开关装置的制作方法

专利名称：开关装置的制作方法
技术领域：
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本发明涉及一种开关装置，例如故障电流保护开关或者组合式开 关，用于断开和闭合至少一个线路，-所述开关装置具有与电网电压无 关的触发装置，具有配属于所述与电网电压无关的触发装置的触发元 件，例如触发继电器，以及具有与电网电压相关的触发装置。
这种开关装置被应用于电气技术领域特别是应用于建筑电气安装 例如家用电气安装。在出现不希望的状态，例如故障电流、过电流或 者过电压时，该开关装置应该作出响应，并且将相关电路与供电系统 分离。
背景技术：
故障电流保护开.关(剩余电流动作保护器，RCD)或者组合式开 关(剩余电流动作断路器，RCBO)将按照与电网电压无关("VI"或 者电压无关)或者与电网电压相关("VD"或者电压相关)将它们的 技术功能归类。这里，按照相关的产品规范(例如EN/IEC 61008、 61009、 61947等)，前者的全部功能即使在失去电网电压的情况下也可以被提 供(VI)，而后者的全部功能与此相反仅在供入的电网电压存在的情 况下才能被提供(VD)。
在国际专利公开WO 2006/007 608 A2中，已经公开了一种故障断 路器保护开关(FI保护开关)，除了其与电压无关的基本功能之外，它 可以包括可选择性安装的附加模块(控制-以及调节模块)，该附加模 块实现与电压相关的附加功能。为此，在FI保护开关内存在两个断路元 件，其中一个与电压无关地(永磁式触发器)和另一个与电压相关地 (工作电流触发器)作用到共同的锁扣机构。在应用附加模块和施加供电电压的情况下，与电压无关的触发器将被旁通，并且仅与电压相 关的触发器被控制。
这种开关装置的缺点在于很高的结构性开销，这是因为对于与电 压无关的触发和与电压相关的触发必须要双重存在多个组件。因为对 于这两种触发方式必须存在各自自身的触发元件，所以这尤其适于这 样的转换方式，其中未补充安装附加模块。

发明内容
本发明的任务因而在于，如此改进上述类型的开关装置，以使得 该开关装置虽然可以继续借助附加模块或是不借助附加模块运行，但 是同时具有更简单的构造。特别是，在开关装置无附加模块的运行情 况下，如果仅设置与电压无关的基本功能，那么不必设置对于纯粹与 电压无关的运行无用的组件。此外，与电压无关的常规开关装置应该 是易于调整的，以及功能可靠性在与电压相关的运行中应该被提高。
根据本发明该任务将如此解决，即与电网电压相关的触发装置包 括用于触发配属于与电网^压无关的触发装置的触发元件的设备。与 电网电压相关的触发装置此外还利用总归存在的与电网电压无关的触 发装置的触发元件。
于是，这使得可以应用选择性地包括或者不包括附加模块的开关 元件。在应用附加模块并进而利用与电压相关的扩展功能的情况下， 尽管如此也可以省略另外的触发元件。
根据一个有利实施方式，可以设置总电流互感器，其具有至少一 个初级线圈用于检测临界电流，还具有次级线圈用于向与电网电压无 关的触发元件施加触发电流。借此可以识别故障电流，并且由此可以 保证大多数之前所述的与电网电压无关的触发功能。
6与此相关可以规定，总电流互感器包括附加的三级线圈。借此可 以避免不希望的触发，特别是在瞬态过电压以及其续流的情况下。
在这里，与电网电压相关的触发装置可以被构造用于向三级线圈 供应电流。通过向三级线圈供电可以实现触发控制，这是因为在这里 在总电流互感器中将出现被升高的磁通势。这又将激活与电网电压无 关的触发装置的触发元件，例如永磁式继电器。通过这种方式，与电 网电压相关的触发装置可以触发配属于与电网电压无关的触发装置的 触发元件，例如永磁式继电器。
根据本发明的另一个实施方式，与电网电压相关的触发装置可以 连接在次级线圈与触发元件之间。在这里，特别是在总电流互感器与 触发继电器之间连接有被动式触发电子设备，并且如果可能，该被动 式触发电子设备将连同与电网电压相关的触发装置一起被整合成一个 组件，尤其是可以被组合在一个模块内。
与此相关可以规定，与电网电压相关的触发装置被构造用于向触 发元件供应电流。这种方式有k样的优点，即与电网电压相关的触发 装置可以直接作用于配属于与电网电压无关的触发装置的触发元件的 触发。
在优选构造方式中，与电网电压相关的触发装置可以以被整合至 功能组的模块的形式来构造。这样就可以通过特别简单的方式实现， 具有或不具有与电网电压相关的功能的各种实施方式。在这里，根据 一个变形实施方式，该模块可以固定布置在开关装置内。另选地，根 据另一个变形实施方式可以将该模块以可拆除的方式实施，并且将该 模块构造为最好可通过插入式接触再次布置在开关装置上。在后一种 实施方式中，与电网电压相关的功能也可以在之后被加装。
根据有利方式，与电网电压相关的触发装置可以在在至少一个线路中施加供电电压的情况下被激活。这种方式有这样的优点，即可以 自动地实现从与电压无关的运行方式到与电压相关的运行方式的转换 (或者反之)。
优选可以规定，在至少一个线路中出现超过预定的电压阈值的情 况下，与电网电压相关的触发装置被激活。于是，当与电网电压相关 的触发装置的全部功能性都被保证时，才被转换到与电压相关的运行
方式。在这里，预定的阈值可以处于30V和100V之间、优选处于50V和 80V之间。这样就可以保证，在施加对于人危险的接触电压时，就已经 提供了与电网电压相关的触发装置的高度可靠性。
按照有利方式，与电网电压相关的触发装置可以在至少一个线路 中出现低于可预定的电压阈值的情况下被停用。在这里，开关装置的 运行方式类似于纯粹的与电网电压无关的开关器件，以便任何时候都 可以保证开关装置的可靠的功能。
在本发明的其他实施方式中，可以设有优选与电网电压无关的延 迟电路，该延迟电路使得与电网电扭相关的触发装置在其激活之后的 预定时间段内，优选1毫秒至100毫秒内，不起作用。借此，特别是与 电网电压相关的触发装置在激活直至提供其完整功能性的过程所需的 时间将被旁通。借此，在该时间段内可以可靠避免错误触发，所述错 误触发可能是因尚未具备完整功能范围的与电网电压相关的触发单元 所导致。
与此相关可以规定，延迟电路在可预定的时间段期间旁通与电网 电压相关的触发装置。与电网电压相关的触发装置可以借此以特别简 单的方式被处理得不起作用。


将参考示例性示出实施方式的附图来进一步描述本发明。图中图l示出根据已知现有技术的具有三级线圈的故障电流保护开关； 图2示出根据本发明的故障电流保护开关的第一实施方式； 图3示出根据已知现有技术的具有功率增大的被动式配线的故障 电流保护开关；
图4示出根据本发明的故障电流保护开关的第二实施方式；
图5a示出根据本发明第一实施方式的附加模块的细节图，其具有 被集成的与电网电压无关的电子设备；
图5b示出根据本发明第二实施方式的附加模块的细节图，其具有 被集成的与电网电压无关的电子设备；
图5c示出根据本发明第一实施方式的附加模块的细节图，其具有 独立的与电网电压无关的电子设备；
图5d示出根据本发明第二实施方式的附加模块的细节图，其具有 独立的与电网电压无关的电子设备。
具体实施例方式
图l示出已知的故障电流保护开关，其包括四个线路(即外侧导 线L!、 L2、 L3以及中性线N)、总电流互感器l、次级线圈2、三级线圈 6、以及被构造为永磁式触发继电器3形式'的触发元件。触发继电器3与 锁扣机构4连接，锁扣机构4又将作用到主触点5。当在线路L" L2、 L3 或者N之一中出现故障电流时，在次级线圈2中将感生出电压，于是与 次级线圈2连接的永磁式触发继电器3将作出响应，并且通过锁扣机构4 导致保护开关的触发，并进而导致主触点5的分离。
与电压无关的开关元件如FI开关通过总电流互感器1直接从故障 电流的能量中获取它的触发能量。出于这种触发电路的高灵敏性的原 因，始终都存在出现不期望的触发的可能性，例如在出现瞬态过电压 以及其续流的情况下。这种不期望出现的现象例如将在特殊的附加线 圈的情况下被阻碍，例如在图1所示的总电流互感器1的三级线圈6的情 况下被阻碍，三级线圈6在高故障电流幅值的情况下经由两个反并联的 二极管7将磁场能量从总电流互感器1传递到该附加线圈6。于是，向耦合于次级侧的触发元件(在所示情况下向永磁式触发继电器3)的能量 传递将被降低，于是该触发元件将不会作出响应。
在根据本发明的第一实施方式中，如图2所示，三级线圈6被用于
连接附加模块9a，用以引起与电网电压相关的触发。这种在总电流互感 器l中控制磁通的原理将被应用于本发明，以便通过三级线圈6的高欧 姆或者低欧姆性的负载实现用于与电压无关或者与电压相关的应用情 况的触发控制。这里，仅需要触发继电器，即永磁式触发继电器3。在 与电压无关的运行(VI)情况下，模块9a的模块输入端是高欧姆性的， 以致模块9a对VI触发电路不产生影响。在模块9a上存在最小电压的情况 下，上述输入端是低欧姆性的。存在的差动电流将在三级线圈6内感生 出电流，该电流将在模块9a (AD转换器数模转换器)中被处理并被 采集。在超过可预定的阈值时，在模块9a内将生成测试电流，并将其输 入三级线圈6。由于三级线圈的数量很大(例如20到200之间，优选50 至120之间，尤其是80)，所以在总电流互感器l中通过这种被提高的 安匝数将感生出被升高的磁通势，该磁通势通过次级线圈2在次级回路 中激活永磁式继电器3。和与电网电压无关的应用方式不同，对永磁式 继电器3的控制将借助被提高的能量来实现(^界限情况下直到总电流 互感器材料饱和为止)，所述被提高的能量可以改善该继电器3的触发 可靠性。
通过向三级线圈6供应测试电压，也可以通过与电网电压相关的触 发装置9控制永磁式继电器3，进而引发FI开关的触发，为此不需要自身 的与电网电压相关的触发元件。
除了图1所示的FI保护开关之外，还将应用如图3所示的已知的触 发回路。在这里，在总电流互感器1与触发继电器3之间布置被动触发 电子设备8，以便实现可靠触发或者说能够执行触发的有目的的延迟。 对于后者例如参见在规范中定义的特征"S"。永磁式触发继电器3也 在这里作为与电网电压无关的触发元件，其可以操作锁扣机构4。在这里根据本发明规定，布置与电网电压相关的触发装置，并且 这样构造其，以使得该触发装置可以触发配属于与电网电压无关的触 发装置的触发元件，即永磁式继电器3。因为这里在这种情况下未设有 三级线圈，所以根据本发明第二实施方式规定，与电网电压相关的功 能的关联是通过模块部分9b实现的，模块部分9b可以集成被动式触发
电子设备8 (参见图4)。在这里，模块9b可以直接作用于永磁式幾电 器3并且通过其引发FI开关的触发。
可以规定，将与电网电压相关的附加功能整合在可选择性布置的 或者可以再次拆除的附加模块ll内。若没有这种附加模块ll， FI开关运 行方式类似于传统的以纯粹与电压无关的方式构造的开关。如果其内 应用了附加模块ll，那么它将被补充以与电网电压相关的附加功能， 该附加功能是来自组件9a (图2)或者9b (图4)的。为了在应用附加模 块ll的情况下也确保与电压无关的功能，可以根据一个有利变形实施 方式例如在该模块11内以功能方式集成与电网电压无关的VI触发电子 设备(例如参见图5b、细节图8b)，以使得在这种情况下模块ll可以 包括与电网电压无关(VI)的以及与电网电压相关'(VD)的功能。
用于与电网电压相关(VD)和用于与电网电压无关(VI)的触发 的这两个功能组可以在两个模块部分中以空间隔开的方式布置。在这 里，与电网电压无关(VI)的功能将被整合在模块部分9a-l或者9b-l内， 而与电网电压相关(VD)的功能将被整合在模块部分9a-2或者9b-2内。
下面将阐述图4所示实施例的与电网电压相关的触发功能由总电 流互感器l生成的故障电流信号将由模块ll内的电子设备9b处理并采 集。在超过可预定的阈值时，在模块U内将生成测试电流，并将其输 出到触发继电器3。在模块ll的输出端出现的信号具有更高的功率，该 功率大于在VI运行方式中由触发电子设备8b或者8d提供的触发信号的 功率。于是，在VD运行方式中，感生耦合的触发继电器3的触发可靠性
11将被提高。
用于在这种混合模块(VIVD)中激活VD功能的最小供电电压值 处于30V-100V的范围、优选处于50V至80V的范围。
附加地，可以将其他一些功能集成到开关装置内或者模块ll内。 例如，可以实现内部温度采集，采集温度过载，其可以关于在模块ll 内所应用的电子构件的温度可靠性评估而被继续处理。例如在温度过 载情况下设备可以被关闭。特别是可以通过交换不同的模块型号满足 不同的保护要求，与此同时与电压无关的基本功能将通过自身的基本 开关来提供。
这里对于所有型号的模块共同在VD模式中实现附加功能的可能
性是
- 触发故障电流的阈值的可设定性(例如ID在0.5IDn到大约 0.95IDn之间)；
- 触发延迟的可设定性；
- 用于探测过电压和/或欠电压的电压上限值和/姚电压下限值 的可设定性-，
- 故障电流的功率因数的确定；
- 通过红外线、可视发光二极管、无线电等的向外通信信道；
- 用于交换程序代码、参数等的数据接口。
在本发明的一个改进实施方式中，还可以进一步改进开关装置的 功能可靠性。因为从接通开关设备直到模块ll的全部功能范围的准备 就绪需要一段有限的时间(即便仅为毫秒级)，可以想到的是，瞬时 冲击电流的出现与FI保护开关的不希望的触发相联合。这种瞬时冲击电 流可能会因为接通感应性负载而出现。所以期望在该时间段期间避免 如此引发的不期望的触发。在根据本发明的开关装置情况下可以因而 规定，模块ll的功能通过一种延迟电路开旁通，直到模块ll根据其配置可以避免这些不期望的触发为止。在这里，这种与电网电压无关的
延迟电路或者可以集成到模块ll内(参见图5a和5b)或者也可以被实现 为独立的、与模块ll连接的电路(参见图5c和5d)。
这种旁通例如可以以下述方式来实现在根据图4和5b的该实施例 中，在与电网电压无关的VI运行方式中，模块部分9b的输入端是高欧 姆性的，以使得电子设备8的功能是激活的。在供电电压的阈值被超过 时，与电网电压无关的VI功能过渡到与电网电压相关的VD功能。在这 里，与电网电压相关的模块部分9b的输入端变成低欧姆性，并且进而 旁通触发电子设备9b。
在根据图2和5a的实施例中的旁通的实施方式可以以相应的方式 完成。
如果设有触发回路，其要求功率增大的被动式配线(如在图3中以 细节S表示)，那么其可以与附加的延迟电路组合(参见图5b和5d、细 节8b和8d)。根据本发明的其他实施方式仅具有所述特征的一部分， 其中可以规定各个特征组合、尤其是来自所述不同实施方式^各个特 征的组合。
权利要求
1. 开关装置，例如故障电流保护开关或者组合式开关，用于断开和闭合至少一个线路(L1、L2、L3、N)，所述开关装置具有与电网电压无关的触发装置(2)，具有配属于所述与电网电压无关的触发装置的触发元件(3)，例如触发继电器，以及具有与电网电压相关的触发装置(9)，其特征在于，所述与电网电压相关的触发装置(9)包括用于触发所述配属于所述与电网电压无关的触发装置(2)的触发元件(3)的设备。
2. 根据权利要求l所述的开关装置，其特征在于，设有总电流互 感器(1),所述总电流互感器具有至少一个初级线圈，用于检测临界 电流，并且具有次级线圈(2)，用于向所述与电网电压无关的触发元 件(3)施加以触发电流。
3. 根据权利要求2所述的开关装置，其特征在于，所述总电流互 感器(.1)包括附加的三级线圈(6)。
4. 根据权利要求3所述的开关装置，其特征在于，所述与电网电 压相关的触发装置(9)被构造用于向所述三级线圈(6)供应电流。
5. 根据权利要求2所述的开关装置，其特征在于，所述与电网电 压相关的触发装置(9)被连接在次级线圈(2)与触发元件(3)之间。
6. 根据权利要求5所述的开关装置，其特征在于，所述与电网电 压相关的触发装置(9)被构造用于向所述触发元件(3)供应电流。
7. 根据前述权利要求之一所述的开关装置，其特征在于，所述与 电网电压相关的触发装置(9)以被整合至功能组的模块(9)的形式 来构造。
8. 根据前述权利要求之一所述的幵关装置，其特征在于，所述与电网电压相关的触发装置(9)在所述至少一个线路(L,、 L2、 L3、 N) 中施加供电电压的情况下被激活。
9. 根据权利要求1至7之一所述的开关装置，其特征在于，所述与 电网电压相关的触发装置(9)在所述至少一个线路(L" L2、 L3、 N) 中出现超过可预定的电压的阈值的情况下被激活。
10. 根据权利要求9所述的开关装置，其特征在于，所述可预定的 阈值处于30和100V之间，优选处于50和80V之间。
11. 根据权利要求9或10所述的开关装置，其特征在于，所述与电 网电压相关的触发装置(9)在所述至少一个线路("、L2、 L3、 N)中出 现低于所述可预定的电压阈值的情况下被停用。
12. 根据权利要求8至11之一所述的开关装置，其特征在于，设有 优选与电网电压无关的延迟电路(8a、 8b、 8c、 8d)，所述延迟电路使 得所述与电网电压相关的触发装置(9)在其激活之后的可预定的时间 段期间，优选在1至100毫秒期间，不起作用。
13. 根据权利要求12所述的开关装置，其特征在于，所述延迟电 路(8a、 8b、 8c、 8d)在所述可预定的时间段期间旁通所述与电网电压 相关的触发装置(9)。
14. 根据前述权利要求之一所述的开关装置，其中，所述与电网 电压无关的触发装置(2)包括与电网电压无关的触发电子设备(8b)， 并且其中，所述与电网电压相关的触发装置(9)包括与电网电压相关 的电子设备(9b)，其特征在于，从所述与电网电压相关的电子设备(9b)发送到所述触发元件(3)的触发信号的功率大于由所述与电网电压无关的触发电子设备(8b)提供的触发信号的功率。
15.根据前述权利要求之一所述的开关装置，其特征在于，所述 与电网电压相关的触发装置(9)被构造用于在可预定的范围内调整触 发故障电流的阈值。
全文摘要
在一种开关装置，例如故障电流保护开关或者组合式开关中，用于断开和闭合至少一个线路(L₁、L₂、L₃、N)，所述开关装置具有与电网电压无关的触发装置(2)，具有配属于所述与电网电压无关的触发装置的触发元件(3)，例如触发继电器，以及具有与电网电压相关的触发装置(9)，为了简化结构、减少所需的组件以及简化可调整性并提高功能可靠性而建议，与电网电压相关的触发装置(9)包括用于触发配属于与电网电压无关的触发装置(2)的触发元件(3)的设备。
文档编号H02H3/10GK101427339SQ200780014100
公开日2009年5月6日 申请日期2007年3月21日 优先权日2006年4月20日
发明者格哈德·多布施, 米夏埃尔·巴尔托涅克 申请人:穆勒建筑物自动化有限公司