-
TECHNISCHES
GEBIET
-
Die
Erfindung betrifft eine Differenzstromschutzeinrichtung, die auf
einen Differenzfehlerstrom in Form eines Wechselstroms, Gleichstroms
oder periodischen Stroms anspricht und
- – einen
als Ringkernwandler ausgebildeten Differenzstromüberwachungswandler mit mindestens einer
Sekundärwicklung,
- – einen
an die genannte mindestens eine Sekundärwicklung des genannten Überwachungswandlers
angeschlossene Erregerschaltung zum Anlegen von Erregungssignalen,
- – eine
an die Sekundärwicklung
angeschlossene Verarbeitungsschaltung sowie
- – eine
an die Erregerschaltung und an die Verarbeitungsschaltung angeschlossene
Stromversorgungsschaltung umfasst.
-
STAND DER
TECHNIK
-
Es
sind Differenzstromschutzeinrichtungen mit einem Überwachungswandler
bekannt, der als Ringkernwandler ausgebildet und in der Lage ist, Wechselfehlerströme zu erkennen.
Solche Einrichtungen arbeiten mit Eigenstromversorgung oder mit einer
Hilfsspannungsquelle. Diese Einrichtungen erlauben die Abschaltung
von Kontakten zur Unterbrechung der Stromzufuhr in einem Abschnitt
des zu schützenden
Netzes. Differenzstromschutzeinrichtungen mit Eigenstromversorgung
sind in den Druckschriften
US5969930 und
EP0936716 beschrieben.
-
Müssen auch
ein Gleichstrom oder ein Gleichstromanteil eines Stroms erkannt
werden, umfassen die Schutzeinrichtungen Verarbeitungsschaltungen
zur Messung der zeitlichen Verschiebung der Magnetisierung des Messwandler-Ringkerns.
Diese zeitliche Verschiebung wird auf bekannte Art und Weise mit
Hilfe von Erregerschaltungen gemessen, die dazu dienen, eine oder
mehrere Wicklungen des Ringkerns mit einem Erregersignal zu beaufschlagen.
Zum Absetzen des Erregersignals ist eine Stromversorgung der elektronischen
Schaltungen und der Wicklung erforderlich.
-
In
der Patentschrift
EP356344B1 wird
eine Differenzstromschutzeinrichtung beschrieben, die auf einen
Differenzfehlerstrom in Form eines Wechselstroms, Gleichstroms oder
periodischen Stroms anspricht. Diese Einrichtung umfasst zwei durch
eine Erregerschaltung abwechselnd erregte Sekundärwicklungen. Das Fehlersignal
wird mit Hilfe der Integrationszeiten gemessen, die von der zeitlichen
Verschiebung des durch einen Differenzfehlerstrom induzierten Magnetfelds
und von der Sättigung
des Magnetkreises abhängen.
In der Patentanmeldung
EP0651258 ist
eine andere Ausgestaltung eines Stromwandlers mit Magnetkreissättigung
beschrieben.
-
In
der Patentschrift
US4276510 wird
ein Schaltgerät
zur Detektion eines Differenzfehlerstroms mit Hilfe eines Ringkernwandlers
beschrieben. In diesem Schaltgerät
kann ein Rück-
oder Kompensationsstrom über
eine Verarbeitungsschaltung auf den Ringkern zurückgetrieben werden, um die durch
den Fehlerstrom verursachte zeitliche Verschiebung zu kompensieren.
Da der Kompensationsstrom dem Fehlerstrom direkt proportional ist,
wird in diesem Fall zur Verarbeitung des Fehlers ein vom Kompensationsstrom
abhängiges
Messsignal geliefert. Es sind auch Gleichstrom-Messwandler mit Erregung
und Kompensations-Rückstrom
aus den Druckschriften
US4529931 et
EP0427412 bekannt. In der Patentschrift
US 438199 wird eine ferromagnetische Legierung
beschrieben.
-
Die
Einrichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik umfassen Ringkerne
mit magnetischen Eigenschaften, die erhebliche Verluste aufweisen,
sobald die Frequenz des Erregersignals ansteigt. Besteht der Ringkern
aus einem ferritartigen Werkstoff, kann die Enegerfrequenz hoch
sein, jedoch ist seine Koerzitivfeldstärke bei einer für die Messung
des Differenzstroms ausreichenden Sättigungsinduktion ebenfalls
hoch. Bekannte weichmagnetische Werkstoffe haben kleine Koerzitivfeldstärken, jedoch
ein schlechtes Frequenzverhalten. Darüber hinaus haben diese weichmagnetischen
Werkstoffe stark abgerundete Magnetisierungskennlinien und eignen
sich nicht, um eine Sättigung
der Magnetisierung zu erkennen. Andere bekannte weichmagnetische
Werkstoffe weisen eine rechteckige Hysteresekurve auf, ihre Koerzitivfeldstärke ist
jedoch zu hoch. Wieder andere Werkstoffe mit hohem Kobaltgehalt
verhalten sich gegenüber
Temperaturschwankungen instabil, haben zu hohe Frequenzverluste
zur Folge und erfordern eine höhere
Versorgungsspannung der Erregerschaltungen.
-
Zur
Erregung der Ringkernwandler nach dem bisherigen Stand der Technik
werden daher die verwendeten Erregerschaltungen mit einer hohen elektrischen
Energie versorgt. Dies hat Stromversorgungsschaltungen mit großen Abmessungen
zur Folge, die mit modularen und kompakten Schutzgeräten nicht
gut vereinbar sind. Außerdem
hat eine hohe elektrische Versorgungsenergie starke Erwärmungen
der Schutzeinrichtung zur Folge. Die Verwendung einer hohen Energie
bedeutet auch, dass die Messung sehr kleiner Fehlerströme nicht
sehr genau ist.
-
BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Ziel
der Erfindung ist ein als Ringkernwandler ausgebildeter Differenzstromüberwachungswandler,
der eine wesentlich geringere elektrische Erregungsenergie benötigt und
eine bessere Ansprechempfindlichkeit bei kleinen Fehlerströmen bietet,
sowie eine Differenzstromschutzeinrichtung, die eine Stromversorgungsschaltung
und einen solchen Wandler umfasst.
-
Eine
erfindungsgemäße Differenzstromschutzeinrichtung
ist im Patentanspruch 1 definiert.
-
Die
Kennwerte im statischen Betrieb entsprechen insbesondere Gleichstrom-Kennwerten oder
Kennwerten mit langsamem Änderungsverhalten.
-
Die
Rechteckkennlinie ist vorzugsweise so ausgebildet, dass das Verhältnis zwischen
der magnetischen Induktion bei Feldstärke null und der Sättigungsinduktion
größer als
0,95 ist.
-
Die
Koerzitivfeldstärke
ist im statischen Betrieb oder bei niedrigen Frequenzen kleiner
als 1,5 Ampere pro Meter.
-
Das
Verhältnis
zwischen der Koerzitivfeldstärke
und der magnetischen Induktion bei Feldstärke null des Magnetkreises
des Stromwandlers ist vorzugsweise so ausgelegt, dass für eine magnetische Induktion
bei Feldstärke
null von über
1 Tesla die Koerzitivfeldstärke
unter 3 A/m beträgt.
-
Nach
einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Änderung
der magnetischen Induktion des Magnetkreises des Stromwandlers im
statischen Betrieb oder bei Frequenzen unter 400 Hz mehr als 2 Tesla
bei einer Feldstärke
unter 3 Ampere pro Meter (3 A/m).
-
Die Änderung
der magnetischen Induktion des Magnetkreises des Stromwandlers beträgt vorteilhaft
im statischen Betrieb oder bei Frequenzen unter 400 Hz mehr als
2,4 Tesla bei einer Feldstärke
unter 2,5 Ampere pro Meter (2,5 A/m).
-
Der
Magnetkreis des Stromwandlers weist bei einer Frequenz von 3 Kilohertz
eine magnetische Feldstärke
unter 20 Ampere pro Meter (20 A/m) bei einer magnetischen Induktion
von null auf.
-
Nach
einer besonderen Ausgestaltung wird der Magnetkreis durch Wärmebehandlung
in einem Magnetfeld hergestellt.
-
Der
Werkstoff des Magnetkreises umfasst mehr als 50% Feinkristallkörner einer
Korngröße von unter
100 nm.
-
Der
Werkstoff des Magnetkreises wird vorzugsweise aus Bändern einer
Dicke von unter 30 Mikrometer (μm)
hergestellt.
-
Der
Stromwandler umfasst vorzugsweise einen Tragkörper zur Aufnahme des Magnetwerkstoffs.
-
Vorzugsweise
wird der Magnetwerkstoff zu Bändern
um den Tragkörper
gewickelt, wobei die Bänder
einen Magnetkreis mit einer Dicke von unter einem Millimeter bilden.
-
Vorzugsweise
besteht der Magnetkreis aus mindestens einer Ringscheibe aus Magnetwerkstoff.
-
Die
Erregerschaltung umfasst vorzugsweise Mittel zur Injektion eines
Dreieckstroms in die Sekundärwicklung,
wobei eine Erregung entsprechend einem Scheitelwert der Amplitude
des genannten Stroms und entsprechend einer bestimmten Anzahl von
Windungen der Wicklung unter 3,5 Amperewindungen beträgt.
-
Die
Stromversorgungsschaltung liefert vorteilhaft eine Leistung von
unter 1 Watt an die Erregerschaltung und an die Sekundärwicklung.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Mehrere
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen beispielhaft
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer
Vorteile und Merkmale näher
erläutert.
Dabei zeigen
-
1 das
Schaltbild einer Differenzstromschutzeinrichtung nach dem bisherigen
Stand der Technik;
-
2 ein
Blockschaltbild einer Schutzeinrichtung, die einen Überwachungswandler
gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung umfassen kann;
-
3 ein
detailliertes Blockschaltbild einer Schutzeinrichtung, die einen Überwachungswandler gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung umfassen kann;
-
die 4A bis 4D Signale
einer Schutzeinrichtung, die einen Überwachungswandler gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung umfassen kann;
-
5 Magnetisierungskennlinien
eines Differenzstromüberwachungswandlers
gemäß einer Ausgestaltung
der Erfindung;
-
6 Magnetisierungskennlinien
eines Differenzstromüberwachungswandlers
gemäß einer Ausgestaltung
der Erfindung und eines Stromwandlers nach dem bisherigen Stand
der Technik;
-
7 eine
Normkennlinie der magnetischen Induktion in Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke eines Überwachungswandlers
gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung;
-
8 Normkennlinien
der magnetischen Induktion in Abhängigkeit von der magnetischen
Feldstärke
eines Differenzstromüberwachungswandlers gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung sowie von Stromwandlern nach dem bisherigen
Stand der Technik und
-
9 einen
Magnetkreis eines Stromwandlers gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
mit einem Tragkörper.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG VORZUGSWEISER AUSGESTALTUNGEN
-
Die
in 1 gezeigte Differenzstromschutzeinrichtung umfasst
einen Differenzstromüberwachungswandler 1 mit
einem als Ringkern ausgebildeten Magnetkreis 2 und einer
Sekundärwicklung 3,
die an eine Verarbeitungsschaltung 4 angeschlossen ist. Der
Stromwandler 1 ist um die Leiter 5 eines zu schützenden
Netzes oder Netzabschnitts geführt. Die
Verarbeitungsschaltung 4 empfängt ein Messsignal vom Stromwandler 1 und
beaufschlagt ein Auslöserelais 6 mit
einem Steuerbefehl zur Abschaltung von elektrischen Kontakten 7,
die in Reihe zu den Leitern 5 geschaltet sind. Arbeitet
die Schutzeinrichtung nicht mit Eigenstromversorgung, liefert eine
zwischen Stromversorgungsleitungen und die Schaltung 4 geschaltete
Stromversorgungsschaltung 8 die zur Messung und zur Verarbeitung
eines den Differenzfehlerstrom abbildenden Signals If erforderliche
Energie.
-
Ist
der Differenzfehlerstrom ein Gleichstrom, ein Impulsstrom oder ein
Strom mit Gleichanteilen, wird eine Erregerschaltung zur Erregung
einer Wicklung des Stromwandlers verwendet. In der Schaltung aus 2 ist
eine Erregerschaltung 9 an die Sekundärwicklung 3 angeschlossen,
um ein Erregersignal Ie zu liefern. Außerdem ist die Erregerschaltung 9 an die
Stromversorgungsschaltung 8 angeschlossen, um die zur Erregung
der Wicklung 3 erforderliche Energie zu erhalten. Bei bestimmten
Arten von Magnetkreisen kann diese Energie hoch sein und zur Folge haben,
dass die Einrichtung für
modulare Schaltgeräte
mit geringen Abmessungen zu groß wird.
-
Mit
besonderen Merkmalen des Magnetkreises 2 des Stromwandlers
nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Erregerschaltung
selbst bei hohen Frequenzen, die wesentlich über der Netzfrequenz eines
zu schützenden
elektrischen Netzes liegen, eine sehr kleine Erregerenergie liefern.
Außerdem
erlaubt ein erfindungsgemäßer Stromwandler die
sehr genaue Detektion von Wechsel- und Gleichströmen mit sehr kleiner Amplitude
von beispielsweise einigen Milliampere. Der Magnetkreis des Stromwandlers
weist vorteilhaft einen rechteckige Magnetisierungskennlinie mit
einer kleinen Koerzitivfeldstärke,
geringen Frequenzverlusten und hoher thermischer Stabilität auf.
-
Das
Blockschaltbild in 3 zeigt eine Differenzstromschutzeinrichtung
mit einer Stromversorgungsschaltung 8, die eine Erregerschaltung 9 speist,
die dazu dient, eine Wicklung 3 eines Überwachungswandlers 1 mit
einem Erregersignal Ie zu beaufschlagen. Aufgrund der besonderen
magnetischen Eigenschaften des Magnetkreises 2 des Stromwandlers
ist die von der Erregerschaltung gelieferte Energie gering, und
die Stromversorgungsschaltung kann eine kleine Baugröße aufweisen.
Die Schaltung 9 injiziert vorzugsweise ein Erregersignal in
Form eines Dreiecksstroms in die Wicklung 3. Der Scheitelwert
des auf die Wicklung gegebenen Erregersignals ist kleiner als 3,5
Amperewindungen bei einem Ansprechwert des Differenzstromschutzes von
30 mA. Der Scheitelwert des Stroms kann beispielsweise weniger als
70 Milliampere bei einer Wicklung mit 50 Windungen betragen. Für andere Ansprechwerte
können
der Magnetkreis und die Erregung andere Kennwerte aufweisen. Die
zur Erregung gelieferte Energie kann dann unter 1 Watt betragen.
-
Ein
Sättigungserfassungsglied 10 in
der Verarbeitungsschaltung 4 detektiert und verarbeitet
Signalspitzen, die ein Überschreiten
der Sättigung
des Magnetkreises abbilden. Das Erfassungsglied 10 bestimmt
die Zeitintervalle zwischen den Spitzen und liefert z.B. ein Rechtecksignal,
dessen Periodenverhältnis
von den Zeitpunkten des Auftretens der Spitzen oder des Uberschreitens
von Sättigungsknicks des
Magnetkreises in einer ersten Richtung und anschließend in
einer entgegengesetzten zweiten Richtung abhängt. Das vom Erfassungsglied 10 gelieferte Signal
wird dem Eingang eines Integrierglieds 11 zugeführt. Am
Ausgang des Integrierglieds wird ein Filterglied mit einem Integriersignal
beaufschlagt und liefert ein gefiltertes Signal an ein Vergleichsglied 13. Das
gefilterte Signal wird anschließend
mit einem Referenz-Schwellwert verglichen. Wird der genannte Schwellwert überschritten,
steuert das Vergleichsglied 13 das Auslöserelais 16 an.
-
Die 4A bis 4D zeigen
Signale einer Differenzstromschutzeinrichtung, die einen Stromwandler
gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung umfasst. In 4A ist
eine Kurve dargestellt, die das Auftreten eines Differenzfehlerstroms
Id zu einem Zeitpunkt t1 zeigt. In 4B ist
eine Kurve 15 dargestellt, die eine durch den Erregerstrom
der Wicklung Ie und durch den Differenzfehlerstrom erzeugte magnetische
Feldstärke
H zeigt. Die Grenzwerte 16 und 17 zeigen das Überschreiten
eines Sättigungsknicks des
Magnetkreises. Die Frequenz der Dreieckssignale ist vorzugsweise
sehr viel größer als
die Frequenz eines zu schützenden
Netzes und entspricht z.B. einer Erregerfrequenz von 300 Hz bis
zu einigen kHz. Die in 4C dargestellte Kurve 18 zeigt
Signalspitzen, die das Überschreiten
der Sättigungsinduktion abbilden.
Solche Spitzen können
von einem Sättigungserfassungsglied 10 erkannt
und verarbeitet werden. 4D zeigt
durch die Spitzen 18 ausgelöste Rechtecksignale. Damit
die Anordnung bei diesen Frequenzen gut arbeitet, ist die Magnetisierungskennlinie
zur Erzeugung einer scharfen Änderung des
magnetischen Zustands annähernd
rechteckig und die magnetische Feldstärke bei Nullinduktion ist sehr
klein.
-
Liegen
vor dem Zeitpunkt t1 keine Fehlerströme vor, werden die Sättigungsschwellwerte
in regelmäßigen Zeitabständen überschritten.
Dadurch treten auch die Spitzen in regelmäßigen Abständen auf, und das Rechtecksignal 19 weist
einen Periode auf, in der die positiven und negativen Kurvenabschnitte
annähernd
von gleicher Dauer sind. Ab dem Zeitpunkt t1 verschiebt ein in Kurve 14 dargestellter Fehlerstrom
Id die durch die Erregung der Wicklung 3 mit einem Dreiecksstrom
erzeugte magnetische Feldstärke.
Diese Verschiebung wirkt sich auf die Überschreitung der Sättigungsinduktion
aus, wodurch die Impulse zeitlich verschoben werden. Durch das Verschieben
der Impulse wird ein Rechtecksignal mit positiven und negativen
Abschnitten ungleicher Dauer erzeugt, die vom Wert des Differenzfehlerstroms
abhängen.
Diese ungleichen Dauern sind im Bereich 20 der Kurve 19 nach
dem Zeitpunkt t1 dargestellt.
-
Um
die Leistung der Stromversorgung verringern zu können, wird der Magnetkreis
beispielsweise aus einem nanokristallinen oder einem amorphen Magnetwerkstoff
gefertigt, dessen statische Kennwerte so ausgelegt sind, dass er
eine annähernd
rechteckige Magnetisierungskennlinie und eine Koerzitivfeldstärke von
unter 3 A/m aufweist.
-
5 zeigt
die Magnetisierungskennlinie eines Differenzstromüberwachungswandlers
gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung. Eine Magnetisierungskennlinie 21 ist
im statischen Betrieb oder bei niedriger Frequenz so ausgebildet,
dass die Koerzitivfeldstärke
Hc, mit der die magnetische Induktion auf 0 Tesla gebracht werden
kann, unter 3 Ampere pro Meter (A/m) liegt und vorzugsweise 1,5
A/m beträgt.
Die magnetische Induktion bei Feldstärke null Bh0 und die magnetische
Induktion Bsat bei Sättigung
des Magnetkreises sind vorzugsweise größer als 1 Tesla. Die Rechteckkurve
weist vorzugsweise scharfe Knicke auf. Die Rechteckeigenschaften
der Kennlinie können
vorzugsweise so ausgebildet sein, dass das Verhältnis der Remanenz bzw. der
magnetischen Induktion bei Feldstärke null und der Sättigungsinduktion
Bsat bei einer Frequenz von 50 Hz größer als 95% ist. Bei einer
Kennlinie 22 mit einer Frequenz von 300 Hz beträgt die Feldstärke bei
der magnetischen Induktion null 11 A/m, und die magnetische Induktion
bei Feldstärke
null ist größer als
1,2 Tesla.
-
Das
Verhältnis
zwischen der Änderung
der magnetischen Feldstärke
und der Änderung
der magnetischen Induktion (ΔB/ΔH) ist größer als
200%. Dieses Verhältnis
wird insbesondere nach dem CCFR-Verfahren (Constant Current Flux
Reset) gemäß der US-Norm
ASTM A598 bestimmt.
-
6 zeigt
Magnetisierungskennlinien im statischen bzw. quasi-statischen Betrieb
im Vergleich, wobei eine Kennlinie 23 eines Überwachungswandlers
nach einer Ausgestaltung der Erfindung und Magnetisierungskennlinien 24, 25 von Messwandlern
nach dem bisherigen Stand der Technik dargestellt sind. Die Kennlinie 23 weist
eine Rechteckform mit einer kleinen Koerzitivfeldstärke von
unter 3 A/m und einer Remanenz von über 1 Tesla auf, um die Erregungsenergie
des Magnetkreises zu verringern. Die Kennlinie 24 weist
ebenfalls eine Rechteckform, jedoch eine hohe Koerzitivfeldstärke von
etwa 10 A/m auf. In diesem Fall ist zur Messung eines Differenzfehlerstroms
eine hohe Erregungsenergie erforderlich. Bei der Kennlinie 25 ist
die Koerzitivfeldstärke
geringfügig
kleiner, die abgerundete Form der Kennlinie erlaubt jedoch keine
korrekte Anwendung des Erregungsprinzips zur Messung eines Fehlerstroms.
Die Kennlinie 23 entspricht einem Magnetwerkstoff zur Messung
von Wechselströmen
mit Eigenstromversorgung und niedriger Frequenz. Eine solche Kennlinie 25 ist
für Erregungseinrichtungen nur
schwer einsetzbar.
-
In 7 ist
eine Kennlinie 26 dargestellt, die den Verlauf der magnetischen
Induktion eines Überwachungswandlers
für eine
Differenzstromschutzeinrichtung nach einer Ausgestaltung der Erfindung zeigt,
wobei diese Charakteristik für
300 Hz nach dem CCFR-Verfahren bestimmt wurde. In dieser Kennlinie
beträgt
die Änderung
der magnetischen Induktion in einem Kurvenabschnitt 27 bei
einer Feldstärke
von unter 3 A/m mehr als 2 Tesla. In einem Kurvenabschnitt, in dem
die Feldstärke über 2,4
A/m liegt, beträgt
die Induktionsänderung
beispielsweise mehr als 2,5 Tesla.
-
Ein
Magnetkreis eines Wandlers nach einer Ausgestaltung der Erfindung
hat eine hohe Frequenz-Ansprechempfindlichkeit. Bei einer Frequenz von
3 kHz hat der Magnetkreis des Stromwandlers beispielsweise eine
magnetische Feldstärke
von unter 20 Ampere pro Meter (20 A/m) bei einer magnetischen Induktion
von null.
-
8 zeigt
Vergleichskennlinien, aus denen die Unterschiede zwischen Magnetkreisen
nach dem bisherigen Stand der Technik und einem Magnetkreis nach
einer Ausgestaltung der Erfindung hervorgehen. Die Kennlinien 28 und 29 zeigen
die Änderung der
magnetischen Induktion in Abhängigkeit
von der magnetischen Feldstärke
bei 50 Hz bzw. 400 Hz und einem Material für den Wandler, das einen Magnetisierungsverlauf
gemäß der Kennlinie 24 aus 6 aufweist.
Der hohe Wert der Änderung
der magnetischen Induktion zeigt eine annähernd rechteckige Kennlinie,
allerdings für
sehr hohe Feldstärkewerte. Ein
solcher Magnetwerkstoff hat eine sehr hohe Koerzitivfeldstärke bzw.
Feldstärke
bei magnetischer Induktion null, was einer hohen Erregungsenergieaufnahme
entspricht. Die Kennlinien 30 und 31 zeigen die Änderung
der magnetischen Induktion in Abhängigkeit von der magnetischen
Feldstärke
bei 50 Hz bzw. 400 Hz und für
ein Wandlermaterial, das eine Magnetisierungscharakteristik gemäß der Kennlinie 25 aus 6 aufweist.
Die Feldstärke
ist zwar klein, aber die geringe Induktionsänderung erlaubt keine einfache
und genaue Detektion eines Differenzfehlerstroms durch eine Erregungseinrichtung.
Die Kennlinien 32 und 33 zeigen Änderungen
der magnetischen Induktion in Abhängigkeit von der magnetischen
Feldstärke
bei 50 Hz bzw. 400 Hz und einem Magnetkreis eines Wandlers nach
einer Ausgestaltung der Erfindung. Ein solcher Wandler vereint die Eigenschaften
eines rechteckigen Kennlinienverlaufs und einer kleinen Koerzitivfeldstärke bzw.
Feldstärke bei
magnetischer Induktion null.
-
Ein
Magnetkreiswerkstoff nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann
als nanokristalliner oder amorpher Werkstoff ausgebildet sein. Vorzugsweise kann
der Werkstoff auch aus einer weichmagnetischen Eisenlegierung bestehen,
deren Gefüge
zur mehr als 50% aus Feinkristallkörnern einer Korngröße von unter
100 nm besteht. Der Magnetkreis des Überwachungswandlers wird vorzugsweise
durch Wärmebehandlung
bei einigen hundert Grad Celsius in einem Magnetfeld eines, aus
einem aufgerollten Band bestehenden Rings hergestellt.
-
Zur
Verringerung der Frequenzverluste aufgrund von Wirbelströmen wird
der Magnetkreis aus einem Band eines Magnetwerkstoffs mit einer
Dicke von < 30 μm hergestellt.
-
9 zeigt
einen Überwachungsstromwandler
mit einem Tragkörper 40 zur
Aufnahme des Magnetwerkstoffs. Der Magnetwerkstoff ist beispielsweise
in Bändern
um den Tragkörper 40 gewickelt, wobei
der Bandwickel einen Magnetkreis 2 mit einer Dicke 41 von
unter einem Millimeter (mm) bildet. Die Dicke des gewickelten Magnetkreises
beträgt
vorzugsweise 0,5 mm. Der Tragkörper 40 besteht
vorzugsweise aus unmagnetischem Material. Er verleiht dem Magnetkreis
selbst bei einer kleinen Menge des Magnetkreiswerkstoffs eine gute
mechanische Festigkeit.
-
Der
Magnetkreis kann auch vorteilhaft aus einer oder mehreren Ringscheiben
eines Magnetwerkstoffs gemäß der vorausgehenden
Beschreibung bestehen. Diese Scheiben können insbesondere durch Stanzen
oder Ausschneiden hergestellt werden.
-
Die
oben beschriebene Einrichtung ist ein Ausführungsbeispiel. Zur Anwendung
der Erfindung ist auch ein anderer Aufbau der Einrichtung denkbar.
-
Die
Ausgestaltungen des oben beschriebenen Überwachungswandlers sind vorzugsweise
Ausgestaltungen. Es können
jedoch auch andere Ausgestaltungsvarianten des Wandlers geeignet
sein.