Fehlerstromschutzschalter mit einem Summenstromwandler

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fehlerstromschutz¬ schalter mit einem Summenstromwandler in Form eines mit einer Wicklung versehenen Ringkernes zum Umschließen stromdurch- flossener Leiter, wobei von den Wicklungsenden eine Auswerte¬ schaltung mit einem Differenzverstärker ansteuerbar ist.

Ein Fehlerstromschutzschalter wird im allgemeinen vom Aus¬ gangssignal eines Summenstromwandlers angesteuert. Letzterer besteht vorteilhafterweise aus einem mit einer Spule be¬ wickelten Ringkern, wobei die als Sekundärwicklung wirkende Spule noch mit einer Bürde belastet sein kann. Durch den Innenraum des Ringkernes werden stromdurchflossene Leiter, beispielsweise mit den Phasen R, S, T und dem Nulleiter- geführt. Tritt infolge eines Defektes ein Stromfluß von einem oder mehreren der Phasen nach Erde auf, ist der Summenstrom von R, S, T und 0 ungleich Null und es wird in der Wicklung eine Spannung induziert. Diese Spannung kann von einer Auswerteschaltung detektiert und zur Abschaltung eines elektrischen Netzes ausgenutzt werden.

Ein derartiger Fehlerstromschutzschalter ist mit dem beschriebenen Summenstromwandlern vom Stand der Technik bekannt. Im allgemeinen ist dabei die Wicklung geerdet und an einen, mit seinem positiven Eingang ebenfalls geerdeten Differenzstrom-Verstärker angeschlossen.

Nachteilig ist bei der bekannten Anordnung, daß bei einer in der Praxis möglichen Unterbrechung der Wicklung keine Sicher¬ heit mehr gegeben ist. Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bekannte Schaltung dahingehend abzuändern, daß auch bei Unterbrechung der Wicklung ein Ansprechen des Fehlerstrom¬ schutzschalters und Abschaltung des elektrischen Netzes er¬ folgt.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wick¬ lung mit einer Mittelanzapfung versehen ist, die über einen Widerstand an positive Betriebsspannung angeschaltet ist, wodurch ein Prüfström eingespeist wird. Vorzugsweise teilt die Mittelanzapfung die Wicklung mit vorgegebener Windungs¬ zahl in zwei Teilwicklungen von jeweils halber Windungszahl, wodurch der Prüfstrom sich symmetrisch über die Wicklungs¬ hälften aufteilt. Damit ist gewährleistet, daß der Kern durch den Prüfström nicht aufmagnetisiert wird. Dabei sind vorteil¬ hafterweise die freien Wicklungsenden über weitere Wider¬ stände an die negative Betriebsspannung angeschaltet. Von Abzweigen an den Wicklungsenden wird der Differenzverstärker symmetrisch angesteuert.

Im Rahmen der Erfindung ist nunmehr sichergestellt, daß ins¬ besondere bei Unterbrechung einer der Wicklungshälften ein Ansprechen des Differenzstromverstärkers erfolgt und daß be¬ reits damit eine Abschaltung des elektrischen Netzes bewirkt werden kann. Speziell dadurch, daß sich bei der Unterbrechung der Wicklung das entsprechende Eingangspotential am Diffe¬ renzverstärker in Richtung auf die negative Betriebsspannung verschiebt, während der andere Eingang in Richtung auf die positive Betriebsspannung verschoben wird, spricht der Diffe- renzverstärker genauso wie bei einem Fehlerstrom an.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungs- beispiels in Verbindung mit den Schutzansprüchen.

Es zeigen

Figur 1 das Prinzip eines Summenstromwandlers, Figur 2 das zugehörige elektrische Ersatzschaltbild und Figur 3 eine verbesserte Auswerteschaltung für einen

Differenzverstärker als Fehlerstromschutzschalter.

In Figur 1 ist ein Ringkern eines Summenstromwandlers mit 1 bezeichnet. Der Ringkern 1 umschließt elektrisch durchflos- sene Leiter 1 bis 4, beispielsweise die Phasenleiter R, S und T sowie den Nulleiter 0 eines elektrischen Netzes. Im Nor al- fall ergibt sich dabei der Summenstrom zu Null, was zu über¬ wachen ist.

Der Ringkern 1 ist mit einer Wicklung 10 mit Windungszahl nl versehen, die eine Induktionsspule bildet. Das eine Ende der Wicklung 10 ist auf den Negativeingang eines Differenzstrom- Verstärkers 20 geschaltet, wogegen das andere Ende ebenso wie der Pluseingang des Verstärkers 20 auf Erdpotential liegt.

Im elektrischen Ersatzschaltbild der Figur 2 ist die Wicklung mit vorgegebener Windungszahl nl als elektrische Induktivität mit zugehörigem Lastwiderstand R _ß dargestellt, über welche ein Operationsverstärker als Differenzstromverstärker 20 an¬ gesteuert ist. Dessen Ausgangssignal liefert ein Steuersignal zum Abschalten des elektrischen Netzes.

In Figur 3 ist die Wicklung 10 der Figur 1 bzw. Figur 2 aus zwei Teilwicklungen 11 und 12 mit jeweils der halben Win¬ dungszahl von nl gebildet und mit einer Mittelanzapfung 15 versehen, welche über einen Widerstand Rl an positive Be- triebsspannung Ug geschaltet ist. Dagegen liegen die Enden der Teilwicklungen 11 und 12 jeweils über einen Widerstand R2 an negativer Betriebsspannung -Ug. Von Abzweigen vor den Widerständen R2 werden die Wicklungsenden entsprechend Figur 1 und 2 auf den Verstärker 20 geschaltet. Dafür sind Ein- gangswiderstände Rg in den Eingangsleitungen des Operations¬ verstärkers 20 vorhanden. In üblicher Weise ist dessen Aus¬ gang über einen Widerstand n-Rg auf den negativen Eingang zurückgekoppelt und ist der positive Eingang über einen Widerstand n-R^ auf Erdpotential gelegt.

Zur Vervollständigung ist im Schaltbild gemäß Figur 3 noch eine Wicklung 18 mit Windungszahl n2 als Tertiärwicklung dar-

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4 gestellt, die an einen Widerstand Rg als Bürde angeschlossen ist.

Bei intakter Wicklung 10 verteilt sich der Strom durch Rl gleichmäßig auf beide Wicklungshälften 11 und 12, so daß der Ringkern 1 durch einen über die Betriebsspannung ÜB ein¬ geprägten Prüfström nicht aufmagnetisiert wird. An den Wicklungsenden der Teilwicklungen 11 und 12 entsteht jeweils das gleiche Potential, so daß der Differenzverstärker 20 kein Ausgangssignal erzeugt. Geeigneterweise wählt man die Wider¬ stände R2=2-Rl, da in diesem Fall an den Eingängen des Diffe¬ renzverstärkers 20 jeweils Nullpotential liegt.

Bei Unterbrechung einer der Wicklungshälften 11 und 12 der Sekundärspule 10 verschiebt sich das entsprechende Eingangs¬ potential am Differenzverstärker 20 in Richtung auf -U _ß , wäh¬ rend der andere Eingang in Richtung auf +U _ß verschoben wird. Dadurch wird bereits der Differenzverstärker 20 mit einer Potentialdifferenz angesteuert und erzeugt so ein Abschalt- signal.

Wenn dagegen durch die stromführenden Leitungen 1 bis 4 der Figur 1 ein Fehlerstrom entsteht, wird in den Wicklungshälf¬ ten 11 und 12 jeweils ein Signal in gleicher Richtung er- zeugt, das vom Differenzverstärker 20 in ein erdsymmetrisches Ausgangssignal zur Weiterverarbeitung umgesetzt wird. Da der Bürdenwiderstand Rg allgemein < R2 und < Rg ist, muß er an die zweite Wicklung 18 mit Windungszahl n2, die induktiv mit der Wicklung 10 um den Ringkern 1 zur Erfassung der Fehler- ströme gekoppelt ist, angeschlossen werden.

Eine in der Praxis mögliche Unterbrechung der Wicklung 18 hat keinen Einfluß auf die Sicherheit der Schaltung, da dann schon bei kleinen Fehlerströmen eine Abschaltung erfolgt.