专利名称：交直流敏感的故障电流保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交直流敏感的故障电流保护装置，其具有一个独立于电网电压的第一传感器装置和一个依赖于电网电压的第二传感器装置。
背景技术：
人们将保护开关区分为独立于电网电压的故障电流保护开关(FI保护开关)和依赖于电网电压的差分电流保护开关(DI保护开关)。这两种保护开关分别具有一个总电流变换器，通过该变换器引入待监视的电网的导线。两种总电流变换器分别具有一个带有绕组的磁芯，在该绕组上连接有传感器装置，该传感器装置又与一个触发装置连接。如果在电网中出现不允许的故障电流，则其由相关的传感器装置的总电流变换器采集。通过触发装置将电网的导线分离。
通过将一个脉冲电流敏感的FI保护开关与一个直流敏感的DI保护开关相组合，得到一种所谓的交直流敏感的故障电流保护装置，该装置在所有供电电压的情况下都能保证保护功能。一种这样的故障电流保护装置例如由DE 19735412A1公开。
公知的交直流敏感的故障电流保护装置用在电气设备中对人员和设备进行保护。
人们将故障电流区分为平滑的直流故障电流、脉动的直流故障电流以及交流故障电流。
在出现脉动的直流故障电流或者交流故障电流时，在所涉及的总电流变换器的绕组中感应一电压，该电压通过相关的传感器装置进行分析。为了采集两种电流类型还可以采用磁性感应(脉动电流敏感的采集原理)。
在出现平滑的直流故障电流时不能应用这种测量原理，因为通过所涉及的总电流变换器的绕组的磁通量不改变，因此感应不出电压。因此，为了采集平滑的直流故障电流按照一种不同的原理进行，即对总电流变换器的绕组施加交流电压，以便使总电流变换器的磁芯交变地磁化。也就是通过交变电压控制总电流变换器的磁芯。如果此时出现直流故障电流，则磁芯的磁化发生偏移，这最终会由分析单元采集到(直流电流敏感的采集原理)。
为了采集平滑的直流故障电流和脉动的直流故障电流以及交流故障电流，在交直流敏感的故障电流保护装置中按照DE 19735412A1以分离的总电流变换器采用上述两种不同的采集原理。在由DE 19735412A1公开的故障电流保护装置中，脉动电流敏感的采集是独立于电网电压实现的，而直流电流敏感的采集是依赖于电网电压实现的。
在公知的故障电流保护装置中，第一传感器装置和第二传感器装置分别通过一个各自的总电流变换器始终平行地监视电网，并在一个触发装置上平行地工作。
为了避免第一传感器装置对第二传感器装置的触发行为的反作用，在引入触发装置的控制导线中连接一个第一去耦合装置。
按照DE 19735412A1，在交直流敏感的故障电流保护装置中触发时间和触发电流不相互影响，从而在这两种故障电流触发电路的组合中，对于单个故障电流触发电路的特征数据(即，其各自所属故障电流类型的额定故障电流和触发时间延迟)在组合中保持不变。由此，所要求的触发故障电流和触发时间的边界值，可以在交流故障电流、脉动的直流故障电流和平滑的直流故障电流的条件下保持遵守相应的规范(VDE，VE，EN，IEC)。
不过，公知的故障电流保护装置由于其构造(两个总电流变换器，直到两个去耦合装置)而具有相对大的构造体积，并因此而具有相应的功率损耗以及相应的热辐射。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种本文开始部分所述类型的故障电流保护装置，其构造更简单并具有更小的结构尺寸。
根据本发明，上述技术问题是通过一种交直流敏感的故障电流保护装置解决的。该故障电流保护装置具有一个独立于电网电压的第一传感器装置，用于交流故障电流和脉动的直流故障电流，和一个依赖于电网电压的第二传感器装置，用于平滑的直流故障电流、交流故障电流和脉动的直流故障电流，其中，该第一传感器装置和第二传感器装置相互并联地连接到一个触发装置的控制导线。本发明的故障电流保护装置还具有一个总电流变换器，其绕组构成为第一传感器装置的次级绕组和第二传感器装置的控制绕组，其中，该绕组通过一个去耦合装置与第一传感器装置连接或者与第二传感器装置连接，并通过一个测量电阻引至参考电位。
代之以两个总电流变换器，本发明的故障电流保护装置具有一个共同的总电流变换器，用于第一传感器装置和第二传感器装置。由此，与公知的故障电流保护装置相比节省了一个总电流变换器。
由于电压耦合的作用，不会出现第一传感器装置(独立于电网电压的FI采集)和第二传感器装置(依赖于电网电压的DI采集)的相互影响。由此，可以将两个传感器装置分别单独地对待并根据要求确定尺寸。
尽管简化了结构，但由此通过本发明的故障电流保护装置仍能遵守对交流故障电流、脉动的直流故障电流和平滑的直流故障电流所要求的触发故障电流和触发时间边界值的相应规范(VDE，VE，EN，IEC)。
按照本发明的优选结构，将用于产生反向电压的装置实施为变压器型的电压耦合装置，其中，该变压器型的电压耦合装置至少具有一个设置在总电流变换器的绕组和第一传感器装置之间的耦合变压器，以及其中，该绕组被引至一个受控交流电压源。在此特别优选的是，耦合变压器通过其初级绕组由一受控电压源供电，并通过其次级绕组连接到总电流变换器的绕组和第一传感器装置之间。
下面结合附图对本发明实施方式作进一步说明，其中，图1示出了按照本发明的交直流敏感的故障电流保护装置的一种实施方式。
具体实施例方式
图1示出了按照本发明的交直流敏感的故障电流保护装置的一种实施方式，该故障电流保护装置包括一个独立于电网电压的第一传感器装置1，以及一个依赖于电网电压的第二传感器装置2，该第二传感器装置2由电网部分3供以电压。第一传感器装置1设置用于采集交流故障电流和脉动的直流故障电流。第二传感器装置2用于采集平滑的直流故障电流，并可选地用于采集交流故障电流和脉动的直流故障电流。
在所示出的实施方式中，第一传感器装置1和第二传感器装置2相互并联地连接到触发装置6的继电器5的控制导线4。该继电器作用为属于触发装置6的开关机构7。
故障电流保护装置还具有一个总电流变换器8，其用来监视具有外导线L1，L2，L3和零线N的多相位的电网。总电流变换器8具有一个承载绕组10的磁芯9。该绕组10构成为第一传感器装置1的次级绕组。在此，初级绕组由外导线L1，L2，L3和零线N构成。绕组10还构成为第二传感器装置2的控制绕组。
为了可靠地避免两个传感器装置1和2的相互影响，在绕组10和第一传感器装置1之间连接了一个用于产生反向电压的装置11。
此外，将总电流变换器8的绕组10引至交流电压源20。绕组10还通过测量电阻13被引至参考电位。
在所示出的实施方式中将用于产生反向电压的装置11实施为变压器型的电压耦合。
在所示出的实施方式中，用于产生反向电压的装置11被实现为变压器型的电压耦合装置。
在所示出的实施方式中，变压器型的电压耦合装置11具有一个耦合变压器30，该变压器30通过其初级绕组31由一个受控电压源33供电。该耦合变压器30还通过其次级绕组32连接在总电流变换器8的绕组10和第一传感器装置1之间。
交直流敏感的故障电流保护装置依赖于电网电压的部分、即包含依赖于电网电压的第二传感器装置的部分，按照公知的、控制感应的原理工作。
在包括独立于电网电压的第一传感器装置的独立于电网电压的部分的电路中，通过耦合变压器30将反向电压U3以变压的方式进行耦合。将所耦合的反向电压U3根据大小和相位状态进行调整。如果不存在故障电流，则反向电压U3和总电流变换器8上的电压U1的矢量和为零。由此，交流电压源20的总电流Iges必定通过总电流变换器8流动。
由交流故障电流和脉动的直流故障电流感应的电压U2＝Z·I2通过耦合变压器30到达交直流敏感的故障电流保护装置的独立于电网电压的部分。
由于变压器型的电压耦合装置11的作用，不会出现第一传感器装置1(独立于电网电压的FI采集)与由第二传感器装置2(依赖于电网电压的DI采集)所要求的交流电压源20之间的相互影响。由此，可以将两个传感器装置1和2分别单独地对待并根据要求确定尺寸。
此外，将在测量电阻13上的电压降在第二传感器装置2中进行分析。在存在一个触发标准时，第二传感器装置2作用于触发装置6的继电器5，由此断开开关机构7。通过对在测量电阻13上电压降的分析，第二传感器装置2不仅可以采集平滑的直流故障电流，而且还可以采集交流故障电流和脉动的直流故障电流。
权利要求
1.一种交直流敏感的故障电流保护装置，其具有-一个独立于电网电压的第一传感器装置(1)，用于交流故障电流和脉动的直流故障电流，和-一个依赖于电网电压的第二传感器装置(2)，用于平滑的直流故障电流、交流故障电流和脉动的直流故障电流，其中，所述第一传感器装置(1)和第二传感器装置(2)相互并联地连接到一个触发装置(6)的控制导线(4)；以及-一个总电流变换器(8)，其绕组(10)构成为所述第一传感器装置(1)的次级绕组和所述第二传感器装置(2)的控制绕组，其中，在所述绕组(10)和第一传感器装置(1)之间连接一个用于产生反向电压的装置(11)，以及所述绕组(10)通过一个测量电阻(13)被引至参考电位。
2.根据权利要求1所述的故障电流保护装置，其中，-所述用于产生反向电压的装置(11)被实现为变压器型的电压耦合装置，其具有至少一个设置在总电流变换器(8)的绕组(10)和第一传感器装置(1)之间的耦合变压器(30)，以及-所述绕组(10)被引至交流电压源(20)。
3.根据权利要求1所述的故障电流保护装置，其中，-通过一个自监视装置可以在故障情况下操纵所述触发装置(6)。
4.根据权利要求2所述的故障电流保护装置，其中，-所述耦合变压器(30)通过其初级绕组(31)由一个受控电压源(33)供电，并通过其次级绕组(32)连接到所述总电流变换器(8)的绕组(10)和所述第一传感器装置(1)之间。
5.根据利要求1所述的故障电流保护装置，其中，-所述总电流变换器(8)的绕组(10)由两个分离的绕组组成，其中，一个绕组用于所述第一传感器装置(1)，另一个绕组用于所述第二传感器装置(2)。
全文摘要
本发明涉及交直流敏感故障电流保护装置，具有用于交流故障电流和脉动的直流故障电流的第一传感器装置(1)，用于平滑的直流故障电流、交流故障电流和脉动直流故障电流的第二传感器装置(2)和总电流变换器(8)。第一传感器装置和第二传感器装置并联地连接到触发装置(6)的控制导线(4)，总电流变换器的绕组(10)与第一传感器装置或第二传感器装置连接，并通过测量电阻(13)引至参考电位。产生反向电压的装置(11)优选为具有至少一个耦合变压器(30)的变压器型电压耦合装置。该故障电流保护装置结构简化，体积更小，满足对交流故障电流、脉动直流故障电流和平滑直流故障电流要求的触发故障电流和触发时间边界值规范。
文档编号H02H3/32GK1551441SQ20041004329
公开日2004年12月1日 申请日期2004年5月17日 优先权日2003年5月15日
发明者伯恩哈德·鲍尔, 马库斯·休伯, 莱因哈德·施密德, 休伯, 伯恩哈德 鲍尔, 德 施密德 申请人:西门子公司