用于電保護(hù)裝置的電路裝置制造方法
【專利摘要】用于電保護(hù)裝置的電路裝置。本發(fā)明涉及用于電保護(hù)裝置的電路裝置（10），具有：電線路（12）、電磁分離裝置（16）、開關(guān)裝置（T1）、控制裝置（18），所述電磁分離裝置被構(gòu)造用于在施加電壓（U）時使電線路（12）電分離，所述開關(guān)裝置被構(gòu)造用于，根據(jù)觸發(fā)信號（trig）將電壓（U）施加到所述電磁分離裝置（16）上，所述控制裝置用于檢測所述電線路（12）中/上的故障電流和/或電弧的存在并且用于在故障電流和/或電弧存在的情況下產(chǎn)生用于所述開關(guān)裝置（T1）的觸發(fā)信號（trig），其中所述控制裝置（18）被構(gòu)造用于，檢測所述電壓（U）的過零點并且根據(jù)所檢測到的過零點產(chǎn)生用于所述開關(guān)裝置（T1）的觸發(fā)信號（trig）。
【專利說明】用于電保護(hù)裝置的電路裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電保護(hù)裝置的電路裝置。此外，本發(fā)明涉及一種用于運行電保護(hù)裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電氣安裝系統(tǒng)中通常使用電保護(hù)裝置。電保護(hù)裝置的例子是故障電流保護(hù)裝置和通過故障電弧保護(hù)電設(shè)施免受損壞的故障電弧保護(hù)裝置，借助所述故障電流保護(hù)裝置可以防止故障電流接地。保護(hù)裝置通常需要具有模擬和/或數(shù)字部件的電路裝置，借助所述電路裝置可以檢測故障電流或電弧。此外，借助這種電路裝置可以輸出用于操控分離裝置的觸發(fā)信號，所述觸發(fā)信號引起，在其中識別出故障的安裝系統(tǒng)的電路或電線路與電供給裝置電分離。
[0003]如果存在故障電流或電弧，則需要機電耦合，借助所述機電耦合，電路或線路可以與供給裝置分離。非常成本有利的解決方案可以根據(jù)動圈(Tauchspule)原理通過電磁分離裝置來實現(xiàn)。這種電磁分離裝置具有線圈，借助所述線圈可以使推桿運動。通過推桿的運動，可以使電接觸部打開。在此，必須借助線圈提供足夠高的電磁力，以便電接觸部可以與推桿分離。線圈通常與電壓連接。因為在電系統(tǒng)中，提供在50V至400V范圍內(nèi)的供給電壓來運行各個部件，所以一方面必須確保，電磁分離裝置在低電壓的情況下也提供足夠的力以用于打開接觸部。另一方面，電磁分離裝置在高電壓的情況下也不允許受損壞。
[0004]為了滿足這兩個要求，目前為止遵循三種不同的解決方案。一方面，可以提供也可以用于高電壓的線圈。為了使線圈在在此出現(xiàn)的高能量或功率的情況下也不受損壞，需要大量的繞組和相應(yīng)的金屬絲橫截面。另一種可能性在于，使用被設(shè)計用于較低電壓的線圈，并且借助電壓調(diào)節(jié)器限制線圈中的電功率。最后，可以使用電磁分離裝置，所述電磁分離裝置在很低的電功率情況下觸發(fā)。為此，例如可以使用磁開關(guān)。所有描述的實施方式需要電保護(hù)裝置中附加的結(jié)構(gòu)空間并且造成附加的費用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的任務(wù)是，提供一開始所述類型的電路裝置，借助其可以更簡單和更成本有利地運行保護(hù)裝置。
[0006]所述任務(wù)通過一種具有權(quán)利要求1所述的特征的電路裝置并且通過一種具有權(quán)利要求8所述的特征的方法解決。本發(fā)明的有利改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中說明。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的、用于電保護(hù)裝置的電路裝置包括電線路、電磁分離裝置、開關(guān)裝置、控制裝置，所述電磁分離裝置被構(gòu)造用于在施加電壓時使電線路電分離，所述開關(guān)裝置被構(gòu)造用于根據(jù)觸發(fā)信號將電壓施加到電磁分離裝置上，所述控制裝置用于檢測電線路中/上的故障電流和/或電弧的存在并且用于在故障電流和/或電弧存在的情況下產(chǎn)生用于開關(guān)裝置的觸發(fā)信號，其中控制裝置被構(gòu)造用于，檢測電壓的過零點并且根據(jù)所檢測的過零點產(chǎn)生用于開關(guān)裝置的觸發(fā)信號。[0008]電路裝置可以被用于故障電流保護(hù)裝置和/或故障電弧保護(hù)裝置。電路裝置可以設(shè)置在電保護(hù)裝置的殼體中。電路裝置包括至少一個電線路，在所述電線路上可以施加電壓，尤其是交流電壓。電路裝置還可以用在多相系統(tǒng)中。此外，電路裝置包括保護(hù)裝置的電磁分離裝置，所述電磁分離裝置可以根據(jù)動圈原理來構(gòu)造。電磁分離裝置的接線端子可以與電線路連接。為了運行電磁分離裝置，可以給該電磁分離裝置供給電壓。為此，可以使用例如被構(gòu)造為晶閘管的開關(guān)裝置，借助該開關(guān)裝置電磁分離裝置可以與電線路和附加的地線連接。在電磁分離裝置與線路和地線連接之后，在它們的接線柱上施加電壓。這引起電流流過電磁分離裝置的線圈。由于線圈的電磁力，使電磁分離裝置的可運動的推桿運動。通過推桿的運動，可以分離電線路的接觸部。
[0009]此外，所述電路裝置包括控制裝置，所述控制裝置被構(gòu)造用于，檢測電線路中/上的或者與電線路連接的線路中的故障電流和/或電弧。替代于此地，控制裝置可以接收外部的檢測裝置的信號，借助所述外部的檢測裝置檢測故障電流和/或電弧。如果檢測到故障電流和/或電弧，則控制裝置可以向開關(guān)裝置輸出觸發(fā)信號，由于所述觸發(fā)信號，開關(guān)裝置將電壓施加到電磁分離裝置上。通過將電壓施加到電磁分離裝置上，電磁分離裝置被激活并且將電線路分離。
[0010]如果電磁分離裝置或其線圈在任意時刻與電壓連接，則電流一直流過線圈，直至電壓達(dá)到下一過零點為止。這意味著，電流最大在半波的持續(xù)時間上流過線圈?？刂蒲b置附加地被構(gòu)造用于，檢測電壓的過零點并且根據(jù)檢測到的過零點來操控開關(guān)裝置。由此可以調(diào)節(jié)和降低線圈的能量吸收。這使得能夠使用具有線圈的電磁分離裝置，所述線圈具有更少數(shù)量的繞組和/或更小的金屬絲橫截面。因此可以節(jié)省成本和結(jié)構(gòu)空間。
[0011]控制裝置優(yōu)選地被構(gòu)造用于，時間上在所檢測的過零點之后的預(yù)先確定的持續(xù)時間之后產(chǎn)生用于開關(guān)裝置的觸發(fā)信號。由此電流流動的持續(xù)時間可以通過電磁分離裝置的線圈被準(zhǔn)確匹配。
[0012]在另一個擴展方案中，控制裝置被構(gòu)造用于，時間上在預(yù)先規(guī)定的下限閾值之后并且在預(yù)先規(guī)定的上限閾值之前產(chǎn)生用于開關(guān)裝置的觸發(fā)信號持續(xù)所檢測的過零點之后的所述持續(xù)時間。因此換言之，預(yù)先規(guī)定一時間間隔，在所述時間間隔中控制裝置操控開關(guān)裝置。閾值可以保存在控制裝置的存儲器中。因此，可以特別精確地操控電保護(hù)裝置的電磁分離裝置。
[0013]此外有利的是，控制裝置被構(gòu)造用于根據(jù)電磁分離裝置的當(dāng)前運行溫度來確定預(yù)先規(guī)定的下限閾值?？刂蒲b置可以與溫度傳感器連接，所述溫度傳感器與電磁分離裝置耦合。由此可以特別可靠地操控電磁分離裝置。
[0014]在一種實施方式中，控制裝置被構(gòu)造用于，根據(jù)電磁分離裝置的觸發(fā)時間產(chǎn)生用于開關(guān)裝置的觸發(fā)信號。觸發(fā)時間對應(yīng)于在電磁分離裝置與電壓連接的時刻和直至電線路借助電磁分離裝置被電分離的時刻之間的持續(xù)時間。通過考慮分離裝置的觸發(fā)時間，可以保證電保護(hù)裝置的可靠運行。
[0015]在一種擴展方案中，控制裝置被構(gòu)造用于，根據(jù)電壓的平均值和/或有效值求取過零點。附加地，可以在借助控制裝置檢測之前對電壓整流。控制裝置可以具有模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器與計算裝置連接。因此可以通過簡單的方式確定電壓的過零點。[0016]在另一種實施方式中，分壓器連接在控制裝置和電線路之間。因此可以實現(xiàn)，電壓的僅僅一個分壓落在控制裝置上。其振幅可以是電壓振幅的僅僅百分之幾的這種分壓可以簡單地借助控制裝置中的計算裝置或通常的電子部件被檢測。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的用于運行電保護(hù)裝置的方法包括提供電線路、提供被構(gòu)造用于在施加電壓時電分離電線路的電磁分離裝置、提供被構(gòu)造用于根據(jù)觸發(fā)信號將電壓施加到電磁分離裝置上的開關(guān)裝置、借助控制裝置檢測電線路中/上的故障電流和/或電弧的存在、在故障電流和/或電弧存在的情況下借助控制裝置產(chǎn)生用于開關(guān)裝置的觸發(fā)信號、借助控制裝置檢測電壓的過零點以及借助控制裝置根據(jù)所檢測的過零點產(chǎn)生用于開關(guān)裝置的觸發(fā)信號。
[0018]先前與根據(jù)本發(fā)明的電路裝置關(guān)聯(lián)地描述的優(yōu)點和改進(jìn)方案可以以相同的方式轉(zhuǎn)移到根據(jù)本發(fā)明的方法上。
[0019]優(yōu)選地，時間上在預(yù)先規(guī)定的下限閾值之后并且在預(yù)先規(guī)定的上限閾值之前借助控制裝置產(chǎn)生用于開關(guān)裝置的觸發(fā)信號持續(xù)所檢測的過零點之后的所述持續(xù)時間。
[0020]在一種實施方式中，預(yù)先規(guī)定的上限閾值通過電磁分離裝置上的靜態(tài)和動態(tài)的力測量來求取，在所述預(yù)先規(guī)定的上限閾值之前產(chǎn)生用于開關(guān)裝置的觸發(fā)信號。在設(shè)計電路裝置時可以執(zhí)行電磁分離裝置上的相應(yīng)測量。由此可以可靠地確定電磁分離裝置的觸發(fā)時間。
[0021]在另一種實施方式中，預(yù)先規(guī)定的下限閾值根據(jù)在電磁分離裝置上執(zhí)行的計算和/或負(fù)載測試來求取，在所述預(yù)先規(guī)定的下限閾值之后產(chǎn)生用于開關(guān)裝置的觸發(fā)信號。在此，還可以考慮電壓振幅的不同值或溫度影響。由此可以根據(jù)周圍環(huán)境條件特別可靠地運行電磁分離裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]現(xiàn)在根據(jù)附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明。在此，唯一的圖以示意性的圖示示出電路裝置。
[0023]隨后詳細(xì)描述的實施例是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
【具體實施方式】
[0024]附圖示出用于電保護(hù)裝置的電路裝置10的示意圖。這種電保護(hù)裝置可以是故障電流保護(hù)裝置(Residual Current Detector:剩余電流探測器，RCD)或故障電弧保護(hù)裝置(Arc Fault Detection Device:電弧故障探測裝置，AFDD)。電路裝置10具有第一電線路12和第二電線路14。電線路12、14與在此未示出的電供給裝置——例如與能量供給網(wǎng)絡(luò)一連接。在兩個電線路12、14之間施加電壓U、尤其是交流電壓。在此，第二電線路與地接線端子20連接。
[0025]此外，電路裝置10具有電磁分離裝置16，所述電磁分離裝置具有線圈LI和在此未示出的推桿。電磁分離裝置16是根據(jù)動圈原理建立的。如果用電流流經(jīng)線圈LI，則使推桿運動并且電線路12中的相應(yīng)接觸部被打開。因此，電線路12與供給裝置或電壓U電分離。
[0026]此外，電路裝置10具有開關(guān)裝置Tl。開關(guān)裝置Tl例如可以被構(gòu)造為晶閘管。兩個電線路12和14可以借助開關(guān)裝置Tl連接。這引起，電流流過線圈LI并且電線路12被分離。此外，設(shè)置第一二極管D1，該第一二極管與線圈LI串聯(lián)連接。借助二極管Dl可以對流過線圈LI的電流整流。在截止方向上與線圈LI并行的第二二極管D2阻止由于電流流入到線圈LI中而形成過電壓。
[0027]此外，電路裝置10具有控制裝置18。借助控制裝置18，可以根據(jù)應(yīng)用情形檢測電線路12、14中的故障電流或電弧。為了檢測故障電流或為了識別出電弧，還可以設(shè)置外部的檢測裝置，所述外部的檢測裝置在故障電流或電弧存在的情況下向控制裝置18傳送相應(yīng)的信號。如果確認(rèn)故障電流和/或電弧，則借助控制裝置18輸出觸發(fā)信號trig。該觸發(fā)信號trig被傳輸給開關(guān)裝置Tl。在接收觸發(fā)信號trig之后，關(guān)閉開關(guān)裝置18，由此在線圈LI處施加電壓U并且線圈LI由電流流過。這引起，推桿運動并且電線路12被隔開。如果開關(guān)裝置Tl被構(gòu)造為晶閘管，則控制信號trig可以作為電流或電流脈沖傳輸給晶閘管的柵極接線端子，由此晶閘管被點燃并且切換到導(dǎo)通方向上。
[0028]控制裝置18在本實施例中與電線路12連接。這使得能夠借助控制裝置18監(jiān)視電壓U。為此目的，經(jīng)由分壓器22連接控制裝置18。分壓器22包括兩個串聯(lián)連接的電阻Rl和R2。通過兩個電阻Rl和R2的串聯(lián)電路，電功率可以相應(yīng)地分配到這兩個電阻Rl和R2上。替代電阻Rl和R2，還可以使用僅僅一個電阻。此外，分壓器22包括與電阻Rl和R2串聯(lián)的電阻R3。通過分壓器22，電壓U或通過二極管Dl整流的電壓的僅僅一個分壓被傳輸給控制裝置18。例如可以如此選擇電阻，使得電壓U的振幅的0.5%的分壓落在控制裝置18上。
[0029]控制裝置18被構(gòu)造用于檢測電壓U的過零點。為此，控制裝置18具有模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，借助所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以將電壓U的分壓數(shù)字化。此外，控制裝置18可以具有微控制器、ASIC或比較器形式的計算裝置，借助所述計算裝置，根據(jù)落在控制裝置18上的分壓的平均值或有效值確定電壓U的過零點。
[0030]如果電磁分離裝置16或線圈LI在任意時刻與電壓U連接，則電流一直流過線圈LI，直至電壓U達(dá)到下一個過 零點為止。這意味著，電流最大在半波的持續(xù)時間上流過線圈LI。半波的持續(xù)時間在具有50Hz頻率的電壓U的情況下是10ms。根據(jù)周期持續(xù)時間T、電壓U、角頻率ω、時間t和線圈LI的電阻&，可以計算在此形成的最大能量吸收Emax:
【權(quán)利要求】
1.用于電保護(hù)裝置的電路裝置(10)，具有: -電線路(12)， -電磁分離裝置(16)，所述電磁分離裝置被構(gòu)造用于，在施加電壓(U)時使電線路(12)電分離， -開關(guān)裝置(Tl)，所述開關(guān)裝置被構(gòu)造用于，根據(jù)觸發(fā)信號(trig)將所述電壓(U)施加到所述電磁分離裝置(16 )上， -控制裝置(18 )，所述控制裝置用于檢測所述電線路(12 )中/上的故障電流和/或電弧的存在并且用于在故障電流和/或電弧存在的情況下產(chǎn)生用于所述開關(guān)裝置(Tl)的觸發(fā)信號(trig)， 其特征在于， -所述控制裝置(18)被構(gòu)造用于，檢測所述電壓(U)的過零點并且根據(jù)所檢測的過零點產(chǎn)生用于所述開關(guān)裝置(Tl)的觸發(fā)信號(trig)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置(10)，其特征在于，所述控制裝置(18)被構(gòu)造用于，時間上在所檢測的過零點之后的預(yù)先確定的持續(xù)時間之后產(chǎn)生用于所述開關(guān)裝置(Tl)的觸發(fā)信號(trig)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路裝置(10)，其特征在于，所述控制裝置(18)被構(gòu)造用于，時間上在預(yù)先規(guī)定的下限閾值之后并且在預(yù)先規(guī)定的上限閾值之前產(chǎn)生用于所述開關(guān)裝置(Tl)的觸發(fā)信號(trig)持續(xù)所檢測的過零點之后的所述持續(xù)時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路裝置(10)，其特征在于，所述控制裝置(18)被構(gòu)造用于，根據(jù)所述電磁分離裝置(16)的當(dāng)前運行溫度來確定所述預(yù)先規(guī)定的下限閾值。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的電路裝置(10)，其特征在于，所述控制裝置(18)被構(gòu)造用于，根據(jù)所述電磁分離裝置(16)的觸發(fā)時間來產(chǎn)生用于所述開關(guān)裝置(Tl)的觸發(fā)信號(trig)。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的電路裝置(10)，其特征在于，所述控制裝置(18)被構(gòu)造用于，根據(jù)所述電壓(U)的平均值和/或有效值求取所述過零點。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的電路裝置(10)，其特征在于，分壓器(22)連接在所述控制裝置(18)和所述電線路(12)之間。
8.用于通過以下動作來運行電保護(hù)裝置的方法: -提供電線路(12)， -提供被構(gòu)造用于在施加電壓(U)時電分離所述電線路(12)的電磁分離裝置(16)， -提供被構(gòu)造用于根據(jù)觸發(fā)信號(trig)將電壓(U)施加到所述電磁分離裝置(16)上的開關(guān)裝置(Tl)， -借助控制裝置(18)檢測所述電線路(12)中/上的故障電流和/或電弧的存在，并且-在故障電流和/或電弧存在的情況下借助所述控制裝置(18)產(chǎn)生用于所述開關(guān)裝置(Tl)的觸發(fā)信號， 其特征在于， -借助所述控制裝置(18)檢測所述電壓(U)的過零點，以及 -借助所述控制裝置(18)根據(jù)所檢測的過零點產(chǎn)生用于所述開關(guān)裝置(Tl)的觸發(fā)信號(trig)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，時間上在預(yù)先規(guī)定的下限閾值之后并且在預(yù)先規(guī)定的上限閾值之前借助控制裝置(18)產(chǎn)生用于所述開關(guān)裝置(Tl)的所述觸發(fā)信號(trig)持續(xù)所檢測的過零點之后的所述持續(xù)時間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述預(yù)先規(guī)定的上限閾值通過所述電磁分離裝置(16)上的靜態(tài)和/或動態(tài)的力測量來求取，在所述預(yù)先規(guī)定的上限閾值之前產(chǎn)生用于所述開關(guān)裝置(Tl)的觸發(fā)信號(trig)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述預(yù)先規(guī)定的下限閾值根據(jù)在所述電磁分離裝置(16)上執(zhí)行的計算和/或負(fù)載測試來求取，在所述預(yù)先規(guī)定的下限閾值之后產(chǎn)生用于所述開關(guān)裝置(Tl)的觸發(fā)信號(trig)。
【文檔編號】H02H3/16GK103683182SQ201310384177
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月29日
【發(fā)明者】A.許貝爾, J-M.馬特爾, A.彼得斯 申請人:西門子公司