差電流傳感器的制作方法
本發明涉及一種差電流傳感器、一種故障電流保護開關和一種保護電路的方法。
背景技術：
尤其用于故障電流保護開關的差電流測量方法一般是已知的。通常為此使用所謂的總和電流轉換器。在此，兩個或多個導體、通常是單相交流電網中的去向和返回導體或外部和中性導體或者三相交流電網中的所有三個外部導體和中性導體被引導通過電流轉換器。然后被轉換的只有來自導體的差電流，即與去向和返回電流不同的電流。通常電路中的電流總和等于0。于是可以識別故障電流。
故障電流保護開關尤其用于低壓電路或低壓電網。低壓指的是直至1000伏特交流電壓或者直至1500伏特直流電壓的電壓。
常見的總和電流轉換器具有的缺點是其不能在直流電壓下工作。至今也還未知與電網無關地或與電網電壓無關地工作的、具有直流和交流能力的總和電流轉換器。
技術實現要素：
本發明的任務是提出一種尤其用于直流電路的差電流元件。
上述任務通過具有本發明的特征的差電流傳感器、根據本發明的故障電流保護開關或者具有本發明的特征的方法來解決。
根據本發明設置為，對簧片開關或磁性開關、例如簧片觸點繞制兩個線圈。
如果將該根據本發明的差電流傳感器布置在電路中、尤其是直流電路中，則在去向和返回電流相等時，即當電流總和為0時，線圈的磁場相互抵消。如果電流總和不等于0或者大于第一電流差，則形成的磁場使磁性開關或簧片開關閉合，從而在需要時可以中斷電路。
在本發明的一個有利構型中，兩個線圈具有相同的繞組數。
這具有的特別的優點是，相對于所產生的磁場實現兩個繞組的最優對稱。
在本發明的一個有利構型中，兩個線圈具有直徑相同的導電材料，例如線材，其例如具有圓形或有角的、諸如矩形的形狀，例如由銅或鋁制成。
這具有的特別的優點是，又相對于所得到的磁場實現兩個繞組的最優對稱。
在本發明的一個有利構型中，線圈由雙線電導線形成。例如對簧片開關繞制雙線導線。
這具有的特別的優點是，能夠實現根據本發明的差電流傳感器的特別簡單且對稱的實現方案。
在本發明的一個有利構型中，第一和第二線圈的線圈起始部布置在簧片開關的第一端部上，第一和第二線圈的線圈終止部布置在簧片開關的第二端部上。這具有的特別優點是一方面對于功能正確地定向所得到的磁場，另一方面在一側可以實現能量源側連接，并且在另一側可以實現耗能器側連接。
在本發明的一個有利構型中，兩個線圈優選平行地并排以相同的繞制方向布置。
這具有的特別優點是，實現形成的磁場的良好對稱。
在本發明的一個有利構型中，第一線圈與第一電阻并聯連接，并且第二線圈與第二電阻并聯連接。
這具有的特別優點是，可以將差電流傳感器個別地匹配于不同的電路或電網電壓。由此能夠實現“標準化的”差電流傳感器，其可以通過并聯的電阻用于不同的電路。
在本發明的一個有利構型中，簧片開關的觸點在無電流狀態中斷開。這具有的特別優點是，在正常狀態中在可能的釋放電路中無電流流過，從而能夠實現特別節省能量的運行。
在本發明的一個有利構型中，將簧片開關的觸點與釋放電路連接，其在簧片開關的觸點閉合時中斷電路。
這具有的特別優點是，能夠實現故障電流保護開關功能。
在本發明的一個有利構型中，釋放電路具有用于中斷電路的釋放單元，其具有至少一個、替選地具有兩個布置在電路中的觸點。這具有的特別優點是，在超過電流差時可以實現電路的電隔離。
在本發明的一個有利構型中，電路是直流電路。
這具有的特別優點是，首次提出了用于直流電路的差電流傳感器的可能性，該差電流傳感器特別有利地與電網電壓無關地工作。
借助根據本發明的差電流傳感器，可以實現尤其是用于直流電路的故障電流保護開關。此外，這種故障電流保護開關可以與電網電壓無關，即不具有用于差電流評估的專用電網部分。
根據本發明，還包括一種可以用來保護電路、尤其是直流電路的方法，該電路具有第一和第二導體，其中，第一導體具有第一線圈并且第二導體具有第二線圈，兩個線圈都布置在簧片開關上，簧片開關的觸點與用于中斷電路的釋放電路連接。在超過第一導體與第二導體之間的第一電流差時，兩個線圈的產生的磁場引起簧片開關的觸點閉合，由此可以中斷電路。
所有構型都能夠改進差電流傳感器。
附圖說明
所描述的本發明的特性、特征和優點以及實現其的方式和方法結合對下面結合附圖詳細闡述的實施例的描述可以更清楚和清晰地理解。
在此，在附圖中，
圖1示出了已知的故障電流保護開關的示圖。
圖2示出了簧片開關的第一示圖。
圖3示出了簧片開關的第二示圖。
圖4示出了根據本發明的差電流傳感器的示圖。
圖5示出了根據本發明的故障電流保護開關的可能的實現方案的第一示圖。
圖6示出了簧片開關的第三示圖。
圖7示出了簧片開關的第四示圖。
圖8示出了根據本發明的故障電流保護開關的可能的實現方案的第二示圖。
圖9示出了根據本發明的故障電流保護開關的可能的實現方案的第三示圖。
圖10示出了根據本發明的故障電流保護開關的可能的實現方案的第四示圖。
具體實施方式
圖1示出了已知的與電網無關的故障電流保護開關fi1的示圖，其具有總和電流轉換器w1，三相交流電路的4個導體l1,l2,l3,n被引導通過該總和電流轉換器w1。總和電流轉換器具有次級繞組sw，其與釋放電路a連接。該釋放電路a又與用于中斷該(三相交流)電路的觸點的機構m連接。該故障電流保護開關具有測試電阻pr和測試按鍵pt的串聯電路，用于測試故障電流保護開關的可操作性。該串聯電路在總和電流轉換器w1之前與導體、例如根據圖1與導體l3連接，并且在總和電流轉換器w1之后與中性導體n連接。如果電流總和等于0，即在故障電流保護開關的能量接收側端子上不存在故障(其中電流繞過故障電流保護開關流走)，則在總和電流轉換器的次級繞組中不感生電壓或電流，并且不中斷電路。如果存在故障情況，即電流在能量接收側流走，則通過總和電流轉換器的電流總和不等于0。由此在次級繞組sw中感生電壓或電流，該電壓或電流后來使電路中斷。
圖2示出了通過磁場操作的開關元件或簧片開關rs的第一示圖。簧片開關rs由至少兩個鐵磁觸點或舌簧(schaltzungen)構成，即，理想地以氣密密封的方式熔融到玻璃管中。舌簧搭接并且在斷開狀態中相互間具有小的距離。如果磁場作用于簧片開關rs，則兩個舌簧或葉片(paddel)朝著彼此移動并且開關閉合。通常該開關例如實施為常開觸點
圖3示出了根據圖2的示圖，不同之處在于標出了磁場，使得舌簧閉合。磁場在該圖3中通過電磁體產生，即通過由差電流傳感器的線圈產生的磁場產生。
圖4示出了根據本發明的差電流傳感器的示圖，其具有簧片開關rs，該簧片開關rs繞制有第一線圈s1和第二線圈s2。兩個線圈優選可以彼此平行地繞制。它們還可以具有相同的匝數。兩個線圈可以由相同的材料、如線材制成。兩個線圈可以具有相同的材料橫截面或線材橫截面。材料例如可以是銅或鋁。橫截面可以是圓形、有角的(如矩形或方形)。
線圈可以具有相同的繞制方向。
然而，線圈也可以互相相反地繞制或完全不同。重要的是簧片開關上得到的磁場。
在閉合電路、尤其是直流電路中，兩個線圈的磁場應該相互抵消。如果由于故障而在兩個導體之一中相比于另一導體中流過較小的電流，則這引起不等大的磁場，于是其不再抵消，即總和不再為0或近似為0。通過電流差得到的磁場在超過第一電流差的情況下、即在超過得到的第一磁場強度的情況下引起簧片開關觸點的閉合。
由此可以中斷待保護的電路。
如果簧片開關或磁性開關繞制有至少兩個線圈，則在通電時由兩個線圈的總和電流得到產生的磁場。如果產生的磁場超過了使觸點閉合所需的度量，則該觸點閉合，直到磁場又降到特定度量以下。
第一線圈s1在簧片開關的第一端部上具有其線圈起始部1，而在第二端部上具有其線圈終止部2。第二線圈s2可以在簧片開關的同一第一端部上具有其線圈起始部2，而在同一第二端部上具有其線圈終止部2。
根據圖4的差電流傳感器可以部分地或者完全地被進行磁場屏蔽或磁場衰減的材料圍繞，以避免外部磁場影響線圈的磁場。例如，差電流傳感器可以被鐵磁材料圍繞，例如鐵、鎳或鈷或者其合金，以及包含上面提及的元素中的至少一種的其具有其它元素的合金、例如不銹鋼。
屏蔽或衰減磁場的屏蔽部例如可以通過多個層多層地實施。它可以在層之間包含氣隙或空氣絕緣部。屏蔽部也可以由不同材料的層形成。
圖5示出了根據本發明的故障電流保護開關的可能實現方式的示圖。該故障電流保護開關具有根據本發明的差電流傳感器rs，其第一線圈s1對應于第一導體la，在該示例中布置在第一導體la的電流路徑中。
第二線圈s2對應于第二導體lb，在該示例中布置在第二導體lb的電流路徑中。第一和第二導體la、lb形成電路。第一和第二導體la、lb一方面與能量源eq連接，另一方面在能量接收側的端子es上與耗能器rl連接。
兩個線圈s1、s2可以與電阻r1、r2并聯連接，如圖5中所示。但不是一定要如此。
簧片開關rs的觸點與釋放電路as連接，用于中斷第一和第二導體la、lb的電路。釋放電路as可以具有帶有機械觸點的釋放單元ae，其中應該設有至少一個觸點，用于中斷第一和第二導體la、lb的電路。
簧片開關rs的觸點一方面可以與電導體、例如第一電導體la在能量源側的端子eq上連接。簧片開關rs的第二觸點另一方面可以與釋放電路as連接，其又與第二導體lb連接。替選地，在使用并聯電阻時，可以將釋放電路與電阻的能量接收側的端子連接，從而電阻上的壓降被用于釋放電路的能量供給。
在通常負極接地的直流電路中并且經由電阻進行量取時，應該經由正導線的電阻進行量取，因為在故障情況下壓降在此通常較高。在此，負極接地當然應該在向根據本發明的故障電流保護開關饋電前進行，由此系統能夠工作。
下面，對于電阻與線圈并聯的情況闡述工作原理。如果電阻r1、r2等大，則其上的壓降u1、u2在兩個導體la、lb中的電流i1、i2相同的情況下、即在正常情況下等大。電阻例如可以是分流器或導體件。
在故障情況下，例如當電流經由在能量接收側的端子es或者在耗能器rl上出現的故障電阻rf流走時，則一個導體中的電流不等于另一個導體中的電流。由此在電阻上降有不同的電壓，其又產生不同的磁場，即磁場不再互補并且使簧片開關rs閉合。由此，通過釋放電路引起導體la、lb的電路的中斷。
在至少兩個線圈的位置處可以施加3或4個線圈，以便以類似方式保護三相交流電網。
差電流傳感器在此定尺寸為使得其最遲在達到規定的額定故障電流時接通。
釋放電路還可以具有存儲功能，例如借助充電環節(ladeglied)和施密特觸發器。
還可以例如利用組合的電流測量執行不同的釋放方式，如在電流非常大的情況下快速或立即釋放。同樣可以實現延遲小的釋放。
釋放電路還可以包括：
充電環節c，
閾值開關st或施密特觸發器，
吸持磁體h，
接觸系統和/或開關鎖m。
通過在達到第一電流差或額定故障電流邊界時閉合簧片開關，進行簧片開關的觸點閉合，該閉合引起用于充電環節/閾值開關的能量流，用于釋放常規預設的吸持磁體，以中斷電路。
圖6示出了簧片開關rs或通過磁場操作的開關元件的第三示圖。該簧片開關rs具有兩個動合觸點或常開接點，其中，第一動合觸點通過第一磁場閉合，而第二動合觸點通過相反定向的第二磁場閉合。
例如，第一動合觸點可以通過北南定向的磁場閉合，而第二動合觸點可以通過南北定向的磁場閉合。
兩個觸點并聯連接，從而在由于電流差引起超過磁場差時與磁場方向無關地進行觸點或動合觸點的閉合。
這例如可能對于與極化無關的差電流傳感器或故障電流保護開關、尤其對于直流電流是重要的。于是例如可以實現與極化無關的直流故障電流保護開關，即其中無關緊要的是，在哪個導體端子上連接有待保護的直流電路的正極或負極。
圖7示出了簧片開關rs或通過磁場操作的開關元件的第四示圖。該簧片開關rs具有兩個觸點和一個觸點舌部，其根據磁場方向與第一觸點或第二觸點接觸以使電流流動。第一觸點通過第一磁場閉合，而第二觸點通過相反定向的第二磁場閉合。
例如第一觸點可以通過北南定向的磁場閉合，第二觸點可以通過南北定向的磁場閉合。
兩個觸點并聯連接，從而與磁場方向無關地在電流差引起的超過磁場差時將觸點或動合觸點閉合。
這例如可能對于與極化無關的差電流傳感器或故障電流保護開關、尤其對于直流電流是重要的。于是例如可以實現與極化無關的直流故障電流保護開關，即其中無關緊要的是，在哪個導體端子上連接有待保護的直流電路的正極或負極。
通常除了動合觸點作為簧片開關的觸點外，還可以使用轉換開關(umschalter)或常開觸點。
圖8示出了根據圖5的故障電流保護開關的實現方案的圖示，區別是很簡單的釋放電路as，其與差電流傳感器rs的觸點串聯，并且其供電通過導體la、lb進行。
圖9示出了根據圖8的示圖，區別是沒有并聯的電阻r1、r2。
圖10示出了根據圖8的示圖，區別是，在并聯的電阻r1、r2和線圈s1、s2之間分別插入單元e1、e2，其中，通過電阻r1、r2進行導體la、lb的初級電流流動。
該單元e1、e2首先可以分別包含整流部，以便例如在交流電網中、尤其是在具有大的頻譜的電網中使用本發明。由此向線圈饋送整流過的交流電壓。替選地，于是也可以實現有直流和交流電壓能力的故障電流保護開關。
整流部可以具有一個二極管或多個二極管，以及必要時具有電容器和/或線圈。
該單元e1、e2其次可以包含濾波器，以便例如在特定頻率范圍內有針對性地確定故障交流電流。濾波器可以包含線圈和/或電容器。也可以考慮附加電阻。
該單元e1、e2再其次還可以包括整流器和濾波器的組合，以便例如實現特定的全電流敏感或頻率選擇的故障電流保護開關。
總而言之，根據本發明，提出了簧片或磁性開關作為總和電流傳感器或差電流傳感器。其可以有利地用于與電網電壓無關地測量故障電流保護開關中的總和電流，尤其是直流電壓。
通過本發明，可以實現成本低廉地構建傳感器或故障電流保護開關。此外可以實現結合長使用壽命的高可靠性。該構建可以完全用無源部件/器件進行。
雖然通過實施例詳細示出和描述了本發明，但本發明不限于公開的示例，并且本領域技術人員可以從中導出其它變型，而不偏離本發明的保護范圍。
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