LU85016A1 - Schaltung zur messung elektrischer stroeme - Google Patents

Description

^ Luxemburg, den lé- Se ci cuber I b~~ * ^ i i I ·> i * 1 ί : i i j Ί \ i ] i] · ' * !’ Verfahren zur Messung elektrischer Ströme und i | ' * - Schaltung zur Durchführung des Verfahrens

Erfinder und Anmelder : Robert GÀTH

15» rue Joseph Toekert 2620 LUXEMBOURG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung elektrischer Ströme sowie eine geeignete Schaltung zur Durchführung des Verfahrens von folgender Art: Der den zu messen- ____den Strom führende Leiter L ist durch einen Vandlerkern aus - g--~ magne tisch leitendem Material-durchgeführt. Die Sekundär-— ist an eine. Reglerschaltung angeschlossen, welche bewirkt, dass ein magnetischer Eluss, wie er normalerweise durch den im Leiter fliessenden Strom hervorgerufen würde, unterdrückt wird. Wenn der zu messende Strom ausser Wechselstrom auch Gleichstrom enthält, so war es bei den bisher bekannten Schaltungen nötig, den Leiter durch einen zweiten Kern zu führen, und an dessen 'Sekundärspule eine weitere Regelschaltung für die Kompensation des Gleichstrom-- anteiles anzuschliessen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kompensation ; i , Ï* der beiden Ströme mit einem einzigen Kern zu ermöglichen, " oder den Gleichstrom auf andere Weise zu erkennen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch folgende Massnahmen gelöst : ’ Massnahme 1 : Zur Messung des Wecnselstromanteils wird ein

Nullflusswandler verwendet.

Ein Nullflusswandler enthält eine Regel Schaltung, welche * *1 . " c “ eine Änderung des magnetischen Plusses, die normalerweise durch den zu. messenden Strom eintreten würde, durch einen ent spr een enden Strom I über eine Wandlerspule unterdrückt.

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Massnahme 2 : In den Kreis des Stromes I wird eine "Wechsel-

V U

spannungsquelle mit der Frequenz f eingefügt.

Der innere "Widerstand der Quelle soxl sehr klein gegenüber ;; dem induktiven Spulenwiderstand sein. Furch aas Einfugen ^ der Wechselspannungsquelle wird aus dem Nullflusswandler Π ein Konstantwechselflusswandler, dessen Fluss einen fest j vorgegebenen Verlauf hat und durch den zu messenden Strom $ „ » | " kaum beeinflusst wird. Wenn die Schaltung in einem Fehler- _ stromschutzschalter Verwendung findet, ist die genaue

Messung des Gleichstrom-Fehlerstromes nicht unbedingt erforderlich. Fann 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 1 genauere lineare Messung ist zusätzlich Massnahme 4 nötig.

Massnahme 3 . :_Am Ausgang des Verstärkers ist eine Filter- • Schaltung angeschlossen, welche bewirkt, dass • ; ' ^f läie 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 Regel- schaltung angeschlossen, welche einen Gieichstro so einstellt, dass das Signal mit der Frequenz 2nf auf einen kleinen Wert geregelt wird,wobei s dieser Gleichstrom in solcher Richtung über eine Î Spule des Wandlerkems fliesst, das er die von i * einem Gleichstrom-Fehlerstrom im Kern erzeug te magnetomotorische Kraft aufhebt.

i Vorteil : Fie Leistung für die Vormagnetisierong ist gering, und damit auch die Wärmeentwicklung.

i

Figur 1 zeigt die detaillierte Bauteilzeicnnung einer reali- i sierten und ausprobierten Schaltung, Figur 2 das Biockschalt- j bild, Figur 3 die Bauteilzeichnung mit Bezugsnummern, die Fi- - 3 - guren 4, 5, 6, 7 ärgere Ausführungsformen, allesamt in Verwendung mit einem Fehlerstromsehutzschaiter, Figur 8 zeigt eine reine Schaltung zur Messung elektrischer Ströme.

In Figur 1 sind 4 Netzleiter R,S, T, N, durch den Kern 3 des ·" Sommenstromwanalers aarcngefUhrt. Die Scnaltung o ist ! eine Spannungsquelle für Wechselstrom von 50 Hertz, welche bei einer Netzspannung von 220 Volt an dem Punkt zwischen ^ den beiden Wiaerstänaen von 2,7 Kiloohm und 10 Ohm eine * 3 Spannung von ungefähr 0,1 mV gegen Erde abgibt. Diese

Spannung erzeugt über die angeschlossene Wandlerspule 7 . - einen Vormagnetisierungsstrom lpr 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 Ip^ ausserdem einen Wechselstrom von 100 Hertz. Wenn über aie Phasenleiter ein Wechselstrom-Fehlerstrom fliesst, so entsteht in der genannten Spule zusätzlich ein proportionaler Strom,Ipa ,der die vom Wechselstrom-Fenierstrom bewirkte magnetomoto-riscne Kraft Kompensiert. Am Eingang-üer Filterschaltung 18 trifu eine Spannung Upa + Upr welche proportional ist zu Ipa 4- Ipr ist. Nur aie zweite-¾armοnisehe (100 Hertz) des Signals Upr wird von aer Filterschaltung 18 durchgelassen und gelangt zum Synchrongleichrichter 12. Dieser wird von einem Signal gesteuert, das vom Phasenschieber 8, vom Differentiator 9, von der UND-Funktions-scnaltung 10 und aem Komparator 11 aus der SinusSpannung des aus 2 Widerständen 30 (12 Kiloohm) una 32 (3,9 Kiio-Ä ohm) bestehenden Spannungsteilers abgeleitet wird. Der PI-Regier 14, hinter dem Synchrongleichrichter 12, steuert ’ die Stromquelle 15, welche über die Spule 4 einen Strom fliessen lässt, der die vom Gleichstrom-Fehlerstrom im Wanalermern erzeugte magnetomotorische Kraft kompensiert.

Die Summationsschaltung 17 bildet aie Summe der beiden Spannungen Upc und Upa , welche jeweils aem Gleichstrom- r ) - 4 -

Fehlerstrom Ipc und dem Wechselstrom-Fehlerstrom Ipa proportional sind. Upc wird erhalten, indem der von j der Stromquelle 15 geiieierte Strom üoer eine Voilweg- !· gleicnrichterschaltung 16 geleitet wira. U-, wird aas H . 1a jj aem Ausgangssignal der OperationsverstärKerschaltung jï 5 in der SummationsSchaltung 22 gebildet, welche zu [i der Spannungssumme Up& 4- Upp eine Spannung U = — Upr ad- Îdiert. Die resultierende Spannung wird durch die

Schaltung 23 gleichgerichtet. Wenn die Spannung am Ausgang der Summationsschaltung 17 höher ist als ein vorgegebener fester Höchstwert Up , gibt aer Komparator 19 ein Signal auf den Signalverstärker 20. Dieser t bewirbt einen starken Strom über die Spule 111 des Auslösers und der Schutzschalter schaltet ab.

An den N-Eingang aes Operationsverstärkers des Komparators 11 wird eine negative Spannung so eingestellt, dass eine von vier aufeinanderfolgenden Halbwellen der aus der Schaltung 18 mommenaen 100 Hertz-Welle vom Fet-Transistor durchgelassen wird.

Als Wandlerkern wurde in dieser Schaltung ein Ringbana-kern verwendet, wie er von aen bekanntesten Herstellern für Fehlerstromschutzschalter für die heutige Standardausführung (Nenn-Abschaltstrom 30 mA) benutzt wira, hergestellt von Fa. Vacuumschmelze GmbH, D 6450, Hanau. Material: ULTRAPERM F b0. Ungefähre Masse: äusserer Durchmesser 23 mm, Lochdurchmesser 13 mm, Länge aes Zylinders - 23 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 wiedergegeben, jedoch sind Bezugszeichen eingesetzt. In der nach-; folgenden Beschreibung der Verbinaung der Bauteile werden | Abkürzungen benutzt. Hierin bedeuten : R einen ohmschen ; Widerstand, C einen Kondensator, OP einen Operationsver- ' stärker. Die nachfolgende Zahl gibt das Bezugszeichen J in der Zeichnung, die in Klammern eingesetzte Zahl die I für aas Bauteil wichtige Date an. K-Ohm bedeutet Kiloohm, I - * „ Mikro-F bedeutet Mikrofarad.

t Die Netzleiter R, S, ï, N sind, durch den Kern 3 des

Summenstromwandlers durchgeführt. Der Nulleiter ist über 025(4,7 Mikro-F), den Leiter 26, C24(0,82 Mikro-F) mit demPhasenleiter T verbunden. Der Leiter 26 ist über R27 (2,7 K-Ohm), den Leiter 28 und R29(lC Ohm) mit Masse verbunden. Der Leiter 28 ist über die auf dem Kern 7 angeordnete Spule mit dem N-Eingang des 0P120 verbunden. Der Leiter 26 ist über R30(12 K-Ohm), den Leiter 31, R32(3,9 K-Ohm) mit Masse verbunden. Der Leiter 31 ist über R33 . r( 6,8 K-Ohm), den Leiter 34, 035(0,56 Mikro-P) mit Masse :" h-.Irdirerbunden. Der Leiter 34 ist über die parallelliegenden - --- '^^Widerstände R36(680 K-Ohm) und R37(4,7 megohm, verstellbar) mit dem N-Eingang eines Operationsverstärkers OP 121 verbunaen. Der P-Eingang des 0P120 ist direkt mit Masse, derjenige des 0P121 über R38(39 K-Ohm) mit Masse verbunden. Der Ausgang des 0P120 ist über R 39(lK-Ohm) mit dem N-Ein-

Igang des OPI20 verbunden. Der Ausgang des 0P121 ist über E41(68K-! Ohm) mit dem N-Eingang des OP 121 verbunden. Der Ausgang ! . - - des OPI21 ist über 042(1 Mikro-P) an den einen Wechselstrom- ; eingang einer Vollweggleichrichterschaltung 23 (Graetz- ! - - Schaltung bestehend aus 4 Dioaen) verbunden. Der andere I Wechselstromeingang von 23 ist mit Masse verbunaen. Die beiden Gleichstromausgänge von 23 sind über R45(15 K-Ohm) miteinander verbunden. Der positive Gleichstromausgang von l 23 ist über R44(lMegonm) mit dem N-EIngang, der negative

S

j ! über R45(l Kegohm) 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 ! über R47(l Megohm) mit Masse verbunden. Per Ausgang des 0P122 ist über R48(270 K-Ohm) mit dem P-Eingang des OP i 123 verbunden. P-Eingang und N-Eingang von 0P123 sind nj durch 2 parallelgeschaltete Pioden so miteinander ver- i | bunden, dass ihre Purchlassrichtungen entgegengesetzt j . sind. Per N-Eingang von OP 123 ist über R49C270 K-Ohm), ή den Leiter 50 und R51(33 K-Ohm) mit Masse verbunden.

I ; Per Leiter 50 ist ausserdem über R52(22 K-Ohm) mit dem positiven Pol +V der Spannungsquelle verbunden, welche

V V

die Operationsverstärker mit elektrischer Energie versorgt. Piese Spannungsquelle soll je einen Anschluss für +15 V, einen solchen für Ο V und einen für —15 V haben.

Per Ausgang von OP123 ist über R53(lO K-Ohm) mit der Basis eines n-p-n Transistors 110 verbunden. Per Kollektor dieses Transistors ist über R54(560 Ohm) mit dem positiven Anschluss +VQC der die Operationsverstärker versorgenden Spannungsquelle verbunden. Per Emitter dieses Transistors ist mit:ideTfnüf dem Auslöser angebrachten Spule 111 des SchutzschalteTS verbunden. Pas-andere Ende dieser Spule ist mit dem negativen Anschluss -Vgg verbunden. Per Ausgang von OPI20 ist über 055(8,2 Nanofarad), über den Leiter 56 und R57(195 K-Ohm) mit Masse verbunden. Ausserdem ist er über R58(390 K-Ohm), den Leiter 59 und 060(16,4 Nanofarad) mit Masse verbunden. Per Leiter 59 ist über R61 (390 K-Ohm), den Leiter 62, den 063(8,2 Nanofarad) mit dem Leiter 56 verbunden. Per Leiter 62 ist über R64(6,8 K-Ohm) den Leiter 65» R66(57»8 Ohm) mit Masse verbunden.

Per Leiter 65 ist über 067(0,15 Mikro-P) mit dem N-Ein-gang des OP 124 verbunden. Per Ausgang des OP 124 ist über R69(l,8 Megohm) mit dem N-Eingang von 0P124 verbunden. Er ist weiter über R70(6,8 K-Ohm, den Leiter 71 und I R72(66 Ohm) mit Masse verbunden. Per Leiter 71 ist über i ! f t- - 7 - C73(o,15 Mikro-Parad) mit dem N-Eingang des OP 125 verbanden. Der Ausgang des OP 125 ist über R75(l»8 j Megohm) mit dem N-Eingang des 0P125 verbunden. Der P- | ' Eingang des 0P125 ist mit Masse verbunden. Der Ausgang L . des 0P125 ist über C76(l Mikrofarad), den Leiter 77 und R76(10 K-Obm) mit Masse verbunden. Der Leiter 31

Iist über £80(6,8 K-Obm) den Leiter 81 und 082(0,47

Mikrofarad) mit dem P-Eingang eines 0P126 verbunden.

Der Leiter 81 ist über 083(3»3 Nanofarad) mit dem N-Eingang des 0P126 verbunden. Der Ausgang des 0P126 ist über R84(l Megohm) mit dem N-Eingang des 0P126 .verbunden. Der P-Eingang des 0P127 ist mit den Anoden der beiden Dioden 85 und 86 verbunden. Am Eingang des 0P127 ist eine leicht negative Spannung angelegt.

Der Ausgang des 0P127 ist mit der Kathode der Diode 88 verbunden. Die Anode der Diode 88 ist mit dem Steuereingang des PET-Transistors 90 verbunden. Von den beiden andern Anschlüssen des ΡΕΪ-Transistors ist der eine an den Leiter 77 angeschlossen. Er ist auch über R 91 ,_ ^|3»3iMegohm) an den Steuereingang von 90 angeschlossen. :^-fäe^Ändere Anschluss ist über R92(56 Kiloohm) »über den ~ Leiter 93 und 094(1 Mikrofarad) an Masse angeschlossen. Der Leiter 93 ist über R95(l00 Kiloohm) an den N—Eingang des 0P128 angeschlossen. Der Ausgang voïi 0P128 ist über 096(0,12 Mikrofarad) und R97(820 Kiloohm) an den N-Eingang des OP 128 angeschlossen. Der Ausgang des 0P128 ist an den P-Eingang von 0P129 angeschlossen.

Der N-Eingang des OP129 ist über R98(2,2 Kiloohm) an Masse angeschlossen. Der Ausgang des 0P129 ist über , die Spule 4 an den einen Wechselstromeingang der Voll weggleichrichterschaltung 16 (bestehend aus 4 Dioden) angeschlossen. Der andere Wechselstromanschluss von 16 ist über R98(2,2 Kiloohm) an Masse angeschlossen.

e

Der positive Gleichstromausgang von 16 ist über j/ r - c - 3 99 (47C Kiloohm) an den P-Ein-gang des 0P122 angeschlossen. Per negative Gleichstromanschluss von 16 ist über 3100(470 Kiloohm) an den N-Eingang des 0P122 angeschlossen. Die beiden Gleichstrom-anschlüsse sind über Ri0l(2,2 Kiroohm) miteinander ver-i bunden. Der Ausgang des 0P120 ist über R40(18 Kiloohm)

R

| mit dem R-Eingang des 0P121 verbunden. Der P-Eingang des jj OP 124 ist mit Masse verbunden. Der Leiter 71 ist über

C74(o,15 Mikrofarad) mit dem Ausgang des 0P125 verbunden. Der Leiter 81 ist mit der Kathode der Diode 85 verbunden. Der P-Eingang des 0P127 ist über 387(68 Kiloohm) mit Masse verbunden. Die Ausdrucksweise, dass ein Bauteil über C96 und 397 an ein anderes Bauteil angeschlossen ist, soll bedeuten, dass in dieser Verbindung die Bauteile C96 und 397 in Serie, also nicht etwa parallel liegen. Der Leiter 65 ist über 068(0,15 Mikrofarad) mit dem Ausgang des OPI24 verbunden. Der Ausgang des 0P126 ist mit der Kathode der Diode 86 verbunden. Phasenleiter N ist mit Masse verbunden. Der P-Eingang des OP

128 ist über 3102(100 K-Ohm) mit Masse verbunden.

- Die Operatiorisverstärkerschaltung 5 besteht aus 120 und - 59· Die="Schaltung 6 besteht aus den Teilen 24, 25, 27, 29. Der Phasenschieber 8 besteht aus 80, 81, 82. Der Differentiator 9 bestehend aus C 83(3,3 Rano-P),0P126,B84 (1 Megohm) bewirkt eine Phasenverschiebung von 90 Grad. Die URD-Punktionschaitung 10 besteht aus den Dioaen 85, 86. Der Komparator 11 besteht aus 0P127- Der Synchrongleichrichter 12 besteht aus 88, 90, 91, 92. Der PI-Regler 14 besteht aus 95, 96, 97, 128. Die Stromquelle 15 besteht aus 129, 101, 98, 16. Die Vollweggleichrichter-schaltung 16 besteht aus den 4 Dioden. Die Summationsschaltung 17 besteht aus 44, 45, 46, 47, 99, 100, 122.

Die EilterSchaltung 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, 67, 69, 124)für 100 Hertz und einem zweiten solchen Filter (70, 72, 75, 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

S

| 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-Transistör 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 Null geht, soll der Fet wieder sperren. Der Differentiator 9 erzeugt eine SinusSpannung Ug , die um 90 Grad gegenüber der im Leiter 81 vorliegenden Spannung Ug-^ verschoben ist. Wenn .sowohl Ug wie Ug^ etwas höher liegen als die am N-Eingang von OP 127 Angelegte, leicht negative Spannung wird der Ausgang von 127 positiv und der Fet-Transistor leitet eine Halbwelle von 100 Hertz an den Eingang des PI-Reglers 14.

IVon 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 aer Figur 3 in folgender Weise ändern. An den P-Eingang des OP 12o wira 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 r a,

Spule 7 zur Masse ein. Infolge des Induktiven Spannungs-abfalls an 7 entsteht am N-Eingang des 0P120 eine positive Spannung, die derjenigen am P-Eingang gleich ist. Ist die am P-Eingang angelegte Spannung eine Weehselspannung von circa 0,1 Volt und 50 Hertz und hat sie genau entgegengesetzte i Phasenlage wie die zwischen 28 und Masse abgenommene Spannung der Pigur 3, so kann man auf diese Art über 7 den erforder-:i liehen Vormagnetisierungsstrom erzeugen, ohne die Spannungs- j| quelle 6 zu benutzen. Dann werden die Bauteile 27, 28, 29 j . - aus der Schaltung entfernt und das vorher an 28 angelt schlossene Ende der Spule 7 wird mit Masse verbunden. Pigur I , 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.

Pigur 5 zeigt eine gegenüber den Figuren 1, 3, 4 wesentlich einfacher aufgebaute Ausführung. Der Gleichstrom-Fehlerstrom wird hier nicht kompensiert, und es fallen die Schaltungen 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15 fort. Der 0P130 verstärkt nur die negative Halbwelle der.-vom Gleichstrom-Fehlerstrom erzeug-^p^^O-Hertz-Welle, nicht die positive. Durch den C158 .. I QüMikrofarad) wird aus den primär entstehenden Halbwellen- . impulsen eine ziemlich glatte negative Gleichspannung Ung , welche über R142 auf aen N-Eingang von 0P132 einwirkt.

Die über C 42 und E140 auf den N-Eingang von 0P132 einwirkende Spannung ist eine reine WechselSpannung. Ihr positiver Weilenteil wira durch aie Überlagerung mit U Λ verkleinert,ihr negativer vergössert. Da R140 und E142 gleich sind, ist die Spannung am N-Eingang gleich der halben Summe (dem arithmetischen Mittelwert) von ü n und TJj,^ . Der 0P132 wirkt als Komparator. Wenn die an seinem , N-Eingang wirkende Spannung stärker negativ ist, als die « über R151 und E152 auf den P-Eingang wirkende negative Spannung, wird der Ausgang von OP 132 positiv, und über t den Transistor 110 fliesst ein Strom, der den Schutzschalter abschaltet.

Für die nachstehend aufgezahlten Bauteile ist deren Verbindung die gleiche wie auf Seite 5, Zeile 1 bis 28 angegeben : R, s, T, N, 3, 4, 7, 24 bis 42, 120, 121. Auch L die Daten dieser Bauteile sind die gleichen. Jedocn ist C42 hier nicht mit einer Gleicnrichterschaltung verbunden. Der Ausgang von 0P121 ist über C42(l Mikro-F), R140 - (1 Megohm), den Leiter 141, R142(l Megohm), den Leiter 143, C158(l0 Mikro-F) mit Masse verbunden. Der eine An-I , Schlussdraht von R151(33 K-Ohm) ist mit Masse verbunden.

5 Der andere ist über den Leiter 159, über H152(22 K-Ohm) 1 _ _ mit dem negativen Anschluss -Y^ der die Operationsver- ! stärker versorgenden Spannungsquelle verbunden.Leiter 159 ist über Rl46(l Megohm) mit dem P-Eingang von 152 verbunden. Leiter 141 ist mit dessen N-Eingang verbunden. Der Ausgang des OPI25 ist mit dem N-Eingang des 0P130 verbunden. Der Ausgang des 0P130 ist mit der Anode der Diode 153 verbunden. Die Kathode dieser Diode ist über den Leiter 154, den Widerstnd 155^10 K-Ohm), den Leiter 156, R157 (3,3 K-Ohm) mit Masse verbunden. Der Leiter 156 ist mit _____démP-Eingang des OP130 verbunden. Der Leiter 154 ist - ';;mit~üem Leiter 143 verbunden. Der Ausgang des 0P132 ist - -=4ïfeër^R53(10 K-Ohm) mit der Basis des npn-Transistors 110 verbunden. Der Kollektor des Transistors ist über R54(560 Ohm) mit dem positiven Anschluss +Vno verbunden. Der Emitter des Transistors ist über die Spule 111 mit dem Anschluss verbunden. Die in der Zeile 3 dieser

Seite aufgezählten Bauteile haben aie 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 Ipa eine gleichgerichtete Spannung, (nämlich die Spannungsdifferenz an den Ausgängen der Gleichrichterschaltung 23) benutzt, währena bei der zuletzt beschriebenen Schaltung das die Stromstärke 1^ repräsentierende Signal am Ausgang von 121 eine reine Wechselspannung ist. Man £

S

ί ϊ i kann aber auch in Figur 5 eine Gleichrichterschaltung einfügen. Dadurch wird erreicht, dass bei Fliessen eines Gleichstrom-Fehlerstromes jede der beiden Halbweilen der ' gleichgerichteten Wechsel Spannung von 50 hertz durch die Überlagerung mit UnG vergrössert wird. Eine eventuelle '1 Verzögerung einer Abschaltung bis zur nächsten negativen I 50-Hertz-Halbwelle (etwa 10 Millisekunden) wird so vermie- I den. Figur 6 zeigt den Teil der Schaltung, der hierbei

Il . abgeändert werden muss. Die übrige Schaltung stimmt mit J 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 G-leichstrom-Fehlerstromes dieser nicht kompensiert -wird,-Vermindert sich der inauktivè Widerstand der Spule 7..

- uii&kd&r fliesst ein stärkerer Vormägnetisierungsström Lpr . Auch Upr nimmt zu (siehe Seite 3, Zeile 20). Die Spannung U, aie,wie auf Seite 4 Zeile 7 angegeben, zum Zweck der Elimination von Upr 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 Upa überlagert. Je nach Phasenlage des Wechselstrom-Fehlerstromes zu Ipr kann diese Ausgangsspannung verschiedene Werte annehmen. Der Abschaltstrom des *

Schutzschalters ist daher bei gegebenen Werten des Wechselstrom-Fehlerstromes IpW und des Gleichstrom-FehlerStromes von der Phasenlage von i_ und somit auch von I™, zu i_ j a FW Pr abhängig. Um diesen Einfluss klein zu halten, ist es vorteilhaft, einen kleinen Vormagnetisierungsstrom durch Ein-

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 aber hinsichtlich der üngenauigkeit durch Phasenlage geringere Ansprüche, so kann man I grösser wählen und dann sogar auf die PiiterSchaltung •jö I verzichten. Dies dürfte allerdings nur für Schutzschal - J ter ratsam sein, bei welchen nur ein Phasenleiter und I. - ^ der Nulleiter durch aen Kern geführt sind, da hier ; Änderungen der Phasenlage normalerweise gering sind.

| , Eine solche Schaltung hat man vor sich, wenn man in

Figur 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-Fehlerstrom die Abschaltung durch das Ansteigen von Ip hervorgerufen.

Bei allen angegebenen Ausführungen ist eine weitere Vereinfachung möglich, indem ein Wechselstrom mit konstantem Effeïî^vwert über eine andere Spule zwecks Vor-magnetisier^l^eleitet wird.’ Figur 7 zeigt die nach entsprechender Änderung der Figur 5 erhaltene Schaltung.

Der Widerstand 39 hat einen Wert von 3,3 Kiloohm, damit die Verstärkung grösser wird und auf den OP 121 verzichtet werden kann. Der Ausgang des 0P120 ist direkt über C42, R140 mit dem N-Eingang von 0P132 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. Durch richtige Wahl der Daten 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 ; » p , --^

.‘s J

Fehlerstrom auf den Kern einwirkt.Wenn darm nach dieser Einstellung ein Wechselstrom-Fehlerstrom eintritt, so enthält der sich bildende Strom keinen Vormagnetisierungsstrom, sondern nur den Strom Ipa -, der die magneto- motorische Kraft des Wechselstrom-Fehlerstromes 1™ kom-

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pensiert. hie am Ausgang von 0P120 auftretende Spannung ist daher proportional zum Wechselstrom-Fehlerstrom. Für j den Kondensator 160 dürfte der richtige Wert hei etwa j; 68 Nanofard, für den Widerstand 161 hei 220 Kiloohm ! " * liegen. Der Phasenleiter Ï ist über C160, R161 und Spule i j 2 (100 Windungen mit dem Nulleiter N verbunden. Wendet | ” " man die Vereinfachung auf die Schaltung der Figur 1, 3 ] öder 4 an, so müssen die Bauteile 30, 32 sowie deren Ver- i bindungen vom Leiter 26 über 30, 31» 32 zur Masse, sowie die Verbindung des Leiters 31 über 80, 81, 82 zur Masse beibehalten werden.

Figur 8 zeigt eine Schaltung, ähnlich wie Figur 4, aie | jedoch für die Messung von elektrischem Strom für andere 1 __Zwecke als für SchutzSchalter abgeändert ist. Nur der den I_ - v^gu messenden Strom führendegLeiter L ist durch den ßm 3 '. -“güürchgeführt. hie GleichrichterSchaltungen 23 und lö, ebenso die Bauteile 43,45,48 bis 54, 99, 110 111, die Dioden zwischen den Eingängen von OP 123 wurden entfernt, her Ausgang von OP 121 ist über C42, R44 mit dem Eingang von 0P122 verbunden. Der Ausgang von OP129 ist über 4, Leiter 104, Hl01, Leiter 103» R9& mit Masse verbunden, her Leiter 103 ist mit dem N-Eingang von 0P129 verbunden, her N-Eingang von 0P122 ist über H100 mit Masse verbunden.

- Am Ausgang von 0P121 tritt eine Spannung auf, die dem im Leiter L fliessenden Wechselstrom proportional ist, während ! s die am Ausgang von OP129 auftretende Spannung dem im Leiter I , L fliessenden Gleichstrom proportional ist. Am Ausgang von i !* 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 Wiaerstande 44 und ICO.

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In den bisher beschriebenen Schaltungen wurde zur Erzeugung des Vormagnetisierungsstromes 1^^ eine Spannung mit der Frequenz 50 Hertz benutzt, da man diese in einfacher leise an den Netzleitern ebgreifen kann. "Wenn aber die Netzspannung eine "Welle von 100 Hertz enthalt, kann diese ' das Messergebnis des Gleichstrom-Fehlerotromes verfälschen, jl Hann ist es vorteilhaft, einen besonderen Oszillator zum 25? % Erzeugen des VormagnetisierungsStromes zu benützen, dessen I Frequenz so gewählt ist, dass die Harmonische, welche in der Filterschaltung 18 zur Hetektion des Gleichstrom-Fehlerstromes benutzt wird (normalerweise die zweite, oder » eventuell die vierte, sechste ,.) nicht mit der Frequenz çiner in der Netzspannung vorhandenen Welle übereinstimmt. Hie hierzu erforaerlichen Änderungen für das Ausführungsbeispiel nach Figur 5 sind folgende. Hie Verbindung des Kondensators 24 zum Phasenleiter T wird unterbrochen und der freiwerdende Anschlussdraht dieses Kondensators mit dem einen Anschluss des Oszillators 150 (siehe Figur 9) * verbunden. Her andere Anschluss des Oszillators wird mit

Masse verbunden. Hie Oszil!* atorfrequenz kann etwa 12,5 - -, Hertz, seine_,Effektivwert der Spannung 0,025 Volt betragen.

Selbstvergl|gff|^ch muss die Himensionierung einiger Bauteile entsprechend 'der neuen Frequenz geändert werden, beispielsweise für die Filterschaltung 18 und den Phasenschieber 8.

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Claims (2)

1· Schaltung zur Messung elektrischer Ströme mit einem Milflusswandler, dadurch gekennzeichnet, dass im Stromweg des Kompensationsstromes eine Wechselspannungs- f quelle eingefügt ist, deren Frequenz verschieden ist von der Frequenz des Netzes, weiter gekennzeichnet durch 1 * eine FilterSchaltung, die das Signal mit der Frequenz 2nf in bevorzugter Weise verstärkt, wobei n eine ganze Zahl * ist, wobei die Filterfrequenz Pnf verschieden ist von ; der Frequenz von im Nets vorkommender Wellen.

2. Verfahren zur Messung elektrischer Ströme, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Erkennung von Gleichstrom er-| forderliche Vormagnetisierung des Wandlerkernes durch Einwirkung einer Spannung erzeugt wird, welche am Eingang der Verstärkerschaltung wirksam ist, oder als eine im Stromweg des Kompensationsstroemes eingefügte Spannungs-quelüie wirksam ist. ^ « ** » M