FR2826176A3

FR2826176A3 - Switch detecting contact separation circuit breaker having contacts and click fit mechanism surveying defective state and circuit breaker coupling element amplifier connecting switching mechanism.

Info

Publication number: FR2826176A3
Application number: FR0207253A
Authority: FR
Inventors: Andreas Pancke; Wolfgang Roehl; Hans Rehaag; Peter Schust
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2002-12-20
Anticipated expiration: 2008-06-13
Also published as: ITMI20020313V0; ITMI20020313U1; DE10129746A1; FR2826176B3

Abstract

The electrical circuit breaker has contacts (2,3) switching and click fit mechanism (4) surveying the state of current for defects in the switching contacts. The switching mechanism has a coupling element (9) controlled by a very small power with an output separated from the input an connected to an amplified output (10). The click fit mechanism has a switching mechanism (6) switched by the switching amplifier.

Description

Disjoncteur ayant un dispositif de commutation pour détecter une séparation de contacts de commutation L'invention concerne un disjoncteur électrique comprenant - des contacts de commutation et un dispositif d'encliquetage les maintenant à l'état fermé, - un dispositif de déclenchement pour désencliqueter le dispositif d'encliquetage lorsque survient un état défectueux dans un circuit de courant contenant les contacts de commutation, - un dispositif de commutation qui est relié aux contacts de commutation qui coopèrent et qui est destiné à détecter une séparation des contacts de commutation sur la base d'un courant de grande intensité y passant. Circuit breaker having a switching device for detecting a separation of switching contacts The invention relates to an electric circuit breaker comprising - switching contacts and a latching device keeping them in the closed state, - a tripping device for disengaging the device latching when a faulty condition occurs in a current circuit containing the switching contacts, - a switching device which is connected to the cooperating switching contacts and which is intended to detect a separation of the switching contacts on the basis of a current of great intensity passing there.

On connaît un disjoncteur de ce genre par le WO 97/11474 A 1. A circuit breaker of this kind is known from WO 97/11474 A 1.

Le dispositif de commutation comprend en l'occurrence, un circuit auxiliaire monté en parallèle aux contacts de commutation, dont font partie des contacts auxiliaires reliés aux contacts de commutation et un aimant de déclenchement prévu pour actionner le dispositif d'encliquetage. Le mode d'action de ce dispositif repose sur le fait qu'un courant de grande intensité, notamment un courant de court-circuit, surmonte la force de contact agissant sur les contacts de commutation et qu'ainsi, les contacts de commutation sont séparés. Il se produit aux contacts de commutation, une tension qui est provoquée par l'arc électrique, qui jaillit lors de la séparation des contacts de commutation. Il passe ainsi un courant dans le courant de déclenchement, qui désencliquette le dispositif d'encliquetage et qui provoque ainsi l'ouverture complète des contacts de commutation. Lorsque le disjoncteur est multipolaire, on obtient également ainsi, que non seulement le pôle alimenté en le courant le plus intense mais également les autres pôles soient ouverts et qu'il soit ainsi provoqué une interruption en bon ordre du circuit ou la mise hors circuit d'un appareil consommateur. The switching device in this case comprises an auxiliary circuit mounted in parallel with the switching contacts, of which the auxiliary contacts connected to the switching contacts are part, and a tripping magnet provided for actuating the latching device. The mode of action of this device is based on the fact that a high current, in particular a short-circuit current, overcomes the contact force acting on the switching contacts and that, therefore, the switching contacts are separated. . There is a voltage at the switching contacts which is caused by the electric arc, which arises when the switching contacts are separated. A current is thus passed through the trip current, which disengages the latching device and thus causes the complete opening of the switching contacts. When the circuit breaker is multipolar, it is also obtained, that not only the pole supplied with the most intense current but also the other poles are open and that it is thus caused an interruption in good order of the circuit or the deactivation of d a consumer device.

Lors de cette ouverture complète de tous les contacts de During this complete opening of all the contacts of

commutation, les contacts auxiliaires reliés aux contacts de commutation sont également séparés. Il est ainsi satisfait aux prescriptions portant sur la séparation des circuits. switching, the auxiliary contacts connected to the switching contacts are also separate. The requirements relating to the separation of circuits are thus met.

Par le DE 195 22 603 A1, il est en outre connu d'utiliser au lieu des contacts auxiliaires reliés aux contacts de commutation, un convertisseur d'énergie agissant sous la forme d'un détecteur de rayonnement. Celui-ci réagit au rayonnement lumineux, calorifique et/ou en haute fréquence, provenant de l'arc électrique et met ainsi à disposition une énergie auxiliaire indispensable à l'excitation d'un aimant de déclenchement. Dans ce cas aussi, les prescriptions de séparation des circuits sont satisfaites. By DE 195 22 603 A1, it is also known to use instead of the auxiliary contacts connected to the switching contacts, an energy converter acting in the form of a radiation detector. This reacts to light, heat and / or high frequency radiation from the electric arc and thus provides an auxiliary energy essential for the excitation of a trigger magnet. In this case too, the requirements for separation of circuits are satisfied.

Un autre dispositif connu par le DE 198 30 017 A 1 a également un circuit auxiliaire en parallèle aux contacts de commutation qui comporte un commutateur auxiliaire et en série avec celui-ci, des enroulements primaires de transformateurs de tension. Les commutateurs auxiliaires sont actionnés dans le même sens que les contacts de commutation par un dispositif d'entraînement du disjoncteur. Les enroulements secondaires du transformateur de tension fournissent un signal de commande à un amplificateur de commutation, qui actionne pour sa part l'aimant de déclenchement. Another device known from DE 198 30 017 A 1 also has an auxiliary circuit in parallel with the switching contacts which comprises an auxiliary switch and in series with it, primary windings of voltage transformers. The auxiliary switches are operated in the same direction as the switching contacts by a circuit breaker drive. The secondary windings of the voltage transformer supply a control signal to a switching amplifier, which in turn actuates the trip magnet.

L'invention vise à simplifier sensiblement le dispositif de commutation destiné à désencliqueter le dispositif d'encliquetage. The invention aims to significantly simplify the switching device intended to disengage the latching device.

On y parvient suivant l'invention par le fait que - le dispositif de commutation a un élément de couplage qui peut être commandé par une petite puissance et qui a une sortie séparée galvaniquement de l'entrée, l'entrée étant reliée aux contacts de commutation et la sortie à un amplificateur de commutation, - le dispositif d'encliquetage peut être commandé, au choix, par le dispositif de déclenchement ou par l'amplificateur de commutation. This is achieved according to the invention by the fact that - the switching device has a coupling element which can be controlled by a small power and which has an output galvanically separated from the input, the input being connected to the switching contacts and the output to a switching amplifier, - the latching device can be controlled, as desired, by the triggering device or by the switching amplifier.

Dans le dispositif de commutation suivant l'invention, un circuit auxiliaire est, contrairement aux dispositifs connus mentionnés précédemment, constamment en parallèle avec les contacts de commutation. In the switching device according to the invention, an auxiliary circuit is, unlike the known devices mentioned above, constantly in parallel with the switching contacts.

Cela est toutefois sans inconvénient au sens des prescriptions sur la séparation des circuits, parce que la résistance interne d'un élément de couplage du type prévu est extraordinairement grande. D'autre part, l'absence de contacts auxiliaires ou de commutateurs auxiliaires représente un avantage considérable. Par rapport à la solution mentionnée précédemment, This is, however, without disadvantage within the meaning of the requirements on circuit separation, because the internal resistance of a coupling element of the type provided is extraordinarily large. On the other hand, the absence of auxiliary contacts or auxiliary switches represents a considerable advantage. Compared to the previously mentioned solution,

ayant un convertisseur d'énergie constitué sous la forme d'un capteur de rayonnement, on fait l'économie d'avoir à loger un capteur de ce genre. having an energy converter constituted in the form of a radiation sensor, there is the economy of having to house a sensor of this kind.

Comme élément de couplage qui peut être commandé à petite énergie, on peut utiliser suivant l'invention notamment un élément de couplage optoélectronique. Les éléments de couplage de ce genre sont utilisés dans des montages de sécurité, en vue de séparer des circuits et sont donc particulièrement appropriés aux fins de la présente invention. As a coupling element which can be controlled at low energy, an optoelectronic coupling element can be used according to the invention. Coupling elements of this kind are used in safety arrangements for the purpose of separating circuits and are therefore particularly suitable for the purposes of the present invention.

Il peut être contribué à l'augmentation encore de la sécurité, par le fait que l'élément de couplage peut être commandé par un circuit déclencheur, qui comprend une capacité et un élément à valeur de seuil se trouvant à l'entrée de l'élément de couplage, la capacité pouvant être chargée par une tension appliquée aux contacts de commutation. On peut choisir ainsi un élément de couplage ou un organe de couplage ayant un seuil de commutation assez élevé, parce que le circuit de déclenchement, monté en amont, sert à obtenir une commande sûre de l'élément de couplage. Cette mesure augmente la sécurité vis-à-vis des pannes. It can be contributed to the further increase in safety, by the fact that the coupling element can be controlled by a trip circuit, which comprises a capacitance and a threshold value element located at the input of the coupling element, the capacity being able to be charged by a voltage applied to the switching contacts. It is thus possible to choose a coupling element or a coupling member having a fairly high switching threshold, because the tripping circuit, mounted upstream, serves to obtain secure control of the coupling element. This measure increases safety against breakdowns.

L'élément à valeur de seuil peut être une diode de déclenchement (DIAC). Un multivibrateur convient également aux fins de la présente invention. The threshold value element can be a trigger diode (DIAC). A multivibrator is also suitable for the purposes of the present invention.

Indépendamment de la conformation du circuit de déclenchement, la capacité associée peut être chargée au moyen d'une résistance de charge ohmique ou capacitive, ainsi que d'une diode montée en série avec elle, la résistance de charge, la diode et la capacité étant montées en parallèle aux contacts de commutation et, en outre, une diode de protection ou une diode Z étant montée au circuit série constitué de la capacité et de la diode. Ce montage de la diode empêche ensemble avec la résistance de charge de grande valeur ohmique, notamment lorsque celle-ci est une résistance de charge capacitive, l'apparition d'une tension de contact inadmissible sur les contacts de commutation ouverts. Regardless of the configuration of the trip circuit, the associated capacitance can be charged by means of an ohmic or capacitive load resistance, as well as a diode connected in series with it, the load resistance, the diode and the capacitance being mounted in parallel with the switching contacts and, in addition, a protection diode or a Z diode being mounted to the series circuit consisting of the capacitor and the diode. This assembly of the diode prevents, together with the load resistance of great ohmic value, in particular when the latter is a capacitive load resistance, the appearance of an inadmissible contact voltage on the open switching contacts.

L'invention sera explicitée d'une manière plus précise dans ce qui suit au moyen des exemples de réalisation représentés aux figures. The invention will be explained more precisely in the following by means of the exemplary embodiments shown in the figures.

La figure 1 représente sous la forme d'un schéma de circuit, un disjoncteur basse tension tripolaire ayant un dispositif de commutation destiné à détecter une séparation des contacts de commutation dans chaque pôle. FIG. 1 represents in the form of a circuit diagram, a three-pole low voltage circuit breaker having a switching device intended to detect a separation of the switching contacts in each pole.

La figure 2 montre, en représentation monopolare, un dispositif de commutation ci-dessus mentionné, dans lequel un élément de couplage Figure 2 shows, in monopolar representation, a switching device mentioned above, in which a coupling element

peut être commandé au moyen d'une diode de déclenchement. can be controlled by means of a trigger diode.

La figure 3 montre, également en représentation monopolare, un exemple de réalisation ayant un multivibrateur comme élément de commande d'un organe de couplage. FIG. 3 shows, also in monopolar representation, an exemplary embodiment having a multivibrator as the control element of a coupling member.

Un disjoncteur 1 tripolaire représenté à la figure 1 comporte dans chaque pôle, au moins un contact 2 mobile de commutation et un contact 3 fixe de commutation. Il est prévu un dispositif 4 commun d'encliquetage pour maintenir les contacts 2,3 de commutation à l'état fermé, jusqu'à ce qu'ils soient désencliquetés par actionnement du dispositif d'encliquetage au moyen d'un aimant 5 de déclenchement. L'aimant 5 de déclenchement peut être commandé par un dispositif 6 électronique de déclenchement, auquel sont envoyés, par des convertisseurs de courant ou des capteurs 7 de courant, des signaux de mesure mis à disposition dans chacun des pôles. D'une façon connue, le dispositif 6 de déclenchement calcule le retard de déclenchement correspondant à un courant qui passe et commande l'aimant 5 de déclenchement en conséquence. A three-pole circuit breaker 1 represented in FIG. 1 comprises in each pole, at least one movable switching contact 2 and a fixed switching contact 3. A common latching device 4 is provided for maintaining the switching contacts 2, 3 in the closed state, until they are disengaged by actuation of the latching device by means of a trigger magnet 5. . The trigger magnet 5 can be controlled by an electronic trigger device 6, to which are sent, by current converters or current sensors 7, measurement signals made available in each of the poles. In a known manner, the triggering device 6 calculates the triggering delay corresponding to a passing current and controls the triggering magnet 5 accordingly.

S'il passe dans le disjoncteur 1 un courant de très grande intensité comme il s'en produit pour un court-circuit, les contacts 2 et 3 ne restent pas fermés mais sont séparés par des forces provoquées par le courant. Une tension se produisant sur les contacts 2 et 3 de commutation qui coopèrent, est envoyée par une résistance 8 série, à un élément 9 de couplage à petite puissance qui peut être commandé et par la sortie duquel un amplificateur 10 de commutation peut être commandé. L'amplificateur 10 de commutation peut être un dispositif électronique autonome ou être formé en tout ou partie par le dispositif 6 de déclenchement. Si le dispositif 6 de déclenchement a, comme cela est représenté dans la figure 1, un microprocesseur pP, celui-ci peut traiter les signaux envoyés par les organes 9 de couplage et actionner l'aimant de déclenchement, au moyen d'un semiconducteur de puissance qui n'est pas représenté. Le microprocesseur uP forme ainsi ensemble avec le semiconducteur de puissance mentionné, un amplificateur de commutation à deux étages. L'aimant 5 de déclenchement peut être ainsi actionné tant par le dispositif de déclenchement que par l'amplificateur 10 de commutation. If a very high current flows through the circuit breaker 1 as it does for a short circuit, the contacts 2 and 3 do not remain closed but are separated by forces caused by the current. A voltage occurring on the cooperating switching contacts 2 and 3 is sent by a series resistor 8 to a low-power coupling element 9 which can be controlled and by the output of which a switching amplifier 10 can be controlled. The switching amplifier 10 can be a stand-alone electronic device or be formed in whole or in part by the triggering device 6. If the trigger device 6 has, as shown in FIG. 1, a pP microprocessor, this can process the signals sent by the coupling members 9 and actuate the trigger magnet, by means of a semiconductor of power which is not shown. The microprocessor uP thus forms together with the mentioned power semiconductor, a two-stage switching amplifier. The trigger magnet 5 can thus be actuated both by the trigger device and by the switching amplifier 10.

L'élément 9 de couplage est de préférence un organe de couplage optoélectronique (optocoupleur) dont la propriété essentielle consiste en ce qu'il n'y a pas entre son entrée et sa sortie de liaisons The coupling element 9 is preferably an optoelectronic coupling member (optocoupler), the essential property of which is that there are no connections between its input and its output.

conductrices directes (liaison galvanique). Il est exclus que le dispositif 6 électronique de déclenchement ou l'amplificateur 10 de commutation vienne en liaison avec le potentiel des voies de courant du disjoncteur 1. Le côté d'entrée de l'organe 9 de couplage comporte une grande résistance interne de sorte que le montage en parallèle permanent avec les contacts 2,3 de commutation n'est pas gênant et que l'on peut ainsi respecter les prescriptions de séparation des circuits. direct conductors (galvanic connection). It is excluded that the electronic tripping device 6 or the switching amplifier 10 comes in connection with the potential of the current paths of the circuit breaker 1. The input side of the coupling member 9 has a large internal resistance so that the permanent parallel mounting with the switching contacts 2,3 is not annoying and that it is thus possible to comply with the separation requirements of the circuits.

Par les modes de réalisation illustrés aux figures 2 et 3 du dispositif de commutation, on assure une réponse particulièrement sûre de l'organe 9 de couplage et du dispositif 10 de commutation. Il est prévu à cet effet dans l'exemple de réalisation suivant la figure 2 une capacité 11, qui peut être chargée au moyen d'une diode 12 et d'une résistance 13 de charge, par la tension apparaissant aux contacts 2 et 3 de commutation. La capacité 11 forme ensemble avec une diode 14 de déclenchement (Diac) un circuit à valeur de seuil de commande de l'organe 9 de couplage. Le traitement ultérieur de la grandeur de sortie de l'organe 9 de couplage et l'actionnement du dispositif 4 d'encliquetage s'effectue de la même façon que dans l'exemple de la figure 1. By the embodiments illustrated in FIGS. 2 and 3 of the switching device, a particularly safe response is provided from the coupling member 9 and from the switching device 10. To this end, provision is made in the embodiment according to FIG. 2 for a capacitor 11, which can be charged by means of a diode 12 and a charging resistor 13, by the voltage appearing at the contacts 2 and 3 of switching. The capacitor 11 forms together with a triggering diode (Diac) a circuit with a control threshold value of the coupling member 9. The subsequent processing of the output quantity of the coupling member 9 and the actuation of the latching device 4 is carried out in the same way as in the example in FIG. 1.

Dans l'autre exemple de réalisation suivant la figure 3, le circuit à valeur de seuil est formé par la capacité 11 en liaison avec un multivibrateur 15. On obtient ainsi par rapport à la diode 14 de déclenchement, une sensibilité de réponse et une sécurité aux pannes qui sont encore améliorées. In the other exemplary embodiment according to FIG. 3, the threshold value circuit is formed by the capacitor 11 in connection with a multivibrator 15. Thus, with respect to the triggering diode 14, response sensitivity and safety are obtained failures which are further improved.

Bien qu'en soi la résistance 13 de charge de grande valeur ohmique assure une sécurité au contact suffisante du disjoncteur 1 à l'état disjoncté, des mesures supplémentaires peuvent être prises. Il est montré à la figure 2 à cet effet en trait mixte, une diode 16 de protection, qui est montée en parallèle au circuit série constitué de la capacité 11 et de la diode 12. Although in itself the high resistance ohmic load resistor 13 provides safety in sufficient contact with the circuit breaker 1 in the tripped state, additional measures can be taken. To this end, a protective diode 16 is shown in FIG. 2 for this purpose, which is mounted in parallel with the series circuit consisting of the capacitor 11 and the diode 12.

Ensemble avec la résistance 13 de charge, la diode 16 de protection forme un circuit parallèle direct, dans lequel un courant alternatif peut passer pour aller aux contacts 2,3 de commutation. La diode 16 de protection améliore en même temps la sécurité de fonctionnement de la surveillance des contacts dans des réseaux sans conducteur neutre ou dans des disjoncteurs quadripolaires. Together with the load resistor 13, the protection diode 16 forms a direct parallel circuit, in which an alternating current can pass to go to the switching contacts 2,3. The protective diode 16 improves at the same time the operational safety of contact monitoring in networks without neutral conductor or in four-pole circuit breakers.

Une autre possibilité d'augmenter la sécurité au contact, consiste en le montage en parallèle direct à la capacité 11 d'une diode 17 de type Z. Another possibility of increasing contact safety consists in mounting a Z type diode 17 in direct parallel to capacity 11.

Comme variante du montage de charge de la capacité 11, il est représenté à la figure 3 l'utilisation au choix, de la résistance 12 de charge déjà mentionnée (ohmique) ou d'une résistance 18 de charge capacitive sous la forme d'un condensateur. On notera à cet effet que les contacts de commutation de disjoncteur basse tension ont une capacité propre (capacité de couplage parasite). Pour la dimension de la capacité de la résistance 18 de charge capacitive, il faut donc tenir compte de la capacité propre. As a variant of the load arrangement of the capacitor 11, it is shown in FIG. 3 the use of the choice, of the charge resistor 12 already mentioned (ohmic) or of a capacitive charge resistor 18 in the form of capacitor. It should be noted for this purpose that the low voltage circuit breaker switching contacts have their own capacity (parasitic coupling capacity). For the dimension of the capacity of the capacitive load resistor 18, it is therefore necessary to take account of the own capacity.

Les composants décrits précédemment et utilisés au choix et/ou en plus, peuvent être utilisés indépendamment du point de savoir si le déclenchement s'effectue par une diode 14 de déclenchement ou par un multivibrateur 15. La résistance 18 capacitive de charge peut donc être prévue aussi dans le montage suivant la figure 2, tandis que la diode 17 de type Z, peut être utilisée aussi dans le montage suivant la figure 3. The components described above and used as desired and / or in addition, can be used independently of whether the triggering is carried out by a triggering diode 14 or by a multivibrator 15. The capacitive load resistor 18 can therefore be provided also in the assembly according to FIG. 2, while the diode 17 of type Z, can be used also in the assembly according to FIG. 3.

A la différence des dispositifs de commutation connus mentionnés ci-dessus, le dispositif suivant l'invention ne nécessite pas de modification de construction d'un disjoncteur, puisqu'aucun contact auxiliaire, commutateur auxiliaire ou fenêtre pour des capteurs ne sont nécessaires. L'invention convient donc à la construction de disjoncteurs qui appartiennent mécaniquement dans une grande mesure à une série de constructions standards, mais qui peuvent être utilisés par le dispositif de commutation supplémentaire même pour un fonctionnement à limitation du courant. Unlike the known switching devices mentioned above, the device according to the invention does not require any modification of the construction of a circuit breaker, since no auxiliary contact, auxiliary switch or window for sensors is necessary. The invention is therefore suitable for the construction of circuit breakers which belong to a large extent mechanically to a series of standard constructions, but which can be used by the additional switching device even for operation with current limitation.

Claims

1. Electric circuit breaker (1) comprising - switching contacts (2,3) and a latching device (4) keeping them in the closed state, - a tripping device (6) for disengaging the device (4) latching when a faulty condition occurs in a current circuit containing the switching contacts (2,3), - a switching device which is connected to the cooperating switching contacts (2,3) and which is intended to detect a separation of the switching contacts (2,3) on the basis of a high current flowing through it, characterized in that - the switching device has a coupling element (9) which can be controlled by a small power and which has an output galvanically separated from the input, the input being connected to the switching contacts (2,3) and the output to a switching amplifier (10), - the latching device (4) can be controlled as desired , by the triggering device (6) t or by the switching amplifier (10).

2. Circuit breaker according to claim 1, characterized in that an optoelectronic coupling element is used as the coupling element (9).

3. Circuit breaker according to claim 1 or 2, characterized in that the coupling element (9) can be controlled by a trip circuit which comprises a capacitor (11) and a threshold value element located at the input of the coupling element (9), the capacity (11) being able

be charged by a voltage applied to the switching contacts (2,3).

4. Circuit breaker according to claim 3, characterized in that the threshold value element is a tripping diode (14).

5. Circuit breaker according to claim 3, characterized in that the threshold value element is constituted by a multivibrator (15).

6. Circuit breaker according to one of claims 3 to 5, characterized in that the capacity (11) can be charged by means of a resistor (13; 18) of ohmic or capacitive load, as well as a diode (12 ) connected in series therewith, the load resistor (13; 18), the diode (12) and the capacitor (11) being mounted in parallel with the switching contacts (2,3), and in that it is mounted in parallel to the series circuit of the capacitor (11) and the diode (12), a protective diode (16).