CN105305378A - 具有电网电压相关的和无关的检测的故障电流保护设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有电网电压相关的和无关的检测的故障电流保护设备。应提供具有简单结构的交直流敏感的故障电流保护设备。对此提出，电网电压无关的检测电路（25）通过电网电压相关的第二检测电路（28）补充，其中，两个检测电路连接到相同的总和电流转换器（22）上。切换装置（27）将所述两个检测电路之一切换到所述总和电流转换器（22）上。

Description

具有电网电压相关的和无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；与电压无关的第一检测电路，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（Residual Current Device：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。

但这种电网电压无关的故障电流保护开关具有两个严重的缺点。一方面，总和电流转换器1至检测电路5的导线断裂或者从检测电路5至触发装置6的导线断裂不能够被识别。在这样的导线断裂的情况下，故障电流保护设备与总和电流无关地未被触发。结果是所谓的"触发失效"。

第二个缺点是初级侧的直流故障电流，所述直流故障电流驱使总和电流转换器进入饱和中。如果直流故障电流与交流故障电流叠加，则交流故障电流由于转换器芯3的饱和而不再或者不充分地被传输到次级侧。结果又是"触发失效"。

因为故障电流保护开关通常也拥有具有检验回路的检验键，所述检验回路具有确定为小尺寸的电阻，所以此外还存在以下危险：该电阻由于持续的直流电流而被损坏。

最先提到的有关导线断裂的缺点例如可以通过有关导线或者焊接部位的高的制造质量来解决。替代地，也可以使用冗余的功能组件。有关叠加的直流故障电流的解决方案在于，使用所谓的交直流敏感的故障电流保护开关，例如类型B的FI。

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（sorgen für）相应的中断。

发明内容

因此，本发明的任务在于，利用较简单的手段提供交直流敏感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；

-所述壳体中的唯一的总和电流转换器，所述总和电流转换器用于提供所述电网的总和电流；

-电网电压无关的第一检测电路，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；

-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，

-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，

-所述壳体中的切换装置被构造用于将两个检测电路交替地切换到总和电流转换器上。

因此有利地，故障电流保护设备具有仅仅一个唯一的总和电流转换器。该总和电流转换器由电网电压无关的检测电路以及电网电压相关的检测电路作为总和电流的提供者使用。同样装入到故障电流保护设备的壳体中的切换装置交替地将这两个检测电路切换到总和电流转换器上。因此可能的是，相同的总和电流转换器有时被用于通过电网电压无关的第一检测电路检测交流电流分量并且有时被用于通过电网电压相关的第二检测电路检测总和电流的直流电流分量。

优选地，所述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。这具有以下优点：总和电流转换器可以简单地按照变压器的原理构建并且因此不需要电网电压相关的电子设备。在一种实施变型方案中，所述第二检测电路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。于是，如果第一检测电路检测总和电流的交流电流分量，则在交流电流分量处产生检测范围的重叠。如果第一检测电路例如检测直至100kHz的交流电流频率并且第二检测电路检测直至1kHz的交流电流，则在该直至1kHz的低频率范围中实现双重检测。通过该冗余能够提高故障电流保护设备的安全性。

在一种替代的实施方式中，所述第二检测电路可以仅仅被构造用于检测所述总和电流的直流电流分量。因此，因为无交流电流分量必须由第二检测电路探测，所以相比于对于DC和AC检测的情况，该第二检测电路可以显著更简单地被构成。

在一种特别简化的实施方式中，所述第二检测电路被构造用于由所检测的直流电流分量单独通过阈值功能产生用于所述触发装置的操控信号。阈值功能在电路技术上可以以最小耗费实现。这意味着，交直流敏感的故障电流保护设备（即该故障电流保护设备探测直流电流和交流电流）利用这两个并行的检测电路可以很简单地构建，因为直流电流检测利用简单的阈值识别实现。

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。因此有利地可能的是，向外部发信号，这已经导致触发装置的触发。因此，状态显示器例如可以实施为简单的LED，所述LED显示：第二检测电路而非第一检测电路已经导致触发。在最简单的情况下，状态显示器也可以限于仅仅通过发光显示总和电流中直流电流分量的识别。于是，如果故障电流保护设备已经被触发并且状态显示器未发光，则可以认为：交流电流分量已经导致触发。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，所述第二阻抗电路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（Drahtbruch）。

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、具有简化的结构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。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22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22的次级侧线圈24上耦合有电网电压无关的第一检测电路，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。因为交流电流分量通过总和电流转换器变压器式地传输，所以第一检测电路25不需要用于电压供给的电源部分。如果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，则该第一检测电路产生对应的触发信号，该触发信号被传输给触发装置26。

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。这在图3中未更详细绘出。

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。与第一检测电路25相反，该第二检测电路28是电网电压相关的。这意味着，第二检测电路28具有单独的、同样装入到壳体21中的电源部分29。该电源部分对第二检测电路28的电子设备供电。电源部分29从电流线路L1、L2、L3和N获得其能量，即使这在图3中未明确绘出。替代地，这涉及单相的电源部分，该电源部分仅仅从唯一的相线截取能量。

第二检测电路28需要该能量，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。

可选地，在壳体21中也可以设有接口30，利用所述接口可以将第二检测电路28的数据向外部引导。所述接口可以是线缆连接端或者是无线接口（例如对于WLAN或者蓝牙）。通过所述接口30可以提供有关第二检测电路28的测量的当前数据或者也可以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21处设置状态显示器。由此也可以显示第二检测电路28的状态并且必要时也可以显示第一检测电路25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。

因此，在上述实施例中实现了将电网电压无关的故障电流保护开关（FI）扩展有源部分（DI）。因此可以实现高端FI，该高端FI同时是低端和低成本类型B，而在此不满足类型B标准。DI部分优选仅仅检测基于DC故障电流的饱和行为。

因此，上述故障电流保护设备在其结构方面可以总结为，使得电网电压相关的部分（FI）相应于常规的A、F、G、K或S类型。电网电压相关的部分（DI）包含（单相的）电源部分并且一起使用FI部分的总和电流转换器（单转换器解决方案（Einwandler-Lösung））。有利地，DI部分仅仅装备有简单的、成本低的DC识别，该DC识别仅仅具有阈值功能，以便识别饱和（FI功能失效）。必要时还集成状态显示功能和接口功能。

因此，通过本发明得出具有用于监视的附加功能的高端FI。因此，能够实现故障电流保护设备的安全性的提高，因为尤其可以识别转换器或者吸持磁体处的导线断裂（受损害的焊接）或者也可以识别由于DC叠加（转换器饱和）引起的FI故障失效。直流故障电流识别的另一个优点在于，可以避免检验回路中的过载，因为通常在检验回路中的确定为小尺寸的电阻不被持久地加载高的直流电流。

对于使用者而言的其他优点提供以下显示：由于失灵识别而必须更坏设备，或者以下显示：应在DC故障方面检验安装。此外，也可以使用如下这样的指示用于：在DC故障电流的情况下应扩充成类型B的FI。

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

10 总和电流转换器

11 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

L1、L2、L3 相线

N 零线。

Claims (9)

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）中的唯一的总和电流转换器（22），所述总和电流转换器用于提供所述电网的总和电流，

-电网电压无关的第一检测电路（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，

-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操控所述触发装置（26），和

-所述壳体（21）中的切换装置（27）被构造用于将两个检测电路（25,28）交替地切换到所述总和电流转换器（22）上。

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.根据权利要求4所述的故障电流保护设备，其中，所述第二检测电路（28）被构造用于由所检测的直流电流分量仅通过阈值功能产生用于所述触发装置（26）的操控信号。

6.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。

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接口（30），利用所述接口能够将有关所述第二检测电路（28）的测量结果的数据从所述壳体向外部传输。

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。

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）的电源部分是单相的。