CN103208775B - 用于探测故障电流的保护开关装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

保护开关装置应提供提高的防护。因此提供了一种用于探测故障电流的保护开关装置，其具有第一电源线（L）、第二电源线（N）和保护导线（PE），其中第一电源线（L）连接有第一开关（2），第二电源线（N）连接有第二开关（3），保护导线（PE）连接有第三开关（5）。此外，保护开关装置具有检测设备，用于检测三条导线的系统中的故障电流，和用于生成相应的检测信号。此外，它拥有控制设备，用于取决于检测信号对第一、第二和第三开关进行控制，其中，只有当在断开的第一开关（2）的情况下和在断开的第二开关（3）的情况下检测到故障电流时，才断开第三开关（5）。

Description

用于探测故障电流的保护开关装置和控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于探测故障电流的保护开关装置，具有第一电源线、第二电源线和保护导线，其中该第一电源线连接有第一开关，该第二电源线连接有第二开关，该保护导线连接有第三开关。除此之外，保护开关装置拥有一个检测设备，用于检测三条导线的系统中的故障电流，和用于生成相应的检测信号。此外，在保护开关装置中含有一个用于取决于检测信号来对第一、第二和第三开关进行控制的控制设备。除此之外，本发明涉及一种用于控制这样的保护开关装置的方法。

背景技术

保护开关装置，例如故障电流保护开关，用来在出现故障电流时中断电路。因此例如在具有相线、零线和保护导线的三芯的系统中，如果在保护导线中探测到故障电流，则分离三芯的导线系统，或断开相应的开关。尤其是在这种情况下接通保护导线PE（保护接地）。

具有接通的PE的设备的目标是创立以下的可能性：在危险的情况下（例如由于插座中的错误的接线而L电位在PE线路上）将系统关断，或首先根本不接通。因此避免了L电位位于负载的金属机壳（例如电动车辆的车身）上。也就是在触及金属机壳时，于是存在着电击的危险。

以下以作为负载的电动车辆的实施例示出了若干问题说明。此时尤其是可以发生车辆中的接地（Erdschluss），或经过人员和车辆的接地。

在以下的实施例中，经过故障电流保护开关和插座使电动汽车充电。此时可以发生车辆中的接地，其中，故障电流例如从相线流入保护导线中。在经过车辆和人员的接地情况下，故障电流从相线或零线经过车辆和人员向地线流出。

因此可能出现以下的故障情况，其中，始终接通保护导线：

1.单个故障

a）接机壳（在车辆中；例如相线L在PE上）；没有触及时也发生全相（allpolig）的关断，车辆由此变成无电压的。

b）经过车辆和人员的工作漏电流（相对于车身的电容）；例如发生了在7.5mA之下的故障电流保护开关的触发（RCD）；车身获得PE电位，并且在触及时没有机壳电流在流动。

c）L电位在PE线路上（错误连接L-N-L）；在故障电流下发生全相的关断，车身由此出于无电压状态，并且最重要的是保护导线PE接通。

2.双故障

2.1第一故障：PE接点没有闭合

a）作为第二故障产生了接机壳（在车辆中；例如L在PE上）；没有发生直接的反应，并且不存在经过PE的故障保护，但是在直接触及时有保护。

b）第二故障：经过车辆和人员的工作漏电流（相对于车身的电容）；关断是不必要的，因为差动电流太小；例如经过电容的机壳电流＜3.5mA（由于对地的微小的接通的电位差，电流的穿过是没有危险的）。

c）第二故障：L电位在PE线路上（错误连接L-N-L）；在故障电流下发生了全相的关断，以至于车身保持无电压的；此时又重要的是将保护导线PE接通。

2.2第一故障：L接点焊合

a）第二故障：接机壳（在车辆中；例如L在PE上）；发生了试图全相地关断，但是L保持闭合；因此保持了施加电压，并且在触及时存在着危险。

b）第二故障：经过车辆和人员的工作漏电流（相对于车身的电容）；关断是不必要的，因为太小的差动电流占据主导地位；例如车身位于PE电位上，并且在触及时没有导致机壳电流。

c）第二故障：L电位在PE线路上（错误连接，例如L-N-L）；在故障电流时发生了试图全相地关断，但是L保持闭合；车身在这里是无电压的，并且很重要的是将PE接通。

以下借助附图1来阐述符合类型的保护开关装置（这里是故障电流保护开关）的原理性的构造。三芯的电源系统拥有一条相线L、一条零线N和一条保护导线PE。将两个电源线L和N引导通过变压器1的环状铁芯。将第一电源线，即相线L，随后引向第一开关2。必要时将开关的第二接点引向没有示出的负载。

除此之外，将第二电源线，即零线N，穿过变压器1的环状铁芯引向第二开关3。可将第二开关3的其它的接点同样引向负载。

在初级绕组中，将保护导线PE在这里围绕变压器1的铁芯进行缠绕，并且引向第三开关5。同样可将第三开关5的第二接点引向负载。

将故障电流信号，经过同样围绕变压器6的环状铁芯缠绕的次级线圈6，引向信号制备单元7。连接在其上的放大器8放大了分析处理电子设备9的信号。分析处理电子设备9在它一侧取以决于故障电流信号的方式分别提供第一开关2的、第二开关3的和第三开关5的开关信号。可将专门布置在导线L，N和PE上的变压器1，与信号制备单元7和放大器8一起，看作为故障电流的检测设备。与此相对应地，放大器8的输出信号会是一种提供给在这里是控制设备的分析处理电子设备9来使用的检测信号，以控制三个开关2，3和5。

然而由于接通的保护导线PE，产生了可能的故障情况，在这些故障情况下（回到电动车辆充电的以上的实施例上来）在触及车身时出现了对地的漏电流，但是这些漏电流通常是没有危险的，因为它们小于3.5mA。但是可以感觉到这些电流，并且有时也是令人不愉快的。因此使这样的漏电流也远离负载是值得期待的。

发明内容

本发明的技术问题因此在于：提供一种保护开关装置，利用该保护开关装置例如在电动车辆充电时可以改善人员的保护。除此之外，还应提供一种保护开关装置的相应的控制方法。

根据本发明通过用于探测故障电流的保护开关装置来解决该技术问题，该保护开关装置具有：

-第一开关，用于将第一电源线连接到负载，

-第二开关，用于将第二电源线连接到所述负载，

-第三开关，用于将保护导线连接到所述负载，

-一个检测设备，用于检测在三条导线（第一电源线、第二电源线和保护导线）的系统中的故障电流，和用于生成相应的检测信号，以及

-一个控制设备，用于取决于检测信号来对第一、第二和第三开关进行控制，其中，

-该控制设备被构成使得：只有当在断开的第一开关的情况下和在断开的第二开关的情况下检测到故障电流时，才操纵第三开关断开。

除此之外，根据本发明还提供一种用于控制保护开关装置的方法，该保护开关装置具有第一电源线、第二电源线和保护导线，其中该第一电源线连接有第一开关连接，第二电源线连接有第二开关，保护导线连接有第三开关，通过：

-检测在三条导线（第一电源线、第二电源线和保护导线）的系统中的故障电流，并且生成相应的检测信号，以及

-取决于检测信号来对第一、第二和第三开关进行控制，其中，

-只有当在断开的第一开关的情况下和在断开的第二开关的情况下检测到故障电流时，才操纵第三开关断开。

因此以有利的方式如下来改进公知的保护开关装置使得：只有当在断开的第一开关的情况下（例如在相线L上），并且在断开的第二开关情况下（例如在零线N上），还仍然检测到故障电流时，控制设备才将在保护导线上的第三开关断开。因此可以立即排除保护导线PE位于L电位上的所谓的“危险PE”的情况。

优选可以用检测设备探测到故障电流的电流强度，并且如果电流强度超过了预先规定的阈值，则可以生成控制设备的相应的检测信号，用于断开第三开关。因此例如当故障电流的电流强度保持在7.5mA之下时，保护导线的第三开关可以保持闭合，使得例如电容决定的漏电流经过保护导线流出。因此可以使触及车身的人员抵御漏电流。

在一种实施形式中，检测设备具有带有环状铁芯的变压器，引导两个电源线穿过该环状的铁芯，并且往回方向引导保护导线。因此可以以通常的方式检测故障电流。

还可将保护开关装置构成用于：在出现或检测到故障电流之后的预先规定的持续时间内断开第三开关。这尤其对于高的故障电流是必要的，以便排除人员的危险。

可以专门如此设计预先规定的持续时间使得：在标准IEC60479-1中图20的范围AC3内发生第三开关的断开。由此可以以高的安全性来避免人员的健康的损害。

可以专门如此构成保护开关装置，使得当由检测设备不再检测到故障电流时，则直接闭合第三开关。由此将负载（例如车辆或该车辆的车身）尽可能快速地重新放到保护导线上，使得它变成无电位的。

上面列举的以保护开关装置的改进方案也可以有意义地改进本发明方法。

但是尤其是也可以用上述的保护开关装置来装备电气安装系统。

这样的电气安装系统，例如可以是楼宇电气安装系统，或者但也可以是电动车辆的充电站。

现在借助附图来详细阐述本发明。

附图说明

图1展示了具有可开关的保护导线的根据现有技术的故障电流保护开关；

图2展示了连接到根据附图1的故障电流保护开关上的失效的负载；

图3展示了具有电源线的断开的开关的附图2的电路；

图4展示了具有保护导线PE的附加地断开的开关的附图3的电路；

图5展示了相对于附图3的电路状态在消除了故障电流情况下不变的状态。

具体实施方式

以下详细描述的实施例是本发明的优选的实施形式。

借助附图2至5所阐述的实施例基于附图1的公知的电路装置。因此关于更详细的描述，请参阅附图1的阐述。

附图2中描绘了经过故障电流保护开关连接到（未示出）单相电网上的负载10的初始状态。闭合了三个开关2，3和5，使得负载10在电流上直接与第一电源线（这里与相线L），和与第二电源线（这里与零线N），以及与保护开关装置的保护导线PE相连接。在原来的初始状态下，负载10还没有失效，以至于保护开关装置（这里为故障电流保护开关）没有诱因通过分析处理电子设备9操纵地来断开它的开关2，3，5。

在开关2，3，5的闭合的状态下，现在出现了这里象征性地画在负载10中的故障11（请参阅开始时提及的故障情况）。在本实施例中，包括变压器1、信号制备单元7、放大器8的检测设备检测相应的故障电流，并且生成操纵开关2，3和5的控制设备（这里是分析处理电子设备9）的相应的检测信号。检测信号促使分析处理电子设备9，根据附图3将第一和第二电源线L，N与负载10分离开，其方式是断开第一开关2和第二开关3。保护导线PE暂时经过第三开关5与负载保持连接。也就是首先从以下的情况出发，在正确的接线时出现了在负载侧的故障。诸如保护导线位于L电位上（“危险的PE”）的情况的接线故障，应看作为比较罕见的故障情况。出于该原因，在这里实现接点的分级的关断，其方式是刚好首先断开电源线的开关，而保护导线的开关首先还保持闭合。于是在需要时也断开保护导线的第三开关5。为此从附图3的状态出发，继续监控故障电流。

如果尽管关断的L接点和N接点，亦即：断开的开关2和3，还继续探测到故障电流，那么也断开在保护导线PE上的第三开关5。于是也就是从以下的情况出发：存在着保护导线PE位于L电位上的故障情况“危险的PE”。这已在附图4中以图形方式示出。尤其是可以识别：现在断开了所有的开关2，3和5。但是如果在断开两个开关2和3之后，即在中断相线L和零线N之后，不再存在故障电流，则根据附图5开关5保持闭合，并且保护导线PE像所希望的那样位于地电位上。保护导线因此继续满足了它的预先规定的目的，并且例如防止出现开始时提及的故障情况2.1b）。

优选地在各自的产品标准的预先规定的关断时间之内，发生通过断开三个开关2，3和5的关断，亦即：全相的关断，或通过仅断开开关2和3的部分相的关断。但是在任何情况下，应最迟在标准IEC60479-1中图20的范围AC3内发生关断。

在附图1至5的实施例中分别描绘了具体的故障电流保护开关。但是也可将分级关断的本发明的原理，应用于探测故障电流的任意其它的保护开关装置上。除此之外，以上的实施例始终涉及具有保护导线的单相系统。但是本发明分级的关断也可以采用于任何的多相系统，尤其是三相系统。在三相系统中，于是例如用四个开关中断三条相线和零线。如果于是随后总是还流动着故障电流，那么再通过另一个开关来中断保护导线。

总之这里因此在出现故障时，不直接断开所有的接点，而是首先只断开电源线或电源线接点。在继续存在故障时才断开PE接点。该特性提供了提高的防护，因为只有在极不寻常的故障情况下才接通保护导线。为了进行关断，最好遵守相应的规定时间。

附图标记列表

L相线

N零线

PE保护导线

1变压器

2第一开关

3第二开关

5第三开关

6次级线圈

7信号制备单元

8放大器

9分析处理电子设备

10负载

11故障

Claims (10)

1.一种用于探测故障电流的保护开关装置，具有：

-第一开关（2），该第一开关（2）将第一电源线（L）连接到负载（10），

-第二开关（3），该第二开关（3）将第二电源线（N）连接到所述负载（10），

-第三开关（5），该第三开关（5）将保护导线（PE）连接到所述负载（10），

-检测设备（1，7，8），用于检测三条导线的系统中的故障电流，以及用于生成相应的检测信号，所述三条导线是：第一电源线（L）、第二电源线（N）和保护导线（PE），

-控制设备（9），用于取决于所述检测信号来对第一、第二和第三开关进行控制，

其特征在于，

-控制设备（9）被构成使得：只有当在断开的第一开关（2）的情况下和在断开的第二开关（3）的情况下检测到故障电流时，才操纵第三开关（5）断开。

2.按照权利要求1的保护开关装置，其中，利用检测设备（1，7，8）能够探测故障电流的电流强度，并且如果电流强度超过了预先规定的阈值，那么就能够生成控制设备（9）的相应的检测信号，以断开第三开关（5）。

3.按照权利要求1的保护开关装置，其中，检测设备具有环状铁芯的变压器，所述第一电源线（L）、所述第二电源线（N）和所述保护导线（PE）被引导穿过该环状铁芯。

4.按照以上权利要求1-3之一的保护开关装置，该保护开关装置被构成使得：在出现或检测到故障电流之后的预先规定的持续时间内断开第三开关（5）。

5.按照权利要求4的保护开关装置，其中，根据在标准IEC60479-1中图20的AC-3范围内所示的持续时间与故障电流的关系来设计用于断开第三开关（5）的所述预先规定的持续时间。

6.按照以上权利要求1-3之一的保护开关装置，如此构成该保护开关装置使得：当检测设备（1，7，8）不再检测到故障电流时，则直接闭合第三开关（5）。

7.一种电气安装系统，该电气安装系统具有按照以上权利要求1-6之一的保护开关装置。

8.一种用于控制保护开关装置的方法，该保护开关装置具有第一开关（2）、第二开关（3）和第三开关（5），其中所述第一开关（2）用于将第一电源线（L）连接到负载（10），所述第二开关（3）用于将第二电源线（N）连接到所述负载（10），所述第三开关（5）用于将保护导线（PE）连接到所述负载（10），所述方法包括：

-检测三条导线的系统中的故障电流，并生成相应的检测信号，其中所述三条导线是：第一电源线（L）、第二电源线（N）和保护导线（PE），以及

-取决于所述检测信号对第一、第二和第三开关进行控制，

其特征在于，

-只有当在断开的第一开关（2）的情况下以及在断开的第二开关（3）的情况下检测到故障电流时，才操纵第三开关（5）断开。

9.按照权利要求8的方法，其中，在出现或检测到故障电流之后的预先规定的持续时间内断开第三开关（5）。

10.按照权利要求8或9的方法，其中，当检测设备（1，7，8）不再检测到故障电流时，就直接闭合第三开关（5）。