CN104871281B - 具有辅助短路的自动断路器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于保护相(4，5，6)的自动断路器(2)，具有：输入端子(7)；输出端子(8)；将输入端子(7)和输出端子(8)导电连接的电流路径(12)；设置在电流路径(12)中并用于在开动时中断电流路径的断开装置(13)；放电端子(9)；一端与断开装置(13)和输出端子(8)之间的电流路径(12)相连、另一端与放电端子(9)相连的放电路径(15)；设置在放电路径(15)中并在开动时连通放电路径的连接装置(16)；用于监控电流路径(12)中的电流并且在识别到过载电流时操纵断开装置(13)和连接装置(16)的监控装置(14)，其中监控装置(14)进行持续电流监控和短路电流监控。本发明还涉及一种具有多个这样的自动断路器(2)的保护装置(1)。

Description

具有辅助短路的自动断路器
技术领域
本发明涉及一种用于保护相的自动断路器，该装置具有输入端子；输出端子；电流路径，该电流路径将输入端子和输出端子导电连接；断开装置，该断开装置设置在电流路径中并用于在开动时中断电流路径；监控装置，用于监控电流路径中的电流并在识别到过载电流时开动断开装置，本发明还涉及一种具有多个上述的自动断路器的保护装置，该保护装置用于多相供电电路，其中每个相由自动断路器保护。
背景技术
在电路中，使用安全装置防止电力线路发热和短路，该安全装置例如在发生短路时中断线路。这种安全装置能够实施为自动断路器或者保险丝。
这样的自动断路器通过其输入端子与电源相连。其输出端子与负载相连，其中输入端子和输出端子通过电流路径相连。在电流路径中设置有断开装置，用于在开动时中断电流路径。断开装置通常实施为开关，更确切而言实施为常开触点。该自动断路器还另外具有监控电流路径中的电流的监控装置。在识别到过载电流时，通过监控装置启动断开装置，使其中断电流路径。自动断路器通常具有操纵部件，该操纵部件在开动断开装置时开动，从而使断开装置的开动能够从外部识别。另外，断开装置能够通过操纵部件手动操纵，用以取消或者引起中断。
电流路径的中断产生了电弧，从而使电流路径中的电流不会直接中断。当电弧消失时，电流才会完全中断。因此已知的自动断路器通常具有灭弧室，电弧进入灭弧室并且消除。在灭弧室内，电弧通过灭弧板分散并中断。
产生电弧之后，断开装置的电阻升高，电流降低。在已知的自动断路器中直到电弧消失的断路时间通常为至少4ms。在这段时间内，与自动断路器的输出端子相连的负载会发生损坏或者甚至损毁。
在多相电源系统中每个相都由这种自动断路器保护。
使用中会发生许多问题，可能超出下游开关设备的许可参数，例如接触器或者电动机开关设备的许可参数，于是必须选择在低电流情况下就已触发的自动断路器。替代的或者另外地使开关设备超尺寸，这就提高了成本并可能导致额外的损失。在具有高峰值电流的应用中，例如在启动发动机时，这会导致设计冲突。
除此之外，在现有技术中已知的限制电流的开关元件虽然能够快速切断高的短路电流，然而在升高的持续电流情况下作用缓慢，从而使过大的电流可能流过下游的负载和开关设备。因而更加妨碍了自动断路器，电流电源和负载之间的配合。
在这种背景下，根据IEC60947-4-1标准，在短路保护范围内分为两个分类类别，这些类别描述了在过载电流的情况下设备或负载的可允许损坏程度。在分类类别1中，允许损毁下游设备，例如接触器或半导体开关装置。在分类类别2中，下游设备必须原则上维持其功能。机械开关设备，例如接触器，经常被归为分类类别2；而半导体开关设备，例如用于电动机的半导体开关设备，通常满足分类类别1的要求。
发明内容
从上述现有技术出发，本发明的目的在于给出一种上面所述类别的自动安全装置和安全装置构造，其能够更好地针对过载电流来保护下游负载和开关设备。
本发明的目的通过根据本发明的独立权利要求中的特征来实现。本发明优选的设计在从属权利要求中给出。
根据本发明，用于保护相的自动断路器具有:输入端子；输出端子；电流路径，该电流路径将输入端子和输出端子导电连接；断开装置，该断开装置设置在电流路径中并用于在操纵中中断电流路径；放电端子；放电路径，该放电路径一端与断开装置和输出端子之间的电流路径相连，另一端与放电端子相连；连接装置，该连接装置设置在放电路径中并在开动时连通放电路径；监控装置，用于监控电流路径中的电流并且在识别到过载电流时操纵断开装置和连接装置，其中监控装置进行持续电流监控和短路电流监控。
另外，根据本发明给出了一种具有多个上述自动断路器的保护装置，该保护装置用于多相供电电路，其中每个相由多个自动断路器保护，并且多个自动断路器互相耦合。
本发明的基本思想是给出一种自动断路器，该自动断路器通过持续电流和短路电流的连接来保证针对过载电流而对下游负载进行的可靠保护自动断路器，通过在接通断开装置时由产生的电弧经过放电端子放出电流，使其保护效果特别迅速。该自动断路器因而具有两个特性，一方面是用于防止超过了允许的最高持续电流的过高的持续电流的线路保护，另一方面是短路保护，从而保证防止过高的峰值电流的保护。电流在断开装置的接通时能够在连接装置接通后经过放电端子流出，因此自动断路器的保护功能已触发得十分迅速。取决于连接装置的接通时间，约为0.2ms的时间能够在此实现，在该时间之后负载基本上没有电流。
监控装置优选地用于联合操纵断开装置和连接装置。特别优选地通过监控装置同时操纵断开装置和连接装置。
自动断路器能够通过其输入端子与电源相连，在其输出端子上与负载相连，负载能够具有电气开关装置。放电端子优选能够与地线或者零线连接，电流在接通时能够通过地线或者零线流出。断开装置优选成型为用于中断电流路径的常开触点。连接装置通常成型为用于放电路径的接通的常闭触点。
在多相电源中，每个自动断路器以其输入端子与电源的相相连。放电端子优选能够与地线或者PE导体连接，电流在接通时能够通过地线或者PE导体流出。放电端子还能够选择与其他的相或者人造中性点相连。
本发明有利的设计中，自动断路器进一步扩展为，监控装置具有用于持续电流监控的双金属片开关。因此检测电流路径中的热度，来检测出过高的导电电流。通过双金属片开关性质的选择能够选择保护性能。
本发明有利的设计中，自动断路器进一步扩展为，监控装置具有用于短路电流监控的磁性开关。相应地，磁性的瞬时脱扣能够用作快速过程，即，快速产生的峰值电流的短路保护。短路保护的灵敏度可通过磁性材料的特性来达到。磁场时间上的变化与磁滞曲线相应。优选通过过载电流产生磁场，以便于借助于继电器线圈和衔铁能够实现操纵。
本发明有利的设计中，自动断路器进一步扩展为，自动断路器具有耦合装置，为了共同操纵而通过该耦合装置将断开装置和连接装置耦合，并且监控装置通过耦合装置操纵断开装置和连接装置。监控装置必须只能操纵耦合装置，由此使断开装置和连接装置自动被操纵。原则上能够任意地设置耦合装置。例如，耦合装置可以是电气或电子的耦合装置。耦合装置特别优选为机械耦合装置。更优选地，耦合装置通过继电器操纵。
本发明有利的设计中，自动断路器进一步扩展为，自动断路器具有操纵部件，在由监控装置操纵的情况下，该操纵部件被操纵，从而使得操纵能够从外部识别。操纵部件优选地与耦合装置相连。
本发明有利的设计中，自动断路器进一步扩展为，操纵部件设置为，进行断开装置和连接装置的手动操纵。相应地能够手动操纵自动断路器，使下游负载与电源断开。操纵部件优选地与耦合装置相连。
本发明有利的设计中，保护装置进一步扩展为，这些自动断路器互相机械耦合。通过机械耦合，自动断路器能够通过各自分别的监控装置向另外的自动断路器相互传输操纵。机械耦合特别可靠并且容易地形成。
本发明有利的设计中，保护装置进一步构造为，自动断路器具有用于手动操纵断开装置和连接装置的操纵部件，并且这些自动断路器通过耦合元件互相机械耦合。机械耦合特别可靠并且能够在自动断路器间简单传输操纵。耦合元件特别优选地成型为安装在操纵元件上的单独的构件。因此可以灵活进行自动断路器的耦合。特别是可用的自动断路器可以容易地互相耦合，因而随时可以构成保护装置。
本发明有利的设计中，保护装置进一步扩展为，耦合元件具有用于手动操纵耦合的自动断路器的手动操纵器。因而保护装置相应于自动断路器的操纵同样能够手动操纵，以便于将负载同时从所有相的电源断开。优选将用于手动操纵的手动操纵器实施为既用于共同断开单个自动断路器的电流路径还用于电流路径的接通，这与自动断路器的操纵元件的功能相对应。特别优选地将手动操纵器成型为，能够从外部识别操纵。
本发明有利的设计中，保护装置成型为整体的设备。
附图说明
接下来，根据结合附图的优选实施例来详细阐明本发明。附图中：
附图1示出了具有设置在多相电源和多相负载之间的保护装置的电路图，
附图2示出了附图1中电路图的详细示图，其中仅示出了保护装置的自动断路器，
附图3示出了附图2中电路图的详细示图，其中详细示出了附图2所示的自动断路器，
附图4示出了在使用常规自动断路器的情况下检测到过载电流时的负载电流的变化图，
附图5示出了在使用根据本发明的自动断路器的情况下检测到过载电流时的负载电流的变化图，
附图6示出了电流路径中、放电路径中和经过自动断路器的输出端子的电流的变化图。
具体实施方式
附图1至3示出了具有多个自动断路器2的根据本发明的保护装置1。保护装置1在输入侧连接到多相电源3或者电源线，其中每个相4，5，6由自动断路器2保护。
每个自动断路器2用于保护一个相4，5，6并且具有输入端子7、输出端子8和放电端子9。自动断路器2通过输入端子7分别与相4、5、6相连，通过输出端子8与负载10相连。负载10是多相负载，例如在此处为电开关设备。放电端子9分别与地线11相连。
在自动断路器2中，输入端子7和输出端子8通过电流路径12导电连接。电流路径12中设置有断开装置13和监控装置14。断开装置13成型为常开触点，以在操纵时中断电流路径12。监控装置14用于监控电流路径12中的电流。
自动断路器2还具有放电路径15，该放电路径一端与断开装置13和输出端子8之间的电流路径12相连，另一端与放电端子9相连。放电路径15中设置有连接装置16，连接装置在开动时连通放电路径15。相应地，连接装置16成型为常闭触点。
断开装置13和连接装置16通过耦合装置17耦合以便于共同操纵。在该实施例中，耦合装置17是机械耦合装置17。耦合装置17与操纵部件相连，操纵部件在对耦合装置17的操纵时同样地操纵，使得该操纵能够从外部，即自动断路器2之外识别。另外能够通过操纵部件进行耦合装置17乃至断开装置13和连接装置16的手动操纵。
监控装置14用于在识别到过载电流时通过耦合装置17开动断开装置13和连接装置16。监控装置14具有用于持续电流监控的双金属片开关19，用于检测出作为过载电流的过高的传导电流。另外，监控装置14具有磁性开关20，该磁性开关具有作为对监控作为过载电流的短路电流的快速过程的短路保护的磁性瞬时脱扣。在磁性开关20中，通过过载电流产生磁场，从而借助继电器线圈和衔铁实现耦合装置17的操纵。
附图4和5示出了通过常规的自动断路器和所述实施例的自动断路器2的输出端子8的电流Ik的崩溃示意图。在常规自动断路器的情况下，电流在大约4ms后才降低到安全值，然而在此处所述的自动断路器2的情况下仅仅在0.2ms后就已降低到安全值。
附图6详细地示出了自动断路器2的作用方式。监控装置14识别到作为过载电流的流经输入端子7的电流Ic，由此断开装置13和连接装置16的开动通过耦合装置17于时间点t＝0秒时触发。相应地，通过断开装置13中断电流路径12，并且放电路径15通过连接装置16接通。在该实施例中断开装置13和连接装置16的接通需要大约0.2ms。在该时间内，总电流Ic作为输出电流Ik流经输出端子8乃至经过负载。放电路径15于时间点t＝0.2秒时接通，于是放电端子9上的电流Ic1已经大约等于通过输入端子7的电流Ic。相应地，经过输出端子8的电流Ik崩溃并且已经于时间点t＝0.4秒时大约为0。
从附图1中可以看出，自动断路器2通过耦合元件21相互机械耦合。通过机械耦合，自动断路器2能够向另外的自动断路器2相互传输通过各自分别的监控装置14进行的操纵。在该实施例中耦合元件21成型为单独的构件，该构件以此处并未详细示出的方式与三个自动断路器2的操纵部件相连。耦合元件21具有用于手动操纵耦合的自动断路器2的手动操纵器22。手动操纵器22为了手动操纵而用于电流路径12的共同中断和接通，其中通过手动操纵器22能够从外部识别该操纵。
在替代的、此处未示出的实施方式中，保护装置1成型为整体的设备。
附图标记说明
1 保护装置
2 自动断路器
3 电源、电源线
4 相
5 相
6 相
7 输入端子
8 输出端子
9 放电端子
10 负载
11 地线
12 电流路径
13 断开装置
14 监控装置
15 放电路径
16 连接装置
17 耦合装置
19 双金属片开关
20 磁性开关
21 耦合元件
22 手动操纵器

Claims (11)

1.一种用于保护相(4，5，6)的自动断路器(2)，具有：
输入端子(7)；
输出端子(8)；
电流路径(12)，所述电流路径将所述输入端子(7)和所述输出端子(8)导电连接；
断开装置(13)，所述断开装置设置在所述电流路径(12)中并用于在开动时中断电流路径；
放电端子(9)；
放电路径(15)，所述放电路径一端与所述断开装置(13)和所述输出端子(8)之间的所述电流路径(12)相连，另一端与所述放电端子(9)相连；
连接装置(16)，所述连接装置设置在所述放电路径(15)中并在开动时连通所述放电路径；以及
监控装置(14)，所述监控装置用于监控所述电流路径(12)中的电流并且在识别到过载电流时操纵所述断开装置(13)和所述连接装置(16)，从而当断开装置(13)接通时，在连接装置(16)接通后，电流能够经过放电端子(9)流出，其中
所述监控装置(14)进行持续电流监控和短路电流监控。
2.根据权利要求1所述的自动断路器(2)，其特征在于，
所述监控装置(14)具有用于持续电流监控的双金属片开关(19)。
3.根据权利要求1所述的自动断路器(2)，其特征在于，
所述监控装置(14)具有用于短路电流监控的磁性开关(20)。
4.根据权利要求1所述的自动断路器(2)，其特征在于，
所述自动断路器(2)具有耦合装置(17)，为了共同操纵而将所述断开装置(13)和所述连接装置(16)通过所述耦合装置耦合，并且
所述监控装置(14)通过所述耦合装置(17)操纵所述断开装置(13)和所述连接装置(16)。
5.根据权利要求1所述的自动断路器(2)，其特征在于，
所述自动断路器(2)具有操纵部件，在由所述监控装置(14)进行操纵的情况下，所述操纵部件被操纵，从而使得所述操纵能够从外部识别。
6.根据权利要求5所述的自动断路器(2)，其特征在于，
所述操纵部件设置为进行所述断开装置(13)和所述连接装置(16)的手动操纵。
7.一种具有多个根据前述权利要求中任一项所述的自动断路器(2)的用于多相电源线(3)的保护装置(1)，其中
由多个所述自动断路器(2)保护每个相(4，5，6)，并且
多个所述自动断路器(2)互相耦合。
8.根据权利要求7所述的保护装置(1)，其中
多个所述自动断路器(2)互相机械耦合。
9.根据权利要求8所述的保护装置(1)，其中
所述自动断路器(2)具有用于手动操纵所述断开装置(13)和所述连接装置(16)的操纵部件，并且，
所述自动断路器(2)通过所述耦合元件(21)互相机械耦合。
10.根据权利要求9所述保护装置(1)，其中
所述耦合元件(21)具有用于手动操纵耦合的所述自动断路器(2)的手动操纵器(22)。
11.根据权利要求10所述的保护装置(1)，其中
所述保护装置(1)成型为整体的设备。
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