DE4041672A1

DE4041672A1 - Monitoring unit for DC circuit for photovoltaic prodn. plants - which with line interference occuring within monitored stretch, current flow through monitored line section is interrupted using two monitoring lines

Info

Publication number: DE4041672A1
Application number: DE19904041672
Authority: DE
Inventors: Volker Weeber
Original assignee: Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg
Current assignee: Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg
Priority date: 1990-12-22
Filing date: 1990-12-22
Publication date: 1992-06-25

Abstract

The two monitoring lines (U1, U2), which are assigned respectively parallel to a DC line section (G1u, G2u), are connected with this at the user side ends (X7, X8) of the section (D) being monitored, electrically conducting. A protection circuit (4) is connected between the electrical energy (solar) source (2) of the DC circuit on one side, and the line section being monitored on the other side. - Which identifies a too large voltage drop between its outputs (X3 and X4), as well as between its outputs (X6 and X5), at which respectively a monitored line section (G1u, G2u) and the assigned monitoring line (U1, U2) are connected. As a result the current flow through the DC monitored line section (G1u, G2u) is interrupted in front of the associated connections (X3, X6).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungseinrichtung für einen Gleichstromkreis nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine damit ausgerüstete photovoltaische Energiegewinnungsanlage.The invention relates to a monitoring device for a DC circuit according to the preamble of claim 1 as well as a photovoltaic energy generation system equipped with it.

Bei einer über eine gewisse räumliche Entfernung geführten Gleichstromleitung ist eine derartige Überwachungseinrichtung oftmals erforderlich, um beim Auftreten einer Leitungsstörung die Stromführung über diese Leitung zu unterbrechen und damit schädliche Folgeerscheinungen zu vermeiden. So wird bei dachmontierten Photovoltaikanlagen in Gebäuden die gewonnene Energie häufig ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Der notwendige Wechselrichter ist hierzu meistens in der Nähe des Verteilerschrankes, vorzugsweise im Untergeschoß des Gebäudes, angebracht. Die entsprechende Gleichstromleitung führt daher vom Dach bis zum Untergeschoß des Gebäudes. Bei einer ein- oder zweipoligen Unterbrechung des Gleichstromkreises, zum Beispiel durch lockere Klemmen oder Kabelbruch, kann es zur Entstehung eines Lichtbogens und damit einhergehender Brandgefahr kommen. Dieser Lichtbogen führt zunächst nicht zu einer nennenswerten Stromänderung, sondern vermindert lediglich die am Wechselrichter anstehende Eingangsspannung. Wegen des im wesentlichen konstant bleibenden Stromes sind übliche Schmelzsicherungen als Schutznmaßnahme untauglich.With a guided over a certain spatial distance DC line is such a monitoring device often required to when a line disorder occurs to interrupt the power supply via this line and thus to avoid harmful sequelae. This is how roof-mounted Photovoltaic systems in buildings Energy is often fed into the public grid. The necessary For this purpose, the inverter is usually close to the distribution cabinet, preferably in the basement of the building, appropriate. The corresponding direct current line therefore leads from the roof to the basement of the building. With a one or two-pole break in the DC circuit, for example due to loose terminals or a broken cable, it can occur of an arc and the associated risk of fire. This arc initially does not lead to any significant Current change, but only reduces that on the inverter pending input voltage. Because of the essentially constant current are common fuses as Protective measure unsuitable.

Aus der DE 26 30 597 C2 ist eine Überwachungseinrichtung für einen Gleichstromkreis bekannt, welche bei Auftreten von steilen Spannungsänderungen an den beiden Anschlußklemmen für den Verbraucherstromkreis die Gleichstromleitungen vor diesen Anschlußklemmen über einen Transistor kurzschließt. Zur Detektion dienen zwei Hochpässe, von denen der eine auf steile Spannungserhöhungen, der andere auf steile Spannungsabsenkungen anspricht. Tritt jedoch die Spannungsänderung so langsam ein, daß sie von dem Hochpaß nicht mehr detektiert wird, kann mit dieser Schutzanordnung der Gleichstromkreis im überwachten Leitungsabschnitt nicht unterbrochen werden. Außerdem wird lediglich die Spannung zwischen den Anschlußklemmen für die Gleichstromleitungen an eine Stromquelle überwacht, nicht dagegen der Spannungsabfall in den einzelnen Gleichstromleitungen zwischen diesen Anschlußklemmen und einem angeschlossenen Verbraucher. Diese Lichtbogenschutzschaltung spricht daher auch an, wenn die Spannungsänderungen verbraucherseitig und nicht durch Störungen in den zuführenden Gleichstromleitungen selbst verursacht sind.DE 26 30 597 C2 is a monitoring device for a DC circuit known, which occurs when steep voltage changes at the two terminals for the consumer circuit the DC lines in front of these Short-circuiting terminals via a transistor. For detection serve two high passes, one of which is steep Voltage increases, the other on steep voltage drops appeals. However, if the voltage change occurs so slowly, that it can no longer be detected by the high pass can be this protective arrangement of the DC circuit in the monitored Line section are not interrupted. Besides, will only the voltage between the terminals for the DC lines to a power source are not monitored on the other hand, the voltage drop in the individual DC lines between these terminals and a connected one Consumer. This arc protection circuit speaks therefore also on when the voltage changes on the consumer side and not due to disturbances in the supplying DC lines themselves are caused.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung für einen Gleichstromkreis zu schaffen, welche innerhalb eines überwachten Leitungsabschnittes einen störungsbedingt erhöhten Spannungsabfall in jeder der beiden Gleichstromleitungsabschnitte erkennt und den Stromfluß durch diesen Leitungsabschnitt anschließend unterbricht.The invention has for its object a monitoring device for creating a DC circuit which is within of a monitored line section due to a fault increased voltage drop in each of the two DC line sections recognizes and the current flow through this line section then interrupts.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Parallel zu jeder der beiden Gleichstromleitungen innerhalb des überwachten Leitungsabschnittes ist jeweils eine Überwachungsleitung geführt, welche am Ende des überwachten Leitungsabschnittes mit der zugeordneten Gleichstromleitung verbunden ist. Eine Schutzschaltung ist zwischen die elektrische Energiequelle und den überwachten Leitungsabschnitt eingeschleift. Mit Hilfe der Überwachungsleitungen erkennt sie einen über ein vorbestimmbares Maß hinausgehenden Spannungsabfall in einer der Gleichstromleitungen des überwachten Leitungsabschnittes, welche beispielsweise von Leitungsbrüchen oder lockeren Klemmen herrührt, was einen Lichtbogen verursachen könnte. Bei Erkennen eines solchen erhöhten Spannungsabfalls unterbricht die Schutzschaltung den Stromfluß durch die überwachten Gleichstromleitungsabschnitte. Dadurch ist der überwachte Leitungsabschnitt nicht mehr strombeaufschlagt. Ein Lichtbogen kann nicht entstehen. Die Schutzschaltung wird von der Energiequelle des Gleichstromkreises selbst gespeist und erfordert keine zusätzliche elektrische Energieversorgung. Vorteilhaft kann die Schutzschaltung nach Anspruch 2 eine Kurzschlußleitung mit einem Schalter enthalten, wobei Mittel zum Erkennen des zu großen Spannungsabfalls vorgesehen sind, die den Schalter steuern.This object is achieved by the invention according to the features of Claim 1 solved. Parallel to each of the two DC lines is within the monitored line section a monitoring line, which at the end of the monitored line section with the assigned DC line connected is. A protective circuit is between the electrical energy source and the monitored line section looped in. With the help of the monitoring lines it recognizes one that goes beyond a predeterminable amount Voltage drop in one of the DC lines of the monitored Line section, which for example of line breaks or loose clamps resulting from an arc could cause. Upon detection of such an increased If the voltage drops, the protective circuit interrupts the current flow through the monitored DC line sections. Thereby the monitored line section is no longer energized. An arc cannot occur. The protection circuit is from the energy source of the DC circuit itself fed and requires no additional electrical energy supply. The protective circuit can be advantageous according to claim 2 contain a short circuit line with a switch, wherein Means for recognizing the excessive voltage drop are provided are who control the switch.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Schutzschaltung nach Anspruch 3 Zenerdioden als Mittel zum Erkennen des erhöhten Spannungsabfalls. Sie sind zusammen mit den übrigen Bauelementen der Überwachungseinrichtung so dimensioniert, daß sie im normalen Betriebszustand sperrend sind und bei Erreichen des vorbestimmbaren Wertes für den Spannungsabfall an dem zugeordneten, überwachten Gleichstromleitungsabschnitt deren Durchbruchspannung erreicht wird.In a further embodiment of the invention, the protective circuit has according to claim 3 Zener diodes as a means of detection of the increased voltage drop. They are with them other components of the monitoring device dimensioned so that they are blocking in the normal operating state and when the predeterminable value for the voltage drop is reached at the assigned, monitored DC line section whose breakdown voltage is reached.

Vorzugsweise besitzt die Schutzschaltung nach Anspruch 4 ein bistabiles Relais zum Schließen der Kurzschlußleitung.Preferably, the protection circuit according to claim 4 bistable relay for closing the short-circuit line.

In Weiterbildung der Erfindung sind nach Anspruch 5 zwei Transistoren in der Schutzschaltung vorgesehen, deren Basis jeweils über die den Spannungsabfall detektierenden Mittel dergestalt angesteuert wird, daß ihre Kollektor-Emitter-Strecke bei Erkennen eines zu großen Spannungsabfalls leitend geschaltet wird. Sobald der erste Transistor leitend geschaltet ist, wird hierdurch der elektronische oder elektromechanische Schalter zum Kurzschließen der Gleichstromleitungen betätigt. Der zweite Transistor ist hingegen kollektorseitig mit der Basis des ersten Transistors verbunden, so daß bei leitend geschaltetem zweiten Transistor ein Strom durch die Basis des ersten Transistors fließt, welcher diesen ebenfalls kaskadenartig leitend schaltet. Ein vorteilhaft einfacher Schaltungsaufbau ergibt sich bei Verwendung zweier Transistoren komplementären Typs mit der in Anspruch 6 angegebenen Verschaltung.In a further development of the invention are two according to claim 5 Transistors provided in the protection circuit, the base of which in each case via the means detecting the voltage drop is controlled in such a way that its collector-emitter path is turned on when a too large voltage drop is detected. As soon as the first transistor is turned on, this makes the electronic or electromechanical Switch for short-circuiting the DC lines actuated. The second transistor, however, is on the collector side with the Base of the first transistor connected so that when conductive switched second transistor a current through the base of the first transistor flows, which also cascades this turns on. An advantageously simple circuit structure results when using two transistors complementary Type with the circuit specified in claim 6.

Bei der Überwachungseinrichtung nach Anspruch 7 ist ein Widerstand zwischen die Überwachungsleitungen nach den spannungserkennenden Mitteln und vor den Anschlußklemmen eingeschleift. Dieser macht es möglich, daß der Steuerstrom für das Kurzschließen, zum Beispiel ein vom Durchbruch der Zenerdioden induzierter Basisstrom in den Transistoren, nicht nur über die Überwachungsleitung, welche der gestörten Gleichspannungsleitung zugeordnet ist, sondern auch über diesen Widerstand und die andere Überwachungsleitung abfließen kann. Dies macht eine Selbstüberwachung der Einrichtung dahingehend möglich, daß auch eine Unterbrechung einer Überwachungsleitung das Auslösen der Schutzfunktion, d. h. Kurzschließen der Gleichstromleitungen, durch die Schutzschaltung bewirkt.In the monitoring device according to claim 7 is a resistor between the monitoring lines after the voltage detection Middle and looped in front of the terminals. This makes it possible for the control current for the short circuit, for example one from the breakdown of the Zener diodes induced base current in the transistors, not just through the Monitoring line, which is the disturbed DC voltage line is assigned, but also about this resistance and the other monitoring line can flow off. This does one Self-monitoring of the facility possible that an interruption of a monitoring line triggering the Protective function, d. H. Short-circuiting the DC lines, caused by the protective circuit.

Ein weiterer Kurzschlußkreis mit einem unter Last störungssicher zu öffnenden Handschalter ermöglicht es, den Relaisschalter unbelastet rückzusetzen, d. h., wieder zu öffnen.Another short circuit with a fail safe under load Openable hand switch enables the relay switch reset unloaded, d. i.e. to reopen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist jeweils ein Leitungspaar, bestehend aus dem überwachten Gleichstromleitungsabschnitt und der zugehörigen Überwachungsleitung, in einem zweiadrigen Kabel zusammengefaßt geführt. Die hierdurch bewirkte getrennte Führung der beiden stromführenden Gleichstromleitungen verhindert Kurzschlüsse innerhalb der überwachten Leitungsstrecke. In a further embodiment of the invention is a Line pair consisting of the monitored DC line section and the associated monitoring line, in one two-core cable combined. The caused by this separate routing of the two live DC lines prevents short circuits within the monitored Route.

Gemäß den Ansprüchen 10 und 11 findet eine solche Überwachungseinrichtung in vorteilhafter Weise bei einer photovoltaischen Energiegewinnungsanlage Verwendung. Die Schutzschaltung ist auf einer Platine, auf der gegebenenfalls auch die Varistoren und Schutzdioden angeordnet sind, in einem witterungsfesten Gehäuse untergebracht, welches in unmittelbarer Nähe des Solargenerators angeordnet ist. Dadurch befindet sich fast die gesamte Gleichstromleitung innerhalb der überwachten Leitungsstrecke.Such a monitoring device takes place according to claims 10 and 11 advantageously in a photovoltaic Energy production plant use. The protection circuit is on a circuit board, on which the varistors and protective diodes, if applicable are arranged in a weatherproof housing housed in the immediate vicinity of the solar generator is arranged. As a result, almost the entire is located DC line within the monitored line.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigtAn advantageous embodiment of the invention is in the Drawings shown and will be described below. It shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer photovoltaischen Energiegewinnungsanlage mit einer Überwachungseinrichtung für die Leitungen des Gleichstromkreises und Fig. 1 is a schematic representation of a photovoltaic energy recovery system with a monitoring device for the lines of the DC circuit and

Fig. 2 eine genauere Darstellung der Schutzschaltung in Fig. 1. Fig. 2 is a more accurate representation of the protection circuit in FIG. 1.

Die photovoltaische Energiegewinnungsanlge 1 nach Fig. 1 enthält als elektrische Energiequelle einen Solargenerator 2. Dieser befindet sich typischerweise an der Dachaußenseite eines Gebäudes und liefert einen über zwei Leitungen G1, G2 abgeführten Gleichstrom. Die Gleichstromleitungen G1, G2 sind über eine beträchtliche räumliche Entfernung einem Wechselrichter 3 zugeführt, welcher sich typischerweise im Untergeschoß des Gebäudes befindet. Über diesen Wechselrichter 3 kann die direkt in elektrische Energie umgewandelte Solarenergie als Wechselstrom und -spannung in das öffentliche Netz eingespeist werden.The photovoltaic Energiegewinnungsanlge 1 of FIG. 1 includes as an electric power source comprises a solar generator 2. This is typically located on the outside of the roof of a building and supplies a direct current which is discharged via two lines G 1 , G 2 . The DC lines G 1 , G 2 are fed over a considerable spatial distance to an inverter 3 , which is typically located in the basement of the building. Via this inverter 3 , the solar energy converted directly into electrical energy can be fed into the public grid as alternating current and voltage.

Die dargestellte photovoltaische Anlage 1 ist mit einer Einrichtung zur Überwachung der Gleichstromleitungen G1, G2 innerhalb der verkürzt dargestellten Strecke D versehen, wobei die überwachten Gleichstromleitungsabschnitte mit G1ü, G2ü bezeichnet sind. Die Überwachungseinrichtung enthält eine Schutzschaltung 4, deren Eingängen die Ausgänge des Solargenerators 2 an den Anschlußklemmen X1, X2 zugeführt sind und die vier Ausgänge X3, X4, X5, X6 aufweist.The photovoltaic system 1 shown is provided with a device for monitoring the direct current lines G 1 , G 2 within the shortened distance D, the monitored direct current line sections being designated G 1 ü, G 2 ü. The monitoring device contains a protective circuit 4 , the inputs of which are fed to the outputs of the solar generator 2 at the connecting terminals X 1 , X 2 and the four outputs X 3 , X 4 , X 5 , X 6 .

An die Klemme X3 ist der zur Gleichstromleitung G1 gehörige überwachte Leitungsabschnitt G1ü und an die Klemme X6 der zur zweiten Gleichstromleitung G2 gehörige zweite überwachte Leitungsabschnitt G2ü angeschlossen. Von dort führen die überwachten Gleichstromleitungsabschnitte G1ü, G2ü zu entsprechenden Eingängen X7, X8 des Wechselrichters 3. Des weiteren ist entlang der überwachten Strecke D parallel zu jedem überwachten Gleichstromleitungsabschnitt G1ü, G2ü jeweils eine parallelliegende Überwachungsleitung Ü1, Ü2 vorgesehen. Letztere sind jeweils von Anschlußklemmen X4, X5 am Ausgang der Schutzschaltung 4 in einem zweiadrigen Kabel gemeinsam mit dem zugeordneten überwachten Gleichstromleitungsabschnitt G1ü, G2ü bis zu den Anschlüssen X7, X8 des Wechselrichters geführt und dort mit dem jeweiligen Gleichstromleitungsabschnitt G1ü, G2ü leitend verbunden. Die Leitungen G1ü, Ü1 bzw. G2ü, Ü2 sind also jeweils gemeinsam in je einem zweiadrigen Kabel untergebracht, welche voneinander getrennt über die überwachte Strecke D geführt sind. Die getrennte Führung der beiden Gleichstromleitungen G1ü, G2ü verhindert das Auftreten von Kurzschlüssen in dieser Leitungsstrecke D.To the terminal X of the 3 belonging to the DC line G 1 is monitored line section G ü 1 and belonging to the second dc line G 2 second supervised line section G 2 is connected to the terminal X u. 6 From there, the monitored direct current line sections G 1 ü, G 2 ü lead to corresponding inputs X 7 , X 8 of the inverter 3 . Furthermore, a parallel monitoring line U 1 , U 2 is provided along the monitored path D parallel to each monitored DC line section G 1 ü, G 2 ü. The latter are each led from terminals X 4 , X 5 at the output of the protective circuit 4 in a two-wire cable together with the associated monitored DC line section G 1 ü, G 2 ü to the connections X 7 , X 8 of the inverter and there with the respective DC line section G 1 ü, G 2 ü conductively connected. The lines G 1 ü, Ü 1 and G 2 ü, Ü 2 are each housed together in a two-core cable, which are separated from each other over the monitored distance D. The separate routing of the two direct current lines G 1 ü, G 2 ü prevents the occurrence of short circuits in this line section D.

Der Aufbau der Schutzschaltung 4 ist in Fig. 2 im Detail dargestellt. An den Eingangsklemmen X1 bzw. X2 der Schutzschaltung 4 ist der positive bzw. negative Pol mehrerer mit Schutzdioden 9 versehener, parallel zusammengefaßter Generatorstränge des Solargenartors 2 angelegt. Vor diesen Klemmen können, wie gestrichelt skizziert ist, Varistoren 6, 7 zwischen die Gleichstromleitungen G1, G2 und einer Masseleitung 8 zur Gewährleistung eines inneren Blitzschutzes geschaltet sein. Eingangsseitig sind die Eingänge der Schutzschaltung 4 mit einer Zenerdiode Z3 überbrückt, um eventuell auftretende störende Spannungsspitzen zu begrenzen. Parallel dazu ist ein Kurzschlußstromkreis K2 mit einem Handschalter S1 und ein weiterer Kurzschlußstromkreis K1 mit einem elektrisch ansteuerbaren Schalter S2 zwischen den Gleichstromleitungen G1 und G2 angeordnet. Außerdem sind zwischen die beiden Gleichstromleitungen G1, G2 innerhalb der Schutzschaltung 4 in Serie die Emitter-Kollektor-Strecke eines pnp-Transistors T1, ein Widerstand R1 sowie ein bistabiles Relais 5 geschaltet, das den Schalter S2 enthält. Eine Diode Z4 ist als Freilaufdiode der Relaiswicklung parallel geschaltet. Die Basis des Transistors T1 ist über einen Widerstand R3 und einer dazu in Reihe geschalteten Zenerdiode Z1 mit der Anschlußklemme X4 für die Überwachungsleitung Ü1 verbunden. Die Zenerdiode Z1 ist so gepolt, daß nach Überschreiten ihrer Durchbruchspannung ein steuernder Basisstrom im Transistor T1 fließt. Ein Transistor T2 ist emitterseitig an die Gleichstromleitung G2 angeschlossen und seine Basis über einen Widerstand R4 und eine dazu in Reihe geschaltete Zenerdiode Z2 mit dem Anschluß X5 für die zweite Überwachungsleitung Ü2 verbunden. Der Kollektor des Transistors T2 ist über einen Widerstand R2 mit der Basis des ersten Transistors T1 verbunden. Schließlich ist nach den Zenerdioden Z1, Z2 ausgangsseitig ein Widerstand R5 zwischen die Anschlüsse X4 und X5 eingeschleift.The structure of the protective circuit 4 is shown in detail in FIG. 2. The positive or negative pole of a plurality of generator strings of the solar generator 2 , provided with protective diodes 9 and combined in parallel, is applied to the input terminals X 1 and X 2 of the protective circuit 4 . In front of these terminals, as shown in dashed lines, varistors 6, 7 can be connected between the DC lines G 1 , G 2 and a ground line 8 to ensure internal lightning protection. On the input side, the inputs of the protective circuit 4 are bridged with a Zener diode Z 3 in order to limit any interfering voltage peaks that may occur. In parallel, a short circuit K 2 with a manual switch S 1 and another short circuit K 1 with an electrically controllable switch S 2 is arranged between the DC lines G 1 and G 2 . In addition, the emitter-collector path of a pnp transistor T 1 , a resistor R 1 and a bistable relay 5 , which contains the switch S 2 , are connected in series between the two direct current lines G 1 , G 2 within the protective circuit 4 . A diode Z 4 is connected in parallel as a freewheeling diode of the relay winding. The base of the transistor T 1 is connected via a resistor R 3 and a Zener diode Z 1 connected in series therewith to the connection terminal X 4 for the monitoring line U 1 . The Zener diode Z 1 is polarized so that a controlling base current flows in the transistor T 1 after its breakdown voltage is exceeded. A transistor T 2 is connected on the emitter side to the direct current line G 2 and its base is connected to the connection X 5 for the second monitoring line U 2 via a resistor R 4 and a Zener diode Z 2 connected in series therewith. The collector of transistor T 2 is connected to the base of first transistor T 1 via a resistor R 2 . Finally, after the Zener diodes Z 1 , Z 2, a resistor R 5 is connected on the output side between the connections X 4 and X 5 .

Im folgenden wird die Funktionsweise der Schaltung in den unterschiedlichen Betriebszuständen erläutert.In the following the functioning of the circuit in the different operating states explained.

Im Normalzustand liegt im überwachten Abschnitt D weder in den Überwachungsleitungen Ü1, Ü2 noch in den Gleichstromleitungen G1ü, G2ü eine Leitungsstörung vor. Über die Leitungen G1, G2 bzw. deren Abschnitte G1ü, G2ü fließt der vom Generator 2 erzeugte Gleichstrom, während die Überwachungsleitungen Ü1, Ü2 weitgehend stromlos sind. Hierzu sind die Zenerdioden Z1 und Z2 so dimensioniert, daß der an den Klemmen X3 und X4 bzw. X5 und X6 anliegende Spannungsabfall entlang der Gleichstromleitungen G1ü bzw. G2ü nicht deren Durchbruchspannung überschreitet. Beide Transistoren T1, T2 sind deshalb sperrend geschaltet. Die Schalter S1 und S2 sind in diesem normalen Betriebszustand selbstverständlich jeweils geöffnet. Ein parasitärer Reststrom von der Klemme X7 über die Leitung Ü1, den Widerstand R5, die Leitung Ü2 zur Klemme X8 kann durch entsprechende Dimensionierung des Widerstandes R5 gegenüber dem Strom durch den Wechselrichter 3 vernachlässigbar klein gemacht werden.In the normal state, there is no line fault in the monitored section D either in the monitoring lines Ü 1 , Ü 2 or in the direct current lines G 1 ü, G 2 ü. The direct current generated by the generator 2 flows via the lines G 1 , G 2 or their sections G 1 ü, G 2 ü, while the monitoring lines Ü 1 , Ü 2 are largely without current. For this purpose, the Zener diodes Z 1 and Z 2 are dimensioned such that the voltage drop across terminals X 3 and X 4 or X 5 and X 6 along DC lines G 1 ü or G 2 ü does not exceed their breakdown voltage. Both transistors T 1 , T 2 are therefore switched off. Switches S 1 and S 2 are of course open in this normal operating state. A parasitic residual current from terminal X 7 via line U 1 , resistor R 5 , line U 2 to terminal X 8 can be made negligibly small by appropriately dimensioning resistor R 5 compared to the current through inverter 3 .

Bei Auftreten einer widerstandserhöhenden Leitungsstörung innerhalb des Leitungsabschnittes G1ü erhöht sich der Spannungsabfall dieses Leitungsabschnittes G1ü aufgrund seines erhöhten ohmschen Widerstandes und somit die Spannungsdifferenz zwischen den Klemmen X3 und X7, d. h., auch zwischen den Klemmen X3 und X4. Die Zenerdiode Z1 ist so dimensioniert, daß sie aufgrund dieser Spannungsabsenkung des Punktes X4 gegenüber dem Punkt X3 durchbricht. Dadurch fließt ein Steuerstrom von der Gleichstromleitung G1 über Emitter und Basis des Transistors T1, den Widerstand R3, die Zenerdiode Z1 sowie über den Widerstand R5 und die Überwachungsleitung Ü2 und/oder die Überwachungsleitung Ü1 und den Wechselrichter 3 zur zweiten Gleichstromleitung G2. Der einsetzende Steuerstrom hat zur Folge, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T1 leitend geschaltet wird und ein Strom über den Widerstand R1 und die Wicklung des Relais 5 zwischen den Anschlußklemmen X1 und X2 fließt. Dies verursacht das Schließen des Schalters S2 des bistabilen Relais 5, wodurch die Anschlußklemmen X1 und X2 über die Leitung K1 kurzgeschlossen sind, so daß der Strom über die Gleichstromleitungsabschnitte G1ü und G2ü unterbrochen ist. Ein derartiger Leitungskurzschluß ist bei einem Solargenerator aufgrund seiner nichtlinearen Ausgangscharakteristik vollkommen unschädlich. If a resistance-increasing line fault occurs within the line section G 1 ü, the voltage drop of this line section G 1 ü increases due to its increased ohmic resistance and thus the voltage difference between the terminals X 3 and X 7 , that is to say also between the terminals X 3 and X 4 . The Zener diode Z 1 is dimensioned such that it breaks through the point X 4 as compared to the point X 3 due to this voltage drop. As a result, a control current flows from the DC line G 1 via the emitter and base of the transistor T 1 , the resistor R 3 , the Zener diode Z 1 and via the resistor R 5 and the monitoring line U 2 and / or the monitoring line U 1 and the inverter 3 second DC line G 2 . The resultant control current has the result that the emitter-collector path of the transistor T 1 is turned on and a current flows through the resistor R 1 and the winding of the relay 5 between the connection terminals X 1 and X 2 . This causes the switch S 2 of the bistable relay 5 to be closed , as a result of which the terminals X 1 and X 2 are short-circuited via the line K 1 , so that the current through the DC line sections G 1 ü and G 2 ü is interrupted. Such a line short-circuit is completely harmless in a solar generator due to its non-linear output characteristic.

Tritt eine analoge Leitungsstörung in dem anderen Gleichstromleitungsabschnitt G2ü auf, die in einer völligen Leitungsunterbrechung oder einer lichtbogenüberbrückbaren Störung bestehen kann, so entsteht entsprechend eine höhere Spannungsdifferenz zwischen den Anschlüssen X5 und X6, d. h., die Spannung an der Klemme X5 erhöht sich gegenüber der konstant bleibenden Spannung an der Klemme X6 aufgrund des höheren ohmschen Widerstandes der Leitung G2ü. Dies veranlaßt nunmehr den Durchbruch der Zenerdiode Z2, wodurch die Kollektor- Emitter-Strecke des Transistors T2 leitend wird, was wiederum einen Stromfluß durch die Basis des Transistors T1 zur Folge hat. Hierdurch wird kaskadenartig auch der Transistor T1 analog zum Fall des Durchbruchs der Zenerdiode Z1 leitend geschaltet, wobei der Steuerstrom für den Transistor T1 von der ersten Gleichstromleitung G1 über dessen Emitter-Basis-Strecke, den Widerstand R2 und die leitende Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T2 zur zweiten Gleichstromleitung G2 führt.If an analog line fault occurs in the other DC line section G 2 ü, which may consist of a complete line break or an arc-bridged fault, a correspondingly higher voltage difference arises between the connections X 5 and X 6 , that is to say the voltage at the terminal X 5 increases compared to the constant voltage at terminal X 6 due to the higher ohmic resistance of line G 2 ü. This now causes the breakdown of the Zener diode Z 2 , whereby the collector-emitter path of the transistor T 2 becomes conductive, which in turn results in a current flow through the base of the transistor T 1 . As a result, the transistor T 1 is also turned on in a cascade-like manner in the same way as the breakdown of the Zener diode Z 1 , the control current for the transistor T 1 from the first direct current line G 1 via its emitter-base path, the resistor R 2 and the conductive collector -Emitter path of the transistor T 2 leads to the second DC line G 2 .

Der leitend geschaltete Transistor T1 bewirkt in der oben beschriebenen Weise das Schließen des Schalters S2 des Relais 5. Mit der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung sind also, wie beschrieben, widerstandserhöhende Leitungsstörungen zwischen den Klemmen X3 und X7 in dem Leitungsabschnitt G1ü sowie zwischen den Klemmen X6 und X8 im Leitungsabschnitt G2ü detektierbar. Unschädliche, verbraucherseitige Widerstandsänderungen zwischen den Klemmen X7 und X8 des Gleichstromkreises führen dagegen nicht zu einem Kurzschließen der Gleichstromleitungen G1, G2, obwohl sich eventuell die Spannung zwischen den Klemmen X3 und X6 ändert.The switched transistor T 1 causes the switch S 2 of the relay 5 to close in the manner described above. With the monitoring device according to the invention, as described, resistance-increasing line faults between the terminals X 3 and X 7 in the line section G 1 ü and between the terminals X 6 and X 8 in the line section G 2 ü can be detected. In contrast, harmless, consumer-side changes in resistance between terminals X 7 and X 8 of the DC circuit do not lead to short-circuiting of DC lines G 1 , G 2 , although the voltage between terminals X 3 and X 6 may change.

Darüber hinaus besitzt die Überwachungseinrichtung aufgrund des eingeschleiften Widerstandes R5, der für die bisher beschriebenen Funktionen entbehrlich wäre, eine Selbstüberwachungsfunktion. Sobald nämlich an der Überwachungsleitung Ü1 eine widerstandserhöhende Leitungsstörung auftritt, indem z. B. selbige nicht an die Klemme X7 angeschlossen ist, fällt die Spannung am Punkt X4 über den Widerstand R5 und die Überwachungsleitung Ü2 gegenüber dem Punkt X7 und damit auch gegenüber der Anschlußklemme X3 ab, was dann wiederum zum Durchbruch der Zenerdiode Z1 mit der bereits beschriebenen Wirkung führt. Analog steigt bei einer Leitungsstörung in der Überwachungsleitung Ü2 das Potential X5 über den Widerstand R5 und die Überwachungsleitung Ü1 gegenüber dem Punkt X6 an, was zum Durchbruch der Zenerdiode Z2 mit den ebenfalls oben beschriebenen Auswirkungen führt.In addition, the monitoring device has a self-monitoring function due to the looped-in resistor R 5 , which would be unnecessary for the functions described so far. As soon as a resistance-increasing line fault occurs on the monitoring line Ü 1 by z. B. the same is not connected to terminal X 7 , the voltage at point X 4 drops across resistor R 5 and monitoring line U 2 with respect to point X 7 and thus also with respect to terminal X 3 , which in turn leads to the breakdown of Zener diode Z 1 leads with the effect already described. Similarly, in the event of a line fault in the monitoring line U 2, the potential X 5 increases via the resistor R 5 and the monitoring line U 1 with respect to the point X 6 , which leads to the breakdown of the Zener diode Z 2 with the effects also described above.

Nach Auftreten und Erkennen einer Leitungsstörung in einem der oben ausgeführten Fälle läßt das bistabile Relais 5 seinen Schalter S2 geschlossen, bis die Leitungsstörung behoben ist und eine handbetätigte Rücksetzung erfolgt. Um den Schalter S2 ohne Last wieder öffnen zu können, wird zunächst der Handschalter S1 geschlossen, wodurch ein zweiter Kurzschlußstromkreis über die Leitung K2 entsteht. Daraufhin kann der Schalter S2 durch Handbetätigung des Relais 5 wieder geöffnet werden, ohne daß Funkenüberschläge am Schalter S2 auftreten. Schließlich wird dann die Anlage wieder in den normalen Betriebszustand dadurch gebracht, daß der Handschalter S1 geöffnet wird, wodurch der zweite Kurzschlußstromkreis K2 unterbrochen und der erzeugte Generatorstrom wiederum dem Wechselrichter 3 zugeführt wird. Der Handschalter S1 wird hierbei unter Last geöffnet, er ist zu diesem Zweck jedoch geeignet dimensioniert, was für diesen Handschalter S1 zweckmäßiger ist als für den elektrisch angesteuerten Schalter S2.After occurrence and detection of a line fault in one of the cases described above, the bistable relay 5 leaves its switch S 2 closed until the line fault is eliminated and a manual reset takes place. In order to be able to open the switch S 2 again without a load, the manual switch S 1 is first closed, as a result of which a second short-circuit circuit is created via the line K 2 . Thereupon, the switch S 2 can be opened again by manual operation of the relay 5 without arcing at the switch S 2 . Finally, the system is then brought back into the normal operating state by opening the manual switch S 1 , as a result of which the second short-circuit circuit K 2 is interrupted and the generated generator current is in turn fed to the inverter 3 . The hand switch S 1 is opened under load, but it is suitably dimensioned for this purpose, which is more appropriate for this hand switch S 1 than for the electrically controlled switch S 2 .

Selbstverständlich kann die Überwachungseinrichtung bei Bedarf noch mit nicht näher eingezeichneten Anzeigeeinrichtungen versehen sein, die dem Benutzer über den Betriebszustand Aufschluß geben. Insbesondere ist es aufgrund der jeweils verschiedenen Strompfade möglich, durch Einbau zusätzlicher Bauelemente zu erkennen, in welchem der vier in Frage kommenden Leitungsabschnitte eine Störung aufgetreten ist.Of course, the monitoring device can if necessary still provided with display devices not shown be informing the user about the operating status give. In particular, it is due to the different Current paths possible by installing additional components recognize in which of the four line sections in question a malfunction has occurred.

Claims

1. A device for monitoring a direct current circuit, in particular for photovoltaic energy recovery systems, which interrupts the current flow through the monitored line sections (G 1 ü, G 2 ü) if line faults occur within a monitored path (D), characterized by

a) two monitoring lines (Ü 1 , Ü 2 ), each running parallel to an assigned DC line section (G 1 ü, G 2 ü) and connected to this at the consumer end (X 7 , X 8 ) of the monitored section (D) are,
b) a protective circuit ( 4 ) between the electrical energy source ( 2 ) of the DC circuit on the one hand and the monitored line section (D) on the other hand, which has too great a voltage drop between its outputs (X 3 and X 4 ) and between its outputs (X 6 and X 5 ), to each of which a monitored line section (G 1 ü, G 2 ü) and the assigned monitoring line (Ü 1 , Ü 2 ) are connected, and then detects the current flow through the monitored DC line sections (G 1 ü, G 2 ü ) before the associated connections (X 3 , X 6 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the protective circuit ( 4 ) contains a short-circuit line (K 1 ) with an electrically controllable switch ( 2 ) for short-circuiting the DC lines (G 1 , G 2 ) before the monitored path (D), means (Z 1 , Z 2 ) for detecting the excessive voltage drop are provided, which control means (T 1 , T 2 , 5 ) for closing the switch ( 2 ).

3. Device according to claim 1, characterized in that Zener diodes (Z 1 , Z 2 ) are provided as means for detecting the voltage drop, the breakdown voltage of which determines the predetermined value of the permissible voltage drop.

4. Device according to one of claims 1 to 2, characterized in that a bistable relay ( 5 ) is provided which closes its switch (S 2 ) as soon as the means (Z 1 , Z 2 ) detect an excessive voltage drop.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that two transistors (T 1 , T 2 ) are provided, the base of which is controlled by the means (Z 1 , Z 2 ) for detecting the voltage drop, the emitters -Kollektor- section of the first transistor (T 1 ) in series with a control element ( 5 ) for closing the switch (S 2 ) between the DC voltage lines (G 1 and G 2 ) and the collector-emitter section of the second transistor (T 2 ) connects the base of the first transistor (T 1 ) to the direct current line (G 2 ).

6. Device according to claim 5, characterized in that the first transistor (T 1 ) is a pnp transistor, the emitter of which is connected to the direct current line (G 1 ) connected to the positive pole of the energy source ( 2 ), and that the second Transistor (T 2 ) is an npn transistor whose emitter is connected to the other DC line (G 2 ).

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that after the means (Z 1 , Z 2 ) and before the terminals (X 4 , X 5 ) for the monitoring lines (Ü 1 , Ü 2 ) between the latter a resistor (R 5 ) is looped in.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that a to the short-circuit line (K 1 ) of the switch (S 2 ) parallel second short-circuit line (K 2 ) is arranged, in which a fail-safe openable load switch (S 1 ) is located.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the monitored DC line sections (G 1 ü, G 2 ü) are each carried in separate cables over the route (D), wherein DC line section (G 1 ü, G 2 ü ) and the assigned monitoring line (Ü 1 , Ü 2 ) are routed in a common, two-core cable.

10. Photovoltaic energy production system in a building with a solar generator ( 2 ) arranged on the outside of the roof as an electrical energy source, with a device according to one of claims 1 to 8 and with an inverter arranged in the interior of the building for feeding the grid via the direct current lines (G 1 , G 2 ) supplied energy, characterized in that the protective circuit ( 4 ) is arranged on a board housed in a weatherproof housing, which is attached in the immediate vicinity of the output connections (X 1 , X 2 ) of the solar generator.

11. Photovoltaic energy production system according to claim 10, characterized in that between the outputs of the solar generator ( 2 ) and the inputs of the protective circuit ( 4 ) from each DC line (G 1 , G 2 ) to a ground line ( 8 ) leading varistor ( 6, 7 ) is branched off as internal lightning protection.