用于检测过载的系统和用于电线的电气差动保护设备的制作方法

本发明涉及一种用于在包含至少一个导体的电线上检测过载的系统，所述系统包含测量环形线圈、能够由旁路电流穿过并且在电线上并联连接的电流旁路支路、响应于流经所述电线的电流的增加而被控制以在过载的情形下将旁路支路直接或间接地连接到电线的致动器。

本发明还涉及一种差动电气设备，诸如差动开关、差动电路断路器或差动块，所述设备被放置在电线上。

背景技术

这种设备必须能够在诸如短路、差动故障或过载的故障的情况下断开电线。为此，它们包含固定触点和可动触点，其能在失效开始时、在机械触发锁的作用下分开。这两种触点被串联布置在两个连接端之间，这允许将所述设备串联插入到有关的电线中。

传统地，这些类型的失效由所述设备的磁保护元件、差动保护元件和热保护元件分别检测或支持，这些元件的反应时间非常不同并且在实践中对应于电线上出现的故障。

因此，在一方面，一般在要保护的电线上的短路期间发生的、电流突然且显著的上升必然导致触点的快速断开，以避免损坏连接到电路的设备。由于保护设备的磁保护元件，这是可能的。

在另一方面，在差动故障的情形下，该设备的差动保护元件被激活，并且借助于围绕导体并实现电流的总和(sum)以突出(highlight)泄漏电流的差动环形线圈来检测故障。

最终，通过热保护元件来接管过载(反映对应于过高负载的电线上的电流需求)。所述热保护元件通常采用双金属条、或者在电流过载导致的过度加热的作用下变形的双金属条的形式，并且机械地触发触点，所述触发致动促使触点断开的机械锁。

然而，此部分的热保护，在一方面因为经受蠕变(creep)的外壳而对潮湿老化敏感，在另一方面对外部环境并且特别是对灰尘的存在敏感，这促使锁的卡住(seizure)。作为结果，触发锁所需的冲程(stroke)和机械力能改变，并且特别地在锁的使用寿命期间增加，直到金属带不能确保锁的释放，并因此致使其中安装了双金属条的设备的热保护功能不起作用。

技术实现要素：

本发明建议克服此弊端，并提出一种能够检测过载、并且随着时间的过去以可靠的方式对于电线提供热保护的解决方案。

为此目的，本发明的主题是如前序部分所述的过载检测系统，其特征在于，当在过载的情形下激活致动器时，旁路支路和电线形成旁路环路，并且在于，测量环形线圈被提供用于直接地或间接地检测/测量旁路环路的旁路电流。

根据本发明，测量环形线圈和旁路环路中的一个能在另一个内接合。它们能以链接成链(chain)、一个环绕另一个并且反之亦然的方式连接。

根据本发明，所述电线可以包含单个导体，并且测量环形线圈可以由旁路支路穿过。

作为变型，所述电线可以包含几个导体，所述测量环形线圈可以是差动环形线圈，并且由所述导体穿过。

在后一种配置中，所述电线可以包含至少一个相导体和至少一个中性导体，并且所述旁路支路能连接到所述导体的至少一个。

根据变型，所述电线可以包含中性导体和三个相导体，并且旁路支路可以连接到所述导体的至少一个。

在上述两种配置中，每个导体可以包含在过载期间将旁路支路并联连接到所述导体的致动器。

根据本发明，所述致动器能经受所述电线的直接加热，能安置在所述电线中，并且由在所述电线中流动的电流穿过。

此外，根据本发明的系统可以进一步包含安置在旁路支路中的开关，并且所述致动器能致动所述开关。

所述致动器能选自：双金属条、热变率弹簧(thermo-variableratespring)、永磁体、热盘开关。

根据本发明，所述致动器可以包含双金属条，并且所述旁路支路可以包含固定触点，其上放置了双金属条的叶片，用来在过载的情况下将所述旁路支路连接到所述电线。旁路环路优选地在固定触点上打开，并且将双金属条配置成当其已经达到其触发阈值时、接触所述固定触点。

所述致动器可以包括通过所述电线间接地加热的双金属条。

为此目的，其能通过由所述电线的电流穿过的电阻绕组自身加热。

本发明还涉及一种差动电气设备，诸如差动开关、差动电路断路器或差动块。此差动电气设备被放置在电线上，并且其特征在于其包含根据本发明的检测系统。

旨在用来保护所述电线的所述导体的此差动电气设备包含保护锁、旨在用于差动保护的环形线圈、以及安装在所述导体的至少一个上并由所述保护锁和所述旨在用于差动保护的环形线圈致动的至少一对固定和移动(12、12')触点。在根据本发明的这种差动电气设备中，旨在用于差动保护的环形线圈可以对应于检测系统的测量环形线圈，并且连接到用于致动所述保护锁的设备。例如，这种致动设备能是高灵敏度继电器。

附图说明

在阅读以下描述时，本发明的其他目的、特征和优点将变得明显，所述描述参考仅通过非限制性示例的方法给出的、代表本发明优选实施例的附加草图，并且其中：

图1是根据本发明的在不存在过载时、用于检测过载的系统的示意图，

图2是示出在存在过载时的、图1的系统的视图，

图3是根据本发明的检测系统的另一变型实施例、包含在不存在过载时、用于检测过载的系统的差动电气设备的示意图，

图4是示出在存在过载时的、图3的差动电气设备的视图，

图5是根据本发明的另一变型实施例、包含在不存在过载时、用于检测过载的系统的差动电气设备的示意图，

图6是示出在存在过载时的、图5的差动电气设备的视图。

具体实施方式

根据本发明的用于检测过载的系统1、10、100包含测量环形线圈2、旁路支路4和致动器3。所述检测系统1、10、100使得可能响应于电流增加经由致动器3来检测过载，其功能是将过载的信息传输到测量环形线圈2。由于旁路支路4的存在而有利地标识该信息，所述旁路支路4在过载期间并联连接到讨论的电线n和/或p以形成旁路环路d。所述旁路环路d和测量环形线圈2彼此接合在其中，换句话说，通过测量环形线圈2来包围旁路环路d，反之亦然。

响应于流经所述电线n和/或p的电流的增加，旁路支路4能够通过致动器3而闭合或连接到监控的电线n和/或p。所述致动器3与线n和/或p热接触，并且因此对后者的发热做出反应。此反应用来闭合旁路环路d。旁路环路d的闭合使得可能转移电线n和/或p的过载的电流“i”的一部分“it”，并且通过测量环形线圈2来检测对应于过载故障的此转移。包围旁路环路d的测量环形线圈2确实检测电流差值。

在图1和2中示出的替代实施例中，测量环形线圈2包围旁路支路4。换句话说，测量环形线圈2由旁路支路穿过，使得当旁路支路4未连接到电线n和/或p时，环形线圈不测量或检测电流，并且当旁路支路因为过载而在电线n和/或p上闭合时，测量环形线圈2直接标识旁路电流“it”。

在图3至6中示出的另一变型实施例中，例如至少一个中性导体n和至少一个相导体p的两种导体经过该测量环形线圈2，并且后者是差动环形线圈。旁路支路4在测量环形线圈2的外部，并且例如在过载的情形下连接到中性导体n。此处，当旁路环路d打开时(图3和5)，环形线圈不测量或检测电流，因为中性n和相p导体的电流总和彼此抵消。当旁路环路d因为过载而闭合时(图4和图6)，测量环形线圈2间接地检测旁路电流，因为在n和p相导体的电流之间出现差值。换句话说，其间接地测量由于在电线上出现过载导致的旁路电流。

根据本发明，旁路环路d的闭合使得可能转移电线n和/或p的过载电流i”的一部分“it”，并且使得通过测量环形线圈2来检测此转移。

对电流增加敏感的致动器3可以包含双金属条、热变弹簧、永磁体、热盘开关、或者能够对由于过载导致的温度升高作出反应的任何其他设备。如图1至4中图示的，致动器3能直接地安装在电线上。其还能热连接到电线n和/或p，而不由在所述线n和/或p中流动的电流穿过。为此目的，图5和6示出了替代实施例，其中致动器3包含热连接到电线的电阻绕组7。还可以设想，使得致动器3紧邻所述电线n和/或p，以通过对流和传导来热连接到后者。

将热敏致动器3设计成维持其中旁路环路d保持打开的打开位置、到其中致动器3直接或者间接地闭合旁路支路4的闭合位置。

因此，在开关设备中，能利用检测信息，并将其传送到致动触发保护锁13用于打开其触点的设备。此传送能按照各种方式实现，例如借助于通过诸如电磁继电器14的中间设备连接到保护锁13的电子接口15，所述中间设备例如适于在过载检测的情形下控制触点的打开。在差动开关或电路断路器中，旨在用于差动保护的环形线圈因此能对应于测量环形线圈2。以下描述这种设备。

图1和2分别代表在不存在过载和存在过载时的、用于检测电线的系统1。在此实施例中，所述电线包含单个导体，即相导体p。当然，电线可能具有几个导体，并且将这些导体的全部或者仅一些连接到致动器。测量环形线圈2由旁路支路4穿过。

图1和2中示出的致动器3包含在监控的相导体p中串联安置的双金属条。测量环形线圈2由在固定触点6处打开的旁路支路4穿过，并且相导体p中的过载期间的双金属条的偏转驱动所述双金属条3和固定触点6之间的接触，并且因此驱动旁路环路d的闭合。作为结果，测量环形线圈2标识旁路电流“it”的出现。然后，此信息能穿越过电子接口15，例如到触点打开控制系统，诸如电磁继电器(未示出)。

图3和4示出了用于检测电线n和/或p的系统10，其中所述电线包含中性导体n和相导体p。这些导体一起穿过测量环形线圈2，所述测量环形线圈2实际上是差动环形线圈。图3代表不存在过载时的系统10，以及图4代表在中性导体n中的过载期间的系统10。此处的系统10还包含通过在该要保护的线中串联(此处在中性导体n中串联)连接的双金属条3构成的致动器。在此处呈现的实施例中，旁路支路4在过载的情形下连接到中性导体n的两侧，并且在测量环形线圈2的外部。旁路支路4在旁路支路4的固定触点6上打开，并且在中性导体n中的过载期间的双金属条的偏转驱动所述双金属条3和旁路支路4的固定触点6之间的接触，并且因此驱动旁路环路d的闭合。所述闭合的结果是差动环形线圈20中的电流总和不再是零值。

将此系统10集成到差动电气设备8中。图3至6中示出的差动电气设备8包含安装在每个所述导体上的并由保护锁13致动的、一对固定的11和11'以及可动的12、12'触点。有利地，测量环形线圈2还提供差动电气设备8的差动功能。因此，在出现过载时，通过双金属条3对旁路环路d的闭合促使中性导体n的电流“i”的一部分“it”的转移。如上所述，因此创建了电流不平衡，其在连接到所述保护锁13的致动设备14的测量环形线圈2的检测绕组上生成电压。换句话说，通过致动器3(也就是说双金属条3)执行过载的检测，所述致动器3闭合旁路环路d，使得测量环形线圈或差动环形线圈2标识故障。

因为双金属条3并不致动保护锁13的释放，所以提高了安全性和可靠性。实际上，致动器3的双金属带只服务用来通过与固定触点6接触来闭合旁路环路d。相比解锁保护锁13，该闭合需要更少的力和机械能，并且因此使得保护锁13的老化和污染(contamination)对于其提供的热保护功能的影响最小化。换句话说，已经转移了其用途，但是维持了其保护功能。致动器3进行检测过载和将过载信息传输到能够触发保护锁13的设备的功能。在差动电气设备的情形下，触发保护锁13的设备是通过电子接口15连接到测量环形线圈2的电磁继电器14。因此，触发保护锁13所需的能量不由致动器3传递。

图5和6示出了根据本发明的变型做出的包含用于检测过载的系统100的差动电气设备9。系统100与图3和4中示出的系统的不同之处在于，双金属条3通过电阻绕组7加热，所述电阻绕组7自身由中性导体n的电流穿过，并且在于，在过载的情形下其操作在旁路环路d中串联布置的开关5，并且在不存在过载时维持在打开位置。此电阻绕组7可以通过在围绕双金属条3的绝缘护套上螺旋缠绕的窄线或扁带(ribbon)构成。

关于图3和4中示出的差动电气设备8提到的优点适用于图5和6的此种差动电气设备9。

尽管示出的差动设备8和9的每个包含两对触点11、11'、12、12'，但本发明不限于此触点数量，并且涵盖包含仅一对触点并且还包含多于两对触点的所有变型。

还可能提供一种过载检测系统，其中致动器或双金属条3在一方面由电线直接加热，在另一方面致动在旁路环路d中安置的开关5。以相同的方式，可设想提供一种过载检测系统，其中致动器3包含双金属条3，所述双金属条3在一方面通过电阻绕组7加热，所述电阻绕组7自身由所述电线n和/或p的电流穿过，并且其次，其自身直接地闭合旁路环路d。然后，能将这种检测系统集成到差动电气装置中，以当检测过载时实现切断(cut-off)。

在描述的差动电气设备8、9中，由此过载情况下的差动电气设备8、9的打开不借助致动器或双金属条3的能量(力、行程)来直接地确保，而是由于反过来即使在极端灰尘污秽或者潮湿老化的情况下、也具有足够的能量来触发差动电气设备8的保护锁13的设备。不管使用的致动器3还是双金属条，此优点都适用。

换句话说，在本发明中，已经将过载检测功能与保护锁13的触发功能分离，并且在现有技术中执行这两个功能的致动器3在本发明中只执行检测功能，以增加触发功能的耐用性和安全性。

与现有技术不同，致动器3不直接地干预触发触点的打开的机制，这使得后者更少地取决于灰尘和潮湿老化。

引用的附图中示出的配置只是本发明的可能示例，而不以任何方式限制本发明，相反，本发明涵盖本领域技术人员能够达到的范围内的形状和设计的变型。