保护设备制造技术

一种保护设备，特别是ＦＩ保护设备，具有至少一个带有总电流变流器（２）的检测系统（Ｅ１，Ｅ２），其副线圈（Ｎ１，Ｎ２）后接一个断开继电器（３），用于操作一个对导线网络（ＬＮ）进行开关的开关机构（４），该设备提供两个检测系统（Ｅ１，Ｅ２）。其中，第一检测系统（Ｅ１）对故障电流频率（ｆ）低于转换频率（ｆ↓［ü］）的故障电流（Ｉ↓［ｆ］）实施断开功能，而第二检测系统（Ｅ２）对高于转换频率（ｆ↓［ü］）的故障电流（Ｉ↓［ｆ］）实施断开功能。转换频率（ｆ↓［ü］）优选地为大于或等于１ｋＨｚ。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种保护设备，它具有至少一个带有总电流变流器的检测系统，其副线圈在一个断开电路中与一个断开继电器串联，以操作一个导线网络的开关机构。一个电路被称为断开电路，该电路产生电流检测值并对其进行分析，并且产生电断开信号，在预定的断开条件下激活断开继电器，即，将其断开。这里将保护设备理解为故障电流保护设备或电流差保护设备。这样的故障电流保护设备在电器设备中作为防止危险的人体电流的安全保护设备。这样的例子如，当一个人接触电器设备的带电部分时，故障电流(或者也称电流差)作为人体电流相对于地流经该人。这时为防止危险的人体电流而设置的安全保护设备会在超过所谓的断开故障电流的情况下，将相关的电路安全而快速地与电网断开。已知的故障电流保护设备的构造有例如在“etc”杂志(1986)，卷20，第938至945页所发表的。其中附图说明图1至图3示出了一个故障电流保护设备(FI保护设备)及一个电流差保护设备(DI保护电路)的原理电路图和功能原理。所述FI和DI保护电路以相似的方式和方法由三个部件构成。在总电流变流器的副线圈中，在故障电流的情况下将感应一个电压信号，该电压信号控制一个通过断开电路或断开开关与该副线圈相连的断开继电器，所有导电的导线均通过总电流变流器的铁芯连到导线网络上。所述断开继电器控制一个开关机构，导线网络的导线借助于该开关机构断开。FI保护设备的断开开关单独通过总电流变流器感应地耦合到导线网络上。因此FI保护设备与电网电压无关地、从故障电流本身获取断开所需的能量。与之不同的是，在DI保护电路的情况下，断开与电网电压相关，并借助于与导线网络电流相连的增强电路。在DIN VDE 0664标准，部分10中(＝德文翻译标准EN 61008)对断开故障电流进行了定义。它是FI或DI保护电路在给定条件下断开所需的故障电流的值。在此，例如当断开故障电流是正弦交流故障电流时，其电流值为测量故障电流的0.5倍到1倍，这是FI或DI保护电路的断开敏感性的又一标准。因此例如对于人员保护，直接接触部分的测量故障电流不能超过30mA，而FI保护设备对大于30mA的测量故障电流只能对间接接触进行保护。此外，保护电路的断开状态通常确定在某一频率，如50Hz，或某一频率范围，如50Hz至400Hz。尽管有这种约定，但只要在IEC 60479标准所给定的心室颤动的边界曲线之下，这些电路也可以在更高的频率下提供人员保护。相应于该边界曲线，允许断开电流在1kHz下达到约420mA仍能对人员进行保护。此外为了使这样的保护设备还能起到火灾保护的作用，为防火所允许的与频率无关的电功率最大不能超过100W。如果在一个相线与地之间的电压为230V，则为了防火所不能超过的最大断开故障电流为430mA。在其他的电网电压下，对断开故障电流有相应的不同的边界值。但到目前为止的DI和FI保护设备存在很多问题，当频率增高时断开故障电流也随之增大，以及在高频下，特别是在千赫范围内，会超过在本例中所述的、对防火有代表性的最大值430mA。在具有变频器或脉动供电的仪器的电器设备的应用中，在故障情况下，可能还会产生具有可高达20kHz的故障电流频率的故障电流，结果是保护设备或保护电路的断开故障电流以所描述的方式超过边界值，并且不能在所有的情况下起到防火的作用。当设备数增加很多时，在故障情况下，在更高频率下会产生这样的故障电流，此时这一问题尤显重要。本专利技术的任务因此在于，提供一种保护设备，特别是故障电流保护设备，利用这种设备对高于1kHz故障电流频率下的故障电流也能加以控制，其中特别是在频率范围约为50Hz至20kHz内的断开故障电流不能超过上述有关的人员及火灾保护的边界值。本专利技术的任务通过权利要求1所述的特征来解决。本专利技术出于这样的考虑，即这样的保护设备即使在很大的频率范围内，如在50Hz到至少20kHz范围内，当断开故障电流在100W和230V下低于430mA时，不仅能防护火灾，而且也能在断开故障电流处于IEC 60479标准所给定的心室颤动的边界曲线之下时，保障人身安全。由于公认的心室颤动的边界曲线在故障电流频率为1kHz时为420mA，这实际上也是防止火灾的边界值，因此只需将断开故障电流根据该边界曲线限定在一个相应的转换频率上，当断开故障电流处于小于该低于心室颤动边界曲线的转换频率的故障电流频率时，可以尽可能地接近该频率工作。这以可靠的方式通过两个结构不同的检测系统实现，当转换频率例如处于1kHz和5kHz之间时，特别是处于1kHz和2kHz之间时，其中一个实施低于该转换频率、另一个实施高于该转换频率的断开功能。实施低于该转换频率下的断开功能的第一检测系统按照本专利技术的目的适用于50Hz的故障电流频率或者一个相对较宽频率范围的故障电流，例如从50Hz至400Hz，以使在该频率下或在该频率范围内，满足对脉动电流敏感的保护设备的按EN 61008标准的断开条件(相当于VDE 0664第十部分)。所述第一检测系统可以扩展为用于0Hz故障电流频率的平滑直流电的检测系统，这样就共同提供了对交直流电敏感的保护设备。所述第二检测系统适用于相对于第一检测系统的高频范围，只有在至少高于转换频率时，第二检测系统的断开信号才大于第一检测系统的断开信号。由此可以有利地实现，当高于转换频率时，由第二检测系统实施断开功能。由此第一检测系统或第二检测系统的断开值，即断开故障电流处于心室颤动边界值或防火边界值中较小的一个之下。借助于这两个适用于不同频率范围的检测系统，保护设备的断开故障电流在高于转换频率的范围内，既低于心室颤动的边界值，也低于可靠防火的边界值。此外低于转换频率的断开故障电流也总是低于在50Hz之上随着故障电流频率的增长而上升的心室颤动边界曲线。所述两个检测系统可以分别由一个总电流变流器及一个通过其副线圈供电的断开继电器构成。所述两个检测系统还可以为一个共用的断开继电器供电。按照本专利技术的目的，将一个总电流变流器用于两个检测系统，其中优选地为检测低频及高频故障电流设置的总电流变流器具有两个副线圈，它们继而为共用的断开继电器供电。总电流变流器的铁芯设计用于按照德国标准VDE 0664第十部分检测正弦交流故障电流，或者按照标准EN 61008 Typ A检测正弦交流故障电流和脉动直流故障电流。此外，总电流变流器的铁芯还设计用于检测低频、尤其是低于1kHz的故障电流，以及高频故障电流，特别是高于1kHz到至少20kHz的故障电流。例如若干千赫的高频故障电流将特别由总电流变流器检测，其铁芯由纳米晶体或非晶体材料构成。为此目的利用纳米晶体铁芯材料，例如已由DE 197 02 371 A1公知。这种材料是快速凝固的软磁合金，其优点是，相对于晶体软磁材料，具有两至三倍高的电阻。由于其对制造条件要求较小的带厚，典型的为20μm，可使涡流损耗明显减少，因此这种非晶体或纳米晶体材料对高频领域尤其具有优点。为使该两个检测系统相互去耦，对它们的每一个都设置了一个整流器。每个整流器都在交流侧与两个检测系统共用的总电流变流器相连的各自的副线圈相连。由于两个整流器在直流侧主要与唯一的断开继电器相连，它们中至少一个通过由此建立的直流电回路接通一个去耦合二极管。由此可以保证，所述断开继电器不会本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种保护设备，特别是故障电流保护设备，其具有至少一个带有总电流变流器（２）的检测系统（Ｅ１，Ｅ２），在其副线圈（Ｎ１，Ｎ２）后接一个断开继电器（３），用于操作一个对导线网络（ＬＮ）进行开关的开关机构（４），其特征在于，对故障电流频率（ｆ）低于转换频率（ｆ↓［ü］）的故障电流（Ｉ↓［ｆ］）的断开功能由第一检测系统（Ｅ１）实施，而对高于转换频率（ｆ↓［ü］）的故障电流（Ｉ↓［ｆ］）的断开功能由第二检测系统（Ｅ２）实施。

【技术特征摘要】
DE 1999-8-25 19940344.91.一种保护设备，特别是故障电流保护设备，其具有至少一个带有总电流变流器(2)的检测系统(E1，E2)，在其副线圈(N1，N2)后接一个断开继电器(3)，用于操作一个对导线网络(LN)进行开关的开关机构(4)，其特征在于，对故障电流频率(f)低于转换频率(fü)的故障电流(If)的断开功能由第一检测系统(E1)实施，而对高于转换频率(fü)的故障电流(If)的断开功能由第二检测系统(E2)实施。2.如权利要求1所述的保护设备，其特征在于，所述转换频率(fü)大于或等于1kHz。3.如权利要求1或2所述的保护设备，其特征在于，所述第一检测系统(E1)适用于低于转换频率(fü)的第一故障电流频率(f)的情况，其中，断开故障电流(IA)至少在其频率达到转换频率(fü)时仍低于对心室颤动设定的第一边界曲线(G1)，而所述第二检测系统(E2)适用于断开故障电流(IA)在其频率高于转换频率(fü)时而低于为防火所设置的第二边界曲线(G2)的情况。4.如权利要求3所述的保护设备，其特征在于，所述总电流变流器(2)的铁芯(6)由纳米晶体或非晶体材料构成。5.如权利要求1至4中任一项所述的保护设备，其特征在于，所述第一检测系统(E1)优选地适用于50Hz的故障电流频率(f)或从50Hz至约400Hz的频率范围，使得在所述故障电流频率(f)下或频率范围内，当正弦交流故障电流(If)满足相应的EN 61008标准Typ AC(＝VDE 0664第10部分)，或者在正弦交流故障电流(If)及脉动直流故障电流(If)满足EN61008标准Typ A时，断开条件满足。6.如权利要求1至5中任一项所述的保护设备，其特征在于，所述总电流变流器(2)具有用于第一检测系统(E1)的第一副线圈(N1)，及用于第二检测系统(E2)的第二副线圈(N2)。7.如权利要求1至6中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曼弗雷德克利迈耶，杰拉尔德莱纳，莱因哈德施密德，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]