CN101088133B - 使开关设备安全工作的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使一开关设备安全工作的方法和装置，所述开关设备具有至少一个可闭合和断开的主触点和至少一个控制磁体，所述主触点具有多个接触件与一活动触桥，所述控制磁体具有一活动衔铁，所述衔铁在所述开关设备被接通和断开时对所述触桥发生作用，使得相应的主触点闭合和断开。本发明的方法包括下列步骤：a)对至少一个主触点的活动触桥在断开后何时超过一断开点进行识别；b)如果在经过预定持续时间后所述断开点未被超过，就中断所述开关设备的进一步工作。

Description

使开关设备安全工作的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于使一开关设备安全工作的方法和一种相应的装置。

背景技术

借助开关设备，尤其是低压开关设备，可通断供电设备和用电设备之间的电流路径及其工作电流。也就是说，通过用开关设备来通断电流路径可安全打开和关闭连接在这些电流路径中的用电设备。

低压电开关设备，例如接触器、断路器或紧凑型起动器，具有一个以上用于通断电流路径、可由一个以上控制磁体控制的主触点。这些主触点原则上包括一个活动触桥(movable contact link)和多个连接用电设备和供电设备的固定接触件。需要使主触点闭合或断开时，向控制磁体发送一相应的接通或断开信号，控制磁体随后便会通过其衔铁对活动触桥发生作用，使活动触桥完成相对于固定接触件的相对运动，从而接通或断开需要控制的电流路径。

为使接触件和触桥之间进行更好的接触，二者发生接触的位置上布置有采取相应设计的接触面。构成接触面的材料，例如银合金，同时涂覆在触桥和接触件彼此间会发生接触的位置上，并具有一定的厚度。

每次通断操作都会使接触面的材料受到耗损。影响耗损程度的因素有：随着通断操作次数的增多触点烧损或磨损程度加大；变形程度加大；受电弧作用或环境影响(例如蒸汽或悬浮物质等等)而产生的程度渐长的触点腐蚀现象。接触面材料受到耗损的结果是无法再有效地通断工作电流，从而导致出现电流中断、触点发热或触点熔接等现象。

在此情况下，特别随着触点烧损程度的加大，涂覆在接触面上的材料的厚度会逐渐减小。这会使触桥和接触件的接触面间的开关行程变长，最终导致闭合时的接触力减小。其结果是，随着通断操作次数的增多无法再使触点有效闭合。由此而引起的电流中断或者接通时触点的弹跳会导致触点发热，从而一定程度上加重触点材料的熔化，而这又会导致主触点的接触面发生熔接。

当开关设备的主触点受到耗损或出现熔接现象时，就无法再用开关设备来安全地关闭用电设备。因此，当出现触点熔接现象时，即使在接收到断开信号的情况下，至少带有所述熔接主触点的电流路径仍保持在带电状态，其结果是用电设备并未完全从供电设备上断开。由于用电设备因此而处于不安全状态，因而此时的开关设备为一潜在的故障源。

在此情况下，例如符合IEC 60 947-6-2规定的紧凑型起动器中的保护功能就会受到限制，这种紧凑型起动器具有一附加的保护机构，在进行通断操作时，这个保护机构会像控制磁体那样对主触点发生作用。

因此，为达到使开关设备安全工作、从而保护用电设备及电气系统的目的，必须防止这种故障源的出现。

发明内容

本发明的目的是对这种潜在的故障源进行识别并作出相应反应。

这个目的通过一种使一开关设备安全工作的方法而达成，所述开关设备具有至少一个可闭合和断开的主触点和至少一个控制磁体，所述主触点具有多个接触件与一活动触桥，所述控制磁体具有一活动衔铁，所述衔铁在所述开关设备被接通和断开时对所述触桥发生作用，使得相应的主触点闭合和断开；所述方法包括下列步骤：

a)通过与所述触桥处于有效连接的构件的一状态，对所述至少一个主触点的活动触桥在断开后是否超过一断开点进行识别；

b)如果所述构件在断开后所保持的状态与断开后的预定状态不相符，就表示在经过预定持续时间后所述断开点未被超过，中断所述开关设备的进一步工作；和

一种用于使一开关设备安全工作的装置，所述开关设备具有至少一个可闭合和断开的主触点和至少一个控制磁体，所述主触点具有多个接触件与一活动触桥，所述控制磁体具有一活动衔铁，所述衔铁在所述开关设备被接通和断开时对所述触桥发生作用，使得相应的主触点可闭合和断开；

其特征在于，

设置有第一构件，所述第一构件用于识别是否已超过所述至少一个主触点的触桥的一断开点，并包括一断开机构，所述断开机构与所述触桥有效连接，且可进入一第一与一第二状态，

设置有其他构件，当所述第一构件在断开后识别出在经过预定持续时间后所述断开点未被超过时，所述其他构件中断所述开关设备的进一步工作。

通过本发明可以简单的方式识别出在进行断开操作时所出现的触点熔接现象，借此识别出开关设备的不安全工作状态，并对此作出相应的反应。

根据本发明，为此在断开一开关设备时对下述情况进行识别，即至少一个主触点的活动触桥是否超过一个断开点，如果在经过预定持续时间后所述断开点未被超过，就中断开关设备的进一步工作。

在此情况下，预定的断开点对应于触桥的一事先测定的断开行程(opening path)，在这一断开行程情况下，所述触桥仍与接触件相连。当完成断开操作，即像所期望的那样断开至少一个主触点后所测定的一断开行程小于或至少小于或等于这个预定断开点时，可认为此时存在熔接现象，也就是开关设备处于不安全工作状态。

此时，开关设备中的活动触桥通常建构为弓形件，其两个相对的末端上均具有一接触面。开关设备接通时，一触桥发生移动，其接触面与两个相关固定接触件的相应接触面相接触，从而使用电设备与供电设备相连。开关设备断开时，触桥所发生的移动使得相应的接触面彼此分离，在此情况下，主触点断开，致使用电设备从供电设备上断开。为能特别在开关设备接通时确保触桥的两个接触面与固定接触件的相应接触面安全接触，触桥通常不采取刚性建构方式，而是具有一定的可允许的柔韧度。当触桥的至少一个接触面与相应的固定接触件的接触面之间发生熔接或某一种粘接时，触桥所具有的柔韧性会使其在开关设备断开时先发生弯曲，随后停留在一位置上，当触桥处于这一位置时，断开状态下的开关设备就处于一种不安全的工作状态。

如果在开关设备持续工作过程中对这种不安全工作状态的出现情况进行监控和识别，就可及时中止开关设备的进一步工作。

在此情况下，通过本发明的方法和装置可确保一例如为接触器、断路器或紧凑型支路的开关设备，尤其是三极开关设备的安全工作。

本发明的其他有利实施方式和优选改进方案可从从属权利要求中获得。

附图说明

下面借助附图对本发明及其有利实施方式进行详细说明，其中：

图1为本发明的方法的简化流程图；

图2为本发明的装置的第一实施方式；

图3为本发明的装置的第二实施方式；以及

图4为本发明的装置的第三实施方式。

具体实施方式

如图1所示，接收到一断开信号后，本发明的方法主要实施以下两个步骤：

步骤a)对至少一个主触点的活动触桥在断开后是否超过一断开点进行识别；

步骤b)如果在经过预定持续时间后所述断开点未被超过，就中断开关设备的进一步工作。

据此，应在断开操作，即特别在接收到一要求断开一个三极开关设备的三个主触点的断开信号后，对开关设备的所有主触点是否均已断开进行检验。

此时，主触点包含两个通过一活动触桥相连的接触件。也就是说，主触点可闭合或断开，从而使一用电设备与一供电设备相连，或使用电设备从供电设备上断开。开关设备中的活动触桥通常建构为弓形件，其两个相对的末端上均具有一接触面。开关设备接通时，这些触桥发生移动，其接触面与接触件的相应接触面相接触，从而使用电设备与供电设备相连。而当开关设备断开时，触桥所发生的移动使得相应的接触面彼此分离，从而使用电设备从供电设备上断开。为能特别在开关设备接通时确保触桥的两个接触面与固定接触件的相应接触面安全接触，触桥通常不采取刚性建构方式，而是具有一定的可允许的柔韧度。这种柔韧度例如通过选择合适的材料或通过为弓形接触件(contact bow)选择相应的造型而实现。

因此，每个柔韧活动触桥均具有一对接触面和两个开关点。当这些接触面与相关弓形接触件的相应接触面之间发生熔接时，开关点由于发生了熔接而不再断开，从而导致开关设备出现故障。此时，只要弓形接触件其中一端的一个接触面发生熔接，就有可能导致开关设备出现故障。在此情况下，触桥断开时只有一端离开接触件。由于另一端仍然粘接，触桥只能在预定柔韧度所允许的范围内移动，随后停留在一个位置上，而该位置并非对应于断开状态时开关设备的安全工作状态。另一种有可能出现的故障情况是，触桥的两个接触面均与接触件的相应接触面发生熔接。在此情况下，由于两端都发生了熔接，触桥又只能在给定的柔韧度范围内发生弯曲，随后还是停留在一个并非对应于断开状态时开关设备的安全工作状态的位置上。

因此，根据本发明，应对下述情况进行检验，即，活动触桥在断开时所走过的某一断开行程是否大于一预先确定的断开点。如果其中一个触桥被识别出的断开行程在断开后即使已经过同样为预定的持续时间后仍低于这个断开点，就可认为存在触点熔接现象，因而必须中断开关设备的进一步工作。

如果存在这样一种故障情况，就可例如通过断开一设备内部的与主触点串联的冗余开关元件来中断开关设备的进一步工作。无论主触点是断开还是闭合，所述开关元件都会使用电设备从供电设备上断开。由于所述开关元件无法再轻易闭合，就可安全中止开关设备的进一步工作。作为断开附加开关元件这一方案的替代方案，在故障情况下也可中断控制磁体的驱动，直至它复位为止，从而达到阻止其继续工作的目的。此外还可在设备内部触发一相应的强大储能器，所述储能器通过对熔接主触点发生作用来使其再次分开从而断开。

图2以示意图形式显示一具有本发明的装置的开关设备110的第一实施例。用于闭合和断开主触点10的接通和断开控制信号通过端子A1、A2与一控制装置16被发送到控制磁体12上。在断开时，通过控制装置16对用作主触点的电磁驱动机构12的控制磁体去激励。其中，通过连接18在触桥上施加一可克服触点负载弹簧17的力。借此可断开主触点10，从而使用电设备M从供电设备(此处用三根导线L1-L3表示)上断开。

对控制磁体12去激励后，一分析装置15借助电极11、11′检验触桥是否已超过预定断开点。为了测量主触点10上的电压降，在本实施例中，每个电流路径分别配有两个电极11和11′，具体的说，一个布置在主触点10上游，一个布置在主触点下游。根据本发明，断开主触点10后，分析装置15通过电极11和11′对主触点10进行电压检验。如果其中一个主触点10上的电压降太低，这就说明这个主触点的断开程度不够大。也就是说，断开时触桥走过的断开行程未超过预定值，此时很有可能存在熔接现象。

如果在触发一断开信号后已经过预定持续时间(100ms)的情况下所识别出的断开行程仍然过短，就必须确保开关设备的进一步工作被中断。在本实施例中，分析装置15为此通过一图中未作详细图示的连接与控制装置16相连。在此情况下，当分析装置15识别出这样一种故障情况时，其会将这一故障情况传送给控制装置16，而所述控制装置16就会据此切断至少一条控制线。

此外，在本实施例中，还启动一用以释放一弹簧储能器13的触发机构14。这种弹簧储能器可例如为已被断路器或紧凑型起动器采用的已知切换装置。这种切换装置会以机械方式大力撞击开关设备开关点上的未断开的主触点10，从而使得发生熔接的主触点分离。其中，为能达到使主触点分离的目的，必须使弹簧储能器13具有相应大小的力。在此之后，弹簧储能器13或者停留在释放位置上，无法再复位；或者弹簧储能器13具有一机构，借助这一机构可重新张紧弹簧，并重新闭锁触发机构14。由于机构13和14的复位只能以手动方式进行，因此，当操作者发现故障情况时，必须作出相应反应，例如更换开关设备。

图2所示的本发明的实施方式(其中也使用了本发明的方法)特别适用于需要对每个主触点10进行单独监控的情况，然而也特别适用于只具有一个主触点的单相开关设备。当一触桥的两个接触面都发生粘接时，例如可借助一通过电极对11和11′施加在主触点10上的辅助电压识别出主触点10的不安全状态。在此情况下，在断开后，发生粘接的主触点上仍然存在辅助电压。通过用分析装置15对这个辅助电压或对由于主触点的等效电阻而产生的电流进行监控，可识别出这个主触点10的触桥由于发生熔接而未超过断开点。分析装置随后将这一识别出的故障情况发送给控制装置16，从而基于已经出现的故障情况而中断开关设备的进一步工作。除上文所述的借助辅助电压而实现的方法外，也可采取其他的实施方式。举例而言，可通过分析装置对负载侧电极11与网侧电极11′之间的电压差进行分析。或者就是简单地对负载侧电极11上存在的电源电压进行检验。

根据另一未详细图示的实施例，也可仅为每个电流路径配备一个电流传感器。这种实施方式主要应用在两相或多相开关设备中。在此情况下，可通过对每个电流路径进行电流测量来识别断开后是否已超过断开点。当借助电流测量所识别出的情况是断开点未被超过时，就中断开关设备的进一步工作。

图3以示意图形式显示本发明的装置的另一个实施例，其中，直接用分析装置25查询开关点20上的触桥的待识别断开行程。举例而言，这可借助图3中未详细图示的相应构件21而实现。因而，举例而言，可设置通断监控件，在接通时主触点闭合的情况下，所述通断监控件会进入一第一状态，当至少其中一个主触点发生熔接时，所述通断监控件在断开后仍会保持这个第一状态。

此时，当这些构件在断开后仍保持这个与断开后的预定状态不相符的第一状态时，则认为识别出的断开行程已低于预定值。

图3所示的本发明的实施方式(其中也使用了本发明的方法)特别适用于需要识别触桥是否只有其中一端的接触面发生了熔接或粘接的情况。正是在发生这种故障的情况下，主触点20虽然会在断开用电设备时断开，但触桥所走过的行程并不能确保开关设备保持安全状态。或者认为发生这种故障情况时，由于触点烧损程度增大，触桥另一侧的第二接触面很快也会发生熔接。如果断开时分析装置25通过构件21识别出主触点20的触桥所走过的行程由于发生一端熔接而低于安全断开状态的断开点，就可中断开关设备的进一步工作。

可以有利的方式将图3所示的实施方式与借助图2所说明的措施结合起来。因而，举例而言，可借助构件21识别出一端熔接的现象，从中可获得这样一个指示，即，开关设备由于主触点不再断开而即将出现故障。但在开关设备的进一步工作过程中，只有当通过施加在附加电极(例如电极11和11′)上的辅助电压识别出主触点由于两端发生粘接而根本不可能再断开时，才真正中断开关设备的进一步工作。

根据另一实施例，也可通过直接在控制磁体的线圈上进行电感测量来识别主触点的断开行程。控制磁体在正常接通状态下所具有的电感不同于其在断开状态下所具有的电感。当断开后并未达到这一断开状态下的电感时，就可认为断开点未被超过，开关设备被断开。

图4显示的是本发明的装置的另一实施例。此处设置了用于在故障情况下中断开关设备进一步工作的另一开关元件39′，其在各电流路径中与真正起到开关作用的主触点30串联。当其中一个主触点30发生熔接时，分析装置35借助电极31和31′识别出这个主触点上存在一过低的电压降。分析装置35据此发生作用，使一触发机构34开始工作，从而释放一弹簧储能器33。这个弹簧储能器33通过有效连接39对开关元件39′发生作用，并将其断开。在此情况下，无论主触点是断开还是仍处于闭合状态，都可安全切断电流路径，从而中止开关设备的进一步工作。

Claims (15)

1.一种使一开关设备安全工作的方法，所述开关设备具有至少一个可闭合和断开的主触点和至少一个控制磁体，所述主触点具有多个接触件与一活动触桥，所述控制磁体具有一活动衔铁，所述衔铁在所述开关设备被接通和断开时对所述触桥发生作用，使得相应的主触点闭合和断开；所述方法包括下列步骤：

a)通过与所述触桥处于有效连接的构件的一状态，对所述至少一个主触点的活动触桥在断开后是否超过一断开点进行识别；

b)如果所述构件在断开后所保持的状态与断开后的预定状态不相符，就表示在经过预定持续时间后所述断开点未被超过，中断所述开关设备的进一步工作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

通过测量一用所述主触点实现通断的电流路径中的电流来识别是否已超过所述断开点，如果测得的电流大于断开后的一预设电流，就表示未超过所述断开点。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

通过测量一主触点上的一电压降来识别是否已超过所述断开点，如果所述电压降小于断开后的一预设电压降，就表示未超过所述断开点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

通过测量所述控制磁体的一电感来识别是否已超过所述断开点，如果断开后所述电感的值与断开后的预定值不相符，就表示未超过所述断开点。

5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，

通过断开一与所述主触点串联在一电流路径中的开关元件来中断所述开关设备的进一步工作。

6.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，

通过切断至少一条用于控制所述控制磁体的控制线来中断所述开关设备的进一步工作。

7.一种用于使一开关设备安全工作的装置，所述开关设备具有至少一个可闭合和断开的主触点和至少一个控制磁体，所述主触点具有多个接触件与一活动触桥，所述控制磁体具有一活动衔铁，所述衔铁在所述开关设备被接通和断开时对所述触桥发生作用，使得相应的主触点可闭合和断开；

其特征在于，

设置有第一构件，所述第一构件用于识别是否已超过所述至少一个主触点的触桥的一断开点，并包括一断开机构，所述断开机构与所述触桥有效连接，且可进入一第一与一第二状态，

设置有其他构件，当所述第一构件在断开后识别出在经过预定持续时间后所述断开点未被超过时，所述其他构件中断所述开关设备的进一步工作。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述第一构件包括一电流传感器，所述电流传感器对一用所述主触点实现通断的电流路径中的电流进行测量。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述第一构件包括两个电极，其中，所述两个电极布置为可放出所述主触点上的一电压降。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述第一构件包括一用于检测一电感的构件，所述用于检测一电感的构件对所述控制磁体的电感进行测量。

11.根据权利要求7至10中任一项权利要求所述的装置，其特征在于，

所述其他构件包括一分析装置，所述分析装置通过断开一与所述主触点串联在所述电流路径中的开关元件来中断所述开关设备的进一步工作。

12.根据权利要求7至10中任一项权利要求所述的装置，其特征在于，

所述其他构件包括一用于控制所述控制衔铁的控制装置，所述控制装置通过切断用于控制所述控制衔铁的控制线来中断所述开关设备的进一步工作。

13.一种开关设备，其通过实施根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的方法来安全地通断用电设备，其中，所述开关设备为一接触器、一断路器或一紧凑型支路。

14.一种用于安全通断用电设备的开关设备，其具有一根据权利要求7至12中任一项权利要求所述的装置，其中，所述开关设备为一接触器、一断路器或一紧凑型支路。

15.根据权利要求13或14所述的开关设备，其特征在于，

所述开关设备为三极开关设备，所述三极开关设备借助三个主触点来通断三个电流路径且具有一控制磁体。

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