用于检验电导线的电路从属性的设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于检验在电气装置中的电导线（12）的电路从属性的设备。为了提供能够借以——尤其尽可能地在没有断开和接入过程的情况下——以特别小的耗费进行检验过程的设备，提出：所述设备具有检验电流单元（14），所述检验电流单元设为用于为了产生检验电流而与待检查的导线（12）电感性地耦合，在存在待检查的导线（12）的电路从属性时所述检验电流能够经由所述导线引导；并且所述设备具有检测单元（22），所述检测单元的至少一个运行特征与检验电流的存在相关。
【专利说明】用于检验电导线的电路从属性的设备
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种用于检验电气装置中的电导线的电路从属性的设备。
【背景技术】
[0002]由于如尤其在多个导线的并联电路中的复杂的拓扑结构和/或由于待检验的部件的难以触及性，电气装置的检验，例如故障的导体回路的检测变得困难。
[0003]在具有多个并联连接的耗电器接口的耗电器系统中，为了检测零线(或N导体)与地线(PE导体)或与地的连接而必需逐步断开并联的N导体，以便能够执行电测量。在此，未切断的电路的N导体的断开代表显著的危险。
[0004]轨道交通工具具有在到行驶轨道的车轮接地触点之上的直接的且非常低阻抗的电位均衡。由于安全原因，所有的不具有保护性接地电刷的车厢相对于轨道绝缘地构造并且附加地具有过电压放电器，所述过电压放电器经由车轮轴承与行驶轨道连接。在无故障的正常运行中，所述过电压放电器是极其高欧姆的。在故障情况下，例如在轨道故障或者在不具有车轮接地触点的单个的车厢中进行滑触线接触时，点燃相应的过电压放电器、进行焊接然后确保:接触电压进而人身保护得到保障。如果过电压放电器焊接在列车中，那么反向驱动电流能够损坏相应的车轮轴承。因为过电压放电器都与车轮接地接触部并联地连接，所以仅能以高的耗费检测出焊接的过电压放电器。检验的前提尤其是待检验的过电压放电器的断开。此外，过电压放电器对电路从属性的长期监控是不可能的。
[0005]为了避免由于反向驱动电流而损坏轴颈，在轨道交通工具的转向架中设有多个彼此并联连接的绝缘部位。这样的绝缘部位的示例尤其是轮组平衡轴承(Radsatzschwingenlager )、在轴承上和在变速器轴承上的温度传感器、在轴承箱上的转速传感器、变速器的增距器(DrehmomentstUtze)、驱动马达的轴承、制动钳单元等。因为所述绝缘部位通常以多个的形式存在于转向架中，所以仅能够用高的耗费检测出故障部位。这尤其归因于所述绝缘部位的难以触及。
实用新型内容
[0006]本实用新型基于的目的是，提供一种用于检验在电气装置中的电导线的电路从属性的设备，通过所述设备——尤其尽可能地在没有断开和接入过程的情况下——能够以特别小的耗费进行检验过程。
[0007]为此提出的是，所述设备具有:检验电流单元，所述检验电流单元设为用于为了产生检验电流而与待检查的导线电感性地耦合，在存在待检查的导线的电路从属性时所述检验电流能够经由所述导线引导；和检测单元，所述检测单元的至少一个运行特征与检验电流的存在相关。由此能够尤其有利地进行待检查的导线的无接触的检验，其中显著地降低、尤其能够是避免断开和接入耗费。
[0008]电导线的“电路从属性”应不同于导线的本征电导性。当待检验的导线是闭合电路的或闭合电流回路的组成部分时，存在待检验的导线的电路从属性。在存在待检验的导线的电路从属性时，所述待检验的导线是闭合的进而电流能穿流的电路的组成部分，在所述电路中检验电流单元能够借助于电感性的耦合而感生检验电流。如果待检验的导线不是闭合的电路的组成部分，那么经由所述导线没有电流或至少没有相关于阈值所限定的显著的电流被引导。与闭合的电路的存在相关的检验电流的存在能够借助于检测单元来检测。在存在电路从属性时或在不存在电路从属性时，在本领域技术人员的术语中也使用术语“低欧姆性”或“高欧姆性”。
[0009]借助于所述设备能够检验允许的、期望的闭合的电流回路的存在。然而当在具有待检验的部件的难以触及性和/或复杂的拓扑结构的电气装置中检测到不允许的、由于故障而存在的闭合的电流回路时，所述设备尤其是有利的。
[0010]特别有利的是，检验能够在电气装置切断的或与电源断开的状态下借助于设备进行，由此能够实现特别高的用户安全性。在此，检验电流的产生以有利的方式借助于设备的能量源来实现。
[0011]检测单元的“运行特征”尤其对应于能检测的表征在待检查的导线中的检验电流的存在的运行特性。所述特性能够是特定的性能，如尤其以检验电流的存在为基础的特定的物理过程的存在。此外，所述特性能够是物理特征参数的特定的值，所述值表征检验电流的存在。
[0012]在本实用新型的一个优选的构成方案中，检验电流单元在检验过程中与待检查的导线以变压器的方式连接。由此，检验电流单元与待检查的导线的耦合能够在结构上简单地进行。在此，导线能够通过将所述导线由检验电流单元的构件无接触地包围的方式来虚拟变压器的初级绕组。围绕所述构件优选缠绕有线圈，其中构件和线圈形成变压器式连接的次级绕组或变压器磁芯。
[0013]此外，提出的是，检测单元具有振荡电路并且运行特征至少与振荡的存在相关。由此，能够提供检测单元，对于所述检测单元能够特别简单地并且明确地或以高的精确性和/或可靠性来检测表征检验电流的存在的运行特征。特别优选地，运行特征对应于振荡的存在。
[0014]此外，当检测单元至少部分地由检验电流单元是其组成部分的电路构成时，能够实现所述设备的在结构上简单的设计方案。有利地，检验电流单元和检测单元是相同电路的组成部分。特别有利的是，检验电流单元是检测单元的组成部分。
[0015]尤其，检测单元具有振荡电路，其中运行特征至少与振荡的存在相关，并且检验电流单元是振荡电路的组成部分。检验电流单元，所述检验电流单元与待检查的导线的必要时在检验过程中建立的电感性的耦合以有利的方式形成振荡电路的电感。
[0016]在设备的所述有利的构成方案中，检测单元能够用于激励检验电流单元，由此能够避免为该目的而设置的、单独的单元。通过振荡电路的振荡能够在检验电流单元中产生交变磁场，所述交变磁场能够以适宜的方式用于检验电流的感应。在此，为了产生检验电流有利的是需要低的功率。如果在待检查的导线的电路从属的状态下在所述导线中产生检验电流，那么振荡电路的能量部分流走到闭合的导体回路中，待检查的导线是该闭合的导体回路的组成部分。如果在振荡电路中剩余的能量部分不足以用于维持振荡，那么能够实现所述振荡的衰减，所述衰减形成检测单元的特别明确的、表征检验电流的存在的且易于检测的运行性能。
[0017]此外提出，振荡电路构成为并联的振荡电路。在所述拓扑结构中，借助于检验电流单元——作为振荡电路的电感性的部分——与从属于电路的导线的电感性的耦合，能够增加振荡电路中的欧姆损耗(所述欧姆损耗在专业文献中称作电阻“IV’)。所述欧姆损耗能够引起振荡的能检测到的衰减进而能够实现闭合的导体回路的特别明确的检测。
[0018]根据本实用新型的另一有利的构成方案，振荡电路构成为借助于放大器反馈的振汤电路，由此能够在结构上简单地实现振汤电路的振汤t旲式的建立。
[0019]此外提出，设备具有与放大器输出端连接的输出单元。
[0020]此外，当设备构成为便携式单元时，能够实现特别高的操作舒适性。在本文中，当所述便携式单元具有在检验过程中包围待检查的导线的能操纵的夹钳时，能够实现简单的操作。
[0021]根据一个替选的实施方式，设备能够构成为在待检验的电气装置中固定地结合的单元。当电气装置的监控应持续地和/或对于在所述电气装置中难于触及的部件进行时，这尤其是有利的。
[0022]所述实施方案尤其适合于具有特别大量的待监控的绝缘部位的交通工具、尤其是轨道交通工具。在此，当设备与交通工具的监控装置——尤其长期地——连接时，能够实现所述绝缘部位的长期的监控。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]根据附图详细阐述本实用新型的实施例。附图示出:
[0024]图1示出用于检验电导线的电路从属性的设备，所述设备具有检验电流单元、检测单元和输出单元；
[0025]图2示出构成检验电流单元和检测单元的电路；
[0026]图3示出构成输出单元的电路；
[0027]图4示出待借助于设备检验的耗电器系统；以及
[0028]图5示出作为轨道交通工具的固定地安装的单元的设备的一个替选的构成方案。
【具体实施方式】
[0029]图1示出用于检验电导线12的电路从属性的设备10的示意俯视图。待检验的导线12是图1中未详细示出的电气装置的组成部分。在图4和5中示出并且在下文中详细描述待检验的装置的示例的实施方案。
[0030]所述设备具有检验电流单元14，所述检验电流单元在检验过程中被激励，使得其在电导线12的电路从属的状态下感生到所述导线12中的检验电流。为此，检验电流单元14在检验过程中与待检查的导线12电感性地耦合。这尤其通过将检验电流单元14与导线12以变压器的方式连接的方式来实现。为此，检验电流单元14具有线圈16和环形的单元18，所述环形的单元在检验过程中包围待检查的导线12。环形的单元18尤其是能操纵的夹钳20的组成部分。线圈16围绕环形的单元18的子区域缠绕，使得所述线圈和单元18构成变压器绕组或变压器磁芯。因此，在检验过程中待检查的导线12和线圈16构成变压器式连接的初级绕组或次级绕组。
[0031]此外，设备10具有检测单元22，所述检测单元的至少一个运行特征与检验电流的存在相关。为了将信息输出给用户，设备10包括输出单元24，所述输出单元与检测单元22连接并且具有显示单元26。
[0032]图2示出电路28，所述电路构成设备10的检测单元22。电路28或检测单元22具有振荡电路30，所述振荡电路的电感由检验电流单元14或由在检验过程中借助于导线12建立的变压器式连接构成并且所述振荡电路的电容由电容器Cl构成。在此，电容器Cl和检验电流单元14的线圈16彼此电连接。因此，检验电流单元14或与导线12的变压器式连接是振荡电路30的进而电路28的组成部分，所述电路构成检测单元22。因此，检验电流单元14和检测单元22属于相同的电路28，其中检验电流单元14是检测单元22的组成部分。
[0033]振荡电路30通过将检验电流单元14或其线圈16和电容器Cl彼此并联连接的方式构成为并联的振荡电路。检验电流单元14的或与导线12的变压器式连接的欧姆电阻象征性地示作电阻&，所述电阻与线圈16串联连接。
[0034]此外，电路28具有放大器32，所述放大器与振荡电路30耦合。在此，放大器32的第一输入端与振荡电路30连接,使得所述放大器加载有电容器Cl的电势U。。放大器32的第二输入端经由电阻R3与地连接。此外，放大器输出端34与所述第二输入端的耦合经由另一电阻R4进行，使得放大器32的放大系数V通过
[0035]V=l+R4/R3
[0036]给出。放大器输出端34此外经由电阻Rl与放大器32的第一输入端进而与振荡电路30或与电容器电势U。耦合。因此，振荡电路30构成为借助于放大器32反馈的并联振荡电路。放大器输出端34的电势由uA标识并且适用于:
[0037]uA=uc*V,
[0038]因为电容器Cl的电势施加在第一放大器输入端上。
[0039]通过振荡电路30的借助于放大器32进行的反馈，到线圈16和到电容器Cl中的电流的总和通过流过电阻Rl的反向电流(Riickstrom)给出。在此适用:
[0040]iL+C*duc/dt= (uA_uc)/Rl
[0041]其中L是流过线圈16的电流并且C是电容器Cl的电容。
[0042]在振荡电路30中此外适用:
[0043]uc=L*diL/dt+RL*iL
[0044]其中L是检验电流单元14的或在所述检验电流单元和待检查的导线12之间的变压器式连接的电感。
[0045]从前述公式中能够推导出用于电容器电势U。(t)的微分方程，所述微分方程的通式为:
[0046]a*d2uc/dt2+b*duc/ dt+c*uc=0。
[0047]所述解对应于具有衰减常数δ =b/2a的衰减的振荡，其中
[0048]b=C*RL_L* (V-1) /Rl
[0049]通过设定b=0，经由放大器32能够建立具有无衰减的振荡的检测单元22的运行模式。这对应于
[0050]R4/R3=R1*Rl*C/L (I)
[0051]在所述条件下，无衰减的振荡是前述微分方程的解，其中振荡频率通过
[0052]Q0=sqrt (I/ (L*C) - (Rl/L)2)
[0053]给出。
[0054]振荡频率与检验电流单元14的或与待检查的导线12所建立的变压器式连接的欧姆电阻&的值相关。对于满足条件
[0055]RL<sqrt (L/C)
[0056]的&的值，振荡频率ω。是实数。
[0057]对于与电导线12的变压器式连接适用的是
[0058]Rp=Rs* (nP/ns)2
[0059]其中R1^PRs是变压器式连接的初级侧的或次级侧的欧姆电阻并且np/^对应于匝数比。
[0060]次级电阻Rs由并联的振荡电路、即并联振荡电路的纯欧姆的谐振阻抗
[0061]Rs = Zr=L/ (C*Rl)
[0062]给出。对于初级阻抗Rp得到下面的条件:
[0063]RP>sqrt (L/C)* (nP/ns) 2 (2)
[0064]当存在对于维持振荡所必需的放大(条件(I))时，条件(2)是用于初级阻抗Rp的准则。如果初级电阻Rp采用低于阈值的值，那么振荡不再是可行的。这尤其在待检查的导线12是闭合的电流回路的组成部分并且传导由检验电流单元14感生的检验电流时进行。因此，导线12的电路从属的状态能够通过振荡的消失被检测出，因为振荡的存在或消失是检测单元22的表征检验电流的存在的运行特征。
[0065]对于振荡电路30的或检测单元22的振荡模式的可能性的另一准则能够经由比例R4/R3来设定。在此情况下，将比例R4/R3预设为，使得放大被设定为比对于维持振荡所必需的放大更高。在此适用:
[0066]R4/R3>R1*Rl*C/L
[0067]在此情况下，固定地设定比例R4/R3，使得当电阻RL超过阈值
[0068]Rl>L/ (ORl) *R4/R3
[0069]时，放大不再足够。在此情况下，振荡根据损耗情况衰减，直至其消失。电阻&的升高如上文所阐述的那样尤其在初级电阻Rp下降时实现，使得导线12的电路从属的状态能够由于振荡的衰减和离开振荡模式而由检测单元22检测出。
[0070]因此，振荡的存在是检测单元22的运行特征，所述运行特征与在待检查的导线12中的检验电流的存在相关。因此，经由所述运行特征能够检测出电导线12的电路从属性。
[0071]关于导线12的电路从属性的信息借助于输出单元24输出。所述输出单元24的电路在图3中示出。
[0072]输出单元24具有由检测单元22的放大器输出端34构成的输入端。输出单元24包括:与输入端连接的二极管Dl ;电容器C2 ;与所述电容器并联连接的电阻器R5 ;比较器36，所述比较器的第一输入端与二极管Dl连接并且所述比较器的第二输入端经由电阻器R6与地连接；并且包括LED 二极管，所述LED 二极管构成显示单元26并且连接在比较器输出端和一经由电阻器R7的一一地之间。
[0073]在检测单元22的振荡模式中，电容器C2经由二极管Dl加载至振荡的正峰值。借助于电阻器R6设定比较器36，使得所述比较器在略低于所述峰值时接通。一旦检测单元离开其振荡模式，那么电容器C2经由电阻器R5放电并且LED 二极管的熄灭显示待检查的导线12的电路从属性的检测。
[0074]设备10的示例的应用借助于图4和5阐述。
[0075]图4示出用于为耗电器馈电的耗电器系统，所述耗电器系统具有一组插座X5至X8。在每个插座40的上游分别连接有导线保护开关F2至F5并且借助于故障电流保护开关Fl来保护整个电系统。
[0076]借助于设备10能够检测出N导体与地或与PE导线的故障的连接，而不一定必需相继地断开N导体。为此，在建立N主导体和PE主导体之间的连接之后，能够在故障电流保护开关Fl的下游将设备10逐个地安装到为插座X5至X8馈电的各个N导体上，使得在被检查的N导体和设备10的检验电流单元14之间建立变压器式连接(参见图1)。在设备10的空载运行中检测单元22处于其振荡模式中。如果无缺陷的N导体由环形的单元18围住，那么没有检验电流馈入N导体中，因为所述N导体不是闭合的导体回路的组成部分。因此，检测单元22此外在其振荡模式中运行。在N导体故障时，所述N导体由于其与地或PE的连接而是允许检验电流流动的闭合的电流回路的组成部分。随着检验电流的产生，检测单元22离开其振荡模式，由此能够检测出故障的导线。
[0077]在检验时，能够将整个系统接地，这对于用户的言显示出特别高的安全性。
[0078]图5示出轨道交通工具40的高度示意化的侧视图。所述轨道交通工具具有车厢42和车轮轴承44。由于安全原因，车厢42经由过电压放电器46和车轮轴承44与行驶轨道连接。在轨道车辆40的正常运行中，过电压放电器46必须是非常高欧姆的，以便避免由于反向驱动电流而损坏车轮轴承44。仅在故障情况下，通过点燃和焊接过电压放电器46建立车厢42和行驶轨道之间的低阻抗的连接。
[0079]借助于设备10能够检验过电压放电器46的高欧姆的状态。为此，如上文所述，在到过电压放电器46的馈电线和检验电流单元14之间建立变压器式连接。过电压放电器46的断开不是必需的。
[0080]在此，设备10能够如图1中所示出是便携式单元。然而，在图5中观察到的实施方案中，设备10是固定地安装在轨道交通工具40中的装置，其中在设备10和轨道交通工具40的固定的监控装置48之间存在连接。因此，过电压放电器46的传导的状态能够长期地由轨道交通工具40监控。
【权利要求】
1.一种用于检验在电气装置中的电导线(12)的电路从属性的设备，所述设备具有检验电流单元(14)，所述检验电流单元设为用于为了产生检验电流而与待检查的所述导线(12)电感性地耦合，在存在待检查的所述导线(12)的电路从属性时所述检验电流能够经由所述导线引导；并且所述设备具有检测单元(22)，所述检测单元的至少一个运行特征与所述检验电流的存在相关。
2.根据权利要求1所述的设备， 其特征在于， 所述检验电流单元(14)在检验过程中与待检查的所述导线(12)以变压器的方式连接。
3.根据权利要求1或2所述的设备， 其特征在于， 所述检测单元(22)具有振荡电路(30)并且所述运行特征至少与振荡的存在相关。
4.根据权利要求中I或2所述的设备， 其特征在于， 所述检测单元(22)至少部分地由电路(28)构成，所述检验电流单元(14)是所述电路的组成部分。
5.根据权利要求3所述的设备， 其特征在于， 所述检验电流单元(14)是所述振荡电路(30)的组成部分；并且所述检测单元(22)至少部分地由电路(28)构成，所述检验电流单元(14)是所述电路的组成部分。
6.根据权利要求5所述的设备， 其特征在于， 所述振荡电路(30)构成为并联的振荡电路。
7.根据权利要求3所述的设备， 其特征在于， 所述振荡电路(30)构成为借助于放大器(32)反馈的振荡电路。
8.根据权利要求7所述的设备， 其特征在于，所述设备设有输出单元(24)，所述输出单元与放大器输出端(34)连接。
9.根据权利要求1或2所述的设备， 其特征在于， 所述设备构成为便携式单元。
10.根据权利要求9所述的设备， 其特征在于，所述设备设有能操纵的夹钳(20)，所述夹钳在检验过程中包围待检查的所述导线(12)。
11.一种交通工具，尤其是轨道交通工具，具有根据权利要求1至8中任一项所述的设备(10)以及与所述设备(10)连接的监控装置(48)。
【文档编号】G01R31/00GK204101646SQ201420103631
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2013年3月7日
【发明者】曼弗雷德·德特贝克 申请人:西门子公司