CN102067400A - 故障电流保护开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种故障电流保护开关(1)，该故障电流保护开关包含至少一个总加电流互感器(2)，待保护的电网的至少一个第一导体(15)和至少一个第二导体(16)引导穿过所述至少一个总加电流互感器，其中，在总加电流互感器(2)上布置有至少一个次级线圈(17)，其中，该次级线圈(17)与至少一个储能元件(5)至少间接地有效连接，其中，至少一个放电电阻(4)与储能元件(5)并联，其中，所述故障电流保护开关(1)具有触发器(7)，该触发器与至少一个第一导体(15)和至少一个第二导体(16)中的分离触点有效连接，为了减少待保护电网的突然断电而提出，至少一个放电电阻(4)由第一分电阻(4a)和至少一个与该第一分电阻串联的第二分电阻(4b)形成，并且至少一个第一电气信号装置(20)至少间接地与第一分电阻(4a)有效连接。

Description

故障电流保护开关
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的故障电流保护开关。
背景技术
公知用于保护人和电安装系统(Elektroinstallationsanordnung)免受危险的故障电流的伤害的故障电流保护开关，所述故障电流保护开关在出现危险的故障电流时将电网断开。
其缺点在于，对电网的这种断开方式大多数情况下不希望由用户来进行，或在很多情况下会造成高昂的成本，譬如在给不允许中断的过程供电或对不允许中断的过程进行控制的时候，譬如在执行复杂的技术过程的时候，或例如在制造技术玻璃制品的时候，其中经常会出现长达几个月的受控的冷却时间。在这种过程期间中断供电会造成高昂的成本和无法承担的原料浪费。在电子数据处理(EDV)应用中，中断供电尤其呈现出其他问题，这会导致数据丢失甚至危及人的生命。
发明内容
本发明的目的因此在于，指出一种如开头所述类型的故障电流保护开关，利用该故障电流保护开关能够避免上述缺点，并且利用该故障电流保护开关能够减少待保护电网的突然断电。
按照本发明，这通过权利要求1的特征来实现。
由此能够缩短机器的停机时间，并且因此降低产生的成本。由此告知使用者目前存在的故障电流等级(Fehlerstrompegel)，并且能够在需要时自行使用电器失效或将用电器与电网分离，以便事先通过故障电流保护开关潜在地断开电路。由此能够确保：相关的故障电流保护开关即使在短路时信号装置失灵的情况下，仍然作为故障电流保护开关完全地发挥作用，并且使对人和设备的保护仍然得以保证。由此，尤其在关键性的EDV应用中，常常能够由于通过故障电流保护开关断开电网来防止数据丢失，因为在刚出现故障电流时，数据能够得到保护，或者潜在地产生漏电的设备能够被失效。
同样像权利要求1那样同时形成说明书的一部分的从权利要求涉及的是本发明的其他优选构造形式。
附图说明
参考附图对本发明进行详细描述，在所述附图中示例性地作为示意性方块图示出按照本发明的故障电流保护开关的仅仅是优选的实施方式。
具体实施方式
唯一的附图示出的是故障电流保护开关1，该故障电流保护开关包含至少一个总加电流互感器(Summenstromwandler)2，穿过该至少一个总加电流互感器引导的是待保护的电网的至少一个第一导体15和至少一个第二导体16，其中，在总加电流互感器2上布置有至少一个次级线圈17，其中，该次级线圈17与至少一个储能元件5至少间接地有效连接，其中，至少一个放电电阻4与储能元件5并联，其中，所述故障电流保护开关1具有触发器7，该触发器与在至少一个第一导体15和至少一个第二导体16中的分离触点有效连接，其中，所述至少一个放电电阻4由第一分电阻4a和至少一个与所述第一分电阻串联的第二分电阻4b形成，并且至少一个第一电气信号装置20至少间接地与所述第一分电阻4a有效连接。
由此能够减少机器的停机时间，并且因此减少产生的成本。由此告知使用者目前给出的故障电流等级，并且能够在需要时自行使用电器失效或将用电器与电网分离，以便事先通过故障电流保护开关1潜在地断开电路。由此能够确保：相关的故障电流保护开关1即使在意味着短路的信号装置20失灵的情况下，仍然作为故障电流保护开关1完全地发挥作用，并且使对人和设备的保护仍然得以保证。由此，尤其在关键性的EDV应用中，常常能够由于通过故障电流保护开关1断开电网来防止数据丢失，这是因为在刚出现故障电流时，数据能够得到保护，或者潜在地产生漏电的设备能够被失效。
通过本发明的装置能够确保：在信号装置20失灵或者其他在需要时用于使信号装置20运行的必要组件失灵的情况下，不会形成至少一个放电电阻4的低阻抗的桥接
Figure BPA00001278738200031
所述放电电阻4直接影响故障电流保护开关1的功能，方法是：该放电电阻跟与该放电电阻并联地布置的储能元件5一起影响(尤其是确定)故障电流保护开关1的触发特性，尤其是触发极限值，以及触发极限值的依赖于频率的特性。通过本发明的装置，即使在信号装置20出现短路形式的完全失灵时，仍然能够在可预先给定的如下极限值之内确保故障电流保护开关1的功能，所述极限值处于依照法规的规定之内。
当出现本身不大或还没有大到触发故障电流保护开关1的故障电流时，信号装置20被激活，例如第一电气发光体8发光，并且以这种方式来用信号表示故障电流的存在。由此，用户能够在故障电流保护开1被触发之前就展开行动，方法是：譬如能够将装置与电网移开，和/或能够对敏感的过程加以保护或结束敏感的过程。此外，通过按照本发明的故障电流保护开关1明显地简化了故障查找，这是因为：在将装置激活后能够立即识别是否出现了故障电流，即使该故障电流(还)太小以致于不能触发故障电流保护开关1。
唯一的附图将按照本发明的故障电流保护开关1的仅仅是特别优选的实施方式作为功能性组件的示意性图示以及这些组件的电路技术的(schaltungstechnisch)连接示出，所述故障电流保护开关用于以优选不依赖电网电压的方式由故障电流触发。在本发明中通过第一分电阻和第二分电阻4a、4b形成的放电电阻4在唯一的附图中示出为用虚线划出的等效电阻(Ersatzwiderstand)。这种故障电流保护开关1用于保护设备和人，其中，在出现危险的故障电流的情况下，将连接到故障电流保护开关1上的用电器从包括第一导体15和第二导体16的供电电网中分离开。所述故障电流保护开关1具有接线夹，尤其是螺旋式接线夹，用于连接电气供电网的至少一个第一导体和至少一个第二导体15、16。示意性描绘的电路图示出的是仅带有一个第一导体和一个第二导体15、16的实施例。但是也可以设置带有电能供给网的任何可预先给定数量的线路或导体的实施方式，尤其是带有三个或四个导体的实施方式，譬如用于保护连接在三相电网上的三相用电器。进一步的说明涉及的是带有第一导体和第二导体15、16的所示出的实施方式，其中，这也相应等效地包括带有多个导体的实施方式。在第一导体和第二导体15、16中(未示出)布置有所谓的分离触点，因此是开关触点，所述开关触点设置或构成用于分离开或中断第一导体或第二导体15、16以及随后将其闭合。所描述的和/或在附图中示出的器件或组件一起布置在绝缘材料壳体中，该绝缘材料壳体具有通孔，所述通孔至少用于接线夹和可手动操作的手动开关杆，所述手动开关杆用于手动地打开或闭合分离触点。此外可以设置的是，按照本发明的故障电流保护开关1包括其他(未示出或未描述的)组件或构件，譬如开关位置指示器、触发指示器和类似物。
如已提及的那样，按照本发明的故障电流保护开关1优选构成为不依赖于电网电压的故障电流保护开关1。布置在这种不依赖于电网电压的故障电流保护开关1中的、用于探测故障电流和触发故障电流保护开关1的、因此用于将分离触点分离开的组件完全从故障电流或从次级线圈17中与该故障电流成比例的故障电流信号中获得其用于触发所需要的能量。
按照本发明的故障电流保护开关1(以本身公知的方式)具有至少一个带有互感器铁芯(Wandlerkern)的总加电流互感器2，所述互感器铁芯包括磁性材料，穿过该至少一个总加电流互感器引导的是作为初级线圈的第一导体和第二导体15、16。可以设置的是，仅穿过总加电流互感器2的基本上居中的开口地引导第一导体和第二导体15、16，或者围绕着互感器铁芯缠绕所述第一导体和第二导体。在总加电流互感器2上还布置有用于探测故障电流信号的次级线圈17，其中，该次级线圈17以电路技术的方式与至少一个储能元件5至少间接地连接，并且该储能元件5与触发器7至少间接地连接或与那种优选构成为永磁铁式触发继电器的触发器共同作用，由此能够实现对故障电流保护开关1的特别可靠和迅速的反应。所述触发器7以机械的方式，优选经由未示出的开关锁(Schaltschloss)，作用于分离触点。在出现危险的故障电流时，在次级线圈17中产生相应的故障电流信号，并且触发器7作用于分离触点，所述分离触点被打开，并且将第一导体和第二导体15、16隔开。
根据按照本发明的故障电流保护开关1的特别优选的并且在单个附图中示出的实施方式设置：在次级线圈17上连接有整流器电路3，该整流器电路优选构成为全波整流器、尤其构成为桥式整流器，并且该整流器电路3以电路技术的方式与储能元件5连接，该储能元件按照所述优选的实施方式构成为电容器19，由此能够实现储能元件5的简单的结构和迅速的反应。
按照本发明，与储能元件5并联有至少一个放电电阻4，该至少一个放电电阻由第一分电阻4a和至少一个第二分电阻4b形成，其中，所述第一分电阻和第二分电阻4a、4b彼此串联(如也在唯一的附图中所示的那样)。通过放电电阻4既保证储能元件5在故障电流出现之后放电，又影响或预先给定故障电流保护开关1的故障电流触发特性。由此能够以非常简单的方式预先给定或调整触发极限值。在储能元件5优选构成为电容器19以及第一分电阻和第二分电阻4a、4b优选构成为欧姆电阻的情况下，所述储能元件以及第一分电阻和第二分电阻共同形成一阶高通滤波器，由此能够在高频的故障电流中提高触发极限值。这是具有优点的，因为电流对人体的作用朝向较高的频率是减小的。通过相应地确定该高通滤波器的规格可以因此使触发特性符合人身防护的要求，并且在对人或装备无危险的故障电流的情况下防止触发故障电流保护开关1。对专业人员来讲，依赖于频率的电流作用譬如由Biegelmeiers教授的出版物：“Wirkung vonFrequenz，IEC-Report 479，2.Auflage，1986，Teil 2，Kapitel 4(较高频率的交流电作用，IEC-报告497，第二版，1986，第2部分，第4章)”或后续出版的：“Wirkung des elektrischen Stromes auf Menschen undNutztiere，VDE-Verlag 1986，ab Seite 169(电流对人和有用动物的作用，VDE-出版社1986，从169页起)”公知。对电子技术领域的专业人员来讲，熟知的是如下高通滤波器的规格确定，该高通滤波器的通频带至少满足这种频率依赖性。
如已阐述的那样，储能元件5作用于触发器7。在这里优选地设置：所述储能元件5经由第二阈值电路6与触发器7有效连接，其中，该第二阈值电路6预先给定用于对触发器7进行触发的电压阈。阈值开关可以譬如以包括齐纳二极管(Zenerdiode)的方式实现或者实现成简单的晶体管电路。
还优选地设置：按照本发明的故障电流保护开关1还具有用于检验故障电流保护开关1的能工作性和运行可靠性的校验电路。所述校验电路在此具有至少一个校验键和至少一个校验电阻，其中，通过按压校验键经由校验电阻来模拟故障电流，该故障电流应该促使故障电流保护开关1被触发。
按照本发明的故障电流保护开关1具有至少一个第一电气信号装置20，该至少一个第一电气信号装置至少间接地与第一分电阻4a有效连接。优选地，在这里在本发明的特别简单的实施方式中设置：第一电气信号装置20与构成为欧姆电阻的第一分电阻4a以电路技术的方式并联，并且因此在第一分电阻4a上给出的或经由该第一分电阻降低的电压通过该电气信号装置20至少定性地输出或示出。所述第一分电阻和第二分电阻4a、4b形成分压器。在第一分电阻4a上给出的或经由第一分电阻4a降低的分电压因此与经由第一分电阻和第二分电阻4a、4b降低的总电压成比例。通过将放电电阻4分成第一分电阻和至少一个第二分电阻4a、4b，以及通过显示出在第一分电阻4a上降低的电压能够实现：第一分电阻4a的桥接(像譬如在受损的第一信号装置20的情况下可能发生的那样)不会导致故障电流保护开关1失灵，而是在依照法规的规定的范围内维持功能性。为此，优选以如下方式来确定第一分电阻和第二分电阻4a、4b的规格，即，譬如在第一分电阻4a的桥接中，仍然不超过所要求的例如50Hz的频率下30mA的触发故障电流。由此可以提高故障电流保护开关1的安全性，这是因为：该故障电流保护开关即使在构件失灵的情况下，正如在恶劣的外界环境中和/或在详细列出的使用情况或环境条件之外使用该故障电流保护开关的情况下可能会的那样，譬如在很高的环境温度和/或很高的震动的情况下使用所述故障电流保护开关的情况下可能会的那样，仍然保证最低限度的保护。
电气信号装置20可以是在输入可预先给定的电流信号和/或电压信号之后任何用于生成和取消信号的装置，譬如是扩音器、蜂鸣器、机械的信号发生器(像譬如小旗()那样的)、外部设置的继电器、无线电接口或类似物，其中，优选地，第一电气信号装置20构成为光学的电气信号装置，优选构成为第一电气发光体8。
任何类型的发光体8都可以被设置成第一电气发光体8，譬如白炽灯、气体放电灯、发光二极管18和/或LCD显示器，其中，根据所示出的特别优选的实施方式，第一电气发光体8构成为至少一个发光二极管18，由此既能够实现很高的光度并因此实现很强的信号化效果(Signalisierungseffekt)，又能够实现很小的电流消耗。根据本发明的尤其简单的构造形式可以设置：仅设置有唯一的发光体8，并且所辐射的光通量的亮度、光度或大小仅是针对在储能元件5上给出的电压大小的衡量尺度，并且因此是针对故障电流大小的衡量尺度。也可以设置：布置有可预先给定数量的电气发光体8，其中，可以设置：能够以如下方式促动所述可预先给定数量的电气发光体8，即，使发光的发光体8的数量成为针对故障电流大小的衡量尺度。在此，可以设置有线性刻度，要不然设置有位模式(Bitmuster)的重现，由此能够简单地实现不同值的非常高质量的重现。也可以设置：布置有可预先给定数量的、文字数显示器形式的电气发光体8，其中，设置有相应的用于促动这种显示器的装置。在第一电气发光体8的布置的所有描述的构成形式中，可以设置电气发光体8的前述构成形式的任何一种构成形式。
根据所设置的总加电流互感器2的可用输出功率，对储能元件5的电压的放大是具有优点的。因此，根据本发明的特别优选的实施方式，设置有用于放大储能元件5的电压的放大器电路9。通过该放大器电路9，可以提高用于促动发光体8的功率。该放大器电路9为此具有有源放大器件，譬如晶体管、场效应晶体管(FET)和/或双极性晶体管(Bipolar)、和/或运算放大器。
为了给有源器件提供供电电压，根据放大器电路9的第一优选构成形式设置有电源件(Netzteil)，该电源件优选集成到放大器电路9的组件中，并且该电源件以电路技术的方式与待保护的电网的第一导体和第二导体15、16连接，并且以这种方式从待保护的电网中获得用于运行放大器电路9的能量。
只要设置有放大器电路，就将放大器电路9的至少一个放大器输入端11连接到储能元件5上，并且放大器9的至少一个放大器输出端12至少间接地与第一电气发光体8有效连接，因此，所述放大器输出端12要么直接与发光体8以电路技术的方式连接，要么通过其他中间连接的组件与发光体8以电路技术的方式连接。标记“放大器输入端11”或“放大器输出端12”在此优选分别标明所有对能工作的放大器输入端11或放大器输出端12来说必要的触点或极。在所述优选的实施方式中，放大器输入端11或放大器输出端12分别具有两个触点或极。在这里，在处理复杂的信号时也可以设置可预先给定较大数量的触点或极。
为了能够实现以预先给定的方式对发光体8的反应进行调节，根据所述优选的实施方式，优选地设置：至少一个放大器输出端12与第一阈值电路10的至少一个阈值电路输入端13以电路技术的方式连接，并且第一阈值电路10的至少一个阈值电路输出端14与第一发光体8以电路技术的方式连接。所述第一阈值电路10在此能够以如下方式构造，即，阈值的可调整性能由用户实现。由此，用于激活信号装置20的极限值能由用户预先给定。
其他按照本发明的实施方式仅具有所述特征的一部分，其中，可以设置任何特征组合，尤其也可以设置不同的所述实施方式的任何特征组合。

Claims (10)

1.故障电流保护开关(1)，包括至少一个总加电流互感器(2)，待保护的电网的至少一个第一导体(15)和至少一个第二导体(16)引导穿过所述总加电流互感器，其中，在所述总加电流互感器(2)上布置有至少一个次级线圈(17)，其中，所述次级线圈(17)与至少一个储能元件(5)至少间接地有效连接，其中，至少一个放电电阻(4)与所述储能元件(5)并联，其中，所述故障电流保护开关(1)具有触发器(7)，所述触发器与在所述至少一个第一导体(15)和所述至少一个第二导体(16)中的分离触点有效连接，其特征在于，所述至少一个放电电阻(4)由第一分电阻(4a)和至少一个与所述第一分电阻串联的第二分电阻(4b)形成，并且至少一个第一电气信号装置(20)至少间接地与所述第一分电阻(4a)有效连接。
2.根据权利要求1所述的故障电流保护开关(1)，其特征在于，所述第一电气信号装置(20)至少间接地与所述第一分电阻(4a)并联。
3.根据权利要求1或2所述的故障电流保护开关(1)，其特征在于，所述第一电气信号装置(20)构成为光学的电气信号装置，优选构成为第一电气发光体(8)。
4.根据权利要求3所述的故障电流保护开关(1)，其中，所述第一电气信号装置(20)构成为第一电气发光体(8)，其特征在于，所述第一电气发光体(8)构成为至少一个发光二极管(18)。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的故障电流保护开关(1)，其特征在于，放大器电路(9)的至少一个放大器输入端(11)连接到所述第一分电阻(4a)上，并且所述放大器电路(9)的至少一个放大器输出端(12)至少间接地与所述第一电气信号装置(20)有效连接。
6.根据权利要求5所述的故障电流保护开关(1)，其特征在于，所述放大器电路(9)以电路技术与所述第一导体(15)和所述第二导体(16)连接。
7.根据权利要求5或6所述的故障电流保护开关(1)，其特征在于，所述至少一个放大器输出端(12)与第一阈值电路(10)的至少一个阈值电路输入端(13)以电路技术来连接，并且所述第一阈值电路(10)的至少一个阈值电路输出端(14)与所述第一电气信号装置(20)以电路技术来连接。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的故障电流保护开关(1)，其特征在于，所述储能元件(5)构成为电容器(19)。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的故障电流保护开关(1)，其特征在于，整流器电路(3)连接到所述次级线圈(17)上，并且所述整流器电路(3)以电路技术与所述储能元件(5)连接。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的故障电流保护开关(1)，其特征在于，所述储能元件(5)经由第二阈值电路(6)与所述触发器(7)有效连接。
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