CN105281290B - 故障电流保护设备、充电装置和检查故障电流保护装置的方法 - Google Patents

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Abstract

故障电流保护设备、充电装置和检查故障电流保护装置的方法。本发明涉及具有故障电流保护装置（2）和控制装置（6）的故障电流保护设备（1），该故障电流保护装置（2）具有磁芯（3）和分析线圈（4），该控制装置（6）具有用于检测流经分析线圈（4）的电流（iA）的检测单元（10），其中故障电流保护设备（1）具有通过磁芯（3）与分析线圈（4）感应地耦合的检验绕组（5）以及其中控制装置（6）具有用于将预定的检验电流（iP）注入到检验绕组（5）中的检验单元（8）。

Description

故障电流保护设备、充电装置和检查故障电流保护装置的 方法
技术领域
本发明涉及具有故障电流保护装置和控制装置的故障电流保护设备，该故障电流保护装置具有磁芯和分析线圈，该控制装置具有用于检测流经分析线圈的电流的检测单元。此外，本发明涉及用于机动车辆的电能存储器的充电装置，该充电装置具有故障电流保护设备。最后，本发明涉及用于检查故障电流保护装置的方法。
背景技术
故障电流保护装置从现有技术中是已知的。所述故障电流保护装置例如在电装备中被用于避免对地的故障电流以及因此阻止危及生命的电气事故。在此，与网络电压无关的被称为故障电流保护开关（FI）的故障电流保护装置是已知的。此外，与网络电压有关的被称为差电流保护开关（DI）的故障电流保护装置是已知的。
这种故障电流保护装置通常具有总电流变换器。该总电流变换器具有磁芯，尤其具有环形的磁芯，应该被检验故障电流的电导体被引导通过该磁芯。此外，总电流变换器具有放置在磁芯周围的触发线圈。如果出现故障电流，通过电导体的所有电流的总和不等于零。在此情况下，感应出电压到分析线圈中或者电流流经分析线圈。该电流可以用控制装置来检测并且可以操控相应的开关装置以用于电隔离电导体。为了功能检验，故障电流保护装置通常具有相应的检验按钮，在操纵该检验按钮的情况下具有大小被确定得合适的电阻的电导体与中性导体电连接。通过这种方式产生可以用控制装置检测的故障电流。利用检验按钮，可以执行对故障电流检验装置的例如每半年一次的检验。
故障电流保护装置也应用在用于机动车辆的电能存储器的充电装置的领域中。在电装备以及用于电动车辆的充电装置中可能出现危险的交流故障电流(AC故障电流)以及还有直流故障电流（DC故障电流）。于是，在电装备中需要使用交直流敏感的故障电流保护装置或B型故障电流保护开关。
截至目前，在充电装置领域中对故障电流保护装置的失效识别仅对于A型的差电流保护开关是已知的。这些故障电流保护装置可以检测正弦形交变电流以及脉冲直流故障电流。这种故障电流保护装置不取决于控制装置或微控制器装置地自给自足地运行。但是在此情况下，该监视仅限于AC自检信号。
发明内容
本发明的任务是阐明这样的解决方案：如何能更可靠地检测开头提到类型的故障电流保护装置中的失效。
该任务根据本发明通过一种故障电流保护设备、一种充电装置以及一种方法来解决。
根据本发明的故障电流保护设备包括故障电流保护装置和控制装置，所述故障电流保护装置具有磁芯和分析线圈，所述控制装置具有用于检测流经分析线圈的电流的检测单元。除此之外，故障电流保护设备具有通过磁芯与分析线圈感应地耦合的检验绕组。此外，控制装置具有用于将预定的检验电流注入到检验绕组中的检验单元。
根据本发明，因此可以通过将检验电流注入到检验绕组中来产生检验故障电流，利用该检验故障电流可以实现故障电流保护设备的内部的自检。故障电流保护装置包括总电流变换器，该总电流变换器包括例如环形的磁芯。要监视的电导体经过该磁芯。一方面可以将分析线圈缠绕在环形的磁芯周围，并且另一方面可以将检验绕组缠绕在环形的磁芯周围。如果利用检验单元将预定的检验电流或预定的检验电压注入到检验绕组中，则感应出检验故障电流到分析线圈中。该检验故障电流可以利用控制装置的检验单元来识别。因此可以执行故障电流保护装置的失效识别。
优选地，检验单元被设计为将预定的检验电流在预定的时间点注入到检验绕组中。检验单元尤其可以被设计为将预定的检验电流周期性地在预定的时间间隔内注入到检验绕组中。通过这种方式可以实现故障电流保护装置的全自动的自检。因此，不需要对故障电流保护装置进行人工检查，在所述人工检查的情况下例如按下相应的检验按钮。
在实施方式中，检验单元被设计为从预定的检验电流中将直流和/或脉冲直流注入到检验绕组中。通过这种方式可以检查：故障电流保护装置是否可靠地对DC故障电流作出反应。可替代地或附加地，可以检查：故障电流保护装置是否在脉冲DC故障电流的情况下可靠地触发。
此外，有利的是，检验装置被设计为将交变电流作为预定的检验电流注入到检验绕组中。通过这种方式可以检查：故障电流保护装置在AC故障电流的情况下是否可靠地触发。也可以规定：具有例如几KHz频率的高频交变电流被注入到检验绕组中。
在另一构型中，控制装置具有用于给控制装置供应电能的辅助电压源。换言之，故障电流保护装置被构造为所谓的差电流保护开关。该差电流保护开关可以用于与网络电压有关的设备。
此外，有利的是，故障电流保护设备具有用于电隔离至少一个电导体的开关装置。该开关装置也可以被称为触发单元或开关锁。如果识别了故障电流，该开关装置用于电隔离至少一个电导体。该开关装置可以包括例如晶体管或晶闸管的功率半导体。
在一个实施方式中，控制装置具有评估单元，该评估单元用于评估用检测单元检测的电流以及用于根据该评估来操控开关装置。在评估单元中，可以存放例如针对用检测单元检测的电流的电流强度的阈值。如果超出了该阈值，可以用评估单元将相应的控制信号输出到开关装置。因此，故障电流保护设备可以被可靠地运行。
在另一个实施方式中，控制装置包括用于滤波和/或放大流经分析线圈的电流的处理单元。处理单元可以具有例如相应的放大电路，利用该放大电路可以放大流经分析线圈的电流。可替代地或附加地，处理单元可以具有相应的电滤波器，利用所述电滤波器电流可以相应地被滤波。通过这种方式可以例如滤出干扰。
用于机动车辆的电能存储器的根据本发明的充电装置包括根据本发明的故障电流保护设备。该故障电流保护设备可以例如布置在充电电缆中、所谓的壁箱（Wallbox）或者充电站中。该充电装置也可以称为电动车供电装置（Electric Vehicle SupplyEquipment，EVSE）。这种充电装置例如在IEC 61851-1标准中作了描述。因此，也可以为用于电动车辆或混合动力车辆的电能存储器的充电装置提供具有集成的自监视装置的故障电流保护装置。
用于检查具有磁芯和分析线圈的故障电流保护装置的根据本发明的方法包括：借助于控制装置的检测单元来检测流经分析线圈的电流；提供通过磁芯与分析线圈感应地耦合的检验绕组；以及用控制装置的检验单元来将预定的检验电流注入到检验绕组中。
参照根据本发明的故障电流保护设备介绍的优选的实施方式及其优点相应地适用于根据本发明的充电装置以及适用于根据本发明的方法。
所有上面在说明书中提到的特征和特征组合以及下面在附图描述中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以分别说明的组合、而且也可以另外的组合或单独地应用。
附图说明
现在根据优选的实施例以及参照所附的图进一步阐述本发明。在此，图1示出了故障电流保护设备的示意性图示。
具体实施方式
图1示出了故障电流保护设备1的示意性图示。故障电流保护设备1包括故障电流保护装置2。故障电流保护装置2又包括具有磁芯3的总电流变换器。在本实施例中，磁芯3被构造为环形的。磁芯3可以例如由软铁或铁氧体加工而成。应在故障电流的存在方面对其进行检验的电导体被引导通过磁芯3。在此，相L、中性导体N和保护导体PE被引导通过磁芯3。除此之外，故障电流保护装置2或总电流变换器包括分析线圈4，该分析线圈通过磁芯3与电导体感应地耦合。在本实施例中，分析线圈4包括被引导在磁芯3周围的导体线匝。分析线圈4也可以具有至少局部地缠绕在磁芯3周围的多个绕组。
如果不存在故障电流，那么流经电导体的电流的总和就等于零。在这种情况下，包围电导体的磁性交变场相互抵消。在这种情况下不会感应出电压到分析线圈中。如果出现故障电流，分电流就通过地或通过保护导体PE流出。在这种情况下，电导体中的所有电流的总和不等于零。在这种情况下感应出电压到分析线圈4中。因此，电流iA流经分析线圈4。
此外，故障电流保护设备1包括例如可以被构造为微控制器的控制装置6。可替代于此地，控制装置6可以被构造为模拟电路。
控制装置6包括与分析线圈4电耦合的处理单元9。处理单元9可以具有用于对流经分析线圈4的电流iA进行滤波的相应的电滤波器。可替代地或附加地，处理单元9可以具有用于放大流经分析线圈4的电流iA的相应的放大器电路。此外，控制装置6包括检测单元10，该检测单元被构造为检测流经分析线圈4的电流iA。分析单元10尤其与处理单元9电连接，以便将滤波过的和/或放大过的电流强度传输到检测单元10。
此外，控制装置6包括与检测单元10为了数据传输而连接的评估单元11。在评估单元11中可以存放例如针对流经分析线圈的电流iA的电流强度的阈值。如果超出了阈值，评估单元11被构造为传输相应的控制信号到故障电流保护设备1的开关装置7。检测单元10和评估单元11尤其被构造用于检测直流故障电流或DC故障电流、脉冲直流故障电流和交流故障电流或AC故障电流。检测单元10和评估单元11尤其被构造用于可靠地识别6mA起的DC故障电流。
开关装置7可以包括相应的保护装置。可替代地或附加地，开关单元7可以包括相应的功率半导体开关，例如晶体管、晶闸管、IGBT等等。开关装置7优选地被构造为全相地（allpolig）关断电导体。也就是说，开关装置7中断通过中性导体N和相L的通过电流。
此外，控制装置6包括控制装置6通过其可以接收数据的接口13。可替代地或附加地，控制装置6可以通过接口13输出数据。最后，控制装置6包括辅助电压源12，利用该辅助电压源12可以为控制装置6供应电能。因此，故障电流保护设备适用于与网络电压无关的设备。故障电流保护设备1尤其被构造为差电流保护开关（DI）。
此外，故障电流保护设备1包括检验绕组5。在该实施例中，检验绕组5包括至少局部地包围环形磁芯3的导体线匝。可替代于此地，检验绕组5可以具有至少局部地包围磁芯3的多个绕组。因此，检验绕组5通过磁芯3与分析线圈4感应地耦合。
此外，控制装置6包括检验单元8，利用该检验单元8可以输出检验电流iP并且可以将该检验电流ip注入到检验绕组5中。为了该目的，检验单元8可以具有相应的信号发生器。在最简单的情况下，该信号发生器可以在其输出端输出高（High）信号和/或低（Low）信号。通过这种方式，直流或脉冲直流可以被作为预定的检验电流iP注入到检验绕组5中。可替代地或附加地，检验单元8可以被设计为将例如可以具有50Hz或60Hz频率的交变电流作为检验电流iP注入到检验绕组5中。此外，可以设想，检测单元8被设计为将例如具有几kHz频率的高频交变电流作为检验电流iP注入到检验绕组5中。
由于注入到检验绕组5中的检验电流iP，在分析线圈4上感应出引起通过电流iA的电压。电流可以用处理装置9来相应地滤波或放大并且用检测装置10来检测。如果电流iA超出了预定的阈值，就可以借助于评估单元11来将相应的控制信号输出到开关装置7处。因此，故障电流保护装置2的作用能力可被可靠地检查。在此，也可以规定，检验单元8被构造为将预定的检验电流iP周期性地在预定的时间点注入到检验绕组5中。因此，可以例如在预定的时间段内执行自检。
如果该检查得出：故障电流保护装置2不是运转良好的，那么可以例如输出相应的信号。为了该目的，可以在控制装置6处设置相应的显示元件。可替代地或附加地，可以通过接口13输出相应的信号。此外，可以规定，如果故障电流保护装置2不是运转良好的，那么就断开开关装置7。
检验单元8也可以被设计为将这样的检验电流iP注入到检验绕组5中，该检验电流iP在分析线圈4中引起其电流强度位于阈值以下的电流iA。因此，流经分析线圈4的电流虽然可以被检测单元10检测，开关装置7在该情况却不会被触发。如果检测单元10已经可靠地识别了检验故障电流，则可以例如通过接口13输出相应的信号。
故障电流保护设备1可以尤其用在用于电动车辆或混合动力车辆的充电装置中。在此情况下形成能量供应网和机动车辆的电能存储器之间的电连接。该电连接或电导体可以用故障电流保护设备1可靠地监视。利用该故障电流保护设备1可以识别DC故障电流以及AC故障电流。尤其可以可靠地识别在用于电动车辆的充电装置中出现的6mA起的DC故障电流。此外，通过单独的检验绕组5和集成到控制装置6中的检验单元8提供自检功能。
总之，因此本发明涉及具有故障电流保护装置2并且具有控制装置6的故障电流保护设备1，所述故障电流保护装置2具有磁芯3和分析线圈4，并且所述控制装置6具有用于检测流经分析线圈4的电流iA的检测单元10，其中故障电流保护设备1具有通过磁芯3与分析线圈4感应耦合的检验绕组5并且其中控制装置6具有用于将预定的检验电流iP注入到检验绕组5中的检验单元8。

Claims (7)

1.故障电流保护设备（1），具有
- 故障电流保护装置（2），其具有磁芯（3）和分析线圈（4），
并且具有
- 控制装置（6），其具有用于检测流经分析线圈（4）的电流（iA）的检测单元（10），其中
- 故障电流保护设备（1）具有通过磁芯（3）与分析线圈（4）感应地耦合的检验绕组（5）以及其中
- 控制装置（6）具有用于将预定的检验电流（iP）注入到检验绕组（5）中的检验单元（8）和用于给控制装置（6）供应电能的辅助电压源（12），
其中检验单元（8）被设计为将直流和交变电流作为预定的检验电流（iP）要么同时要么可替代地注入到检验绕组（5）中。
2.根据权利要求1所述的故障电流保护设备（1），其中检验单元（8）被设计为将预定的检验电流（iP）在预定的时间点注入到检验绕组（5）中。
3.根据前述权利要求1至2之一所述的故障电流保护设备（1），其中故障电流保护设备（1）具有用于电隔离至少一个电导体的开关装置（7）。
4.根据权利要求3所述的故障电流保护设备（1），其中控制装置（6）具有评估单元（11），该评估单元（11）用于评估用检测单元（10）所检测的电流（iA）以及用于根据该评估来操控开关装置（7）。
5.根据前述权利要求1至2之一所述的故障电流保护设备（1），其中控制装置（6）具有用于滤波和/或放大流经分析线圈的电流（iA）的处理单元（9）。
6.用于机动车辆的电能存储器的充电装置，其具有根据前述权利要求之一所述的故障电流保护设备（1）。
7.用于检查具有磁芯（3）和分析线圈（4）的故障电流保护装置（2）的方法，所通过的方式是：
- 借助于控制装置（6）的检测单元（10）来检测流经分析线圈（4）的电流（iA），并且
- 提供通过磁芯（3）与分析线圈（4）感应地耦合的检验绕组（5），并且
- 用控制装置（6）的检验单元（8）来将预定的检验电流（iP）注入到检验绕组（5）中，以及
- 用控制装置（6）的辅助电压源（12）给控制装置（6）供应电能，
其中将直流和交变电流作为预定的检验电流（iP）要么同时要么可替代地注入到检验绕组（5）中。
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