LU84994A1 - Schaltung zur messung elektrischer stroeme - Google Patents

Description

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S Schaltung zur Messung elektrischer Strome

Erfinder und Anmelder : Robert GATH

15, rue Joseph lockert • 2620 LUXEMBOURG- tel. 44 34 61

Eie Erfindung betrifft eine Schaltung zur Messung von elektrischen Strömen folgender Bauart; Per den zu messenden -Strom führende heiter L ist durch einen Wandlerkern aus magnetisch leitendem Material durchgeführt. Pie Sekundär-spul.e ist an eine Reglerschaltung angeschlossen, welche bewirkt, dass ein magnetischer Fluss, wie er normalerweise -durch den im heiter fliessenden Strom hervorgerufen wurde, unterdrückt wird. Wenn der zu messende Strom ausser Wechselstrom auch Gleichstrom enthält, so war es bei den bisher bekannten Schaltungen nötig, den heiter durch einen zweiten Kern zu führen, und an dessen Sekundärspule eine weitere Regelschaltung für die Kompensation des Gleichstromanteiles anzuschliessen.

Per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kompensation » der beiden Ströme mit einem einzigen Kern zu ermöglichen, oder den Gleichstrom auf andere Weise zu erkennen.

Pie Aufgabe wird erfindungsgemäss durch folgende Massnahmen gelöst ;

Massnahme 1 : Zur Messung des Wechselstromanteils wird ein Rullflusswandler verwendet.

Ein Rullflusswandler enthält eine RegelSchaltung, welche f · - ~~ ' ! r.

— c - eine Änderung des magnetischen Flusses, die normalerweise durch, den zu messenden Strom eintreten würde, durch einen j entsprechenden Strom IcQ über eine Wändlerspule unterdrückt.

Massnahme 2 : In den Kreis des Stromes I wird eine Wechsel- Ο u ^ spannungsquelle mit der Frequenz f eingefügt.

I her innere Widerstand der Quelle soll sehr klein gegenüber ] dem induktiven Spulenwiderstand sein. Durch das Einfügen j | der Wechselspannungsquelle wird aus dem Kullflusswandler ein Konstantwechselflusswandler, dessen Fluss einen fest vorgegebenen Verlauf hat und durch den zu messenden Strom kaum beeinflusst wird. Wenn die Schaltung in einem Fehlerstromschutzschalter Verwendung findet, ist die genaue Messung des Gleichstrom-Fehler Stromes nicht unbedingt erforderlich. Dann kann es genügen, zu prüfen, ob die durch den Gleichstromfehlerstrom verursachte Verringerung des induktiven Widerstandes einen unzulässig hohen Wechselstrom in der Spule bewirkt, oder ob die Amplitude einer im Spulenstrom enthaltenen geraden Harmonischen unzulässige Werte erreicht. Letzteres ist mit Massnahme 3 möglich. Für eine - .genauere lineare Messung ist zusätzlich Massnahme 4 nötig.

- -Massnahme 3 : Am Ausgang des Verstärkers ist eine Filter-z " -Schaltung angeschlossen, welche bewirkt, dass =._λ"Γ die' Signalanteile mit der Frequenz 2nf in be- .vorzugter Weise verstärkt werden, wobei n eine ganze Zahl ist, zum Beispiel 1.

Massnahme 4 : Am Ausgang der Filterschaltung ist eine Eegel- sohaltung angeschlossen, welche einen Gleichstrou so einstellt, dass das Signal mit der Frequenz 2nf auf einen kleinen Wert geregelt wird,wobei dieser Gleichstrom in solcher Sichtung über eine Spule des Wandlerkerns fliesst, das er die von . einem Gleichstrom-Fehlerstrom im Kern erzeug te magnetomotorische Kraft aufhebt.

Vorteil s Die Leistung für die Vormagnetisierung ist gering, und damit auch die Wärmeentwicklung.

Figur 1 zeigt die detaillierte Bauteilzeichnung einer realisierten und ausprobierten Schaltung, Figur 2 das Blockschaltbild, Figur 3 die Bauteilzeichnung mit Bezugsnummem, die Fi- guren 4, 5» 6, 7 andere Ausführungsformen, allesamt in

Verwendung mit einem Fehlerstromschutzschalter, Figur 8 zeigt eine reine Schaltung zur Messung elektrischer Ströme.

- 3 - i .· !

In Figur 1 sind 4 Wetzleiter R,S,I,N, durch den Kern 3 des I Summenstromwandlers durchgeführt. Die Schaltung 6 ist :j eine Spannungsquelle für Wechselstrom von 50 Hertz, welche | bei einer Netzspannung von 220 Volt an dem Punkt zwischen | den beiden Widerständen von 2,7 Kiloohm und 10 Ohm eine 1 Spannung von ungefähr 0,1 mV gegen Erde abgibt. Diese • Spannung erzeugt über die angeschlossene Wandlerspule 7 einen Vormagnetisierungsstrom Ipr von 50 Hertz, der in den Widerstand 39 (1 Kiloohm)und den Operationsverstärker 120 der Schaltung 5 weiterfliesst. Wenn über die Phasenleiter ein Gleichstrom-Fehlerstrom fliesst, enthält der über die genannte Spule fliessende Strom Ipr ausserdem einen Wechselstrom von 100 Hertz. Wenn über die Phasenleiter ein Wechselstrom-Fehlerstrom fliesst, so entsteht in der genannten Spule zusätzlich ein proportionaler Strom,I_ ,der J3.

die vom Wechselstrom-Fehlerstrom bewirkte magnetomotorische Kraft kompensiert. Am Eingang der Filterschaltung _ ~ 18 tritt eine Spannung Upa 4- Upr auf, welche proportional

Ist zu Ipa + Ipr ist. Nur die zweite Harmonische (100 Hertz) des Signals Upr wird von der Filterschaltung 18 -.durchgelassen und gélangt zum .Synchrongleichrichter 12. Dieser wird von einem Signal gesteuert, das vom Phasen- t

Schieber 8, vom Differentiator 9, von der UND-Funktions-schaltung 10 und dem Komparator 11 aus der Sinusspannung des aus 2 Widerständen 30 (12 Kiloohm) und 32 (3,9 Kiloohm) bestehenden Spannungsteilers abgeleitet wird. Der PI-Regler 14, hinter dem Synchrongleichrichter 12, steuert die Stromquelle 15, welche über die Spule 4 einen Strom fliessen lässt, der die vom Gleichstrom-Fehlerstrom im Wandlerkern erzeugte magnetomotorische Kraft kompensiert.

Die Summationsschaltung 17 bildet die Summe der beiden Spannungen TJpc und Upa , welche jeweils dem Gleichstrom- /#- > V f ; “ ’ lj . · !i - 4 -

Fehlerstrom Ipc und dem Wechselstrom-Fehlerstrom Ipa proportional sind. Upc wird erhalten, indem der von der Stromquelle 15 gelieferte Strom über eine Vollweggleichrichterschaltung 16 geleitet wird, U·™ wird aus

J? SL

dem Ausgangs signal der Operationsverstärkerschaltung 5 in der Summationsschaltung 22 gebildet, welche zu der Spannungssumme Upa + Upr eine Spannung U - — TJpr addiert. Die resultierende Spannung wird durch die Schaltung 25 gleichgerichtet. Wenn die Spannung am Ausgang der Summationsschaltung 17 höher ist als ein vorgegebener fester Höchstwert Up , gibt der Komparator 19 ein Signal auf den Signalverstärker 20. Dieser bewirkt einen starken Strom über die Spule 111 des Auslösers und der Schutzschalter schaltet ab.

*

An den NrEingang des Operationsverstärkers des Komparators 11 wird eine negative Spannung so eingestellt, _v dass eine von vier aufeinanderfolgenden Halbwellen der -aus der Schaltung 18 kommenden 100 Hertz-Welle vom ^-.Fe.t-Transistor durchgelassen wird.

—Als Wandlerkern wurde in dieser Schaltung ein Eingband-kern verwendet, wie er von den bekanntesten Herstellern für Fehlerstromschutzschalter für die heutige Standardausführung (Nenn-Abschaltstrom 50 mA) benutzt wird, hergestellt von Fa. Vacuumschmelze GmbH, D 6450, Hanau. Material: ULTRAPEHM F 80. Ungefähre Masse: äusserer Durchmesser 25 mm, Lochdurchmesser 15 mm, Lange des Zylinders 25 mm. Die beiden Spulen 4 und 7 haben 100 Windungen. Verwendete Operationsverstärker : Type 741 Verwendete Dioden in Schaltung 10 und 12 : BAW 62 Verwendeter FET-Transistor : BF 245 A * Für die Spulen 4 und 7 wurde Kupferdraht von circa 0,25 mm Durchmesser verwendet.

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In der Zeichnung 3 ist die gleiche Schaltung wiederge-geben, jedoch sind Bezugszeichen eingesetzt. In der nachfolgenden Beschreibung der Verbindung der Bauteile werden Abkürzungen benutzt. Hierin bedeuten ; R einen ohmschen Widerstand, C einen Kondensator, OP einen Operationsverstärker. Die nachfolgende Zahl gibt das Bezugszeichen in der Zeichnung, die in Klammern eingesetzte Zahl die für das Bauteil wichtige Date an. K-Ohm bedeutet Kiloohm, Mikro-F bedeutet Mikrofarad.

hie Netzleiter R, S, T, N sind durch den Kern 3 des Summenstromwandlers durchgeführt, her Nulleiter ist über 025(4,'7 Mikro-P), den Leiter 26, 024(0,82 Mikro-P) mit demPhasenleiter Ï verbunden, her Leiter 26 ist über R27 (2,7 K-Ohm)., den Leiter 28 und R29(10 Ohm) mit Masse verbunden. her Leiter 28 ist über die auf dem Kern 7 angeordnete Spule mit dem N-Eingang des 0P120 verbunden, her Leiter 26 ist über R30(12 K-Ohm), den Leiter 31, R32(3,9 K-Ohm) mit Masse verbunden, her Leiter 31 ist über R33 (.6,8 .K^Ohm), den Leiter 34, 035(0,56 Mikro-P) mit Masse verbunden, her Leiter 34 ist über die parallelliegenden · Widerstände R36(680 K-Ohm) und R37(4,7 megohm, verstell-bar) mit dem N-Eingang eines Operationsverstärkers OP 121 verbunden, her P-Eingang des 0P120-ist direkt mit Masse, derjenige des 0P121 über R38(39 K-Ohm) mit Masse verbunden, her Ausgang des 0P120 ist über R 39(lK-0hm) mit dem N-Eingang des 0P120 verbunden, her Ausgang des OP121 ist über R41(68K-Ohm) mit „dem N-Eingang des OP 121 verbunden, her Ausgang des QP121 ist über 042(1 Mikro-P) an den einen Wechselstromeingang einer Vollweggleichrichterschaltung 23 (Graetz-schal tung bestehend aus 4 hioden) verbunden, her andere Wechselstromeingang von 23 ist mit Masse verbunden, hie beiden Gleichstromausgänge von 23 sind über R43(15 K-Ohm) miteinander verbunden, her positive Gleichstromausgang von 23 ist über R44(lMegohm) mit dem N-EIngang, der negative j Ί-'ΎΓ~^ - Ô - über R45(l Megohm) mit dem P-Eingang des 0P122 verbunden. Per Ausgang von 122 ist über R46(l Megohm) mit dem N-Ein-gang des 0P122 verbunden. Per P-Eingang von 0P122 ist I über R47(l Megohm) mit Masse verbunden. Per Ausgang des

OPI22 ist über R48(270 K-Ohm) mit dem P-Eingang des OP

î ] 123 verbunden. P-Eingang und N-Eingang von 0P123 sind I durch 2 parallelgeschaltete Pioden so miteinander ver bunden, dass ihre Purchlassrichtungen entgegengesetzt . sind. Per N-Eingang von OP 123 ist über R49(270 K-Ohm), den Leiter 50 und R51(33 K-Ohm) mit Masse verbunden.

Per Leiter 50 ist ausserdem über R52(22 K-Ohm) mit dem positiven Pol +Y„_ der Spannungsquelle verbunden, welche , Cü die Operationsverstärker mit elektrischer Energie versorgt. Piese Spannungsquelle soll je einen Anschluss für +15 Y, einen solchen für ο Y und einen für —15 Y haben.

Per Ausgang von 0P123 ist über £53(10 K-Ohm) mit der Basis eines n-p-n Transistors 110 verbunden. Per Kollektor dieses Transistors ist über £54(560 Ohm) mit dem positiven An-! .. V Schluss +V__ der die Operationsverstärker versorgenden I · '.. Spannungsquelle verbunden. Per Emitter dieses Transistors ___: ist mit der auf dem Auslöser angebrachten Spule 111 des . .J. .Schutzschalters verbunden. Pas andere Ende dieser Spule - - ist mit dem negativen Anschluss -YgE verbunden. Per Aus-. .... gang von 0P120 ist über 055(8,2 Nanofarad), über den Leiter 56 und R57(195 K-Ohm) mit Masse verbunden. Ausserdem ist er über £58(390 K-Ohm), den Leiter 59 und C60(16,4 Nanofarad) mit Masse verbunden. Per Leiter 59 ist über £61 (390 K-Ohm), den Leiter 62, den 063(8,2 Nanofarad) mit dem Leiter 56 verbunden. Per Leiter 62 ist über £64(6,8 K-Ohm) den Leiter 65, £66(57,8 Ohm) mit Masse verbunden.

Per Leiter 65 ist über 067(0,15 Mikro-3?) mit dem N-Ein- ' gang des OP 124 verbunden. Per Ausgang’des OP 124 ist über £69(1,8 Megohm) mit dem N-Eingang von 0P124 verbunden. Er ist weiter über £70(6,8 K-Ohm, den Leiter 71 und £72(66 Ohm) mit Masse verbunden. Per Leiter 71 ist über ί h ^ * C73(o,15 Mikro-Farad) mit dem N-Eingang des OP 125 verbunden. 1er Ausgang des OP 125 ist über R75(l,8 Megohm) mit dem N-Eingang des 0P125 verbunden. 1er p-Eingang des OP125 ist mit Masse verbunden. 1er Ausgang des 0P125 ist über 076(1 Mikrofarad), den Leiter 77 und R78(l0 K-Ohm) mit Masse verbunden. 1er Leiter 51 ist über R80(6,8 K-Ohm) den Leiter 81 und 082(0,47 Mikrofarad) mit dem P-Eingang eines 0P126 verbunden.

1er Leiter 81 ist über C83(3»3 Nanofarad) mit dem N-Eingang des 0P126 verbunden. 1er Ausgang des 0P126 ist über R84(l Megobm) mit dem N-Eingang des 0P126 verbunden. 1er P-Eingang des 0P127 ist mit den Anoden der beiden lioden 85 und 86 verbunden. Am Eingang des 0P127 ist eine leicht negative Spannung angelegt.

1er Ausgang des 0P127 ist mit der Kathode der liode 88 verbunden, lie Anode der liode 88 ist mit dem Steuereingang des PET-Transistors 90 verbunden. Von den beiden andern Anschlüssen des EET-Transistors ist der eine - an den Leiter 77 angeschlossen. Er ist auch über R 91 X3* 3 Megohm) an den Steuereingang von 90 angeschlossen. 1er andere Anschluss ist über R92(56 Kiloohm)»über den' Leiter 93 und 094(1 Mikrofarad) an Masse angeschlossen.

- -.1er Leiter 93 ist über R95C100 Kiloohm) an den N-Eingang · . des OPI28 angeschlossen. 1er Ausgang von 0P128 ist Über 096(0,12 Mikrofarad) und R97(820 Kiloohm) an den N-Eingang des OP 128 angeschlossen. 1er Ausgang des 0P128 ist an den P-Eingang von 0P129 angeschlossen.

1er N-Eingang des 0P129 ist über R98(2,2 Kiloohm) an Masse angeschlossen. 1er Ausgang des 0P129 ist über die Spule 4 an den einen Wechselstromeingang der Völl-weggleichrichterschaltung 16 (bestehend aus 4 lioden) angeschlossen· 1er andere Wechselstromanschluss von 16 ist über R98(2,2 Kiloohm) an Masse angeschlossen.

1er positive Gleichstromausgang von 16 ist über “3- 7' " * 'f - δ -

R 99 (470 Kiloohm) an den P-Ein-gang des 0P122 angeschlossen. Per negative Gleichstromanschluss von 16 ist über Rl00(470 Kiloohm) an den N-Eingang des 0P122 angeschlossen. Pie beiden Gleichstrom-anschlüsse sind über R101(2,2 Kiloohm) miteinander verbunden. Per Ausgang des 0P120 ist über R40(18 Kiloohm) mit dem K-Eingang des OPI21 verbunden. Per P-Eingang des OP 124 ist mit Masse verbunden. Per Leiter 71 ist über C74(o,15 Mikrofarad) mit dem Ausgang des OP125 verbunden. Per Leiter 81 ist mit der Kathode der Piode 85 verbunden. Per P-Eingang des 0P127 ist über R87(68 Kiloohm) mit Masse verbunden. Pie Ausdrucksweise, dass ein Bauteil über C96 und R97 an ein anderes Bauteil angeschlossen ist, soll bedeuten, dass in dieser Verbindung die Bauteile C96 und R97 in Serie, also nicht etwa parallel liegen. Per Leiter 65 ist über 068(0,15 Mikrofarad) mit dem Ausgang des 0P124 verbunden. Per Ausgang des 0P126 ist mit der Kathode der Piode 86 verbunden. Phasenleiter U ist mit Masse verbunden, ... Per P-Eingang des OP

37128 ist über R1Q2(Ï00 K-Ohm) mit Masse verbunden.

Pie Operationsverstärkerschaltung 5 besteht aus 120 und - 39· Pie Schaltung 6 besteht aus den Teilen 24, 25, 27, - 29-» Per Phasenschieber 8 besteht aus 80, 81, 82. Per Pifferentiator 9 bestehend aus 0.83(3,5 Nano-E),0P126,R84 ^'-(1 Megohm) bewirkt eine Phasenverschiebung von 90 Grad. Pie URP-Eunktionschaltung 10 besteht aus den Pioden 85, 86. Per Komparator 11 besteht aus 0P127- Per Synchron-: gleichrichter 12 besteht aus 88, 90, 91, 92. Per PI-Reg ler 14 besteht aus 95, 96, 97, 128. Pie Stromquelle 15 besteht aus 129, 101, 98, 16. Pie Vollweggleichrichterschaltung 16 besteht aus den 4 Pioden. Pie Summationsschaltung 17 besteht aus 44, 45, 46, 47, 99, 100, 122.

Pie Pilterschaltung 18 besteht aus einem passiven Sperrfilter für 50 Hertz (mit den Teilen 55, 57, 58, 60, 61, 63), einem ersten aktiven Bandpassfilter (64, 66, 68, rj' j ,--· /·*✓ r - 9 - 67, 69, 124)für 100 Hertz und einem zweiten solchen Filter (70, 72, 73, 74, 75, 125)· Der Komparator 19 besteht aus 48, 49, 51, 52, 123)· Der Signalverstärker 20 besteht aus 53, 54,110,111· Die Summationsschaltung 22 besteht aus 36, 37, 40, 41, 38, 121.

Es wurden handelsübliche Bauelemente mit Toleranzen von 5 bis 10 $ benutzt. Im allgemeinen gelten daher die Bauteildaten nur ungefähr und müssen justiert werden.

So lässt- sich zum Beispiel unter Umständen durch Verändern der Daten von 80, 82 der Zeitpunkt in dem der Fet-Transistor leitend wird, genauer mit dem Zeitpunkt in Übereinstimmung bringen, in dem eine Halbwelle der 100 Hertz-Welle durch Hüll geht. Wenn diese Halbwelle nach einer zweihundertstel Sekunde wieder durch Bull geht, soll der Fet wieder sperren. Der Differentiator 9 erzeugt eine Sinusspannung Ug , die um 90 Grad . j gegenüber- der im Leiter 81 „vorliegenden Spannung Ug^ ; verschoben ist. Wenn sowohl Ug wie etwas höher liegen als die am U-Eingang von OP 127 angelegte, leicht negative Spannung wird der Ausgang von 127 positiv und der Fet-Iransistor leitet eine Halbwelle von 100 Hertz an den Eingang des PI-Reglers 14.

Von den beiden Bandpassfiltern ist der eine auf eine etwas höhere, der andere auf eine etwas niedrigere Frequenz als 100 Hertz abgestimmt worden.

Man kann die Schaltung der Figur 3 in folgender Weise andern. An den P-Eingang des OP 12o wird eine positive Spannung gelegt und seine Verbindung zur Masse unterbrochen. Der Ausgang von OP 120 stellt jetzt über R 39 .einen ansteigenden Strom in Richtung von R39 über die l - 10 -

Spule 7 zur Massé ein. Infolge des Induktiven Spannungs-; abfalls an 7 entstellt am K-Eingang des 0P120 eine positive f Spannung, die derjenigen am P-Eingang gleicli ist. Ist die |j am P-Eingang angelegte Spannung eine Wechselspannung von p , , i circa 0,1 Yolt und 50 Hertz und hat sie genau entgegengesetzte

Phasenlage wie die zwischen 28 und Masse abgenommene Spannung j der Figur 5, so. kann man auf diese Art über 7 den erforder lichen Vormagnetisierungsstrom erzeugen, ohne die Spannungsquelle 6 zu benutzen. Dann werden die Bauteile 27, 28, 29 aus der Schaltung entfernt und das vorher an 28 ange-“ schlossene Ende her Spule 7 wird mit Masse verbunden. Figur 4 zeigt die resultierende Schaltung. Der P-Eingang von P0120 ist hier über den Anschlusspunkt 28a mit einer Wechselspannungsquelle von 0,1 Volt , 50 Hertz und richtiger . Phasenlage zu verbinden.

Figur 5 zeigt eine gegenüber den Figuren 1, 5, 4 wesentlich einfacher aufgebaute Ausführung. Per Gleichstrom-Fehlerström wird hier nicht kompensiert, und es fallen die Schaltungen 8, 9» 10, 11, 12, .14, 15 fort. Per 0P130 verstärkt nur die negative Halbwelle der vom Gleichstrom-Fehlerstrom erzeugten..ÜOO-Hertz-Welley. nicht die positive... Durch den C158 ( 10Mikrofarad) wird aus den primär entstehenden Halbwellen-impulsen eine ziemlich glatte negative Gleichspannung U „ , - H(j welche,-über E142 auf den N-Eingang von OP132 einwirkt.

Pie über C 42 und R140 auf den N-Eingang von 0P132 einwirkende Spannung UpW ist eine reine Wechsel Spannung. Ihr positiver Wellenteil wird durch die Überlagerung mit U verkleinert,ihr negativer vergössert. Pa H140 und K142 gleich sind, ist die Spannung am N-Eingang gleich der halben Summe (dem arithmetischen Mittelwert) von U _ und H(r . Per OP132 wirkt als Komparator. Wenn die an seinem N-Eingang wirkende Spannung stärker negativ ist, als die über E151 und R152 auf den P-Eingang wirkende negative Spannung, wird der Ausgang von OP 132 positiv, -und über den Transistor 110 fliesst ein Strom, der den Schutzschalter abschaltet.

! ·' "" 15 - 11 - Für die nachstehend aufgezählten Bauteile ist deren Ver- i Bindung die gleiche wie auf Seite 5- Zeile 1 "bis 28 an- j gegeben : R, S, T, N, 3, 4, 7, 24 bis 42, 120, 121. Auch . j die Baten dieser Bauteile sind die gleichen. Jeüobh ist j C42 hier nicht mit einer Gleichrichterschaltung verbun- iJ den. Ber Ausgang von 0P121 ist über C42(l Mikro-F), R140 I , (1 Megohm), den Leiter 141, R142(l Megohm), den Leiter , 143, 0158(10 Mikro-F) mit Masse verbunden. Ber eine An- 4 ΐ ’ schlussdraht von R151(33 K-Ohm) ist mit Masse verbunden.

Ber andere ist über den Leiter 159, über R152(22 K-Ohm) mit dem negativen Anschluss -YEE der die Operationsverstärker versorgenden Spannungsquelle verbunden.Leiter 159 ist über R146(l Megohm) mit dem P-Eingäng von 132 verbunden. Leiter 141 ist mit dessen N-Eingang verbunden. Ber Ausgang des 0P125 ist mit dem N-Eingang des 0P130 verbunden. Ber Ausgang des 0P130 ist mit der Anode der Biode 153 verbunden.. Bie Kathode dieser Biode ist über den Leiter 154, den Widerstnd 155(10 K-Ohm), den Leiter 156, R157 (3,3 K-Ohm) mit Masse verbunden. Ber Leiter 156 ist mit ^ - demP-Eingang des OPI30 verbunden. Ber Leiter 154 ist jnit dem Leiter 143 verbunden. Ber Ausgang des OPI32 ist ;T ^ Jüber R53(10 K-Ohm) mit der Basis des npn-Transistors 110 verbunden. Ber Kollektor des Transistors ist über R54C560 Ohm) mit dem positiven Anschluss +VCC verbunden. Ber Emitter des Transistors ist über die Spule 111 mit dem Anschluss -VEE verbunden. Bie in der Zeile 3 dieser Seite aufgezählten Bauteile haben die gleichen Verbindungen zur Masse wie angegeben auf Seite 5, Zeile 1 bis 28. Bei den Schaltungen gemäss den Figuren 1, 3, 4 wird als Signal für den Wert des Wechselstrom-Fehlerstromes ^Fa e^-ne gleichgerichtete Spannung, (nämlich die Span-nungsdiff erenz an den Ausgängen der Gleichrichterschaltung 23) benutzt, während bei der zuletzt beschriebenen Schaltung das die Stromstärke IEa repräsentierende Signal am Ausgang von 121 eine reine Wechsel Spannung ist. Man - 12 - kann aber auch in Figur 5 eine Gl eichricht er Schaltung einfügen. Dadurch wird erreicht, dass hei Pliessen eines Gleichs'trom-Fehierstromes jede der beiden Ealbwellen der gleichgerichteten Wechselspannung von 50 hertz dufch die Überlagerung mit Ung vergrössert wird» Eine eventuelle Verzögerung einer Abschaltung bis zur nächsten negativen ’50-Eertz-Halbwelle (etwa 10 Millisekunden) wird so vermieden. Figur 6 zeigt den Teil der Schaltung, der hierbei abgeändert werden muss. Die übrige Schaltung stimmt mit Figur 5 überein. Der Ausgang des OP 121 ist über C42 (1 Mikro-F) mit dem einen Wechselstromeingang der Gleichrichterschaltung 23 verbunden. Die direkte Verbindung von C42 nach R140 wie in Figur 5 besteht nicht mehr. Der andere Wechselstromeingang von 23 ist mit Masse verbunden. Der negative Ausgang von 23 ist über R140(l Megohm) mit dem Leiter 141 verbunden. Der positive Ausgang ist über R145 (1 Megohm) mit dem P-Eingang des 0P132 verbunden.

Da in den Schaltungen nach Figur 5 und 6 bei Auftreten eines Gleichstrom-Fehlerstromes dieser nicht kompensiert. wird, vermindert sich der induktive Widerstand der Spule'7 und es· fliesst ein stärkerer Vormagnetisierungsström Ipr Auch tJpr nimmt zu (siehe Seite 3, Zeile 20). Die Spannung U, die,wie auf Seite 4 Zeile 7 angegeben, zum Zweck der Elimination von TJpr addiert wird, bleibt dagegen konstant, da sie an Bauteilen mit festen Daten gebildet wird. (24, 25, 30, 32, 34, 36, 37)· Die Spannung am Ausgang der Summationsschaltung 22 enthält also noch einen Teil der Spannung Upr , welcher sich mit TJpa überlagert. Je nach Phasenlage.des Wechselstrom-Fehlerstromes zu Ipr kann diese Ausgangsspannung verschiedene Werte annehmen. Der Abschalt ström des Schutzschalters ist daher bei gegebenen Werten des Wechselstrom-Fehlerstromes und des Gleichstrom-Fehlerstromes von der Phasenlage von Ipa und somit auch von zu lpr abhängig. Um diesen Einfluss klein zu halten, ist es vorteilhaft, einen kleinen Vormagnetisierungsstrom durch Ein- pt-7TZ' t - 13 -

Stellung einer niedrigen Spannung an dem aus 27, 28, 29 "bestehenden Spannungsteiler zu wählen. Zu diesem Zweck soll das Verhältnis R29 zu R27 möglichst klein sein.

Stellt man aher hinsichtlich der Ungenauigkeit durch Phasenlage geringere Ansprüche, so kann man grösser wählen und dann sogar auf die PiiterSchaltung verzichten. Dies dürfte allerdings nur für Schutzschal -ter ratsam sein, bei welchen nur ein Phasenleiter und der Nulleiter durch den Kern geführt sind, da hier Änderungen der Phasenlage normalerweise gering sind.

Eine solche Schaltung hat man vor sich, wenn man in Pigur 5 oder 6 den Leiter 143 unterbricht. Die Bauteile 55 bis 75» 124, 125» 130, 153 bis 158 werden dann entfernt . In diesem Pall wird bei einem Gleichstrom-Pehlerstrom die Abschaltung durch das Ansteigen von Ipr hervorgerufen.

i Bei allen angegebenen Ausführungen ist eine weitere

Vereinfachung möglich, indem ein Wechselstrom mit konstantem Effektivwert über eine andere Spule zwecks Vormagnetisierung geleitet^isrird. Pigur 7 zeigt die nach I entsprechender Änderung der Pigur 5 erhaltene Schaltung.

.Der Widerstand 39 ha“Ceinen Wert von 3,3 Kiloohm, damit die Vërstërkung grösser wird und auf den OP 121 verzichtet werden kann. Per Ausgang des 0P120 ist direkt über C42, R140 mit dem K-Eingang von OP132 verbunden. Wenn hier irgendwo angegeben wird, dass ein Bauteil entfernt wurde, so bedeutet dies, dass die über dieses Bauteil zwischen andern Bauteilen vermittelte Verbindung damit unterbrochen ist. Es wurden folgende Bauteile entfernt : 30-38, , 40, 41 und 121. Lurch richtige Wahl der Paten der Bauteile 160 und 161 muss unbedingt der über Spule 2 fliessende Strom so eingestellt werden, dass der über die Spule 7 fliessende Strom auf den Wert null zurückgeht, wenn kein ί ^ ^ ; I * ' l ü i -14 -

Fehlerstrom auf den Zern einwirkt.Venn dann nach dieser Einstellung ein Wechselstrom-Fehlerstrom eintritt, so enthält der sich bildende Strom keinen Vormagnetisierungs-;strom, sondern nur den Strom Ipa , der die magneto-motorische Eraft des Wechselstrom-Fehlerstromes I™, kom-pensiert. Die am Ausgang von 0P120 auf tretende Spannung ist daher proportional zum Wechselstrom-Fehlerstrom. Für den Kondensator 160 dürfte der richtige Wert bei etwa 68 Nanofard, für den Widerstand 261 bei 220 Kiloohm liegen. Der Phasenleiter T ist über C160, 1261 und Spule 2 (100 Windungen mit dem Nulleiter N verbunden. Wendet man die Vereinfachung auf die Schaltung der Figur 1, 3 oder 4 an, so müssen die Bauteile 30, 32 sowie deren Verbindungen vom Leiter 26 über 30, 31, 32 zur Masse, sowie die Verbindung des Leiters 31 über 80, 81, 62 zur Masse beibehalten werden.

• -Figur 8 zeigt eine Schaltung, ähnlich wie Figur 4, die '-- Jejoch für die Messung von elektrischem Strom für andere ,.„^^w£cke als für^Schutz schal ter abgeändert ist. Nur der den messenden Strom führende Leiter L ist durch den Kern 3 - - - l:4îf:chgeführt. fDie.jBleichrichterschaltungen 23 und 16, : -"V^^^aso die Bauteile 43,45,48 bis 54, 99, 110 111, die -V. t: zwischen^ den Eingängen von OP 123 wurden entfernt.

Ausgang von OP 121 ist über C42, R44 mit dem Eingang . von 0P122 verbunden. Der Ausgang von 0P129 ist über 4, Leiter 104, RlOl, Leiter 103, R98 mit Masse verbunden.

Der Leiter 103 ist mit dem N-Eingang von 0P129 verbunden.

Der N-Eingangvon 0P122 ist über RlOO mit Masse verbunden.

Am Ausgang von 0P121 tritt eine Spannung auf, die dem im Leiter L fliessenden Wechselstrom proportional ist, während die am Ausgang von 0P129 auftretende Spannung dem im Leiter L fliessenden Gleichstrom proportional ist. Am Ausgang von 0P122 erhält man eine Spannung, welche die Summe der beiden Stromanteile repräsentiert. Allerdings muss man hierbei dafür sorgen, dass beide Ströme im gleichen Masstab addiert werden, etwa durch Änderung der Widerstände -44 und 200.

Claims (1)

1. ! - 15 - Anspruch 1 Schaltung zur Messung elektrischer Ströme mit êinem Null-flusswandler, dadurch gekennzeichnet, dass im Stromweg des Kompensationsstromes eine Wechselspannungsquelle in Serienschaltung eingefügt ist. Anspruch 2 Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe einer Hilterschaltung das Signal mit der Frequenz 2nf in bevorzugter Weise verstärkt wird, wobei n eine ganze Zahl ist, zum Beispiel 1 oder 2., oder 3··· , wobei f die Frequenz der eingefügten Spannungsquelle bedeutet. ' . “—-. = .· - T- ' ' ' · _ . w ;..... ..... ; ; ; - , _ ·. '·Λ