用于识别直流电流‑故障电流的方法和装置与流程

背景技术：

在家用设备中的或者用于集电位置的电网通常利用一种过电流保护器针对过载进行保护，并且另外包括一种故障电流-保护装置。如果例如由于短路的原因出现了电路的过载，那么所述过电流保护器就中断所述电流。通常来说，在德国的家务中如此保障电路：使得当电流在16安培以上时所述过电流保护器得以触发。

如果在电路中出现了电流差（Differenzstrom）或者故障电流，那么所述故障电流-保护装置——经常被实施为故障电流保护开关——就中断所述电流。如果在电路中向耗电器流动着的电流不与由所述耗电器返回地流动着的电流相同大小的话，那么就出现了这种电流差或者说故障电流。对此的原因可能在于接地，在接地时一部分电流通过接地或者通过保护导体由所述耗电器返回地流动。所述故障电流是一种危险，因为这个故障电流表明了有损伤的隔离，该有损伤的隔离在碰触时是对身体和生命的危险。

典型地，将故障电流保护开关在不同的实施方式中作为故障电流-保护装置来使用。在此，类型AC的故障电流保护开关能够仅仅识别出纯正弦形的故障电流，并且在故障的情况下切断电流导线的电压。

类型A的故障电流保护开关不仅能够识别出纯正弦形的故障电流，也能够识别出脉冲的直流电流-故障电流，并且在故障的情况下切断电流导线的电压。这种类型的故障电流保护开关——其在故障电流大于30mA时进行切断——在德国通常用于家用设备。如果直流电流以一大于大约6mA的电流强度与交流电流叠加，那么类型AC和A的故障电流保护开关就完全不再触发了。

此外，类型B的故障电流保护开关是已知的，该故障电流保护开关能够识别任意种类的故障电流，并且因此也能够在纯直流电流-故障电流时触发。然而，为了对这种直流电流-故障电流进行监视，需要一电子单元，从而使得类型B的故障电流保护开关需要一种自己的电流供给。这种也称为交直流敏感的故障电流保护开关的故障电流-保护装置在背景技术中被公开，例如由EP 0 866 536 A2所公开。

类型B的故障电流保护开关的缺点是，与类型A的故障电流保护开关相比，这种类型B的故障电流保护开关被成本高昂地制造，并且因此是昂贵的。

技术实现要素：

建议了一种用于在电的交流电路中识别直流电流-故障电流的方法，其中，整流单元利用初级侧连接在交流电网处，并且在次级侧提供直流电流。在此，所述交流电网利用故障电流保护开关予以保障，如果出现了交流电流-故障电流大于一种预先规定的交流电流-触发阈值的话，那么所述故障电流保护开关就中断所述电路。所述方法包括下述步骤：

a) 测量在初级侧的交流电路中的直流电流-故障电流，

b) 将所述直流电流-故障电流与一预先规定的直流电流-触发阈值进行比较，并且

c) 如果所述直流电流-故障电流位于所述触发阈值之上，那么就产生一交流电流-故障电流，其中所述交流电流-故障电流的电流强度如此选取：使得该交流电流-故障电流处于所述故障电流-保护开关的交流电流-触发阈值之上。

在所述方法中，整流单元与交流电网连接。所述交流电网是例如家用设备的电路或者是用于集电位置的电气设备。所述交流电网配设有保护装置，该保护装置包括针对过载的过电流保护器和故障电流保护开关。通常将类型A的故障电流保护开关作为故障电流保护开关来使用，该类型A的故障电流保护开关不仅能够识别出正弦形的交流电流-故障电流，而且也能够识别出脉冲的直流电流-故障电流，或者使用类型AC的故障电流保护开关，该类型AC的故障电流保护开关仅能识别出正弦形的交流电流-故障交流电流、也就是只有交流电流-故障电流。类型A的故障电流保护开关在德国通常用于保障家用设备和集电位置。如果这种故障电流保护开关识别出了处于触发阈值之上的交流电流-故障电流，那么这种故障电流保护开关就中断在所述电路中的电流。利用所述电流的中断来将所述电路的电压切断。对于交流电流-故障电流来说，触发阈值通常是大约30mA，从而使得在出现交流电流-故障电流≥30mA时，在所述电路中的电流被中断。在此，对于交流电网来说，通常不仅中断相位，也中断中性导体。只有保护导体被从所述中断中除外。

在所述方法的第二个步骤b）中，将被测量出的直流电流-故障电流与预先规定的直流电流-触发阈值进行比较。这个直流电流-触发阈值能够在所述方法中固定地被预先规定，或者能够可适配地实施，例如以便使得所述方法能够适配于在不同的国家中的法律要求。所述直流电流-触发阈值是例如在2mA与6mA之间、优选在5与6mA之间。

如果被测量出的直流电流-故障电流处于所述预先规定的直流电流-触发阈值之上，那么就根据所述方法的步骤c）来产生一交流电流-故障电流，该交流电流-故障电流的电流强度如此选取：使得这个交流电流-故障电流触发在交流电网中的故障电流保护开关。以这种方式实现的是，从自身出发不能够识别出直流电流-故障电流的、类型A或者类型AC的故障电流保护开关在出现直流电流-故障电流时也会触发。通过将所述触发阈值限制在最大6mA这种方式就避免了：类型A和AC的故障电流保护开关的磁路被驱使进饱和中，并且因此不再能够识别出故障。

在所述方法的实施方式中，通过接通在所述整流单元的初级侧处的电阻来产生根据所述方法的步骤c）的交流电流-故障电流。所述接通优选借助于电可操纵的开关来进行，例如借助于继电器或者借助于半导体开关来进行。通过所述电可操纵的开关和电阻，所述交流电网的没有接地的相位或者第一导体在没有明确的极性时与所述保护导体、并且因此与所述接地相连接。所述电阻在此如此设计：使得如此产生的故障电流处于所述故障电流-保护开关的交流电流-触发阈值之上。例如在通过一通常的插座进行连接时，如果在所述交流电网中的极性没有明确地定义，那么就可以在所述连接中检查，所述电路是否成功地被切断电压了。如果不是这种情况，可以将第二导体通过电阻和电可操纵的开关来与所述保护导体连接。在所述连接中可以重新检查，所述电路是否被切换成无电压的了，其中，如果没有能够实现电压切断的话，可以实现听觉的和/或视觉的警告信息。

在所述方法的一种变型方案中，使用了由所述整流单元提供的直流电流来为能量存储器充电，并且如果所述能量存储器充满电了，就将交流电流-故障电流作为切断信号来生成。这种能量存储器可以例如是电池或者蓄电池、或者是电容器。所述能量存储器在此尤其能够配属于电驱动的车辆，例如混合动力车辆或者电动车。

这种实施变型方案尤其适合于集电位置（Stromabnahmestelle），该集电位置位于建筑的外部，并且因此对于每个人都是可接近的，其中，所述故障电流保护开关优选安置在不可接近的位置处。在此，使得所述集电位置在所述能量存储器充满电之后通过所述故障电流保护开关来切断电压，从而使得在充电过程结束之后，所述集电位置不能够被未经授权地使用。只有在由被授权的使用者将所述故障电流保护开关复位之后，另一次充电过程才是可能的。

在所述方法的另一种实施方式中，检查了所述故障电流保护开关的功能性能，其方式为，生成一种交流电流-故障电流。这尤其是能够遵照使用者的明确的指令来进行，例如通过在所述整流单元处设置一测试模块，或者这能够在能量存储器的充电过程结束之后总是自动地被触发。

在所述方法的一种实施方式中，如果在生成所述交流电流-故障电流之后所述整流单元的初级侧没有被切断电压，则推断出了所述故障电流保护开关的功能故障。在此能够设置的是，生成一信号、例如一听觉的或者一视觉的信号，以便使得所述整流单元的使用者认识到所述故障电流保护开关的功能故障。

本发明的另一方面涉及用于识别在电流回路中的直流电流-故障电流的装置。在此，所述装置被构造和/或被设置优选用于实施在本文中所描述的方法。与此相应的是，在所述方法的框架内描述的特征相应地适用于所述装置，并且反过来，在所述装置的框架内描述的特征相应地适用于所述方法。

所述装置包括用于测量直流电流-故障电流的测量单元以及触发单元，该触发单元设置用来在出现了一种大于预先规定的直流电流-触发阈值的直流电流-故障电流时，产生一种交流电流-故障电流。

本发明的另一个方面是，提供了一种用于为车辆的能量存储器充电的充电设备，其中，所述充电设备包括所描述的用于识别直流电流-故障电流的装置中的一个装置。

这种充电设备能够例如用于为以电池或者蓄电池为形式的、配属于电动车辆或者混合动力车辆的能量存储器进行充电。

在一种实施方式中设置了所述充电设备，来在所述能量存储器充满电时，产生一交流电流-故障电流。为此，所述充电设备能够使用用于识别直流电流-故障电流的装置的触发单元。

在另一种实施方式中，所述充电设备此外还包括一补偿单元，该补偿单元设置用来补偿短时间的直流电流-故障电流，其方式为，以相同的电流强度但是相反的电流方向来生成另一直流电流-故障电流。以这种方式，能够去除或者补偿短时间地或者一次地出现的直流电流-故障电流，而不是必须立刻进行切断。借此得以可靠地实施所述充电过程。

本发明的优点

利用根据本发明的方法和根据本发明的装置，在家用设备中或者在集电位置的安装中不管怎样都要设置的或者已经存在的类型A或者类型AC的故障电流保护开关会被置于下述状态中：也识别直流电流-故障电流。对此有利的是，不需要在现有的电气设备中进行任何改变。根据本发明的装置或者根据本发明的方法利用整流器来与连接在现有的电气设备处的耗电器相关联地使用。这种整流器例如作为用于为电驱动的车辆的能量存储器进行充电的充电设备的部件来使用。与用于消费者-电子器件——例如移动电话或者MP3-播放器——的充电设备相反，在此使用大的直流电流，从而使得即使在电绝缘处出现轻微损伤时、或者由于在所谓的主动整流器级出现故障时，也可能导致相比较来说大的直流电流-故障电流。这种直流电流-故障电流不仅对于本身来说是一危险源，而且有可能能够阻止，在电网中存在的故障电流保护开关失去它的保护作用。

然而，在有利地与本发明相联系的情况下，不再需要为现有的电网补充装配类型B的故障电流保护开关——该故障电流保护开关不仅能够在交流电流-故障电流时触发而且能够在直流电流-故障电流时触发，因为现有的类型A或者类型AC的故障电流保护开关被置入到了下述的状态中：即使在出现纯的直流电流-故障电流的情况下也被触发。为此，根据本发明设置的是，识别出在整流单元的初级侧处可能出现的直流电流-故障电流，并且在出现直流电流-故障电流时生成一交流电流-故障电流，该交流电流-故障电流被置于下述状况中：能够触发所述故障电流保护开关。

相对于为整流单元配属一自己的、类型B的故障电流保护开关的可能性，根据本发明的装置相比较来说容易实施，因为这个装置不需要自己的、用于中断电流的器件。电流的中断由在电网中已经存在的故障电流保护开关来实施。

另外，所述故障电流保护开关的、正常的功能被定期地通过用于将插座的电压切断的使用来进行检查。

另外，利用按照规定地被装备的耗电器，能够将每个任意的插座作为能量源来使用，而不会非故意地伤害其他使用者的身体和生命，它们偶然并且无意识地使用相同的电路。

附图简要说明

本发明的实施例示出在附图中，并且在接下来的描述中进一步被阐述。唯一的附图示出了带有根据本发明的装置的、示例性的充电设备的示意性的视图。所述附图仅示意性地示出了本发明的主题。

图1示出了一种充电设备12，该充电设备被设置用来为车辆40的能量存储器42充电。对此，所述充电设备12与交流电网34连接，该交流电网通过保险丝盒30连接在公共的电网32处。所述交流电网34能够是指住宅电网的电路。过电流保护器36以及故障电流保护开关38作为保护装置容纳在所述保险丝盒30中。

设置了所述过电流保护器36，当在交流电网34中的电流超过了允许的值时就中断在交流电网34中的电流。在德国，在住宅电网的电路的情况中，所述交流电网34的单个的电路通常以16安培进行保障，就是说当在所述交流电网34中的电流超过了16安培时，所述过电流保护器36被触发。所述故障电流保护开关38实施为例如类型A的故障电流保护开关，如同它在德国通常用于家用设备的那样。所述故障电流保护开关38识别正弦形的、就是说交流电流-故障电流，以及脉冲形的直流电流-故障电流。如果获取到一种具有位于交流电流-触发阈值之上的电流强度的故障电流、尤其是一种交流电流-故障电流，那么所述故障电流保护开关38就将所述交流电网34的电压切断。在通常使用的故障电流保护开关中，交流电流-触发阈值是大约30mA。在此，不仅中性导体而且相位都被分开。在此，保护导体或者说接地导体不被分开。

在此，不仅所述过电流保护器36而且所述故障电流保护开关38都如此设置：它们能够在排除故障之后由使用者复位或者说再次接通。

充电设备12包括整流单元14，该整流单元具有初级侧13和次级侧15。所述整流单元14利用它的初级侧13与所述交流电网34连接，并且所述次级侧15在图1示出的情况中通过充电线缆44与所述车辆40的能量存储器42连接。

另外，一种测量单元16位于所述整流单元14的初级侧13处，该测量单元设置用来获取一种直流电流-故障电流。对此，所述测量单元16在所述整流单元14的初级侧13处测量流动着的交流电流的直流分量的电流强度。因为在正常情况下，交流电流不具有直流分量，所以在出现直流分量时可以推断出出现了故障。

所述测量单元16将测量出的直流电流-故障电流与预先规定的直流电流-触发阈值进行比较。如果测量出的直流电流-故障电流大于或者等于所述直流电流-触发阈值，那么就由所述测量单元16来激活一种触发单元18。为此，所述触发单元18与所述测量单元16通过导线19进行连接。所述直流电流-触发阈值例如是6mA。

在所示出的实施例中，所述触发单元18包括两个电地可操纵的开关20和20'以及一个欧姆电阻22。所述触发单元18在一侧与所述交流电网34的导通电流的导体中的一个导体连接，并且在另一侧与保护导体35连接。因为贸易上惯用的插接装置能够没有首选方向地进行插接，所以所述触发单元（18）两极地实施，从而使得用于产生触发故障电流的所述两个电可操纵的开关20、20'能够依次被接通。如果所述极性明确地预先规定了，那么相反唯一的电可操纵的开关20就足够了，该唯一的电可操纵的开关与所述交流电网34的被称为相位的导体连接。

如果激活了所述触发单元18，那么所述电可操纵的开关20就闭合，从而使得电流由所述交流电网34通过电阻22流入到所述保护导体35中。在此，如此设计所述电阻22的大小，使得所述在闭合所述电可操纵的开关20之后表现为交流电流-故障电流的、流动着的交流电流大于所述故障电流保护开关38的交流电流-触发阈值。在交流电网34中的电压为230V时，所述电阻22例如是6kΩ，以便产生大约38mA的交流电流-故障电流。如果在操纵了开关20之后，由所述测量单元16没有识别出交流电流-故障电流的话，这个开关就再次断开，并且闭合另一个开关20'。

所述触发单元18和测量单元16共同构成了用于识别直流电流-故障电流的装置10。通过设置这个装置10，不能够单独识别出直流电流-故障电流的故障电流保护开关38被带入到下述状态中：在出现直流电流-故障电流时，在所述整流单元14的初级侧13处触发。借此，即使没有以所谓的交直流敏感的故障电流保护开关或者说类型B的故障电流保护开关来替换所述故障电流保护开关38，也实现了预防故障电流的全面的保护。

除了所述具有装置10的所描述的示例性的伴随充电设备12的应用以外，在其他的实施方式中也能够考虑的是，所述装置10与其他的、利用被接通的整流器或者利用直流电流中间电路来工作的设备或者机器相联系地使用。这包括例如带有所谓的变频器控制器的设备和机器、例如清洗机和电梯，以及所有的、由交流电流来生成直流电流的、并且不具有合适的在初级侧的电流切断器的耗电器。

本发明并不限制于在此所描述的实施例和在本文中所强调的方面。更确切的说，在由权利要求所给出的范围里，处于专业人员的手段的框架内的大量的改变方案是可能的。