DE102010021599A1 - Device for monitoring fault in closed alternate current circuit of protection device, has generation unit for comparing integrated current measurement signal with predetermined threshold level and for generating trigger signal - Google Patents

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Abstract

The device (10) has an evaluation unit (12) for generating a trigger signal (13) to trigger security function and comprising a filter unit (14). An integration device (16) generates an integrated current measuring signal (17) in a frequency range outside a fundamental mode of alternate current (AC) line frequency. A comparison and trigger signal generation unit (18) compares the integrated current measurement signal with a predetermined threshold level (19) and generates the trigger signal when the measurement signal exceeds the threshold level. Independent claims are also included for the following: (1) a protection device for protecting an electrical AC circuit (2) a method for monitoring fault in a closed AC circuit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Störungsüberwachung in einem geschlossenen Wechselstromkreis, umfassend eine Messvorrichtung zur Ermittlung eines Strommesssignals und eine Auswerteeinheit zur Erzeugung eines Auslösesignals zum Auslösen einer Sicherheitsfunktion.The invention relates to a device for fault monitoring in a closed AC circuit, comprising a measuring device for determining a current measuring signal and an evaluation unit for generating a trigger signal for triggering a safety function.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Schutz eines elektrischen Wechselstromkreises.The invention also relates to a device for protecting an electrical AC circuit.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Störungsüberwachung in einem geschlossenen Wechselstromkreis und ein Verfahren zum Schutz eines elektrischen Wechselstromkreises.Moreover, the invention relates to a method for fault monitoring in a closed AC circuit and a method for protecting an AC electrical circuit.

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, die zusätzliche Überwachungen von elektrischen Energieleitungen vornehmen. So sind aus den DE 199 53 354 A1 , US 5 578 931 A , US 4 607 309 Verfahren und Anwendungen bekannt, die erst nach einer unkontrollierten Unterbrechung eines Stromkreises die entstehende Funkenstrecke erkennen und den Stromkreis unterbrechen, um größere Schäden an der Unterbrechungsstelle zu vermeiden. Dabei werden wegen der auftretenden Funkenstrecke relativ hohe Frequenzbänder im Bereich größer als 1 kHz überwacht, und als Stromsensoren sind ausschließlich Messtransformatoren im Einsatz, die eine geringe, jedoch für diesen Zweck noch ausreichende Empfindlichkeit haben.Various methods are known which make additional monitoring of electrical power lines. So are from the DE 199 53 354 A1 . US 5 578 931 A . US 4,607,309 Known methods and applications that recognize only after an uncontrolled interruption of a circuit, the resulting spark gap and interrupt the circuit to prevent major damage to the point of interruption. In this case, relatively high frequency bands in the range greater than 1 kHz are monitored because of the spark gap occurring, and as current sensors are exclusively measuring transformers in use, which have a low, but still sufficient for this purpose sensitivity.

Die DE 100 24 532 A1 zeigt als eine weitere Möglichkeit, fehlerhafte Stromkreise zu erkennen, eine Überwachung eines Sets von Stromkreisparametern, einen sogenannten Fingerprint, um vorzeitig Abweichungen von Standard- oder Normalwerten zu erkennen, was sehr aufwändig ist.The DE 100 24 532 A1 shows as another way to detect faulty circuits, monitoring a set of circuit parameters, a so-called fingerprint, to detect premature deviations from standard or normal values, which is very expensive.

Die US 5 600 527 A zeigt ein Verfahren, bei dem die Schwingungsform der Stromschwingung überwacht wird auf Abweichung von der Sinusform und auf weitere Verzerrungen, auch als Klirrfaktor bezeichnet. Wächst die Verzerrung über ein bestimmtes Maß hinaus, wird der Stromkreis unterbrochen. Nichtlineare Verbraucher verursachen jedoch schon im Normalbetrieb ebenfalls Deformationen des normalerweise sinusförmigen Stromes, so dass zusätzliche Maßnahmen getroffen werden müssen, um eine Fehlauslösung zu vermeiden.The US 5,600,527 A. shows a method in which the waveform of the current vibration is monitored for deviation from the sinusoidal shape and other distortions, also referred to as harmonic distortion. If the distortion increases beyond a certain level, the circuit is interrupted. Nonlinear consumers, however, cause deformations of the normally sinusoidal current even during normal operation, so that additional measures must be taken to avoid false tripping.

Die DE 101 20 751 A1 und die DE 101 17 853 A1 zeigen Verfahren, bei denen eine Auswertung der Oberwellenanteile, im Frequenzbereich größer als 1 kHz, eine Sicherheitsfunktion auslösen kann.The DE 101 20 751 A1 and the DE 101 17 853 A1 show methods in which an evaluation of the harmonic components, in the frequency range greater than 1 kHz, can trigger a safety function.

In der DE 10 2005 031 811 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung und Absicherung von elektrischen Stromkreisen beschrieben, bei dem der sich zeitlich und örtlich ändernde Übergangswiderstand in einem zu überwachenden Stromkreis detektiert wird und als Maß für die registrierte Störung herangezogen wird, welches die Auslösegröße für eine Sicherungsfunktion darstellt. Die DE 10 2005 031 811 A1 zeigt auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei dem im zu überwachenden Stromkreis ein Fühler zur Messwertaufnahme des zeitlichen Strom- oder Spannungsverlaufs angeordnet ist, der mit einer nachgeordneten Auswerteeinheit zur Registrierung der Störungen verbunden ist, die mit einem Komparator zum Vergleich des Störungssignals mit einem vorgegebenen Sollsignal verbunden ist, und an den zur Auslösung der Sicherungsfunktion eine Trenneinheit für den zu überwachenden Stromkreis bei Überschreiten des Sollwertes angeschlossen ist.In the DE 10 2005 031 811 A1 a method for monitoring and protection of electrical circuits is described in which the temporally and spatially changing contact resistance is detected in a circuit to be monitored and is used as a measure of the registered fault, which is the trigger size for a backup function. DE 10 2005 031 811 A1 also shows an apparatus for carrying out the method, in which a sensor for measuring value recording of the temporal current or voltage curve is arranged in the circuit to be monitored, which is connected to a downstream evaluation unit for registering the disturbances with a Comparator for comparing the fault signal is connected to a predetermined desired signal, and is connected to the triggering of the backup function, a separation unit for the monitored circuit when the setpoint is exceeded.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Lichte des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Störungsüberwachung in einem geschlossenen Wechselstromkreis und eine verbesserte Vorrichtung zum Schutz eines elektrischen Wechselstromkreises zu schaffen.The present invention has the object, in the light of the prior art, of providing an improved apparatus for monitoring faults in a closed AC circuit and an improved apparatus for protecting an AC electrical circuit.

Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Störungsüberwachung in einem geschlossenen Wechselstromkreis und ein verbessertes Verfahren zum Schutz eines elektrischen Wechselstromkreises anzugeben.It is also an object of the present invention to provide an improved method of fault monitoring in a closed AC circuit and an improved method of protecting an AC electrical circuit.

Die der Erfindung bezüglich der Vorrichtung zur Störungsüberwachung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Störungsüberwachung in einem geschlossenen Wechselstromkreis, umfassend eine Messvorrichtung zur Ermittlung eines Strommesssignals und eine Auswerteeinheit zur Erzeugung eines Auslösesignals zum Auslösen einer Sicherheitsfunktion, wobei die Auswerteeinheit (12) umfasst:

  • – eine erste Filtereinrichtung (14) zur Erzeugung eines gefilterten Strommesssignals (15), bei dem die Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz unterdrückt ist,
  • – eine Integrationseinrichtung (16) zur Erzeugung eines integrierten Strommesssignals (17) durch Integration des gefilterten Strommesssignals (15) im Frequenzbereich außerhalb der Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz,
  • – eine Vergleichs- und Auslösesignalerzeugungseinheit (18) zum Vergleich des integrierten Strommesssignals (17) mit einem vorgebbaren Schwellenwert (19) und zur Erzeugung des Auslösesignals (13) bei Überschreitung des Schwellenwertes (19).
The object underlying the invention with respect to the device for fault monitoring is achieved by a device for fault monitoring in a closed AC circuit, comprising a measuring device for determining a current measuring signal and an evaluation unit for generating a trigger signal for triggering a safety function, wherein the evaluation unit ( 12 ) comprises:
  • A first filter device ( 14 ) for generating a filtered current measurement signal ( 15 ) in which the fundamental mode of the AC mains frequency is suppressed,
  • An integration device ( 16 ) for generating an integrated current measurement signal ( 17 ) by integration of the filtered current measuring signal ( 15 ) in the frequency domain outside the fundamental mode of the AC mains frequency,
  • A comparison and release signal generation unit ( 18 ) for comparing the integrated current measuring signal ( 17 ) with a predefinable threshold ( 19 ) and for generating the trigger signal ( 13 ) when the threshold is exceeded ( 19 ).

Die der Erfindung bezüglich der Vorrichtung zum Schutz eines elektrischen Wechselstromkreises zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass diese eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Störungsüberwachung umfasst und zusätzlich eine Schutzvorrichtung mit einer Ansprechschwelle zur Unterbrechung des Wechselstromkreises im Überlast- oder Kurzschlussfall, wobei das Auslösesignal mit der Schutzvorrichtung zur Unterbrechung des Wechselstromkreises zusammenwirkt und wobei der Schwellenwert so einstellbar ist, dass das Auslösesignal bereits erzeugbar ist, wenn bei Auftreten einer Störung im Wechselstromkreis, die Ansprechschwelle der Schutzvorrichtung noch nicht erreicht ist.The invention with respect to the device for protecting an electrical AC circuit underlying object is inventively achieved in that it comprises a device according to the invention for fault monitoring and in addition a protective device with a threshold for interrupting the AC circuit in case of overload or short circuit, the trigger signal cooperates with the protection device to interrupt the AC circuit and wherein the threshold is adjustable is that the trigger signal is already generated, if the threshold of the protection device is not reached when a fault occurs in the AC circuit.

Die der Erfindung bezüglich des Verfahrens zur Störungsüberwachung in einem geschlossenen Wechselstromkreis zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst:

  • – Erfassen eines Stromsignals der Wechselstromleitung auf dem Potential des Wechselstrom-Netzes,
  • – Erzeugen eines gefilterten Strommesssignals, bei dem die Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz unterdrückt ist,
  • – Erzeugen eines integrierten Strommesssignals durch Integration des gefilterten Strommesssignals im Frequenzbereich außerhalb der Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz,
  • – Vergleichen des integrierten Strommesssignals mit einem vorgebbaren Schwellenwert, und
  • – Erzeugen eines Auslösesignals bei Überschreitung des Schwellenwertes. Die der Erfindung bezüglich des Verfahrens zum Schutz eines elektrischen Wechselstromkreises zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst:
  • – Erfassen eines Stromsignals der Wechselstromleitung auf dem Potential des Wechselstrom-Netzes,
  • – Erzeugen eines gefilterten Strommesssignals, bei dem die Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz unterdrückt ist,
  • – Erzeugen eines integrierten Strommesssignals durch Integration des gefilterten Strommesssignals im Frequenzbereich außerhalb der Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz,
  • – Vergleichen des integrierten Strommesssignals mit einem vorgebbaren Schwellenwert, und
  • – Erzeugen eines Auslösesignals bei Überschreitung des Schwellenwertes,
  • – Übermitteln des Auslösesignals an eine Schutzvorrichtung,
  • – Unterbrechen des elektrischen Wechselstromkreises durch die Schutzvorrichtung.
The object underlying the invention with regard to the method for fault monitoring in a closed AC circuit is achieved according to the invention by a method comprising the following steps:
  • Detecting a current signal of the AC line at the potential of the AC network,
  • Generating a filtered current measuring signal in which the fundamental mode of the AC mains frequency is suppressed,
  • Generating an integrated current measuring signal by integrating the filtered current measuring signal in the frequency range outside the fundamental mode of the AC mains frequency,
  • Comparing the integrated current measuring signal with a predefinable threshold value, and
  • - Generate a trigger signal when the threshold is exceeded. The object underlying the invention with regard to the method for protecting an electrical alternating current circuit is achieved according to the invention by a method which comprises the following steps:
  • Detecting a current signal of the AC line at the potential of the AC network,
  • Generating a filtered current measuring signal in which the fundamental mode of the AC mains frequency is suppressed,
  • Generating an integrated current measuring signal by integrating the filtered current measuring signal in the frequency range outside the fundamental mode of the AC mains frequency,
  • Comparing the integrated current measuring signal with a predefinable threshold value, and
  • Generating a trigger signal when the threshold value is exceeded,
  • Transmitting the trigger signal to a protection device,
  • - Interrupting the electrical AC circuit through the protection device.

Die Erfindung betrifft insgesamt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erhöhung der Sicherheit elektrischer Leitungen, über die elektrische Energie verteilt wird. Sie ermöglicht damit beispielsweise die technische Ausführung eines elektronischen Zusatzmoduls, das einen Leitungsschutzschalter herkömmlicher Bauweise über einen mechanischen oder elektronischen Hilfsauslöser auslöst. Die Auslösung erfolgt dabei erfindungsgemäß im zulässigen Nennbereich des Leitungsschutzschalters. Die Auslösefunktion aktiviert sich erfindungsgemäß durch Fehler in den elektrischen Leitungen, wie z. B. Isolationsfehler oder Fehler an Klemmstellen, und zwar bereits bevor der Leitungsschutzschalter selbst auslösen würde, also im Nennbereich des Stromes, der den Leitungsschutzschalter durchfließt. Die Überwachung bezieht sich auf normale Stromkreise, wie sie in Haushalten vorliegen. Die Leitungsfehler können bis in die angeschlossenen elektrischen Verbraucher hinein erkannt werden.The invention relates generally to a device and a method for increasing the safety of electrical lines, is distributed over the electrical energy. It thus makes it possible, for example, the technical design of an electronic add-on module that triggers a circuit breaker conventional construction via a mechanical or electronic auxiliary release. The triggering takes place according to the invention in the permissible nominal range of the circuit breaker. The tripping function is activated according to the invention by faults in the electrical lines, such. B. insulation fault or fault at terminal points, even before the circuit breaker itself would trigger, ie in the nominal range of the current flowing through the circuit breaker. The monitoring refers to normal circuits as they are in households. The line faults can be detected into the connected electrical consumers.

Um diesen zusätzlichen Schutz zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß der Störwiderstand, das kann beispielsweise ein zu geringer Isolationswiderstand der Stromleitung oder ein zu hoher Übergangswiderstand an einer Leiterverbindungsstelle im Stromkreis, beispielsweise einer Klemmstelle sein, durch eine empfindliche Strommessung im galvanisch geschlossenen Stromkreis in Frequenzbändern in unmittelbarer Nähe der Netzfrequenz ermittelt.In order to enable this additional protection, according to the invention, the noise resistance, which may be too low insulation resistance of the power line or too high contact resistance at a conductor connection point in the circuit, for example, a terminal point, by a sensitive current measurement in galvanically closed circuit in frequency bands in the immediate vicinity the network frequency determined.

Der Einsatz von Leitungsschutzschaltern hat die Sicherheit und Funktionsfähigkeit der elektrischen Energieleitungen wesentlich verbessert. Alle normalen Störungen können über Leitungsschutzschalter heutiger Bauweise abgefangen werden. Bekannte Leitungsschutzschalter können bekanntermaßen einen Stromkreis auf bis zu vier Arten unterbrechen: elektromagnetische Auslösung bei Kurzschluss, thermische Auslösung bei längerer deutlicher Überschreitung des Nennwertes, manuelle Ausschaltung durch eine Bedienperson, Auslösung durch angebaute Zusatzmodule.The use of circuit breakers has significantly improved the safety and functionality of the electrical power lines. All normal faults can be intercepted via miniature circuit breakers of today's design. Known circuit breakers can be known to interrupt a circuit in up to four ways: electromagnetic tripping in case of short circuit, thermal tripping on prolonged significant exceeding of the nominal value, manual switch-off by an operator, tripping by attached additional modules.

Zusatzmodule können beispielsweise Fernauslöser, Unterspannungs- oder Überspannungsauslöser sein, die auch elektronische Sicherheitsschaltungen umfassen können, und die mit dem Auslösemechanismus des Leitungsschutzschalters durch eine Wirkverbindungseinrichtung gekoppelt sind und den Leitungsschutzschalter darüber auslösen.Additional modules may be, for example, remote releases, undervoltage or overvoltage releases, which may also include electronic safety circuits, and which are coupled to the tripping mechanism of the circuit breaker by an operative connection means and trip the circuit breaker over it.

Leitungsschutzschalter können aber keine Fehlerströme erkennen, die im Bereich des Nennstromes des Leitungsschutzschalters, beispielsweise im Bereich unterhalb von 16 A, auftreten und die typischerweise durch sich ändernde Übergangswiderstände an Klemmstellen oder zwischen Leitungen durch Isolationsfehler entstehen. Als Folge solcher Fehler im Nennstrombereich kann sich eine Klemmstelle mit zu hohem Übergangswiderstand oder ein Leitungsabschnitt mit einem Isolationsfehler lokal so stark erwärmen, dass ein Brand ausgelöst werden kann, obwohl der Strom im Stromkreis immer im Bereich des Nennstromes geblieben ist.Miniature circuit breakers can detect but no fault currents that occur in the range of the rated current of the circuit breaker, for example in the range below 16 A, and typically caused by changing contact resistance at terminal points or between lines due to insulation errors. As a result of such errors in the rated current range, a terminal point with excessively high contact resistance or a line section with an insulation fault can be so locally strongly heat that a fire can be triggered, although the current in the circuit has always remained in the range of the rated current.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, solche lokalen Fehler zu erkennen und rechtzeitig, bevor es zum Brand kommt, den Leitungsschutzschalter auszulösen, damit den Stromkreis zu unterbrechen und der Fehlerstelle keine Energie mehr zuzuführen.With the device according to the invention and the method according to the invention, it is possible to detect such local faults and, in good time before the fire, trigger the circuit breaker, thus interrupting the circuit and no longer supplying energy to the fault location.

Dazu erfolgt die Strommessung erfindungsgemäß im galvanisch geschlossenen Stromkreis, und nicht erst dann, wenn die Leitung bereits unterbrochen wurde, wie es bei den im Stand der Technik bekannten Lichtbogen-Erkennungsverfahren der Fall ist.For this purpose, the current measurement is carried out according to the invention in the galvanically closed circuit, and not only when the line has already been interrupted, as is the case in the known in the art arc detection method.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Fehlstelle im galvanisch geschlossenen Stromkreis über die an dieser Fehlstelle im Vergleich zum ungestörten Zustand zusätzlich umgesetzte elektrische Energie erkannt werden kann. Durch die erfindungsgemäß durchgeführte Integration des Strommesssignals in einem Frequenzbereich außerhalb der Grundmode der Netzfrequenz lässt sich die in dem Stromkreis insgesamt umgesetzte Energie elektrisch erfassen. Wenn dieser Wert einen vorgebbaren Schwellenwert übersteigt, zeigt das das Vorliegen eines Leitungsfehlers an, und eine Auslösefunktion zum Auslösen des Leitungsschutzschalters wird erzeugt. Die Integration des Strommesssignals in einem Frequenzbereich außerhalb der Grundmode der Netzfrequenz ist dabei eine sehr einfach und zuverlässig durchführbare Methode, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr einfach und zuverlässig aufgebaut werden kann. Insbesondere lässt sich die Integration des Stromes analog oder digital durchführen.The invention is based on the finding that a defect in the galvanically closed circuit can be detected by the electrical energy additionally converted at this defect compared to the undisturbed state. The integration of the current measuring signal carried out according to the invention in a frequency range outside the fundamental mode of the mains frequency makes it possible to detect electrically the total energy converted in the electric circuit. If this value exceeds a predefinable threshold, this indicates the presence of a line fault, and a trip function to trip the circuit breaker is generated. The integration of the current measuring signal in a frequency range outside the fundamental mode of the mains frequency is a very simple and reliable method, so that the device according to the invention can be constructed very simply and reliably. In particular, the integration of the current can be carried out analogously or digitally.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Messvorrichtung einen Messwiderstand und einen auf dem Potential des Wechselstrom-Netzes schwimmend aufgebauten Differenzverstärker. Diese Art der Strommessung ist, insbesondere deshalb, weil der Differenzverstärker auf dem Potential des Wechselstromnetzes mitschwimmt, sehr empfindlich, wesentlich empfindlicher jedenfalls als die im Stand der Technik bekannten Strommessungen mit geerdetem Verstärkereingang. Die hohe Empfindlichkeit der Strommessung ermöglicht ein Erfassen auch kleiner Energieerhöhungen im galvanisch geschlossenen Stromkreis und damit eine hohe Sensitivität der Überwachungsvorrichtung und -methode.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the measuring device comprises a measuring resistor and a floating at the potential of the AC network constructed differential amplifier. This type of current measurement is, especially because the differential amplifier mitschwimmt on the potential of the AC mains, very sensitive, much more sensitive at least than the known in the prior art current measurements with grounded amplifier input. The high sensitivity of the current measurement makes it possible to detect even small energy increases in the galvanically closed circuit and thus a high sensitivity of the monitoring device and method.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Differenzverstärker über eine galvanisch trennende Spannungsversorgung mit dem Wechselstromkreis verbunden. Der Differenzverstärker selbst schwimmt somit auf dem Potential des Wechselstromnetzes, die galvanische Trennung seiner Spannungsversorgung verhindert, dass der Verstärkereingang auf Erdpotential zu liegen kommt.According to an advantageous embodiment of the invention, the differential amplifier is connected via a galvanically isolating voltage supply to the AC circuit. The differential amplifier itself thus floats at the potential of the AC mains, the galvanic isolation of its power supply prevents the amplifier input comes to rest on ground potential.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Auswerteeinheit weiter eine zweite Filtereinrichtung zur Begrenzung des gefilterten Strommesssignals auf einen Frequenzbereich unterhalb der doppelten Netzfrequenz. Erfindungsgemäß wird also eine Niederfrequenzmessung durchgeführt, in einem Frequenzbereich zwischen – bei 50 Hz Netzen – 0 und 100 Hz. In diesem Frequenzbereich sind die durch Leitungsstörungen indizierten Änderungen des Stromwertes besonders ausgeprägt und daher ist dieser Frequenzbereich für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr geeignet. Im Stand der Technik werden Hochfrequenzmessungen durchgeführt in Frequenzbereichen oberhalb von 1 kHz, dort ist eine durch Leitungsstörungen indizierten Änderungen des Stromwertes kaum mehr erfassbar.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the evaluation unit further comprises a second filter device for limiting the filtered current measuring signal to a frequency range below twice the mains frequency. According to the invention, therefore, a low-frequency measurement is carried out in a frequency range between - 50 Hz networks - 0 and 100 Hz. In this frequency range indicated by line disturbances changes in the current value are particularly pronounced and therefore this frequency range for the inventive method and apparatus of the invention is very suitable , In the prior art, high-frequency measurements are carried out in frequency ranges above 1 kHz, where a change in the current value indicated by line disturbances is barely detectable.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Integration analog und die Integrationseinrichtung umfasst einen Vollweggleichrichter mit einer nachgeschalteten analogen Integrationsschaltung zur Gleichrichtung und Integration des gefilterten Strommesssignals. Über den Vollweggleichrichter werden die positiven und die negativen Halbwellen in die Integration mit einbezogen, und als analoge Integrationsschaltung ist beispielsweise ein kapazitiv rückgekoppelter Differenzverstärker bekannt.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the integration is analog and the integration means comprises a full-wave rectifier with a downstream analog integration circuit for rectification and integration of the filtered current measurement signal. About the full-wave rectifier, the positive and the negative half-waves are included in the integration, and as an analog integration circuit, for example, a capacitive feedback differential amplifier is known.

Gemäß einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Integration digital und die Integrationseinrichtung umfasst einen Analog/Digital-Wandler und einen Mikrocontroller, wobei das Anwendungsprogramm des Mikrocontrollers ein erstes Programmmodul zur Ermittlung des Frequenzspektrums, ein zweites Programmmodul zur Bildung des Integrals unter der Kurve des Frequenzspektrums des gefilterten Strommesssignals sowie zur Ermittlung eines Indikatorwertes aus dem Integral unter der Kurve des Frequenzspektrums des gefilterten Strommesssignals, und ein drittes Programmmodul zum Vergleich des Indikatorwertes mit einem vorgebbaren Schwellenwert umfasst.According to a further, particularly advantageous embodiment of the invention, the integration comprises digital and the integration device comprises an analog / digital converter and a microcontroller, wherein the application program of the microcontroller, a first program module for determining the frequency spectrum, a second program module for forming the integral under the curve the frequency spectrum of the filtered current measuring signal and for determining an indicator value from the integral below the curve of the frequency spectrum of the filtered current measuring signal, and a third program module for comparing the indicator value with a predetermined threshold.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Anwendungsprogramm des Mikrocontrollers ein viertes Programmmodul zur Begrenzung des Frequenzspektrums des gefilterten Strommesssignals auf einen Frequenzbereich unterhalb der doppelten Netzfrequenz.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the application program of the microcontroller comprises a fourth program module for limiting the frequency spectrum of the filtered current measurement signal to a frequency range below twice the network frequency.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Further advantageous embodiments and improvements of the invention and further advantages can be taken from the subclaims.

Figurenbeschreibungfigure description

Figuren und Beschreibung dienen dem besseren Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei zeigt:Figures and description serve to better understand the subject. Articles or parts of objects which are substantially the same or similar may be given the same reference numerals. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention. Showing:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schutz eines elektrischen Wechselstromkreises mit einem Ersatzschaltbild des Wechselstromkreises, 1 FIG. 2 shows a schematic block diagram of a device according to the invention for protecting an electrical AC circuit with an equivalent circuit diagram of the AC circuit, FIG.

2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Störungsüberwachung in einer ersten Ausführungsform, 2 a block diagram of a device according to the invention for fault monitoring in a first embodiment,

3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Störungsüberwachung in einer zweiten Ausführungsform, 3 a block diagram of a device according to the invention for fault monitoring in a second embodiment,

4 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Störungsüberwachung in einer dritten Ausführungsform, sowie 4 a block diagram of a device according to the invention for fault monitoring in a third embodiment, and

5 ein Beispiel eines Frequenzspektrums. 5 an example of a frequency spectrum.

In der 1 ist das Block- und Ersatzschaltbild eines Stromkreises gezeigt. Er umfasst die Strangleitungen 1 (L) und 1' (N), eine Schutzvorrichtung 2 umfassend einen Leitungsschutzschalter 2' mit einem angebauten Zusatzauslöser 2'', der den nachfolgenden Stromkreis mit den Netzleitungen 3, 3' und einem Verbraucher 4 absichert.In the 1 the block and equivalent circuit of a circuit is shown. It includes the string lines 1 (L) and 1' (N), a protection device 2 comprising a circuit breaker 2 ' with a mounted additional trigger 2 '' that the subsequent circuit with the power lines 3 . 3 ' and a consumer 4 safeguards.

Eine fehlerhafte Klemmstelle ist durch ihren Übergangswiderstand 5 dargestellt. Dieser kann sich ständig ändern, jedoch nicht den Stromkreis unterbrechen. Er erhöht den Leitungswiderstand insgesamt, ist aber in der Regel klein und nur einige mΩ bis groß, kann aber auch größer werden.A faulty terminal point is due to their contact resistance 5 shown. This can change constantly, but not interrupt the circuit. It increases the total line resistance, but is usually small and only a few mΩ to large, but can also be larger.

Ein Isolationsfehler ist durch einen Isolationsleckwiderstand 6 dargestellt. Dieser entsteht als ein zusätzlicher relativ niederohmiger Widerstand gegenüber der normalen Isolation zwischen den Netzleitungen 3 und 3' und ist zum Verbraucher parallel geschaltet.An insulation fault is due to an insulation leakage resistance 6 shown. This arises as an additional relatively low resistance to the normal isolation between the power lines 3 and 3 ' and is connected in parallel with the consumer.

Beide Störwiderstände 5, 6 können als reell angenommen werden, da der imaginäre Anteil bei dieser Art der Störung vernachlässigbar klein ist.Both interference resistors 5 . 6 can be assumed to be real, since the imaginary part in this type of disturbance is negligibly small.

Beide Fehlerarten sind zeitlich durch Temperatur T Luftfeuchtigkeit f, mechanische Erschütterungen s und durch magnetische Felder, die zwischen den Netzleitungen auftreten, als Funktion der Stromstärke i beeinflusst.Both types of faults are influenced by temperature T air humidity f, mechanical vibrations s and by magnetic fields that occur between the power lines as a function of the current i.

Der Übergangswiderstand ist also insgesamt eine Funktion der oben genannten Einflüsse:
r(t) = r(T, f, s, i). Diese Einflüsse können sehr klein sein und damit ist dann die Widerstandsänderung an der Fehlerstelle ebenfalls sehr klein. Um diese Fehler zu erfassen, wird in ummittelbarer Nähe des Leitungsschutzschalters 2' ein empfindliches Strommessverfahren eingesetzt, die Stromdetektion durch Erfassen des Spannungsabfalls an einem Messwiderstand 7.
The contact resistance is thus a total of a function of the above-mentioned influences:
r (t) = r (T, f, s, i). These influences can be very small and thus the resistance change at the fault location is also very small. To detect these errors, is in the immediate vicinity of the circuit breaker 2 ' a sensitive current measuring method used, the current detection by detecting the voltage drop across a measuring resistor 7 ,

Der Messwiderstand 7 ist sehr klein, im Bereich von einigen mΩ. Um sehr kleine Störungen und damit sehr kleine Stromänderungen zu erkennen, wird ein Differenzverstärker 8, der sich auf Netzpotential befindet und auf Netzpotential mitschwimmt, dem Messwiderstand 7 nachgeschaltet.The measuring resistor 7 is very small, in the range of a few mΩ. To detect very small disturbances and thus very small current changes, a differential amplifier is used 8th , which is at mains potential and is floating at mains potential, the measuring resistor 7 downstream.

Der Differenzverstärker 8 wird dazu mittels einer galvanisch trennenden Spannungsversorgung 9 an die Strangleitungen 1, 1' angeschlossen. In einer weiteren Variante, hier nicht als Figur dargestellt, könnte die galvanisch trennende Spannungsversorgung 9 auch an die Netzleitungen 3, 3' angeschlossen sein. In dieser Variante würde dann beim Unterbrechen des Stromkreises durch den Leitungsschutzschalter 2' auch die galvanisch trennende Stromversorgung 9 mit abgeschaltet werden.The differential amplifier 8th This is done by means of a galvanically isolating voltage supply 9 to the string lines 1 . 1' connected. In a further variant, not shown here as a figure, could be the galvanically isolating power supply 9 also to the power lines 3 . 3 ' be connected. In this variant would then interrupt the circuit through the circuit breaker 2 ' also the galvanic isolating power supply 9 to be switched off with.

Das Strommesssignal 22 ist proportional zum Stromfluss in dem Messwiderstand 7. Es beinhaltet die sinusförmige Schwingungskomponente der Netzfrequenz fn und die zum Teil sehr kleine Störspannung uS = f(iS) mit iS = u/r(t) und u = Netzspannung.The current measurement signal 22 is proportional to the current flow in the measuring resistor 7 , It contains the sinusoidal oscillation component of the line frequency f n and the sometimes very small interference voltage u S = f (i S ) with i S = u / r (t) and u = mains voltage.

5 zeigt ein Beispiel des oben beschriebenen Sachverhaltes anhand eines Frequenzspektrums. Dargestellt ist das Frequenzspektrum des Strommesssignals in einem Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 100 Hz, ermittelt mittels einer FFT-Funktion, angewendet auf das aus einer Simulation gewonnene A/D-gewandelte und abgetastete Strommesssignal. Die Amplitude I des Strommesssignals ist in logarithmischer Darstellung in Ampere auf der Abszisse aufgetragen, die Frequenz in Hz linear auf der Ordinate. Die glatte Kurve 26 entspricht dem Signal ohne Leitungsstörung, die verrauschte Kurve 25 entspricht dem Signal bei Vorliegen eines Isolationsfehlers mit einem sich zeitlich ändernden Isolationswiderstand 6. 5 shows an example of the situation described above based on a frequency spectrum. Shown is the frequency spectrum of the current measurement signal in a frequency range between 0 Hz and 100 Hz, determined by means of an FFT function, applied to the obtained from a simulation A / D-converted and sampled current measurement signal. The amplitude I of the current measurement signal is plotted on a logarithmic scale in amperes on the abscissa, the frequency in Hz linear on the ordinate. The smooth curve 26 corresponds to the signal without line fault, the noisy curve 25 corresponds to the signal in the presence of an insulation fault with a time-varying insulation resistance 6 ,

In der unteren Kurve von 5 ist die zeitliche Änderung des Isolationswiderstandes 6 dargestellt, während einer Zeitdauer von 60 s, ebenfalls durch Simulation erhalten. Man sieht, dass er sich in einem Größenbereich zwischen 1 kOhm und 100 kOhm bewegt. Die zeitliche Änderung oder Modulation des Isolationswiderstandes erzeugt eine Modulation auch des Strommesssignals. Deshalb ist auch der Frequenzgang 25 des Strommesssignals in diesem Fall verrauscht.In the lower curve of 5 is the temporal change of the insulation resistance 6 represented during a period of 60 s, also obtained by simulation. It can be seen that it moves in a size range between 1 kOhm and 100 kOhm. The temporal change or modulation of the insulation resistance generates a modulation of the current measurement signal. That's why the frequency response is 25 the current measurement signal in this case noisy.

Es ist zu sehen, dass die Fläche unter der Kurve des Frequenzgangs in jedem der beiden Seitenbänder zur Netzfrequenz von 50 Hz, also in einem ersten Seitenband zwischen 0 und einem Wert knapp unterhalb der Netzfrequenz, etwa 45 Hz, und einem zweiten Seitenband zwischen einem Wert knapp oberhalb der Netzfrequenz, etwa 55 Hz, und 100 Hz, bei der verrauschten Kurve 25 größer ist als bei der glatten Kurve 26.It can be seen that the area under the frequency response curve in each of the two sidebands at the line frequency of 50 Hz, that is in a first sideband between 0 and a value just below the line frequency, about 45 Hz, and a second sideband between a value just above the mains frequency, about 55 Hz, and 100 Hz, in the noisy curve 25 is greater than the smooth curve 26 ,

Die Fläche unter der Frequenzgangskurve des Strommesssignals entspricht dem Integral des Strommesssignals im Frequenzbereich, dieses entspricht der Energie des Strommesssignals. Die Energiewerte der Seitenbänder sind direkt proportional zur elektrischen Energie, die in den Fehlerstellen umgesetzt wird.The area under the frequency response curve of the current measurement signal corresponds to the integral of the current measurement signal in the frequency domain, this corresponds to the energy of the current measurement signal. The energy values of the sidebands are directly proportional to the electrical energy that is converted in the defects.

Die Seitenbänder des Frequenzgangs des Strommesssignals heben sich also bei Vorliegen einer Leitungsstörung in unmittelbarer Nähe der Netzfrequenz durch erhöhte Energieinhalte von dem Frequenzgang im ungestörten Fall ab. Um Störungen durch Isolations-, Korrosions-, Material- und Montagefehler zu erkennen, reicht es also aus, die Energie der Seitenbänder der Netzfrequenz in einem ersten Seitenband zwischen 0 Hz und der Netzfrequenz und einem zweiten Seitenband zwischen der Netzfrequenz und der doppelten Netzfrequenz zu überwachen.The sidebands of the frequency response of the current measurement signal thus stand out in the presence of a line fault in the immediate vicinity of the grid frequency by increased energy content of the frequency response in the undisturbed case. In order to detect interference due to insulation, corrosion, material and assembly errors, it is therefore sufficient to monitor the energy of the sidebands of the network frequency in a first sideband between 0 Hz and the network frequency and a second sideband between the network frequency and twice the network frequency ,

Um eine erhöhte Auflösung zu bekommen, wird die Amplitude bei der Netzfrequenz herausgefiltert durch einen Netzfilter. Die Messung und kontinuierliche Integration wird nur in dem erwähnten begrenzten Frequenzband durchgeführt. Dadurch wird die Elektronik sehr vereinfacht aufbaubar.To get an increased resolution, the amplitude at the mains frequency is filtered out by a line filter. The measurement and continuous integration is performed only in the mentioned limited frequency band. As a result, the electronics can be built very simplified.

In der Praxis können dazu aktive Filterschaltungen oder Mikrokontroller eingesetzt werden.In practice, active filter circuits or microcontrollers can be used for this purpose.

2 und 3 zeigen zwei prinzipielle Blockschaltbilder von möglichen analogen Aufbauten. Beide zeigen eine Vorrichtung 10 zur Störungsüberwachung, mit einer Messvorrichtung 11, wie oben bereits beschrieben, und einer Auswerteeinheit 12. Bei beiden Ausführungsformen umfasst die Auswerteeinheit 12 eine erste Filtereinrichtung 14, ein 50 Hz-Sperrfilter, das dem Strommesssignal 22 nachgeschaltet ist. 2 and 3 show two principal block diagrams of possible analog structures. Both show a device 10 for fault monitoring, with a measuring device 11 , as already described above, and an evaluation unit 12 , In both embodiments, the evaluation unit comprises 12 a first filter device 14 , a 50 Hz notch filter that matches the current measurement signal 22 is downstream.

In der Ausführungsform nach 2 schließt sich eine Integrationseinrichtung 16 an mit einer zweiten Filtereinrichtung 20. Dort wird das Signal in zwei getrennten aktiven Filtern 27, 28 untersucht. Dabei ist 27 ein Tiefpassfilter und für den Frequenzbereich zwischen 0 und einem Wert knapp unterhalb der Netzfrequenz, und 28 ist ein Hochpassfilter und für den Frequenzbereich zwischen einem Wert knapp oberhalb der Netzfrequenz und der doppelten Netzfrequenz zuständig.In the embodiment according to 2 closes an integration device 16 on with a second filter device 20 , There the signal is in two separate active filters 27 . 28 examined. It is 27 a low-pass filter and for the frequency range between 0 and a value just below the mains frequency, and 28 is a high-pass filter and is responsible for the frequency range between a value just above the line frequency and twice the network frequency.

Beide getrennt gefilterten Signale werden in einer Integrationsschaltung 21 zusammengeführt. Die Integrationsschaltung 21 umfasst einen Addierer, veranschaulicht durch das + – Zeichen, einen Vollweggleichrichter, veranschaulicht durch das Diodensymbol, und einen Analogintegrierer, veranschaulicht durch das τ und realisiert beispielsweise durch einen kapazitiv rückgekoppelten Differenzverstärker.Both separately filtered signals are in an integration circuit 21 merged. The integration circuit 21 comprises an adder, illustrated by the + sign, a full-wave rectifier, illustrated by the diode symbol, and an analog integrator, illustrated by the τ, and implemented, for example, by a capacitively fed-back differential amplifier.

Am Ausgang der Integrationsschaltung 21 steht ein frequenzabhängiges und integriertes Strommesssignal 17 zur Verfügung. Dieses wird einer Vergleichs- und Auslösesignalerzeugungseinheit 18 zugeführt. Dort wird das integrierte Strommesssignal in einem Komparator 29 einem Gleichpegel zugeordnet und mit einem durch einen Sollwertgeber 30 vorgebbaren Schwellenwert 19 verglichen. Bei Überschreiten des vorgegebenen Schwellenwertes 19 wird über einen Ausgangsverstärker 31 ein Auslösesignal 13 erzeugt. Dieses wird dem Zusatzauslöser 2'' zugeführt, siehe 1, und dieser bewirkt die Auslösung des Leitungsschutzschalters 2' und damit die Unterbrechung des Stromkreises.At the output of the integration circuit 21 is a frequency-dependent and integrated current measurement signal 17 to disposal. This becomes a comparison and release signal generation unit 18 fed. There, the integrated current measurement signal is in a comparator 29 assigned to a DC level and with a by a setpoint generator 30 specifiable threshold 19 compared. If the specified threshold value is exceeded 19 is via an output amplifier 31 a trigger signal 13 generated. This becomes the additional trigger 2 '' supplied, see 1 , and this causes the tripping of the circuit breaker 2 ' and thus the interruption of the circuit.

In der Ausführungsform nach 3 ist dem Netzfrequenz-Sperrfilter 14 nur noch ein aktives Filter 20' mit dem Frequenzband von 0 Hz bis zur doppelten Netzfrequenz von 100 Hz nachgeschaltet. Entsprechend fehlt in der analogen Integrationsschaltung 21' der. Addierer.In the embodiment according to 3 is the mains frequency cutoff filter 14 only one more active filter 20 ' followed by the frequency band from 0 Hz to twice the mains frequency of 100 Hz. Accordingly, the analog integration circuit is missing 21 ' of the. Adders.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Auswerteeinheit 12' auch mit Hilfe eines Mikrocontrollers realisiert werden. 4 zeigt ein mögliches Blockdiagramm eines solchen elektronischen Aufbaus, wobei 14 wieder ein analoges, aktives Sperrfilter für die Netzfrequenz darstellt. Es werden, durch das Anwendungsprogramm des Mikrocontrollers in der Firmware gesteuert, laufend Daten des digitalisierten Strommesssignals 15 von dem A/D-Wandler 23 abgerufen. Im Mikrocontroller 24 werden diese mit Hilfe der bekannten FFT-Methode in die zu untersuchenden Frequenzbänder zerlegt und der Energieinhalt bestimmt. Auch hier wird der Energieinhalt mit einer einprogrammierbaren Schwelle verglichen. Bei Überschreitung der Schwelle für eine bestimmte Zeit wird wieder ein Auslösesignal 13 erzeugt und der Leitungsschutzschalter 2' ausgelöst.In a further embodiment, the evaluation unit 12 ' can also be realized with the help of a microcontroller. 4 shows a possible block diagram of such an electronic structure, wherein 14 again represents an analog, active blocking filter for the grid frequency. There are, controlled by the application program of the microcontroller in the firmware, continuously data of the digitized current measurement signal 15 from the A / D converter 23 accessed. In the microcontroller 24 These are decomposed using the known FFT method in the frequency bands to be examined and determines the energy content. Again, the energy content is compared with a programmable threshold. If the threshold is exceeded for a certain time, a trigger signal is generated again 13 generated and the circuit breaker 2 ' triggered.

Verbraucher mit phasengesteuerten Schaltelementen, z. B. Thyristoren, geben zusätzliche, periodische Störungen ab. Diese können mit Hilfe des Mikrocontrollers identifiziert und ausgeblendet werden. Dazu wird das Strommesssignal mittels weiterer Programmmodule der Signalverarbeitung im Anwendungsprogramm des Mikrocontrollers auf periodische Störungen laufend untersucht und der Leitungsschutzschalter wird nicht ausgelöst, wenn eine Störung von der Signalverarbeitung als eine solche periodische, von einem phasengesteuerten Schaltelement herrührende, erkannt worden ist. Consumer with phased switching elements, eg. As thyristors, give additional, periodic disturbances. These can be identified and hidden using the microcontroller. For this purpose, the current measurement signal is continuously examined by means of further program modules of the signal processing in the application program of the microcontroller for periodic disturbances and the circuit breaker is not triggered when a fault has been detected by the signal processing as such a periodic, from a phased switching element originating.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Strangleitungtrain line
1'1'
Strangleitungtrain line
22
Schutzvorrichtungguard
2'2 '
LeitungsschutzschalterCircuit breaker
2''2 ''
Zusatzauslöseradditional release
33
Netzleitungpower line
3'3 '
Netzleitungpower line
44
Verbraucherconsumer
55
ÜbergangswiderstandContact resistance
66
IsolationsleckwiderstandInsulation leakage resistance
77
Messwiderstandmeasuring resistor
88th
Differenzverstärkerdifferential amplifier
99
galvanisch trennende Spannungsversorgunggalvanically isolated power supply
1010
Vorrichtung zur StörungsüberwachungDevice for fault monitoring
1111
Messvorrichtungmeasuring device
1212
Auswerteeinheitevaluation
12'12 '
Auswerteeinheitevaluation
1313
Auslösesignaltrigger signal
1414
erste Filtereinrichtungfirst filter device
1515
gefiltertes Strommesssignalfiltered current measuring signal
1616
Integrationseinrichtungintegration means
16'16 '
Integrationseinrichtungintegration means
1717
integriertes Strommesssignalintegrated current measuring signal
17'17 '
integriertes Strommesssignalintegrated current measuring signal
1818
Vergleichs- und AuslösesignalerzeugungseinheitComparison and trigger signal generation unit
1919
Schwellenwertthreshold
2020
zweite Filtereinrichtungsecond filter device
20'20 '
zweite Filtereinrichtungsecond filter device
2121
analoge Integrationsschaltunganalog integration circuit
21'21 '
analoge Integrationsschaltunganalog integration circuit
2222
StrommesssignalCurrent measurement signal
2323
A/D-WandlerA / D converter
2424
Mikrocontrollermicrocontroller
2525
verrauschte Kurvenoisy curve
2626
glatte Kurvesmooth curve
2727
TiefpassfilterLow Pass Filter
2828
HochpassfilterHigh Pass Filter
2929
Komparatorcomparator
3030
SollwertgeberSetpoint generator
3131
Ausgangsverstärkeroutput amplifier

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Vorrichtung zur Störungsüberwachung in einem geschlossenen Wechselstromkreis, umfassend eine Messvorrichtung (11) zur Ermittlung eines Strommesssignals (22) und eine Auswerteeinheit (12) zur Erzeugung eines Auslösesignals (13) zum Auslösen einer Sicherheitsfunktion, wobei die Auswerteeinheit (12) umfasst: – eine erste Filtereinrichtung (14) zur Erzeugung eines gefilterten Strommesssignals (15), bei dem die Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz unterdrückt ist, – eine Integrationseinrichtung (16) zur Erzeugung eines integrierten Strommesssignals (17) durch Integration des gefilterten Strommesssignals (15) im Frequenzbereich außerhalb der Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz, – eine Vergleichs- und Auslösesignalerzeugungseinheit (18) zum Vergleich des integrierten Strommesssignals (17) mit einem vorgebbaren Schwellenwert (19) und zur Erzeugung des Auslösesignals (13) bei Überschreitung des Schwellenwertes (19).Device for fault monitoring in a closed AC circuit, comprising a measuring device ( 11 ) for determining a current measuring signal ( 22 ) and an evaluation unit ( 12 ) for generating a triggering signal ( 13 ) for triggering a safety function, wherein the evaluation unit ( 12 ) comprises: - a first filter device ( 14 ) for generating a filtered current measurement signal ( 15 ), in which the fundamental mode of the AC mains frequency is suppressed, - an integration device ( 16 ) for generating an integrated current measurement signal ( 17 ) by integration of the filtered current measuring signal ( 15 ) in the frequency range outside the fundamental mode of the AC mains frequency, - a comparison and tripping signal generating unit ( 18 ) for comparing the integrated current measuring signal ( 17 ) with a predefinable threshold ( 19 ) and for generating the trigger signal ( 13 ) when the threshold is exceeded ( 19 ). Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Messvorrichtung (11) einen Messwiderstand (7) und einen auf dem Potential des Wechselstrom-Netzes schwimmend aufgebauten Differenzverstärker (8) umfasst.Apparatus according to claim 1, wherein the measuring device ( 11 ) a measuring resistor ( 7 ) and a floating at the potential of the AC network constructed differential amplifier ( 8th ). Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Differenzverstärker (8) über eine galvanisch trennende Spannungsversorgung (9) mit dem Wechselstromkreis verbunden ist.Device according to claim 2, wherein the differential amplifier ( 8th ) via a galvanically isolated power supply ( 9 ) is connected to the AC circuit. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswerteeinheit (12) weiter umfasst eine zweite Filtereinrichtung (20) zur Begrenzung des gefilterten Strommesssignals (15) auf einen Frequenzbereich unterhalb der doppelten Netzfrequenz.Apparatus according to claim 1, wherein the evaluation unit ( 12 ) further comprises a second filter device ( 20 ) for limiting the filtered current measuring signal ( 15 ) to a frequency range below twice the network frequency. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Integrationseinrichtung (16) einen Vollweggleichrichter mit einer nachgeschalteten analogen Integrationsschaltung (21) umfasst zur Gleichrichtung und Integration des gefilterten Strommesssignals (15).Apparatus according to claim 1, wherein the integration means ( 16 ) a full-wave rectifier with a downstream analog integration circuit ( 21 ) for rectification and integration of the filtered current measurement signal ( 15 ). Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Integrationseinrichtung (16') einen Analog/Digital-Wandler (23) und einen Mikrocontroller (24) umfasst, wobei das Anwendungsprogramm des Mikrocontrollers (24) ein erstes Programmmodul zur Ermittlung des Frequenzspektrums (25), ein zweites Programmmodul zur Bildung des Integrals unter der Kurve des Frequenzspektrums (25) des gefilterten Strommesssignals (15) sowie zur Ermittlung eines Indikatorwertes aus dem Integral unter der Kurve des Frequenzspektrums (25) des gefilterten Strommesssignals (15), und ein drittes Programmmodul zum Vergleich des Indikatorwertes mit einem vorgebbaren Schwellenwert umfasst.Apparatus according to claim 1, wherein the integration means ( 16 ' ) an analog / digital converter ( 23 ) and a microcontroller ( 24 ), wherein the application program of the microcontroller ( 24 ) a first program module for determining the frequency spectrum ( 25 ), a second program module for forming the integral under the curve of the frequency spectrum ( 25 ) of the filtered current measurement signal ( 15 ) and for determining an indicator value from the integral below the curve of the frequency spectrum ( 25 ) of the filtered current measurement signal ( 15 ), and a third program module for comparing the indicator value with a predefinable threshold. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Anwendungsprogramm des Mikrocontrollers (24) ein viertes Programmmodul zur Begrenzung des Frequenzspektrums des gefilterten Strommesssignals (15) auf einen Frequenzbereich unterhalb der doppelten Netzfrequenz umfasst.Apparatus according to claim 6, wherein the application program of the microcontroller ( 24 ) a fourth program module for limiting the frequency spectrum of the filtered current measurement signal ( 15 ) to a frequency range below twice the network frequency. Vorrichtung zum Schutz eines elektrischen Wechselstromkreises, welche umfasst: – eine Schutzvorrichtung (2) mit einer Ansprechschwelle zur Unterbrechung des Wechselstromkreises im Überlast- oder Kurzschlussfall, und – eine Vorrichtung zur Störungsüberwachung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Auslösesignal (13) mit der Schutzvorrichtung (2) zur Unterbrechung des Wechselstromkreises zusammenwirkt und wobei der Schwellenwert (19) so einstellbar ist, dass das Auslösesignal (13) bereits erzeugbar ist, wenn bei Auftreten einer Störung im Wechselstromkreis, die Ansprechschwelle der Schutzvorrichtung (2) noch nicht erreicht ist.Device for protecting an AC electrical circuit, comprising: - a protective device ( 2 ) with a threshold for interruption of the AC circuit in the event of overload or short circuit, and - a fault monitoring device ( 10 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the trigger signal ( 13 ) with the protection device ( 2 ) interacts to interrupt the AC circuit and the threshold value ( 19 ) is adjustable so that the trigger signal ( 13 ) can already be generated if, in the event of a fault in the AC circuit, the response threshold of the protective device ( 2 ) is not reached yet. Verfahren zur Störungsüberwachung in einem geschlossenen Wechselstromkreis, umfassend die folgenden Schritte: – Erfassen eines Stromsignals der Wechselstromleitung auf dem Potential des Wechselstrom-Netzes, – Erzeugen eines gefilterten Strommesssignals, bei dem die Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz unterdrückt ist, – Erzeugen eines integrierten Strommesssignals durch Integration des gefilterten Strommesssignals im Frequenzbereich außerhalb der Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz, – Vergleichen des integrierten Strommesssignals mit einem vorgebbaren Schwellenwert, und – Erzeugen eines Auslösesignals bei Überschreitung des Schwellenwertes.A method of fault monitoring in a closed AC circuit, comprising the following steps: Detecting a current signal of the AC line at the potential of the AC network, Generating a filtered current measuring signal in which the fundamental mode of the AC mains frequency is suppressed, Generating an integrated current measuring signal by integrating the filtered current measuring signal in the frequency range outside the fundamental mode of the AC mains frequency, Comparing the integrated current measuring signal with a predefinable threshold value, and - Generate a trigger signal when the threshold is exceeded. Verfahren zum Schutz eines elektrischen Wechselstromkreises, umfassend die folgenden Schritte: – Erfassen eines Stromsignals der Wechselstromleitung auf dem Potential des Wechselstrom-Netzes, – Erzeugen eines gefilterten Strommesssignals, bei dem die Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz unterdrückt ist, – Erzeugen eines integrierten Strommesssignals durch Integration des gefilterten Strommesssignals im Frequenzbereich außerhalb der Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz, – Vergleichen des integrierten Strommesssignals mit einem vorgebbaren Schwellenwert, und – Erzeugen eines Auslösesignals bei Überschreitung des Schwellenwertes, – Übermitteln des Auslösesignals an eine Schutzvorrichtung, – Unterbrechen des elektrischen Wechselstromkreises durch die Schutzvorrichtung.A method for protecting an AC electrical circuit, comprising the steps of: - detecting a current signal of the AC line at the potential of the AC mains, - generating a filtered current measuring signal in which the fundamental mode of the AC mains frequency is suppressed, - generating an integrated current measuring signal by integration the filtered current measuring signal in the frequency range outside the fundamental mode of the AC mains frequency, - comparing the integrated current measuring signal with a predefinable threshold value, and - generating a trigger signal when the threshold value is exceeded, - transmitting the triggering signal to a protective device, - Interrupting the electrical AC circuit through the protection device.
DE102010021599A 2010-05-26 2010-05-26 Device for monitoring fault in closed alternate current circuit of protection device, has generation unit for comparing integrated current measurement signal with predetermined threshold level and for generating trigger signal Withdrawn DE102010021599A1 (en)

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Wikipedia-Artikel "Kerbfilter", Version vom 21.03.2010 *

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