CN107238749B - 差电流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种差电流传感器。电路具有第一和第二导体，其中，第一导体具有第一线圈，并且第二导体具有第二线圈，两个线圈布置在簧片开关上，其触点与用于中断电路的释放电路连接。在第一和第二导体中超过第一电流差时，两个线圈的产生的磁场引起簧片开关的触点闭合，由此中断电路。

Description

差电流传感器

技术领域

本发明涉及一种差电流传感器、一种故障电流保护开关和一种保护电路的方法。

背景技术

尤其用于故障电流保护开关的差电流测量方法一般是已知的。通常为此使用所谓的总和电流转换器。在此，两个或多个导体、通常是单相交流电网中的去向和返回导体或外部和中性导体或者三相交流电网中的所有三个外部导体和中性导体被引导通过电流转换器。然后被转换的只有来自导体的差电流，即与去向和返回电流不同的电流。通常电路中的电流总和等于0。于是可以识别故障电流。

故障电流保护开关尤其用于低压电路或低压电网。低压指的是直至1000伏特交流电压或者直至1500伏特直流电压的电压。

常见的总和电流转换器具有的缺点是其不能在直流电压下工作。至今也还未知与电网无关地或与电网电压无关地工作的、具有直流和交流能力的总和电流转换器。

发明内容

本发明的任务是提出一种尤其用于直流电路的差电流元件。

上述任务通过具有本发明的特征的差电流传感器、根据本发明的故障电流保护开关或者具有本发明的特征的方法来解决。

根据本发明设置为，对簧片开关或磁性开关、例如簧片触点绕制两个线圈。

如果将该根据本发明的差电流传感器布置在电路中、尤其是直流电路中，则在去向和返回电流相等时，即当电流总和为0时，线圈的磁场相互抵消。如果电流总和不等于0或者大于第一电流差，则形成的磁场使磁性开关或簧片开关闭合，从而在需要时可以中断电路。

在本发明的一个有利构型中，两个线圈具有相同的绕组数。

这具有的特别的优点是，相对于所产生的磁场实现两个绕组的最优对称。

在本发明的一个有利构型中，两个线圈具有直径相同的导电材料，例如线材，其例如具有圆形或有角的、诸如矩形的形状，例如由铜或铝制成。

这具有的特别的优点是，又相对于所得到的磁场实现两个绕组的最优对称。

在本发明的一个有利构型中，线圈由双线电导线形成。例如对簧片开关绕制双线导线。

这具有的特别的优点是，能够实现根据本发明的差电流传感器的特别简单且对称的实现方案。

在本发明的一个有利构型中，第一和第二线圈的线圈起始部布置在簧片开关的第一端部上，第一和第二线圈的线圈终止部布置在簧片开关的第二端部上。这具有的特别优点是一方面对于功能正确地定向所得到的磁场，另一方面在一侧可以实现能量源侧连接，并且在另一侧可以实现耗能器侧连接。

在本发明的一个有利构型中，两个线圈优选平行地并排以相同的绕制方向布置。

这具有的特别优点是，实现形成的磁场的良好对称。

在本发明的一个有利构型中，第一线圈与第一电阻并联连接，并且第二线圈与第二电阻并联连接。

这具有的特别优点是，可以将差电流传感器个别地匹配于不同的电路或电网电压。由此能够实现“标准化的”差电流传感器，其可以通过并联的电阻用于不同的电路。

在本发明的一个有利构型中，簧片开关的触点在无电流状态中断开。这具有的特别优点是，在正常状态中在可能的释放电路中无电流流过，从而能够实现特别节省能量的运行。

在本发明的一个有利构型中，将簧片开关的触点与释放电路连接，其在簧片开关的触点闭合时中断电路。

这具有的特别优点是，能够实现故障电流保护开关功能。

在本发明的一个有利构型中，释放电路具有用于中断电路的释放单元，其具有至少一个、替选地具有两个布置在电路中的触点。这具有的特别优点是，在超过电流差时可以实现电路的电隔离。

在本发明的一个有利构型中，电路是直流电路。

这具有的特别优点是，首次提出了用于直流电路的差电流传感器的可能性，该差电流传感器特别有利地与电网电压无关地工作。

借助根据本发明的差电流传感器，可以实现尤其是用于直流电路的故障电流保护开关。此外，这种故障电流保护开关可以与电网电压无关，即不具有用于差电流评估的专用电网部分。

根据本发明，还包括一种可以用来保护电路、尤其是直流电路的方法，该电路具有第一和第二导体，其中，第一导体具有第一线圈并且第二导体具有第二线圈，两个线圈都布置在簧片开关上，簧片开关的触点与用于中断电路的释放电路连接。在超过第一导体与第二导体之间的第一电流差时，两个线圈的产生的磁场引起簧片开关的触点闭合，由此可以中断电路。

所有构型都能够改进差电流传感器。

附图说明

所描述的本发明的特性、特征和优点以及实现其的方式和方法结合对下面结合附图详细阐述的实施例的描述可以更清楚和清晰地理解。

在此，在附图中，

图1示出了已知的故障电流保护开关的示图。

图2示出了簧片开关的第一示图。

图3示出了簧片开关的第二示图。

图4示出了根据本发明的差电流传感器的示图。

图5示出了根据本发明的故障电流保护开关的可能的实现方案的第一示图。

图6示出了簧片开关的第三示图。

图7示出了簧片开关的第四示图。

图8示出了根据本发明的故障电流保护开关的可能的实现方案的第二示图。

图9示出了根据本发明的故障电流保护开关的可能的实现方案的第三示图。

图10示出了根据本发明的故障电流保护开关的可能的实现方案的第四示图。

具体实施方式

图1示出了已知的与电网无关的故障电流保护开关FI1的示图，其具有总和电流转换器W1，三相交流电路的4个导体L1,L2,L3,N被引导通过该总和电流转换器W1。总和电流转换器具有次级绕组SW，其与释放电路A连接。该释放电路A又与用于中断该(三相交流)电路的触点的机构M连接。该故障电流保护开关具有测试电阻PR和测试按键PT的串联电路，用于测试故障电流保护开关的可操作性。该串联电路在总和电流转换器W1之前与导体、例如根据图1与导体L3连接，并且在总和电流转换器W1之后与中性导体N连接。如果电流总和等于0，即在故障电流保护开关的能量接收侧端子上不存在故障(其中电流绕过故障电流保护开关流走)，则在总和电流转换器的次级绕组中不感生电压或电流，并且不中断电路。如果存在故障情况，即电流在能量接收侧流走，则通过总和电流转换器的电流总和不等于0。由此在次级绕组SW中感生电压或电流，该电压或电流后来使电路中断。

图2示出了通过磁场操作的开关元件或簧片开关RS的第一示图。簧片开关RS由至少两个铁磁触点或舌簧(Schaltzungen)构成，即，理想地以气密密封的方式熔融到玻璃管中。舌簧搭接并且在断开状态中相互间具有小的距离。如果磁场作用于簧片开关RS，则两个舌簧或叶片(Paddel)朝着彼此移动并且开关闭合。通常该开关例如实施为常开触点

动合触点(Schlieβer)或转换触点(Wechsler)。如果通过永磁体或线圈产生的磁场强于舌簧的弹性作用，则两个触点闭合。

图3示出了根据图2的示图，不同之处在于标出了磁场，使得舌簧闭合。磁场在该图3中通过电磁体产生，即通过由差电流传感器的线圈产生的磁场产生。

图4示出了根据本发明的差电流传感器的示图，其具有簧片开关RS，该簧片开关RS绕制有第一线圈S1和第二线圈S2。两个线圈优选可以彼此平行地绕制。它们还可以具有相同的匝数。两个线圈可以由相同的材料、如线材制成。两个线圈可以具有相同的材料横截面或线材横截面。材料例如可以是铜或铝。横截面可以是圆形、有角的(如矩形或方形)。

线圈可以具有相同的绕制方向。

然而，线圈也可以互相相反地绕制或完全不同。重要的是簧片开关上得到的磁场。

在闭合电路、尤其是直流电路中，两个线圈的磁场应该相互抵消。如果由于故障而在两个导体之一中相比于另一导体中流过较小的电流，则这引起不等大的磁场，于是其不再抵消，即总和不再为0或近似为0。通过电流差得到的磁场在超过第一电流差的情况下、即在超过得到的第一磁场强度的情况下引起簧片开关触点的闭合。

由此可以中断待保护的电路。

如果簧片开关或磁性开关绕制有至少两个线圈，则在通电时由两个线圈的总和电流得到产生的磁场。如果产生的磁场超过了使触点闭合所需的度量，则该触点闭合，直到磁场又降到特定度量以下。

第一线圈S1在簧片开关的第一端部上具有其线圈起始部1，而在第二端部上具有其线圈终止部2。第二线圈S2可以在簧片开关的同一第一端部上具有其线圈起始部2，而在同一第二端部上具有其线圈终止部2。

根据图4的差电流传感器可以部分地或者完全地被进行磁场屏蔽或磁场衰减的材料围绕，以避免外部磁场影响线圈的磁场。例如，差电流传感器可以被铁磁材料围绕，例如铁、镍或钴或者其合金，以及包含上面提及的元素中的至少一种的其具有其它元素的合金、例如不锈钢。

屏蔽或衰减磁场的屏蔽部例如可以通过多个层多层地实施。它可以在层之间包含气隙或空气绝缘部。屏蔽部也可以由不同材料的层形成。

图5示出了根据本发明的故障电流保护开关的可能实现方式的示图。该故障电流保护开关具有根据本发明的差电流传感器RS，其第一线圈S1对应于第一导体LA，在该示例中布置在第一导体LA的电流路径中。

第二线圈S2对应于第二导体LB，在该示例中布置在第二导体LB的电流路径中。第一和第二导体LA、LB形成电路。第一和第二导体LA、LB一方面与能量源EQ连接，另一方面在能量接收侧的端子ES上与耗能器RL连接。

两个线圈S1、S2可以与电阻R1、R2并联连接，如图5中所示。但不是一定要如此。

簧片开关RS的触点与释放电路AS连接，用于中断第一和第二导体LA、LB的电路。释放电路AS可以具有带有机械触点的释放单元AE，其中应该设有至少一个触点，用于中断第一和第二导体LA、LB的电路。

簧片开关RS的触点一方面可以与电导体、例如第一电导体LA在能量源侧的端子EQ上连接。簧片开关RS的第二触点另一方面可以与释放电路AS连接，其又与第二导体LB连接。替选地，在使用并联电阻时，可以将释放电路与电阻的能量接收侧的端子连接，从而电阻上的压降被用于释放电路的能量供给。

在通常负极接地的直流电路中并且经由电阻进行量取时，应该经由正导线的电阻进行量取，因为在故障情况下压降在此通常较高。在此，负极接地当然应该在向根据本发明的故障电流保护开关馈电前进行，由此系统能够工作。

下面，对于电阻与线圈并联的情况阐述工作原理。如果电阻R1、R2等大，则其上的压降U1、U2在两个导体LA、LB中的电流I1、I2相同的情况下、即在正常情况下等大。电阻例如可以是分流器或导体件。

在故障情况下，例如当电流经由在能量接收侧的端子ES或者在耗能器RL上出现的故障电阻RF流走时，则一个导体中的电流不等于另一个导体中的电流。由此在电阻上降有不同的电压，其又产生不同的磁场，即磁场不再互补并且使簧片开关RS闭合。由此，通过释放电路引起导体LA、LB的电路的中断。

在至少两个线圈的位置处可以施加3或4个线圈，以便以类似方式保护三相交流电网。

差电流传感器在此定尺寸为使得其最迟在达到规定的额定故障电流时接通。

释放电路还可以具有存储功能，例如借助充电环节(Ladeglied)和施密特触发器。

还可以例如利用组合的电流测量执行不同的释放方式，如在电流非常大的情况下快速或立即释放。同样可以实现延迟小的释放。

释放电路还可以包括：

充电环节C，

阈值开关ST或施密特触发器，

吸持磁体H，

接触系统和/或开关锁M。

通过在达到第一电流差或额定故障电流边界时闭合簧片开关，进行簧片开关的触点闭合，该闭合引起用于充电环节/阈值开关的能量流，用于释放常规预设的吸持磁体，以中断电路。

图6示出了簧片开关RS或通过磁场操作的开关元件的第三示图。该簧片开关RS具有两个动合触点或常开接点，其中，第一动合触点通过第一磁场闭合，而第二动合触点通过相反定向的第二磁场闭合。

例如，第一动合触点可以通过北南定向的磁场闭合，而第二动合触点可以通过南北定向的磁场闭合。

两个触点并联连接，从而在由于电流差引起超过磁场差时与磁场方向无关地进行触点或动合触点的闭合。

这例如可能对于与极化无关的差电流传感器或故障电流保护开关、尤其对于直流电流是重要的。于是例如可以实现与极化无关的直流故障电流保护开关，即其中无关紧要的是，在哪个导体端子上连接有待保护的直流电路的正极或负极。

图7示出了簧片开关RS或通过磁场操作的开关元件的第四示图。该簧片开关RS具有两个触点和一个触点舌部，其根据磁场方向与第一触点或第二触点接触以使电流流动。第一触点通过第一磁场闭合，而第二触点通过相反定向的第二磁场闭合。

例如第一触点可以通过北南定向的磁场闭合，第二触点可以通过南北定向的磁场闭合。

两个触点并联连接，从而与磁场方向无关地在电流差引起的超过磁场差时将触点或动合触点闭合。

这例如可能对于与极化无关的差电流传感器或故障电流保护开关、尤其对于直流电流是重要的。于是例如可以实现与极化无关的直流故障电流保护开关，即其中无关紧要的是，在哪个导体端子上连接有待保护的直流电路的正极或负极。

通常除了动合触点作为簧片开关的触点外，还可以使用转换开关(Umschalter)或常开触点。

图8示出了根据图5的故障电流保护开关的实现方案的图示，区别是很简单的释放电路AS，其与差电流传感器RS的触点串联，并且其供电通过导体LA、LB进行。

图9示出了根据图8的示图，区别是没有并联的电阻R1、R2。

图10示出了根据图8的示图，区别是，在并联的电阻R1、R2和线圈S1、S2之间分别插入单元E1、E2，其中，通过电阻R1、R2进行导体LA、LB的初级电流流动。

该单元E1、E2首先可以分别包含整流部，以便例如在交流电网中、尤其是在具有大的频谱的电网中使用本发明。由此向线圈馈送整流过的交流电压。替选地，于是也可以实现有直流和交流电压能力的故障电流保护开关。

整流部可以具有一个二极管或多个二极管，以及必要时具有电容器和/或线圈。

该单元E1、E2其次可以包含滤波器，以便例如在特定频率范围内有针对性地确定故障交流电流。滤波器可以包含线圈和/或电容器。也可以考虑附加电阻。

该单元E1、E2再其次还可以包括整流器和滤波器的组合，以便例如实现特定的全电流敏感或频率选择的故障电流保护开关。

总而言之，根据本发明，提出了簧片或磁性开关作为总和电流传感器或差电流传感器。其可以有利地用于与电网电压无关地测量故障电流保护开关中的总和电流，尤其是直流电压。

通过本发明，可以实现成本低廉地构建传感器或故障电流保护开关。此外可以实现结合长使用寿命的高可靠性。该构建可以完全用无源部件/器件进行。

虽然通过实施例详细示出和描述了本发明，但本发明不限于公开的示例，并且本领域技术人员可以从中导出其它变型，而不偏离本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种用于电路的差电流传感器，具有绕制有至少两个线圈的簧片开关，

其特征在于，线圈能够插入具有第一和第二导体的电路中，

其中，第一导体具有第一线圈，而第二导体具有第二线圈，

其中，导体将能量源与耗能器连接，

其中，在闭合电路中，两个线圈的磁场相互抵消，

其中，在第一和第二导体中超过第一电流差时，两个线圈的所得到的磁场引起簧片开关的触点闭合，由此中断电路。

2.根据权利要求1所述的差电流传感器，其特征在于，两个线圈具有相同的绕组数。

3.根据权利要求1所述的差电流传感器，其特征在于，两个线圈由具有相同直径的导电材料制成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的差电流传感器，其特征在于，线圈由双线电导线形成。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的差电流传感器，其特征在于，第一和第二线圈的线圈起始部布置在簧片开关的第一端部上，并且第一和第二线圈的线圈终止部布置在簧片开关的第二端部上。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的差电流传感器，其特征在于，两个线圈并排地以相同绕制方向布置。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的差电流传感器，其特征在于，第一和第二线圈的线圈起始部与能量源连接，并且第一和第二线圈的线圈终止部与耗能器连接。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的差电流传感器，其特征在于，第一线圈与第一电阻并联连接，并且第二线圈与第二电阻并联连接。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的差电流传感器，其特征在于，簧片开关的触点在无电流状态中断开。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的差电流传感器，其特征在于，簧片开关的触点与释放电路连接，该释放电路在簧片开关的触点闭合时中断电路。

11.根据权利要求10所述的差电流传感器，其特征在于，释放电路具有释放单元，用于中断电路，该释放单元具有至少一个布置在电路中的触点。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的差电流传感器，其特征在于，所述电路是直流电路。

13.一种用于电路的故障电流保护开关，其具有根据权利要求1至12中任一项所述的差电流传感器。

14.一种用于保护具有第一和第二导体的电路的方法，其中，第一导体具有第一线圈并且第二导体具有第二线圈，两个线圈布置在簧片开关上，其触点与用于中断电路的释放电路连接，

其中，导体将能量源与耗能器连接，

其中，在闭合电路中，两个线圈的磁场相互抵消，

其中，在第一和第二导体中超过第一电流差时，两个线圈的所得到的磁场引起簧片开关的触点闭合，由此中断电路。

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