DE2124178C3 - Schutzeinrichtung zum Feststellen von Erdschluß-Leckströmen - Google Patents

Description

10 Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche l' bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertkreis (30) ebenfalls einen steuerbaren Schalter enthält, der mit dem Ausgang der Ringkerne (34 36) verbunden und durch ein Signa, vorbestimmter Größe auslösbar ist.

11 Schutzeinrichtung nach Anspruch IU, da durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausganp der Ringkerne (34, 36) und dem zweiten steuerbaren Schalter ein VoHweggleichnchter (116) angeordnet ist (Fig. 8). .JA"

12 Schutzeinrichtung nach einem der Anspru ehe 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Schalter steuerbare Siliziumgleichrichter (48, 62) sind.

13 Schutzeinrichtung nach einem der Anspn: ehe 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertkreis (30) ein Steuersignalfilter (64, 66) aufweist (Fig. 7). _Λ

14 Schatzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schwellwertkreis (30) ein bei dessen Anspre chen erregbares Schütz (14) verbunden ist, durch das die Energiezufuhr zu dem Lastkreis (10) unterbrechbar tSt. Ui-IJ

15 Schutzeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Schütz (14) als Überstromschalter (80) ausgebildet ist und daß seinen Kontakten ein wahlweise auslosbarer Schalter (82) parallel geschaltet ist (Fig. 7).

16 Schutzeinrichtung nach Anspruch 15 und einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet daß als wahlweise auslösbarer Schalter der steuerbare Schalter des Schwellwertkreises (30) dient.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrich-

tung zum Feststellen von Erdschluß-Leckströmen in einem über zwei Zuleitungen an eine einpolig geerdete Stromversorgung angeschlossenen Lastkreis mit einer induktiv mit den beiden Zuleitungen gekoppelten, zwei Ringkerne aufweisenden Magnetkernan-

Ordnung und mit einem damit über mindestens eine Sekundärwicklung verbundenen Schwellwertkreis, der bei einer vorgegebenen, von der Differenz der Ströme in den Zuleitungen abhängigen Differenzspannung eine Trennung der Last von der Stromversorgung herbeiführt.

Eine solche Schutzeinrichtung ist bekannt (USA.-Patentschrift 3476091).

Mit dem starken Ansteigen der Verwendung von elektrischen Geräten im Haushalt und in der Industrie haben in den letzten Jahren auch die mit der Verwendung solcher Geräte zusammenhängenden Sicherheitsfragen immer größere Bedeutung gewonnen. In der Gesundheitspflege in Krankenhäusern und PfIe-

geanstalten werden zum Beispiel immer mehr und verfeinerte elektronische Geräte, etwa zum Anzeigen verschiedener Körperfunktionen eines Patienten, verwendet, um bessere diagnostische Informationen zu erlangen und um Pflegepersonal für andere Zwecke freizustellen. In diesen Fällen ist das elektrische Gerät häufig für längere Zeitspannen in elektrischem Kontakt mit dem zu überwachenden Patienten, ohne da3 eine Bedienungs- oder Pflegeperson anwesend ist. Oft ' ist auch der Patient infolge vorgerückten Alters oder »° Krankheit in stark geschwächtem Zustand oder sogar ohne Bewußtsein, wenn er mit dem elektrischen Gerät verbunden ist. Diese Umstände lassen die Sicherheit der einem Kontakt mit solchen Geräten ausgesetzten Personen von höchster Wichtigkeit erscheinen. Bei ei- '5 ner längeren Benutzung steigt die Wahrscheinlichkeit, daß in dem Gerät elektrische Fehler auftreten. Diese Fehler können so geringfügig sein, di.3 sie den Betrieb des Gerätes nur unwesentlich beeinflussen und wegen des verwickelten Aufbaues solcher Geräte und des *° Mangels an geeignetem Wartungspersonal häufig unerkannt bleiben. In elektronischen Geräten können daher verschiedene Fehler vorhanden sein, die einen Erdschluß-Leckstrom verursachen. Aber auch wenn keine elektrischen Fehler aufgetreten sind, kann in- ¹S folge mangelhafter Isolation, ungeeigneter Verwendung oder Umweltbeeinflussung dennoch ein gewisser Erdschluß-Leckstrom fließen.

Die Sicherheitseinrichtungen bei elektrischen Haushaltsinstallationen bestehen für gewöhnlich aus 3« Überstromschaltern oder Sicherungen mit einem Nennwert von 15 oder 2OA. Wenn bei einem hier angeschlossenen elektrischen Gerät ein größerer Fehler auftritt, beispielsweise ein Kurzschluß, welcher zu einem Strom führt, der größer ist als dieser Nennwert, spricht der Überstromschalter an oder brennt die Sicherung durch, so daß die Energiezufuhr zu dem Gerät unterbrochen wird. Eine solche Einrichtung ist jedoch ungeeignet, um auch für den Fall einen Schutz zu bieten, daß ein kleinerer elektrischer Fehler auftritt, der zu einem Erdschluß-Leckstrom in der Größenordnung von einigen 10OmA führt. Ein solcher Strom ist aber für einen Menschen bereits sehr gefährlich. Ein solcher Fall kann bei fehlerhaften Küchen- und Badezimmergeräten auftreten. Wenn ein solches Gerät einen Leckstrom von einigen 10OmA aufweist und der Benutzer Kontakt mit dem Gerät hat und auf einem feuchten Boden steht, kann dieser infolge des Erdschluß-Leckstromes einen tödlichen elektrischen Schock bekommen. Derartig kleine Ströme bringen s» natürlich, obwohl sie für Menschen gefährlich sind, einen üblichen überstromschalter mit einem Nennwert von 15 oder 20A nicht zum Ansprechen.

In ähnliche! Weise kann in der Gesundheitspflege ein geschwächter Herzpatient zum Beispiel mit einem ss elektronischen Überwachungsgerät, etwa einem Elektrokardiagraphen verbunden sein. Ein solches Gerät ist normalerweise vollständig sicher; unter Umständen können jedoch infolge von elektrischen Fehlern, z. B. infolge schlechter Erdung, kleine Erd- &> Schluß-Leckströme in der Größenordnung von 1 bis 5 mA auftreten, die außerordentlich schwierig feinzustellen sind. Das Gerät kann längere Zeit benutzt werden, ohne daß irgendwelche Schwierigkeiten auftreten. Wenn der Patient jedoch mit einem Teil seines 6j Körpers z. B. einen metallischen Bettrahmen berührt, während er in Kontakt mit dem fehlerhaften Gerät steht, kann der Leckstrom durch seinen Körper dießen. Ein solcher Leckstrom ist von den üblichen Schutzeinrichtungen nicht feststellbar und kann dennoch für den geschwächten Patienten gefährlich sein, weil er die Herztätigkeit ungünstig beeinflußt, möglicherweise sogar mit tödlichem Ausgang. Selten wird dann eine Untersuchung des toten Patienten ergeben, daß die wahre Ursache des Todes ein fehlerhaftes elektrisches Gerät war. Da die Wirkung kleiner elektrischer Ströme derjenigen verschiedener Herzkrankheiten sehr ähnlich ist, würde angenommen werden, daß die behandelte Herzkrankheit zu dem Herzstillstand geführt hat. Dieser Fall kann wiederholt auftreten, ohne daß seine wahre Ursache aufgedeckt wird. Ein wirksamer Schutz gegen die Wirkung fehlerhafter Geräte ist somit außerordentlich wichtig.

Eine typische Schutzeinrichtung dieser Art zeigt beispielsweise die obenerwähnte USA.-Patentschrift 3 473091, bei welcher eine Magnetkernanordnung zwei Ringkerne umfaßt, wobei auf dem einen Ringkern eine Sekundärwicklung vorgesehen ist, über die ein Magnetschalter ansteuerbar ist, der bei ausreichend starker Erregung der Sekundärwicklung eine Trennung des Lastkreises von der Stromversorgung herbeiführt. Dieser'Magnetschalter kann so dimensioniert werden, daß er bei vorgegebenen Spannungen in der Sekundärwicklung, d. h. bei einer vorgegebenen Differenz der Ströme, in den beiden Zuleitungen der bekannten Anordnung anspricht, so daß sich insgesamt eine Art Schwellwertkreis ergibt. Die Ringkerne sind bei der bekannten Schutzeinrichtung so dimensioniert, daß sie bei ordnungsgemäßen Arbeiten derselben nicht in den gesättigten Zustand gelangen. Bei der bekannten Schutzeinrichtung sind nämlich keine Einrichtungen vorgesehen, um einen im gesättigten Zustand befindlichen Kern zurückzustellen, so daß dieser auf Grund seiner Remanenz im gesättigten Zustand verbleiben würde und dann keine Flußänderungen mehr eintreten könnten, die über entsprechende, in die Sekundärwicklung induzierte Spannungen einen Magnetschalter auslösen könnten. Andererseits ist die bekannte Schutzeinrichtung auf Grund der Tatsache, daß die Ringkerne nicht in die Sättigung getrieben werden dürfen, sehr empfindlich gegenüber Störungen, so daß beispielsweise bereits das übliche Rausehen eine unerwünschte Abschaltung hervorrufen kann. Schließlich müssen bei der bekannten Schutzeinrichtung, bei welcher einer der Kerne als Differenztransformator arbeitet, entsprechend große und teure Kerne verwendet werden, um zu verhindern, daß diese Kerne in die Sättigung gelangen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schutzeinrichtung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Erdschluß-Leckströmen erreicht wird, daß gleichzeitig durch Verbesserung des Signal-Rausch-Abstandes die Empfindlichkeit gegenüber Störungen wie Einschwingvorgängen oder Rauschen, vermindert wird und daß kleine Abmessungen möglich werden, und zwar insbesondere durch Verwendung relativ kleiner Magnetkerne, wodurch gleichzeitig eine Verbilligung der Schutzeinrichtung erzielt werden soll.

Die gestellte Aufgabe wird durch eine Schutzeinrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, welehe gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zuleitungen ein Stück Koaxialkabel mit einem Innenleiter und einem Außenleiter aufweisen, daß die beiden Ringkerne induktiv mit dem Stück Koaxialka-

bei gekoppelt sind, daß ein Erregerkreis vorgesehen ist, durch den die ständig unter dem Einfluß des von dem Stück Koaxialkabel erzeugten Magnetfeldes stehenden Ringkerne alternierend mit einem ersten Signal vorgebbarer Größe vormagnetisierbar und mit einem zweiten impulsförmigen Signal in die Sättigung steuerbar sind, und daß beide Ringkerne mit Sekundärwicklungen versehen sind, die mit dem Schwellwertkreis verbunden sind.

Bei der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung wird also im Gegensatz zu der bekannten Schutzeinrichtung die durch unterschiedliche Ströme im Innen- und Außenleiter des Koaxialkabels hervorgerufene Feldstärke gewissermaßen als Information in den Ringkernen gespeichert und periodisch ausgelesen, während bei der bekannten Schutzeinrichtung das Ausgangssignal an der Sekundärwicklung des als Diiferenztransformator dienenden Ringkerns kontinuierlich und direkt ausgewertet wird. Hierdurch wird beim Anmeldungsgegenstand ein wesentlich besseres Verhältnis von Signal zu Rauschen gewährleistet. Ein Störimpuls auf den Zuleitungen würde beispielsweise bei der vorbekannten Schutzeinrichtung eine fehlerhafte Abschaltung bewirken. Demgegenüber kann mit der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung ein Leckstrom in der Größenordnung von 200 μ Α erfaßt werden, was eine gegenüber der bekannten Schuteeinrichtung entscheidend erhöhte Empfindlichkeit bedeutet, ohne daß es zu unerwünschten Abschaltungen kommt.

Schließlich ist es auch ein Vorteil der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung, daß es nicht erforderlich ist, die Zuleitungen als Wicklungen auf den Kern aufzubringen, sondern daß es genügt, die Zuleitungen einfach durch die Kerne hindurchzuführen, und zwar in Form eines Stückes eines Koaxialkabels, so daß die Vorteile dieser speziellen Art von Verbindungsleitung voll ausgenutzt werden können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung und weitere Vorteile derselben werden nachstehend an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. I ein Blockdiagramm einer Schutzeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild der Schutzeinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaubild der an den Lastkreis angelegten Wechselspannung,

F i g. 4 ein Schaubild des in der Schutzeinrichtung nach der Erfindung verwendeten Erregerstromes in Abhängigkeit von der Zeit,

F i g. 5 ein Schaubild der Kraftflußdichte in Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke in der Magnetkernanordnung der Schutzeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 6 ein elektrisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der in Fig. 2 dargestellten Schutzeinrichtung,

F i g. 7 ein elektrisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform der Schutzeinrichtung nach der Erfindung und

Fig. 8 ein elektrisches Schaltbild einer vierten Ausf ührungsform der Schutzeinrichtung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Lastkreis 10 dargestellt, der über Zuleitungen 16 und 18 mit Hilfe eines Schützes 14 an eine Wechselspannungsquelle 12 anschließbar ist.

Mindestens ein Teil der Zuleitungen 16 und 18 zwischen dem Schütz 14 und dem Lastkreis 10 besteht aus einem Stück Koaxialkabel 20, das einen Irinenleiter 21 und einen Außenleiter 22 aufweist, die mit den Zuleitungen 16 und 18 elektrisch verbunden und mit einer Magnetkernanordnung 24 mit sättigbaren Magnetkernen induktiv gekoppelt sind, die das Zustandekommen von magnetischen Feldern erfühlt, die bei ungleichen Strömen durch Innen- und Außenleiter 21 ίο und 22 des benachbarten Stückes des Koaxialkabels 20 erzeugt werden. Derartige ungleiche Ströme ergeben sich, wenn ein Leckstrom vom Lastkreis 10 zur Erde fließt. Ferner ist noch ein Abgleichwiderstand 26 mit der Magnetanordnung 24 gekoppelt, um so '5 eine Anfangseichung zu bewirken. Ein Erregerkreis 28 ist vorgesehen, um wahlweise die Magnetkernanordnung 24 während vorbestimmter Zeitintervalle zu erregen, wodurch ein Spannungsausgangssignal am Ausgang der Magnetkernanordnung entsprechend »o dem Durchgang von ungleichen Strömen durch Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 des Koaxialkabels 20 erzeugt wird. Ferner ist ein Schwellwertkreis 30 an den Ausgang der Magnetkernanordnung 24 angeschlossen, um die Anwesenheit des Ausgangssignals festzu- »5 stellen und so ein elektrisches Signal zu erzeugen, das mit einem Schützmagnet 32 gekoppelt ist, der mit dem Schütz 14 verbunden ist, um so die Energiezufuhr zum Lastkreis in der gewünschten Weise zu unterbrechen. In Fig. 2 ist eine elektrische Schaltungsanordnung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die dem in Fig. 1 dargestellten System entspricht. Der Lastkreis 10 ist eine Widerstandslast, kann aber auch eine kapazitive oder induktive Lasi sein. Dieser Lastkreis 10 ist mit der Wechselspannungsquelle 12 über die Zuleitungen 16 und 18 sowie das Koaxialkabel 20 mit Hilfe des Schützes 14 verbunden. Die Zuleitung 16 und der Innenleiter 21 sind zwischen der einen Seite der Wechselspannungsqucllc 12 und der einen Seite des Lastkreises 10 angeschlossen, während die Zuleitungen 18 und der Außenleiter 22 mit der anderen Seite der Wechselspannungsquelle und mit der anderen Seite des Lastkreises und mit Erde verbunden sind, um so das Vorhandensein einet möglichen Strombahn für Leckströme zur Erde anzudeuten. Eine solche Schaltungsanordnung kann im allgemeinen als Beispiel für ein übliches Hausvertei lersystem betrachtet werden, bei dem die Wechselspannungsquelle mit einem Lastkreis über ein Schütz mit Hilfe eines Paares von Leitungen verbunden ist In einem solchen System kann bei einem elektrischer Fehler im Lastkreis ein Leckstrom auftreten, wcnr kein Sicherheitssystem gemäß der vorliegenden Erfindung vorhanden ist.

Wie im einzelnen in F i g. 2 gezeigt, umfassen du Zuleitungen 16 und 18 ein Stück Koaxialkabel 20

das durch die Magnetkernanordnung 24 hindurchgeh

und mit dieser induktiv gekoppelt ist, die in dem dar

gestellten Ausführungsbeispiel einen ersten und einei

zweitensättigbaren Ringkern 34bzw. 36 aufweist. Du

Zuleitungen 16 und 18 sind mit den Ringkernen 34

36 nicht elektrisch gekoppelt. Dadurch können du

sättigbaren Ringkerne wahlweise, wie weiter untci

noch näher erklärt, unabhängig vom Lastkreis 10 er

regt werden, um so die Anwesenheit von ungleiche 1

Strömen zu erfühlen, die durch Innen- und Außenlei

ter 21 bzw. 22 des Koaxialkabels 20 zum Lastkrei

10 fließen, wobei solche ungleichen Ströme das Er

gebnis von möglicherweise schädlichen Erdschluß

Leckströmen vom Lastkreis sind. Bei Anwesenheit von ungleichen Strömen ist der magnetische Abgleich der sättigbaren Ringkerne gestört, und es wird ein Ausgangssignal erzeugt, das die Betätigung des Schiit zes 14 bewirkt, um die Energiezufuhr zum Lastkreis zu unterbrechen.

Die Ringkerne 34 und 36 sind mit Primärwicklungen 34a und 36a und ferner mit Sekundärwicklungen 34b und 36b versehen, und das Koaxialkabel 20 ist im allgemeinen zentral durch die Ringkerne hindurchgeführt und mit diesen induktiv gekoppelt. Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 dienen insofern als zusätzliche Primärwicklungen für die Ringkerne 34, 36, als sie die Magnetisierung der Ringkerne beeinflussen, wenn durch sie ungleiche elektrische Ströme fließen. Gegebenenfalls'können die Sekundärwicklungen eine andere Windungszahl als die Primärwicklungen haben, um so die Spannungsempfindlichkeit des Systems zu verändern. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Primärwicklungen 34a und 36a der Ringkerne 34, 36 elektrisch parallel geschaltet, haben jedoch entgegengesetzten Wicklungssinn, so daß gleiche Ströme durch die Primärwicklungen in den Ringkernen im wesentlichen gleich große magnetische Felder entgegengesetzter Polarität erzeugen. Wenn daher keine äußeren Wirkungen vorhanden sind, so wird durch die Erregung der Primärwicklungen kein Ausgangssignal an den betreffenden Sekundärwicklungen 34h, 36b erzeugt, da die in den einzelnen Ringkernen erzeugten Magnetfelder eine entgegengesetzte Polarität haben und ungefähr die gleiche Größe aufweisen. Um nun eine Anfangskalibrierung vorzusenen, ist ein Ablgeichwiderstand 26 zwischen die Primärwicklungen 34a und 36a der Ringkerne geschaltet. Bei Abwesenheit eines elektri- -55 sehen Fehlers, der in Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 des Koaxialkabels 20 ungleiche Ströme hervorrufen würde, die die Magnetisierung der Ringkerne beeinflussen würde, können daher die Ringkerne 34 und 36 durch den Erregerkreis erregt und in eine vorbestimmte magnetische Richtung magnetisiert und wahlweise in entgegengesetzter Richtung magnetisiert werden, ohne daß ein Ausgangssignal an den Sekundärwicklungen 34b und 36b erzeugt würde, da die zeitlich sich ändernden Magnetfelder im wesentlichen die gleiche Größe und eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.

Ungleiche Ströme durch Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 als Ergebnis von Erdschluß-Leckströmen erzeugen ein verhältnismäßig schwaches Magnetfeld, das durch seine Wirkung auf die relativ hoch magnetisieren Ringkerne festgestellt werden kann, wenn diese rasch von einem magnetischen Zustand in den anderen umkippen. Hierdurch wird eine beträchtliche Verstärkung der Wirkung der vorerwähnten schwachen Magnetfelder erreicht, so daß eine verhältnismäßig hohe Empfindlichkeit gegenüber sehr kleinen Erdschluß-Leckströmen erzielt wird. Ein rasches und kräftiges Umschalten des magnetischen Zustandes der Ringkerne wird durch den Erregerkreis 28 bewirkt, der dazu dient, die Ringkernc zunächst in einer vorbestimmten Richtung vorzumagnetisieren und dann die Richtung der magnetischen Erregung der Ringkerne durch ein scharfes Impulssignal rasch umzuschalten. Wenn bei gleichen Strömen in Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 des Koaxialkabels 20 in den Ringkernen kein Magnetfeld vorhanden ist, so werden die<;e durch das scharfe Impulssignal gleichzeitig in den Zustand magnetischer Sättigung gebracht, und die entstehenden gleich großen, entgegengesetzt gerichteten Magnetfelder erzeugen an den Sekundärwicklungen 34b und 36b kein resultierendes Ausgangssignal. Bei Anwesenheit eines magnetischen Feldes infolge eines Unterschieds der Ströme in Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 werden die Ringkerne nacheinander in ihren magnetischen Sättigungszustand umgeschaltet, und es wird durch den Einfluß des schwachen magnetischen Feldes auf die magnetische Umschaltung der Ringkerne ein resultierendes Ausgangssignal an den Sekundärwicklungen 34b und 36b erzeugt.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des Erregerkreises 28 und sein Einfluß auf die Ringkerne 34, 36 im einzelnen an Hand der Fig. 3 bis 5 näher erklärt, die die vom Erregerkreis 28 aufgedrückten elektrischen Signale und die sich ergebenden Ausgangssignale bzw. eine typische Magnetisierungskurve für die Ringkerne sowie die Wechselspannung am Lastkreis zeigen.

Der Erregerkreis 28 ist, wie dargestellt, vorzugsweise über das Schütz 14 mit der Wechselsparinungsquelle 12 verbunden. Der Erregerkreis weist einen Halbweggleichrichter 38 in Form einer Diode auf, die eine gleichgerichtete Halbwellenspannung einem Anschluß eines Ladekondensators 40 über einen Widerstand 42 zuführt, der in erster Linie für die Herstellung der gewünschten Magnetisierungshöhe in den Ringkernen 34,36 verantwortlich ist. Obgleich eine gleichgerichtete Halbwellenspannung in dem dargestellten Ausführungsbeispiel verwendet wird, könnte doch an Stelle der Diode ein Vollweggleichrichter verwendet werden, um nun voll gleichgerichtete Energie dem Ladekondensator 40 zuzuführen. Der Ladekondensator 40 ist weiterhin mit einem Spannungsteiler 43 verbunden, der zwei Widerstände 44 und 46 umfaßt. Der Abgriff des Spannungsteilers 43 ist über ein Bezugsglied mit Schwellwert, nämlich einen Diac 52, an eine Steuerelektrode 50 eines ersten wahlweise steuerbaren Schalters, nämlich eines steuerbaren Siliziumgleichrichters 48, angeschlossen.

Der andere Anschluß des Ladekondensators 40 isl mit der Magnetanordnung 24 gekoppelt. Durch dieser Anschluß ist der Ladekondensator 40 mit den parallelgeschalteten Primärwicklungen 34e und 36a der Ringkerne 34 bzw. 36 verbunden, um diesem Erregersingale zuzuführen. Die Entladung des Ladekondensators, bei der den Primärwicklungen 34a, 36a ein eine hohe Energie aufweisender elektrischer Impuls zur Magnetisierung der Ringkerne zugeführt wird, wird durch den steuerbaren Schalter eingeleitet, wenn die vorbestimmte Spannung am Ladekondensator erreicht ist. Der steuerbare Schalter ist vorzugsweise ein steuerbarer Siliziumgleichrichter 48, dessen Steuerelektrode 50 mit dem Diac 52 gekoppelt ist, der eir Auslösen des steuerbaren Siliziumgleichrichters 48 se lange verhindert, bis die vorbestimmte Spannungs höhe an dem Ladekondensator 40 erreicht ist. Dei Diac 52 ist ein basisloser Transistor, der zwischen dei Steuerelektrode 50 und dem Abgriff des Spannungsteilers 43 angeschlossen ist. Der Diac 52 bleibt se lange nichtleitend, bis seine Schwellspannung überschritten wird, was in dem dargestellten Ausführungsbeispiel bei entsprechender Höhe der Spannung am Ladekondensator 40 bewirkt wird, worauf dann dei Diac leitend wird und ein Signal konstanter Spannung an die Steuerelektrode 50 gibt, wodurch dann dei steuerbare Siliziumgleichrichter 48 leitend wird.

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Während der Betätigung des Erregerkreises 28 wird die Wechselspannung anfänglich dem Halbweggleichrichter 38 über den geschlossenen Schütz 14 zugeführt, wobei die Wechselspannung in Fig. 3 als eine Sinusspannung von 110/115 V bei 60 Hz dargestellt ist, Gegebenenfalls kann natürlich auch eine geeignete Gleichstromquelle verwendet werden.

Infolge der besonderen Ausbildung des Erregerkreises gemäß Fi g. 2 folgt der von dem Ladekondensator 40 kommende Ausgangsstrom anfänglich unge- so fähr einer Kurve (Fig. 4), die das Stromsignal am Ausgang des Ladekondensators als Funktion der Zeit zeigt. Dieses Signal wird den parallelgeschalteten Primärwicklungen 34a und 36« zugeführt, wenn im Ladekondensator zunächst eine Ladung gespeichert wird. Während dieses Zeitabschnittes wird das Aufbringen einer entsprechenden Ladung auf den Ladekondensator 40 durch den nichtleitenden Zustand des steuerbaren Siliziumglcichrichters 48 ermöglicht, der anfänglich durch den Diac 52 im nicht- J" leitenden Zustand gehalten wird. Damit wird den Primärwicklungen 34a und 36« zunächst ein Vormagnetisierungssingal entsprechend Fig. 4 zugeführt. Die Zufuhr dieses Signa!·: y_U Jen Primärwicklungen 34a und 36a ergibt einen ausreichenden Stromfluß in den Primärwicklungen, um die zugehörigen Ringkeme in einer ersten vorbestimmten Richtung vorzumagnetisieren, während die erforderliche Spannung an dem Ladekondensator 40 aufgebaut wird. Fig. 5 zeigt die Magnetisierungskurve eines typischen sättig- i« baren Ferrit-Ringkernes, beispielsweise der Ringkeme 34. 36. Beide Ringkeme sind anfangs m einem remanenten Zustand, der durch die Punkte u,, fr, auf der Magnetisierungskurve daigestellt wird.

Wenn jedoch das in Fig. 4 dargestellte Signal den (5 parallelgeschalteien Ringkernen zugeführt wird, so folgt die Magnelsierung der Ringkerne der Magnetisierungskurve bis /u einem Punkt α in bezug auf den Ringkern 34 und fr, in bezug auf den Ringkern 36. Zur Erläuterung sind die Punkte a, und fr., an ver- 4" schiedcner Stellen auf der Magnetisiciungskui ve angebracht, um den Unterschied in der Magnetisierung iler betreffenden Ringkeme 34 und 36 infolge des Durchgangs von ungleichen Strömen durch Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 infoige der Anwesenheu eines Leckstromes darzustellen. In Fallen, in denen kein Leekstiom anwesend M und in Innen- um! Außenleiter 21 bzw. 22 gleiche Strome fließen, befindi 11 sich die Punkte 12, und fr, ;tn tdeiit>c!ieii Stelle!) .nil .le.r Magnetisierungskurve. Zui r.rläuteiung 5" <■ wurde jedoch angenommen, daß ein Leekstiom anwesend ist, der die Vormagnetisierung dei Ringkeme so beeinflußt, daß die Punkte a- und /1- mehl identisch sind, sonde ι η in verschiedenen He reiche η dei M.ignetisiei iingskurNC hegen. Wenn die Spannung an dem ν I adekonuensator 40 sieh dei erfordei liehen, vorge wählten Hohe n.ihert. so erreuht die dem Diac 52 .ugetuhite Spannung dessen Schwellspannung. wo durch dieser Diac leitend wird und nun der Steuerelektrode 50 des steuerbaren Siliciumgleichrichter- 48 f>.-ein Signal aufgedruckt wird, das ausreicht, um diesen m den leitenden Zustand /u ν ersetzen. Damit wird nun eine Lntladestrombahn fur ilen 1 adekondcns.rof 40 uber die Anoden-Kathoden-Strecke des steinί türen Siliziumglcichrichtcrs hergestellt, so daß nun ein plötzlicher, eine hohe Amplitude aufweisender Stromimpuls von einer gegenüber dem anfanglichen Vormagnetisierung"-oinal entgegengesetzten Polarität erzeugt wird, wie dies in der in F i g. 4 dargestellter Kurve angedeutet ist. Dieser Impuls wird den paral lelgeschalteten Primärwicklungen 34a und 36<i auf gedrückt. Hierdurch werden die Ringkeme 34 unc 36 rasch in einen der anfänglichen Vormagnetisierun{ entgegengesetzten magnetischen Sättigungszusiam gebracht, wobei die Magnetisierung der beiden Ring kerne zum gleichen Zeitpunkt durch die Punkte α, fr, auf der Magnetisierungskurve (Fig. 5) dargestell ist. Da in diesem Ausführungsbeispiel die beider Ringkerne von einem unterschiedlichen Punkt auf dei Magnetisierungskurve aus in die Sättigung gebrach' werden, ist eine unterschiedliche Zeitspanne für da; Erreichen der Sättigung bei den einzelnen Kernen er forderlich. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die Überführung der Ringkerne in der Sättigungszustand bei gleichen Ausgangspunkten innerhalb der gleichen Zeitintervalle geschieht.

In dem Ausführungsbeispiel ist jedoch angenommen, daß ungleiche Ströme in Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 fließen, so daß die Ringkerne anfänglich unterschiedlich vormagnetisiert sind, was durch da> schwache Magnetfeld bewirkt wird, das vor der Sättigung durch den Impuls 58 durch den nicht au >"glichenen Stromfluß erzeugt wird. In diesem Fall is: run' unterschiedliche vorbestimmte Zeitdauer erfcdirlieh, um die einzelnen Ringkernc in den Sättigungszustand zu bringen, was zu einem resultierenden Aus gang^c,signal an den Sekundärwicklungen 34fr und 36/' der Ringkerne führt. Wenn sich der Ausgangsstrom des Ladekondensators Null nähert (siehe Fig 4), so kehrt die Magnetisierung der beiden Ringkeme wie der in den anfänglichen remanenten Magnetisiert ungs zustand α,, fr, der Fig. 5 zurück. Der Enegeiki..^ 28 bewirkt also ein rasches Umschalten der magnet ι sehen Zustände der Ringkeme 34 und 36 und schau: somit eine äußerst empfindliche Einrichtung /w-Feststellen einer Ungleichheit der durch Innen- un.i Außenleiter 21 bzw. 22 fließenden Ströme. Obgl-u h die obige Beschreibung auf einer Wirkungsweise ai-l gebaut wird, bei der die Ringkerne anfänglich in en-.. Richtung vormagnetisiert sind und dann plötzlich entgegengesetzter Richtung in die Sättigung getnel ; werden, so können doch gegebenenfalls die Ringke: auch in der gleichen Richtung wie die anfanglu Vormagnetisierung in die Sättigung gebracht werd wobei ein ähnlicher Einfluß der Leckstrome voiha den sein kann.

Um nun die Anwesenheit eines Ausgangssignal· .:. .leη Sekundärwicklungen 34fr, 36fr der Ringkerne .'■ i 36 festzustellen, ist mit diesen der Schwellwerk,·.·:■ 30 »erblinden Gemäß einem wichtigen Merkm.-ii .!■■ Erfindung wird in dem dargestellten Ausführungslv, spiel ein Stuck Koaxialkabel 20 verwendet, das mfoU·. seiner abschirmender. Wirkung einen wirkungsvoll ; Schutz gegen den Einfluß von Einschwingvoigani.1 und Storsignalen bildet, welche ein Ausgangssign.·' erzeugen könnten Das Koaxialkabel braucht mn *. lang zu sein, daß es durch die Ringkerne 34 und 36 reicht. In Abhängigkeit mn der beabsichtigten Aiii stellung des Systems und von dem gewünschten ("na■■ der Abschirmung kann es sich aber auch von den, Schutz 14 bis zu dem 1 ,istkreis 10 erstrecken. Pci Schwellwertkreis 30 hat einen zweiten wahlw::-· steuerbaren Schalter, der am Ausgang der Sekundai wicklungen 34fr und 36fr angeschlossen ist und auf die Anwesenheit einer Spannung an diesen Wicklungen anspricht. Der steuerbare Schalter ist so eeschal-

<r

tct, daß er bei Fehlen eines Ausgangssignals an den Sekundärwicklungen 34b und 36/> nichtleitend ist. Bei gleichen Strömen durch Innen- und AuUenleiter 21 bzw. 22 bleibt daher der steuerbare Schalter nichtleitend, während er bei einem vorbestimmten Ausgangssignal an den Sekundärwicklungen leitend wird. Der steuerbare Schalter ist vorzugsweise ein steuerbarer Siliciumgleichrichter 62, dessen Gate -Kathoden-Strecke /wischen dem freien linde der Sekundärwicklungen Mb, 36b liegt, wobei der Gate-Hlcktrode d<»s steuerbaren SiliziumglciehiiehtcTs 62 ein Widerstand 64 vorgeschaltet ist, der zusammen mit einem Kondensator 66 ein Steucrsignalfilier bildet. Gegebenenfalls können der Gate-Kathodcn-Strecke des steuerbaren Siliziumgleichrichters 62 zur Vermeidung eines unerwünschten Ansprechens verschiedene Filter kreise zur Unterdrückung von Finsehwiiigvorgängen paiallel geschaltet werden, /. H ein einfaches RC-FiI-ter oder auch ein Zählkreis, der <ii:n Siliziumgleieh richter gesperrt hält, bis eine vor bestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen aufgetreten ist.

Im Betiieb des Schwellwt ι (kreises 30 ergibt sich bei einem I eckstrom, der ein· Ungleichheit im Suomfluß durch Innen- und Außenleiter 21 b/w, 22 erzeugt, cmc vorbestimmle Spanmingshöhe am Aus gang der Sekundärwicklungen, und es wird ein ausreichendes Signal am Widerstand 64 erzeugt, um den Steuer baren Siliziumgleichi ichler in den leitenden Zustund /u versetzen. Hierdurch wird ein Signal erzeugt. da¹- \ ei wendel wird, um die Anwesenheil eines l.ccrksiromes anzuzeigen und/odei in Schutz, bei spielswcise das Schlitz 14, zu beiatigen

In dem dargestellten Ausfühiungsheispiel hat der ScHutzmagncl d".-r die Ui täiigiing des Schiit/es 14 stencil, vorzugsweise eine wahlweise enegbare Re lais'-piile 32, ilie zwischen der Wc«.hselspannungs ijutHe 12 und der Anoden Kathoden Streik'" des steuerbaren Nih/iiimgleichrichleis 62 doiait angeschlossen ist. daß ein Feitendwerdin des Sili/iumgleu hm hieTs62die Relaisspul·* 32 ·■! regi Das Schutz 14 h:n fei iHT zwei Ri laiskontakte 68 und 70, die mit dem S( liulzniagneteu vcibmiden sind und die bei l^:.i legung ιΙ··ι Ri-Iaisspulc 32 bzw. l.eitendwemVü de·· Siliz.Hiii))!li.'ii'hri( hι·.*ιs 62 geoflnet wcnlrn. Als f-rgebms di.ι l'.izeugun^ eines Ausgangssignals an den Sc kund a 1¹A u V. I in ige π 34/) lind 36/) wild damit < i<-1 SiIi Zi unigli'H hi i<'I'lei 62 eilend, widuit Ii die Relar spule 32 eiri μι und «lic Kontakte 68 und 70 yf < >i!nel wit den I Im iduu Ii w nd di( - Zuiulii '. < m F ncrgK: /u> I ..Cv unli'ibio'.hi.ii, und damit isl du· ιTlniderhi h·¹ 'ic he iiiiiji und «ti ι 12IWiInScIiH¹ Schul/ \ ·ιΐ hamli-n

Dutch riiic gc ij ncte Auswahl di ι Ham lcnvntc d· ■■ S\ Ι· πι- i'-t c- möglich, chü' gc-wunsdii·¹ I inpfind Im likeit - π ei/ic Ic η lie ispielsw eise im ·. - nn a I If im ι hi Ii Vi μ; \ hi UiI. ι-in AbIa He η des Si Hui'es bei run'it) I eckslrnni \on iMwa Ί πι A odc ι holit ι w μ /iisHi' η, d;< Mn soU hr-i ! μ kstioril in vii'lcn I allen ·· liadluli sein kiinn ( ii-gebeiii'ifalls knnn del Ab·-ι halipimki ".aiii weise' dadij't h i-mgi sit !Il λ π den. dall die I inst ellung dt s Ab glen Ir-* id ι Inlandes \>τ and· 11 *inl. '·» (ib< ι dir I rupf 11 nun h·· e it de·· S)Si em¹· I eil^Ac-im \' >i ι de Ii Γ igen u hafli-η tier \οιh,«ndeneη Riiijjkeriie iibhangi. In die M-iii Zusamme uha ι ig ist es im allgemeinen er w uiisi hl. Ringkern«- /u veiwendcn. die ein· annähernd icihl winklige I l\stercsiskur\e haben, um so ciiv relativ hohe I mplindlichkcit /u cr/iclcn In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dall vi-isi !indene Arten von lernt Kernen oder meiallischen Handkrr

Γι

nen in Ringform mit Erfolg verwendet worden sind. In manchen Fällen ist es erwünscht, auf den Ringkern Wicklungen mit einer Vielzahl von Windungen, und zwar mit einem Verhältnis von 1 : I von Primär- und Sekundärwicklung vorzusehen, wobei auf beiden Ringkernen 34 und 36 die gleiche Zahl von Windungen vorhanden ist.

In dem in Fig. 2 dargestellten System sind die Wicklungen der einzelnen Ringkerne parallel geschaltet. In manchen Fällen kann es jedoch von Vorteil sein, ein ähnliches System zu schaffen, bei dem die betreffenden Wicklungen in Reihe geschaltet sind. F.ine weitere Ausführungsform einer Schutzeinrichtung gemäß der Krfindung mit einer solchen Sclialtimgsanordnung ist in Fig. 6 gezeigt. Dieses System ist im besonderen dort vorteilhaft, wo ein Kernmaierial mit einer relativ rechteckigen Hysteiesiskui ve verfügbar ist.

In Fig. 6 sind die entsprechenden Teile mit den gleichen He/ugszcichen wie in dei I- ig. 2 bezeichnet. Auch hier ist der Lastkreis 10 über ein Schutz 14 at; die Wechselspannungsquelle 12 augeschlossen. Ferner sind die Zuleitungen 16 und 18 zwischen der Wt cliselspannungsquelle und dem I .astkreis angeordnet, wobei das Stück Koaxialkabel 20 mit seinem Innenlcitcr 21 und seinem Außenleiter 22 im wesentlichen zentral durch die sätligbaren Ringkerne 72 und 74 hindurchgefühlt und mit diesen induktiv gekoppelt ist Das Koaxialkabel 20 kann wiederum vom Schutz bis zum I asikreis reichen, oder es kann auch ein icla uv kurzes Stuck sein, das gerade durch die Riiigkeinc hindurchgeht, wobei dann die Verbindung zu dem Schul/ bzw dem 1 .astkreis duich I .inzelleitungcn er foij;l

I) ie Ringkern« 72 und 74 liagen Primat wicklungen 72(j und 74H und feiner Sekundärwicklungen 7 2/> und 74/i Die Primärwicklungen 72u und 74/a und die Se k uin);¹1 Wicklungen 72/> und 74/) sind jeweils m Reihe· geschaltet Ferner ist /wischen der Wechsrlspan iitiiigsi'iiellr 12 und den Kingkeinen 72 und 74 ein I ι icgerkieis 76 angeschlossen, um diesem ähnlich wie dem Friegerkieis 28 Inergie /ii/iifuhren, |eii<uh isl dei 1 iiegci kic'is 76 gegenüber dem Frregei kreis 2H im I linblick auf die Reihenschaltung etwas abgi-wande!' Die Wirkungsweise des 1 rregerkreises 76 ist μ· iloi h ähnlich der Wiikungswvise des i-ircgei kreise* 2H, und er kann ein Aiisgangsimpiilssignal ei/eiiyrn wie es beispielsweise in I⁷I g ' dai gestellt ist I )< ι 1 ι legi'ikicis 76 weist ferner eine als HalbwHlengU-ich j"i-lii< ι wirkende Diode 28 auf, die mit dem I adekon (!•ir aim 40 über den Widersland 42 verbunden isl Dei Irre; ι rkreis 7f» weist ferner einen steucibaiei Sili/iuniglei' hrichier 48 aiii, dessen Steuereleklrodi 50 iniT dem l>iat 52 verbunden im Dei Onu ?2 is ' in·Tsi'iis über den Widerstand 42 mit dem I adekon ilen aim W und anderer·.eits nut einem dall -Wider stand 7H verbunden, dei parallel /ur Gate Kaiho den St ι π ke des stcuc-r hare η Sili/iumgleichrn htei ■■ 41 licjJt Weileihin isl zwischi-" ''er Aii'ide <)(*·- Sili/mni glen HiK htiMs 48 und den Wi''-uidungspiniki /\m st he π dein l.adekimd(Ti>.ali>! <0 und dem W κ Ie ι stain 42 ι in D.impfimgswiderstaiii! 79 eingefügt Wi im a ι dem I adi kondensator 40die vorbcstimmte Spannung hegt, liefert der Diac 52 em Ausloscsignal an dl· (lale-F.lt ktrode 50 und niai Ht dadurch den Silizium gltithrichii-r leitend, so daß der Fadekondensator 41 über dessen Anoden Kathoden Strecke- cntladei win! Dt ι Abgleichwidcrstand 26, der wiederum au

einem veränderlichen Widerstand besteht, liegt zwischen den in Reihe liegenden Primärwicklungen 72a und 74a und dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 42 und der Ladekapazität 40. Er dient, wie erwähnt, dazu, den Schwellwert der Schutzeinrichtung zu verändern.

Der Schwellwertkreis 30 ist vorgesehen, um die Anwesenheit von Ausgangssignalen an den Sekundärwicklungen 72 b, 74b infolge des Durchgangs von ungleichen Strömen durch Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 des Koaxialkabels 20 festzustellen. Der Schwellwertkreis 30 enthält den zweiten steuerbaren Schalter, der vorzugsweise ein steuerbarer Siliziumgleichrichter 62 ist, wie dies im Zusammenhang mit der Fig. 2 erklärt wurde. Gegebenenfalls können der Widerstand 64 und der Kondensator 66 in Reihe geschaltet und mit der Steuerelektrode des Siliziumgleichrichters 62 gekoppelt werden und als ein Filterkreis dienen, um Störauslösungen zu verhindern.

Durch das Leitendwerden des Siliziumgleichrichters 62 wird in ähnlicher Weise das Schütz 14 betäiigt, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 2 näher erklärt wurde. Es sei darauf hingewiesen, daß die Anode des Siliziumgleichrichters 62 mit der Relaiswicklung 32 verbunden ist, wobei die Relaiswicklung Teil eines Schützmagneten ist, der mit den Relaiskontakten 68 und 70 verbunden ist, die bei einer Erregung der Relaiswicklung 32 geöffnet werden, um so die Zufuhr von Energie zum Lastkreis 10 zu unterbrechen.

Die Wirkungsweise der Schutzeinrichtung nach F i g. 6 ist im wesentlichen insofern mit derjenigen der Schutzeinrichtung nach F i g. 2 identisch, als der Erregerkreis 76 das Aufdrücken eines anfänglichen Vormagnetisierungssignals auf die Primärwicklungen 72a und 74ü der Ringkerne 72 und 74 derart bewirkt, daß die Ringkerne in einer Richtung vormagnetisiert werden. Der Erregerkreis liefert ferner in ähnlicher Weise kräftige Impulse an diese Wicklungen (Fig. 4), um so ganz plötzlich die Ringkerne in entgegengesetzter Richtung in den Sättigungszustand zu bringen. Bei gleichen Strömen durch Innen- und Außenleiter 21 bzw. 22 des Koaxialkabels 20 werden die Ringkerne 72 und 74 im wesentlichen im gleichen Moment in den Sättigungszustand gebracht, so daß an den Sekundärwicklungen 72b und 74b kein resultierendes Ausgangssignal erzeugt wird und der Siliziumgleichrichter 62 nichtleitend bleibt. Bei Anwesenheit eines Leckstromes zur Erde wird jedoch ein Magnetfeld erzeugt, das die Magnetisierung der Ringkerne derart beeinflußt, daß diese Ringkerne den Sättigungszustand zu unterschiedlichen Zeiten erreichen, wodurch nun ein Ausgangssignal an den in Reihe liegenden Sekundärwicklungen 72b und 74b erzeugt wird. Dieses Signal wird der Steuerelektrode des Siliziumgleichrichters 62 aufgedrückt, um so diesen in den leitenden Zustand zu bringen, wodurch die Relaiswicklung 32 erregt und die Relaiskontakte 68 und 70 geöffnet werden, so daß die Energiezufuhr zum Lastkreis unterbrochen wird. Infolge der Reihenschaltung der sättigbaren Ringkerne 72 und 74 bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 können bei Lastströmen in der Größenordnung von 20A Leckströme in der Größenordnung von 200 μ Α erfaßt werden.

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, in welcher entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 verschen sind. Das hier dargestellte System ist demjenigen nach Fig. 2 ähnlich bis auf die Art, in welcher das Ausgangssignal der Magnetanordnung zur Unterbrechung der Energiezufuhr zu dem Lastkreis 10 verwendet wird, wodurch die Arbeitsweise bei jeder zweiten Halbwelle der angelegten Netzwechselspan-

nung beeinflußt wird. In dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zum Anschalten des Lastkreises 10 an die Stromversorgung 12 ein Überstromschaltar 80 vorgesehen, und es ist ein wahlweise steuerba r Schalter 82 mit einer Steuerelektrode 84 im

ίο Nebenschluß angeordnet, um den Überstromschalter auszulösen, wenn der steuerbare Siliziumgleichrichter 62 in der beschriebenen Weise durch das Vorhandensein von Erdschluß-Leckströmen leitend wird und ein Ausgangssignal abgibt. Der steuerbare Schalter 82 ist

'5 vorzugsweise ein Halbleiterschalter, z.B. ein steuerbarer Siliziumgleichrichter, dessen Anoden-Kathoden-Strecke den Kontakten des Überstromschalters 80 parallel geschaltet und dessen Gate-Elektrode 84 mit der Kathode des steuerbaren Siliziumgleichrichters 62 verbunden ist, um sein Zünden oder Leitendwerden in Abhängigkeit von dem Leitfähigkeitszustand des steuerbaren Siliziumgleichrichters 62 zu steuern. Zwischen der Gate-Elektrode und der Kathode des steuerbaren Siliziumgleichrichters 82 liegt

>5 weiterhin ein Parallelwiderstand 86. Zwischen der Anode des steuerbaren Siliziumgleichrichters 82 und einem Kontakt des Überstromschalters 80 ist ein Strombegrenzungswiderstand 88 relativ geringen Widerstandes angeordnet, der vorzugsweise einen Wi-

derstandswert in der Größenordnung von einem Ohm oder weniger aufweist. Die Anode des steuerbaren Siliziumgleichrichters 62 ist mit dem genannten Kontakt des Überstromschalters 80 durch einen den Strom begrenzenden Schutzwiderstand 90 verbunden. Da

der steuerbare Siliziumgleichrichter 82 mit seiner Anoden-Kathoden-Strecke den Kontakten des Überstromschalters 80 parallel geschaltet ist, fließt ein relativ großer Strom von der Wechselspannungsquelle 12 durch den niederohmigen Strombegrenzungswiderstand 88 und durch die Anoden-Kathoden-Strecke des steuerbaren Siliziumgleichrichters 82, wenn dieser infolge" des Vorhandenseins eines F.rdschluß-Leckstromes leitend ist. Hierdurch wird der überstromschalter 80 überlastet, so daß er anspricht und die Energiezufuhr unterbricht.

Für diejenigen Anwendungsfälle, in denen die Arbeitsweise der Schutzeinrichtung in beiden Halbwellen der Wechselspannung gesteuert werden soll, kann eine Schaltungsanordnung nach dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel verwendet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Geschwindigkeit, mit welcher die Energiezufuhr zu dem Lastkreis beim Auftreten von Leckströmen unterbrochen wird, erheblich gesteigert werden. Dieses Ausführungsbeispiel ist im ganzen dem in F i g. 2 dargestellten System ähnlich und enthält ein Stück Koaxialkabel 20, das im wesentlichen zentrisch durch die sättigbaren Ringkerne 34 und 36 geführt, mit diesen induktiv gekoppelt und mit dem Lastkreis 10 verbunden ist, um diesem Energie von der Wechselspannungsquelle 12 zuzuführen. Auf den Ringkernen 34 und 36 sind parallelgeschaltete Primärwicklungen 34a und.36a sowie Sekundärwicklungen 34b und 36b vorgesehen, und zwischen den Primärwicklungen ist der Abgleichwiderstand 26 vorgesehen.

Das zuvor beschriebene magnetische Umschalten zum Feststellen des Vorhandenseins ungleicher Ströme in dem Innenleiter 21 und im Außenleiter 22

des Koaxialkabels 20 infolge von Erdschluß-Leckströmen wird in ähnlicher Weise bewirkt, wie im Zusammenhang mit F i g. 2 beschrieben, jedoch nicht nur in jeder zweiten Halb«,.He der angelegten Wechselspannung, sondern in beiden Halbwellen. Hier wird ein Erregerkreis 100 \ erwendet, der dem Erregerkreis 28 etwas ähnlich ist, sowie Ausgangssignale ähnlich denjenigen nach Fig. 4 zur Erregung der Ringkerne liefert. An Stelle des Einweggleichrichters (Diode 38) ist ein Vollweggleichrichier 102 vorgesehen, so daß die anfängliche Vormagnetisierung und ein schnelles magnetisches Umsehalten der Ringkerne infolge des dem Ladekondensator 40 zugeführten, voll gleichgerichteten Signals in beiden Halbwellen erfolgen kann. Um das Ausgangssignal des Vollweggleichrichters 102 auf einer im wesentlichen konstanten Spannung zu halten, ist ein Bezugsglied mit Schwellwert, beispielsweise eine Zenerdiode 104, über einen Strombegrenzungswiderstand 106 auf dereinen Seite und über einen Wellenform-Widerstand 108 auf der anderen Seite dem Ausgang des Vollweggleichrichters 102 parallel geschaltet. Der Kondensator 40 ist über den Widerstand 42 mit der Zenerdiode 104 verbunden und dient, wie zuvor beschrieben, in erster Linie dazu, eine gewünschte Magnetisierung der Ringkerne 34 und 36 zu bewirken. Hierzu ist der Ladekondensator 40, wie dargestellt, mit den parallelgeschalteten Primärwicklungen 34a und 36a der Ringkerne 34 und 36 verbunden, um diesen Erregersignale zu liefern. Der wahlweise steuerbare Siliziumgleichrichter 48 ist an die Verbindungsstelle des Ladekondensators 40 und des Widerstandes 42 angeschlossen, um die Entladung des Ladekondensators 40 zur Erregung der Ringkerne zu steuern. Die Gate-Elektrode SO des steuerbaren Siliziumgleichrichters ist an die Verbindungsstelle zwischen einem Gate-Widerstand 110, welcher der Gate-Kathoden-Strecke des steuerbaren Siliziumgleichrichters parallel geschaltet ist, und dem Diac 52, welcher der Gate-Anodcn-Strecke des steuerbaren Siliziumgleichrichtcrs parallel geschaltet ist. angeschlossen. Der Diac 52 dient wiederum dazu, eine Auslösung des steuerbaren Siliziumgleichrichters so lange zu unterbinden, bis an dem Ladekondensator 40 die vorbestimmte Spannung liegt. Dann wird der Diac 52 ausgelöst, und dieser legt an die Gate-Elektrode 50 ein Signal konstanter Spannung an, welches den steuerbaren Siliziumgleichrichter 48 leitend macht.

Der von dem Ladekondensator 40 an die Primärwicklungen 34a und 36a gelieferte Ausgangsstrom ist ähnlich dem im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen. Zunächst wird den Primärwicklungen (Fig. 4) ein Anfangsvorspannungssignal zugeführt, um die Ringkerne vorzumagnetisieren, während die Spannung an dem Ladekondensator ansteigt. Sobald die erforderliche vorbestimmte Spannung und damit auch der Schwellwert des Diac 52 erreicht ist, zündet dieser und macht den steuerbaren Siliziumgleichrichter 48 leitend, so daß der Entladestromkreis für den Ladekundensator geschlossen ist und ein Impuls großer Amplitude (F i g. 4) entsteht, der die entgegengesetzte Polarität aufweist wie das Vorspannungssignal und die Ringkerne in die magnetische Sättigung treibt, so daß in der zuvor beschriebenen Weise die Wirkung eines Leckstromes auf das Umschalten der Ringkerne festgestellt werden kann. In dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel wird dieser Vorgang jedoch wegen der Verwendung eines Vollweggleichrichters in der folgenden Halowelle der angelegten Wec.h-H-spannung wiederholt, wahrend bei dem Ausführungsbeispifl nach Fig. 2, bei welchem ein Einweggleu hrichter verwendet wurde, in der darauffolgenden Halbwelle keine Abfuhlung durchgeführt wurde

Die Feststellung eines Ausgangssignals an den Sekundärwicklungen 34b und 36fr als Anzeige füi .:;is Vorhandensein eines F.rdschluß-Leckstromes \\.:d durch einen Schwellwertkreis 112 durchgeführt, er ίο an die Sekundärwicklungen ungeschlossen ist. Der Schwellwertkreis 112 enthalt einen Spannung>iegrenzungswiderstand 114, der den in Reihe geschalten Sekundärwicklungen 34fr und 36b parallel geschaltet ist. Der Spannungsbegrenzungswidersnnid •5 114 liegt weiterhin am Eingang eines Vollweggleiehrichters 116, welcher die an den Sekundärwicklungen 34b und 36b beim Vorhandensein eines Leckstromes entstehenden Ausgangssignale empfängt. Am Ausgang des Vollweggleichrichters 116 liegt ein Aus- »« gangswiderstand 118 relativ hohen Widerstandes, welcher dessen Ausgangssignale an ein Abfühlelement mit Schwellwert, beispielsweise an einen Dir«: 120, anlegt, welcher so lange nichtleitend ist, bis an ihm eine vorbestimmle Spannung liegt. Weilerhin ist »5 ein wahlweise steuerbarer Schalter, vorzugsweise ein steuerbarer Siliziumschalter 122, vorgesehen, dessen Gate-Elektrode 124 über den Diac 120 mit dem Ausgangswiderstand 118 verbunden ist. Beim Auftreten eines Ausgangssignals ausreichender Größe an den Sekundärwicklungen 34b und 36b entsteht an dem Ausgangswiderstand 118 eine Spannung, die ausreicht, um den Diac 120 auszulösen, wodurch widerum der steuerbare Siliziumgleichrichter 122 leitend wird und ein Ausgangssignal abgibt. An der Gate-Kathoden-Strecke des steuerbaren Siliziumgleichrichters 122ist ein Parallelwiderstand 126 angeschlossen, um dessen Arbeitsweise zu stabilisieren, und der Ausgang des Vollweggleichrichters 116 ist vorzugsweise durch einen Glättungskondensator 128 «o überbrückt. Der Glättungskondensator 128 filtert zusammen mit der Impedanz der Sekundärwicklungen 34b und 36b auftretende Störsignale aus, um eine unerwünschte Auslösung des steuerbaren Siliziumgleichrichters 122 zu verhindern.
Die Anoden-Kathoden-Strecke des steuerbaren Siliziumgleichrichters 122 ist mit der zum Schützmagnet gehörigen, wahlweise erregbaren Relaiswicklung 32 in Reihe geschaltet. Die Relaiswicklung 32 betätigt, wie zuvor beschrieben, die Rclaiskontakte 68 und 70 des Schützes 14. Beim Auftreten eines Ausgangssignals an den Sekundärwicklungen 34b und 36b infolge eines Erdschluß-Leckslromes wird der steuerbare Siliziumgleichrichter 122 leitend, wodurch die Relaiswicklung 32 erregt wird und die Relaiskontakte 68 und 70 geöffnet werden und so die Energiezufuhr zu dem Lastkreis 10 unterbrochen wird, um so den gewünschten Schutz zu bewirken. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die obenerwähnten Ausführungsbeispiele zwar eine Schutzeinrichtung in Verbindung mit Wechselspannungssignalen erläutert, doch sind diese auch ohne weiteres für einen gleichen Schutz in Verbindung mit Gleichstromsignalen brauchbar. Dabei kann eine Ungleichheit zwischen einem Gleichstromeingangs- und Rücklaufsignal infolge des Vorhandenseins eines Leckstromes in gleicher Weise durch den Einfluß auf die Magnetisierung von sättigbaren Magnetkernen erfühlt werden, wie dies oben des näheren beschrieben wurde.

Hierzu 1 Blau Zeichnungen

409 608/118

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schutzeinrichtung zum Feststellen von Erdschluß-Leckströmen in einem über zwei Zuleitungen an eine einpolig geerdete Stromversorgung angeschlossenen Lastkreis mit einer induktiv mit den beiden Zuleitungen gekoppelten, zwei Ringkerne aufweisenden Magnetkernanordnung und mit einem damit über mindestens eine Sekundärwicklung verbundenen Schwellwertkreis, der bei einer vorgegebenen, von der Differenz der Ströme in den Zuleitungen abhängigen Differenzspannung eine Trennung der Last von der Stromversorgung herbeiführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (16, 18) ein Stück Koaxialkabel (20) mit einem Innenleiter (21) und einem Außenleiter (22) aufweisen, daß die beiden Ringkerne (34, 36) induktiv mit dem Stück Koaxialkabel (20) gekoppelt sind, daß ein Erregerkreis (28) vorgesehen ist, durch den die ständig unter dem Einfluß des von dem Stück Koaxialkabel (20) erzeugten Magnetfeldes stehenden Ringkerne (34,36) alternierend mit einem ersten Signal yorgebbarer Größe vormagnetisierbar und mit einem zweiten impulsförmigen Signal in die Sättigung steuerbar sind, und daß beide Ringkerne (34,36) mit Sekundärwicklungen (34b, 36 b) versehen sind, die mit dem Schwellwertkreis (30) verbunden sind.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stück Koaxialkabel (20) im wesentlichen zentrisch durch die Ringkerne (34, 36) geführt ist und daß der Innen- bzw. Außenleiter (21; 22) und die Sekundärwicklungen (34b, 36b) jeweils mit einem Ringkern (36) den gleichen und bei dem anderen Ringkern (34) den entgegengesetzten Wicklungssinn haben im Vergleich zu dem Wicklungssinn der jeweiligen Primärwicklung (34α, 36α).

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerkreis (28) einen durch eine Gleichspannungsquelle relativ langsam aufladbaren und mit Hilfe eines steuerbaren Schalters über die Ringkerne (34, 36) relativ schnell entladbaren Ladekondensator (40) aufweist.

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle durch eine Wechselspannungsquelle (12) und einen an diese angeschlossenen Halbweggleichrichter (38) gebildet ist.

5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle durch eine Wechselspannungsquelle (12) und einen an diese angeschlossenen Vollweggleichrichter (102) gebildet ist (Fig. 8).

6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Vollweggleichrichter (102) ein die an diesem entstehende Spannung stabilisierendes Bezugsglied mit Schwellwert angeschlossen ist.

7. Schutzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsglied eine Zenerdiode (104) enthält.

8. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ladekondensator (40) und der Steuerelek-

trode (50) des steuerbaren Schalters ein Bezugs-Elied mit Schwellwert angeschlossen ist, das bei einer vorbestimmten Spannung an dem Ladekondensator (40) zündbar ist, wodurch der steuerbare Schalter auslösbar ist.

9 Schutzeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsglied ein Diac (52)