CN101911240B - 剩余电流保护开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及剩余电流保护开关，给剩余电流保护开关(10)装备有附加的功能性，使得接有所述剩余电流保护开关(10)的电路也被保护免受电弧的损害。提供用来检测在电路中是否出现电弧的适当装置(54，56，60，58)。于是利用少量的附加装置(42，44，46)能够在识别出在电路中出现电弧时也触发剩余电流保护开关(10)并且由此也中断电路。在此，根据本发明的剩余电流保护开关(10)符合IEC技术。

Description

剩余电流保护开关

技术领域

本发明致力于针对在电路中出现的电弧的保护。

背景技术

如果光开关损坏并且所述光开关的两个接触之间的间距太小，以致于不能够中断电流流动，则例如可能在电路中出现电弧。于是，刚好在所述两个接触之间形成电弧。除了在电路中串行形成的电弧外，还可能在电路的相与中性线之间产生电弧。如果出现电弧，则周围构件的温度升高，并且可能发生火灾。

因此有意义的是，提供一种用来保证保护免受电弧损害的设备。在使用所谓的UL技术(Underwriters laboratories(保险商实验室)，具有110V电网电压的标准)的美国，这种设备甚至被规定。在那里，使用电弧保护开关，更确切地说所述电弧保护开关根据预先确定的准则检测在电路中是否存在电弧，并且自身具有断路接触(Trennkontakt)，所述断路接触在存在电弧的情况下被断开。在美国专利5,729,145和美国专利6,031,699中描述了在电弧保护开关中所使用的原理。在使用IEC技术(International ElectrotechnicalCommission(国际电工委员会)，具有230V电压的标准)的欧洲国家，电弧保护开关并未被强制性规定。IEC技术中的电路利用故障保护电流开关(Fehlerschutzstromschalter)和线路保护开关(Leitungsschutzschalter)受保护。众所周知，IEC技术的剩余电流保护开关(Fehlerstromschutzschalter)和线路保护开关基于规定不依赖于电网电压地工作，也即剩余电流保护开关和线路保护开关并不为了中断电路而从电网中获得能量。如果还向这些单元中加入特有的电弧保护开关，则这会与高耗费相联系。

在WO 95/26586 A1中描述了一种剩余电流保护开关，所述剩余电流保护开关在所述保护开关过热时也被触发。在所述保护开关的情况下，通过借助于和电流转换器(Summenstromwandler)检测差电流来识别剩余电流(Fehlerstrom)。如果出现临界的差电流，则开关接触通过永久磁体触发器和锁扣机构(Schaltschloss)而被断开。如果使所述保护开关的构件过热，则使具有晶闸管和PTC电阻的附加的电路装置能够在这种情况下也触发所述保护开关。

发明内容

本发明的任务是，在无过多耗费的情况下使得能够保护ICE技术中的电路免受电弧损害。

该任务通过具有根据权利要求1所述特征的剩余电流保护开关来解决。

本发明在于，将(根据权利要求1的前序部分的)常规的剩余电流保护开关扩展有附加的功能性、即电弧保护。常规的剩余电流保护开关包括多个分别在输入端子与输出端子之间的连接线路，使得该剩余电流保护开关在电路中是可切换的。在所述连接线路的至少之一中布置断路接触。所述断路接触借助于适当的装置在出现剩余电流的情况下被断开。所述适当的装置在当前这里所涉及的IEC技术的剩余电流保护开关的情况下不依赖于施加在输入端子处的电压、即不依赖于电网电压地工作。根据本发明，现在提供用于检测在接有所述连接线路的电路中是否出现电弧的装置，并且提供用于在出现电弧时断开每个断路接触的装置。通过将电弧保护集成到剩余电流保护开关中，也可以将这样的剩余电流保护开关的断路接触用于在出现电弧的情况下中断电路，并且不必为了电弧保护而提供特有的断路接触。

本发明容忍，在剩余电流保护开关中，其中所述剩余电流保护开关在IEC技术下在剩余电流的情况下应断开其断路接触而不必为此从电网中提供能量，可能为了第二功能性、即为了识别电弧的出现以及在此情况下触发而不依赖于电网电压地工作。也就是说，迄今公知的用于检测在电路中是否存在电弧的装置包括微控制器，并且因此依赖于供电电压。

在本发明的优选的实施方式中，使用用于在剩余电流的情况下断开每个断路接触的装置也用于在出现电弧的情况下断开每个断路接触。通常，用于在剩余电流的情况下断开每个断路接触的装置具有探测装置。每个连接线路的分段分别经过所述探测装置。现在，用于在出现电弧时断开每个断路接触的装置可以包括具有开关的旁通线路，所述旁通线路将所述连接线路之一与另一连接线路连接，使得在所述开关闭合的情况下并且在所述连接线路被接在电路中的情况下，电流仅仅流经所述连接线路的仅仅一部分的经过所述探测装置的分段。如果负载附加地吸取电流，则存在电流偏差，但是总电流的确定的分量流经连接线路的仅仅一部分的分段。

所述类型的旁通线路公知用于检查剩余电流保护开关。于是，利用检查按键来操作剩余电流保护开关。在此可以规定：用于在出现电弧时断开每个断路接触的装置包括控制单元，所述控制单元在检测到电弧的出现时造成所述旁通线路中的开关闭合，例如其方式是给合适的继电器施加适当的电流用以触发。通过闭合旁通线路的开关来针对所述探测装置模拟剩余电流的出现，并且用来断开断路接触的机构被开动。通过简单地借助于控制单元控制所述开关，电弧功能性不必具有特有的适当的用于直接断开断路接触的机构，而是恰好间接地通过用于在剩余电流的情况下断开每个断路接触的装置工作。

在公知类型的剩余电流保护开关的情况下，和电流转换器和磁体被用于在剩余电流的情况下触发保护开关。在此，所述和电流转换器的二次绕组被设计用于在剩余电流的情况下移动所述磁体。本发明的一种实施形式通过如下方式来改进这样的剩余电流保护开关：提供用于移动所述磁体的设备，所述设备在出现电弧的情况下断开断路接触。

所述磁体可以通过另外的线圈被移动，所述线圈恰好如所述和电流转换器的二次绕组那样作用于所述磁体。但是也可以将所述二次绕组本身用于移动所述磁体。于是，必须简单地由用于在出现电弧的情况下断开每个断路接触的装置将电流施加到所述二次绕组中。本发明的所述改进方案也使剩余电流保护开关扩展有针对电弧的保护功能，而不必在所述模块中设置附加的机械装置。

在本发明的可替代实施形式中，设计机械触发设备用以作用于断路接触，并且设置用于操作所述机械触发设备的设备。这样的用于操作机械触发设备的设备可以以最优的方式与用于在出现电弧的情况下断开每个断路接触的装置相匹配，使得在出现电弧时，所述机械触发设备特别快速和可靠地被操作。这样的用于操作的设备可以是能够通过线圈被移动的磁体。于是，所述线圈可以例如由用于检测是否出现电弧的装置来电控制。替代于磁体，也可以使用电运行的执行元件。

用于检测在接有所述连接线路的电路中是否出现电弧的装置尤其是可以基于对在电路中流动的电流的分析来实现所述检测。因此，所述装置优选地在所述连接线路的至少之一处获得与之相关的信息、即关于在电路中流动的电流的信息。

对于检测在电路中是否出现电弧重要的信息是电流的幅度。因此应当提供用于测量所述幅度的适当装置，并且所述装置可以包括电流转换器和接在后面的放大器。所述电流转换器仅须被布置在所述连接线路的唯一一个处。

也可以根据电流的高频噪声来检测在电路中是否出现电弧。因此在优选的实施形式中，用于检测的装置包括高频接收机。

属于用于检测的装置的优选地还有分析单元，所述分析单元优选地是电子分析单元，并且所述分析单元从用于测量幅度的装置接收测量信号以及HF接收机的输出信号。在满足确定的准则的情况下，所述分析单元控制开关。可被构造为微控制器的分析单元可以根据非常复杂的准则和准则组合采取行动，其中算法在所述微控制器上运行。检测是否出现电弧所可以根据的两个主要准则在于：由电流超过确定的幅度(例如如果电流强度超过5A)以及在于所述高频噪声随着电流的周期性变化。

附图说明

下面参考附图描述本发明的优选实施形式。在此，

图1示意性地示出根据本发明的剩余电流保护开关的一种实施形式，其中在出现电弧时模拟剩余电流；

图2示意性地示出根据本发明的剩余电流保护开关的一种实施形式，所述实施方式在出现电弧时移动和电流转换器的磁体；

图3示意性地示出根据本发明的剩余电流保护开关的一种实施形式，其中在出现电弧时，触发单元被直接操作。

具体实施方式

图1中所示的剩余电流保护开关10被设置为电路的一部分，以便能够影响所述电路内的电流流动。剩余电流保护开关10通过线路12、12′与电压源、通常为供电网相耦合。在另一侧耦合有负载，在此以符号形式示出负载14。现在应该通过剩余电流保护开关10来发现剩余电流(即通过线路12、12′之一流向负载14侧但是不通过线路12、12′中的另一个而流回的电流)的出现。在检测到剩余电流的情况下，断路接触28、28′被断开，由此电流流动被中断。断路接触28或者28′被布置在一方面所述剩余电流保护开关的输入端子30或30′与另一方面输出端子32或32′之间的连接线路中。

和电流转换器34用于检测剩余电流。通过所述和电流转换器34一方面从端子30到端子32和另一方面从端子30′到端子32′引导两个连接线路。在不出现剩余电流(即通过线路12和12′之一被输送，也通过12和12′中的分别另一个被输送回的总电流)的通常情况下，通过和电流转换器34所引导的两个连接线路中的电流恰好得到平衡，并且由所述电流所生成的磁场尤其是抵消。一旦出现剩余电流，则在和电路转换器34中感生剩余磁场。所述剩余磁场在和电流转换器34的二次绕组36中感生电流，由此移动作用于触发机构40的吸持磁体(Haltemagnet)38，并且所述触发机构40导致断路接触28以及28断开。

如果提供故障保护电流开关的功能性，则总是设置检查可能性。为此提供连接线路42，而且所述连接线路42将一个输入端子30′与另一输入端子30这样连接，使得流动的电流仅仅一次经过和电流转换器34。在此，连接线路42绕过图1中右侧的通路，并且电流仅仅经由左侧通路、即在所述连接线路在输入端子30与输出端子32之间的分段中流动。为了限制通过连接线路42的电流，设置电阻元件44。电流不应当持续地通过连接线路42流动。因此，通过开关46来中断所述连接线路42。

通常，在剩余电流保护开关的情况下通过检查按键来操作开关46。在此，设置在图1中未示出的电继电器，用以闭合开关46。所述继电器的控制在后面予以描述。

剩余电流保护开关10在剩余电流的情况下引起电路的中断。现在，如果在所述电路中在任何位置处出现了电弧，则也应该中断电路。为此，首先必须根本识别出：出现了这样的电弧。电弧不能在其出现的位置(这可能在任意的负载处)被识别出，而是必须根据电路中的电流流动被识别出。为此，剩余电流保护开关10具有两个不同的单元：一方面，剩余电流保护开关10的输入端子与输出端子之间的连接线路之一、在此为输入端子30与输出端子32之间的连接线路经过电流转换器54被引导。在电流转换器54之后布置放大器模块56，并且放大器模块56与分析和控制单元58相连接。因此，给分析和控制单元58输送关于电路中流动的负载电流的数据，其中在此，由分析单元尤其是检测负载电流的幅度。作为用于检测在电路中是否出现电弧的第二测量单元，在剩余电流保护开关10中提供高频接收机60，更确切地说，该高频接收机60截取在一方面输入端子30与输出端子32之间的连接线路和另一方面输入端子30与输出端子32之间的连接线路之间的信号。所述测量信号同样被输送给分析和控制单元58。分析和控制单元58可以是常规的微控制器。为了给所述微控制器供应能量，提供整流器(AC/DC电压转换器)62，所述整流器62提供用于运行所述微控制器的必要的直流电压。

在分析和控制单元58中使用算法来根据由放大器56和高频接收机60所输送的信号识别：在电路中是否出现了或至少可能出现电弧。一方面，电弧可以通过电流幅度的上升超过预先确定的水平或者还有确定的电流增长而被识别。在美国专利6,031,699中描述了关于这一点的更确切的内容。另一方面，电弧也可以根据高频噪声、尤其是按照所述高频噪声随着电流的周期性行为而被识别。在美国专利5,729,45中描述了关于这一点的细节。由分析和控制单元58所使用的算法可以可替代地、但是优选地以组合形式使用两种准则，其中除了所述简单的关联以外，还可以通过适当的算法识别更复杂的关联。因此，通过装置54、56、60以及分析和控制单元58中的分析算法检测：在电路中是否出现电弧。

当然，所述检测仅在识别出电弧的出现以后中断电路时才是有意义的。为此，分析和控制单元58简单地将适当的电流施加给开关46的继电器，使得开关46被闭合。由此如上所述剩余电流被模拟，使得通过和电路转换器34、二次线圈36、吸持磁体38以及分析设备40进行断路接触28和28′的断开。因此，电弧保护功能性总的来说仅仅包括电子装置54、56、58、60，并且此外使用在剩余电流保护开关中本来存在的机械装置。

由于所述电弧保护功能性使用电子装置，因此需要通过整流器62从电网中吸取能量。但是如在IEC技术情况下需要的那样，所述剩余电流保护功能性不依赖于电网电压地工作(参见元件36、38、40的纯机械作用链(Wirkungskette))。

剩余电流保护开关10的功能可以借助于闭合电路的检查按键80来检查，其中电流流动被分析和控制单元58识别，所述分析和控制单元58使其算法运行，并且以测试的方式控制属于开关46的继电器。检查按键80在此不与开关46机械耦合，但是归根结底具有与开关46机械耦合的检查按键、比如在常规的剩余电流保护开关的情况下存在的机械按键相同的作用。

显示82示出模块的状态以及最近的触发的所检测到的原因。由此，技术人员可以快速地确定：绝缘故障或实际上危险的电弧是触发的原因。

图2中所示的剩余电流保护开关10′在其构造方式方面与图1中所示的剩余电流保护开关10大部分一致。因此，两个剩余电流保护开关的彼此对应的元素就不再予以阐述。此外，在图2中为具有与在图1的剩余电流保护开关10时相同功能的元件分配相同的附图标记。

在图2中所示的剩余电流保护开关10′的情况下，分析和控制单元58′通过馈线90和回线92能够直接移动吸持磁体38。为此，分析和控制单元58′通过馈线90和回线92将电流施加到和电流转换器34的二次绕组36中。因此在本发明的意义上，馈线90和回线92与二次绕组36相结合构成用于移动吸持磁体38的设备。

尽管分析和控制单元58′可以通过馈线90和回线92直接作用于吸持磁体38，但是在剩余电流保护开关10′仍然提供连接线路42、电阻元件44以及开关46，其中利用其可以模拟剩余电流。因此，此外可以在检查按键80被按下时借助于分析和控制单元58′以上述方式测试所述和电流转换器34。

图3中所示的剩余电流保护开关10″同图1中所示的剩余电流保护开关10同样具有许多一致性。相应地给功能相同的元件配备相同的附图标记。

在图3中所示的剩余电流保护开关10″的情况下，分析和控制单元58″在出现电弧时直接通过特意为此提供的吸持磁体96触发机械触发机构40。在此，分析和控制单元58″通过信号线路94电控制属于吸持磁体96的线圈，所述线圈由此使吸持磁体96移出静止位置。然后，吸持磁体96操作机械触发机构40，由此断路接触28、28′以针对图1已经描述的方式被断开。

在根据本发明的剩余电流保护开关的未示出的实施形式中，替代于吸持磁体使用电运行的执行元件。这样的执行元件可以例如借助于压电元件来操作机械触发机构。在此，用于运行所述执行元件的电能由整流器、比如在图3中所示的剩余电流保护开关10″的情况下被表示为整流器62的整流器来提供。

总之，通过实施例示出了：通过本发明如何在没有过度耗费的情况下使得能够在剩余电流保护开关的情况下附加地提供保护使电路免受电弧的损害。此外，根据本发明的剩余电流保护开关还具有的优点是，其剩余电流保护功能此外不依赖于电网电压地(也就是说即符合IEC技术)被提供。

附图标记列表

10，10′，10″        剩余电流保护开关

12，12′              线路

14                    负载

28，28′              断路接触

30，30′              输入端子

34                    和电流转换器

36                    二次绕组

38                    吸持磁体

40                    触发机构

42                    连接线路

44                    电阻元件

46                    开关

54                    电流转换器

56                    放大器模块

58，58′，58″        控制单元

60                    高频接收机

62                    整流器

80                    检查按键

82                    显示

90                    馈线

92                    回线

94                    信号线路

96                    吸持磁体

Claims (8)

1.剩余电流保护开关(10，10′，10″)，具有至少两个输入端子(30，30′)和至少两个输出端子(32，32′)，其中每一个输入端子(30，30′)通过连接线路与每一个输出端子(32，32′)相连接，其中在连接线路的至少之一中布置有断路接触(28，28′)；以及具有用于在剩余电流的情况下断开每个断路接触(28，28′)的装置(34，36，38，40)，所述装置(34，36，38，40)不依赖于施加在输入端子(30，30′)处的电压地工作，其特征在于：用于检测在接有所述连接线路的电路中是否出现电弧的装置(54，56，60，58，58′，58″)以及用于在出现电弧的情况下断开每个断路接触(28，28′)的装置(58，42，44，46，58′，90，92，58″，94，96)，其中用于在剩余电流的情况下断开每个断路接触(28，28′)的装置具有探测装置(34，36)，每个连接线路的分段分别经过所述探测装置(34，36)，并且其中用于在出现电弧的情况下断开每个断路接触的装置包括具有开关(46)的旁通线路(42)，所述旁通线路(42)将连接线路之一与所述连接线路中的另一个连接，使得在开关(46)闭合的情况下并且在所述连接线路被接在电路中的情况下，电流或者总电流的分量流经所有连接线路的仅仅一部分的经过探测装置(34)的分段。 

2.根据权利要求1所述的剩余电流保护开关(10)，其中用于在出现电弧的情况下断开每个断路接触的装置包括控制单元(58)，所述控制单元(58)在检测到电弧的出现的情况下引起旁通线路(42)中的开关(46)闭合。 

3.根据权利要求1所述的剩余电流保护开关(10′)，其中 

-为了在剩余电流的情况下断开每个断路接触(28，28′)所提供的装置(34，36，38，40)包括总电流转换器(34)和磁体(38)，其中 

-总电流转换器(34)的二次绕组(36)被设计用于在剩余电流的情况下移动磁体(38)， 

其特征在于， 

-为了在出现电弧的情况下断开每个断路接触所提供的装置(54， 56，60，58′，90，92，36)包括用于移动磁体(38)的设备(90，92，36)。 

4.根据权利要求1所述的剩余电流保护开关(10″)，其中为了在剩余电流的情况下断开每个断路接触所提供的装置(34，36，38，40)具有机械触发设备(40)，所述机械触发设备(40)被设计用以作用于断路接触(28，28′)， 

其特征在于， 

为了在出现电弧的情况下断开每个断路接触所提供的装置(54，56，60，58″，94，96)包括用于操作机械触发设备(40)的设备(94，96)。 

5.根据权利要求1所述的剩余电流保护开关(10，10′，10″)，其中用于检测在接有所述连接线路的电路中是否出现电弧的装置在所述连接线路的至少之一处获得关于在电路中流动的电流的信息。 

6.根据权利要求5所述的剩余电流保护开关(10，10′，10″)，其中用于检测在接有所述连接线路的电路中是否出现电弧的装置包括用于测量通过连接线路流动的电流的幅度的装置(54，56，58，58′，58″)。 

7.根据权利要求5或者6所述的剩余电流保护开关(10，10′，10″)，其中用于检测在接有所述连接线路的电路中是否出现电弧的装置包括高频接收机(60)。 

8.根据权利要求6所述的剩余电流保护开关(10，10′，10″)，其中用于检测在接有所述连接线路的电路中是否出现电弧的装置包括分析单元(58，58′，58″)，所述分析单元(58，58′，58″)被布置在用于测量通过连接线路流动的电流的幅度的装置(54，56)或高频接收机(60)之后或者是所述用于测量通过连接线路流动的电流的幅度的装置(54，56)和高频接收机(60)中的至少一个的一部分，并且在满足确定的准则的情况下，所述分析单元对开关(46)或者用于移动磁体(38)的设备(90，92，36)或者用于操作机械触发设备(40)的设备(94，96)进行控制。 

Images