DE1059551B

DE1059551B - Schaltungsanordnung zum Schutz elektrischer Anlagen

Info

Publication number: DE1059551B
Application number: DEST13984A
Authority: DE
Inventors: August Stucke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-07-11
Filing date: 1958-07-11
Publication date: 1959-06-18

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT 1059

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DEB
AUSLEGESCHRIFT:

AUSGABE DER
PATENTSCHRIFT:

kl. 21 c 68/70

INTERNAT. KL. H 02 d 11. JULI 1958

18. JUNI 1959

21. JANUAR 1960

STIMMT ÜBEREIN MIT AUSLEGESCHRIFT 1 059 551 (St 13984 VIII b / 21 c)

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz elektrischer Anlagen und bezieht sich insbesondere auf solche Schaltungsanordnungen, bei denen beim Auftreten von Fehlerströmen mit Hilfe eines Differenzwandlers und eines in Abhängigkeit von den im Differenzwandler auftretenden Strömen ausgelösten Schalters die Anlage abgeschaltet wird.

Derartige Anordnungen sind im Hauptpatent beschrieben. Dabei steht die Auslösesperre des Schalters mit einem Betätigungsorgan in Verbindung, das bei normalem Betriebszustand durch eine Rühestromspeisung an der Betätigung verhindert wird. Nach dem Hauptpatent kompensiert die bei einem Körperschluß am Differenzwandler auftretende Spannung eine aus einer oder allen Netzphasen und dem Nullleiter entnommene Ruhespannung und bewirkt damit die Abschaltung der Anlage mit Hilfe eines elektrostatischen Gerätes nach dem Johnsen-Rahbeck-Effekt über eine Auslösesperre.

Um die Auslöseempfindlichkeit zu erhöhen bzw. die Stromstärke des Fehlerstromes, bei der eine Auslösung erfolgt, herabzusetzen, ist gemäß der Erfindung an den Differenzwandler ein vorzugsweise mit einem Transistor bestückter Oszillator angeschlossen, dessen Ausgangsschwingungen nach Gleichrichtung in einem Gleichrichter die Kompensation -des Ruhestromes bzw. der Ruhespannung des Betätigungsorgans bewirkt. Die Verwendung der Oszillatorschaltung hat z. B. gegenüber einer gewöhnlichen Verstärkerschaltung den Vorteil, daß sie mit verhältnismäßig geringem Aufwand trotz kleiner Eingangsspannung die benötigte hohe Ausgangsspannung liefert. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß der Differenzwandler und die zur Auslösung benötigten Teile sehr klein und raumsparend dimensioniert werden können.

Der im Generator vorzugsweise benutzte Transistor kann entweder aus dem Wechselstromnetz über einen Spannungsteiler gespeist oder auch an eine gleichgerichtete Netzspannung angeschlossen, werden.

Um ein Ansprechen der Anordnung nach jeder Halbwelle des Fehlerstromes zu erreichen, kann es zweckmäßig sein, den Differenzwandler mit Mittelanzapfung zu versehen und die Steuerspannung des Generators durch eine Doppelweggleichrichtung des Fehlerstromes zu gewinnen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale des Erfindungsgegenstandes gehen aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor.

Fig. 1 zeigt die prinzipielle Schaltung der Schutzanordnung;

Fig. 2 zeigt die prinzipielle Schaltung eines wechselstromgespeisten Transistors;

Fig. 3 zeigt ein Strom- und Spannungsdiagramm; Schaltungsanordnung zum Schutz elektrischer Anlagen

Zusatz zum, Patent 1 053 639 Das Hauptpatent hat angefangen am 14. August-1956

Patentiert für:

August Stuke, Oberbecksen bei Bad Oeynhausen

August Stuke, Oberbecksen bei Bad Oeynhausen, ist als Erfinder genannt worden

Fig. 4 zeigt eine^weitere Schaltung mit gleichstromgespeistem Transistor.

^a5 Die Schaltung der Fig. 1 zeigt zwei Leitungen 1 und 2, die über einen Schalter 4 an den Nulleiter Mp und die eine Phase R eines Wechselstromnetzes angeschlossen sind. Der Ausgang eines Differenzwandlers 3 führt zu einem Hochfrequenzoszillator 5, der über die Leitungen 9 und 10 aus dem Wechselstromnetz gespeist wird. Der Ausgang des Oszillators ist über einen Gleichrichter 6 mit einem Betätigungsorgan 7, ζ. B. mit dem elektrostatischen Relais des Hauptpatents, verbunden. Dieses ist über die Leitungen 11 und 12 an die Wechselstromleitung angeschlossen und betätigt über eine Auslösesperre 8 den Schalter 4.

Normalerweise wird die Auslösesperre des Schalters durch einen Ruhestrom an der Betätigung verhindert. Der Oszillator ist so eingestellt, daß er nicht schwingt, solange kein Fehlerstrom fließt. Sobald ein Fehlerstrom im Differenzwandler 3 auftritt, beginnt die Oszillatorstufe 5 zu schwingen. Die Schwingung wird im Gleichrichter 6 gleichgerichtet und kompensiert den Ruhestrom, so daß die Auslösesperre des Schalters aufgehoben und die Anlage abgeschaltet wird.

Der Oszillator kann beispielsweise mit einem Transistor 13 bestückt werden. Die Basis dieses Transistors wird nach Fig. 2 über einen Resonanzkreis mit einer Spule 14 an den Differenzwandler angeschlossen. Der Kollektor liegt an einer Spule 15, die mit der Spule 14 gekoppelt ist, und die gleichzeitig als Primärspule eines Übertragers 16 wirkt, dessen Sekundärseite über

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einen Gleichrichter 17 an das elektrostatische Relais 7 angeschlossen ist. Die Kollektorspannung wird über einen Spannungsteiler 18, 19 auf den Leitungen 1 und 2 abgegriffen.

Am Kollektor C des Transistors 13 liegt eine Wechselspannung von z. B. 40 Volt. Wenn kein Fehlerstrom vorhanden ist, fließt auch kein Kollektorstrom, da die Vorspannung zwischen Emitter E und Basis B Null ist, so daß keine Schwingung auftreten kann. Bei Vorhandensein eines Fehlerstromes und einer derartigen Polung des Differenzwandlers 3, daß die Basisspannung und die Kollektorspannung gleichphasig sind, fließt in der negativen Halbwelle ein Basisstrom, so daß auch ein entsprechender Kollektorstrom auftritt. Der Transistor. 13 wird in den Arbeitsbereich gesteuert, womit das Auftreten von Schwingungen während der negativen Halbwelle der Netzwechselspannung verbunden ist, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Diese Figur zeigt den Kollektorstrom Ic in Abhängigkeit von der Spannung UBE zwischen Basis und Emitter, wobei die Spannung des Wandlers 3 nach unten aufgetragen ist. DieSchwingungen werden im Gleichrichter 17 gleichgerichtet, wodurch der Ruhestrom des Relais bzw. die Ruhespannung (Haftspannung) des elektrostatischen Relais kompensiert wird.

Um auch in der positiven Halbwelle des Fehlerstromes ein Ansprechen zu erzielen, kann auf den Differenzwandler 3 eine weitere Wicklung aufgebracht werden, mit der eine zweite Oszillatoranordnung mit phasenvertauschten Anschlüssen betrieben werden kann. Bei 4poliger Ausführung des Fehlerstromschutzschalter erfolgt die Speisung des Oszillators nach jeweiliger Gleichrichtung der einzelnen Phasen gegen den Nulleiter.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem jedoch der Transistor 13 mit Gleichstrom betrieben wird.

Die Speisung erfolgt am Kollektor C über einen Gleichrichter 21, der an die Netzleitung 1 angeschlossen ist. Der Wandler 3 ist in diesem Fall mit einem Abgriff versehen, und die beiden Enden der Wicklung sind über zwei Gleichrichter 22 und 23 an den Schwingkreis 14, 15 angeschlossen. Die Basisvorspannung wird also durch Doppelweggleichrichtung des Fehlerstromes aus dem mit Mittelabgriff versehenen Differenzwandler gewonnen. Auch diese Schaltung hat den Vorteil, daß sie nach jeder Halbwelle des Fehlerstromes anspricht.

Anstelle des Transistors können auch andere geeignete Verstärkerelemente zur Anwendung kommen. Es ist ferner möglich, statt eines Oszillators zur Erzeugung harmonischer Schwingungen eine Generatorstufe zu verwenden, die periodische oder aperiodische Schwingungen anderer Kurvenform, z. B-. Impulse erzeugt.

Als Beispiel sei genannt, daß Baumaschinen, die auf Baustellen provisorisch angeschlossen werden, häufig mit einem beweglichen Kabel an eine Kraftsteckdose angeschlossen sind. Bei solchen Maschinen ist der Motor meist mit dem Baumaschinengerüst konstruktiv verbunden. Wenn nun aus irgendeinem Grund die Erdverbindung zum Motor durchbrochen wird, erfolgt die Abschaltung der Anlage schon allein durch Berührung des zu schützenden Verbrauchers mit dem Erdreich beim Auftreten eines Fehlerstromes.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Schutz elektrischer Anlagen durch Abschalten beim Auftreten von Fehlerströmen mit Hilfe eines Differenzwandlers und eines in Abhängigkeit von den im Differenzwandler auftretenden Strömen ausgelösten Schalters, dessen Auslösesperre mit einem Betätigungsorgan in Verbindung steht, das bei normalem Betriebszustand durch eine Ruhestromspeisung an der Betätigung verhindert wird und bei der die bei einem Körperschluß am Differenzwandler auftretende Spannung eine aus einer oder allen Netzphasen und dem Nulleiter entnommene Ruhespannung kompensiert und damit die Abschaltung der Anlage mit Hilfe eines elektrostatischen Relais nach dem Johnsen-Rahbeck-Effekt über eine Auslösesperre bewirkt, nach Hauptpatent 1 053 639, dadurch gekennzeichnet, daß an den Differenzwandler (3) ein vorzugsweise mit einem Transistor (13) bestückter Oszillator (5) angeschlossen ist, dessen Ausgangsschwingungen nach Gleichrichtung in einem Gleichrichter (6) die Kompensation des Ruhestromes bzw. der Ruhespannung des Betätigungsorgans bewirkt. ■ ,

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsspannung eine dem Netz über einen Spannungsteiler entnommene Wechselspannung oder eine hieraus gleichgerichtete Spannung dient.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des Verstärkerelements über Doppelweggleichrichter (22, 23) an den mit Mittelabgriff versehenen Differenzwandler angeschlossen ist.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenphasig gesteuerte Verstärkerelemente vorgesehen sind, deren Steuerspannung aus zwei getrennten "Wicklungen des Differenzwandlers entnommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen