CN104797946B - 用于测量电气设备的绝缘电阻的功能单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功能单元。为实现进一步改善了操纵和功能安全性的功能单元，提出，功能单元被构造成用于连接电气测量装置(8)的开关单元(1)并且自身可连接到电气设备的电气相线(2)、参考电位(4)以及接地线(6)上并且具有开关S1、S2和S3，其中，开关S1在其闭合位置电连接参考电位(4)与接地线(6)，开关S2在其闭合位置电连接相线(2)与参考电位(4)，而开关S3在其闭合位置机械地释放用于测量装置(8)的测量连接端之一的电气连接端(10)以与参考电位(4)连接，和/或使电气连接端(10)与参考电位(4)电连接。

Description

用于测量电气设备的绝缘电阻的功能单元

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1前序部分所述的用于测量电气设备的绝缘电阻的功能单元。

背景技术

这样的功能单元已经由文献DE 198 46 163 A1已知。其中阐明的功能单元被设计成具有适配器的绝缘检测装置，其中该适配器具有至少一个接触元件以及一中线触点，所述至少一个接触元件用于产生待检测的线路、即相线中的分别一个的导电连接，该中线触点用于与中线、即已知的电气设备的参考电位相连接，并且所述一个或多个接触元件和中线触点在适配器中相互导电连接。

发明内容

本发明的目的在于，实现一种功能单元，其中进一步改善了操纵和功能安全性。

该目的通过按照权利要求1的功能单元实现。有利的改进方案由从属权利要求得到。

按照本发明的功能单元被构造成用于连接电气测量装置的开关单元并且自身连接到或被构造成可连接到电气设备的电气相线/外馈电线(例如火线)、参考电位/基准电位以及接地线上并且具有开关S1、S2和S3，其中，开关S1在其闭合位置中电连接参考电位与接地线，开关S2在其闭合位置中电连接相线与参考电位，而开关S3在其闭合位置中以机械的方式释放电气连接端以(使测量装置)与参考电位相连接和/或使该电气连接端与参考电位电连接，该电气连接端用于(连接)测量装置的测量连接端之一。通过这种方式，测量技术人员可以以比目前为止所需要的更少的手动干预实施对电气设备的绝缘电阻的测量。此外由此也实现了从在空间上远离电气设备的位置进行操作。由此也改善了功能安全性并降低了误操作的危险。

原则上，功能单元的形成和布置可在宽的适合的范围中自由选择。一种适宜的改进方案规定，开关S1、S2和S3至少部分地在结构上集成到电气设备的电源中。通过与电气设备或为此不可缺少的并列设备例如电气设备的电源的部件的在结构上的结合，节省空间地形成了功能单元。

一种特别有利的改进方案规定，功能单元被构造成用于以后与电气设备机械地和电地连接的适配器。通过这种方式，也可以以后通过简单的方式给已经存在的电气设备配备按照本发明的功能单元，或者可以在已经存在的电气设备上实施绝缘电阻的测量。除此之外，按照本发明的功能单元可以由此灵活地用于彼此不同的电气设备，这特别是在空间上相互分离的电气设备或诸如此类中是有利的。

原则上开关S3可根据类型、功能和布置在宽的适合的范围中自由选择。一种特别有利的改进方案规定，开关S3自身被构造成机械锁定机构，该机械锁定机构在开关S3位于闭合位置中时实现测量装置的连接，而在开关S3位于打开位置中时阻止测量装置的连接。

另一有利的改进方案规定，开关S1和S2和/或开关S2和S3相互机械地、机电地或电子地耦合。通过这种方式可以特别简单地实现期望的开关顺序。各个开关S1、S2和/或S2、S3之间的耦合也可以在耦合方式方面进行混合，例如在开关S1与S2之间为机械耦合，而在开关S2与S3之间为机电耦合。

另一有利的改进方案规定，附加地将一用于测量接地线中的通过电流的电流传感器集成在功能单元中。由此在没有附加装置的情况下实现了连续的电流测量。通过这种方式在发生绝缘电阻变坏的时刻显示了该绝缘电阻的变坏。

上述实施形式的一种有利的改进方案规定，用于放大和调理电流传感器的输出信号的装置集成在功能单元中。通过这种方式实现了进一步的结构上的合并，进而实现了更紧凑的结构方式。另一方面由此改善了紧接着的信号转发和处理。

另一有利的改进方案规定，发光指示装置L1和L2集成到功能单元中，其中发光指示装置L1可根据电气设备的电源的运行状态以及开关S1的位置而接通，而发光指示装置L2可根据电气设备的电源的运行状态以及开关S2的位置而接通。由此能通过特别简单的方式控制功能单元。附加于此或替代于此，也可以设想其他对于本领域内技术人员已知的信号装置，例如声学信号装置、如蜂鸣器或诸如此类。

原则上，功能单元的应用可以根据电气设备的类型在宽的适合的范围中自由选择。对于该功能单元一个特别重要的应用领域是电气接线端子、特别是接线板/卡装式成排接线端子。因此适配器除了用于测量装置的测量连接端之一的电气连接端之外还宜具有另外的电气连接端，该另外的电气连接端适用于并且被构造用于与电气接线端子特别是接线板相接触。

此外，各个开关S1、S2和S3的致动根据类型和功能可以在宽的适合的范围中自由选择。一种有利的改进方案规定，开关单元具有手柄，借助于该手柄可共同地例如在时间上同步地致动开关S1、S2和S3。通过这种方式，以唯一的手动致动并进而通过特别简单的方式能够实现开关S1、S2和S3的共同致动。在此，特别有利的是使用旋转手柄，这是因为由此例如相比于可直线运动的手柄改善了操作舒适性。

附图说明

在附图中：

图1示出按照本发明的功能单元的第一实施例；

图2示出按照本发明的功能单元的第二实施例；

图3示出按照本发明的功能单元的第三实施例；

图4示出按照本发明的功能单元的第四实施例；

图5示出按照本发明的功能单元的第五实施例；

图6示出按照本发明的功能单元的第六实施例；

图7示出按照本发明的功能单元的第七实施例。

具体实施方式

在图1中示出了按照本发明的功能单元的第一实施例。该功能单元被设计成开关单元1并且在图1中通过虚线圈起。在页面内在开关单元1上方示出了此外未进一步说明的电气设备的电气相线2、参考电位4以及接地线6。而且也没有进一步示出电气设备的电源。相线2、参考电位4以及接地线6在下文中统称为电导体2、4和6。开关单元1在此被构造成电气设备的电气开关电路的一体的组成部分。在本实施例中，电气短线从电导体2、4以及6分支到开关单元1中并且通过这种方式与开关S1、S2和S3导电连接。如由图1清楚地得知的，开关S1在其闭合位置电连接参考电位4与接地线6，开关S2在其未示出的闭合位置电连接相线2与参考电位4，而开关S3在其未示出的闭合位置连接电气连接端10与参考电位4，该电气连接端用于电气测量装置8的两个测量连接端之一、例如正极，该测量装置用于测量电气设备的绝缘电阻。

在绝缘测量中通常以直流电压进行检测。电位水平是任意的。因此正极或负极都可以位于电气连接端10上。为了简化进一步的阐述，以下仅仅谈及电气测量装置8的正极。然而由上述清楚的是，这绝不是对本发明的限制。按照本发明，不仅电气测量装置8的正极而且电气测量装置8的负极都可以与电气连接端10导电连接。

开关S1、S2和S3在此构造成机电开关，其中，开关S1在此构造成常闭触头，而开关S2和S3构造成常开触头，也就是图1示出了开关S1、S2和S3在其各自的静止位置上。虽然可以分别单独地致动开关S1、S2和S3，但是出于功能安全性并因此无故障的操作以及操作舒适性的原因，在此规定，开关S1、S2和S3被构造成未进一步示出的组合开关，该组合开关将所有三个开关S1、S2和S3在结构上结合在一起。组合开关在此具有用于通过操作人员进行手动致动的旋转手柄。开关S1、S2和S3因此也相互如此机械耦合，使得通过唯一的手动操作处理、例如组合开关的手柄沿顺时针方向的旋转，首先使得开关S2由其打开位置转变到闭合位置，并且在时间上然后使得开关S3由其打开位置转变到闭合位置，并且在时间上最后使得开关S1由其闭合位置转变到打开位置。

除此之外在本实施例中规定，在开关单元1上用于与测量装置8的正极相连接的电气连接端10附加地具有在图1中未示出的用于电气连接端10的机械锁定机构，该机械锁定机构能够当开关S3位于闭合位置中时使测量装置8的正极与开关单元1的电气连接端10电接触，并且当开关S3位于打开位置中时机械地阻断用于连接测量装置8的正极的电气连接端10，也就是阻止电接触。

通过这种方式产生了防止测量装置8的正极与电气设备的参考电位4不期望地电连接的双重保护，亦即一方面通过开关S3断开电连接，而且另一方面机械地阻断电气连接端10。在本实施形式中，开关S3和机械锁定机构为此以对于本领域内技术人员已知的方式相互耦合。原则上然而也可以，使开关S3和机械锁定机构可相互独立地手动致动、机电致动或电子致动。

对于电气设备的绝缘电阻的测量的实施因此仅仅需要的是，首先关断电气设备的电源并且在时间上然后沿顺时针方向旋转组合开关的手柄直至其终点位置，从而使在上面详细阐明的开关S1、S2和S3的开关状态以所述的时间顺序被占据。因为通过这种方式也机械地释放开关单元1的电气连接端10，所以在时间上然后测量装置8就可以以正极连接到开关单元1的电气连接端10上并且以本身已知的方式实施绝缘电阻的测量。

在双极式电源系统中，优选可以如此设计开关S2，使得正极和负极同时与参考电位短接。

在相线多于两个的情况下，这些相线同样也优选同时与参考电位短接。相应地，在开关S3闭合且开关S1打开之前，所有相线才与参考电位导电连接。

如果在测量中发现：测量值高于绝缘电阻的特定于设备的最小值，那么结束测量，也就是说重新断开测量装置8的正极与电气连接端10的电接触，并且开关单元1又返回到按照图1的静止状态，从而又可以进行电气设备的运行。

这如下发生：

沿着前述组合开关的手柄的反过来的致动方向，在组合开关沿逆时针方向旋转直至另一终点位置的过程中，首先使开关S1由其打开位置转变到其闭合位置，并且在时间上然后使开关S3由其闭合位置转变到其打开位置，这导致：电气连接端10被机械锁定机构以机械的方式阻断，并且同时参考电位4与电气连接端10之间的电连接被断开。最后，使开关S2由其闭合位置转变到其打开位置。

现在又可以接通电气设备的电源，以便继续电气设备的正常运行。

电气连接端10的机械锁定以简单和鲁棒的方式确保了：没有测试电压可以施加到电气设备上。因此有效地排除了像例如在至今通常的做法中可能容易出现的那样的损坏。

然而如果测量显示出：测量值小于特定于设备的最小值，那么在设备在重新测量绝缘电阻并得到满足对电气设备的要求的测量结果之后又可以被释放以进行运行之前，必须首先搜索并消除电气设备中的故障。

原则上然而也可以，同时致动开关S2和S3。在这种情况下例如可以，第一实施例的开关S3的一个功能(即根据开关S3的开关位置使得用于电气连接端10的机械锁定机构转变到其阻断位置或打开位置)通过开关S2并因此根据开关S2的开关位置来运动。如果对于其他应用情况可能并有意义的是省去上述双重保护，那么开关S3在这种情况下可以仅构造成机械锁定机构。

开关单元1在此完全集成到电气设备的此外未进一步示出的电源中；然而原则上也可以设想仅部分地结构上的一体化。

上述组合开关的手柄也可以如此设计，使得该手柄仅在使用专门的工具例如螺丝刀的情况下才能致动，以便通过这种方式有效地阻止不期望的致动。

此外可以，组合开关或二者择一地各个开关S1、S2和S3中的每一个可以被电致动、机电致动或电子致动或者被构造成电开关、机电开关或电子开关。对于本领域内技术人员为此已知如下机构，以便以期望的开关顺序实施这种致动；同样的描述适用于电气连接端10的与开关S3、开关S2的开关位置有关的或与之无关的机械锁定。

按照本发明的功能单元的另外的实施例仅在与第一实施例的区别方面进行阐明。在其他方面另外的实施例相应于第一实施例，从而对此参考上述实施方案。相同或相应的构件带有相同的附图标记。

图2示出了第二实施形式的被构造成开关单元1的本发明功能单元。不同于第一实施例，该实施形式附加地具有被构造成霍尔传感器的电流传感器12，该电流传感器用于测量接地线6中的通过电流，其中在开关单元1中还集成有用于放大和调理电流传感器12的输出信号的装置14。进一步的信号调理和处理随后例如也可以在上级的分析处理单元中实现，该分析处理单元在此未示出。为此所需的措施对于本领域内技术人员是足够已知的。出于功能安全性的原因，可以通过独立于电气设备的电源实现对电流传感器12和装置14的供电。通过这种方式也可以在电气设备断电的状态下检测通过接地线6的任意电流类型的通过电流。

在图3中示出了第三实施例，其中在开关单元1中集成有发光指示装置L1和L2，其中根据电气设备的电源的运行状态和开关S1的位置可接通发光指示装置L1，而根据电气设备的电源的运行状态和开关S2的位置可接通发光指示装置L2。

在该实施形式中，在电气设备不接地的情况下，当电源被接通且开关S1闭合时，发光指示装置L1发光，而当电源被接通且开关S2打开时，发光指示装置L2发光。

如果L1和L2发光，那么电气设备处于正常运行中。如果仅L2发光，那么电源是接通的，然而开关S1不闭合。如果L1和L2都不发光，那么电源是关断的或者开关S2被闭合。

如上面已经阐述过的，开关单元1可以通过所谓的短线连接端与电气设备导电连接。

原则上然而也可以，借助于所谓的穿通布线来实现开关单元1与电气设备的相线2、参考电位4以及接地线6的电连接。为此在第四实施例中对于电导体2和4中的每一个都需要至少两个相互连接的电气连接点15，例如接线点；参见图4。

如在图5中示例性地示出的，第五实施例规定：开关单元1被设计成一适配器，该适配器被构造成接线盒，从而开关单元1可插接到例如构造成安装轨的支承轨道16或诸如此类上。通过这种方式实现的开关单元1通过支承轨道16与地电位相连接。由第一实施例已知的组合开关在此同样也构造成机电组合开关18。如在图5中用符号表示的，组合开关18根据其开关位置建立在相线2与参考电位4之间以及在参考电位4与接地线6之间的导电连接，其中，组合开关18也具有机械锁定机构18.1。

电气设备处于运行的情况示出在被构造成接线盒的开关单元1的在页面内在右边描绘的视图中。组合开关18的开关位置在此相应于：开关S1在其闭合位置中且开关S2和S3在其打开位置中，从而参考电位4借助于接地线6和支承轨道16与地电位相连接并且机械锁定机构18.1阻断电气连接端10，从而未示出的测量装置的正极不能连接到开关单元1。

相比之下，在被构造成接线盒的开关单元1的在页面内居中描绘的视图中示出了测量的情况。组合开关18的开关位置在此相应于：开关S1在其打开位置中且开关S2和S3在其闭合位置中，从而相线2与参考电位4连接并且机械锁定机构18.1释放电气连接端10，从而未示出的测量装置的正极能够连接到开关单元1。在页面内在左边的视图是被构造成接线盒的开关单元1的示意性侧视图。

在该实施形式中，在组合开关18中实现的开关S3自身被构造成机械锁定机构18.1。在此不具有在开关S3与机械锁定机构18.1之间的分离。在此相应地可以将开关S3的闭合位置理解为机械锁定机构18.1的如下位置，该位置实现了测量装置正极与电气连接端10的电接触。开关S3按照本发明是广义上的开关。开关S3可以是机械的、电气的、机电的或电子的开关，该开关根据开关位置在通常意义上建立或分开电连接。如上所述，这然而不是必须如此。也可以设想每种类型的组合或者省去附加的机械锁定机构形式的保险装置。

开关单元1也可以构造成按照图6的插接单元，以便将该开关单元插接到电气接线端子、特别是接线板20上，以便因此通过已知的方式建立在开关单元1与电气接线端子20之间的可拆松的机械的和电的连接。为此，在图6中示出的第六实施形式除了电气连接端10之外还具有另外的电气连接端22，所述另外的电气连接端适用于并设计用于与电气接线端子20、特别是接线板相连接，例如通过本身已知的插接连接器进行连接，也即与电气接线端子20的参考电位4和相线2相连接。在本实施例中，通过柔性导线24实现了开关单元1与接地线6的电连接。另选地当然同样也可以考虑一种类似于所述另外的电气连接端22的插接连接结构。

在第五和第六实施例的组合中也可以考虑将开关单元1实现为被构造成插接单元的接线盒。

此外，按照图7的第七实施例示出了适用于装配在板26上的开关单元1。在此开关单元1例如借助于螺纹连接固定在板26上，其中，板26具有用于接地的能导电的底层26.1，这可由在页面内在左侧示出的侧视图看到。右边的视图是示意性的俯视图。

如在其他实施例中那样，也可以通过接线端子或双重接线端子或也借助于柔性导线实现与地的导电连接。

类似于第五实施例，在此也可以应用机电的组合开关18，从而对此参考上述实施方案。

本发明不限于上述实施例。特别是可以根据应用情况对来自各实施例的各个方面进行组合。开关S1、S2以及S3可以分别实施成单独的开关或者以任意组合的形式实施。同样的描述适用于开关S1、S2以及S3的功能原理。开关的组合不仅仅限于将单个开关在结构上合并为一个结构单元或者一个组合开关，该组合开关因此承担开关S1、S2和S3中的多个开关的功能，而是相应组合的实际选择根据各个开关S1、S2、S3的类型、范围和功能以及空间上的连接按照应用情况来确定。这特别适用于开关S3和/或机械锁定机构的形成。不仅可以设想仅使用一开关S3以电气断开/闭合电路以及仅使用一机械锁定机构，而且可以设想其组合。

此外上述实施方案适用于所有电压类型、电压极性和电压水平(包括低电压在内)，以及也适用于具有两个以上电位的电源。

附图标记列表：

1开关单元

2相线

4参考电位

6接地线

8测量装置

10用于测量装置的测量连接端之一例如正极的电气连接端

12电流传感器

14用于放大和调理的装置

15电气连接点

16支承轨道

18机电的组合开关

18.1机械锁定机构

20电气接线端子、特别是接线板

22另外的电气连接端

24柔性导线

26板

26.1能导电的底层

Claims (10)

1.一种用于在电气设备的电源被关断的情况下测量该电气设备的绝缘电阻的功能单元，其中，该电气设备具有参考电位(4)、至少一个电气相线(2)以及接地线(6)，其特征在于，功能单元被构造成用于连接电气测量装置(8)的开关单元(1)，功能单元自身连接到或被构造成能连接到电气设备的电气相线(2)、参考电位(4)和接地线(6)上，功能单元具有开关S1、S2和S3，其中，开关S1在其闭合位置中使参考电位(4)与接地线(6)电连接，开关S2在其闭合位置中使电气相线(2)与参考电位(4)电连接，而开关S3在其闭合位置中以机械的方式释放用于电气测量装置(8)的测量连接端之一的电气连接端(10)以与参考电位(4)相连接，开关S3在其闭合位置中使该电气连接端(10)与参考电位(4)电连接，其中，开关S3被构造成机械锁定机构(18.1)，该机械锁定机构在开关S3位于闭合位置中时实现电气测量装置(8)的连接，而在开关S3位于打开位置中时阻止电气测量装置的连接。

2.根据权利要求1所述的功能单元，其特征在于，开关S1、S2和S3至少部分地在结构上集成到所述电源中。

3.根据权利要求1所述的功能单元，其特征在于，开关单元(1)被构造成用于以后与电气设备以机械的和电的方式相连接的适配器。

4.根据权利要求1至3之一所述的功能单元，其特征在于，开关S1和S2相互机械地、机电地或电子地耦合，并且/或者开关S2和S3相互机械地、机电地或电子地耦合。

5.根据权利要求1至3之一所述的功能单元，其特征在于，用于测量接地线(6)中的通过电流的电流传感器(12)被附加地集成到功能单元中。

6.根据权利要求5所述的功能单元，其特征在于，用于放大和调理电流传感器(12)的输出信号的装置(14)被集成到功能单元中。

7.根据权利要求1至3之一所述的功能单元，其特征在于，发光指示装置L1和L2被集成到功能单元中，其中发光指示装置L1能根据电气设备的电源的运行状态以及开关S1的位置而接通，而发光指示装置L2能根据电气设备的电源的运行状态以及开关S2的位置而接通。

8.根据权利要求3所述的功能单元，其特征在于，所述适配器具有另外的电气连接端(22)，该另外的电气连接端适用于并且被构造用于与电气接线端子(20)相连接。

9.根据权利要求8所述的功能单元，其特征在于，所述电气接线端子(20)是接线板。

10.根据权利要求1至3之一所述的功能单元，其特征在于，开关单元(1)具有手柄(18)，借助于该手柄能共同致动开关S1、S2和S3。