DE3205429A1 - Fehlerstromausloeser fuer gleich-, impuls- und wechselfehlerstroeme - Google Patents

Description

• Fehlerstromauslöser für Gleich-, Impuls- und Wechselfehlerströme Die Erfindung betrifft einen Auslöser für Fehlerstroschutzschalter in beliebigen Netzen, auch in Verbindung mit Stromrichterschaltungen, zum Schutze von Mensch und Tier gegen zu hohe ßerührungsspannungen sowie zum Brandschutz.
• Bekannt sind Lösungen, die mittels Summenstromwandler die Gleichheit der zum elektrischen Betriebsmittel hin- und rückfließenden Strömen bei Wechsel- oder Drehstromanschluß überwachen (DR-PS 55 26 78). Für diese Lösungen ergibt sich in der Regel eine Verringerung der Ansprechempfindlichkeit oder sogar ein Versagen des Auslösers. wenn im Fehlerstrom Gleichstromkomponenten auftreten, wie dies bei Vorhandensein von Stromrichterschaltungen moglich ist, Weiterhin sind Fehlerstromschutzschalter mit einem Oszillator und elektronischen Verstärker bekannt (DE-AS 11 90 554).
• Der Oszilletor kann so eingestellt sein, daß seine Schwingbedingungen nur erfüllt sind, wenn die in der Sekundärwicklung des Wandlers induzierte Spannung unter einem vorgegebenen Wert verbleibt (DE-PS 16 38 059).
• Durch derartige Anordnungen erhöht sich zwar die Eigensicherheit und ggf. die Ansprechempfindlichkeit, da aber ebenfalls nur eine Spannungsinduktion in der Sekundärwicklungdes Summenstromwandlers ausgewertet wird, sind sie für Netze mit Gleichstromanteilen nicht uneingeschränkt geeignet.
• Bei einem sowohl auf Wechselfehlerstrom als auch Gleichfehlerstrom ansprechenden Fehlerstromschutzschalter ist die Sekundärwicklung des Summenstromwandlers in Serie mit der Erregerwicklung des Auslösemagneten und den Anschlüssen für eine Wechselstromquelle geschaltet (DE-OS 20 43 007). Notwendig ist ein Wandler mit einer hohen Sekundärwicklungszahl bei geringem ohmschen Widerstand sowie ein zusätzlicher Wechselstromgenerator, da bei 50 Hz - Erregung eine Phasenlageabhängigkeit der Auslöseempfindlichkeit auftreten würde.
• Der Schalter ist gekennzeichnet durch eine wesentlich geringere Ansprechempfindlichkeit bei Gleichstrom gegenüber Wechselfehlerstrom.
• Auch sind Vorschläge zur Anordnung eines magnetfeldempfindli chen Elements in einem Luftspalt des Summenstromwandlers (DE-OS 20 59 054), Ausführungen mit Wechsel- oder/und Gleichstroivormagnetisierung (DE-OS 24 21 747), die Auswertung des transforiatorischen Verhaltens zweier Wicklungen und das periodische Auslesen des Magnetisierungszustandes einer Kombination von zwei Wandlern mit rechteckiger Magnetisierungskurve (DE-AS 21 24 178) bekannt. Alle diese Lösungen verlangen einen relativ hohen Aufwand und erfüllen das Ziel, universell in beliebigen Stromkreisen einsetzbar zu sein, nur teilweise0 Vor allem muß als Nachteil empfunden werden, daß oft die Auslöseempfindlichkeit beim Einsatz in Stromkreisen mit variabler Stromform schwankt.
• Letztlich ist auch eine Schutzschaltung für ein elektrisches Versorgungsnetz zur Erkennung eines unerwünschten zweiten Erdschlusses ans einem Leiter auf der Lastseite der Schaltung bekannt (DE-OS 23 38 785).
• Hierzu ist an einen Summenstromwandler eine Oszillatorspule als Primärwicklung angekoppelt. Bei Erdschluß tritt eine Impedanzänderung in der zu überwachenden Leitung e.in, die zum Oszillatorkreis zurückreflektiert wird. Die Impedanz des Schwingkreises ändert sich und damit die Amplitude der Oszillatorausgangsspannung. Diese Oberwachungseinrichtung ist für alle Stromarten geeignet, wobei jedoch nicht ein Fehlerstrom,.
• sondern der Erdungswi-derstand des Hin- und Ruckleiters als Auslösekriterium dient.
• Ziel der Erfindung ist es, mit verhältnismäßig geringem Aufwand einen Fehlerstromauslöser zu schaffen, der ohne anpassende äußere Eingriffe eine nahezu gleiche Auslöseempfindlichkeit aufweist, wenn die Form des Fehlerstromes zwischen reinem Sinusstrom, Wechselstrom mit Gleichstromunterlagerung, Halbwellenstrom bis zu reinem Gleichstrom variiert. Weiterhin soll der Schalter für einfache Herstellung durch geringe Primärwindungszahl sowie weniger anspruchsvolles Wandlermaterial geeignet sein.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, durch Oberwachung der Ströme in der Zuleitung zu einem elektrischen Betriebsmittel unabhängig von der Stromart bzw. -form einen Fehlerfall1dargestellt durch das Abweichen der geometrischen Stromsumme vom Wert Null. hochempfindlich zu signalisieren bzw. den für das Ausschalten eines Schaltsystems notwendigen Impuls zu erzeugen.
• Die Erfindung wird gelöst, indem mit Hilfe von mindestens einem Summenstrorwandler, der wenigstens eine Primärwindung und eine Sekundarwicklung aufweist, die Teil eines Oszilletorschwingkreises ist, infolge der Veränderung der magnetischen Werte des Wandlers im Fehlerfall die Güte des Schwingkreises beeinflußt wird und die daraus resultierende Anderung der Amplitude der Oszillatorausgangsspannung als Fehlersignal dient. Der Mitkopplungsgrad der Oszillatorschaltung wird vorteilhafterweise so gewählt, daß die Schwingung beim Auftreten eines bestimmten Fehlerstromes aussetzt bzw. die Amplitude einen bestimmten Wert unterschreitet. Im fehlerfreien Fall wird die Magnetisierungscharakteristik des Wandlers nur in Form einer partiellen Hysterese durchfahren, im Fehlerstromfall verschiebt sich der Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskennlinie und die Amplitude der Schwingung verändert sich.
• In Ausgestaltung der Erfindung sind entweder zwei Summenstromwandler vorgesehen, deren Primärwicklungen gleichsinnig und deren Sekundärwicklungen gegensinnig in Reihe geschaltet sind bzw. umgekehrt, oder es wird ein Summenstromwandler mit mindestens zwei magnetischen Kreisen vorgesehen, um zu verhindern, daß Fehlerspannungen in die Oszillatorschaltung induziert werden bzw. die Onzillatorfrequenz in das zu überwachende Netz gelangt.
• Die Erfindung soll anhand der Anwendung in einem Fehlerstromschutzschalter für ein Dreiphasennetz mit Neutralleiter erläutert werden. Eine Anwendung ist jedoch in Netzen mit beiiebiger Phasenzahl mit und ohne Neutralleiter und ebenfalls in Gleichstromnetzen uneingeschränkt möglich.
• Die drei Phasenleiter 1. 2, 3 sowie der Neutralleiter 4 werden durch den noch zu beschreibenden Wandlerbaustein 5 geschleift. Der Ausgang 6, 7 dieses Bausteines besteht aus den Sekundärwicklungen des/der Wandler und wird mit dem Kondensator 6 zu einem Schwingkreis zusammengeschaltet. Dieser Schwingkreis wird auf geeignete Art und Weise entdämpft.
• Das geschieht im beschriebenen Beispiel mit Hilfe eines abgleichbaren Mitkopplungszweiges 9 in der Oszillatorschaltung.
• Der Schwingkreis liegt hierbei im Gegenkopplungszweig des Verstärkers 10 a, 10 b. Findet ein Reihenschwingkreis Verwendung, bildet dieser die komplexe Mitkopplung. Die Gegenkopplung kann dann reel sein. Die Schwingkreisspannung, deren Frequenz im Beispiel wesentlich größer als die Netzfrequenz ist, gelangt über einen Gleichrichter 11 und einem Tiefpaß 12 an den Schwellwertschalter 13. Das Ausgangssignal des Schwellwertschalters dient zur Ansteuerung des Auslösers 15, wobei gegebenenfalls eine Leistungsstufe 14 zwischengeschaltet wird. Der Auslöser betätigt seinerseits ein Schaltschloß 16, womit im Auslösefall die Kontakte 17 a...d des Hauptstromkreises geöffnet werden. Ebenso könnte das Signal der Leistungsstufe 14 direkt zur Betätigung eines Schaltschützes verwendet werden.
• Die Anderung der Amplitude im Fehlerfall ergibt im Zusammenhang mit dem Grad der Mitkopplung ein Maß für die Größe des Fehlerstromes, wodurch die Ansprechempfindlichkeit des Auslösers auf einfache Weise einstellbar ist.
• Weiterhin besteht die Möglichkeit, die gleichgerichtete Oszillatorspannung einem Integrator mit veränderbarer Zeitkonstante zuzuführen, wodurch sich die Auslöseverzögerungszeit der Einrichtung einstellen läßt.
• Der erfindungsgemäße Auslöser ist für reinen Wechselstrom bis hin zum reinen Gleichstrom gleichermaßen empfindlich, weil nicht die im Fehlerfall in der Sekundärwicklung des Summens'tromwandlers induzierte Spannung, sondern die veränderte Impedanz bzw. Dämpfung des Oszillatorschwingkreises erfaßt und ausgewertet wird.
• Die Abbildung 2 und 3 zeigen Varianten für den Aufbau des Wandlerbausteines 5. Der Baustein nach Abb. 2 enthält zwei Summenstromwandler,e wobei die Primärwicklung beider Wandler gleichsinnig und die Sekundärwicklung gegensinnig in Reihe geschaltet sind oder umgekehrt.
• Das geschieht, um zu verhindern, daß beim Auftreten von Wechselfehlerströmen Spannungen in die Oszillatorschaltung induziert werden, was eine korrekte Arbeitsweise stören würde.
• Die Wandlereinheit nach Abb. 3 arbeitet mit einem Wandler mit verzweigtem Magnetkreis. Durch geeignetes Aufbringen der Primär- und Sekundärwicklungen ist eine induktive Entkopplung ähnlich wie in der Zwei-Wandler-Anordnung nach Abb. 2 erreichbar.
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Claims (3)

1. Patentansprüche: Fehlerstromauslöser für Gleich-,Impuls- und Wechselfehlerströme mit mindestens einem Summenstromwandler, dessen Primärwicklungen durch die Leiter des zu überwachenden Stromkreises gebildet sind, mit mindestens einer Sekundärwicklung, die die Znduktivität eines Schwingkreises einer Oszillatorschaltung bildet sowie einer elektronischen Auswerte- und Verstärkerschaltung zur Ansteuerung eines Auslösemagneten, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abweichung der geometrischen Summe der Primärströme vom Wert Null der Summenstromwandler infolge Veränderung seiner magnetischen Werte die Güte des Oszillatorschwingkreises beeinflußt und die daraus resultierende Anderung der Amplitude der Oszillatorausgangsspannung als Fehlersignal dient.
2. 2. Fehlerstromauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dBß zwei Summenstromwandler vorgesehen sind, deren Primärwicklungen gleichsinnig und deren Sekundärwicklungen gegensinnig in Reihe geschaltet sind oder umgekehrt.
3. 3. Fehlerstromauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Summenstromwandler mit mindestens zwei magnetischen Kreisen vorgesehen ist.

   - Hierzu 2 Blatt Zeichnungen -