專利名稱：可與保護(hù)開關(guān)機(jī)械耦合的模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)電路中出現(xiàn)的電弧的保護(hù)。
背景技術(shù)：
當(dāng)光控開關(guān)有故障并且在光控開關(guān)的兩個(gè)觸頭之間的距離過短以致通過電流會(huì) 被中斷時(shí)，在電路中例如可出現(xiàn)電弧。然后，正好在兩個(gè)觸頭之間構(gòu)造了電弧。除了在電路 中成批構(gòu)造的電弧之外，電弧也可以在電路的相與零線之間形成。如果出現(xiàn)電弧，則周圍的 部件的溫度升高，并且形成燃燒。因而有意義的是提供一種設(shè)備，利用該設(shè)備保證了對(duì)電弧的防護(hù)。在USA(其 中使用了所謂的UL技術(shù)(安全檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室(Underwriterslaboratories)，具有IlOV電 網(wǎng)電壓的標(biāo)準(zhǔn)))，甚至規(guī)定了這種設(shè)備。在那里，采用了電弧保護(hù)開關(guān)，更確切地說，電弧 保護(hù)開關(guān)根據(jù)預(yù)先確定的準(zhǔn)則來檢測(cè)在電路中是否存在電弧并且本身具有分離觸頭，該 分離觸頭在存在電弧的情況下被打開。在電弧保護(hù)開關(guān)中使用的原理被描述在US專利 5，729，145和US專利6，031，699中。在歐洲國家(其中采用IEC技術(shù)(國際電工技術(shù)委員 會(huì)(International Electrotechnical Commission)，具有 230V 的電壓的標(biāo)準(zhǔn)))，不強(qiáng)制 規(guī)定電弧保護(hù)開關(guān)。IEC技術(shù)中的電路利用線路保護(hù)開關(guān)和故障保護(hù)電流開關(guān)來保護(hù)。眾 所周知，剩余電流保護(hù)開關(guān)(Fehlerstromschutzschalter)和線路保護(hù)開關(guān)針對(duì)IEC技術(shù) 由于規(guī)范而與電網(wǎng)電壓無關(guān)地工作。有時(shí)，線路保護(hù)開關(guān)與剩余電流保護(hù)模塊相連，該剩余 電流保護(hù)模塊不具有專用的分離觸頭。如果對(duì)于這些單元還加入專用的電弧保護(hù)開關(guān)，則 這會(huì)與高的花費(fèi)相聯(lián)系。在US 5，729，145A中描述了一種保護(hù)開關(guān)，該保護(hù)開關(guān)僅僅被構(gòu)造用于防止電 弧。在該保護(hù)開關(guān)中，利用邏輯模塊分析電路的用于識(shí)別電弧的信號(hào)，其中用于識(shí)別電弧的 電路接受總和電流互感器的輸入信號(hào)。在出現(xiàn)電弧的情況下，邏輯模塊向圓柱體線圈發(fā)送 電信號(hào)，該圓柱體線圈接著使機(jī)械觸發(fā)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)。在現(xiàn)有技術(shù)中公知的是剩余電流保護(hù)開關(guān)和用于識(shí)別是否出現(xiàn)電弧的單元的組
I=I O在US 6，433，977B1中描述了一種保護(hù)開關(guān)，該保護(hù)開關(guān)具有用于在出現(xiàn)剩余電 流時(shí)觸發(fā)保護(hù)開關(guān)的單元和用于在出現(xiàn)電弧時(shí)進(jìn)行觸發(fā)的單元。在一種實(shí)施形式中，在測(cè) 試運(yùn)行時(shí)可能的是，通過晶閘管的切換來模擬剩余電流(Fehlerstrom)，其中晶閘管可以由 用于在出現(xiàn)電弧時(shí)進(jìn)行觸發(fā)的單元來激勵(lì)。用于在出現(xiàn)剩余電流時(shí)進(jìn)行觸發(fā)的單元分析總 和電流互感器的信號(hào)并且必要時(shí)借助晶閘管上的電信號(hào)來觸發(fā)機(jī)械觸發(fā)單元，通過該晶閘 管來控制用于操作線圈的電流。在US 6，031，699A中所描述的保護(hù)開關(guān)具有用于檢測(cè)電弧的單元和用于識(shí)別剩 余電流的單元。這兩個(gè)單元可以彼此獨(dú)立地產(chǎn)生電信號(hào)。通過這種信號(hào)分別切換晶閘管， 由此觸發(fā)保護(hù)開關(guān)的觸發(fā)機(jī)構(gòu)。這種類型的保護(hù)開關(guān)以UL技術(shù)實(shí)施并且需要開關(guān)內(nèi)部的電源來產(chǎn)生電信號(hào)。由此，這些保護(hù)開關(guān)不適應(yīng)IEC技術(shù)。尤其是，這些保護(hù)開關(guān)不具有剩余電流保護(hù)功能和線路 保護(hù)功能，該線路保護(hù)功能與電網(wǎng)電壓無關(guān)地被提供。在出版文獻(xiàn)AT 406 208 B中描述了一種適于IEC技術(shù)的剩余電流保護(hù)開關(guān)，其中 總和電流互感器的剩余電流信號(hào)由電路設(shè)備來檢測(cè)并且必要時(shí)由該電路設(shè)備產(chǎn)生用于觸 發(fā)剩余電流觸發(fā)器的信號(hào)。此外，剩余電流保護(hù)開關(guān)具有如下電路設(shè)備該電路設(shè)備能夠在 過壓的情況下模擬剩余電流并且由此觸發(fā)剩余電流保護(hù)開關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)IEC技術(shù)的電路使之免于電弧影響，而不引起過多 的花費(fèi)。該任務(wù)通過具有根據(jù)權(quán)利要求1所述的特征的可與保護(hù)開關(guān)機(jī)械耦合的模塊和 具有根據(jù)權(quán)利要求10所述的特征的設(shè)備來解決。本發(fā)明在于擴(kuò)展所謂的剩余電流保護(hù)開關(guān)模塊。在保護(hù)開關(guān)被連接在要保護(hù)的電 路中并且具有分離觸頭(所述分離觸頭用于使上述電路中斷)期間，可與這種保護(hù)開關(guān)機(jī) 械耦合的用于使該電路中斷的模塊正好使用該保護(hù)開關(guān)的分離觸頭。這種模塊在剩余電流 的情況下必須首先一次作用于所述分離觸頭，并且對(duì)此必須通過模塊完全可檢測(cè)到這種剩 余電流。這只有當(dāng)該模塊如上保護(hù)開關(guān)那樣也被連接在該電路中時(shí)才是可能的。對(duì)此，針 對(duì)該電路的每個(gè)導(dǎo)線(相或者零線或三個(gè)相和零線)具有輸入端子和輸出端子，其中輸入 端子和輸出端子成對(duì)地通過連接線路彼此相連。剩余電流可以通過如下方式來識(shí)別電流朝著向外方向(Hinrichtimg)流動(dòng)，但 該電流不再在返回方向上流回到該電路中，而是以其它方式流出。故障保護(hù)電流開關(guān)現(xiàn)在 包括合適的裝置，即恰好針對(duì)剩余電流保護(hù)功能來提供的這種裝置，該剩余電流保護(hù)功能 在如下差超過邊界值時(shí)至少間接地(通常通過由所述裝置來移動(dòng)的元件、例如保持磁體) 作用于機(jī)械觸發(fā)設(shè)備該差是在一方面為通過連接線路的至少一個(gè)第一連接線路朝著向外 方向流動(dòng)的電流的電流強(qiáng)度與另一方面為通過連接線路的至少一個(gè)第二連接線路朝著返 回方向流動(dòng)的電流的電流強(qiáng)度之間的差。在剩余電流保護(hù)模塊中，優(yōu)選地將總和電流互感器用作針對(duì)剩余電流保護(hù)功能提 供的裝置，并且機(jī)械觸發(fā)設(shè)備正好通過在總和電流互感器的次級(jí)繞組的區(qū)域中提供的磁體 來操作?！霸诖渭?jí)繞組的區(qū)域中提供的”在這種情況下意味著在剩余電流的可期望的幅度 的情況下，在次級(jí)繞組中產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)，并且磁體正好可以通過這種大小的磁場(chǎng)而移動(dòng)。機(jī)械觸發(fā)設(shè)備被構(gòu)建并且被布置在該模塊上，使得該機(jī)械觸發(fā)設(shè)備在模塊與保護(hù) 開關(guān)耦合時(shí)作用于該保護(hù)開關(guān)(并且尤其是其分離觸頭通過保護(hù)開關(guān)的機(jī)械觸發(fā)設(shè)備而 打開)，該保護(hù)開關(guān)同樣與此匹配地被設(shè)計(jì)。合適的用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置確定在連接有模塊的電路中是否出現(xiàn)電弧。相對(duì)應(yīng)的 信息或者相對(duì)應(yīng)的信號(hào)被轉(zhuǎn)交給控制設(shè)備，該控制設(shè)備與用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置相耦合?？?制設(shè)備也可以是用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置的部分并且接著自動(dòng)地?fù)碛猩鲜鲂畔?。此外，根?jù)本發(fā)明的模塊被設(shè)計(jì)為使得控制設(shè)備至少間接地操作機(jī)械觸發(fā)設(shè)備。 本發(fā)明容忍了在剩余電流保護(hù)開關(guān)中(該剩余電流保護(hù)開關(guān)在IEC技術(shù)中在剩余電流的情 況下應(yīng)與電網(wǎng)電壓無關(guān)地打開其分離觸頭)可能針對(duì)第二功能、即針對(duì)對(duì)電弧出現(xiàn)的識(shí)別和在這種情況下的觸發(fā)而與電網(wǎng)電壓有關(guān)地工作。目前已知的用于檢測(cè)在電路中是否出現(xiàn) 電弧的裝置也即包括微控制器并且因而與電源電壓有關(guān)。換言之，根據(jù)本發(fā)明的模塊能夠 提供適于IEC技術(shù)的剩余電流保護(hù)功能。因此，實(shí)現(xiàn)了附加地實(shí)現(xiàn)保護(hù)電路使之免于電弧影響。在根據(jù)本發(fā)明的模塊的有利的擴(kuò)展方案中，提供了用于使磁體(在次級(jí)繞組的區(qū) 域中)移動(dòng)的裝置來間接地操作機(jī)械觸發(fā)設(shè)備，其中當(dāng)用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置識(shí)別出電弧的 存在時(shí)，控制設(shè)備電激勵(lì)用于移動(dòng)的裝置。用于使磁體移動(dòng)的裝置允許通過添加電子電路以簡(jiǎn)單的方式關(guān)于防電弧的保護(hù) 功能擴(kuò)展帶有剩余電流保護(hù)功能的模塊。在該模塊中，針對(duì)用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置不必設(shè)置 附加的用于直接操作機(jī)械觸發(fā)設(shè)備本身的機(jī)械設(shè)備。然而，在根據(jù)本發(fā)明的模塊的可替選的實(shí)施形式中，提供了附加的用于操作觸發(fā) 設(shè)備的裝置。當(dāng)用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置識(shí)別出電弧的存在時(shí)，這些裝置由控制設(shè)備激勵(lì)。在 該實(shí)施形式的情況下，得到了如下優(yōu)點(diǎn)用于操作觸發(fā)設(shè)備的裝置在控制設(shè)備上針對(duì)防止 電弧的功能而最優(yōu)地被構(gòu)造。用于進(jìn)行操作的裝置可以是另一保持磁體，其中用于使保持 磁體移動(dòng)的線圈以如下方式被設(shè)計(jì)利用可由控制設(shè)備產(chǎn)生的電信號(hào)可以將特別大的力施 加到保持磁體上。借助保持磁體可以通過電信號(hào)接著特別可靠地操作觸發(fā)設(shè)備。代替保持 磁體，用于進(jìn)行操作的裝置也可以是電驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行器。剩余電流保護(hù)模塊通常也包括用于選擇性產(chǎn)生以下電流的裝置僅僅通過連接線 路的至少第一連接線路或者僅僅通過連接線路的至少第二連接線路流動(dòng)的電流，其中在此 僅僅感興趣的是連接線路的經(jīng)過針對(duì)故障保護(hù)電流功能提供的裝置的那個(gè)區(qū)段，即在針對(duì) 剩余電流功能所提供的裝置被提供的檢測(cè)區(qū)域中。也即，從針對(duì)剩余電流保護(hù)功能所提供 的裝置來看，用于選擇性產(chǎn)生這種電流的裝置模擬剩余電流，使得觸發(fā)的機(jī)構(gòu)也可以選擇 性地被用于檢驗(yàn)?zāi)康摹Ｔ诟鶕?jù)本發(fā)明的模塊的另一可替選的改進(jìn)方案中，用于選擇性地產(chǎn)生的裝置被給 予其它功能或者至少一個(gè)附加功能，更確切地說，此外尤其是也在出現(xiàn)電弧的情況下由用 于選擇性產(chǎn)生的裝置引起上述電流用于檢查。用于選擇性產(chǎn)生的控制裝置現(xiàn)在以電可激勵(lì)的方式被構(gòu)造，例如通過簡(jiǎn)單的繼電 器來激勵(lì)?？刂圃O(shè)備與用于選擇性產(chǎn)生的裝置耦合，例如與上述繼電器耦合，該繼電器屬 于用于選擇性產(chǎn)生的裝置。在識(shí)別出在要保護(hù)的電路中出現(xiàn)電弧的情況下，用于選擇性產(chǎn) 生的裝置被激活，在針對(duì)剩余電流保護(hù)功能提供的裝置中引起與剩余電流相同的作用的電 流流動(dòng)，使得導(dǎo)致對(duì)觸發(fā)設(shè)備的機(jī)械觸發(fā)并且促使與該模塊耦合的保護(hù)開關(guān)打開其分離觸 頭。用于檢測(cè)是否出現(xiàn)電弧的裝置可以相對(duì)不費(fèi)事地被設(shè)置在已知類型的剩余電流 保護(hù)模塊中，其中此外保證了模塊的緊湊的構(gòu)造方式。通過根據(jù)本發(fā)明的對(duì)剩余電流保護(hù) 模塊關(guān)于電弧保護(hù)功能的擴(kuò)展以簡(jiǎn)單的方式提供了電弧保護(hù)的可能性，并且不必針對(duì)電弧 保護(hù)尤其是提供合適的保護(hù)開關(guān)或者合適的模塊。電弧保護(hù)功能在這種情況下利用剩余電 流保護(hù)模塊的本來就存在的功能。本發(fā)明也反映在根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備中。在這種情況下涉及包括線路保 護(hù)開關(guān)和根據(jù)本發(fā)明的模塊的串聯(lián)電路。當(dāng)然，該模塊不僅必須以機(jī)械方式耦合到保護(hù)開
6關(guān)上，而且相反地，線路保護(hù)開關(guān)也必須與該模塊可以機(jī)械方式耦合地被構(gòu)造并且實(shí)際上 也是相耦合的。該耦合尤其是通過機(jī)械觸發(fā)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，更確切地說，在模塊和線路保護(hù)開 關(guān)耦合的情況下，模塊的觸發(fā)設(shè)備應(yīng)被設(shè)計(jì)為正好作用于線路保護(hù)開關(guān)的觸發(fā)設(shè)備并且在 工作時(shí)正好在剩余電流的情況下或者在出現(xiàn)電弧的情況下實(shí)際上作用于線路保護(hù)開關(guān)的 觸發(fā)設(shè)備。線路保護(hù)開關(guān)的機(jī)械觸發(fā)設(shè)備又應(yīng)可以打開至少一個(gè)分離觸頭，由此接著正好 將電路中斷，在該電路中串聯(lián)電路是可連接的或?qū)嶋H上已連接。用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置通?；陔娐分械碾娏鞯囊欢ǖ奶卣鱽碜R(shí)別電弧。該電流在 該電路中現(xiàn)在流經(jīng)根據(jù)本發(fā)明的模塊的輸入端子與根據(jù)本發(fā)明的模塊的輸出端子之間的 連接線路，并且用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置可以在連接線路的至少一個(gè)上正好獲得關(guān)于工作時(shí)在 該電路中流動(dòng)的電流的信息。對(duì)于檢測(cè)在該電路中是否出現(xiàn)電弧而言重要的信息是電流的幅度。用于測(cè)量該幅 度的合適的裝置因而應(yīng)被提供并且這些裝置可以包括電流互感器和連接在下游的放大器。 電流互感器僅僅必須被布置在所述連接線路的唯一一個(gè)連接線路上。也可以根據(jù)電流的高頻噪聲來檢測(cè)在電路中是否出現(xiàn)電弧。因此，用于進(jìn)行檢測(cè) 的裝置在優(yōu)選的實(shí)施形式中包括高頻接收器。優(yōu)選地，分析單元也屬于用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置，該分析單元優(yōu)選地是電子分析單 元，并且該分析單元從用于測(cè)量幅度的裝置接收測(cè)量信號(hào)和高頻接收器的輸出信號(hào)。在滿 足一定的準(zhǔn)則時(shí)，分析單元激勵(lì)開關(guān)。在一種實(shí)施形式中，該開關(guān)可以是用于選擇性產(chǎn)生的 裝置的部分，其中“選擇性”接著涉及開關(guān)的閉合?？杀粯?gòu)造為運(yùn)行算法的微控制器的分析 單元可以按照非常復(fù)雜的準(zhǔn)則和準(zhǔn)則組合工作。借助其可以檢測(cè)是否出現(xiàn)電弧的兩個(gè)主要 準(zhǔn)則在于電流超過一定的幅度(例如當(dāng)電流強(qiáng)度超過5A時(shí))以及在于高頻噪聲隨著電流 的周期性變化。用于選擇性產(chǎn)生的裝置在使用總和電流互感器的情況下可以非常簡(jiǎn)單地包括可 通過開關(guān)分離的連接，更確切地說，在總和電流互感器的輸入側(cè)上的一個(gè)連接線路上的端 子和在總和電流互感器的輸出側(cè)上的另一個(gè)連接線路上的端子彼此連接。從模塊的輸入端 子到模塊的輸出端子的連接線路的從輸入側(cè)至輸出側(cè)的區(qū)段正好恰好是總和電流互感器 的上述檢測(cè)區(qū)域。在兩個(gè)端子之間的連接中的開關(guān)恰好是如下開關(guān)該開關(guān)在優(yōu)選的實(shí)施 形式中通過上述分析單元來操作。


以下參照附圖描述了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施形式。在此，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備、即串聯(lián)電路的實(shí)施形式，其中一種實(shí)施形式的根 據(jù)本發(fā)明的模塊與線路保護(hù)開關(guān)相耦合。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的模塊的與保護(hù)開關(guān)機(jī)械耦合的另一實(shí)施形式，以及圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的模塊的與保護(hù)開關(guān)機(jī)械耦合的第三實(shí)施形式。
具體實(shí)施例方式圖1中所示的設(shè)備10是包括線路保護(hù)開關(guān)18和根據(jù)本發(fā)明的模塊20的串聯(lián)電 路，更確切地說，線路保護(hù)開關(guān)18和根據(jù)本發(fā)明的模塊20被設(shè)置為電路的部分，以便對(duì)該電路之內(nèi)的通過電流施加影響。該設(shè)備通過線路12、12'與電壓源(通常為供電網(wǎng))相耦 合。在另一側(cè)上耦合有負(fù)載，在此象征性地示出負(fù)載14。原則上公知在設(shè)備10中所使用的 線路保護(hù)開關(guān)18。該線路保護(hù)開關(guān)18是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備10的部分，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的 模塊20引起線路保護(hù)開關(guān)18的通斷。以本身公知的方式，線路保護(hù)開關(guān)18對(duì)每個(gè)線路具有一個(gè)熱觸發(fā)器24或24'以 及一個(gè)磁觸發(fā)器26或26'。熱觸發(fā)器24、24'通常被實(shí)施為雙金屬元件。當(dāng)流經(jīng)的電流 永久地具有過高的電流強(qiáng)度時(shí)，每個(gè)熱觸發(fā)器24、24'應(yīng)使電路中斷，也就是說使一方面為 線路12、12'與另一方面為負(fù)載14之間的連接中斷。雙金屬元件由于過流時(shí)的歐姆加熱 而彎曲。熱觸發(fā)器24或24'接著作用于分離觸頭28或28'。分離觸頭28或28'被布 置在一方面為線路開關(guān)18的輸入端子30或30'與另一方面為線路開關(guān)18的輸出端子32 或32'之間的連接線路中。磁觸發(fā)器26同樣用于打開分離觸頭28或28'，更確切地說在短路電流的情況下 打開分離觸頭28或28'。磁觸發(fā)器26、26'在圖1中通過線圈來象征性地表現(xiàn)，因?yàn)橥ǔ?短路電流在每個(gè)磁觸發(fā)器26、26'中感生出磁場(chǎng)，并且這使圖1中未示出的正好作用于觸 頭28或28'的機(jī)械元件移動(dòng)。模塊20現(xiàn)在與線路保護(hù)開關(guān)18串聯(lián)連接。對(duì)此，模塊20分別具有輸入端子48或 48'和輸出端子50或50'。一方面是在輸入端子48和輸出端子50之間的連接線路以及 另一方面是在輸入端子48'和輸出端子50'之間的連接線路由此可被切換到電路中。在 此，線路開關(guān)18的輸出端子32與模塊20的輸入端子48相連，而線路開關(guān)18的輸出端子 32'與模塊20或22的輸入端子48'相連。對(duì)此，可以采用圖1中所示的連接線路52或 52'，但也可以通過使用合適的插接接觸(Steckkontakt) —方面實(shí)現(xiàn)直接耦合在線路保 護(hù)開關(guān)18上，而另一方面實(shí)現(xiàn)直接耦合在模塊20上。負(fù)載14在一側(cè)與模塊20或22的輸 出端子50相連而在另一側(cè)與模塊20或22的輸出端子50'相連。模塊20沒有什么不同于本身公知的剩余電流保護(hù)模塊，其關(guān)于功能被擴(kuò)展。以下 首先描述了傳統(tǒng)的剩余電流功能在模塊20中對(duì)此設(shè)置有總和電流互感器34。通過總和電 流互感器34弓I導(dǎo)兩個(gè)連接線路，一方面為從端子48弓I導(dǎo)至端子50而另一方面從端子48 ’ 引導(dǎo)至端子50'。在未出現(xiàn)剩余電流(即通過線路12和12'之一所輸送的、也通過線路12和12' 的相應(yīng)的其它線路引回的總電流)的通常情況下，在通過總和電流互感器34引導(dǎo)的兩個(gè)連 接線路中的電流恰好平衡，并且尤其是相互抵消通過所述電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。一出現(xiàn)剩余電 流，就在總和電流互感器34中感生出剩余磁場(chǎng)。該剩余磁場(chǎng)在總和電流互感器34的次級(jí) 繞組36中感生出電流，由此保持磁體38移動(dòng)，該保持磁體38作用于觸發(fā)機(jī)構(gòu)40。觸發(fā)機(jī)構(gòu)40的特征在于該觸發(fā)機(jī)構(gòu)40只在模塊20與線路保護(hù)開關(guān)18機(jī)械耦 合的情況下才有意義。從剩余電流防護(hù)模塊已知的是，將如觸發(fā)機(jī)構(gòu)40之類的觸發(fā)機(jī)構(gòu)布置在模塊中， 在這種保護(hù)開關(guān)的預(yù)先確定的實(shí)施方案中，該模塊可與具有分離觸頭的線路保護(hù)開關(guān)的觸 發(fā)機(jī)構(gòu)相耦合，以便模塊的觸發(fā)機(jī)構(gòu)最后正好使所耦合的保護(hù)開關(guān)的分離觸頭打開。該原 理在此也在模塊20中被采用。模塊的觸發(fā)機(jī)構(gòu)40可以與線路保護(hù)開關(guān)18的觸發(fā)機(jī)構(gòu)72、 72'相耦合。
在模塊20中，省去了專用的分離觸頭，并且采用了線路保護(hù)開關(guān)18的本來就存在 于IEC系統(tǒng)中的分離觸頭28、28'來使電路中斷。如果提供故障保護(hù)電流開關(guān)的功能，則通常設(shè)置有檢查可能性。對(duì)此，提供了連接 線路42，更確切地說，該連接線路42將一個(gè)輸入端子50'與另外的輸入端子50連接，使得 流經(jīng)的電流僅單次穿過總和電流互感器34。在此，通過連接線路42繞開了在圖1右邊的 經(jīng)過總和電流互感器34的通路，并且該電流僅流經(jīng)左邊的通路，也就是說在輸入端子50與 輸出端子48之間的那段連接線路中。為了限制通過連接線路42的電流，設(shè)置有電阻元件 44。該電流不應(yīng)持續(xù)地流經(jīng)連接線路42。因而，該連接線路42通過開關(guān)46中斷。在傳統(tǒng) 的剩余電流保護(hù)模塊中，開關(guān)46借助檢查按鍵可以直接操作。在此情況并非如此，而是開 關(guān)46通過繼電器(在圖1中未示出)以電學(xué)方式來控制。這被用于電弧保護(hù)功能。應(yīng)進(jìn)一步確定如下情況在過流時(shí)并且在短路電流的情況下，線路保護(hù)開關(guān)18使 得電路中斷。此外，在剩余電流的情況下，模塊20通過觸發(fā)線路保護(hù)開關(guān)18的分離觸頭28、 28'來使電路中斷。現(xiàn)在，當(dāng)在電路中在任意部位出現(xiàn)了電弧，該電路才應(yīng)被中斷。對(duì)此首 先必須一次完全識(shí)別出出現(xiàn)了這種電弧。電弧不可以在其在任意負(fù)載的情況下出現(xiàn)的位 置被識(shí)別，而是必須根據(jù)電路中的通過電流來識(shí)別。模塊20對(duì)此具有兩個(gè)不同的單元一 方面是模塊20的輸入端子與模塊20的輸出端子之間的連接線路之一(在此為在輸入端子 48'與輸出端子50'之間的連接線路)通過電流互感器54來引導(dǎo)。在電流互感器54的下 游連接有放大器模塊56，并且該放大器模塊56與分析單元和控制單元58相連。后者因此 被輸送有關(guān)于在電路中流動(dòng)的負(fù)載電流的數(shù)據(jù)，其中在此由分析單元尤其是檢測(cè)負(fù)載電流 的幅度。作為用于檢測(cè)在電路中是否出現(xiàn)電弧的第二測(cè)量單元，在模塊20中提供了高頻接 收器60，更確切地說，該高頻接收器60量取一方面為在輸入端子48和輸出端子50之間的 連接線路與另一方面為在輸入端子48'和輸出端子50'之間的連接線路之間的信號(hào)。測(cè) 量信號(hào)同樣被輸送給分析單元和控制單元58。該分析單元和控制單元58可以是傳統(tǒng)的微 控制器。為了給該微控制器供給能量，提供了整流器(AC/DC電壓互感器)62，該整流器62 提供對(duì)于微控制器工作所需的直流電壓。在分析單元和控制單元58中采用了算法來根據(jù)由放大器56和高頻接收器60輸 送的信號(hào)識(shí)別在電路中是否出現(xiàn)電弧或是否至少可能出現(xiàn)電弧。電弧一方面可以通過電流 幅度的上升超過預(yù)先確定的水平或者也通過一定的電流升高來識(shí)別。對(duì)此的更詳盡的內(nèi)容 被描述在US專利6，031，699中。電弧另一方面也可以根據(jù)高頻噪聲來識(shí)別，尤其是根據(jù)該 高頻噪聲隨著電流變化的周期性特性。對(duì)此的細(xì)節(jié)被描述在US專利5，729，45中。分析單 元和控制單元58所使用的算法可以可替選地、但優(yōu)選組合地使用兩個(gè)準(zhǔn)則，其中經(jīng)過合適 的算法可以超過所述的簡(jiǎn)單關(guān)系也識(shí)別出更復(fù)雜的關(guān)系。也就是說，在模塊20的情況下通 過裝置54、56、60和分析單元和控制單元58中的分析算法來檢測(cè)在電路中是否出現(xiàn)電弧。當(dāng)然，該檢測(cè)只有當(dāng)在識(shí)別出電弧的出現(xiàn)之后進(jìn)行電路的中斷時(shí)才是有意義的。電路的中斷現(xiàn)在完全簡(jiǎn)單地在使用連接線路42的情況下進(jìn)行分析單元和控制 單元58 —檢測(cè)到電弧的出現(xiàn)，該分析單元和控制單元58就激勵(lì)屬于開關(guān)46的繼電器，使 得開關(guān)46閉合。接著，在電流互感器34中實(shí)現(xiàn)如同真正的剩余電流流動(dòng)那樣的作用的電 流流動(dòng)，使得機(jī)械觸發(fā)機(jī)構(gòu)40被操作，該機(jī)械觸發(fā)機(jī)構(gòu)40作用于觸發(fā)機(jī)構(gòu)72和72'并且 按照期望方式打開分離觸頭28和28'。
因此，模塊的特征在于，機(jī)械耦合不僅在真正的剩余電流的情況下被用于打開分 離觸頭28和28'，而且在出現(xiàn)電弧的情況下也被用于打開分離觸頭28和28'。傳統(tǒng)的剩 余電流保護(hù)模塊可以簡(jiǎn)單地通過用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置54、56、58、60來補(bǔ)充。優(yōu)選地采用檢查按鍵80代替直接與開關(guān)46耦合的檢查按鍵，該檢查按鍵80使電 路閉合，其中通過分析單元和控制單元58來識(shí)別通過電流，該分析單元和控制單元80能夠 運(yùn)行其算法并且按測(cè)試方式激勵(lì)屬于開關(guān)46的繼電器。顯示器82顯示模塊的狀態(tài)和所檢測(cè)到的最后觸發(fā)的原因，由此技術(shù)人員可以快 速地確定危險(xiǎn)的電弧實(shí)際上是否是觸發(fā)的原因，或者是否僅存在絕緣故障，因?yàn)橛糜跈z測(cè) 是否出現(xiàn)電弧的裝置可以僅使用預(yù)先確定的準(zhǔn)則并且不能以絕對(duì)的確定性保證真正識(shí)別 出電弧。在不確定的情況下，所述用于檢測(cè)是否出現(xiàn)電弧的裝置觸發(fā)。圖2中示出的設(shè)備10'是本發(fā)明的與圖1中所示的實(shí)施形式大部分相一致的實(shí)施 形式。因而，僅僅闡述了圖2中所示的實(shí)施形式與已經(jīng)描述的實(shí)施形式不同的元件。與圖 1中所示的部件功能相同的部件在圖2中具有與圖1中相同的附圖標(biāo)記。在圖2中所示的模塊20'的情況下，分析單元和控制單元58'通過饋線90和回 線(Rueckleitimg) 92能夠使保持磁體38直接移動(dòng)。分析單元和控制單元58'對(duì)此將電流 通過饋線90和回線92施加到總和電流互感器34的次級(jí)繞組36中。饋線90和回線92因 此在本發(fā)明的意義上形成了用于使保持磁體38移動(dòng)的裝置。雖然分析單元和控制單元58'通過饋線90和回線92可以直接作用于保持磁體 38，但在模塊20’中仍然提供了連接線路42和開關(guān)46，利用連接線路42和開關(guān)46可以模 擬剩余電流。由此，此外還可能的是，當(dāng)按壓檢查按鍵80時(shí)，以上面所描述的方式借助分析 單元和控制單元58'來測(cè)試總和電流互感器34。在圖3中，設(shè)備10"由串聯(lián)連接的線路保護(hù)開關(guān)18和一種實(shí)施形式的根據(jù)本發(fā)明 的模塊20"構(gòu)成。該設(shè)備10"也具有許多與圖1中所示的設(shè)備的一致處，使得并未對(duì)兩個(gè) 設(shè)備的彼此相對(duì)應(yīng)的元件再一次進(jìn)行闡述。在圖3中針對(duì)功能與圖1中的設(shè)備的功能相同 的那些元件給予相同的附圖標(biāo)記。在圖3中所示的模塊20〃的情況下，分析單元和控制單元58〃在電弧出現(xiàn)時(shí)通過 為此專門提供的保持磁體96來對(duì)觸發(fā)機(jī)構(gòu)40進(jìn)行觸發(fā)。分析單元和控制單元58"通過信 號(hào)線路94以電方式激勵(lì)保持磁體96。由此使保持磁體96從靜止位置移動(dòng)。該保持磁體 96接著操作機(jī)械觸發(fā)機(jī)構(gòu)40，由此以已經(jīng)針對(duì)圖1所描述的方式來觸發(fā)保護(hù)開關(guān)18。在根據(jù)本發(fā)明的模塊的未示出的實(shí)施形式中，代替保持磁體而使用了電驅(qū)動(dòng)的執(zhí) 行器。這種執(zhí)行器可以例如借助壓電元件來操作機(jī)械觸發(fā)機(jī)構(gòu)40。用于驅(qū)動(dòng)該執(zhí)行器的電 能量在此由整流器提供，如其在圖3中所示的模塊20"的情況下被示為整流器62那樣?？傊?，通過實(shí)施例示出了如何通過本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)保護(hù)IEC技術(shù)中的電路使之免于 電弧影響。這種保護(hù)在此可以在沒有過度的花費(fèi)的情況下來提供。根據(jù)本發(fā)明的模塊此外 還具有如下優(yōu)點(diǎn)還與電網(wǎng)電壓無關(guān)地提供了剩余電流保護(hù)功能。附圖標(biāo)記列表10、10'、10〃設(shè)備12、12'線路14負(fù)載
1018 20,20 24,24 28,28' 30,30' 32,32' 34,54 36 38
40、72、72 42 44 46
48,48'
50,50'
52,52'
54
56
58,58 60 62
72,72 80 82 90 92 94 96
、20" 、26、26'
、58'
保護(hù)開關(guān) 模塊 觸發(fā)器 分離觸頭 輸入端子 輸出端子 電流互感器 次級(jí)繞組 保持磁體 觸發(fā)機(jī)構(gòu) 連接線路 電阻元件 開關(guān) 輸入端子 輸出端子 連接線路 電流互感器 放大器模塊 分析單元和控制單元 高頻接收器 整流器 觸發(fā)機(jī)構(gòu) 檢查按鍵 顯不器 饋線 回線
信號(hào)線路 保持磁體
權(quán)利要求
一種能夠與保護(hù)開關(guān)(18)機(jī)械耦合的模塊(20，20′，20″)， 具有至少兩個(gè)輸入端子(48，48′)和至少兩個(gè)輸出端子(50，50′)，其中輸入端子(48，48′)在所有情況下都通過連接線路與輸出端子(50，50′)相連，以及 具有針對(duì)剩余電流保護(hù)功能所提供的裝置(34，36，38)，所述針對(duì)剩余電流保護(hù)功能所提供的裝置(34，36，38)包括總和電流互感器(34)，并且所述針對(duì)剩余電流保護(hù)功能所提供的裝置(34，36，38)在如下的差超過邊界值時(shí)至少間接地作用于機(jī)械觸發(fā)設(shè)備(40)該差是在一方面為通過所述連接線路的至少一個(gè)第一連接線路朝著向外方向流動(dòng)的電流的電流強(qiáng)度與另一方面為通過所述連接線路中的至少一個(gè)第二連接線路朝著返回方向流動(dòng)的電流的電流強(qiáng)度之間的差，其中 所述機(jī)械觸發(fā)設(shè)備(40)又通過在總和電流互感器的次級(jí)繞組(36)的區(qū)域中提供的磁體(38)來操作，并且所述機(jī)械觸發(fā)設(shè)備(40)針對(duì)保護(hù)開關(guān)(18)與模塊(20，20′，20″)耦合的情況被設(shè)計(jì)為作用于保護(hù)開關(guān)(18)，其特征在于， 用于檢測(cè)在所述模塊(20，20′，20″)所連接的電路中是否存在電弧的裝置(54，56，60，58，58′，58″)，其中 控制設(shè)備(58，58′，58″)與用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置(54，56，60)相耦合或者是用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置(54，56，60)的部分，以及其中 所述控制設(shè)備(58，58′，58″)至少間接地操作機(jī)械觸發(fā)設(shè)備(40)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊(20')，其中 -提供了用于使磁體(38)移動(dòng)的裝置(90，92)，以及-當(dāng)用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置(54，56，58'，60)識(shí)別出存在電弧時(shí)，所述控制設(shè)備(58') 電激勵(lì)用于移動(dòng)的裝置(90，92)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊(20")，其中_提供用于操作所述觸發(fā)設(shè)備(40)的裝置(94，96)，以及-當(dāng)用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置(54,56,58"，60)識(shí)別出存在電弧時(shí)，所述控制設(shè)備(58") 電激勵(lì)用于進(jìn)行操作的裝置(94，96)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的模塊(20，20'，20〃)，其中-設(shè)置有用于選擇性產(chǎn)生以下電流的裝置(42，44，46)在總和電流互感器(34)的檢測(cè) 區(qū)域中僅僅通過所述連接線路的至少第一連接線路或者僅僅通過所述連接線路的至少第 二連接線路流動(dòng)的電流，其中-通過所述控制設(shè)備(58，58'，58〃)能夠電激勵(lì)用于選擇性產(chǎn)生的裝置(46)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模塊(20，20'，20")，其中，用于選擇性產(chǎn)生的裝置包括通 過開關(guān)(46)能夠被分離的在總和電流互感器(34)的輸入側(cè)上的連接線路上的端子與在總 和電流互感器(34)的輸出側(cè)上的另一連接線路上的端子之間的連接(42)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的模塊(20，20'，20")，其中，在工作時(shí)，用于檢測(cè)的 裝置被設(shè)計(jì)來在所述連接線路的至少一個(gè)連接線路上獲得關(guān)于在所述電路中流動(dòng)的電流 的信息。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的模塊(20，20'，20")，其中，用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置包 括用于測(cè)量流經(jīng)連接線路的電流的幅度的裝置(54，56，58，58'，58〃)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的模塊(20，20'，20")，其中，用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置包 括高頻接收器(60)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的模塊(20，20'，20")，其中，用于進(jìn)行檢測(cè)的裝置包括 分析單元(58，58'，58")，所述分析單元(58，58'，58")被連接在用于測(cè)量的裝置(54， 56)或者高頻接收器(60)的下游或者是用于測(cè)量的裝置(54，56)和高頻接收器(60)中的 至少一個(gè)的部分，并且在滿足一定的準(zhǔn)則時(shí)激勵(lì)開關(guān)(46)或用于移動(dòng)的裝置(90，92)或者 用于進(jìn)行操作的裝置(94，96)。
10.一種包括串聯(lián)連接的一方面為線路保護(hù)開關(guān)(18)和另一方面為根據(jù)上述權(quán)利要 求之一所述的模塊(20，20'，20")的設(shè)備(10，10'，10")，其中，線路保護(hù)開關(guān)(18)被 構(gòu)造為能夠與模塊(20，20'，20")機(jī)械耦合并且實(shí)際上相耦合，使得模塊的機(jī)械觸發(fā)設(shè) 備(40)被設(shè)計(jì)為作用于線路保護(hù)開關(guān)(18)的至少一個(gè)機(jī)械觸發(fā)設(shè)備(72，72')，其中 線路保護(hù)開關(guān)(18)的每個(gè)觸發(fā)設(shè)備(72，72')被設(shè)計(jì)用于打開至少一個(gè)分離觸頭(28， 28')來使能夠連接所述設(shè)備(10，10'，10")或者連接有所述設(shè)備(10，10，10")的電 路中斷。
全文摘要
本身公知的剩余電流保護(hù)模塊(20)可與線路保護(hù)開關(guān)(18)相耦合。總和電流互感器(34)檢測(cè)到剩余電流的出現(xiàn)并且實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械觸發(fā)設(shè)備(40)的操作，所述機(jī)械觸發(fā)設(shè)備(40)通過線路保護(hù)開關(guān)(18)的對(duì)此適配的機(jī)械觸發(fā)設(shè)備(72，72′)來實(shí)現(xiàn)其分離觸頭(28，28′)的打開。該結(jié)構(gòu)現(xiàn)在關(guān)于用于保護(hù)電路使之免于電弧影響的功能而被擴(kuò)展。用于檢測(cè)是否出現(xiàn)電弧的裝置被集成到剩余電流保護(hù)模塊(20)中。在所述模塊(20)中，通過控制設(shè)備(58)至少間接地操作所述模塊(20)的機(jī)械觸發(fā)設(shè)備(40)。
文檔編號(hào)H01H1/00GK101911418SQ200880124949
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者H-J·休伯, J·赫爾曼, J-M·馬特爾, M·克利邁耶 申請(qǐng)人:西門子公司