專利名稱：具有過電壓保護(hù)的故障電弧保護(hù)開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及故障電弧保護(hù)開關(guān)，其具有待監(jiān)視線路可被連接到的信號輸入裝置，用于提供該線路的輸入信號；分析裝置，用于在故障電弧的存在方面分析該輸入信號；以及觸發(fā)裝置，用于基于分析裝置的觸發(fā)信號中斷待監(jiān)視線路。
背景技術(shù)：
當(dāng)光控開關(guān)有缺陷并且在光控開關(guān)的兩個觸點之間的距離太小以致電流可能被中斷時，在電路中例如可能出現(xiàn)電弧。于是，在兩個觸點之間形成電弧。除了在電路中串行地(in Serie)形成的電弧外，也可能在電路的中性導(dǎo)體和相之間形成電弧。如果出現(xiàn)電弧，那么周圍部件的溫度升高，并且可能發(fā)生火災(zāi)。因此有意義的是，提供一種裝置，借助其保證防電弧保護(hù)。為此開發(fā)了所謂的故障 電弧保護(hù)開關(guān)(AFDD=Arc Fault Detection Devices,電弧故障檢測裝置),它們能夠識別并且減弱在低壓安裝中的串行的和并行的故障電弧。這些設(shè)備借助復(fù)雜的模擬電路和/或信號處理器監(jiān)視高頻信號分量、線路電壓和負(fù)載電流。因為故障電弧保護(hù)開關(guān)被用于保護(hù)被供給230 Vac電壓的分支電路，因此這些設(shè)備可能遭受由于在三相系統(tǒng)或在配電網(wǎng)變壓器中的干擾而逆流而上地形成的過電壓。線路電壓在此在干擾情況下可以為直至400Vac。故障電弧保護(hù)開關(guān)的電子裝置要求在IOmA至50mA范圍中的足夠的DC電流供給和在小的DC電壓情況下可提供該電流的電源部分。故障電弧保護(hù)開關(guān)的許多傳感器、如用于接收HF分量的高頻變壓器和用于測量電流或電壓的電流轉(zhuǎn)換器直接被連接到分支電路的相導(dǎo)體和中性導(dǎo)體上。由此它們可以遭受過電壓。通常用于控制磁性開關(guān)并且用于觸發(fā)故障電弧保護(hù)開關(guān)的觸發(fā)機械裝置的晶閘管也直接與施加有電壓的部分相連接。所有這些器件必要時遭受過電壓。使用可以經(jīng)受住這種過電壓的電壓供給組件、傳感器和晶閘管是昂貴的并且因而也是不常見的。于是必須使用具有更高標(biāo)稱電壓的組件，其一方面是更貴的并且另一方面具有更大的尺寸。在美國市場上可以找到故障電弧保護(hù)開關(guān)(AFCI=Arc Fault CircuitInterrupter,電弧故障斷路器),其在120Vac下工作并且通常經(jīng)得住直至240Vac,這可能起因于在兩相系統(tǒng)中的干擾。故障電流保護(hù)開關(guān)(RCD=Residual Current Device,剩余電流裝置)也面對相同的問題。一些能夠接受過電壓，而另一些被裝備有附加的過電壓保護(hù)，該過電壓保護(hù)弓I起附加的成本。由出版物DE 10 2008 004 869 Al已知用于歐洲IEC技術(shù)的電弧保護(hù)模塊。該模塊具有用于檢測在電路中是否出現(xiàn)電弧的裝置。此外，該模塊不具有自己的分離觸點，而是相反具有用于促使打開本來布置在電路中的保護(hù)開關(guān)的分離觸點的裝置
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，以簡單的方式保護(hù)故障電弧保護(hù)開關(guān)和所述故障電弧保護(hù)開關(guān)監(jiān)視的電路以防過電壓。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過故障電弧保護(hù)開關(guān)解決，所述故障電弧保護(hù)開關(guān)具有 一待監(jiān)視線路可被連接到的信號輸入裝置，用于提供線路的輸入信號，
一用于在故障電弧的存在方面分析輸入信號的分析裝置，以及 一用于基于分析裝置的觸發(fā)信號中斷待監(jiān)視線路的觸發(fā)裝置，其中 一信號輸入裝置具有用于減少在待監(jiān)視線路處的電壓的電壓轉(zhuǎn)換器， 一電壓轉(zhuǎn)換器的輸出信號被導(dǎo)向分析裝置，并且
一分析裝置在過電壓方面分析輸出信號并且相應(yīng)地控制觸發(fā)裝置。以有利的方式，故障電弧保護(hù)開關(guān)因此通過電壓轉(zhuǎn)換器被補充，該電壓轉(zhuǎn)換器減少在待監(jiān)視線路處的電壓，使得它對于故障電弧保護(hù)開關(guān)的傳統(tǒng)地設(shè)計的電子裝置是可分析的。故障電弧保護(hù)開關(guān)的分析裝置于是也可以被用于在過電壓的情況下觸發(fā)該觸發(fā)裝置。優(yōu)選地，該電壓轉(zhuǎn)換器通過分壓器來實現(xiàn)。分壓器可以非常有益地被制造，使得故障電弧保護(hù)開關(guān)的成本能夠保持得低。分壓器尤其是可以具有歐姆電阻。歐姆電阻在制造中是特別有益的。電壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓可以為小于電壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓的5%、尤其是例如
O.5%。輸出電壓于是通常處于低的一位數(shù)的(einstellig)伏特范圍中，該伏特范圍可通過傳統(tǒng)的電子裝置容易地采樣。該分析裝置可以具有帶有A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，電壓轉(zhuǎn)換器的輸出信號被引導(dǎo)給該輸入端。因此，通常本來在故障電弧保護(hù)開關(guān)中存在的數(shù)字處理器可以被使用用于分析。此外，該分析裝置可以多次采樣電壓轉(zhuǎn)換器的輸出信號并且可以由多個采樣值來構(gòu)成平均值。由此可以確保，短的測量峰值不由于過電壓導(dǎo)致觸發(fā)故障電弧保護(hù)開關(guān)。此外，信號輸入裝置可以具有帶有整流器的電源部分(Netzteil)。該電源部分尤其是可以被用于對分析裝置進(jìn)行電流供給。按照一個特定的實施方式，分析裝置關(guān)于電壓和時間分析輸出信號，并且所述分析裝置控制觸發(fā)裝置，以便如果所測量的電壓處于預(yù)先給定的閾值之上預(yù)先確定的時間則分離線路。由此，考慮如下情景故障電弧保護(hù)開關(guān)的器件可以遭受過電壓一定的持續(xù)時間，而不受損害。在此情況下，特別有利的是，該預(yù)先確定的時間取決于預(yù)先給定的閾值。因此，用于基于過電壓觸發(fā)故障電弧保護(hù)開關(guān)的與時間相關(guān)的函數(shù)是決定性的。


現(xiàn)在借助附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明，該附圖示出本發(fā)明的具有過電壓保護(hù)的故障電弧保護(hù)開關(guān)的原理電路圖。下面進(jìn)一步描述的實施例是本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式。
具體實施例方式在圖中，示意性地再現(xiàn)了故障電弧保護(hù)開關(guān)I。其用于分開相導(dǎo)體L和零導(dǎo)體N。導(dǎo)體L和N有時也可以是三相系統(tǒng)的部分。兩個導(dǎo)體L和N的分開通過共同的開關(guān)2來進(jìn)行，該開關(guān)集成在故障電弧保護(hù)開關(guān)I中。開關(guān)2通過觸發(fā)裝置(A)3來控制。觸發(fā)裝置3通常由控制器(C)或分析裝置4控制。分析裝置4連接到導(dǎo)體L和N上，以便分析相應(yīng)的電壓或電流。尤其是例如分析信號中的高頻分量，以便能夠推斷出故障電弧。此外，故障電弧保護(hù)開關(guān)I包含電源部分(N)5，該電源部分同樣連接到導(dǎo)體L和N上。電源部分5對在導(dǎo)體L中的交流電進(jìn)行整流并且給分析裝置4供給直流電?，F(xiàn)在為了也提供過電壓保護(hù)，故障電弧保護(hù)開關(guān)附加地被配置相應(yīng)的保護(hù)組件。因為故障電弧保護(hù)開關(guān)已經(jīng)在分析裝置4中通常包含處理器或類似組件，借助所述處理器或類似組件執(zhí)行信號分析和探測電弧，因此僅僅需要少量附加裝置，以便測量線路電壓并 且當(dāng)線路電壓超過預(yù)先確定的閾值時，操作故障電弧保護(hù)開關(guān)的觸發(fā)裝置3。因此，不需要完整的、附加的分析單元來除了故障電弧檢測之外也檢測過電壓。因為常見的處理器僅僅具有比較小的輸入電壓，并且以當(dāng)前的故障電弧保護(hù)開關(guān)應(yīng)當(dāng)測量在直至例如400V范圍中的電壓，因此用于識別過電壓的檢測單元具有電壓轉(zhuǎn)換器，該電壓轉(zhuǎn)換器以合適的方式降低待監(jiān)視電壓。按照該圖的例子，可以使用簡單的分壓器6作為電壓轉(zhuǎn)換器。該分壓器6尤其是可以單純地由歐姆電阻構(gòu)建。對于本應(yīng)用(直至大約400V的線路電壓)有益的是，將待測量電壓減少到真實值的大約O. 5%。可以相應(yīng)地設(shè)計分壓器。使用在電源部分的輸出端處的經(jīng)整流的電壓，以便節(jié)省附加的整流器。這樣準(zhǔn)備的信號被發(fā)送給具有模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分析裝置4 (尤其是微控制器)的輸入端，用于采樣和分析。分析裝置4執(zhí)行大量采樣，計算電壓的平均值，外推真實的線路電壓值并且然后決定是否應(yīng)當(dāng)觸發(fā)故障電弧保護(hù)開關(guān)。可以在分析裝置4中存儲電壓-時間-特性作為觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，如其也在所謂的“POP”(Permanent Overvoltage Protection,永久過電壓保護(hù))被用作觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)一樣。因此,例如在較高的過電壓情況下比在較低的過電壓情況下早地觸發(fā)。因此在本情況下，故障電弧保護(hù)開關(guān)具有過電壓保護(hù)，其能夠?qū)崿F(xiàn)，也使用具有小電壓標(biāo)稱值的組件用于檢測過電壓，并且因此為使用者提供附加的功率特征。因此，網(wǎng)絡(luò)的組件僅僅在有限的時間段中遭受過電壓，其中這些組件的魯棒性必須相對于這樣的短時負(fù)荷被保證。在根據(jù)本發(fā)明的解決方案中，以有利的方式，不必設(shè)置針對提高的電壓標(biāo)稱值的組件。這節(jié)省成本和結(jié)構(gòu)空間。故障電弧保護(hù)開關(guān)因此被提供有永久過電壓保護(hù)的附加特征。為了實現(xiàn)該特征的附加措施是最小的。也即僅僅必須附加地設(shè)置用于分壓器的成本低的電阻，并且故障電弧保護(hù)開關(guān)的計算容量可以被連同用于過電壓保護(hù)。
權(quán)利要求
1.故障電弧保護(hù)開關(guān)(1)，具有 一待監(jiān)視線路(L，N)可被連接到的信號輸入裝置，用于提供線路的輸入信號， 一用于在故障電弧的存在方面分析輸入信號的分析裝置(4)，以及 一用于基于分析裝置(4)的觸發(fā)信號中斷待監(jiān)視線路的觸發(fā)裝置(3)， 其特征在于， 一信號輸入裝置具有用于減少在待監(jiān)視線路處的電壓的電壓轉(zhuǎn)換器(6)， 一電壓轉(zhuǎn)換器(6)的輸出信號被導(dǎo)向分析裝置(4)，并且 一分析裝置(4)在過電壓方面分析輸出信號并且相應(yīng)地控制觸發(fā)裝置(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的故障電弧保護(hù)開關(guān)，其中，電壓轉(zhuǎn)換器(6)是分壓器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的故障電弧保護(hù)開關(guān)，其中，分壓器具有歐姆電阻。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的故障電弧保護(hù)開關(guān)，其中，電壓轉(zhuǎn)換器(6)的輸出電壓為小于電壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓的1%。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的故障電弧保護(hù)開關(guān)，其中，分析裝置(4)具有帶有A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，電壓轉(zhuǎn)換器的輸出信號被引導(dǎo)給所述輸入端。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的故障電弧保護(hù)開關(guān)，其中分析裝置(4)多次采樣電壓轉(zhuǎn)換器(6)的輸出信號并且由多個采樣值來構(gòu)成平均值。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的故障電弧保護(hù)開關(guān)，其中信號輸入裝置具有用于連接到三相網(wǎng)絡(luò)上的電源部分(5)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的故障電弧保護(hù)開關(guān)，其中，電源部分(5)給分析裝置(4)供應(yīng)電流。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的故障電弧保護(hù)開關(guān)，其中分析裝置(4)關(guān)于電壓和時間分析電壓轉(zhuǎn)換器(6)的輸出信號，并且控制觸發(fā)裝置(3)，用于如果所測量的電壓處于預(yù)先給定的閾值之上預(yù)先確定的時間則分離線路(L，N)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的故障電弧保護(hù)開關(guān)，其中預(yù)先確定的時間取決于預(yù)先給定的閾值。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有過電壓保護(hù)的故障電弧保護(hù)開關(guān)。除了故障電弧保護(hù)外，也應(yīng)該提供過電壓保護(hù)。因此建議故障電弧保護(hù)開關(guān)(1)，具有待監(jiān)視線路(L，N)可被連接到的信號輸入裝置，用于提供線路的輸入信號；用于在故障電弧的存在方面分析輸入信號的分析裝置(4)，以及用于基于分析裝置(4)的觸發(fā)信號中斷待監(jiān)視線路的觸發(fā)裝置(3)。信號輸入裝置具有用于減少在待監(jiān)視線路處的電壓的電壓轉(zhuǎn)換器(6)。電壓轉(zhuǎn)換器(6)的輸出信號被導(dǎo)向分析裝置(4)并且分析裝置(4)在過電壓方面分析輸出信號并且相應(yīng)地控制觸發(fā)裝置(3)。
文檔編號G01R19/165GK102916415SQ20121027487
公開日2013年2月6日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者A.許貝爾, J-M.馬特爾 申請人:西門子公司