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Die Erfindung betrifft einen elektronischen Auslöser für einen
Mehrpol-Leistungsschalter zum Schutz eines elektrischen Leitungsnetzes
mit
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- einem Stromwandler pro Pol, der einen Sekundärstrom liefert,
welcher einem, einen zugeordneten Leiter des durch den
Leistungsschalter zu schützenden Netzes durchfließenden Strom proportional ist,
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- einer Erfassungs- und Gleichrichterschaltung, die mit den
Sekundärströmen beaufschlagt wird und die Ströme in den zu schützenden
Leitern abbildende Signale liefert,
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- einer elektronischen Verarbeitungsschaltung, die mit den von der
Erfassungs- und Gleichrichterschaltung gelieferten Signalen
beaufschlagt wird und einen, verzögerten oder unverzögerten
Auslösebefehl erteilt, wenn die die zu schützenden Leiter durchfließenden
Ströme oder ein Erdschlußstrom bestimmte Ansprechwerte
überschreiten.
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In elektronischen Leistungsschaltern mit Erdschlußschutz werden
Schaltungen zur Messung oder Berechnung des Erdschlußstroms
verwendet. Figur 1 zeigt einen Leistungsschalter bekannter Bauart. Ein
zu schützendes elektrisches Leitungsnetz 1 besteht aus elektrischen
Leitern, die im allgemeinen den drei Phasen und dem Neutralleiter
einer Installation entsprechen. Über Kontakte 2 kann der Strom in den
Phasenleitern ein- oder ausgeschaltet werden. Wie bei einer großen
Anzahl solcher Installationen ist der Neutralleiter in der Zeichnung
verteilt, ohne jedoch mit abgeschaltet zu werden. Den einzelnen
Netzleitern zugeordnete Stromwandler T1, T2, T3 und TN wandeln die
Primärströme hoher Amplitude in an die elektronischen Auslöser
angepaßte Sekundärströme um. Die Sekundärströme werden einer
Schaltung 3 zur Gleichrichtung sowie zur Erfassung der Phasen-,
Neutralleiter- und Erdschlußströme zugeführt. Diese Schaltung beaufschlagt
dann eine elektronische Signalverarbeitungsschaltung 4 mit diese
Ströme abbildenden Signalen. Mit einem von der
Signalverarbeitungsschaltung 4 erzeugten Auslösebefehl Dc1 wird der Eingang eines
Steuerrelais 5 beaufschlagt, das auf den Schaltmechanismus 6 zur
Abschaltung den Kontakte 2 des Leistungsschalters winkt.
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Bei bestimmten Auslösern bekannter Art erfolgt die Messung des
Erdschlußstroms über einen in Figur 2 dargestellten Stromwandler
Tp. Die Primärwicklung des Stromwandlers besteht aus sämtlichen
Leitern des elektrischen Leitungsnetzes 1, und eine
Sekundärwicklung liefert einen, dem Erdschlußstrom des Netzes proportionalen
Strom Ihs. Ein diesen Sekundärstrom Ihs abbildendes Signal kann
über die Spannung Vh1 an den Klemmen eines parallel zur
Sekundärwicklung des Stromwandlers geschalteten Widerstands Rh1
abgenommen werden. Figur 3 zeigt einen Schaltungsaufbau zur
Berechnung eines, aus den Sekundärströmen den Stromwandler TN, T1, T2
und T3 abgeleiteten, einen Erdschluß abbildenden Signals. Die Summe
den Sekundärströme wird in einem gemeinsamen Leiten SI erfaßt, an
den ein erstes Ende jeder Sekundärwicklung der Stromwandler
angeschlossen ist, wobei die zweiten Enden dieser Wicklungen direkt
mit der Gleichrichterschaltung 3 verbunden sind. Den gemeinsame
Leiter SI ist über Meßmittel an die Gleichrichterschaltung
angeschlossen. Im Leiter SI fließt ein, den Erdschlußstrom abbildender,
den Summe der Sekundärströme sämtlicher Stromwandler
entsprechender Strom. Die Meßmittel können durch einen Widerstand Rh2
gebildet werden, wobei die Spannung Vh2 an den Klemmen dieses
Widerstands den Erdschlußstrom abbildet. Alternative Meßmittel in
Form eines Stromwandlers TS1, dessen Primärwicklung durch den
Leiten SI gebildet wird, sind ebenfalls in Figur 3 dargestellt. Die an
den Klemmen den Sekundärwicklung des Stromwandlers TS1
anliegende Meßspannung Vh3 stellt ebenfalls ein den Endschlußstrom
abbildendes Signal dar.
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Bei Auslösern, die mit dem Effektivwert den Ströme arbeiten, ist eine
vollkommen unabhängige Erfassung der Ströme erforderlich. Eine
Schaltungsanordnung gemäß Figur 4 erlaubt eine solche unabhängige
Erfassung. Bei diesen Ausgestaltung sind die beiden Enden den
Sekundärwicklung jedes Stromwandlers (T1, T2, T3, TN) an die
Gleichrichterschaltung angeschlossen. Alle Sekundärwicklungen zusammen
bilden die Primärwicklung eines Stromwandlers TSM, den an den
Klemmen seinen Sekundärwicklung eine, den Erdschlußstrom des
Leitungsnetzes abbildende Meßspannung Vh4 bereitstellt.
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Die Signale Vh1, Vh2, Vh3 oder Vh4 werden anschließend den
elektronischen Verarbeitungsschaltung 4 zugeführt. Entsprechend der in
der Patentanmeldung EP-A-0.179.017 beschriebenen Lösung wird bei
anderen Auslösern ein, den Erdschlußstrom abbildenden Wert in
Abhängigkeit von den Amplituden den Phasen- und Neutralleitenströme
durch digitale Verarbeitungsschaltungen berechnet.
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Bei bekannten Anordnungen zum Endschlußschutz werden zur
Berechnung des Endschlußsignals elektronische Bauteile mit einem großen
Platzbedarf auf den Leitenplatten verwendet. Bei diesen Bauteilen
handelt es sich häufig um Leistungs-Wandlen, -Dioden oder
-Widerstände, denen Umform-Verstärker nachgeschaltet sind. Die Kosten
und den Platzbedarf dieser zusätzlichen Bauteile sind bei
elektronischen Auslösern, die in Leistungsschalter kleinen Nenngröße
eingesetzt werden, sehr hoch.
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Bei Auslösern mit digitaler Signalverarbeitung ist die Anzahl diesen
Leistungskomponenten geringen, jedoch sind andererseits Abtast-
Blockierschaltungen zur gleichzeitigen Messung der Ströme
erforderlich. Außerdem sind die bekannten Algorithmen zur Berechnung des
Endschlußstroms nicht für alle Konfigurationen von Phasen- und
Neutralleiterströmen geeignet, was insbesondere dann der Fall ist, wenn
diese Ströme nicht als reine Sinusströme vorliegen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen
Auslöser zu schaffen, der Bauteile mit geringem Platzbedarf sowie
Verarbeitungsschaltungen umfaßt, die in der Lage sind, den
Erdschlußstrom für sämtliche Konfigurationen von Phasen- und
Neutralleiterströmen zu berechnen.
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Die erfindungsgemäße Erfassungs- und Gleichrichterschaltung des
elektronischen Auslösers umfaßt Mittel, um die elektronische
Verarbeitungsschaltung mit getrennten, die gleichgerichteten
Sekundärströme abbildenden Signalen sowie die Polaritäten der genannten
Sekundärströme abbildenden Signalen zu beaufschlagen, wobei die
elektronische Verarbeitungsschaltung Mittel zur Bestimmung des Werts eines
Erdschlußstroms umfaßt, der die Vektorsumme der die zu schützenden
Leiter durchfließenden Ströme abbildet.
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Nach einer Ausgestaltung den Erfindung umfaßt die Erfassungs- und
Gleichrichterschaltung eine Gruppe von den einzelnen
Stromwandlern zugeordneten, als Gleichrichterbrücke geschalteten Dioden,
wobei eine erste und eine zweite Diode üben ihre Kathoden an einen
positiven Pol einer Stromversorgungsschaltung sowie eine dritte und
eine vierte Diode über ihre Anoden an einen Meßwiderstand
angeschlossen sind, die erste und die dritte Diode in Reihe geschaltet und
ihr gemeinsamen Anschlußpunkt mit einem ersten Ausgang des
zugeordneten Stromwandlers verbunden sind, die zweite und die vierte
Diode in Reihe geschaltet und ihr gemeinsamer Anschlußpunkt mit
einem zweiten Ausgang des zugeordneten Stromwandlers verbunden
sind, einer den beiden Ausgänge des Stromwandlers an die Mittel zur
Erfassung der Polarität des den genannten Stromwandler
durchfließenden Stroms angeschlossen ist, die genannten Erfassungsmittel an
ihrem Ausgang einen ersten Wert bereitstellen, wenn die Polarität
des Stroms positiv ist, bzw. einen zweiten Wert bereitstellen, wenn
die Polarität des Stroms negativ ist, und am gemeinsamen
Anschlußpunkt zwischen den dritten Diode, der vierten Diode und dem
Meßwiderstand ein den Absolutwert des Stroms abbildendes Signal
bereitgestellt wird.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfassen die Mittel zur
Erfassung der Polarität der Ströme pro Stromwandler einen Transistor
mit einer an das Massepotential einen Stromversorgungsschaltung
angeschlossenen Bezugselektrode, wobei eine Steuerelektrode an den
zugeordneten Stromwandler angeschlossen und eine
Ausgangselektrode mit einer digitalen Verarbeitungsschaltung verbunden ist.
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Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung bestimmt die
elektronische Verarbeitungsschaltung einen Momentanwent des
Endschlußstroms, indem sie die Werte der Stromwandlerströme mit
positiver Polarität hinzuaddiert und die Werte der Stromwandlerströme
mit negativer Polarität subtrahiert.
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Nach einer besonderen Ausgestaltung umfaßt die elektronische
Verarbeitungsschaltung Mittel zur Analog/Digital-Umwandlung mit
Abtastung der Werte den die Stromwandler durchfließenden Ströme,
Berechnungsmittel zur Bestimmung eines Abtastwerts des
Erdschlußstroms sowie Mittel zur Erzeugung eines Auslösesignals, wenn der
Wert des Erdschlußstroms während einer festgelegten Zeit einen
bestimmten Ansprechwert überschreitet.
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Besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den
beigefügten Zeichnungen dargestellt und in den nachfolgenden Beschreibung
unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei
zeigen:
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Figur 5 das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Auslösers,
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Figur 6 das Schaltbild einer Ausgestaltung der elektronischen
Verarbeitungsschaltung des Auslösers aus Figur 5,
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Figur 7 das Schaltbild einer besonderen Ausgestaltung der
elektronischen Verarbeitungsschaltung gemäß Figur 6,
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Figur 8 einen Algorithmus zur Bestimmung des Werts des
Erdschlußstrom 5,
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Figur 9 und 10 verzerrte Ströme mit den zugehörigen
Polaritätssignalen.
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Der erfindungsgemäße Auslöser umfaßt in der elektronischen
Verarbeitungsschaltung 4 Mittel zur Bestimmung des Werts des
Endschlußstroms, bei denen keine Bauteile mit großem Platzbedarf verwendet
werden. Das Schaltbild eines Auslösers gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist in Figur 5 dargestellt. Jede
Sekundärwicklung der Stromwandler ist an eine, durch vier Dioden dargestellte
Gleichrichterbrücke angeschlossen. Ein erstes Ende P1, P2, P3, PN
der Sekundärwicklung jedes Stromwandlers T1, T2, T3, TN ist an die
Anode einen ersten zugeordneten Diode A1, A2, A3, AN und an die
Kathode einer zweiten zugeordneten Diode C1, C2, C3, CN
angeschlossen,
während ein zweites Ende den Sekundärwicklung der
Stromwandler T1, T2, T3 TN an die Anode einen dritten Diode B1,
B2, B3, BN sowie an die Kathode einen vierten zugeordneten Diode
D1, D2, D3, DN angeschlossen ist. Die Kathoden den ersten und
dritten Dioden A1, A2, A3, AN, B1, B2, B3 und BN sind an eine
Stromversorgungsleitung Vp mit positiver Polarität angeschlossen. Die
Anoden der einer Sekundärwicklung zugeordneten zweiten und vierten
Dioden (C1, D1, C2, D2, C3, D3, CN, DN) sind an eine erste
Klemme eines zugeordneten Meßwiderstands (R1, R2, R3, RN)
angeschlossen, wobei die andere Klemme jedes der Meßwiderstände mit
einer elektrischen Bezugsmasse des Auslösers verbunden ist. Die
positive Stromversorgungsleitung Vp lädt einen Kondensator CA auf
und liefert eine Eingangsspannung an eine
Stromversorgungsschaltung 7. Diese Schaltung liefert eine geregelte Spannung VA zur
Energieversorgung des Auslösers. Die ersten Klemmen der Widerstände
R1, R2, R3, RN sind über Leiter M1, M2, M3, MN an Eingänge einen
Amplitudenverarbeitungsschaltung 8 angeschlossen. Der Ausgang der
Schaltung 8 beaufschlagt eine Digitalschaltung 9 zur Verarbeitung
der die Absolutwerte der im zu schützenden Netz fließenden Ströme
abbildenden, gleichgerichteten Signale A.
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Das erste Ende jedes Stromwandlers T1, T2, T3, TN ist über einen
Leiter P1, P2, P3, PN an den Eingang einer Schaltung 10 zur
Erfassung der Strompolarität angeschlossen. Diese Schaltung 10 liefert an
ihrem Ausgang 5 für jeden Eingang einen ersten Wert, wenn die
Polarität des Stroms positiv ist, und einen zweiten Wert, wenn die
Polarität des Stroms negativ ist. Den Ausgang 5 der
Enfassungsschaltung ist mit der digitalen Verarbeitungsschaltung 9 verbunden.
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Fließt ein Strom ITC1 mit positiver Polarität über die
Sekundärwicklung des Stromwandlers T1, so durchfließt er die Diode A1, lädt den
Kondensator CA auf und bewirkt über die Schaltung 7 die
Stromversorgung des Auslösers. Die Rückleitung des Stroms erfolgt üben
Masse und den Meßwiderstand R1, die Diode D1 und schließlich über
das zweite Ende der Sekundärwicklung des Stromwandlers Aufgrund
des positiven Stroms nimmt die Spannung des Leiters P1 einen Wert
über 0 V an. Die Polaritätserfassungsschaltung detektiert diese
Spannung und stellt an ihrem Ausgang einen ersten, die positive Polarität
von ITC1 abbildenden Wert bereit. Die an den Klemmen des
Widerstands R1, zwischen dem Leiter M1 und Masse gemessene Spannung
weist einen negativen Wert auf. Bei negativer Polarität des Stroms
ITC1 ist die Spannung am zweiten Ende der Sekundärwicklung des
Stromwandlers positiv. Der Strom fließt über die Diode B1, lädt den
Kondensator CA auf und übernimmt die Stromversorgung des
Auslösers, wobei die Rückleitung über den Meßwiderstand R1 und die
Diode C1 erfolgt. Die Meßspannung an R1, zwischen M1 und Masse
ist immer noch negativ, während die Spannung an P1 negativ wird
und die Polaritätserfassungsschaltung an ihrem Ausgang einen zweiten
Wert bereitstellt, der die negative Polarität des Stroms ITC1 abbildet.
Die über die anderen Sekundärwicklungen der Stromwandler (TN, T2,
T3) und die zugeordneten Gleichrichterdioden fließenden Ströme
haben die gleichen Wirkungen auf die Polaritätserfassungsschaltung
10 sowie die Eingänge den Amplitudenverarbeitungsschaltung 8.
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Das Schaltbild einer Ausgestaltung der elektronischen
Verarbeitungsschaltung 4 ist in Figur 6 dargestellt. Die
Polaritätsenfassungsschaltung umfaßt vier Transistoren Q1, Q2, Q3, QN, die jeweils einen , an
die Bezugsmasse angeschlossenen Emitter, einen, üben einen
zugeordneten Polarisationswiderstand an die Versorgungsspannung VA
angeschlossenen Kollektor sowie eine, über Begrenzenwiderstände an
einen den Leiter P1, P2, P3 bzw. PN angeschlossene Basis aufweisen.
Zwischen Emitter und Basis jedes Transistors sind Schutzdioden
gegen zu hohe Sperrspannungen angeordnet. Der Ausgang S den
Polaritätserfassungsschaltung umfaßt vier Leitungen S1, S2, S3 bzw. SN,
die an die Kollektoren der Transistoren Q1, Q2, Q3 bzw. QN sowie
an die digitale Verarbeitungsschaltung 9 angeschlossen sind. Das
Anlegen einen positiven Spannung an einen Eingang der
Erfassungsschaltung 10 bewirkt die Leitendschaltung sowie die Sättigung des
betreffenden Transistors, so daß am entsprechenden Ausgang ein erster
Spannungswert von etwa 0 V bereitgestellt wird. Ist die an einen
Eingang angelegte Spannung nicht positiv, ist der zugeordnete Transistor
gesperrt, und den entsprechende Ausgang führt ein zweites
Spannungssignal, das etwa dem Wert der Versorgungsspannung VA
entspricht.
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Die in Figur 6 dargestellte Amplitudenverarbeitungsschaltung 8
umfaßt vier Verstärkerstufen OAN, OA1, OA2 und OA3 sowie eine
Auswahlschaltung SEL. Jede Stufe besteht aus zwei, als
Inventierglieder geschaltete Operationsverstärker, die die über die Leiter MN,
M1, M2 und M3 zugeführten, die Spannung an den Klemmen der
Meßwiderstände RN, R1, R2 und R3 abbildenden Eingangssignale
verstärken und in positive Signale umformen. Die beiden Verstärker
haben jeweils unterschiedliche Venstärkungsfaktoren, um eine große
Meßdynamik zu erzielen. In der Stufe OAN verstärkt beispielsweise
ein erster Verstärker OPH die Signale hohen Amplitude mit einem
kleinen Verstärkungsfaktor, während ein zweiter Verstärker OPB die
Signale niedriger Amplitude mit einem hohen Verstärkungsfaktor
verstärkt. Die Werte den Verstärkungsfaktoren werden durch
Polarisations- und Rückkopplungswiderstände bestimmt, wobei RP1
zwischen den Leiter MN und den inventierenden Eingang von OPH,
RP2 zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang ANH
von OPH, RP3 zwischen den Leiter MN und den invertierenden
Eingang von OPB und RP4 zwischen den invertierenden Eingang und
den Ausgang ANB von OPB geschaltet sind. Durch zwischen die
invertierenden Eingänge und die Ausgänge der Verstärken OPH bzw.
OPB geschaltete Kondensatoren CH und CB werden der
Durchlaßbereich begrenzt und Oberschwingungen reduziert. Die Ausgänge ANH
und ANB der Verstärker sind an eine Auswahlschaltung SEL
angeschlossen. Die Verstärkerstufen OA1, OA2 und OA3 sind genauso
aufgebaut wie die Verstärkerstufe OAN, wobei die Ausgänge A1H,
A2H und A3H dem Ausgang ANH und die Ausgänge A1B, A2B und
A3B dem Ausgang ANB entsprechen. Auf diese Weise erhält man am
Ausgang der Erfassungsschaltung 10 und der parallelen
Verstärkerstufen OA1, OA2, OA3 und OAN analoge Signale, welche die
Amplituden sämtlicher im Leitungsnetz fließenden Ströme abbilden, sowie
digitale Signale, welche die zugehörigen Polaritäten abbilden. Die
Auswahlschaltung SEL umfaßt zwei elektronische Umschalter. Den
erste Umschalten wählt, angesteuert durch die Schaltung 9,
nacheinander aus den vier, den hohen Amplituden entsprechenden Signalen
ANH, A1H, A2H und A3H ein Signal AH aus, während der zweite
Umschalten, angesteuert durch die Schaltung 9, nacheinander aus den
vier, den niedrigen Amplituden entsprechenden Signalen ANB, A1B,
A2B und A3B ein Signal AB auswählt. Mit den ausgewählten
Signalen AH und AB wird die digitale Verarbeitungsschaltung 9
beaufschlagt.
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Figur 7 zeigt einen besonderen Aufbau der digitalen
Verarbeitungsschaltung 9. Mit Hilfe von Mitteln 11 werden die Absolutwerte der
Ströme und die Polaritäten erfaßt, abgetastet und digitalisiert Mit
diesen, durch Ix dargestellten digitalen Werten der Ströme I1, I2, I3
und IN sowie den durch Se dargestellten Werten der Polaritäten S1,
S2, S3 und SN werden Mittel 12 zur Berechnung der Momentanwerte
beaufschlagt. Ein zur Optionseinstellung dienender Eingang 16
informiert üben eine Leitung OPT die Mittel 12, ob ein Differenzstrom-
Erdschlußschutz durchzuführen oder der Erdschlußschutz des
Auslösers nicht aktiv ist. Wird die Option für den
Differenzstrom-Endschlußschutz eingestellt, berechnen die Mittel 12 einen Wert, den die
Vektorsumme der Ströme abbildet. Nach einer Ausgestaltung der
Erfindung wird diesen Wert durch Addition der Strom-Abtastwerte mit
positiven Polarität und Subtraktion den Strom-Abtastwerte mit
negativen Polarität gewonnen. Die vier Werte Ix den absoluten
Strom-Abtastwerte sowie der berechnete Wert IT eines durch
Vektorsummenbildung ermittelten Erdschlußstroms werden an Ausgängen der Mittel
12 bereitgestellt. Diese Momentanwerte werden anschließend durch
die Mittel 13 zur Berechnung der Effektivwerte der Phasen- und
Neutralleiterströme IxRMS sowie des Erdschlußstroms ITRMS
verarbeitet. Der Effektivwert des Erdschlußstroms wird dem Eingang von
Verarbeitungsmitteln 14 des Erdschlußschutzes zugeführt.
Regelungsmittel 17 liefern Parameter wie Ansprechwerte und
Zeitverzögerungen an die Mittel 14. Überschreitet ein Erdschlußstrom während
einer festgelegten Zeit einen bestimmten Ansprechwert, so erteilen die
Mittel 14 über ihren Ausgang einen Auslösebefehl Dc1. Die
Effektivwerte den Phasen- und Neutralleiterströme IxRMS werden
Verarbeitungsmitteln 15 für die übrigen Auslösefunktionen, insbesondere den
sogenannten Langzeit- und Kurzzeit-Verzögerungsschutz zugeführt.
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Die in Figur 7 dargestellten Mittel können sowohl in Form von
verdrahteten Schaltungen als auch in Form von programmierten
Mikroprozessor-Funktionen ausgeführt sein. Figur 8 zeigt einen für diesen
Fall verwendbaren Algorithmus zur Berechnung des Erdschlußstroms.
Während einer Zeitspanne 18 tastet die digitale
Verarbeitungsschaltung die die gleichgerichteten Ströme I1, I2, I3 und IN sowie die
Polaritäten S1, S2, S3 und SN abbildenden Werte ab. Für jeden
Stromwert werden die Amplitude und die zugehörige Polarität
gleichzeitig abgetastet. Während jeder Abtastspanne muß die Zeit zwischen
der Abtastung von zwei, zwei verschiedenen Phasenleitern
zugeordneten Strömen ausreichend kurz sein, um keine Fehlen zu
verursachen. Eine Abtastzeit von 16 µs erlaubt es z.B., den Fehler unter 1 %
zu halten.
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Nimmt S1 einen Wert VSP entsprechend einen positiven Spannung
des Leiters P1 an, so führt der Vergleich 19 den Verarbeitungsablauf
in eine Berechnungsstufe 20, wo eine, einen Erdschlußstrom
abbildende Größe IT den Wert I1 (0+I1) annimmt, wobei der Anfangswert
von IT null ist. Im entgegengesetzten Fall nimmt IT in einer
Berechnungsstufe 21 einen Wert entsprechend -I1 (0-I1) an. Anschließend
führt ein Vergleich 22 den Verarbeitungsablauf bei positiver
Polarität des Stroms I2 in eine Stufe 23, die den Wert von I2 zum
vorherigen Wert IT (IT = IT+I2) hinzuaddiert. Bei negativer Polarität von I2
subtrahiert eine Stufe 24 den Wert I2 vom vorherigen Wert IT (IT =
IT-I2). Für Phase 3 und den Neutralleiter ist die Verarbeitung
identisch. Bildet S3 eine positive Polarität von I3 ab, folgt IT = IT+I3
und im umgekehrten Fall IT = IT-I3, und bei Abbildung einer
positiven Polarität von IN durch SN folgt IT = IT+IN, im anderen Fall IT =
IT-IN. Am Ende des Algorithmus formt eine Stufe 25 den
polarisierten Wert von IT in einen unpolarisierten Absolutwert um, der einen
gleichgerichteten Erdschlußstrom abbildet. Ein Wert von null für IT
zeigt an, daß im zu schützenden Netz kein Erdschluß vorliegt. Der
Wert von IT wird anschließend an die Mittel 13 zur Berechnung des
Effektivwerts weitergeleitet.
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Die Erfassung der Polaritäten der die Sekundärwicklungen der
Stromwandler durchfließenden Ströme eignet sich auch für verzerrte
Ströme. Figur 9 zeigt die Erfassung der Polarität eines verzerrten
Stroms ITC1 mit starken Oberschwingungs anteilen dritter Ordnung.
Bei negativen Polarität des Stroms ITC1 weist das
Polaritätserfassungssignal S1 einen ersten Wert VSN auf, und wenn der Strom ITC1
den Null durchgang passiert, nimmt das Signal S1 einen zweiten Wert
VSP an. Der Strom ITC1 gemäß Figur 10 weist eine schwächere
Oberschwingung dritten Ordnung auf als der Strom aus Figur 9. Die
Nulldurchgänge erfolgen weniger häufig, und die Spanne zur
Erfassung der Polarität entspricht der Zeitspanne den
Polaritätsumkehr der Grundschwingung des Netzes. In beiden Fällen
erlaubt die Verwendung von Polarität und Amplitude zur Bildung der
Vektorsumme die Ermittlung eines ausreichend genauen Wents des
Erdschlußstroms.
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Bei der oben beschriebenen vorzugsweisen Ausgestaltung ist die
Polaritätsenfassungsschaltung 10 mit Bipolartransistoren bestückt,
allerdings kann diese Erfassung auch durch jedes andere Mittel,
beispielsweise durch Komparatorglieder, Operationsverstärker,
Feldeffekttransistoren oder Logikschaltungen erfolgen. Die
Erfassungsfunktion kann auch in die Verarbeitungsschaltung 9 integriert
werden. Die Amplitudenverarbeitungsschaltung umfaßt 4
Verstärkerstufen, die jeweils aus zwei Operationsverstärkern bestehen, um eine
große Genauigkeit bei gleichzeitig hohen Meßdynamik zu
gewährleisten. Bei den meisten Auslösern ist jedoch ein einziger Verstärker
pro Stufe ausreichend. Gemäß einen weiteren, nicht dargestellten
Ausgestaltung der Erfindung umfaßt der Auslöser keine Verstärker, und
ein Analog/Digital-Wandler wandelt die an den Leitern MN, M1, M2
und M3 anliegenden, an den Meßwiderständen bereitgestellten
Spannungen direkt um. Die Auswahlschaltung SEL kann in eine
Umsetzschaltung mit mehreren analogen Eingängen integriert werden. Die
Meßwiderstände sind zwischen die Kathoden der Gleichrichtendioden
CN, DN, C1, D1, C2, D2, C3, D3 und Messe geschaltet, sie können
aber auch zwischen die Anoden der Gleichrichterdioden AN, BN, A1,
B1, A2, B2, A3, B3 und den auf positivem Potential liegenden Punkt
VP den Stromversorgungsschaltung geschaltet werden. Die mit den
Leitern PN, P1, P2 und P3 verbundenen Eingänge zur
Polaritätserfassung können an ein beliebiges Ende der Wicklungen der
Stromwandler TN, T1, T2 bzw. T3 angeschlossen werden. Die für die
vorzugsweisen Ausgestaltungen beschriebenen Verarbeitungsverfahren
sind digital, obwohl nach anderen Ausgestaltungen der Erfindung
auch Analogverarbeitungen zur Berechnung der einen Erdschlußstrom
abbildenden Werte eingesetzt werden können.