DE3307443C2

DE3307443C2 -

Info

Publication number: DE3307443C2
Application number: DE19833307443
Authority: DE
Inventors: Karl-Fr. Dr.-Ing. 8520 Erlangen De Eichhorn
Original assignee: Datron Electronic GmbH
Current assignee: Datron Electronic GmbH
Priority date: 1983-03-03
Filing date: 1983-03-03
Publication date: 1990-12-20
Also published as: DE3307443A1

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Fehlerschutzschaltung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche Fehlerstrom schutzschaltung ist bekannt (DE-AS 25 55 303); und sie ver fügt über einen Hilfsgenerator, der über eine erste Hilfs wicklung am Summenstromwandler, die auch als Vormagneti sierungswicklung bezeichnet werden kann, diesem eine Wech selstrom-Vormagnetisierung zuführt und mit einer Frequenz, die groß gegenüber der Netzfrequenz ist, die bei dem bekannten Fehlerstromschutzschalter die Betriebsfrequenz darstellt. Es ist eine weitere Sekundärwicklung vorgesehen, die auf eine Auswerteschaltung arbeitet, die im wesentlichen aus einem Gleichrichter, einem diesem nachgeschalteten RC- Glied mit etwa der Periodendauer der Vormagnetisierungs schwingung entsprechenden Zeitkonstante und einer Diskri minatorschaltung besteht. Bei dieser bekannten Fehler stromschutzschaltung wird der Effekt ausgenutzt, daß jede Art von Fehlerströmen das durch den Summenstromwandler auf grund der Vormagnetisierung übertragene mittelfrequente Signal wenigstens kurzzeitig verkleinert. Diese Verkleine rung wird durch die Diskriminatorschaltung zur Anzeige ausgenutzt. Der Betrieb auf der B-H-Kennlinie des Summen stromwandlers muß wenig unterhalb des Sättigungsbereichs erfolgen, und es muß durch die Vormagnetisierung sicherge stellt sein, daß dieser Betrieb auch unter allen Umständen aufrechterhalten wird. Nur dann kann ein Fehlerstrom den Ar beitspunkt auf der B-H-Kennlinie so verschieben, daß die in die Auswertewicklung übertragene mittelfrequente Spannung merklich absinkt. Problematisch ist bei der bekannten Feh lerstromschutzschaltung die Möglichkeit, daß nach einem Fehler der magnetische Betriebspunkt auf der B-H-Kennlinie infolge der Remanenz dauernd verschoben sein kann, was spä ter zu Fehlauslösungen führen kann.The invention is based on an error protection circuit the genus of the main claim. Such a fault current protection circuit is known (DE-AS 25 55 303); and they ver adds an auxiliary generator that has an initial auxiliary winding on the summation current transformer, which is also used as a bias can be referred to as a winding self-current bias and with a frequency that is large compared to the mains frequency, which in the known Residual current circuit breaker represents the operating frequency. Another secondary winding is provided, which is based on an evaluation circuit that works out essentially a rectifier, an RC Link with approximately the period of the pre-magnetization vibration corresponding time constant and a discri minator circuit exists. With this known bug current protection circuit takes advantage of the effect that each Type of fault currents caused by the total current transformer Medium frequencies transmitted due to the premagnetization Signal reduced at least briefly. This little one tion is displayed by the discriminator circuit exploited. Operation on the B-H characteristic of the sum current transformer must be slightly below the saturation range take place, and it must be secured by the premagnetization represents that this operation also under all circumstances is maintained. Only then can a fault current ar Move the working point on the B-H characteristic curve so that the in the evaluation winding transmitted medium frequency voltage drops noticeably. The problem with the known Feh lerstromschutz circuit the possibility that after a Error of the magnetic operating point on the B-H characteristic may be permanently postponed due to remanence, which is late ter can lead to false tripping.

Bekannt ist ferner (DE-AS 25 16 320) ein Erdungsfehlerde tektor, der ohne von einem Hilfsgenerator erzeugte Vormagne tisierungsfrequenz arbeitet und den großen Anforderungen an den Wandlerwerkstoff bezüglich der Permeabilität da durch begegnet, daß die Fehlerströme erfassende Sekundär wicklung durch einen nachgeschalteten Verstärker besonderer Ausgestaltung, nämlich mit sehr niedriger Eingangsimpedanz praktisch wie im Kurzschluß belastet ist. Hierdurch ist der in der Sekundärwicklung aufgrund unausgeglichener Durch flutungen in den Primärwicklungen fließende Strom im we sentlichen unabhängig von der Permeabilität des Stromwand ler-Kernmaterials. Nachteilig ist, daß die Auslösezeit wie bei den üblichen elektromechanischen FI-Schutzschaltern an die Betriebsfrequenz, also an die 50 Hz der Netzfrequenz gebun den ist. Zur phasenabhängigen Bewertung des Fehlerstroms ist ein dem Verstärker nachgeschalteter Produktdetektor (Synchrongleichrichter) vorgesehen, mit dem Nachteil einer galvanischen Verbindung zu den die Betriebsfre quenz führenden Leitungen zur Kennung der Phasenlage.Also known (DE-AS 25 16 320) is an earth fault tector, without the pre-magnet generated by an auxiliary generator tization frequency works and the big requirements to the converter material with regard to permeability encountered by that the fault currents secondary winding through a downstream amplifier special Design, namely with a very low input impedance practically as in the short circuit is loaded. This is the in the secondary winding due to unbalanced through flooding in the primary windings flowing current in the we notwithstanding the permeability of the current wall core material. The disadvantage is that the release time like to the usual electromechanical residual current circuit breakers Operating frequency, i.e. to 50 Hz of the mains frequency that is. For phase-dependent evaluation of the residual current is a product detector downstream of the amplifier (Synchronous rectifier) provided with the disadvantage a galvanic connection to the quenz leading lines to identify the phase position.

Ferner wird bei einer Einrichtung (DE-AS 25 55 255) zur Erfassung von Fehlerströmen beliebiger Stromarten (Gleich-, Wechsel- und Impuls-Gleichstrom-Fehlerströmen) so vorgegangen, daß bei grundsätzlicher Anordnung von mindestens zwei sekundären Hilfswicklungen auf dem Summenstromwandler diesem durch die Vormagnetisierungs wicklung eine sowohl eine Wechselstrom- als auch eine Gleichstromkomponente aufweisende Vormagnetisierung vermittelt wird, so daß im fehlerstromfreien Zustand die Vormagnetisierung zwischen einem Sättigungswert und einem Wert pendelt, der unterhalb der Remanenz- Induktion liegt und eine große Steilheit (db/dH) auf weist. Hierdurch wird zwar gegebenenfalls dem Problem einer dauernden Verschiebung des magnetischen Betriebs punkts auf der B-H-Kennlinie infolge der Remanenz begeg net; allerdings mit erheblichem Aufwand und der Notwen digkeit, bei der Fehlerstromerfassung von Gleichströmen beider Polaritäten mit zwei Summenstromwandlern arbeiten zu müssen.Furthermore, in one facility (DE-AS 25 55 255) for the detection of fault currents of any type of current (Direct, alternating and pulse direct current fault currents) proceeded so that with a basic arrangement of at least two secondary auxiliary windings on the Total current transformer this through the bias winding both an AC and a Premagnetization having a direct current component is conveyed so that in the fault current-free state the bias between a saturation value and fluctuates below the remanence There is induction and a steep slope (db / dH) points. This may make the problem a permanent shift in magnetic operation points on the B-H characteristic curve due to the remanence net; however with considerable effort and the need ability to detect residual currents from direct currents both polarities work with two summation current transformers to have to.

Schließlich ist es allgemein bekannt (Bull. SFEV, 1978, Heft 20, S. 1115-1118), bei netzbetriebenen Geräten möglicherweise auftretende Fehlerströme auch in Form von Gleichstromkomponenten zu überwachen, - ferner die Isolation zwischen Null- und Schutzleiter, so daß nach dem Arbeitsstrom- oder Ruhestromprinzip arbeitende FI-Schalter mit hoher Auslöseempfindlichkeit realisierbar sind. In diesem Zusammenhang ist auch eine Fehlerstrom schutzschaltung mit einem höherfrequenten Hilfsgenerator zur Überwachung des Nulleiters (= Rückleiter) des Be triebsstromkreises bekannt (S. 1117 Abschn. 7 mit Fig. 9 dieser Veröffentlichung).Finally, it is generally known (Bull. SFEV, 1978, number 20, pp. 1115-1118) to monitor fault currents which may occur in line-operated devices, also in the form of DC components, and also the insulation between the neutral and protective conductor, so that after the Open-circuit or closed-circuit principle, RCDs with high tripping sensitivity can be implemented. In this context, a residual current protection circuit with a higher-frequency auxiliary generator for monitoring the neutral conductor (= return conductor) of the operating circuit is known (p. 1117 section 7 with FIG. 9 of this publication).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fehler schutzschaltung zu schaffen, die bei sehr hoher Empfind lichkeit ein sicheres Ansprechen auch dann garantiert, wenn Kurvenform, Frequenz, Amplitude des Betriebsstroms großen Veränderungen unterworfen sind. Insbesondere soll die erfindungsgemäße Fehlerstromschutzschaltung zur Überwachung medizinischer Geräte verwendet werden, bei denen ein Fehlerstrom über den menschlichen Körper fließen kann. The invention has for its object an error to create a protective circuit with very high sensitivity guaranteed a safe response, if waveform, frequency, amplitude of the operating current are subject to major changes. In particular should the residual current protection circuit according to the invention used to monitor medical devices in which a fault current flows across the human body can flow.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.The invention solves this problem with the characterizing Features of the main claim.

Advantages of the invention

Durch die hohe Empfindlich keit und ein extrem großes Verhältnis Betriebsnennstrom zu Fehlernennstrom ergeben sich besondere Vorteile der er findungsgemäßen Fehlerstromschutzschaltung bei ihrem Ein satz in der Elektrotherapie. Tatsächlich werden in der Elektrotherapie die unterschiedlichsten Ströme angewendet, die im Frequenzbereich zwischen 0 Hz bis etwa 10 kHz rechteckige und sinusförmige Verläufe der Behandlungs ströme mit Pausen-Pulsverhältnissen von 1 : 1 bis 100 : 1 und Stromstärken von 1 mA bis 80 mA umfassen. Die erfin dungsgemäße Fehlerstromschutzschaltung sichert eine Aus lösung bei dieser umfassenden Palette der Betriebsströme, wobei die Auslösung weitestgehend unabhängig von den je weiligen Reizströmen erfolgt. Es ist ferner möglich, über den Phasenwinkel der Fehlerimpedanz zwischen kapazitiven Unsymmetrien und Fehlern zu unterscheiden, wobei die er findungsgemäßen Eigenschaften einen Einsatz einer solchen Fehlerstromschutzschaltung auch in anderen Anwendungsbe reichen, beispielsweise in Niederspannungsnetzen mit Schutzleitungssystemen ermöglichen.Due to the high sensitivity speed and an extremely large ratio of nominal operating current to nominal fault current there are special advantages of the residual current protection circuit according to the invention at their on set in electrotherapy. In fact, in the Electrotherapy applied the most diverse currents those in the frequency range between 0 Hz to about 10 kHz rectangular and sinusoidal courses of treatment currents with pause pulse ratios from 1: 1 to 100: 1 and currents from 1 mA to 80 mA. The invent Fault current protection circuit according to the invention ensures an off solution for this comprehensive range of operational flows, the triggering largely independent of each because of the stimulus currents. It is also possible to over the phase angle of the fault impedance between capacitive Distinguish asymmetries and errors, the he properties according to the invention use of such Residual current protection circuit also in other applications are sufficient, for example in low-voltage networks Enable protective line systems.

Die Erfindung setzt zur Realisierung der hochempfindlichen Fehlerstromerkennung elektronische Baukomponenten ein, da nur diese sicherstellen, daß bei der breiten Anwendungs palette in jedem Fehlerfall ausgelöst wird.The invention continues to implement the highly sensitive Residual current detection electronic components, because just make sure that at the wide application range is triggered in every error case.

Die erfindungsgemäße Fehlerstromschutzschaltung arbeitet unabhängig von der Kurvenform und der Frequenz des Be triebsstroms, wobei Fehlauslösungen durch Remanenz im Summenstromwandler ausgeschlossen sind. Es ist lediglich eine Sekundärwicklung erforderlich, die mit einem Hilfsge nerator in Reihe geschaltet ist, der vorzugsweise eine Mittelfrequenz dem Summenstromwandler zuführt. Zur Ver meidung von Fehlauslösungen aufgrund einer Remanenz des Kernmaterials wird der Wandler entweder entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausschließlich im linearen Bereich betrieben oder entsprechend einem zwei ten Ausführungsbeispiel bereits mit der mittelfrequenten Vormagnetisierung gesättigt. Beide Ausführungsformen ord nen sich der gemeinsamen erfindungsgemäßen Lösung unter, in Reihe mit dem Hilfsgenerator und der Sekundärwicklung auf dem Summenstromwandler einen als stromgesteuerte Span nungsquelle beschalteten Verstärker zu schalten, der die Sekundärwicklung kurzschließt.The residual current protection circuit according to the invention works regardless of the curve shape and the frequency of the loading drive current, whereby false triggering by remanence in the Total current transformers are excluded. It is just a secondary winding required with an auxiliary ge is connected in series, preferably one Medium frequency feeds the total current transformer. Ver avoidance of false triggers due to a remanence of the The converter will either be a core material corresponding to a first embodiment of the invention exclusively in linear range operated or corresponding to a two th embodiment already with the medium frequency Premagnetization saturated. Both embodiments ord NEN the common solution according to the invention, in series with the auxiliary generator and the secondary winding one on the summation current transformer as a current-controlled chip connected to the source of the amplifier Secondary winding shorts.

Fehlauslösungen durch Einkopplungen (Störungen) lassen sich weitestgehend vermeiden, wenn nur ein schmales mittelfre quentes Frequenzband ausgewertet wird; unter Umständen kann dies erst die Verwendung von Schutzeinrichtungen großer Empfindlichkeit ermöglichen.False tripping due to coupling (faults) can be avoid as much as possible if only a narrow medium fre quent frequency band is evaluated; under certain circumstances this is only the use of large protective devices Enable sensitivity.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Fehlerstromschutzschaltung möglich.By the measures listed in the subclaims are advantageous developments and improvements to residual current protection circuit specified in the main claim possible.

drawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Embodiments of the invention are in the drawing are shown and are described in the following description explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematisierten Blockschaltbildes bei Betrieb des Wandlers im linearen Bereich der B-H-Kennlinie und Fig. 1 shows a first embodiment of the invention in the form of a schematic block diagram during operation of the converter in the linear region of the BH characteristic and

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung, ebenfalls in Form eines schematisierten Blockschaltbildes, bei Betrieb des Wandlers im Sättigungsbereich und Feh lerauslösung durch Auswertung von Oberschwingungen; Fig. 2 shows a second embodiment of the invention, also in the form of a schematic block diagram, during operation of the converter in the saturation range and error triggering by evaluating harmonics;

Fig. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Beschaltung des betriebsfrequenten Sternpunktes, und Fig. 3 shows a possible embodiment of the connection of the operating frequency star point, and

Fig. 4 zeigt ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der erfin dungsgemäßen Fehlerstromschutzschaltung bei einem Reizstromgerät. Fig. 4 shows a preferred application of the residual current protection circuit according to the invention in an electrical stimulation device.

Description of the embodiments

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zwi schen eine Versorgungseinrichtung, deren Betriebsgenerator mit 1 bezeichnet ist, und die auf eine Last 11 arbeitet, die Schutzeinrichtung geschaltet, die einen Summenstrom wandler 3 umfaßt, jeweils mit Primärwicklungen 3a für den Betriebsstromkreis und einer Sekundärwicklung 3b für den Hilfsstromkreis. Damit die Fehlerstromschutzschaltung un abhängig von der Kurvenform, der Frequenz und der Amplitude des Betriebsstromkreises 1, 3a, 3b, 11 arbeitet, ist der Hilfsgenerator 4 vorgesehen, der über die Sekundärwick lung 3b mit dem Summenstromwandler verbunden ist. Der Hilfsgenerator 4 liefert vorzugsweise eine konstante Span nung U_m mit einer Frequenz, die zweckmäßigerweise etwa zwi schen 1 bis 20 kHz liegt, so daß noch übliche Kernmateria lien für den Summenstromwandler verwendet werden können. Die Frequenz des Hilfsgenerators wird im folgenden als Mit telfrequenz f_m bezeichnet, wobei der mittelfrequente Strom in keinem Fall Schädigungen bei Menschen verursachen und insbesondere auch kein Herzkammerflimmern auslösen kann.In the embodiment shown in Fig. 1's between a supply device, the operating generator is designated 1 , and which works on a load 11 , the protective device, which comprises a total current converter 3 , each with primary windings 3 a for the operating circuit and one Secondary winding 3 b for the auxiliary circuit. So that the residual current circuit un depends on the shape of the curve, the frequency and the amplitude of the operating circuit 1 , 3 a, 3 b, 11 , the auxiliary generator 4 is provided, which is connected via the secondary winding 3 b with the summation current transformer. The auxiliary generator 4 preferably provides a constant voltage U _m with a frequency which is expediently between about 1 to 20 kHz, so that conventional core materials can still be used for the summation current transformer. The frequency of the auxiliary generator is referred to below as the center frequency f _m , the medium-frequency current in no case causing damage to humans and in particular also not triggering ventricular fibrillation.

Vorzugsweise ist der Hilfsgenerator 4 als Spannungsquelle ausgebildet; er liefert also eine konstante Spannung, wo bei die Auswertung über den Strom erfolgt. In diesem Fall ist ein mit dem Hilfsgenerator 4 und der Sekundärwicklung 3b in Reihe geschalteter Verstärker 5 als stromgesteuerte Spannungsquelle ausgebildet und kann wirkungsmäßig auch als Strom/Spannungswandler bezeichnet werden. Es ist aber auch ein duales Vorgehen möglich, so daß der Hilfsgenerator ein Stromgenerator ist und die an der Sekundärwicklung anste hende mittelfrequente Spannung ausgewertet wird. Dabei ent fällt allerdings der Vorteil, daß die Sekundärwicklung praktisch im Kurzschluß betrieben wird.The auxiliary generator 4 is preferably designed as a voltage source; it therefore delivers a constant voltage, where the evaluation takes place via the current. In this case, an amplifier 5 connected in series with the auxiliary generator 4 and the secondary winding 3 b is designed as a current-controlled voltage source and can also be referred to as a current / voltage converter. However, a dual procedure is also possible, so that the auxiliary generator is a current generator and the medium-frequency voltage pending at the secondary winding is evaluated. However, this has the advantage that the secondary winding is practically operated in a short circuit.

Im ungestörten Betrieb heben sich die Durchflutungen der Primärwicklungen auf, und der Betriebs- und der Hilfsstrom kreis (Mittelfrequenz) sind entkoppelt. Bei einem Fehler, der in Fig. 1 durch die Fehlerimpedanz 12 dargestellt ist, fließt ein Teil des Stroms über die Sternpunktimpedanz 2 zurück. Die Durchflutungen heben sich dann nicht mehr auf, und die beiden Stromkreise (Betriebsstromkreis 1, 3a, 11 und Hilfsstromkreis 4, 3b, 5) sind gekoppelt.In undisturbed operation, the flooding of the primary windings is canceled out, and the operating and auxiliary circuits (medium frequency) are decoupled. In the event of a fault, which is represented in FIG. 1 by the fault impedance 12 , part of the current flows back via the star point impedance 2 . The floods then no longer cancel each other out, and the two circuits (operating circuit 1 , 3 a, 11 and auxiliary circuit 4, 3 b, 5 ) are coupled.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung werden Fehlauslösungen durch eine Remanenz des Kernmaterials dadurch vermieden, daß der Sum menstromwandler 3 ausschließlich im linearen Bereich sei ner B-H-Kennlinie betrieben wird. Zu diesem Zweck ist der Hilfsgenerator 4 in seiner Amplitude so eingestellt, daß der Summenstromwandler 3 im fehlerfreien Fall nicht gesät tigt wird. Die Sekundärspule 3b des Summenstromwandlers 3 ist über den Verstärker 5 kurzgeschlossen. Tritt ein Feh ler auf, dann fließt auch ein mittelfrequenter Strom über die Fehlerimpedanz 12. Mit anderen Worten, die Feh lerimpedanz wird auf die Sekundärseite abgebildet. Der mittelfrequente Strom im Hilfsstromkreis steigt entspre chend an. Dieser vom Verstärker 5 erfaßte Stromanstieg kann entweder direkt oder nach Filterung, Gleichrichtung am Gleichrichter 6, Glättung am Glättungsblock 7 und Überschreiten eines Schwellwertes an einer Schwellwert vergleichsschaltung 8 ein Relais 9 auslösen. Über die Re lais-Trennkontakte 9a ergibt sich eine umgehende Auftren nung des Betriebsstromkreises.In the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, false trips by a remanence of the core material are avoided in that the sum current transformer 3 is operated exclusively in the linear region of his BH characteristic. For this purpose, the auxiliary generator 4 is set in its amplitude so that the summation current transformer 3 is not saturated in the fault-free case. The secondary coil 3 b of the summation current transformer 3 is short-circuited via the amplifier 5 . If an error occurs, then a medium-frequency current also flows via the error impedance 12 . In other words, the fault impedance is mapped to the secondary side. The medium-frequency current in the auxiliary circuit increases accordingly. This current increase detected by the amplifier 5 can trigger a relay 9 either directly or after filtering, rectification at the rectifier 6 , smoothing at the smoothing block 7 and exceeding a threshold value at a threshold value comparison circuit 8 . About the relay relay contacts 9 a results in an immediate Auftren voltage of the operating circuit.

Wird anstelle des Gleichrichters 6 ein Synchrongleichrich ter verwendet, der von der Mittelfrequenz des Hilfsgenera tors 4 angesteuert ist, dann läßt sich hierdurch die Pha senlage des mittelfrequenten Stroms bewerten. Es ist dann ohne Bezug zum Betriebsstromkreis möglich, den Phasenwin kel der Fehlerimpedanz 12 zu erkennen und so beispiels weise zwischen kleinen ohm'schen Fehlerströmen und rela tiv großen kapazitiven Ableitströmen zu unterscheiden. Ist ergänzend noch ein Phasenschieber 10 in der Ansteuerver bindung zum Synchrongleichrichter 6 vorgesehen, dann las sen sich beliebige Phasenwinkel hierdurch auswerten. Auf jeden Fall wird nach der ersten Periode der Mittelfrequenz im Falle eines Fehlers ausgelöst, wobei der betriebsfre quente Fehlerstrom nicht zur Auslösung beiträgt.If a synchronous rectifier ter is used instead of the rectifier 6 , which is controlled by the center frequency of the auxiliary generator 4 , then the phase position of the medium-frequency current can be assessed. It is then possible without reference to the operating circuit to recognize the phase angle of the fault impedance 12 and to distinguish, for example, between small ohmic fault currents and relatively large capacitive leakage currents. If a phase shifter 10 is additionally provided in the Ansteuerver connection to the synchronous rectifier 6 , then any phase angle can be evaluated thereby. In any case, after the first period of the medium frequency is triggered in the event of an error, the operating frequency error current does not contribute to the triggering.

Es werden alle Leiter des Betriebsstromkreises, also auch die Rückleiter, gleichmäßig geschützt, was u. a. für Geräte mit Steckverbindungen wichtig ist. Bei einem üblichen Fehlerstromschutzschalter wird ein Fehler zwischen Rück leiter und Schutzleiter nicht erkannt, da kein Fehlerstrom fließt. Falls ein weiterer Fehler zwischen einem Hinleiter und dem Schutzleiter auftritt, teilt sich der Strom durch die Fehlerimpedanz auf den Rückleiter und den Schutzlei ter auf. Der Summenstrom durch den Wandler ist daher klei ner als der Strom durch die Fehlerimpedanz. Dabei kann es vorkommen, daß der Schalter nicht auslöst.It will all conductors of the operating circuit, so too the return conductors, evenly protected, which u. a. for devices with plug connections is important. With a usual Residual current circuit breaker becomes a fault between back conductor and protective conductor not recognized because no fault current flows. If there is another mistake between an outgoing conductor and the protective conductor occurs, the current divides the fault impedance on the return conductor and the protective wire ter on. The total current through the converter is therefore small ner than the current through the fault impedance. It can occur that the switch does not trip.

Dies kann bei dem ersten Ausführungsbeispiel nicht gesche hen, da bereits der erste Fehler zwischen Rückleiter und Schutzleiter erkannt wird. Durchaus vorkommende Montage fehler wie die Verbindung von Rückleiter und Schutzleiter im Schutzbereich des Schalters werden selbsttätig entdeckt.This cannot happen in the first embodiment hen, since the first error between the return conductor and Protective conductor is recognized. Quite common assembly errors such as the connection of the return conductor and protective conductor are automatically detected in the protection area of the switch.

Ferner ist es entsprechend der Darstellung der Fig. 3 möglich, den Sternpunkt so zu beschalten, daß für die Be triebs- und für die Mittelfrequenz jeweils unterschiedli che Verhältnisse vorliegen, beispielsweise durch Parallel- bzw. Serienresonanz. In diesem Fall setzt sich die Stern punktimpedanz aus der Parallelschaltung eines Serienreso nanzkreises 14 (Kondensator Cs mit Spule Ls) und eines Pa rallelresonanzkreises 15 (Parallelkondensator Cp mit Spule Lp) zusammen, wodurch es möglich ist, beispielsweise den betriebsfrequenten Fehlerstrom weitestgehend zu unter drücken und den mittelfrequenten zu verstärken. Gegebenen falls kann bei Netzen die Leitererdkapazität den Parallel kondensator Cp ganz oder teilweise ersetzen.Further, it is according to the representation of FIG. 3 possible to wire the neutral point so that triebs- for loading and for which each center frequency differing surface conditions, for example by parallel or series resonance. In this case, the star point impedance is composed of the parallel connection of a series resonance circuit 14 (capacitor Cs with coil Ls) and a parallel resonance circuit 15 (parallel capacitor Cp with coil Lp), which makes it possible, for example, to suppress and largely suppress the operating frequency fault current to amplify the medium frequency. If necessary, the conductor earth capacitance can completely or partially replace the parallel capacitor Cp in networks.

Die andere mögliche Ausführungsform vorliegender Erfindung stellt die Vermeidung einer Fehlauslösung durch Remanenz des Kernmaterials nach großen Induktionen darauf ab, daß der Wandlerkern bereits durch die mittelfrequente Vormagne tisierung, wie sie von dem Hilfsgenerator 4′ (siehe Fig. 2) geliefert wird, gesättigt wird. Auch in diesem Fall sind dann Fehlauslösungen durch Remanenzen wie im ersten Aus führungsbeispiel ausgeschlossen, und der Aufbau der Schal tung entspricht in etwa dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, so daß für die wesentlichen in gleicher Weise mit den glei chen Funktionen arbeitende und entsprechend geschaltete Baukomponenten auch die gleichen Bezugszeichen, lediglich unterschieden durch einen Beistrich oben, verwendet sind. Entscheidend ist, daß bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die infolge der nichtlinearen B-H-Kennlinie des Sum menstromwandlers entstehenden Oberschwingungen ausgenutzt werden. Im ungestörten Betrieb entstehen wegen der Zentral symmetrie der B-H-Kennlinie nur ungeradzahlige Oberschwin gungen. Zum Verständnis der weiteren Erläuterungen sei zu nächst vereinfachend angenommen, daß im Betriebsstromkreis Gleichstrom fließt. Bei einem unsymmetrischen Fehler wird, wie ohne weiteres einzusehen ist, der Arbeitspunkt auf der B-H-Kennlinie verlagert, so daß zusätzlich zu den ungeradzahligen Oberschwingungen auch geradzahlige Ober schwingungen entstehen; die Erfindung stellt auf das Er fassen solcher geradzahliger Oberschwingungen ab und fil tert aus dem vorhandenen, im Fehlerfall am Verstärker 5′ anliegenden Spektrum eine entsprechende Frequenz aus.The other possible embodiment of the present invention avoids a false triggering by remanence of the core material after large induction from the fact that the converter core is already saturated by the medium-frequency pre-magnetization as supplied by the auxiliary generator 4 ' (see FIG. 2). In this case, too, false triggering by remanence as in the first exemplary embodiment is excluded, and the structure of the circuit device corresponds approximately to the embodiment of FIG. 1, so that for the essential in the same way working with the same functions and appropriately switched components the same reference numerals, only distinguished by a comma above, are used. It is crucial that in the embodiment of FIG. 2, the harmonics arising as a result of the nonlinear BH characteristic of the sum current transformer are used. In undisturbed operation, only odd harmonics occur due to the central symmetry of the BH characteristic. To understand the further explanations, let us first assume in a simplified manner that direct current flows in the operating circuit. In the case of an asymmetrical error, as can easily be seen, the operating point is shifted to the BH characteristic, so that in addition to the odd-numbered harmonics, even-numbered harmonics also occur; the invention is based on the He grasp such even harmonics and fil tert from the existing, in the event of a fault on the amplifier 5 ' adjacent spectrum from a corresponding frequency.

Im allgemeinen Fall sind im Betriebsstromkreis andere Frequenzen als ω = 0 vertreten, und es entstehen anstelle der geradzahligen Oberschwingungen entsprechende Mischpro dukte. Wird mit dem Filter 13 zwischen dem Verstärker 5′ und dem Gleichrichter 6′ aus dem Spektrum vorzugsweise eine der größten Spektrallinien, beispielsweise 2ω_m + ω_b ausgefiltert und wie weiter vorn schon erläutert ausgewer tet, dann ergibt sich eine Auslösung, allerdings erst dann, wenn der betriebliche Fehlerstrom eine eingestellte Schwelle überschritten hat. Bei veränderlicher Betriebs frequenz muß das Filter eine dementsprechende Bandbreite aufweisen.In the general case, frequencies other than ω = 0 are represented in the operating circuit, and corresponding mixed products are produced instead of the even-numbered harmonics. If one of the largest spectral lines, for example 2ω _m + ω _{b, is} preferably filtered out of the spectrum with the filter 13 between the amplifier 5 ' and the rectifier 6' and evaluated as already explained above, there is a trigger, but only then, when the operational fault current has exceeded a set threshold. When the operating frequency changes, the filter must have a corresponding bandwidth.

Bei dieser letzten Ausführungsform wird unter Ausnutzung des nichtlinearen Bereichs der B-H-Kennlinie des Summen stromwandlers nur ausgelöst, wenn ein betriebsfrequenter Fehlerstrom eine vorgegebene Schwelle überschreitet; diese Schutzeinrichtung ist daher ein Fehlerstromschutzschalter in der eigentlichen Bedeutung dieser Einrichtung.This last embodiment takes advantage of the non-linear range of the B-H characteristic of the sum current transformer only triggered when an operating frequency Fault current exceeds a predetermined threshold; these The protective device is therefore a residual current circuit breaker in the very meaning of this facility.

Beide Ausführungsformen vorliegender Erfindung arbeiten unter der Voraussetzung von ω_b < ω_m (Betriebsstromfrequenz ist kleiner als die Mittelfrequenz des Hilfsgenerators) unabhängig von der Frequenz und der Kurvenform des Be triebsstromkreises. Fehlauslösungen durch Einkoppelungen lassen sich weitestgehend vermeiden, wenn nur ein schma les mittelfrequentes Frequenzband zur Auslösung herangezo gen wird. Bei der ersten Ausführungsform vorliegender Er findung, die den linearen Bereich der B-H-Kennlinie aus nützt, hängt die Fehlerauslösung auch nicht von der Ampli tude des Betriebsstromkreises ab, wodurch es möglich ist, entsprechend Fig. 3 den Sternpunkt so zu beschalten, daß der betriebsfrequente Fehlerstrom praktisch unterdrückt und der mittelfrequente angehoben und gut ausgewertet werden kann. Vorteilhafterweise kann der Rückleiter mit überwacht werden.Both embodiments of the present invention work on the premise of ω _b <ω _m (operating current frequency is less than the center frequency of the auxiliary generator) regardless of the frequency and the curve shape of the operating circuit loading. Incorrect triggering by coupling can be largely avoided if only a narrow medium-frequency frequency band is used for triggering. In the first embodiment of the present invention, which uses the linear range of the BH characteristic, the fault triggering also does not depend on the amplitude of the operating circuit, which makes it possible to connect the star point in accordance with FIG. 3 so that the operating frequency Fault current practically suppressed and the medium frequency can be raised and evaluated well. The return conductor can advantageously also be monitored.

Beide Ausführungsformen eröffnen neue Einsatzmöglichkeiten dort, wo bisher verwendete und auch einwandfrei arbeitende elektromagnetische Fehlerstromschutzschalter nicht mehr oder nur noch mit Schwierigkeiten einsetzbar sind, also beispielsweise in Körperstromkreisen von Reizstromgeräten oder bei Netzen mit Schutzleitungssystemen und isolierten Sternpunkten. Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen las sen sich auch bei mehr als zwei Leiter des Betriebsstrom kreises anwenden.Both embodiments open up new possible uses where previously used and also working properly electromagnetic residual current circuit breakers no longer or can only be used with difficulty, so for example in body circuits of stimulation current devices or in networks with protective line systems and insulated Star points. Read the embodiments of the invention even with more than two conductors of the operating current Apply circle.

Die Darstellung der Fig. 4 zeigt schließlich noch die An wendung einer erfindungsgemäßen Fehlerschutzschaltung, wie sie im Ganzen mit 20 bezeichnet ist, bei einem Reizstrom gerät 19, das an eine Netzversorgung angeschlossen ist. Der Fehlerstrom I_F fließt durch auf den Körper des Patien ten aufgelegte Körperelektroden 21 durch den Patienten zurück entweder zur Netzversorgung oder zum Reizstromge rät, kann aber durch die erfindungsgemäße Fehlerstrom schutzschaltung innerhalb einer Periode der Mittelfrequenz ausgewertet und abgeschaltet werden, so daß eine Gefähr dung des Patienten ausgeschlossen ist. Dabei können sowohl Fehler im Netzteil, z. B. eine Verbindung zwischen Pri mär- und Sekundärwicklung des Netztransformators sowie Feh ler im Reizstromgerät, z. B. eine unzulässige Verbindung der Elektronik mit dem Gehäuse festgestellt werden.Finally, the illustration in FIG. 4 shows the use of an error protection circuit according to the invention, as it is designated as a whole by 20 , with a stimulation current device 19 which is connected to a mains supply. The fault current I _F flows through body electrodes 21 placed on the patient's body by the patient back either to the mains supply or to the stimulation current device, but can be evaluated and switched off by the residual current protection circuit according to the invention within a period of the medium frequency, so that a risk of the Patient is excluded. Both errors in the power supply, e.g. B. a connection between Pri mär- and secondary winding of the mains transformer and Feh ler in the stimulation current device, for. B. an impermissible connection of the electronics to the housing can be determined.

Claims

1.Fault protection circuit for circuits with fixed or variable frequencies and any current shape, in particular for (home) stimulation current devices for transcutaneous stimulation current therapy, with a summation current transformer, the primary windings of which are in the operating circuit and the secondary winding of which is supplied with an alternating current by an auxiliary generator is greater than the operating current frequency, characterized in that with only one secondary winding connected to the summation current transformer ( 3 ) ( 3 a), this is connected in series with the auxiliary generator ( 4 ) and an amplifier ( 5, 5 ' ), which in the case the supply of a constant voltage by the auxiliary generator ( 4 ) is wired as a current-controlled voltage source or as an amplifier in the case of designing the auxiliary generator as a current generator and at its output a trigger signal can be tapped in the event of a fault.

2. Fault protection circuit according to claim 1, characterized in that the auxiliary generator ( 4 ) is set in its Ampli tude such that the Sumstromstromwand ler ( 3 ) is operated in the error-free case in the linear region of its BH characteristic, with an error in Operating circuit, a medium-frequency fault current with a corresponding amplitude flows in the auxiliary circuit, which can be evaluated via the connected amplifier ( 5 ) to trigger a protective relay ( 9 ).

3. Error protection circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the amplifier ( 5 ) either works directly on the trigger relay ( 9 ) or the medium frequency current resulting in the event of a fault at the amplifier output is filtered, rectified, smoothed and fed to a threshold value comparison circuit ( 8 ) is.

4. Fault protection circuit according to claim 3, characterized in that the rectifier ( 6 ) is designed as a synchronous rectifier, based on the phase position of the medium-frequency current of the auxiliary generator ( 4 ) such that the phase angle of the fault impedance ( 12 ) to the operating circuit Differentiation between ohmic fault currents and capacitive leakage currents can be evaluated.

5. Fault protection circuit according to claim 3, characterized in that the synchronous rectifier ( 6 ) via a phase shifter ( 10 ) from the center frequency of the auxiliary generator ( 4 ) is controlled for evaluation before any given phase angle.

6. Fault protection circuit according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the star point is connected to the operating frequency or to the center frequency of the auxiliary generator ( 4 ) coordinated parallel or series resonant circuits ( 15, 14 ), the type that when the operating frequency error current is suppressed, the medium-frequency trigger current is increased.

7. Fault protection circuit according to claim 1, characterized in that the auxiliary generator ( 4 ) is set in its amplitude such that the core of the total current converter is saturated by the medium-frequency bias ge, with the resulting harmonics due to the non-linear BH characteristic or appropriate mixed products are used.

8. Fault protection circuit according to claim 7, characterized in that due to the shift of the working point tes on the BH characteristic when an asymmetrical error in the operating circuit from the central symmetry out mixed products of the operating frequency with even harmonics of the center frequency are ent and an intermediate Filters ( 13 ) with a bandwidth corresponding to the spectrum of the operating current for triggering can be evaluated.

9. Error protection circuit according to claim 8, characterized in that between the amplifier ( 5 ' ) and the rectifier ( 6' ) switched filter ( 13 ) filters out a larger spectral line (2ω _m + ω _b ) with a corresponding bandwidth from the spectrum and the trigger relay ( 9 ' ) feeds.

10. Error protection circuit according to one of claims 1 to 9, characterized in that false triggering by a Couplings are largely avoided by the fact that only a narrow medium-frequency band is evaluated.

11. Error protection circuit according to one of the claims 1 to 10, characterized in that the return conductor of the operating circuit is also monitored.