CN100358205C - 交直流敏感的故障电流保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及交直流敏感故障电流保护装置，具有用于交流故障电流和脉动的直流故障电流的第一传感器装置(1)，用于平滑的直流故障电流、交流故障电流和脉动的直流故障电流的第二传感器装置(2)和总电流变换器(8)。该第一传感器装置(1)和第二传感器装置(2)并联地连接到触发装置(6)的控制导线(4)，总电流变换器的绕组(10)与第一传感器装置或第二传感器装置连接，并通过测量电阻(13)引至参考电位。去耦合装置(11)优选实施为独立于电网电压的去耦合滤波器。该故障电流保护装置简化了结构，体积更小，满足对交流故障电流、脉动直流故障电流和平滑直流故障电流所要求的触发故障电流和触发时间边界值的相应规范。

Description

交直流敏感的故障电流保护装置
技术领域
本发明涉及一种交直流敏感的故障电流保护装置，其具有一个独立于电网电压的第一传感器装置和一个依赖于电网电压的第二传感器装置。
背景技术
人们将保护开关区分为独立于电网电压的故障电流保护开关(FI保护开关)和依赖于电网电压的差分电流保护开关(DI保护开关)。这两种保护开关分别具有一个总电流变换器，通过该变换器引入待监视的电网的导线。两种总电流变换器分别具有一个带有绕组的磁芯，在该绕组上连接有传感器装置，该传感器装置又与一个触发装置连接。如果在电网中出现不允许的故障电流，则其由相关的传感器装置的总电流变换器采集。通过触发装置将电网的导线分离。
通过将一个脉冲电流敏感的FI保护开关与一个直流敏感的DI保护开关相组合，得到一种所谓的交直流敏感的故障电流保护装置，该装置在所有供电电压的情况下都能保证保护功能。一种这样的故障电流保护装置例如由DE 19735412A1公开。
公知的交直流敏感的故障电流保护装置用在电气设备中对人员和设备进行保护。
人们将故障电流区分为平滑的直流故障电流、脉动的直流故障电流以及交流故障电流。
在出现脉动的直流故障电流或者交流故障电流时，在所涉及的总电流变换器的绕组中感应一电压，该电压通过相关的传感器装置进行分析。为了采集两种电流类型还可以采用磁性感应(脉动电流敏感的采集原理)。
在出现平滑的直流故障电流时不能应用这种测量原理，因为通过所涉及的总电流变换器的绕组的磁通量不改变，因此感应不出电压。因此，为了采集平滑的直流故障电流按照一种不同的原理进行，即对总电流变换器的绕组施加交流电压，以便使总电流变换器的磁芯交变地磁化。也就是通过交变电压控制总电流变换器的磁芯。如果此时出现直流故障电流，则磁芯的磁化发生偏移，这最终会由分析单元采集到(直流电流敏感的采集原理)。
为了采集平滑的直流故障电流和脉动的直流故障电流以及交流故障电流，在交直流敏感的故障电流保护装置中按照DE 19735412A1以分离的总电流变换器采用上述两种不同的采集原理。在由DE 19735412A1公开的故障电流保护装置中，脉动电流敏感的采集是独立于电网电压实现的，而直流电流敏感的采集是依赖于电网电压实现的。
在公知的故障电流保护装置中，第一传感器装置和第二传感器装置分别通过一个各自的总电流变换器始终平行地监视电网，并在一个触发装置上平行地工作。
为了避免第一传感器装置对第二传感器装置的触发行为的反作用，在引入触发装置的控制导线中连接一个第一去耦合装置。
按照DE 19735412A1，在交直流敏感的故障电流保护装置中触发时间和触发电流不相互影响，从而在这两种故障电流触发电路的组合中，对于单个故障电流触发电路的特征数据(即，其各自所属故障电流类型的额定故障电流和触发时间延迟)在组合中保持不变。由此，所要求的触发故障电流和触发时间的边界值，可以在交流故障电流、脉动的直流故障电流和平滑的直流故障电流的条件下保持遵守相应的规范(VDE，VE，EN，IEC)。
不过，公知的故障电流保护装置由于其构造(两个总电流变换器，直到两个去耦合装置)而具有相对大的构造体积，并因此而具有相应的功率损耗以及相应的热辐射。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种本文开始部分所述类型的故障电流保护装置，其构造更简单并具有更小的结构尺寸。
根据本发明，上述技术问题是通过一种交直流敏感的故障电流保护装置解决的。该故障电流保护装置具有一个独立于电网电压的第一传感器装置，用于交流故障电流和脉动的直流故障电流，和一个依赖于电网电压的第二传感器装置，用于平滑的直流故障电流、交流故障电流和脉动的直流故障电流，其中，该第一传感器装置和第二传感器装置相互并联地连接到一个触发装置的控制导线。本发明的故障电流保护装置还具有一个总电流变换器，其绕组构成为第一传感器装置的次级绕组和第二传感器装置的控制绕组，其中，该绕组通过一个去耦合装置与第一传感器装置连接或者与第二传感器装置连接，并通过一个测量电阻引至参考电位。
代之以两个总电流变换器，本发明的故障电流保护装置具有一个共同的总电流变换器，用于第一传感器装置和第二传感器装置。由此，与公知的故障电流保护装置相比节省了一个总电流变换器。
由于去耦合装置的作用，不会出现第一传感器装置(独立于电网电压的FI采集)和第二传感器装置(依赖于电网电压的DI采集)的相互影响。由此，可以将两个传感器装置分别单独地对待并根据要求确定尺寸。
尽管简化了结构，但由此通过本发明的故障电流保护装置仍能遵守对交流故障电流、脉动的直流故障电流和平滑的直流故障电流所要求的触发故障电流和触发时间边界值的相应规范(VDE，VE，EN，IEC)。
按照本发明的一个优选结构，将去耦合装置实现为独立于电网电压的去耦合滤波器，该滤波器就其截止特性而言，调谐在通过总电流变换器的绕组流动的控制电流的频率上。这里特别优选的是，将去耦合滤波器实现为无源低通滤波器，其截止频率调谐在通过绕组流动的控制电流的频率上。优选地，该截止频率明显高于电网频率。这种实施方式的特点表现在，简单的构造结构和高的可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明，其中，
图1示出了按照本发明的交直流敏感的故障电流保护装置的一种实施方式。
具体实施方式
图1示出了按照本发明的交直流敏感的故障电流保护装置的一种实施方式，该故障电流保护装置包括：一个独立于电网电压的第一传感器装置1，以及一个依赖于电网电压的第二传感器装置2，该第二传感器装置由电网部分3提供电压。第一传感器装置设置用于采集交流故障电流和脉动的直流故障电流。第二传感器装置用于采集平滑的直流故障电流，并可选地用于采集交流故障电流和脉动的直流故障电流。
在所示出的实施方式中，第一传感器装置1和第二传感器装置2相互并联地连接到触发装置6的继电器5的控制导线4。该继电器5作用于属于触发装置6的开关机构7。
故障电流保护装置还具有一个总电流变换器，用来监视具有外导线L1，L2，L3和零线N的多相位电网。总电流变换器8具有承载绕组10的磁芯9。该绕组10构成为第一传感器装置1的次级绕组。在此，初级绕组由外导线L1，L2，L3和零线N构成。绕组10还构成为第二传感器装置2的控制绕组。
为了可靠地避免两个传感器装置1和2的相互影响，在绕组10和第一传感器装置1之间连接了一个去耦合装置11。
此外，总电流变换器8的绕组10被引至交流电压源20，总电流变换器8的绕组10还通过测量电阻13被引至参考电位。
在示出的实施方式中将去耦合装置11实施为独立于电网电压的滤波器。
该独立于电网电压的滤波器11就其截止特性而言，调谐在通过总电流变换器8的绕组10流动的控制电流的频率上。在此，特别优选的是，去耦合装置11实施为无源低通滤波器，其截止频率调谐在通过绕组10流动的控制电流的频率上。优选地，该无源低通滤波器11的截止频率明显高于电网频率。在电网频率为50Hz时，低通滤波器11的截止频率例如为1000Hz。由此，低通滤波器11在1000Hz截止，从而使由交流电源20产生的电流仅能通过总电流变换器8流动。
在示出的实施方式中，交直流敏感的故障电流保护装置的依赖于电网电压的部分(DI部分)包括：交流电源20，总电流变换器8，测量电阻13，依赖于电网电压的第二传感器装置2和触发装置6。交直流敏感的故障电流保护装置的依赖于电网电压的部分按照公知的、控制感应的原理工作。
总电流变换器8的绕组10和测量电阻13的串联电路由交流电源20供电，其频率(例如1000Hz)显著地高于电网频率(例如50Hz)。去耦合滤波器11(无源低通滤波器)在1000Hz截止，从而由交流电源20产生的电流仅能通过总电流变换器8的绕组10流动。
在所示实施方式中，交直流敏感的故障电流保护装置的独立于电网电压的部分包括：总电流变换器8，独立于电网电压的第一传感器装置1和触发装置6。
在总电流变换器8中由交流故障电流和脉动的直流故障电流感应的低频率电压(电网频率或者谐波)，通过去耦合滤波器11(无源低通滤波器)到达独立于电网电压的第一传感器装置1。
由于去耦合装置11的作用，不会出现第一传感器装置1(独立于电网电压的FI采集)和第二传感器装置2(依赖于电网电压的DI采集)的相互影响。由此，可以将两个传感器装置1和2分别单独地对待并根据要求确定尺寸。
此外，将在测量电阻13上的电压降在第二传感器装置2中进行分析。在存在一个触发标准时，该第二传感器装置2作用于触发装置6的继电器5，由此断开开关机构7。通过对测量电阻13上电压降的分析，第二传感器装置2不仅可以采集平滑的直流故障电流，而且还可以采集交流故障电流和脉动的直流故障电流。
但这并不是必须的，因为两个传感器装置总是同时起作用，由此对脉动的直流故障电流和交流故障电流的采集可通过第一传感器装置1实现。
第二传感器装置2的对于交直流敏感的设置，为对脉动电流敏感的第一传感器装置1的冗余。

Claims (5)

1.一种交直流敏感的故障电流保护装置，其具有：
一个独立于电网电压的第一传感器装置(1)，用于采集交流故障电流和脉动的直流故障电流，和
一个依赖于电网电压的第二传感器装置(2)，用于采集平滑的直流故障电流、交流故障电流和脉动的直流故障电流，
其中，所述第一传感器装置(1)和第二传感器装置(2)相互并联地连接到一个触发装置(6)的控制导线(4)；以及
一个总电流变换器(8)，其绕组(10)构成为所述第一传感器装置(1)的次级绕组和所述第二传感器装置(2)的控制绕组，
其中，在所述绕组(10)和第一传感器装置(1)之间连接一个去耦合装置(11)，以及
所述绕组(10)通过测量电阻(13)被连接到参考电位。
2.根据权利要求1所述的故障电流保护装置，其中，
所述去耦合装置(11)被实现为独立于电网电压的去耦合滤波器，该滤波器就其截止特性而言，调谐到通过所述总电流变换器(8)的绕组(10)流动的控制电流的频率上，以及其中
所述绕组(10)被连接到交流电压源(20)。
3.根据权利要求2所述的故障电流保护装置，其中，
所述去耦合装置(11)被实现为无源低通滤波器。
4.根据利要求3所述的故障电流保护装置，其中，
所述低通滤波器(11)的截止频率明显高于电网频率。
5.根据权利要求1所述的故障电流保护装置，其中，
所述总电流变换器(8)的绕组(10)由两个分离的绕组组成，其中，一个绕组用于所述第一传感器装置(1)，另一个绕组用于所述第二传感器装置(2)。
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