DE1059551B

DE1059551B - Circuit arrangement for the protection of electrical systems

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 DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

PATENTSCHRIFT 1059PATENT DOCUMENT 1059

ANMELDETAG:REGISTRATION DAY:

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DEB
AUSLEGESCHRIFT:NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE DEB
EDITORIAL:

AUSGABE DER
PATENTSCHRIFT:ISSUE OF
PATENT LETTERING:

kl. 21 c 68/70kl. 21 c 68/70

INTERNAT. KL. H 02 d 11. JULI 1958INTERNAT. KL. H 02 d JULY 11, 1958

18. JUNI 1959June 18, 1959

21. JANUAR 1960JANUARY 21, 1960

STIMMT ÜBEREIN MIT AUSLEGESCHRIFT 1 059 551 (St 13984 VIII b / 21 c)AGREES WITH EXPLAINING LETTER 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.The invention relates to a circuit arrangement for protecting electrical systems and relates in particular to on such circuit arrangements in which the occurrence of fault currents with the help one differential converter and one depending on the currents occurring in the differential converter triggered switch the system is switched off.

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.Such arrangements are described in the main patent. The trip lock of the switch is in place with an actuator in connection, which in normal operating condition by a quiet current feed is prevented from being actuated. According to the main patent, it compensates for a body closure Voltage occurring at the differential converter is one of one or all of the mains phases and the neutral conductor The open-circuit voltage taken and thus causes the system to be switched off with the help of an electrostatic Device based on the Johnsen-Rahbeck effect via a trigger lock.

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.In order to increase the tripping sensitivity or the amperage of the fault current at which a tripping takes place to reduce, is according to the invention to the differential converter, preferably with a Transistor equipped oscillator connected, its output oscillations after rectification in one Rectifiers compensate for the quiescent current or the idle voltage of the actuator. The use of the oscillator circuit has e.g. B. compared to an ordinary amplifier circuit the advantage that they can be operated with relatively little effort despite the low input voltage supplies the required high output voltage. Another advantage results from the fact that the differential converter and the parts required for triggering are dimensioned very small and space-saving be able.

Der im Generator vorzugsweise benutzte Transistor kann entweder aus dem Wechselstromnetz über einen Spannungsteiler gespeist oder auch an eine gleichgerichtete Netzspannung angeschlossen, werden.The transistor, which is preferably used in the generator, can either be drawn from the AC network via a Voltage divider fed or connected to a rectified mains voltage.

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.In order to achieve a response of the arrangement after each half cycle of the fault current, it can be appropriate to provide the differential converter with a center tap and the control voltage of the Generator by a full-wave rectification of the fault current.

Weitere Einzelheiten und Merkmale des Erfindungsgegenstandes gehen aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor.Further details and features of the subject matter of the invention can be found in the description of FIG Embodiments emerge.

Fig. 1 zeigt die prinzipielle Schaltung der Schutzanordnung; Fig. 1 shows the basic circuit of the protection arrangement;

Fig. 2 zeigt die prinzipielle Schaltung eines wechselstromgespeisten Transistors;Fig. 2 shows the basic circuit of an AC-powered Transistor;

Fig. 3 zeigt ein Strom- und Spannungsdiagramm; Schaltungsanordnung zum Schutz elektrischer AnlagenFig. 3 shows a current and voltage diagram; Circuit arrangement for protection electrical systems

Zusatz zum, Patent 1 053 639 Das Hauptpatent hat angefangen am 14. August-1956Addition to, patent 1 053 639 The main patent started on August 14th-1956

Patentiert für:Patented for:

August Stuke, Oberbecksen bei Bad OeynhausenAugust Stuke, Oberbecksen near Bad Oeynhausen

August Stuke, Oberbecksen bei Bad Oeynhausen, ist als Erfinder genannt wordenAugust Stuke, Oberbecksen near Bad Oeynhausen, has been named as the inventor

Fig. 4 zeigt eine^weitere Schaltung mit gleichstromgespeistem Transistor.Fig. 4 shows a ^ further circuit with direct current fed 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. ^a 5 The circuit of FIG. 1 shows two lines 1 and 2 which are connected via a switch 4 to the neutral conductor Mp and one phase R of an alternating current network. The output of a differential converter 3 leads to a high-frequency oscillator 5, which is fed via lines 9 and 10 from the alternating current network. The output of the oscillator is via a rectifier 6 with an actuator 7, ζ. B. with the electrostatic relay of the main patent connected. This is connected to the alternating current line via lines 11 and 12 and actuates switch 4 via a trip lock 8.

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.Normally the trip lock of the switch is prevented by a quiescent current on the actuation. The oscillator is set so that it does not oscillate as long as there is no fault current flowing. Once a Fault current occurs in the differential converter 3, the oscillator stage 5 begins to oscillate. The vibration is rectified in the rectifier 6 and compensates for the quiescent current, so that the release lock of the Switch is canceled and the system is switched off.

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 überThe oscillator can be equipped with a transistor 13, for example. The base of this transistor is connected to the differential converter according to FIG. 2 via a resonance circuit with a coil 14. the The collector is connected to a coil 15, which is connected to the coil 14 is coupled, and at the same time acts as a primary coil of a transformer 16, the secondary side of which

909 696/167909 696/167

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.a rectifier 17 to the electrostatic relay 7 connected. The collector voltage is applied to lines 1 via a voltage divider 18, 19 and 2 tapped.

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.At the collector C of the transistor 13 there is an alternating voltage of, for. B. 40 volts. If there is no fault current, no collector current flows either, since the bias voltage between emitter E and base B is zero, so that no oscillation can occur. If a fault current is present and the polarity of the differential converter 3 is such that the base voltage and the collector voltage are in phase, a base current flows in the negative half-cycle, so that a corresponding collector current also occurs. The transistor. 13 is controlled in the working range, which is associated with the occurrence of oscillations during the negative half-wave of the AC mains voltage, as can be seen from FIG. 3. This figure shows the collector current Ic as a function of the voltage UBE between the base and the emitter, the voltage of the converter 3 being plotted downwards. The oscillations are rectified in the rectifier 17, whereby the closed-circuit current of the relay or the closed-circuit voltage (adhesive voltage) of the electrostatic relay is compensated.

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 order to achieve a response in the positive half-wave of the fault current, the Differential converter 3 a further winding are applied, with which a second oscillator arrangement with phase-swapped connections can be operated. With 4-pole version of the residual current circuit breaker the oscillator is fed after the individual phases have been rectified against the neutral.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem jedoch der Transistor 13 mit Gleichstrom betrieben wird.In Fig. 4, a further embodiment is shown, in which, however, the transistor 13 with direct current is operated.

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.The feed takes place at the collector C via a rectifier 21 which is connected to the mains line 1. The converter 3 is provided with a tap in this case, and the two ends of the winding are connected to the resonant circuit 14, 15 via two rectifiers 22 and 23. The base bias is thus obtained by full-wave rectification of the fault current from the differential converter provided with a center tap. This circuit also has the advantage that it responds after every half cycle of the fault current.

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.Instead of the transistor, other suitable amplifier elements can also be used. It is also possible to use a generator stage instead of an oscillator to generate harmonic oscillations to use the periodic or aperiodic oscillations of other waveforms, e.g. B-. Impulses generated.

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.As an example, it should be mentioned that construction machines that are provisionally connected to construction sites are common are connected to a power socket with a flexible cable. With machines like this, the The engine is usually structurally connected to the construction machine frame. If for some reason the If the earth connection to the motor is broken, the system is switched off by itself Contact of the consumer to be protected with the ground when a fault current occurs.

Claims

Patent claims:

1.Circuit arrangement for the protection of electrical systems by switching off when fault currents occur with the aid of a differential converter and a switch that is triggered depending on the currents occurring in the differential converter, the release lock of which is connected to an actuating element which, in normal operating conditions, prevents actuation by a closed-circuit supply and in which the voltage that occurs in the event of a short to the body on the differential converter is compensated for by an open circuit voltage taken from one or all of the network phases and the neutral conductor, thus causing the system to be switched off with the help of an electrostatic relay according to the Johnsen-Rahbeck effect via a trip block, according to main patent 1 053,639, characterized in that a is preferably connected to a transistor (13) of printed oscillator (5) to the differential transformer (3) whose output vibrations after rectification in a rectifier (6) the compensation of the idling current and the rest voltage of the actuator causes. ■,

2. Switching arrangement according to claim 1, characterized in that a dem operating voltage AC voltage taken from the mains via a voltage divider or a voltage rectified from it Tension serves.

3. Switching arrangement according to claim 1, characterized in that the control electrode of the amplifier element Via a full-wave rectifier (22, 23) to the differential converter provided with a center tap connected.

4. Switching arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that two controlled in phase opposition Amplifier elements are provided, their control voltage from two separate "windings of the differential converter is taken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings