保护开关设备的制作方法

本发明涉及具有电子中断单元的用于低压电路的保护开关设备的。

背景技术：

1、低压是指交流电压高达1000伏或直流电压高达1500伏的电压。低压特别是指大于小电压的电压，小电压的值为50伏交流电压或120伏直流电压。

2、低压电路或低压电网或低压系统是指额定电流或标称电流直至125安培、更特别是直至63安培的电路。低压电路特别是指额定电流或标称电流直至50安培、40安培、32安培、25安培、16安培或10安培的电路。提到的电流值特别是指额定电流、标称电流或/和关断电流、即在正常情况下引导通过电路的最大电流，或者电路通常中断的电流，例如通过保护装置、诸如保护开关设备或线路保护开关或断路器中断的电流。额定电流可以进一步分级，从0.5a经过1a、2a、3a、4a、5a、6a、7a、8a、9a、10a等直至16a。

3、线路保护开关是从很久前就已知的过流保护装置，其在电气安装技术中应用在低压电路中。线路保护开关保护线路免受由电流过高和/或短路引起的发热而造成的损坏。线路保护开关可以在过载和/或短路的情况下自动关断电路。线路保护开关是一种非自动复位的保险丝元件。

4、与线路保护开关不同的是，断路器的电流被设置为大于125安培，在某些情况下也从63安培开始。因此，线路保护开关的结构更简单并且更精致。线路保护开关通常具有用于如下固定可能性，即固定在所谓的顶帽式导轨(支承导轨，din导轨，th35)上。

5、线路保护开关采用机电结构。在壳体中，它们具有用于中断(触发)电流的机械开关触点或工作电流触发器。通常，双金属保护元件或双金属元件用于在长时间过流(过流保护)或热过载(过载保护)的情况下触发(中断)。具有线圈的电磁触发器用于在超过过流界限值或在发生短路(短路保护)的情况下短时间地触发。设置一个或多个灭弧室或用于灭弧的装置。此外，设置用于要保护的电路的导体的连接元件。

6、具有电子中断单元的保护开关设备是相对较新的发展。保护开关设备具有基于半导体的电子中断单元。也就是说，低压电路的电流引导通过半导体器件或半导体开关，该半导体器件或半导体开关可以中断电流或切换为导电。具有电子中断单元的保护开关设备还通常具有机械分离触点系统，其特别是根据低压电路的相关标准具有分离特性，其中机械分离触点系统的触点串联连接到电子中断单元，即要保护的低压电路的电流既引导通过机械分离触点系统又引导通过电子中断单元。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，改进开头所述类型的保护开关设备，特别是给出用于这种保护开关设备的新的、简单的和改进的架构，或者提供用于这种保护开关设备的改进的部件。

2、上述技术问题通过具有权利要求1的特征的保护开关设备来解决。

3、根据本发明，提出一种用于保护低压电路、特别是低压交流电路的保护开关设备，该保护开关设备具有：

4、-壳体，该壳体具有用于低压电路的电网侧的接头和负载侧的接头，

5、-机械分离触点单元，其与电子中断单元串联连接，其中机械分离触点单元与负载侧的接头相关联并且电子中断单元与电网侧的接头相关联，

6、-机械分离触点单元能够通过手柄来操作，从而能够通过断开至少一个触点(或多个触点)以避免电流流动或者通过闭合至少一个触点(或多个触点)以用于低压电路中的电流流动来切换，

7、-电子中断单元能够通过基于半导体的开关元件切换到开关元件的高阻状态以避免电流流动或者切换到开关元件的低阻状态以用于低压电路中的电流流动，

8、-电流传感器单元，用于确定低压电路的电流的大小，

9、-控制单元，其与电流传感器单元、机械分离触点单元和电子中断单元连接，其中，在超过电流界限值或/和电流-时间界限值时，启动低压电路的电流流动的避免，

10、-机械分离触点单元具有手柄传感器(pos)，用于确定手柄的位置信息。

11、根据本发明，提出一种保护开关设备，其中，电子中断单元与电网侧的接头相关联，即在正常情况下持续地被馈送能量/施加电压，并且机械分离触点单元与负载侧的接头相关联，即仅对负载中断电流流动，其中保护开关设备继续被馈送能量。在此，根据本发明，执行对机械分离触点单元的手柄的位置或姿态或运动(可以根据不同的位置确定运动)的确定，也就是说，对手柄的位置信息的确定。

12、位置信息优选地仅针对保护开关设备确定，即(特别是仅)在保护开关设备内进行处理。为此，手柄传感器与控制单元连接，使得控制单元具有关于手柄的位置信息，特别是通过手柄力求的触点的闭合或断开状态。

13、在一种设计方案中，手柄的位置信息特别是在保护开关设备之外不可用。

14、这具有的优点是，在新型的保护开关设备中存在关于手柄的开关位置的信息，该信息可以用于其它功能、特别是保护开关设备的功能检查。用于保护开关设备的新型方案规定，该保护开关设备可以立即投入使用，并且在断开负载之后也可以承担通信功能和其它功能。

15、本发明的有利的设计方案在从属权利要求和实施例中给出。

16、在本发明的一个有利的设计方案中，保护开关设备被设计为，使得位置信息被用于执行保护开关设备的功能检查。特别地，根据位置信息执行检查功能。

17、这具有特别的优点，即根据手柄的开关状态(力求的断开/闭合的触点)可以执行不同的检查功能。特别地，可以执行不同时长的检查功能。因此，在针对断开的触点的手柄位置的情况下，也就是说当耗电器还没有被馈送能量时，可以执行较长时间的检查功能。在针对闭合的触点的手柄位置的情况下，优选可以执行短时间的检查功能，以便不给耗电器馈送过多的能量并且避免故障情况。因此，可以有利地执行保护开关设备本身以及所连接的耗电器的检查功能，以便提高新型保护开关设备以及低压电路的安全性。

18、在本发明的一个有利的设计方案中，保护开关设备被设计为，使得为了检查保护开关设备的功能，在机械分离触点单元的一个/多个触点断开并且电子中断单元切换为高阻的情况下(尤其利用第一电压传感器单元)确定电子中断单元上的电压的大小。在低于第一电压阈值时，存在第一故障条件，从而避免电子中断单元变为低阻或/和避免至少一个触点/多个触点的闭合。

19、第一电压阈值可以是交流电压的有效值/平均值/rms值。第一电压阈值可以是电压的瞬时值。该比较可以通过有效值或者通过时间上的瞬时值来进行。

20、这用于检查电子中断单元的“可关断性或关断状态”，即基于半导体的开关元件变为高阻或成为高阻。

21、第一电压阈值例如有利地为低压电路的额定电压或所施加的电压的5-15％，例如10％。这既适用于交流电压的有效值也适用于交流电压的瞬时值，这取决于所选择的比较类型。例如也可以在特定时间点测量交流电压的瞬时值。例如，在交流电压的瞬时值为+300v或-300v的时间点。

22、这具有特别的优点，即在电子中断单元的关断特性方面给出简单的检查。

23、在本发明的一个有利的设计方案中，保护开关设备被设计为，使得为了检查保护开关设备的功能，在机械分离触点单元的触点断开并且电子中断单元切换为高阻的情况下，电子中断单元切换到低阻状态持续第一时间段。在此，确定电子中断单元上的电压的大小。在超过第二电压阈值时，存在第二故障条件，从而避免电子中断单元进一步变为低阻或/和避免至少一个触点/多个触点的闭合。

24、第一时间段可以在几μs的范围内，例如100μs，直至几秒的范围。第一时间段原则上仅通过手动接通机械分离触点单元来限制。其例如可以在100μs至2ms的范围内，例如100μs、200μs、…1ms、2ms。当开关时间在1ms至2ms的范围内时，可以检测到电压变化。时间段也可以更大，例如直至1秒。然后可以检查，是否在电子中断处(针对“更长的时间段”)施加了大约0v的电压(电压的瞬时值或有效值)。因为机械分离触点单元的一个或多个触点断开，所以时间段仅受限于直至触点闭合的时间，即为了有意地闭合触点而运动手柄/力求一个位置。也就是说，甚至超过一秒的更长或长的测试时间也是可能的。有利地，可以通过位置传感器确定手柄运动到何时并且因此调整第一时间段。

25、第二电压阈值应小于1v。

26、这具有特别的优点，即电子中断单元可以在其“可接通性”或接通状态方面被检查。

27、在本发明的一种有利的设计方案中，在存在故障条件的情况下避免机械分离触点单元的至少一个触点或多个触点闭合。特别地，不向机械分离触点单元输出释放信号(enable)。

28、这具有如下特别的优点，即仅能接通具有能正常工作的电子中断单元的能工作的保护开关设备。因此提高了低压电路中的运行可靠性。因此确保了电子中断单元的可接通性和可关断性起作用。

29、在本发明的一个有利的设计方案中，保护开关设备被设计为，使得为了进行功能检查，在机械分离触点单元的(多个)触点闭合并且电子中断单元切换为高阻的情况下，电子中断单元切换到低阻状态持续第二时间段。在此(在低阻状态下)确定电子中断单元上的电压的大小。在超过第三电压阈值时，存在第三故障条件，该第三故障条件避免电子中断单元切换为低阻或/和启动一个/多个触点的断开。

30、第三电压阈值应该优选小于1v。第三电压阈值可以在0伏特(或大于0伏特)和小于(例如小于10％)当前施加的交流电压的瞬时值之间(特别是在监测或比较瞬时值时)。

31、第二时间段可以是短时间的。例如，第二时间段可以小于2ms或1ms，特别是例如500μs或100μs长。

32、这具有特别的优点，即在该运行状态中也能够实现对电子中断单元的可接通性的检查。

33、在本发明的一个有利的设计方案中，当在电网侧的中性导体接头和电网侧的相导体接头之间的电压的瞬时值低于第四电压阈值时，电子中断单元被切换到低阻状态。

34、第四电压阈值可以是(保护)小电压的值。例如，第四电压阈值可以为50v。

35、这具有特别的优点，即对电子中断单元在其可接通性方面的检查利用不危险的电压或在电压大小不危险的时间点进行。因此，在检查保护开关设备的同时实现了高的运行安全性。

36、在本发明的一个有利的设计方案中，保护开关设备被设计为，使得为了进行功能检查，在机械分离触点单元的(多个)触点闭合并且电子中断单元切换为低阻的情况下，确定电子中断单元上的电压的大小。在超过第五电压阈值时，存在第四故障条件，该第四故障条件启动电子中断单元变为高阻或/和启动一个/多个触点的断开。

37、第五电压阈值应小于1v。理想地，第五电压阈值取决于电流的所测量的瞬时值(以及有效值，rms值)的大小。

38、作为电压阈值的替代方案或为此，可以从所测量的电压值和所测量的电流值(例如特定时间点的瞬时值；替换地有效值或rms值)确定电子中断单元的电阻值。所确定的电阻值与第一电阻阈值比较。在超过第一电阻阈值时，存在第四故障条件，该第四故障条件启动电子中断单元变为高阻或/和启动触点的断开。

39、第一电阻阈值取决于电子中断单元、特别是基于半导体的开关元件。例如，第一电阻阈值是电子中断单元在完好的、特别是冷的状态下的电阻的两倍大。例如，其可以小于100mohm、特别是小于50mohm。

40、这具有特别的优点，即在持续运行中进行电子中断单元的检查并且在电子中断单元有故障的情况下启动低压电路中的电流流动的避免，从而存在安全的状态。

41、在本发明的一个有利的设计方案中，保护开关设备被设计为，使得为了进行功能检查，在机械分离触点单元的(多个)触点闭合并且电子中断单元切换为低阻的情况下，电子中断单元(eu)切换到高阻状态持续第三时间段。在高阻状态下，确定电子中断单元上的电压的大小。在低于第六电压阈值时，存在第五故障条件，该第五故障条件启动电子中断单元变为高阻或/和启动至少一个触点/多个触点的断开。

42、第三时间段优选应该非常短。例如，第三时间段可以小于20ms、10ms、5ms、2ms或1ms，更特别是小于500μs或100μs长(每个中间值都是可能的和公开的)。

43、由此有利的是，负载或耗电器不会如此长时间地与电网分离。

44、由此有利的是，负载或耗电器不会如此长时间地与电网分离。

45、第六电压阈值可以如第一电压阈值那样确定大小。第六电压阈值例如可以是额定电压的5-15％，例如10％。

46、第六电压阈值可以根据负载的阻抗或电阻或负载电流来确定大小，该负载电流特别是之前流过的负载电流。

47、这具有特别的优点，即在连续运行期间在电子中断单元的关断特性或可关断性方面给出简单的检查。

48、此外，可以有利地在电子中断单元内的能量吸收器或过电压保护装置的情况下也检查其工作能力。如果电流事先在低压电路中流过，则可以在变为高阻之后检查通过能量吸收器的续流电流或能量吸收器上产生的电压。如果在存在电流流动的情况下断开电子中断单元，则电压(由于线路回路中的电感)升高直至过电压保护装置的电压。因此，可以检查能量吸收器的工作能力。

49、有利地，电子中断单元变为高阻可以在电流的过零中进行。这具有特别的优点，即不会出现电流断续。此外，由于此时负载没有供电，因此测量对负载的影响较小。此外，不进行换向过程(电感电路中的电流减小)并且电子中断单元(包括能量吸收器)可以立即截止。

50、在本发明的一个有利的设计方案中，当在电网侧的中性导体接头和电网侧的相导体接头之间的电压的瞬时值超过第七电压阈值时，特别是当电压的瞬时值处于最大值时，电子中断单元被切换到高阻状态。

51、这具有特别的优点，即能量馈送的短时间中断在可供使用的能量的最大值中进行，从而影响小。此外，在最大电压下检查电子中断单元，从而可以提早识别出故障。

52、第七电压阈值例如可以大于160v、200v、240v或300v(每个中间值同样是可能的)。最大电压的瞬时值为325伏特(在230伏特电网的情况下)。

53、上述功能检查是示例，也可以使用其它功能检查，在这些功能检查中有利地分析或使用位置传感器的信息。

54、在本发明的一个有利的设计方案中，设置有电源件，该电源件与电网侧的接头连接或者能够与电网侧的接头连接。电源件与控制单元连接，以便提供能量供给。

55、这具有特别的优点，即保护开关设备在正常情况下持续地被供给能量，从而能够实现在正常情况下持续的运行。

56、在本发明的一个有利的设计方案中，电源件和电网侧的接头之间的连接具有保险丝或/和开关。

57、这具有特别的优点，即电源件或控制单元可以被关断，例如用于绝缘测量。此外，电源件或控制单元可以被保护，以便实现保护开关设备的提高的安全性以防止其它故障。

58、在本发明的一个有利的设计方案中，电网侧的接头包括电网侧的中性导体接头和电网侧的相导体接头。负载侧的接头包括负载侧的中性导体接头和负载侧的相导体接头。

59、这具有特别的优点，即给出两极的实现。

60、在本发明的一个有利的设计方案中，负载侧的中性导体接头和负载侧的相导体接头与机械分离触点单元连接。在本发明的一个有利的设计方案中，电子中断单元与电网侧的相导体接头连接。

61、这具有特别的优点，即提供机械地两极中断的和电子地单极中断的保护开关设备，其中，电子中断单元有利地布置在相导体的电流路径或相导体(电流)路径中。这降低了成本并且提供了一种可靠中断的保护开关设备，该保护开关设备技术先进并且具有简单的架构。

62、在本发明的一个有利的设计方案中，机械分离触点单元被设计为，使得手柄的位置可以与触点的姿态的位置不同、特别是经过至少一个触点的闭合或断开状态。

63、这具有特别的优点，即例如可以使用所谓的自由触发，其中可以确定和监控触点的开关状态(断开/闭合)。自由触发的特征特别在于，在已经存在故障时触点闭合是不可能的，或者手柄的闭合在故障时触点又断开(由此手柄的位置与触点的位置不同)。被锁止的手柄不锁止触点，从而触点可以随时被控制单元断开。

64、在本发明的一个有利的设计方案中，机械分离触点单元具有位置传感器，用于确定关于至少一个触点的闭合或断开状态的位置信息。

65、这具有特别的优点，即通过确定手柄的操作信息可以相应地调整或结束检查功能，因为例如可以预期触点的闭合(或断开)。此外，可以有利地确定，手柄的位置是否偏离触点的位置。特别地，例如可以识别这样粘接的触点(非断开的触点)，确定相应的信息并且执行相应的措施，例如电子中断单元变为高阻或(/和)状态的通信，例如到另一保护开关设备或上级的监控或管理系统的通信。

66、在本发明的一个有利的设计方案中，机械分离触点单元被设计为，使得一个/多个触点能够由控制单元断开，但不能闭合。

67、这具有特别的优点，即实现提高的运行安全性，因为一个/多个触点不能无意地通过控制单元闭合。

68、在本发明的一种有利的设计方案中，机械分离触点单元被设计为，使得仅在施加释放信号时才能够通过手柄闭合一个/多个触点。

69、这具有特别的优点，即在电路或保护开关设备中实现了提高的运行安全性，因为只有能正常工作的保护开关设备才能够实现一个/多个触点的(手动)闭合。

70、在本发明的一种有利的设计方案中，电子中断单元是单极的电子中断单元，该单极的电子中断单元尤其设置在相导体电流路径中。

71、这具有特别的优点，即通过单极性降低成本并且同时在布置在相导体电流路径中时能够实现对低压电路中的过电流、短路电流以及接地故障电流的监控。

72、在本发明的一个有利的设计方案中，设置第一电压传感器单元，用于确定电流路径的电子中断单元(eu)的接头上的电压的大小。

73、这具有特别的优点，即通过确定电子中断单元上的电压的大小可以有利地简单地支持电子中断单元的工作能力、尤其是切换能力的确定。由此实现了保护开关设备的提高的运行安全性，因为可以简单地确定有故障的电子中断单元并且必要时可以中断保护开关设备。

74、在本发明的一个有利的设计方案中，设置第二电压传感器单元，用于确定电网侧的接头上的电压的大小、尤其电网侧的中性导体接头和电网侧的相导体接头之间的电压的大小。

75、这具有特别的优点，即可以监控电网侧的接头的电压并且必要时在过压或欠压的情况下可以断开电路。因此，根据本发明的架构支持保护开关设备或电路中的提高的运行安全性。

76、在本发明的一个有利的设计方案中，设置与控制单元连接的显示单元。

77、这具有特别的优点，即能够实现保护开关设备的状态信息的显示。

78、在本发明的一个有利的设计方案中，设置与控制单元连接的通信单元。

79、这具有特别的优点，即能够实现状态信息与其它保护开关设备或上级管理系统的通信。

80、在本发明的一个有利的设计方案中，设置温度传感器单元，特别是用于确定电子中断单元的温度。

81、温度传感器单元可以与电子中断单元或/和控制单元连接。

82、这具有特别的优点，即提供了防止电子中断单元的基于半导体的开关元件的过热和随后的烧断的进一步保护。此外，可以实现提高的载流能力。

83、在超过至少一个温度界限值时，可以中断电流路径/相导体路径。

84、在本发明的一个有利的设计方案中，设置与控制单元连接的差电流传感器。

85、这具有特别的优点，即保护开关设备还具有故障电流监控装置(差动电流监控装置)并且因此具有另外的功能性。

86、在本发明的一个有利的设计方案中，电流传感器单元在电流路径侧设置在电网侧的相导体接头和负载侧的相导体接头之间。

87、这具有特别的优点，即通过在相导体电流路径中的布置能够实现对低压电路中的过电流、短路电流以及接地故障电流的监控。

88、在本发明的一个有利的设计方案中，低压电路是三相交流电路，并且保护开关设备具有另外的电网侧的和负载侧的相导体接头，在这些另外的电网侧的和负载侧的相导体接头之间分别设置有电子中断单元和机械分离触点单元的(多个)触点(/另外的触点)的串联电路。其它单元、如电流传感器单元、第一或/和第二电压传感器单元可以以类似的方式设置。

89、这具有特别的优点，即给出了用于三相交流电路的解决方案。

90、在本发明的一个有利的设计方案中：

91、在机械分离触点单元的(多个)触点闭合和中断单元是低阻的情况下，以及

92、-在所确定的电流超过第一电流值的情况下、尤其是超过第一电流值持续第一时间界限的情况下，电子中断单元保持高阻并且机械分离触点单元保持闭合，

93、-在所确定的电流超过第二电流值持续第二时间界限的情况下，电子中断单元变为高阻并且机械分离触点单元断开，

94、-在所确定的电流超过第三电流值的情况下，电子中断单元变为高阻并且机械分离触点单元断开。

95、这具有特别的优点，即给出了根据本发明的保护开关设备的分级的关断方案。

96、在本发明的一个有利的设计方案中，控制单元具有微控制器。

97、这具有特别的优点，即用于提高保护开关设备或待保护的低压电路的安全性的根据本发明的功能可以通过(可适配的)计算机程序产品来实现。此外，功能的改变和改进由此可以单独地加载到保护开关设备上。

98、所有的设计方案，不仅以引用权利要求1的从属形式，而且仅仅引用权利要求的各个特征或特征组合，都实现了保护开关设备的改进，尤其是保护开关设备或电路的新架构和安全性的改进，并且提供了一种用于保护开关设备的新方案。