CN102568967B - 电开关装置 - Google Patents
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Abstract
一种电开关装置，适合于将连接到具有线电压的电路的电负载与配电电源连接/断开，该电开关装置包括：第一极和第二极，每个极具有彼此相互耦接/去耦接的一对触头；差动保护装置，其包括适于使在第一极触头与第二极触头之间去耦接的致动装置。差动保护装置以在检测到高于预定阈值的差动电流后向致动装置施加取决于线电压的供电电压的方式来配置。差动保护装置以如下方式来配置：在触头去耦接后，中断供电电压的施加，而不管电源相对于触头向上游连接或向下游连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种电开关装置，其配备有免于产生预定阈值以上的差动电流的保护装置。
背景技术
如已知的，用在低电压电路中(即，对于具有直至1000VAC/1500VDC的额定电压的应用)的开关装置--例如断路器、隔离开关和接触器--是被设计成通过在发生故障事件时开路来确保电路保护及电路操作者自身的安全的装置。由于断路器的开路，中断在配电电源或电线与由电源本身馈送的一个或更多个电负载之间流通的电流。
断路器包括一个或更多个极，每个极具有动触点，其中，动触点可以以闭合/断开断路器的方式与相应的静触点耦接/去耦接；第一电端子和第二电端子分别连接到动触点和静触点。
特别地，差动断路器(“漏电保护断路器”或“漏电断路器”)至少包括差动保护装置，该差动保护装置适合于针对检测到预定阈值以上的差动电流执行保护功能。差动电流是由漏地电流的产生而引起的，漏地电流也被称为剩余电流或不平衡电流，差动电流导致断路器中的输入电流与从同一断路器的输出电流之间的不平衡。
使差动断路器的一个或更多个极预防由于过载和/或短路而引起的故障(用术语“相”来表示，而其余极用术语“中性点”来表示)的差动断路器被称为磁热差动断路器(“具有过载和过电流保护的剩余电流断路器”或“RCBO”)。
根据已知的解决方案，差动保护装置通过使用从安装有断路器本身的电路的线电压中提取的电压来使断路器开路。采用以此方式设计的差动保护装置的断路器被称为“压敏”(“VD”)装置。
特别地，通过将差动保护装置连接到断路器的两个极，来将电压施加到第一电端子与动触点之间、或第二电端子与静触点之间。在第一连接配置中，安装者需要将配电电源连接到第二电端子，然而，在第二连接配置中，安装者需要将电源连接到第一电端子。以此方式，在两种情况下，在断路器开路时，差动保护装置仅连接到电负载，因此自动中断电压的施加。
如果发生安装错误，则在断路器开路时，差动保护装置保持电连接到配电电源，并且电流继续在源与保护装置之间流动。因此，在不再需要电压时，电压在差动保护装置的干预后继续被施加到该差动保护装置，并且电压由于其高电平会损坏差动保护装置，或降低差动保护装置的使用寿命。一旦差动保护装置被损坏，则完全危及断路器的操作，这是因为在检测到预定阈值以上的差动剩余电流之后，断路器不再进行响应而跳闸，对电路使用者的安全具有严重风险。
在现有技术中，为了消除所描述的问题，依赖于线电压的断路器在其前壳体上示出了信令手段，例如铭文“负载(LOAD)”和“线(LINE)”，以向用户指示在何处正确地连接电负载和配电电源。然而，此解决方案不能保证用户将会确地安装断路器。
发明内容
本发明的目的是提供一种线电压敏感型的断路器，以使得能够通过采用从设计角度来看特别简单且便宜经济的解决方案，来克服现有技术中存在的缺点。
这样的目的通过电开关装置来实现，其中，该电开关装置适于将可操作地连接到具有线电压的电路的配电电源和电负载相互连接/断开。开关装置包括：
--第一极，其具有至少第一动触头以及至少第一电端子和第二电端子，其中，第一动触头能够与相应的第一静触头耦接/去耦接，第一电端子和第二电端子分别连接到该第一动触头和该第一静触头；
--第二极，其具有至少第二动触头以及至少第三电端子和第四电端子，其中，第二动触头能够与相应的第二静触头耦接/去耦接，第三端子和第四端子分别连接到该第二动触头和该第二静止触头，该第一、第二、第三和第四电端子适合于将第一极和第二极电连接到电源和电负载；
--差动保护装置，其包括适于检测差动电流的检测装置、以及适于使第一和第二动触头与相应的第一和第二静触头去耦接的致动装置，该差动保护装置可操作地连接到该第一极和该第二极，并且该差动保护装置以如下方式来配置：在检测到预定阈值以上的差动电流之后，向该致动装置施加取决于第一极与第二极之间出现的线电压的供电电压，以使第一和第二动触头与相应的第一和第二静止触头去耦接。
差动保护装置以如下方式来配置：在该第一和第一动触头分别与相应的第一和第二静触头去耦接之后，使到致动装置的供电的施加中断，而不管电源是连接到该第一和第三电端子还是连接到该第二和第四电端子。
下面，将参照作为磁热差动断路器的本发明实施例之一，来描述根据本发明的开关装置；特别地，将参照具有相和中性点的双极实施例。然而，以下描述中所公开的原理和技术方案应当被理解为对于不同配置的磁热差动断路器--例如具有多于两个极(或任意数目的相)的磁热差动断路器--以及更一般地，对于任意类型的压敏开关装置也是有效的。
附图说明
从对附图中作为示例示出的、根据本发明的断路器的优选但非排他性的实施例的描述，特征和优点将变得更明显，其中：
图1示出了第一磁热差动断路器，其中，从该断路器去除了其壳体的一部分，以便看到其内部部件中的一些部件；
图2详细示出了图1的断路器的部分，外加断路器本身的其它内部部件；
图3示意性地示出了图1的断路器，尤其示出了差动保护装置及其与电路断路器本身的极和测试机构的电连接；
图4示意性地示出了第二磁热差动断路器，尤其示出了差动保护装置及其与电路断路器本身的极和测试机构的电连接。
为简单起见，在整个说明书中，使用相同的附图标记来表示根据本发明的断路器的不同实施例的等同或等效部件。
具体实施方式
根据本发明的断路器适合于将与具有线电压的电路可操作地关联的配电电源和电负载连接/断开，并且该断路器包括内部至少限定有第一极和第二极的壳体。
在下文中，参照所提及的图，作为示例来描述具有第一极2或相2、和第二极3或中性点3的模块化类型的磁热差动断路器1(在下文中被称为断路器1)，其中，第一极2或相2、和第二极3或中性点3均示意地在图3和图4中可见。第一极2和第二极3被限定在断路器1的整个壳体的内部，其中，该整个壳体是通过耦接图1中可见的第一半壳12与图中未示出的第二半壳而获得的。特别地，示出的示例的断路器1具有前部宽度等于标准DIN模块(DIN模块等于17.5mm)的壳体。
应当指出，不管是否保护断路器1的第一极2和第二极3以免受由于过载和过电流而引起的故障，下文中提出的发明构思都是可应用的；例如，在电路断路器1中，两个极2、3均可被配置为相。
第一极2包括至少第一动触头4以及至少第一电端子6和第二电端子7(示意性地在图3和图4中示出)，其中，第一动触头4能够与相应的第一静触头5耦接/去耦接，第一电端子6和第二电端子7分别连接到第一动触头4和第一静触头5。
第二极3又包括至少第二动触头8以及至少第三电端子10和第四电端子11(示意性地在图3和图4中示出，以及第二静触头9和第二动触头8)，其中，第二动触头8能够与相应的第二静触头9耦接/去耦接，第三端子10和第四端子11分别连接到第二动触头8和第二静触头9。
这样的第一、第二、第三和第四电端子6、7、10、11适合于将第一极2和第二极3电连接到配电电源和电负载。
已知的适合的驱动机构，例如图1中用附图标记13表示的机构，以在该驱动机构的致动之后使第一和第二动触头4、8与相应的第一和第二静触头5、9去耦接的方式，与第一和第二动触头4、8可操作地关联。
断路器1至少包括具有检测装置的差动保护装置50，其中，该检测装置适合于检测由于第一极2和在第二极3中流通的电流之间的不平衡而引起的差动电流。差动保护装置50进一步包括致动装置，该致动装置适于使第一和第二动触头4、8与相应的第一和第二静触头5、9去耦接。
差动保护装置50与断路器1的第一极2和第二极3可操作地关联，并且被配置成使得在检测到大于预定阈值的差动电流(在下文中，为简单起见，该差动电流被表示为“电流ID”)时，向致动装置施加取决于第一极2与第二极3之间出现的线电压的电源电压，以使第一和第二动触头4、8与相应的第一和第二静触头5、9去耦接。
在示出的示例中，检测装置包括绕着磁芯54缠绕的检测绕组400或次级绕组400，其中，该磁芯54围绕第一极2和第二极3的导电路径，其中断路器1的电流在该导电路径中流动。检测绕组400以在出现差动电流时产生电信号的方式与磁芯54关联。
检测装置进一步包括电子装置300(示意性地在图3和图4中示出)，例如微处理器，其中，该电子装置300与检测绕组400可操作地关联，并且以如下方式来配置：检测在电流ID出现之后产生的电信号，并且在这样的检测之后驱动到致动装置的供电电压的施加。
在示出的示例中，电子装置300输出电驱动信号，该电驱动信号适合于驱动至少电开关58的闭合，其中，该电开关58串联地电气设置在致动装置与第二极3之间(参见图3和4)。
致动装置包括沿着轴56(图1中示出的)布置的第一线圈55。第一线圈55以在供电电压施加到线圈55自身的端部之后使移动元件(类似于例如图1和图2中的移动销57)从静止位置移动到致动位置的方式，与该移动部件可操作地关联。在这样的移动期间，移动部件以使第一动触头4和第二动触头8与相应的第一静触头5和第二静触头9去耦接的方式，与第一动触头4和第二动触头8可操作地交互。例如，移动销57在其沿着轴56的自身运动期间对驱动机构13进行操作。
有利地，通过也沿着轴56布置的第二线圈59，来实现使第一极2免于由于过电流和/或短路而引起的故障的保护功能；特别地，第二线圈59绕着第一线圈55的至少一部分布置(参见图1和图2)。而且，第二线圈59以如下方式与移动部件57可操作地关联：在过电流和/或短路电流在第一极2中流过之后，使移动部件57从静止位置移动到致动位置。由于该特别的设计方案，减小了断路器1的总尺寸。
在根据本发明的断路器1中，差动保护装置50以如下方式来配置：在第一和第一动触头4、8与相应的第一和第二静触头5、9去耦接之后(特别地，紧随之后)，使到致动装置的供电电压的施加中断，而与电源连接到第一和第三电端子6、10或第二和第四电端子7、11无关。
根据第一优选实施例，断路器1包括具有辅助触头的差动保护装置50，其中，该辅助触头串联地电气设置在致动装置与第一极2之间，并且以在第一动触头4与相应的静触头5去耦接之后中断致动装置与第一极2之间的串联连接的方式，可操作地连接到第一动触头4。优选地，辅助触头包括第一导体部件，该第一导体部件电连接到致动装置，并且能够以如下方式与第一动触头4可操作地交互：使第一导体部件在第一动触头4耦接到相应的第一静触头5时与第一动触头4耦接，而在第一动触头4与相应的第一静触头5去耦接时与第一动触头4去耦接。以此方式，在第一导体部件与第一动触头4耦接时，致动装置连接到第一极2。可替选地，第一导体部件可适合于以针对与第一动触头4的交互所描述的相同方式，与第二动触头8可操作地交互。
在图1至图3所示的断路器1中，第一导体部件包括绕着第一销200布置的第一弹簧201，第一销200与断路器1的壳体相关联并且相对于断路器1的壳体是横向的。特别地，第一弹簧201在图1中可见，而相应的第一销200在图2中以虚线示意性地示出，其中，第一销200从第二半壳的内壁面向第一半壳12横向延伸。
第一弹簧201具有与第二导电销205连接的第一端部203，其中，第二导电销205从第一半壳12的内壁14横向延伸。该第二导电销205通过图2中示出的连接206与第一线圈55电连接。可替选地，第一端部203可以用任意其他类型的电连接与线圈55连接。
第一弹簧201进一步包括第二端部204，其中，该第二端部204以仅在第一动触头4与相应的第一静触头5耦接时才与第一动触头4接触的方式，向第一动触头4延伸。特别地，第一动触头4具有按照旋转方式以销16为轴心而转动的中心体15，其中，销16与第一半壳12相关联并且相对于内壁14是横向的。适合于与第一弹簧201的第二端部204接触的齿17从中心体15延伸。
应当考虑初始情形，在该初始情形中，图1至图3的断路器闭合并且第一弹簧201的第二端部204与相应的齿17接触。因此，第一线圈55的第一端子61(在图3中示意性地示出)通过第二导电销205和第一弹簧201电连接到第一动触头4。
在产生电流ID时，为了实现第一线圈55的第二端子62与第二极3之间的连接，差动检测装置50的检测装置驱动开关58的闭合。以此方式，向线圈55施加对移动销57进行移动以及对驱动机构13进行操作所需的供电电压。
参照图1和图2，在驱动机构13的干预之后，第一动触头4绕着销16逆时针转动，从而使第一动触头4本身与相应的第一静触头5去耦接，并且使第一动触头4的齿17与第一弹簧201的第二端部204去耦接。以此方式，中断第一线圈55与第一极2之间的电连接，并且电流不再在第一线圈55中流动，而与电源连接到第一和第三电端子6、10或连接到第二和第四电端子7、11无关。
根据图4中示意性地示出的第二实施例，断路器1包括差动保护装置50，该差动保护装置50以在检测到电流ID时在第一线圈55与第一和第二极2、3之间实现电连接的方式来配置。该电连接具有位于第一电端子6与第一动触头4之间的第一电连接65、以及位于第二静触头9与第四电端子11之间的第二电连接66。可替选地，电连接可以具有位于第二电端子7与第一静触头5之间的第一连接、以及位于第三电端子10与第二动触头8之间的第二电连接。
由于该电连接中的第一电连接65和第二电连接66的位置，在第一和第二动触头4、8与相应的第一和第二静触头5、9去耦接之后，电流不在第一线圈55中流动。因此，差动保护装置50以如下方式来配置：在无需辅助触头--例如由针对图1至图3中示出的断路器1描述的第一弹簧201来实现的辅助触头--的帮助的情况下，自动中断向第一线圈55施加供电电压。
有利地，根据本发明的断路器1可以包括测试机构100，该测试机构100具有验证差动保护装置50在正确地工作的任务。测试绕组53绕着磁芯54缠绕，并且具有第一电端子67和第二电端子68(参见图3和4)。测试机构100以在测试机构100操作时在测试绕组53的第一端子67与第二端子68之间施加测试电压的方式来配置。所施加的测试电压适合于对电流ID的发生进行仿真，从而在芯54中产生磁通量。实际上，在检测到这样的磁通量后，在检测装置的检测绕组400中产生电信号，该电信号具有表示电流ID的存在的值。
优选地，通过在测试绕组53与极2、3之间实现适合的电连接，从第一极2与第二极3之间出现的线电压中提取测试电压。该连接可以包括至少一个电阻器103(参见图3和4)，该电阻器103适合于设定测试绕组53中流动的电流的值。
在图1至图3示出的断路器1中，测试绕组53的第一端子67电连接到第三导电销207，该第三导电销207与第一半壳12关联，并且相对于内壁14是横向的。测试绕组53的第二端子68电连接到第二极3。
断路器1的测试机构100包括移动部件101或按钮101，其中，可以通过施加力来操作移动部件101或按钮101，移动部件101或按钮101从断路器1的壳体的外部延伸以被外部操作致动。按钮101适合于在被致动后与电连接到第二导电销205的第二导体部件可操作地交互。按钮101以抵着第三导电销207来推动第二导体部件的至少一部分的方式，与第二导体部件可操作地交互。优选地，第二导体部件包括绕着第二导电销205布置并具有一个端部209的第二弹簧208(在图2中可见)，其中，该端部209以在其致动期间与按钮可操作地交互的方式，在第三导电销207与按钮101之间延伸。特别地，按钮101的端部102以与端部209的一部分耦接的方式来形成。
从闭合的断路器1的情形开始，操作者可以按压按钮101，以将该按钮101向第三导电销207移动。如图2中可以看到的，在此移动期间，按钮101的端部102与第二弹簧208的端部209耦接，从而抵着第三导电销207来推动端部209。因此，在测试绕组53的第一端子67与第一动触头4之间实现了电连接，该电连接包括：第三导电销207、第二弹簧208、第二导电销205、以及最后还有第一弹簧201。
实际上，已经发现了根据本发明的断路器如何完全地执行那样的预定任务。特别地，通过使用根据本发明的断路器，避免了由于安装错误而导致的对断路器的致动装置的损害。
而且，从设计角度来看，所描述的解决方案实现起来特别简单且便宜。实际上，图1至图3中示出的方案基本上仅提供了安装在销上的第一弹簧201的用途，以便中断向致动装置施加的供电电压。图3中示出的解决方案仅提供了对在致动装置与第一和第二极2、3之间具有适合的电连接65、66的电连接的实现。
以此方式设计的断路器容易进行许多修改和变型，所有这些修改和变型都在本发明的范围内。特别地，可以通过其他的等同技术部件来替换所有细节。例如，说明书中的与断路器1的特定半壳相关联的销可以与其它半壳完全或部分地关联。
而且，根据技术现状的需求，在以上描述的所提供的申请的范围内的材料的类型、以及尺寸可以是任意的类型和尺寸。
Claims (11)
1.一种电开关装置(1)，适于将可操作地连接到具有线电压的电路的电负载与配电电源相互连接/断开，所述电开关装置(1)包括：
-第一极(2)，其具有至少第一动触头(4)以及至少第一电端子(6)和第二电端子(7)，其中，所述第一动触头(4)能够与相应的第一静触头(5)耦接/去耦接，所述第一电端子(6)和所述第二电端子(7)分别连接到相应的所述第一动触头(4)和所述第一静触头(5)；
-第二极(3)，其具有至少第二动触头(8)以及至少第三电端子(10)和第四电端子(11)，其中，所述第二动触头(8)能够与相应的第二静触头(9)耦接/去耦接，所述第三端子(10)和所述第四端子(11)分别连接到相应的所述第二动触头(8)和所述第二静触头(9)，所述第一、第二、第三和第四电端子(6、7、10、11)适于将所述第一极(2)和所述第二极(3)电连接到所述电源和所述电负载；
-差动保护装置(50)，其包括适于检测差动电流的检测装置以及适于使所述第一和第二动触头(4、8)与相应的所述第一和第二静触头(5、9)去耦接的致动装置，所述差动保护装置(50)可操作地连接到所述第一极(2)和所述第二极(3)并且以如下方式来配置：在检测到预定阈值以上的差动电流之后，向所述致动装置施加取决于所述第一极(2)和所述第二极(3)之间出现的所述线电压的供电电压，以使所述第一和第二动触头(4、8)与相应的所述第一和第二静触头(5、9)去耦接；
其中，所述差动保护装置(50)以如下方式来配置：在所述第一和第二动触头(4、8)与相应的所述第一和第二静触头(5、9)去耦接之后，中断所述供电电压到所述致动装置的施加，而不管所述电源是连接到所述第一和第三电端子(6、10)还是连接到所述第二和第四电端子(7、11)，并且其中，所述差动保护装置(50)包括串联地电气设置在所述致动装置与所述第一极(2)之间的辅助触头，所述辅助触头以在所述第一动触头(4)与相应的所述第一静触头(5)去耦接之后中断所述致动装置与所述第一极(2)之间的所述串联连接的方式，可操作地连接到所述第一动触头(4)，其特征在于，所述辅助触头包括第一导体部件，所述第一导体部件电连接到所述致动装置，并且适于以如下方式与所述第一动触头(4)可操作地交互：所述第一导体部件在所述第一动触头(4)耦接到相应的所述第一静触头(5)时与所述第一动触头(4)耦接，而在所述第一动触头(4)与相应的所述第一静触头(5)去耦接时与所述第一动触头(4)去耦接。
2.根据权利要求1所述的电开关装置(1)，其特征在于，所述第一导体部件至少包括具有第一端部(203)和第二端部(204)的第一弹簧(201)，所述第一端部(203)电连接到所述致动装置，而所述第二端部(204)以如下方式向所述第一动触头(4)延伸：所述第二端部(204)在所述第一动触头(4)与相应的所述第一静触头(5)耦接时，与所述第一动触头(4)相接触。
3.根据权利要求2所述的电开关装置(1)，其特征在于，所述第一动触头(4)包括适于与所述第一弹簧(201)的所述第二端部(204)接触的齿(17)。
4.根据权利要求2所述的电开关装置(1)，其特征在于，所述电开关装置(1)包括与所述电开关装置(1)的壳体相关联并且相对于所述电开关装置(1)的壳体是横向的第一销(200)和第二导电销(205)，所述第一弹簧(201)绕着所述第一销(200)布置，并且所述第一弹簧(201)的所述第一端部(203)连接到与所述致动装置电连接的所述第二导电销(205)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电开关装置(1)，其特征在于，所述检测装置包括：
-检测绕组(400)，其绕着磁芯(54)缠绕，其中，所述磁芯(54)围绕所述第一极(2)和所述第二极(3)的导电路径，所述检测绕组(400)以在出现所述差动电流时产生电信号的方式与所述磁芯(54)相关联；
-电子装置(300)，其与所述检测绕组(400)可操作地关联，并且以对在所述差动电流超过预定阈值时产生的电信号进行检测的方式来配置，所述电子装置(300)以在所述检测之后驱动向所述致动装置施加供电电压的方式来配置。
6.根据权利要求5所述的电开关装置(1)，其特征在于，所述电开关装置(1)包括：
-测试绕组(53)，其绕着所述磁芯(54)缠绕，并且具有第一端子(67)和第二端子(68)；
-测试机构(100)，其以在所述测试机构(100)的致动之后在所述测试绕组(53)的所述第一端子(67)与所述第二端子(68)之间施加测试电压的方式来配置。
7.根据权利要求4所述的电开关装置(1)，其中，所述检测装置包括：
-检测绕组(400)，其绕着磁芯(54)缠绕，其中，所述磁芯(54)围绕所述第一极(2)和所述第二极(3)的导电路径，所述检测绕组(400)以在出现所述差动电流时产生电信号的方式与所述磁芯(54)相关联；
-电子装置(300)，其与所述检测绕组(400)可操作地关联，并且以对在所述差动电流超过预定阈值时产生的电信号进行检测的方式来配置，所述电子装置(300)以在所述检测之后驱动向所述致动装置施加供电电压的方式来配置；
其中，所述电开关装置(1)包括：
-测试绕组(53)，其绕着所述磁芯(54)缠绕，并且具有第一端子(67)和第二端子(68)；
-测试机构(100)，其以在所述测试机构(100)的致动之后在所述测试绕组(53)的所述第一端子(67)与所述第二端子(68)之间施加测试电压的方式来配置；
-第三导电销(207)，其与所述电开关装置(1)的所述壳体相关联，并且相对于所述电开关装置(1)的所述壳体是横向的，所述测试绕组(53)的所述第一端子(67)电连接到所述第三导电销(207)，并且所述测试绕组(53)的所述第二端子(68)电连接到所述第二极(3)；以及
-第二导体部件，其电连接到所述第二导电销(205)；
所述测试机构(100)包括移动部件(101)，所述移动部件(101)适于在所述移动部件(101)的致动之后以抵着所述第三导电销(207)来推动所述第二导体部件的至少一部分的方式，与所述第二导体部件可操作地交互。
8.根据权利要求7所述的电开关装置(1)，其特征在于，所述第二导体部件至少包括第二弹簧(208)，所述第二弹簧(208)绕着第二销(205)布置并且具有端部(209)，其中，该端部(209)以能够与所述移动部件(101)可操作地交互的方式，在所述第三导电销(207)与所述移动部件(101)之间延伸。
9.根据权利要求1-4中任意一项所述的电开关装置(1)，其特征在于，所述致动装置包括第一线圈(55)，所述第一线圈(55)以在将所述供电电压施加在所述第一线圈(55)的端部之后使移动部件(57)从静止位置向致动位置移动的方式与所述移动部件(57)可操作地关联。
10.根据权利要求9所述的电开关装置(1)，其特征在于，所述电开关装置(1)至少包括第二线圈(59)，所述第二线圈(59)与所述第一极(2)关联，并且绕着所述第一线圈(55)的至少一部分布置，所述第二线圈(59)以如下方式与所述移动元件(57)可操作地关联：在所述第一极(2)中出现由过电流和/或短路电流所引起的故障之后，使所述移动部件(57)从所述静止位置向所述致动位置移动。
11.根据权利要求1-4中任意一项所述的电开关装置(1)，其特征在于，所述电开关装置(1)具有前部宽度等于标准DIN模块的壳体。
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