CN105244855A - 具有纯电网电压相关的检测的故障电流保护设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有纯电网电压相关的检测的故障电流保护设备。应提供具有简单结构和高灵活性的交直流敏感的故障电流保护设备。对此提出，所述故障电流保护设备具有两个电网相关的检测电路（25，28），所述检测电路分别检测总和电流转换器（22）的总和电流。所述第二检测电路（28）被构造用于测量所述总和电流转换器（22）的次级线圈（24）处的阻抗并且根据测量结果操控所述触发装置（26）。因此，所述第二检测电路（28）能够实现DC识别，并且第一检测电路（25）优选被用于AC识别。

Description

具有纯电网电压相关的检测的故障电流保护设备

技术领域

本发明涉及一种用于监视电网的故障电流保护设备，所述故障电流保护设备具有壳体；所述壳体中的总和电流转换器，所述总和电流转换器用于提供所述电网的总和电流；第一检测电路，所述第一检测电路装入到所述壳体中，用于检测所述总和电流；以及触发装置，所述触发装置同样装入到所述壳体中并且由所述第一检测电路操控。

背景技术

故障电流（FI，Fehlerstrom）保护设备（也称作故障电流保护开关）在耗电器设备中用于人员保护和火灾防护。防接地故障电流或者技术上的漏电电流的故障电流保护开关（也称作RCD（ResidualCurrentDevice：剩余电流装置））是监视电回路以便探测和切断安装中的电故障（安装故障或者直接接触时的保护）的保护开关设备。

因为不同的故障电流（所有种类的直流电流和交流电流）应由故障电流保护开关检测，所以区分不同类型的故障电流保护开关。因此，类型AC的故障电流保护开关或者故障电流保护设备仅仅用于检测正弦形的交流故障电流。类型A的故障电流保护设备除了正弦形的交流故障电流之外也检测脉冲式的直流故障电流。此外，类型F的故障电流保护设备附加地检测由直至1kHz的频率的频率混合组成的故障电流。最后，类型B的故障电流保护设备除了检测类型F的故障电流形式之外也用于检测平滑的直流故障电流，也就是说，所述类型B的故障电流保护设备是交直流敏感的（allstromsensitiv）。直流故障电流的检测通常需要附加的总和电流转换器并且需要电子单元，所述电子单元需要单独的电流供应。因此，类型B的故障电流保护开关是电网电压相关的。

例如类型A或者F的、电网电压无关的故障电流保护开关具有根据图1的原理结构。电网电压无关的总和电流转换器1检测多个线路（例如三相系统中的相线L1、L2、L3和零线N）的总和电流，所述多个线路构成总和电流转换器1的初级侧2。典型的环形的芯在图1中用符号表示为线形的转换器芯3。总和电流转换器1的次级侧4通常由围绕环形的转换器芯3的线圈构成。次级侧4的输出信号代表总和电流并且输送给触发电路或者检测电路5。该触发电路或者检测电路大多通过扁平组件构成。检测电路5检测交流电流的振幅并且当交流电流振幅超过测定电流极限时产生触发信号。利用检测电路5的输出信号控制吸持磁体或者触发装置5。该触发装置6在触发情况下、也就是在过高的总和电流的情况下中断引导电流的电网线路。

类型B的传统的电网电压相关的故障电流保护开关的原理电路图在图2中被描述。该电路的具有第一总和电流转换器1、连接到该第一总和电流转换器的第一检测电路5以及触发装置6的上部部分相应于图1的结构。部件1至5也称作FI部分。

与该电网电压无关的FI部分并行地，类型B的故障电流保护开关具有电网电压相关的DI部分（差动电流）。该DI部分包括电网电压相关的总和电流转换器11，该电网电压相关的总和电流转换器具有初级侧12、总和电流转换器芯13和次级侧14。次级侧14利用脉冲激励，所述脉冲由未更详细示出的电子设备产生。对此，需要相应的电网电压供给。第二检测电路15在信号技术上连接到次级部分14，该第二检测电路典型地数字地实施。该第二检测电路用于从第二总和电流转换器11的信号中识别直流故障电流并且发送相应的触发信号给触发装置6。故障电流保护开关因此不仅能够识别交流故障电流而且能够识别直流故障电流并且照料（sorgenfür）相应的中断。

发明内容

本发明的任务在于，提供尽可能灵活和精确的故障电流保护设备。

根据本发明，所述任务通过用于监视电网的故障电流保护设备解决，所述故障电流保护设备具有：

-壳体，

-所述壳体中的总和电流转换器，所述总和电流转换器用于提供所述电网的总和电流，

-第一检测电路，所述第一检测电路装入到所述壳体中，用于检测所述总和电流，和

-触发装置，所述触发装置同样装入到所述壳体中并且由所述第一检测电路操控，其中，

-所述第一检测电路是电网电压相关的，

-装入到所述壳体中的电网电压相关的第二检测电路连接到所述总和电流转换器上，

-所述第一和第二检测电路能够由装入到所述壳体中的电源部分供给能量，

-所述第二检测电路被构造用于测量所述总和电流转换器的次级线圈处的阻抗并且根据测量结果操控所述触发装置。

因此有利地，根据本发明的故障电流保护设备具有两个单独的检测电路，所述检测电路分别是电网电压相关的。尤其所述检测电路中的一个适合于测量总和电流转换器的次级线圈的阻抗，由此产生用于直流电流检测的适合性。于是，第二检测电路必须仅仅还检测交流电流。通过由两部分组成以及相应的电网电压供给，产生提高的灵活性，这尤其是能被用于更高的精度。

在一个实施例中，第一检测电路仅仅被构造用于检测所述总和电流的交流电流分量。由此，可以放弃用于在该第一检测电路中的直流电流检测的昂贵的激励。因此可以选择第一检测电路的比较简单的结构。

所述第二检测电路可以被构造用于检测所述总和电流的直流电流分量和交流电流分量。由此已经得出一定的冗余，因为第一检测电路通常至少被设计用于交流电流检测。这样的冗余提高了故障电流保护设备的探测安全性。

替代地，所述第二检测电路也可以仅仅被构造用于检测所述总和电流的直流电流分量。如果第二检测电路仅仅被设计用于直流电流检测，则不需要用于高频交流电流分量检测的高的激励频率。相反地，对于纯直流电流检测而言，相对低的激励频率足够。因此能够在构造上简单地选择故障电流保护设备的结构。这尤其是当第二检测电路被设计用于数字信号处理时也是有利的。

优选地，所述第一检测电路部分模拟地来构造。这意味着，总和电流转换器的总和电流信号基本上模拟地被处理。于是，第一检测电路的控制例如可以与输出信号的提供一样数字地实现。

在另一个有利的扩展方案中，所述总和电流转换器是所述壳体中的唯一的总和电流转换器并且在所述壳体中布置有切换装置，所述切换装置被构造用于将所述两个检测电路交替地切换到所述总和电流转换器上。因此，尽管两个检测电路，但是可以提供单转换器解决方案，其不仅是节省空间的，而且是成本低的。

此外，所述故障电流保护设备可以具有状态显示器，利用所述状态显示器能够显示所述第二检测电路的测量结果的代表。状态显示器可以集成到故障电流保护设备的微处理器控制单元的显示器中。这样的状态显示器可以是简单的LED，但也可以是数字显示器等。利用所述状态显示器例如能够显示，第二检测电路是否已经导致故障电流保护设备的触发。尤其也能够显示，总和电流的哪个电流分量导致了触发。也即通常绝对有意义的是，在设备处能够区分，故障电流或者漏电电流是否已经导致触发。在此，"测量结果的代表"不仅可以是测量结果本身，而且例如可以是该测量结果的二进制表示或者基于该测量结果的其他信号。替代的状态显示器包括闪烁的发光装置或者测量结果的数值显示器。

此外，故障电流保护设备可以具有接口，利用所述接口能够将有关第二检测电路的测量结果的数据从壳体向外部传输。这具有以下优点：不仅能够记录测量数据，而且能够将测量数据用于进一步的数据分析处理。因此，也尤其能够影响设备的进一步控制。有益地，第一和第二检测电路由共同的微处理器控制。通过共同的数字控制装置能够简单地选择具有两个检测电路的故障电流保护设备的整体结构，所述两个检测电路中的一个也可以是模拟的。

所述第二检测电路可以被构造用于测量所述触发装置处的阻抗并且根据测量结果输出信号。这意味着，第二检测电路不仅可以用于监视总和电流转换器，而且可以用于监视触发装置。因此，不仅能够在总和电流转换器情况下而且能够在触发装置情况下通过简单的方式探测导线断裂。

为了进一步简化故障电流保护设备，第二检测电路的电源部分可以是单相的。利用如此简单的电源部分尤其能够减少多相故障电流保护设备的成本。于是如果同时也还使用简单的阈值功能用于直流电流识别，则可以提供非常成本低的故障电流保护设备，所述故障电流保护设备是交直流敏感的。

附图说明

现在根据附图更详细地阐述本发明，其中：

图1示出根据现有技术的具有交流电流检测的、电网电压无关的故障电流保护开关的原理电路图；

图2示出根据现有技术的具有直流电流检测与交流电流检测的、电网电压相关的故障电流保护开关的原理电路图；和

图3示出根据本发明的用于直流电流检测和交流电流检测的、具有纯电网电压相关的分量的故障电流保护设备的原理电路图。

下面更详细描绘的实施例是本发明的优选实施方式。在此应注意，所描绘的特征也可以以其他组合或也可以单独地使用，只要这在技术上是可能的并且未另作说明。

具体实施方式

在图3中示例性示出的故障电流保护设备具有壳体21，以下的电子部件装入到该壳体中。这里，唯一的总和电流转换器22尤其位于壳体21中。该总和电流转换器具有环形的转换器芯23，电流线路L1、L2、L3和N被引导穿过所述转换器芯。这些线路在此是具有相线L1、L2、L3以及零线N的三相系统。替代地，当然也可以涉及具有仅仅两个线路的单相系统或者涉及每种另外的多相系统。

电流线路L1、L2、L3和N是总和电流转换器22的初级侧。总和电流转换器的次级侧构成线圈24，该线圈在一侧围绕环形的芯23缠绕。总和电流转换器22构成电流线路L1、L2、L3和N中的电流的矢量总和并且在次级侧输出相应的总和量值。

在总和电流转换器的次级侧线圈24上耦合有电网电压相关的第一检测电路25，利用所述第一检测电路能够探测交流电流。因此，如果由线圈24提供的总和电流具有交流电流分量，则所述交流电流分量由该第一检测电路25检测。该第一检测电路25通常具有放大器和滤波器，以便处理交流电流分量。第一检测电路可以数字地构造，但是该第一检测电路优选模拟地构造。第一检测电路25在端部提供输出信号，该输出信号可选地还通过微处理器单元31进一步处理。但必要时第一检测电路25的输出信号已经是用于触发装置26的触发信号。在这种情况下，微处理器单元31用于控制第一检测电路25和/或用于协调该第一检测电路的输出信号。如果现在总的交流电流分量或者其频谱分量超过预给定的测定电流极限，则第一检测电路25必要时利用微处理器单元31产生上面提及的对应的用于触发装置26的触发信号。

触发装置26尤其可以具有吸持磁体，所述吸持磁体是继电器的一部分。这样的继电器于是通常被构造用于在触发情况下中断电流线路L1、L2、L3和N，如这在图3中示出的那样。

切换装置27能够实现：替代第一检测电路25地将第二检测电路28接到唯一的总和电流转换器22的次级侧线圈24上。第二检测电路28在此具有用于切换装置27的相应的操控部分。但该操控部分同样可以设置在第一检测电路25或者微处理器单元31中。此外，第二检测电路28具有用于激励用于直流电流检测的次级线圈24的电路部分。此外，第二检测电路28在此也具有放大器和滤波器以及A/D转换器用于信号处理。切换装置的任务也可以通过例如检测电路25中的匹配滤波器级完成。

第二检测电路28通常数字地实施并且由微处理器单元31控制。第二检测电路28的输出信号必要时也在微处理器单元31中被进一步处理，所述第二检测电路通常被设置用于直流电流检测。因此，微处理器单元31不仅可以基于第一检测电路25的输出信号而且可以基于第二检测电路28的输出信号生成用于触发装置26的触发信号。

因此，如第一检测电路25那样，第二检测电路28也是电网电压相关的。这意味着，对于两个检测电路25和28设置装入到壳体21中的电源部分29。该电源部分对第一检测电路25的电子设备和第二检测电路28的电子设备进行供电，但也对故障电流保护设备的其他信号处理部件进行供电，只要这是必要的。因此，由电源部分29可以例如对微处理器单元31或者例如接口30供以能量。

电源部分29在此从电流线路L1、L2、L3和N获得其能量。替代地，涉及单相的电源部分，该电源部分仅仅从一个唯一的相线截取能量。

第二检测电路28需要电源部分29的能量，以便为了直流电流检测而激励线圈24。在转换器磁体23由于总和电流中的高直流电流分量而饱和的情况下，线圈24的阻抗与激励频率无关。这对于第二检测电路而言是关于在总和电流中含有大的直流电流分量并且因此必须触发故障电流保护设备的标志。与此相应地，第二检测电路28与第一检测电路25无关地操控触发装置26。

可选的接口30用于故障电流保护设备与外界的数据交换。所述接口可以是线缆连接端或者无线接口（例如用于WLAN或者蓝牙）。通过该接口30可以提供有关两个检测电路25和28的测量的当前数据或者也提供简单的状态数据（例如触发信号“0”或者“1”）用于外部的进一步处理。这样的接口30也可以用于总线耦合。

对于接口替代地或附加地，可以在壳体23处设置状态显示器32。由此也可以显示两个检测电路25和28的状态。如果状态显示器例如是简单的LED，则可以考虑不同的闪烁模式用于故障电流的区分。

借助上述构造实现类型B的差动电流保护开关DI或者有源故障电流保护开关的结构，其具有仅仅一个唯一的转换器并且具有在AC部分（第一检测电路25）和DC部分（第二检测电路28）之间的机电的或者电子的切换单元。因此，这涉及用于完全利用微处理器控制的AC识别和DC识别的纯电网电压相关的版本。

因此，优选地存在AC部分和DC部分的分开的分析处理。DC部分有益地至少识别纯DC故障电流。在这种情况下，对于DC识别不需要微处理器单元的高的采样率或者高的激励频率。因此得出DC部分、也即第二检测电路28的成本低的、节省空间的结构。可选地，也可以利用DC部分识别总和电流中的交流电流分量，由此可以实现触发安全性方面的冗余的升高。

AC部分、也即第一检测电路25应至少识别总和电流中的频谱剩余部分。对于直至至少100kHz或更大的高频率的故障电流识别的实现至少在AC部分中应用模拟技术的情况下不是问题。因此，因为可以至少部分地使用模拟技术，所以能够实现故障电流保护设备的简单的和成本低的结构。因此，整体上故障电流保护开关可以利用FI的常用的电路技术、与有源电子设备、微处理器和运算放大器等成对地被实现。包括纯电网电压相关的解决方案在内的、AC部分和DC部分的通过微处理器单元的这样的完全的控制/监视负责最大的灵活性、精度和功能性（附加功能）。

参考标记列表

1总和电流转换器

2初级侧

3转换器芯

4次级侧

5检测电路

6触发装置

11总和电流转换器

12初级侧

13转换器芯

14次级侧

15检测电路

21壳体

22总和电流转换器

23转换器芯

24线圈

25检测电路

26触发装置

27切换装置

28检测电路

29电源部分

30接口

31微处理器单元

32状态显示器

L1、L2、L3相线

N零线。

Claims (10)

1.用于监视电网的故障电流保护设备，所述故障电流保护设备具有：

壳体（21），

所述壳体（21）中的总和电流转换器（22），所述总和电流转换器用于提供所述电网的总和电流，

第一检测电路（25），所述第一检测电路装入到所述壳体（21）中，用于检测所述总和电流，和

触发装置（26），所述触发装置同样装入到所述壳体（21）中并且由所述第一检测电路（25）操控，其特征在于，

所述第一检测电路（25）是电网电压相关的，

装入到所述壳体（21）中的电网电压相关的第二检测电路（28）连接到所述总和电流转换器（22）上，

所述第一检测电路和第二检测电路（28）能够由装入到所述壳体（21）中的电源部分供给能量，

所述第二检测电路（28）被构造用于测量所述总和电流转换器（22）的次级线圈（24）处的阻抗并且根据测量结果控制所述触发装置（26）。

2.根据权利要求1所述的故障电流保护设备，其中，所述第一检测电路（25）仅仅被构造用于检测所述总和电流的交流电流分量。

3.根据权利要求1或2所述的故障电流保护设备，其中，所述第二检测电路（28）被构造用于检测所述总和电流的直流电流分量和交流电流分量。

4.根据权利要求1或2所述的故障电流保护设备，其中，所述第二检测电路（28）仅仅被构造用于检测所述总和电流的直流电流分量。

5.根据以上权利要求中任一项所述的故障电流保护设备，其中，所述第一检测电路（25）部分模拟地构造。

6.根据以上权利要求中任一项所述的故障电流保护设备，其中，所述总和电流转换器是所述壳体中的唯一的总和电流转换器并且在所述壳体（21）中布置有切换装置（27），所述切换装置被构造用于将所述两个检测电路（25，28）交替地切换到所述总和电流转换器（22）上。

7.根据以上权利要求中任一项所述的故障电流保护设备，所述故障电流保护设备具有状态显示器，利用所述状态显示器能够显示所述第二检测电路（28）的测量结果的代表。

8.根据以上权利要求中任一项所述的故障电流保护设备，其中，所述第一和第二检测电路由共同的微处理器控制。

9.根据以上权利要求中任一项所述的故障电流保护设备，其中，所述第二检测电路（28）被构造用于测量所述触发装置（26）处的阻抗并且根据测量结果输出信号。

10.根据以上权利要求中任一项所述的故障电流保护设备，其中，所述检测电路（28）的电源部分是单相的。