專利名稱：交直流敏感的故障電流保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交直流敏感的故障電流保護(hù)裝置，其具有一個(gè)獨(dú)立于電網(wǎng)電壓的第一傳感器裝置和一個(gè)依賴于電網(wǎng)電壓的第二傳感器裝置。
背景技術(shù)：
人們將保護(hù)開關(guān)區(qū)分為獨(dú)立于電網(wǎng)電壓的故障電流保護(hù)開關(guān)(FI保護(hù)開關(guān))和依賴于電網(wǎng)電壓的差分電流保護(hù)開關(guān)(DI保護(hù)開關(guān))。這兩種保護(hù)開關(guān)分別具有一個(gè)總電流變換器，通過(guò)該變換器引入待監(jiān)視的電網(wǎng)的導(dǎo)線。兩種總電流變換器分別具有一個(gè)帶有繞組的磁芯，在該繞組上連接有傳感器裝置，該傳感器裝置又與一個(gè)觸發(fā)裝置連接。如果在電網(wǎng)中出現(xiàn)不允許的故障電流，則其由相關(guān)的傳感器裝置的總電流變換器采集。通過(guò)觸發(fā)裝置將電網(wǎng)的導(dǎo)線分離。
通過(guò)將一個(gè)脈沖電流敏感的FI保護(hù)開關(guān)與一個(gè)直流敏感的DI保護(hù)開關(guān)相組合，得到一種所謂的交直流敏感的故障電流保護(hù)裝置，該裝置在所有供電電壓的情況下都能保證保護(hù)功能。一種這樣的故障電流保護(hù)裝置例如由DE 19735412A1公開。
公知的交直流敏感的故障電流保護(hù)裝置用在電氣設(shè)備中對(duì)人員和設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。
人們將故障電流區(qū)分為平滑的直流故障電流、脈動(dòng)的直流故障電流以及交流故障電流。
在出現(xiàn)脈動(dòng)的直流故障電流或者交流故障電流時(shí)，在所涉及的總電流變換器的繞組中感應(yīng)一電壓，該電壓通過(guò)相關(guān)的傳感器裝置進(jìn)行分析。為了采集兩種電流類型還可以采用磁性感應(yīng)(脈動(dòng)電流敏感的采集原理)。
在出現(xiàn)平滑的直流故障電流時(shí)不能應(yīng)用這種測(cè)量原理，因?yàn)橥ㄟ^(guò)所涉及的總電流變換器的繞組的磁通量不改變，因此感應(yīng)不出電壓。因此，為了采集平滑的直流故障電流按照一種不同的原理進(jìn)行，即對(duì)總電流變換器的繞組施加交流電壓，以便使總電流變換器的磁芯交變地磁化。也就是通過(guò)交變電壓控制總電流變換器的磁芯。如果此時(shí)出現(xiàn)直流故障電流，則磁芯的磁化發(fā)生偏移，這最終會(huì)由分析單元采集到(直流電流敏感的采集原理)。
為了采集平滑的直流故障電流和脈動(dòng)的直流故障電流以及交流故障電流，在交直流敏感的故障電流保護(hù)裝置中按照DE 19735412A1以分離的總電流變換器采用上述兩種不同的采集原理。在由DE 19735412A1公開的故障電流保護(hù)裝置中，脈動(dòng)電流敏感的采集是獨(dú)立于電網(wǎng)電壓實(shí)現(xiàn)的，而直流電流敏感的采集是依賴于電網(wǎng)電壓實(shí)現(xiàn)的。
在公知的故障電流保護(hù)裝置中，第一傳感器裝置和第二傳感器裝置分別通過(guò)一個(gè)各自的總電流變換器始終平行地監(jiān)視電網(wǎng)，并在一個(gè)觸發(fā)裝置上平行地工作。
為了避免第一傳感器裝置對(duì)第二傳感器裝置的觸發(fā)行為的反作用，在引入觸發(fā)裝置的控制導(dǎo)線中連接一個(gè)第一去耦合裝置。
按照DE 19735412A1，在交直流敏感的故障電流保護(hù)裝置中觸發(fā)時(shí)間和觸發(fā)電流不相互影響，從而在這兩種故障電流觸發(fā)電路的組合中，對(duì)于單個(gè)故障電流觸發(fā)電路的特征數(shù)據(jù)(即，其各自所屬故障電流類型的額定故障電流和觸發(fā)時(shí)間延遲)在組合中保持不變。由此，所要求的觸發(fā)故障電流和觸發(fā)時(shí)間的邊界值，可以在交流故障電流、脈動(dòng)的直流故障電流和平滑的直流故障電流的條件下保持遵守相應(yīng)的規(guī)范(VDE，VE，EN，IEC)。
不過(guò)，公知的故障電流保護(hù)裝置由于其構(gòu)造(兩個(gè)總電流變換器，直到兩個(gè)去耦合裝置)而具有相對(duì)大的構(gòu)造體積，并因此而具有相應(yīng)的功率損耗以及相應(yīng)的熱輻射。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種本文開始部分所述類型的故障電流保護(hù)裝置，其構(gòu)造更簡(jiǎn)單并具有更小的結(jié)構(gòu)尺寸。
根據(jù)本發(fā)明，上述技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)一種交直流敏感的故障電流保護(hù)裝置解決的。該故障電流保護(hù)裝置具有一個(gè)獨(dú)立于電網(wǎng)電壓的第一傳感器裝置，用于交流故障電流和脈動(dòng)的直流故障電流，和一個(gè)依賴于電網(wǎng)電壓的第二傳感器裝置，用于平滑的直流故障電流、交流故障電流和脈動(dòng)的直流故障電流，其中，該第一傳感器裝置和第二傳感器裝置相互并聯(lián)地連接到一個(gè)觸發(fā)裝置的控制導(dǎo)線。本發(fā)明的故障電流保護(hù)裝置還具有一個(gè)總電流變換器，其繞組構(gòu)成為第一傳感器裝置的次級(jí)繞組和第二傳感器裝置的控制繞組，其中，該繞組通過(guò)一個(gè)去耦合裝置與第一傳感器裝置連接或者與第二傳感器裝置連接，并通過(guò)一個(gè)測(cè)量電阻引至參考電位。
代之以兩個(gè)總電流變換器，本發(fā)明的故障電流保護(hù)裝置具有一個(gè)共同的總電流變換器，用于第一傳感器裝置和第二傳感器裝置。由此，與公知的故障電流保護(hù)裝置相比節(jié)省了一個(gè)總電流變換器。
由于去耦合裝置的作用，不會(huì)出現(xiàn)第一傳感器裝置(獨(dú)立于電網(wǎng)電壓的FI采集)和第二傳感器裝置(依賴于電網(wǎng)電壓的DI采集)的相互影響。由此，可以將兩個(gè)傳感器裝置分別單獨(dú)地對(duì)待并根據(jù)要求確定尺寸。
盡管簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，但由此通過(guò)本發(fā)明的故障電流保護(hù)裝置仍能遵守對(duì)交流故障電流、脈動(dòng)的直流故障電流和平滑的直流故障電流所要求的觸發(fā)故障電流和觸發(fā)時(shí)間邊界值的相應(yīng)規(guī)范(VDE，VE，EN，IEC)。
按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選結(jié)構(gòu)，將去耦合裝置實(shí)現(xiàn)為獨(dú)立于電網(wǎng)電壓的去耦合濾波器，該濾波器就其截止特性而言，調(diào)諧在通過(guò)總電流變換器的繞組流動(dòng)的控制電流的頻率上。這里特別優(yōu)選的是，將去耦合濾波器實(shí)現(xiàn)為無(wú)源低通濾波器，其截止頻率調(diào)諧在通過(guò)繞組流動(dòng)的控制電流的頻率上。優(yōu)選地，該截止頻率明顯高于電網(wǎng)頻率。這種實(shí)施方式的特點(diǎn)表現(xiàn)在，簡(jiǎn)單的構(gòu)造結(jié)構(gòu)和高的可靠性。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明，其中，圖1示出了按照本發(fā)明的交直流敏感的故障電流保護(hù)裝置的一種實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了按照本發(fā)明的交直流敏感的故障電流保護(hù)裝置的一種實(shí)施方式，該故障電流保護(hù)裝置包括一個(gè)獨(dú)立于電網(wǎng)電壓的第一傳感器裝置1，以及一個(gè)依賴于電網(wǎng)電壓的第二傳感器裝置2，該第二傳感器裝置由電網(wǎng)部分3提供電壓。第一傳感器裝置設(shè)置用于采集交流故障電流和脈動(dòng)的直流故障電流。第二傳感器裝置用于采集平滑的直流故障電流，并可選地用于采集交流故障電流和脈動(dòng)的直流故障電流。
在所示出的實(shí)施方式中，第一傳感器裝置1和第二傳感器裝置2相互并聯(lián)地連接到觸發(fā)裝置6的繼電器5的控制導(dǎo)線4。該繼電器作用為屬于觸發(fā)裝置6的開關(guān)機(jī)構(gòu)7。
故障電流保護(hù)裝置還具有一個(gè)總電流變換器，用來(lái)監(jiān)視具有外導(dǎo)線L1，L2，L3和零線N的多相位電網(wǎng)?？傠娏髯儞Q器8具有承載繞組10的磁芯9。該繞組10構(gòu)成為第一傳感器裝置1的次級(jí)繞組。在此，初級(jí)繞組由外導(dǎo)線L1，L2，L3和零線N構(gòu)成。繞組10還構(gòu)成為第二傳感器裝置2的控制繞組。
為了可靠地避免兩個(gè)傳感器裝置1和2的相互影響，在繞組10和第一傳感器裝置1之間連接了一個(gè)去耦合裝置11。
此外，總電流變換器8的繞組10被引至交流電壓源20，總電流變換器8的繞組10還通過(guò)測(cè)量電阻13被引至參考電位。
在示出的實(shí)施方式中將去耦合裝置11實(shí)施為獨(dú)立于電網(wǎng)電壓的濾波器。
該獨(dú)立于電網(wǎng)電壓的濾波器11就其截止特性而言，調(diào)諧在通過(guò)總電流變換器8的繞組10流動(dòng)的控制電流的頻率上。在此，特別優(yōu)選的是，去耦合裝置11實(shí)施為無(wú)源低通濾波器，其截止頻率調(diào)諧在通過(guò)繞組10流動(dòng)的控制電流的頻率上。優(yōu)選地，該無(wú)源低通濾波器11的截止頻率明顯高于電網(wǎng)頻率。在電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)，低通濾波器11的截止頻率例如為1000 Hz。由此，低通濾波器11在1000Hz截止，從而使由交流電源20產(chǎn)生的電流僅能通過(guò)總電流變換器8流動(dòng)。
在示出的實(shí)施方式中，交直流敏感的故障電流保護(hù)裝置的依賴于電網(wǎng)電壓的部分(DI部分)包括交流電源20，總電流變換器8，測(cè)量電阻13，依賴于電網(wǎng)電壓的第二傳感器裝置2和觸發(fā)裝置6。交直流敏感的故障電流保護(hù)裝置的依賴于電網(wǎng)電壓的部分按照公知的、控制感應(yīng)的原理工作。
總電流變換器8的繞組10和測(cè)量電阻13的串聯(lián)電路由交流電源20供電，其頻率(例如1000Hz)顯著地高于電網(wǎng)頻率(例如50Hz)。去耦合濾波器11(無(wú)源低通濾波器)在1000Hz截止，從而由交流電源20產(chǎn)生的電流僅能通過(guò)總電流變換器8的繞組10流動(dòng)。
在所示實(shí)施方式中，交直流敏感的故障電流保護(hù)裝置的獨(dú)立于電網(wǎng)電壓的部分包括總電流變換器8，獨(dú)立于電網(wǎng)電壓的第一傳感器裝置1和觸發(fā)裝置6。
在總電流變換器8中由交流故障電流和脈動(dòng)的直流故障電流感應(yīng)的低頻率電壓(電網(wǎng)頻率或者諧波)，通過(guò)去耦合濾波器11(無(wú)源低通濾波器)到達(dá)獨(dú)立于電網(wǎng)電壓的第一傳感器裝置1。
由于去耦合裝置11的作用，不會(huì)出現(xiàn)第一傳感器裝置1(獨(dú)立于電網(wǎng)電壓的FI采集)和第二傳感器裝置2(依賴于電網(wǎng)電壓的DI采集)的相互影響。由此，可以將兩個(gè)傳感器裝置1和2分別單獨(dú)地對(duì)待并根據(jù)要求確定尺寸。
此外，將在測(cè)量電阻13上的電壓降在第二傳感器裝置2中進(jìn)行分析。在存在一個(gè)觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，該第二傳感器裝置2作用于觸發(fā)裝置6的繼電器5，由此斷開開關(guān)機(jī)構(gòu)7。通過(guò)對(duì)測(cè)量電阻13上電壓降的分析，第二傳感器裝置2不僅可以采集平滑的直流故障電流，而且還可以采集交流故障電流和脈動(dòng)的直流故障電流。
但這并不是必須的，因?yàn)閮蓚€(gè)傳感器裝置總是同時(shí)起作用，由此對(duì)脈動(dòng)的直流故障電流和交流故障電流的采集可通過(guò)第一傳感器裝置1實(shí)現(xiàn)。
第二傳感器裝置2的對(duì)于交直流敏感的設(shè)置，為對(duì)脈動(dòng)電流敏感的第一傳感器裝置1的冗余。
權(quán)利要求
1.一種交直流敏感的故障電流保護(hù)裝置，其具有-一個(gè)獨(dú)立于電網(wǎng)電壓的第一傳感器裝置(1)，用于交流故障電流和脈動(dòng)的直流故障電流，和-一個(gè)依賴于電網(wǎng)電壓的第二傳感器裝置(2)，用于平滑的直流故障電流、交流故障電流和脈動(dòng)的直流故障電流，其中，所述第一傳感器裝置(1)和第二傳感器裝置(2)相互并聯(lián)地連接到一個(gè)觸發(fā)裝置(6)的控制導(dǎo)線(4)；以及-一個(gè)總電流變換器(8)，其繞組(10)構(gòu)成為所述第一傳感器裝置(1)的次級(jí)繞組和所述第二傳感器裝置(2)的控制繞組，其中，在所述繞組(10)和第一傳感器裝置(1)之間連接一個(gè)去耦合裝置(11)，以及所述繞組(10)通過(guò)測(cè)量電阻(13)被引至參考電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障電流保護(hù)裝置，其中，-所述去耦合裝置(11)被實(shí)現(xiàn)為獨(dú)立于電網(wǎng)電壓的去耦合濾波器，該濾波器就其截止特性而言，調(diào)諧在通過(guò)所述總電流變換器(8)的繞組(10)流動(dòng)的控制電流的頻率上，以及其中-所述繞組(10)被引至交流電壓源(20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障電流保護(hù)裝置，其中，-通過(guò)一個(gè)自監(jiān)視裝置可以在故障情況下操縱所述觸發(fā)裝置(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的故障電流保護(hù)裝置，其中，-所述去耦合裝置(11)被實(shí)現(xiàn)為無(wú)源低通濾波器，其截止頻率調(diào)諧在通過(guò)所述繞組(10)流動(dòng)的控制電流的頻率上。
5.根據(jù)利要求4所述的故障電流保護(hù)裝置，其中，-所述低通濾波器(11)的截止頻率明顯高于電網(wǎng)頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障電流保護(hù)裝置，其中，-所述總電流變換器(8)的繞組(10)由兩個(gè)分離的繞組組成，其中，一個(gè)繞組用于所述第一傳感器裝置(1)，另一個(gè)繞組用于所述第二傳感器裝置(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及交直流敏感故障電流保護(hù)裝置，具有用于交流故障電流和脈動(dòng)的直流故障電流的第一傳感器裝置(1)，用于平滑的直流故障電流、交流故障電流和脈動(dòng)的直流故障電流的第二傳感器裝置(2)和總電流變換器(8)。該第一傳感器裝置(1)和第二傳感器裝置(2)并聯(lián)地連接到觸發(fā)裝置(6)的控制導(dǎo)線(4)，總電流變換器的繞組(10)與第一傳感器裝置或第二傳感器裝置連接，并通過(guò)測(cè)量電阻(13)引至參考電位。去耦合裝置(11)優(yōu)選實(shí)施為獨(dú)立于電網(wǎng)電壓的去耦合濾波器。該故障電流保護(hù)裝置簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，體積更小，滿足對(duì)交流故障電流、脈動(dòng)直流故障電流和平滑直流故障電流所要求的觸發(fā)故障電流和觸發(fā)時(shí)間邊界值的相應(yīng)規(guī)范。
文檔編號(hào)H02H3/05GK1551443SQ20041004329
公開日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2004年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月15日
發(fā)明者伯恩哈德·鮑爾, 馬庫(kù)斯·休伯, 萊因哈德·施密德, 休伯, 伯恩哈德 鮑爾, 德 施密德 申請(qǐng)人:西門子公司