DE102017202959A1 - Apparatus and method for determining a ground conductor resistance for a charging device - Google Patents

Apparatus and method for determining a ground conductor resistance for a charging device Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Messung eines Erdleiterwiderstands für eine Ladevorrichtung, wobei die Ladevorrichtung mit einem Phasenleiter (L), einem Neutralleiter (N), einem Erdleiter (PE) und einem Stromwandler (W) gebildet ist. Der Phasenleiter (L), der Neutralleiter (N) und der Erdleiter (PE) sind dabei durch den Stromwandler (W) geführt, so dass der Erdleiter (PE) eine Wicklung um den Stromwandler (W) bildet. Der Phasenleiter (L) ist über einen ersten Widerstand (R) mit dem Erdleiter (PE) mittels einer ersten Verbindung (V1) verbunden, wobei die beiden Verbindungspunkte der beiden Leiter auf unterschiedlichen Seiten des Wandlers (W) angeordnet sind.The invention relates to the measurement of a Erdleiterwiderstands for a charging device, wherein the charging device with a phase conductor (L), a neutral conductor (N), a ground conductor (PE) and a current transformer (W) is formed. The phase conductor (L), the neutral conductor (N) and the ground conductor (PE) are guided through the current transformer (W), so that the ground conductor (PE) forms a winding around the current transformer (W). The phase conductor (L) is connected via a first resistor (R) to the ground conductor (PE) by means of a first connection (V1), wherein the two connection points of the two conductors are arranged on different sides of the transducer (W).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Bestimmung eines Erdleiterwiderstands für eine Ladevorrichtung.The invention relates to an apparatus and a method for determining a Erdleiterwiderstands for a charging device.
  • Mit der zunehmenden Elektrifizierung des Individualverkehrs werden Einrichtungen erforderlich, die die Aufladung elektrischer Batterien in Fahrzeugen ermöglichen. Für die Aufladung über multifunktionelle Stromanschlüsse werden sog. Ladekabel vorgesehen, die Stromquelle (z.B. im Garagenbereich) und Fahrzeug für den Ladevorgang miteinander verbinden. Für die Stromversorgung ist das Ladekabel typischerweise mit Phasenleiter, Neutralleiter und Erdleiter versehen. Elektronik für beim Ladevorgang erforderlich Steuerung und Kommunikation wird beispielsweise mittels eines in das Kabel eingeschleiften Moduls bereitgestellt. Derartige Module haben beispielsweise die Form von einem sogenannten „In-Cable Control- and Protecting Device“ (IC-CPD). Eine derartige, fest in das Ladekabel integrierte IC-CPD Vorrichtung kontrolliert die Schutzleiterverbindung und übermittelt z.B. die Ladestrom-Obergrenze an das Fahrzeug. Im Fehlerfall oder bei Spannungsausfall wird der Ladevorgang sofort unterbrochen, um Benutzer und Elektrofahrzeug zu schützen. Eigenschaften von im Ladekabel integrierten Modulen für Steuerung und Kommunikationen sind typischerweise normiert, z.B. in der Norm IEC 62752 (In-Cable Control and Protection Device for mode 2 charging of electric road vehicles (IC-CPD)).With the increasing electrification of private transport facilities are required that allow the charging of electric batteries in vehicles. For charging via multifunctional power connections, so-called charging cables are provided which connect the power source (for example in the garage area) and the vehicle for the charging process. For the power supply, the charging cable is typically provided with phase conductors, neutral conductors and earth conductors. Electronics for charging required control and communication is provided for example by means of a module inserted into the cable. Such modules have the form of a so-called "In-Cable Control and Protecting Device" (IC-CPD), for example. Such an integrated into the charging cable IC-CPD device controls the protective conductor connection and transmits e.g. the charging current upper limit to the vehicle. In the event of a fault or power failure, the charging process is interrupted immediately to protect the user and the electric vehicle. Characteristics of modules incorporated in the charging cable for control and communications are typically normalized, e.g. in the IEC 62752 standard (In-Cable Control and Protection Device for Mode 2 charging of electric road vehicles (IC-CPD)).
  • Für Mode 3 Kabel ist gem. Norm vorgesehen, dass eine Überprüfung des Vorhandenseins einer Erd- bzw. Schutzleitung durchgeführt wird. Für diesen Zweck ausgestaltete Vorrichtungen sind z.B. in der DE 102012219542 A1 und der DE 202012012590 U1 offenbart. Darüber hinaus wäre es zur Überprüfung der Voraussetzungen für einen ordnungsgemäßen Ladevorgang erstrebenswert, den Widerstandswert der Erdleitung zu bestimmen. Dabei wäre bei dieser Messung evtl. nicht bekannt, welcher Leiter des Ladekabels bei einem spezifischen Ladevorgang als Phasenleiter und welcher Leiter als Neutralleiter fungiert.For Mode 3 cable is gem. Norm is provided that a check of the presence of a ground or protective line is performed. For this purpose designed devices are eg in the DE 102012219542 A1 and the DE 202012012590 U1 disclosed. In addition, to check the conditions for proper charging, it would be desirable to determine the resistance of the ground line. It might not be known in this measurement, which head of the charging cable at a specific charging process as a phase conductor and which conductor acts as a neutral conductor.
  • Die Erfindung hat die Aufgabe, die Bestimmung eines Erdleiterwiderstandswerts für die Ladung mittels eines Ladekabels zu ermöglichen.The invention has the object to enable the determination of a ground conductor resistance value for the charge by means of a charging cable.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung für die Bestimmung eines Erdleiterwiderstands für eine Ladevorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Bestimmung eines Erdleiterwiderstands für eine Ladevorrichtung mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 10.The object is achieved by a device for determining a Erdleiterwiderstands for a charging device according to claim 1 and a method for determining a Erdleiterwiderstands for a charging device by means of a device according to claim 10 according to the invention.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments are specified in the subclaims.
  • Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung für die Messung eines Erdleiterwiderstands für eine Ladevorrichtung vorgeschlagen. Dabei ist die Ladevorrichtung mit einem Phasenleiter, einem Neutralleiter und einem Erdleiter gebildet. Das Ladekabel kann auch mehr als drei Leiter aufweisen. Insbesondere können auch drei Phasenleiter vorgesehen sein, d.h. der Gegenstand der Erfindung umfasst auch Ladekabel mit mehr als drei Leitern. Zudem ist das Ladekabel mit einem Stromwandler (typischerweise: Summenstromwandler) gebildet, durch welchen der Phasenleiter, der Neutralleiter und der Erdleiter geführt sind. Dabei ist die Durchführung des Erdleiters so gestaltet, dass er eine Wicklung um den Stromwandler bildet. Eine derartige Konstellation wird beispielsweise für einen Schutz im Ladekabel mittels Fehlerstrom-Schutzschalter (RCDs, FI-Schutzschalter) verwendet und ist z.B. in der DE 102012219457 A1 offenbart. Für die Bestimmung eines Wertes für den Erdleiterwiderstand ist der Phasenleiter über einen ersten Widerstand mit dem Erdleiter mittels einer ersten Verbindung verbunden. Dabei sind bei dieser ersten Verbindung die beiden Verbindungspunkte der beiden Leiter (Phasenleiter, Erdleiter) auf unterschiedlichen Seiten des Wandlers angeordnet, so dass ein mit dieser erste Verbindung und den beiden Leitern gebildeter Stromkreis durch den Wandler geführt ist. Mittels eines mit Hilfe des Wandlers gemessenen Stroms lässt sich dann ein Wert für den Erdleiterwiderstand ermitteln. Vorteilhaft ist dabei, dass zum Teil Komponenten (insb. Wandler) verwendet werden können, die typischerweise zu einer schon vorhandenen Schutzeinrichtung (z.B. Fehlerstrom-Schutzschaltung) des Ladekabels gehören.According to the invention, a device for measuring a Erdleiterwiderstands for a charging device is proposed. The charging device is formed with a phase conductor, a neutral conductor and a ground conductor. The charging cable can also have more than three conductors. In particular, three phase conductors can be provided, ie the subject of the invention also includes charging cable with more than three conductors. In addition, the charging cable with a current transformer (typically: summation current transformer) is formed, through which the phase conductor, the neutral conductor and the ground conductor are guided. In this case, the implementation of the ground conductor is designed so that it forms a winding around the current transformer. Such a constellation is used for example for protection in the charging cable by means of residual current circuit breakers (RCDs, RCCBs) and is eg in the DE 102012219457 A1 disclosed. For the determination of a value for the Erdleiterwiderstand the phase conductor is connected via a first resistor to the ground conductor by means of a first connection. In this case, the two connection points of the two conductors (phase conductors, earth conductors) are arranged on different sides of the converter in this first connection, so that a circuit formed with this first connection and the two conductors is guided through the converter. By means of a measured with the aid of the converter current can then determine a value for the Erdleiterwiderstand. It is advantageous that partly components (esp. Converters) can be used, which typically belong to an already existing protection device (eg fault current protection circuit) of the charging cable.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist der Neutralleiter über einen zweiten Widerstand, welcher vorzugsweise den gleichen Widerstandswert wie der erster Widerstand besitzt, mit dem Erdleiter mittels einer zweiten Verbindung verbunden. Dabei sind die beiden Verbindungspunkte der beiden Leiter auf unterschiedlichen Seiten des Wandlers angeordnet. Auf diese Weise lässt sich auch ohne zu wissen, welcher Leiter Phasenleiter und welcher Leiter Neutralleiter ist, ein Erdleiterwiderstand ermitteln. Die erste Verbindung und die zweite Verbindung können dabei abschnittsweise zusammenfallen.According to a development, the neutral conductor is connected to the earth conductor by means of a second connection via a second resistor, which preferably has the same resistance value as the first resistor. The two connection points of the two conductors are arranged on different sides of the converter. In this way, even without knowing which phase conductor conductor and which conductor is neutral, determine a Erdleiterwiderstand. The first connection and the second connection may coincide in sections.
  • Gemäß einer Ausgestaltlung des Erfindungsgegenstands sind die erste Verbindung und ggf. (falls vorhanden) die zweite Verbindung jeweils mit einem Schalter (z.B. in Form eines Opto-Triac oder Relais) versehen.According to an embodiment of the subject invention, the first connection and, if appropriate, the second connection are each provided with a switch (for example in the form of an opto-triac or relay).
  • Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Erdleiter eine Mehrzahl von Wicklungen um den Stromwandler bildet (vorzugsweise zwei).A further embodiment provides that the earth conductor forms a plurality of windings around the current transformer (preferably two).
  • Eine Weiterbildung des Erfindungsgegenstands sieht vor, dass der Neutralleiterleiter mit dem Erdleiter mittels einer weiteren Verbindung verbunden ist, wobei die beiden Verbindungspunkte der beiden Leiter auf derselben Seite des Wandlers angeordnet sind (vorzugsweise auf der Seite der Stromquelle). Bei dieser Ausgestaltung kann ebenfalls der Phasenleiter mit dem Erdleiter mittels einer weiteren Verbindung verbunden sein, wobei die beiden Verbindungspunkte der beiden Leiter auf derselben Seite des Wandlers angeordnet sind (vorzugsweise auf der Seite der Stromquelle). Es können dann auch die beiden weiteren Verbindungen abschnittsweise zusammenfallen. Mit dieser Erweiterung lässt sich der Erdleitungswiderstand auch ohne Kenntnis des Wertes des in der ersten bzw. zweiten Verbindung eingeschleiften Widerstands bestimmen. Darauf zurückführende Ungenauigkeiten (Abweichungen des Widerstandswertes von erster und zweiter Verbindung, Temperaturdrift, ...) werden somit eliminiert.A development of the subject invention provides that the neutral conductor with the Earth conductor is connected by means of another connection, wherein the two connection points of the two conductors are arranged on the same side of the transducer (preferably on the side of the power source). In this embodiment, the phase conductor may also be connected to the ground conductor by means of another connection, wherein the two connection points of the two conductors are arranged on the same side of the converter (preferably on the side of the power source). It can also coincide the two other connections in sections. With this extension, the ground line resistance can also be determined without knowing the value of the resistance introduced in the first or second connection. Any inaccuracies attributable to this (deviations of the resistance value of the first and second connection, temperature drift, etc.) are thus eliminated.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist die weitere Verbindung bzw. sind die weiteren Verbindungen jeweils mit einem Schalter (z.B. in Form eines Opto-Triacs oder eines Relais) versehen.According to a further development, the further connection or the further connections are each provided with a switch (for example in the form of an opto-triac or a relay).
  • Der Gegenstand der Erfindung umfasst auch ein Ladekabel mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Erfindung lässt sich auch für portable Fehlerstromschutzschaltvorrichtungen (z.B. portable RCDs) verwenden.The subject of the invention also includes a charging cable with a device according to the invention. The invention can also be used for portable fault current protection switching devices (e.g., portable RCDs).
  • Es wird zudem ein Verfahren zur Bestimmung eines Erdleiterwiderstands für eine Ladevorrichtung mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen. Dabei wird der durch den Wandler fließende Strom gemessen und mit Hilfe dieses Messwerts der Erdleiterwiderstand ermittelt, z.B. mit Hilfe der Werte des gemessenen Stroms, des ersten oder zweiten Widerstands und einer an den Leitern der Ladevorrichtung anliegenden Spannung.In addition, a method for determining a ground conductor resistance for a charging device by means of a device according to the invention is proposed. In this case, the current flowing through the converter is measured and with the aid of this measured value the ground conductor resistance is determined, e.g. with the aid of the values of the measured current, of the first or second resistance and of a voltage applied to the conductors of the charging device.
  • Falls der Phasenleiter nicht bekannt ist, kann im Zuge einer Weiterbildung des Verfahrens durch selektive Schaltung der ersten und/oder der zweiten Verbindung mittels Überprüfung des Stromflusses durch den Wandler der Phasenleiter identifiziert werden.If the phase conductor is not known, the phase conductor can be identified in the course of a development of the method by selective switching of the first and / or the second connection by checking the current flow through the converter.
  • Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird zunächst eine weitere Verbindung geschlossen. Dann wird eine erste Messung des durch den Wandler fließenden Stroms durchgeführt. Anschließend wird die erste oder zweite Verbindung geschlossen und eine zweite Messung des durch den Wandler fließenden Stroms durchgeführt. Schließlich wird der Erdleiterwiderstand mit Hilfe der Werte des bei der ersten und zweiten Messung fließenden Stroms und einer an den Leitern der Ladevorrichtung anliegenden Spannung ermittelt. Gemäß einer Ausgestaltung verbindet die für die erste Messung geschlossene weitere Verbindung den Neutralleiter mit dem Erdleiter, und es wird für die erste Messung diejenige der ersten und zweiten Verbindung geschlossen, die den Phasenleiter mit dem Erdleiter verbindet. Es kann zudem vorgesehen sein, dass durch selektive Schaltung der ersten und/oder der zweiten Verbindung mittels Überprüfung des Stromflusses durch den Wandler der Neutralleiter identifiziert wird.According to one embodiment of the method, another connection is initially closed. Then, a first measurement of the current flowing through the converter is performed. Subsequently, the first or second connection is closed and a second measurement of the current flowing through the converter is performed. Finally, the ground conductor resistance is determined using the values of the current flowing in the first and second measurement and a voltage applied to the conductors of the charging device. According to one embodiment, the further connection closed for the first measurement connects the neutral conductor to the ground conductor, and for the first measurement that of the first and second connection is connected, which connects the phase conductor to the ground conductor. It can also be provided that the neutral conductor is identified by selective switching of the first and / or the second connection by means of checking the current flow through the converter.
  • Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand im Rahmen von Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • 1: eine schematische Darstellung eines Ladekabels mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    • 2: ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren, und
    • 3: ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren.
    In the following, the subject invention is explained in more detail in the context of embodiments with reference to figures. Show it:
    • 1 : a schematic representation of a charging cable with a device according to the invention,
    • 2 a first method according to the invention, and
    • 3 : a second method according to the invention.
  • In 1 ist schematisch ein Ladekabel zur Energieversorgung eines Elektrofahrzeuges dargestellt. Auf der linken Seite ist eine Energiequelle Q gezeigt. Diese besteht z.B. in der Energieversorgung eines Gebäudes, welche über einen Steckverbindung mit dem Ladekabel genutzt wird. Auf der rechten Seite ist ein Elektrofahrzeug EF schematisch dargestellt. Dieses ist für den Ladevorgang mit dem Ladekabel verbunden. Die Stromversorgung des Elektrofahrzeugs erfolgt mittels des Phasenleiters L, des Neutralleiters N und des Erdleiters PE. Die Elektronik des Ladekabels, die z.B. einen Summenstromwandler W und Kontakte K zum Öffnen und Schließen der Leiter umfasst, ist in dem Modul IC-CPD angeordnet.In 1 schematically a charging cable for the power supply of an electric vehicle is shown. On the left side, a power source Q is shown. This consists, for example, in the energy supply of a building, which is used via a plug connection with the charging cable. On the right side of an electric vehicle EF is shown schematically. This is connected to the charging cable for charging. The power supply of the electric vehicle by means of the phase conductor L, the neutral conductor N and the ground conductor PE. The electronics of the charging cable, which includes eg a summation current transformer W and contacts K for opening and closing the conductors, is arranged in the module IC-CPD.
  • Im Folgenden werden Elemente beschrieben, die im Zuge der Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen neu vorgesehen werden. Es sind eine Verbindung V1 zwischen dem Phasenleiter L und dem Erdleiter PE und eine Verbindung V2 zwischen dem Neutralleiter N und dem Erdleiter PE vorgesehen, welche jeweils einen Widerstand R1 bzw. R2 und einen Schalter S1 bzw. S2 umfassen. Die Werte der beiden Widerstände R1 und R2 entsprechen einander. Die Schalter S1 und S2 sind z.B. mittels Opto-Triac oder Relais realisiert. Die Verbindungspunkte der beiden Verbindungen V1 und V2 mit den Leitern sind auf unterschiedlichen Seiten des Wandlers angeordnet.In the following, elements are described which are provided in the course of the invention in comparison to conventional new. There are provided a connection V1 between the phase conductor L and the earth conductor PE and a connection V2 between the neutral conductor N and the earth conductor PE, which each comprise a resistor R1 or R2 and a switch S1 or S2. The values of the two resistors R1 and R2 correspond to each other. The switches S1 and S2 are e.g. realized by opto triac or relay. The connection points of the two connections V1 and V2 with the conductors are arranged on different sides of the converter.
  • Zudem sind eine weitere Verbindung V3 zwischen dem Phasenleiter L und dem Erdleiter PE und eine weitere Verbindung V4 zwischen dem Neutralleiter N und dem Erdleiter PE vorgesehen, welche jeweils einen Schalter S3 bzw. S4 umfassen. Die Schalter S3 und S4 sind z.B. mittels Relais realisiert. Die Verbindungspunkte der beiden Verbindungen V3 und V4 mit den Leitern sind auf der gleichen Seite des Wandlers angeordnet.In addition, a further connection V3 between the phase conductor L and the ground conductor PE and a further connection V4 between the neutral conductor N and the earth conductor PE are provided, which each comprise a switch S3 or S4. The switches S3 and S4 are e.g. realized by means of relays. The connection points of the two connections V3 and V4 with the conductors are arranged on the same side of the converter.
  • Die Messung des Erdleiter-Widerstandes PE wird mit Hilfe des Wandlers W durchgeführt. Eine vorteilhafte Ausführungsform ist die Verwendung eines Wandlers W, bei dem der Erdleiterwiderstand PE zweimal durch den Wandler W geführt ist. Für die Messung des Erdleiterwiderstandes PE ist der Phasenleiter L über den Lastwiderstand R1 mit dem Erdleiter PE verbunden. Dabei befinden sich der Verbindungspunkt zu dem Phasenleiter L und der Verbindungspunkt zu dem Erdleiter PE auf unterschiedlichen Seiten des Wandlers W (in 1 liegt bzgl. der Richtung der Energieversorgung der Verbindungspunkt zum Phasenleiter L vor dem Wandler und der Verbindungspunkt zum Erdleiter PE hinter dem Wandler W - die umgekehrte Konstellation ist genauso möglich). So fliest ein Strom IDi durch den Wandler W, der von einer Fehlerstromschutzeinrichtung als Fehlerstrom erfasst und gemessen wird. Der Widerstand R1 des Erdleiters PE lässt sich dann mit folgender Formel berechnen: R P E = U R I Di I DI
    Figure DE102017202959A1_0001
    The measurement of the ground conductor resistance PE is performed by means of the converter W. An advantageous embodiment is the use of a transducer W, in which the Erdleiterwiderstand PE is twice passed through the transducer W. For the measurement of the Erdleiterwiderstandes PE, the phase conductor L is connected via the load resistor R1 to the ground conductor PE. In this case, the connection point to the phase conductor L and the connection point to the ground conductor PE on different sides of the converter W (in 1 regarding the direction of the power supply is the connection point to the phase conductor L in front of the converter and the connection point to the ground conductor PE behind the transducer W - the converse constellation is just as possible). Thus, a current I Di flows through the converter W, which is detected and measured by a fault current protection device as a fault current. The resistance R1 of the ground conductor PE can then be calculated using the following formula: R P e = U - R * I di I DI
    Figure DE102017202959A1_0001
  • Bei der Verwendung eines Wandlers W mit zwei PE-Wicklungen gilt folgende Formel: R P E = 2U R I Di I DI
    Figure DE102017202959A1_0002
    When using a converter W with two PE windings, the following formula applies: R P e = 2U - R * I di I DI
    Figure DE102017202959A1_0002
  • Der Vorteil bei der Verwendung von zwei PE-Wicklungen liegt darin, dass es möglich ist, den Messbereich des Wandlers W besser zu nutzen, da der gemessene Strom doppelt so hoch ist wie der Strom durch den Erdleiter PE. Der maximale Strom durch den Erdleiter PE ist bei den typischerweise als Fehlerstromschutzvorrichtung in Ladekabeln eingesetzten RCDs durch die Nichtauslöseschwelle von 15mA der RCDs begrenzt.The advantage of using two PE windings is that it is possible to make better use of the measuring range of the converter W, since the measured current is twice as high as the current through the earth conductor PE. The maximum current through the grounding conductor PE is limited by the non-triggering threshold of 15mA of the RCDs in RCDs typically used as fault current protection devices in charging cables.
  • Da bei portablen Schutzgeräten wie IC-CPDs nicht bekannt ist, welcher Leiter mit den Neutralleiter N und welcher mit dem Phasenleiter L verbunden ist, werden in 1 zwei Lastwiderstände R1 und R2 verwendet. Dabei ist einer mit dem Neutralleiter N und der andere mit dem Phasenleiter L verbunden.Since it is not known in portable protective devices such as IC-CPDs which conductor is connected to the neutral conductor N and which to the phase conductor L, in 1 two load resistors R1 and R2 used. One is connected to the neutral conductor N and the other to the phase conductor L.
  • Damit nicht dauerhaft Strom durch den Erdleiter PE fließt, werden die Widerstände R1 und R2 durch Optokoppler oder Relais mit dem Erdleiter PE verbunden. So ist es zur Reduzierung der Leistungsaufnahme und der Widerstandsgröße sinnvoll, beide Widerstände R1 und R2 durch zwei Optokopper bzw. Opto-Triacs oder Relais zu trennen, damit nicht dauerhaft ein Strom zwischen dem Phasenleiter L und dem Neutalleiter N fließt.So that current does not flow permanently through the earth conductor PE, the resistors R1 and R2 are connected by optocouplers or relays to the ground conductor PE. Thus, to reduce the power consumption and the resistance, it is useful to separate both resistors R1 and R2 by two optocouplers or opto-triacs or relays so that a current does not flow permanently between the phase conductor L and the neutral conductor N.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren bei fehlender Information darüber, welcher Leiter der Phasenleiter L und welcher Leiter der Neutralleiter N ist, ist in 2 dargestellt. D.h. es ist ein Vorgehen gezeigt, bei dem zu Beginn unbekannt ist, bei welchem Leiter es sich um den Phasenleiter L und bei welchem Leiter es sich um den Neutralleiter N handelt. In einem ersten Schritt V11 wird eine erste Verbindung zu dem Erdleiter PE geschlossen. In einem zweiten Schritt V12 wird der durch den Wandler fließende Strom IDi gemessen. Wenn ein Stromfluss detektiert wird (Abfrage Q), dann wurde der Phasenleiter L verbunden und es wird in einem nächsten Schritt V13 der zugehörige Widerstand R der ersten Verbindung nach einer der oben angegebenen Formeln berechnet. Anschließend kann die Verbindung wieder geöffnet werden (Schritt V14) und das Verfahren ist abgeschlossen (Bezugszeichen S). Wenn dagegen in Schritt V12 kein Strom gemessen wird, wird nach Abfrage Q die erste Verbindung wieder geöffnet (Schritt V14) und dann eine zweite Verbindung des anderen Leiters mit dem Erdleiter PE hergestellt (Schritt V21). Nach Messung des Stromes IDi (Schritt V22) und Berechnung des zugehörigen Widerstands R (Schritt V23) wird die zweite Verbindung wieder geöffnet (Schritt V24) und das Verfahren beendet (Bezugszeichen S).An inventive method in the absence of information about which conductor of the phase conductor L and which conductor of the neutral conductor N is, is in 2 shown. That is, a procedure is shown in which it is unknown at the beginning which conductor is the phase conductor L and which conductor is the neutral conductor N. In a first step V11, a first connection to the earth conductor PE is closed. In a second step V12, the current I Di flowing through the converter is measured. If a current flow is detected (query Q), then the phase conductor L has been connected and in a next step V13 the associated resistance R of the first connection is calculated according to one of the formulas given above. Subsequently, the connection can be reopened (step V14) and the process is completed (reference S). On the other hand, if no current is measured in step V12, after the query Q, the first connection is opened again (step V14), and then a second connection of the other conductor to the ground conductor PE is established (step V21). After measuring the current I Di (step V22) and calculating the associated resistance R (step V23), the second connection is opened again (step V24) and the method is terminated (reference symbol S).
  • Um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen und die Toleranz der Lastwiderstände R1 und R2 auszugleichen, ist es möglich, eine Kalibrierung mit einzubauen. (D.h. in diesem Fall erfolgt eine von den Lastwiderständen R1 und R2 unabhängige Bestimmung des Erdleiterwiderstands RPE.) Dazu wird der Neutralleiter N über einen Schalter bzw. ein Relais S3 oder S4 mit dem Erdleiter PE verbunden, die Messschaltung aktiviert und der Fehlerstrom Ik gemessen. Danach wird das Relais geöffnet und die Messung wiederholt. Die Differenz der beiden Messungen gibt den Widerstand der PE-Verbindung an, welcher sich wie folgt berechnet: R P E = 2U 2 U I k I DI I DI
    Figure DE102017202959A1_0003
    In order to increase the accuracy of the measurement and to compensate for the tolerance of the load resistances R1 and R2, it is possible to incorporate a calibration. (That is, in this case, one of the load resistors R1 and R2 independent determination of Erdleiterwiderstands R PE .) For this purpose, the neutral conductor N is connected via a switch or a relay S3 or S4 to the ground conductor PE, the measuring circuit activated and the fault current I k measured. Then the relay is opened and the measurement is repeated. The difference between the two measurements indicates the resistance of the PE connection, which is calculated as follows: R P e = 2U - 2 U I k * I DI I DI
    Figure DE102017202959A1_0003
  • Um bei der Kalibrierung nicht den Phasenleiter L mit dem Erdleiter PE zu verbinden und einen Kurzschluss zu erzeugen, muss vor dem Schließen des Relais ermittelt werden, welcher der beiden Leiter mit dem Neutralleiter N verbunden ist. Dazu wird jeder der Lastwiderstände einzeln mit dem Erdleiter PE verbunden. Sollte ein Strom durch den DI-Wandler fließen, ist davon auszugehen, dass an dieser Leiter spannungsführend ist und nicht mit dem Erdleiter PE verbunden werden darf.In order not to connect the phase conductor L to the earth conductor PE during the calibration and to generate a short circuit, it must be determined before closing the relay which of the two conductors is connected to the neutral conductor N. For this purpose, each of the load resistors is individually connected to the ground conductor PE. If a current flows through the DI converter, it can be assumed that the conductor is live and must not be connected to the earth conductor PE.
  • Das Vorgehen ist im Detail in 3 dargestellt. Dabei werden die beiden Verbindungen V1 und V2 (hergestellt über die Schalter S1 und S2) als Detektionsverbindungen und die beiden Verbindungen V3 und V4 (hergestellt über die Schalter S3 und S4) als Kalibrierungsverbindungen bezeichnet. In einem ersten Schritt V11 wird eine erste Detektionsverbindung hergestellt und der Fehlerstrom gemessen (Schritt V12). Wenn kein Fehlerstrom fließt (Abfrage Q1), kann man davon ausgehen, dass die Detektionsverbindung den Neutralleiter N mit dem Erdleiter PE verbindet. In diesem Fall wird die geschlossene, erste Detektionsverbindung wieder geöffnet und die andere, zweite Detektionsverbindung geschlossen (Schritt V30). Die zweite Detektionsverbindung verbindet dann den Phasenleiter L mit dem Erdleiter PE. Anschließend wird im Schritt V31 die erste Kalibrierungsverbindung geschlossen, d.h. die Kalibrierungsverbindung, die dieselben Leiter verbindet wie die erste Detektionsverbindung, d.h. den Neutralleiter N und den Erdleiter PE. Im folgenden Schritt V32 wird der Fehlerstrom Ik gemessen. Anschließend werden die erste Kalibrierungsverbindung und die zweite Detektionsverbindung geschlossen (Schritt V33) und es wird die Bestimmung von Ik abgeschlossen (Bezugszeichen S). Falls bei der Abfrage Q1 Strom gemessen wurde, wird die erste Detektionsverbindung geöffnet (Schritt V14) und die zweite geschlossen (Schritt V21). Falls kein Fehlerstrom mehr gemessen wird, verbindet die zweite Detektionsverbindung den Neutralleiter N mit dem Erdleiter PE. In diesem Fall wird die geschlossene, zweite Detektionsverbindung wieder geöffnet und die andere, erste Detektionsverbindung geschlossen (Schritt V0) . Die erste Detektionsverbindung verbindet dann den Phasenleiter L mit dem Erdleiter PE. Anschließend wird im Schritt V41 die zweite Kalibrierungsverbindung geschlossen, d.h. die Kalibrierungsverbindung, die dieselben Leiter verbindet wie die zweite Detektionsverbindung, d.h. den Neutralleiter N und den Erdleiter PE. Im folgenden Schritt V42 wird der Fehlerstrom Ik gemessen. Anschließend werden die zweite Kalibrierungsverbindung und die erste Detektionsverbindung geschlossen (Schritt V43) und es wird die Bestimmung von Ik abgeschlossen (Bezugszeichen S). Falls bei der Abfrage Q2 doch ein Fehlerstrom festgestellt wurde, wird die zweite Detektionsverbindung wieder geöffnet (Schritt V24) und ein Standardwert (default value) für den Fehlerstrom Ik verwendet.The procedure is detailed in 3 shown. In this case, the two connections V1 and V2 (produced via the switches S1 and S2) as detection connections and the two Connections V3 and V4 (made through switches S3 and S4) are referred to as calibration connections. In a first step V11, a first detection connection is established and the fault current is measured (step V12). If no fault current flows (query Q1), it can be assumed that the detection connection connects the neutral conductor N to the ground conductor PE. In this case, the closed, first detection connection is opened again and the other, second detection connection is closed (step V30). The second detection connection then connects the phase conductor L to the ground conductor PE. Subsequently, in step V31, the first calibration connection is closed, ie the calibration connection connecting the same conductors as the first detection connection, ie the neutral conductor N and the ground conductor PE. In the following step V32, the fault current I k is measured. Subsequently, the first calibration connection and the second detection connection are closed (step V33), and the determination of I k is completed (reference S). If current was measured in the query Q1, the first detection connection is opened (step V14) and the second is closed (step V21). If no fault current is measured, the second detection connection connects the neutral conductor N to the ground conductor PE. In this case, the closed, second detection connection is opened again and the other, first detection connection is closed (step V0). The first detection connection then connects the phase conductor L to the ground conductor PE. Subsequently, in step V41, the second calibration connection is closed, ie the calibration connection connecting the same conductors as the second detection connection, ie the neutral conductor N and the earth conductor PE. In the following step V42, the fault current I k is measured. Subsequently, the second calibration connection and the first detection connection are closed (step V43), and the determination of I k is completed (reference S). If a fault current was detected during the query Q2, the second detection connection is opened again (step V24) and a default value (default value) is used for the fault current I k .
  • Durch die Verwendung des DI-Wandlers kann die Messung des Erdwiderstandes PE im Vergleich zu anderen Lösungen deutlich günstiger realisiert werden. Eine Verwendung ist auch in portablen RCDs möglich.By using the DI converter, the measurement of the earth resistance PE can be realized significantly cheaper compared to other solutions. Use is also possible in portable RCDs.
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Claims (15)

  1. Vorrichtung für die Messung eines Erdleiterwiderstands für eine Ladevorrichtung, wobei die Ladevorrichtung mit - einem Phasenleiter (L) - einem Neutralleiter (N) - einem Erdleiter (PE), und - einem Stromwandler (W) gebildet ist, - der Phasenleiter (L), der Neutralleiter (N) und der Erdleiter (PE) durch den Stromwandler (W) geführt sind, wobei der Erdleiter (PE) eine Wicklung um den Stromwandler (W) bildet, und - der Phasenleiter (L) über einen ersten Widerstand (R) mit dem Erdleiter (PE) mittels einer ersten Verbindung (V1) verbunden ist, wobei die beiden Verbindungspunkte der beiden Leiter auf unterschiedlichen Seiten des Wandlers (W) angeordnet sind.Device for measuring a Erdleiterwiderstands for a charging device, wherein the charging device with a phase conductor (L) - a neutral conductor (N) - a ground conductor (PE), and a current transformer (W) is formed, - The phase conductor (L), the neutral conductor (N) and the ground conductor (PE) through the current transformer (W) are guided, wherein the ground conductor (PE) forms a winding around the current transformer (W), and - The phase conductor (L) via a first resistor (R) to the ground conductor (PE) by means of a first connection (V1) is connected, wherein the two connection points of the two conductors on different sides of the transducer (W) are arranged.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der Neutralleiter (N) über einen zweiten Widerstand (R) mit dem Erdleiter (PE) mittels einer zweiten Verbindung (V2) verbunden ist, wobei die beiden Verbindungspunkte der beiden Leiter (V1,V2) auf unterschiedlichen Seiten des Wandlers (W) angeordnet sind.Device after Claim 1 , characterized in that - the neutral conductor (N) via a second resistor (R) to the ground conductor (PE) by means of a second connection (V2) is connected, wherein the two connection points of the two conductors (V1, V2) on different sides of Transducer (W) are arranged.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindung (V1) und ggf. die zweite Verbindung (V2) mit einem Schalter (S1,S2) versehen sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first connection (V1) and possibly the second connection (V2) are provided with a switch (S1, S2).
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erdleiter (PE) eine Mehrzahl von Wicklungen um den Stromwandler (W) bildet.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the earth conductor (PE) forms a plurality of windings around the current transformer (W).
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Neutralleiter (N) mit dem Erdleiter (PE) mittels einer weiteren Verbindung (V4) verbunden ist, wobei die beiden Verbindungspunkte der beiden Leiter auf derselben Seite des Wandlers (W) angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the neutral conductor (N) to the ground conductor (PE) by means of another compound (V4) is connected, wherein the two connection points of the two conductors on the same side of the transducer (W) are arranged.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenleiter (L) mit dem Erdleiter (PE) mittels einer weiteren Verbindung (V3) verbunden ist, wobei die beiden Verbindungspunkte der beiden Leiter auf derselben Seite des Wandlers (W) angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the phase conductor (L) to the ground conductor (PE) by means of another connection (V3) is connected, wherein the two connection points of the two conductors on the same side of the transducer (W) are arranged.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Verbindung (V4) mit einem Schalter (S4) versehen ist bzw. die weiteren Verbindungen (V3,V4) jeweils mit einem Schalter (S3,S4) versehen sind.Device according to one of the preceding Claims 5 and 6 , characterized in that the further connection (V4) is provided with a switch (S4) or the further connections (V3, V4) are each provided with a switch (S3, S4).
  8. Ladekabel mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.Charging cable with a device according to one of Claims 1 to 7 ,
  9. Portable Fehlerstromschutzschaltvorrichtung mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.Portable residual current device with a device according to one of Claims 1 to 7 ,
  10. Verfahren zur Bestimmung eines Erdleiterwiderstands für eine Ladevorrichtung mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass - der durch den Wandler (W) fließende Strom gemessen wird, und - mit Hilfe dieses Messwerts der Erdleiterwiderstand (PE) ermittelt wird.Method for determining a ground conductor resistance for a charging device by means of a device according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that - the current flowing through the transformer (W) is measured, and - the ground conductor resistance (PE) is determined with the aid of this measured value.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Erdleiterwiderstand mit Hilfe der Werte des gemessenen Stroms, des ersten oder zweiten Widerstands (R) und einer an den Leitern der Ladevorrichtung anliegenden Spannung ermittelt wird.Method according to Claim 10 , characterized in that the Erdleiterwiderstand is determined using the values of the measured current, the first or second resistance (R) and a voltage applied to the conductors of the charging device voltage.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass - die Bestimmung des Erdleiterwiderstands mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7 vorgenommen wird, wobei die erste Verbindung (V1) und die zweite Verbindung (V2) mit einem Schalter (S1,S2) versehen sind, und - durch selektive Schaltung der ersten und/oder der zweiten Verbindung (V1,V2) mittels Überprüfung des Stromflusses durch den Wandler (W) der Phasenleiter (L) identifiziert wird.Method according to one of Claims 10 or 11 , characterized in that - the determination of the Erdleiterwiderstands with a device according to one of Claims 2 to 7 is performed, wherein the first connection (V1) and the second connection (V2) with a switch (S1, S2) are provided, and - by selectively switching the first and / or the second connection (V1, V2) by checking the current flow is identified by the transducer (W) of the phase conductors (L).
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass - die Bestimmung des Erdleiterwiderstands mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 vorgenommen wird, wobei die Verbindungen mit einem Schalter versehen sind, - eine weitere Verbindung (V3,V4) geschlossen wird, - eine erste Messung des durch den Wandler fließenden Stroms durchgeführt wird, - die erste oder zweite Verbindung (V1,V2) geschlossen wird, - eine zweite Messung des durch den Wandler (W) fließenden Stroms durchgeführt wird, und - der Erdleiterwiderstand (PE) mit Hilfe der Werte des bei der ersten und zweiten Messung fließenden Stroms und einer an den Leitern der Ladevorrichtung anliegenden Spannung ermittelt wird.Method according to one of Claims 10 to 12 , characterized in that - the determination of the Erdleiterwiderstands with a device according to one of Claims 5 to 7 the connections are provided with a switch, - another connection (V3, V4) is closed, - a first measurement of the current flowing through the converter is carried out, - the first or second connection (V1, V2) is closed - a second measurement of the current flowing through the converter (W) is carried out, and - the earth conductor resistance (PE) is determined by means of the values of the current flowing in the first and second measurement and of a voltage applied to the conductors of the charging device.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass - für die erste Messung geschlossene weitere Verbindung den Neutralleiter (N) mit dem Erdleiter (PE) verbindet, und - für die erste Messung diejenige der ersten und zweiten Verbindung geschlossen wird, die den Phasenleiter (P) mit dem Erdleiter (PE) verbindet.Method according to Claim 13 , characterized in that - closed for the first measurement further connection the neutral conductor (N) to the ground conductor (PE), and - is closed for the first measurement that of the first and second connection, the phase conductor (P) to the ground conductor (PE) connects.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass - durch selektive Schaltung der ersten und/oder der zweiten Verbindung (V1,V2) mittels Überprüfung des Stromflusses durch den Wandler (W) der Neutralleiter (N) identifiziert wird. Method according to Claim 14 , characterized in that - by selectively switching the first and / or the second connection (V1, V2) by checking the current flow through the transducer (W) of the neutral conductor (N) is identified.
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