hohe Feldstärkewerte. Ein solcher Magnetwerkstoff hat eine sehr hohe Koerzitivfeldstärke bzw. Feldstärke bei magnetischer Induktion null, was einer hohen Erregungsenergieaufnahme entspricht. Die Kennlinien 30 und 31 zeigen die Änderung der magnetischen Induktion in Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke bei 50 Hz bzw. 400 Hz und für ein Wandlermaterial, das eine Magnetisierungscharakteristik gemäß der Kennlinie 25 aus 6 aufweist. Die Feldstärke ist zwar klein, aber die geringe Induktionsänderung erlaubt keine einfache und genaue Detektion eines Differenzfehlerstroms durch eine Erregungseinrichtung. Die Kennlinien 32 und 33 zeigen Änderungen der magnetischen Induktion in Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke bei 50 Hz bzw. 400 Hz und einem Magnetkreis eines Wandlers nach einer Ausgestaltung der Erfindung. Ein solcher Wandler vereint die Eigenschaften eines rechteckigen Kennlinienverlaufs und einer kleinen Koerzitivfeldstärke bzw. Feldstärke bei magnetischer Induktion null.
  • Ein Magnetkreiswerkstoff nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann als nanokristalliner oder amorpher Werkstoff ausgebildet sein. Vorzugsweise kann der Werkstoff auch aus einer weichmagnetischen Eisenlegierung bestehen, deren Gefüge zur mehr als 50% aus Feinkristallkörnern einer Korngröße von unter 100 nm besteht. Der Magnetkreis des Überwachungswandlers wird vorzugsweise durch Wärmebehandlung bei einigen hundert Grad Celsius in einem Magnetfeld eines, aus einem aufgerollten Band bestehenden Rings hergestellt.
  • Zur Verringerung der Frequenzverluste aufgrund von Wirbelströmen wird der Magnetkreis aus einem Band eines Magnetwerkstoffs mit einer Dicke von < 30 μm hergestellt.
  • 9 zeigt einen Überwachungsstromwandler mit einem Tragkörper 40 zur Aufnahme des Magnetwerkstoffs. Der Magnetwerkstoff ist beispielsweise in Bändern um den Tragkörper 40 gewickelt, wobei der Bandwickel einen Magnetkreis 2 mit einer Dicke 41 von unter einem Millimeter (mm) bildet. Die Dicke des gewickelten Magnetkreises beträgt vorzugsweise 0,5 mm. Der Tragkörper 40 besteht vorzugsweise aus unmagnetischem Material. Er verleiht dem Magnetkreis selbst bei einer kleinen Menge des Magnetkreiswerkstoffs eine gute mechanische Festigkeit.
  • Der Magnetkreis kann auch vorteilhaft aus einer oder mehreren Ringscheiben eines Magnetwerkstoffs gemäß der vorausgehenden Beschreibung bestehen. Diese Scheiben können insbesondere durch Stanzen oder Ausschneiden hergestellt werden.
  • Die oben beschriebene Einrichtung ist ein Ausführungsbeispiel. Zur Anwendung der Erfindung ist auch ein anderer Aufbau der Einrichtung denkbar.
  • Die Ausgestaltungen des oben beschriebenen Überwachungswandlers sind vorzugsweise Ausgestaltungen. Es können jedoch auch andere Ausgestaltungsvarianten des Wandlers geeignet sein.

Claims (15)

  1. Differenzstromschutzeinrichtung, die auf einen Differenzfehlerstrom in Form eines Wechselstroms, Gleichstroms oder periodischen Stroms anspricht und – einen als Ringkernwandler ausgebildeten Differenzstromüberwachungswandler (1), der einen Magnetkreis und mindestens eine Sekundärwicklung (3) zur Beaufschlagung mit Erregungssignalen umfasst, die zur Detektion eines Differenzfehlerstroms durch Verschiebung des Magnetfelds des Magnetkreises dienen, – einen an die genannte mindestens eine Sekundärwicklung des genannten Überwachungswandlers angeschlossene Erregerschaltung (9) zum Anlegen der genannten Erregungssignale, – eine an die Sekundärwicklung und an die Erregerschaltung angeschlossene Verarbeitungsschaltung (4) sowie – eine an die Erregerschaltung und an die Verarbeitungsschaltung angeschlossene Stromversorgungsschaltung (8) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkreis des Wandlers aus einem ferromagnetischen Werkstoff mit Kristallen einer Korngröße unter 100 nm besteht, wobei der genannte Magnetwerkstoff im statischen Betrieb oder bei niedrigen Frequenzen eine annähernd rechteckige Magnetisierungskennlinie (21, 23) und eine Koerzitivfeldstärke (Hc) von unter 3 Ampere pro Meter aufweist.
  2. Differenzstromschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechteckkennlinie des Magnetkreises (21, 23) so ausgebildet ist, dass das Verhältnis zwischen der magnetischen Induktion bei Feldstärke null (Bh0) und der Sättigungsinduktion (Bsat) größer als 0,95 ist.
  3. Differenzstromschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Koerzitivfeldstärke (Hc) des Magnetkreises im statischen Betrieb oder bei niedrigen Frequenzen kleiner als 1,5 Ampere pro Meter ist.
  4. Differenzstromschutzeinrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen Koerzitivfeldstärke und magnetischer Induktion bei Feldstärke null des Magnetkreises des Stromwandlers so ausgelegt ist, dass für eine magnetische Induktion bei Feldstärke null (Bh0) von über 1 Tesla die Koerzitivfeldstärke (Hc) unter 3 A/m beträgt.
  5. Differenzstromschutzeinrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der magnetischen Induktion des Magnetkreises des Stromwandlers im statischen Betrieb oder bei Frequenzen unter 400 Hz mehr als 2 Tesla bei einer Feldstärke unter 3 Ampere pro Meter (3 A/m) beträgt.
  6. Differenzstromschutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der magnetischen Induktion des Magnetkreises des Stromwandlers im statischen Betrieb oder bei Frequenzen unter 400 Hz mehr als 2,4 Tesla bei einer Feldstärke unter 2,5 Ampere pro Meter (2,5 A/m) beträgt.
  7. Differenzstromschutzeinrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkreis des Stromwandlers bei einer Frequenz von drei Kilohertz (kHz) eine magnetische Feldstärke von unter 20 Ampere pro Meter (20 A/m) bei einer magnetischen Induktion von null hat.
  8. Differenzstromschutzeinrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkreis durch Wärmebehandlung in einem Magnetfeld hergestellt wird.
  9. Differenzstromschutzeinrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Magnetkreises mehr als 50% Feinkristallkörner einer Korngröße von unter 100 nm umfasst.
  10. Differenzstromschutzeinrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Magnetkreises aus Bändern einer Dicke von unter 30 Mikrometer (μm) hergestellt wird.
  11. Differenzstromschutzeinrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler einen Tragkörper (40) zur Aufnahme des Magnetwerkstoffs umfasst.
  12. Differenzstromschutzeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetwerkstoff zu Bändern um den Tragkörper (40) gewickelt wird, wobei die Bänder einen Magnetkreis (2) mit einer Dicke (41) von unter einem Millimeter bilden.
  13. Differenzstromschutzeinrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkreis aus mindestens einer Ringscheibe aus einem Magnetwerkstoff besteht.
  14. Differenzstromschutzeinrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerschaltung (9) Mittel zur Injektion eines Dreieckstroms in die Sekundärwicklung (3) umfasst, wobei eine Erregung entsprechend einem Scheitelwert der Amplitude des genannten Stroms (Ie, 15) und entsprechend einer bestimmten Anzahl von Windungen der Wicklung (3) unter 3,5 Amperewindungen beträgt.
  15. Differenzstromschutzeinrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungsschaltung eine Leistung von unter 1 Watt an die Erregerschaltung und an die Sekundärwicklung liefert.
DE60207632T 2001-05-21 2002-04-29 Detektionswandler für einen Differentialschutz und mit einem solchen Wandler versehene Schutzeinrichtung Expired - Lifetime DE60207632T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0106674A FR2824951B1 (fr) 2001-05-21 2001-05-21 Transformateur de detection pour dispositif de protection differentielle et dispositif de protection comportant un tel transformateur
FR0106674 2001-05-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60207632D1 DE60207632D1 (de) 2006-01-05
DE60207632T2 true DE60207632T2 (de) 2006-07-06

Family

ID=8863499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60207632T Expired - Lifetime DE60207632T2 (de) 2001-05-21 2002-04-29 Detektionswandler für einen Differentialschutz und mit einem solchen Wandler versehene Schutzeinrichtung

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP1260821B1 (de)
CN (1) CN1241216C (de)
AT (1) ATE311607T1 (de)
DE (1) DE60207632T2 (de)
ES (1) ES2252413T3 (de)
FR (1) FR2824951B1 (de)
ZA (1) ZA200203953B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4369004A1 (de) * 2022-11-08 2024-05-15 Bender GmbH & Co. KG Elektrische schaltungsanordnung und verfahren zur galvanisch getrennten, allstromsensitiven differenzstrom-messung

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2862423B1 (fr) * 2003-11-18 2005-12-30 Schneider Electric Ind Sas Dispositif et procede de protection differentielle et appareil electrique comportant un tel dispositif
IT1392716B1 (it) * 2009-01-13 2012-03-16 Seneca S R L Metodo di misura di una corrente elettrica
CN102881437A (zh) * 2011-07-12 2013-01-16 三信国际电器上海有限公司 一种用于检测剩余电流的电流互感器和剩余电流保护装置
DE102013009587A1 (de) * 2012-06-14 2013-12-19 Robert Bosch Gmbh Gerät und Verfahren zur Feststellung der Sättigung eines Magnetkerns eines Transformators
CN102937682A (zh) * 2012-11-29 2013-02-20 东莞市拓诚实业有限公司 一种漏电保护器检测设备及检测方法
FR3050081B1 (fr) * 2016-04-12 2018-03-23 Schneider Electric Industries Sas Dispositif de detection d'un courant de defaut
CN113809716B (zh) * 2021-09-25 2023-09-15 浙江巨磁智能技术有限公司 一种纯硬件化实现的b型漏电保护方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4529931A (en) * 1983-04-07 1985-07-16 Ford Motor Company Single-coil current measuring circuit
US4881989A (en) * 1986-12-15 1989-11-21 Hitachi Metals, Ltd. Fe-base soft magnetic alloy and method of producing same
JP2501860B2 (ja) * 1988-03-15 1996-05-29 日立金属株式会社 磁気センサ―及び電流センサ―並びにこれを用いた装置
JPH03218475A (ja) * 1989-11-06 1991-09-26 Nkk Corp 電流計測方法及びその装置
JPH07128373A (ja) * 1993-11-02 1995-05-19 Sumitomo Special Metals Co Ltd 直流電流センサー
FR2733374B1 (fr) * 1995-04-18 1997-06-06 Schneider Electric Sa Dispositif de protection differentielle sensible aux courants pulses
FR2774822B1 (fr) * 1998-02-11 2000-03-17 Schneider Electric Ind Sa Dispositif de protection differentielle

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4369004A1 (de) * 2022-11-08 2024-05-15 Bender GmbH & Co. KG Elektrische schaltungsanordnung und verfahren zur galvanisch getrennten, allstromsensitiven differenzstrom-messung

Also Published As

Publication number Publication date
DE60207632D1 (de) 2006-01-05
ZA200203953B (en) 2002-11-21
CN1387213A (zh) 2002-12-25
CN1241216C (zh) 2006-02-08
ES2252413T3 (es) 2006-05-16
FR2824951B1 (fr) 2003-07-25
ATE311607T1 (de) 2005-12-15
EP1260821B1 (de) 2005-11-30
FR2824951A1 (fr) 2002-11-22
EP1260821A1 (de) 2002-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2706547C3 (de) Verfahren und Anordnung zum Messen des elektrischen Stromes in einem Leiter, der von einem magnetischen Kern umfaßt wird und in diesem einen magnetischen Fluß erzeugt
DE69919723T2 (de) Induktiver magnetischer Sensor mit mehreren enggekoppelten Wicklungen
DE112005001167B4 (de) Differenzstromdetektion
DE2656111A1 (de) Wirbelstrompruefgeraet
EP2732293A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur messung elektrischer ströme mit hilfe eines stromwandlers
EP0039019B1 (de) Vorrichtung zur kontinuierlichen, berührungslosen Überwachung des Gefügezustandes von Kaltband
DE2760053C2 (de) Prüfgerät zum Bestimmen der magnetischen Eigenschaften eines Materialbandes
DE60207632T2 (de) Detektionswandler für einen Differentialschutz und mit einem solchen Wandler versehene Schutzeinrichtung
DE2512811C2 (de) Einrichtung zur Stromdurchflutungserfassung
DE3710846A1 (de) Drehmomentmessvorrichtung
DE19943802A1 (de) Allstromsensitive Fehlerstrom-Schutzeinrichtung und Verfahren zur Erfassung eines Fehlerstroms
DE4019636C2 (de) Verfahren zur Erhöhung der magnetischen Induktionswerte und Erniedrigung der Koerzitivfeldstärke von ferromagnetischen Materialien
DE2712503C2 (de) Elektrisches Signalübertragungs- und -wandlersystem mit einem ferromagnetischen amorphen Band
DE3732064C2 (de)
EP2643839B1 (de) Weichmagnetisches metallband für elektromechanische bauelemente
DE4019810C2 (de) Verfahren zum Nachweisen eines in einem Leiter fließenden Gleichstroms oder Wechselstroms
EP0635922B1 (de) Fehlerstromerfassungseinrichtung mit hoher Empfindlichkeit
DE3543948C2 (de)
DE1616047B1 (de) Gleichstromwandler mit einer Brueckenschaltung mit vormagnetisierten Feldplatten
DE947573C (de) Vorrichtung zur Kontrolle der Dicke eines magnetischen UEberzuges auf einem nicht magnetischen Traegerband
DE2408309C3 (de) Verfahren und Einrichtung zur Kontrolle von Pulverdraht
DE4019634C2 (de) Verfahren zur Erhöhung der magnetischen Induktionswerte und Erniedrigung der Koerzitivfeldstärke von amorphen ferromagnetischen Legierungen
EP0005694A2 (de) Fehlerstromschutzschalter
DE2150059A1 (de) Magnetfeldsonde mit Wechselstrom-Vormagnetisierung
DE909750C (de) Vorrichtung zur Messung von Gleichstroemen

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition