CN111937111A - 具有监控装置的断路器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有监控装置（U）的断路器（1），具有电子开关（S1）和机械转换开关（S2），其中，该机械转换开关（S2）具有第一端子（NC）、第二端子（NO）和第三端子（COM），在机械转换开关（S2）的初始位置中，第一端子（NC）与第三端子（COM）连接，在机械转换开关（S2）的工作位置中，第二端子（NO）与第三端子（COM）连接，其中，电子开关（S1）与机械转换开关（S2）的第三端子（COM）连接成串联电路，在第一开关状态中将断路器（1）接通时，电子开关（S1）首先被激活，在第一端子（NC）处通过监控装置（U）测量，是否在第一端子（NC）处施加了与第三端子（COM）相同的电位，如果是这种情况，则在随后的另外的开关状态中不仅激活电子开关（S1），并且机械转换开关（S2）也处于工作位置。本发明还涉及一种用于断路器的方法。

Description

具有监控装置的断路器及其方法

技术领域

本发明涉及一种具有监控装置的断路器及其方法。

背景技术

目前各个领域都在使用电子断路器。由DE 10 2004 036 252 A1已知一种具有继电器控制的用电器的电气系统。继电器可以针对负载电流，电源电压，也就是开关量输入进行监控。由DE 10 2014 016 218 A1已知一种用于监控继电器触点的系统和方法。附加的信号发射器在开关的一侧相应接通，并评估附加的高频信号。由申请人的EP 2 587 512 B1已知一种带有可靠引导的安全开关设备。在强制操作的情况下，例如，断开触点和其他触点，开关触点和/或闭合触点彼此耦合，以使得断开触点和闭合触点不能同时闭合。从DE 102006 013 329 A1中已知一种用于在网络系统中进行错误检测的方法。在该系统中，通过一个附加的开关装置将确定的电势馈送到总线分支，以便检测继电器的断开状态。DE 102015 121 194 A1还公开了一种带有集成的保护层（Schutzverlauf）的装置，其中，该电子开关基于特定电流进行控制。

电隔离断路器也用于电气工程系统的许多领域。在这些断路器的情况中，断开的情况中输出端应电气隔离。

因此，作为现有技术，例如使用电子断路器，其中通过继电器实现电流隔离。

但是，机械触点（用于继电器）具有开关触点可以粘住/焊接的特性，因此不再可能实现安全的电流隔离。

但是，在至今为止的断路器中，用户无法在不对设备进行单独测量的情况下（可能与关机结合）识别是否能保证电流隔离。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种具有监控装置的断路器及其方法，使其能够通过监测实现无电流开关触点转换。

该目的通过根据权利要求1具有监控装置的断路器或通过根据权利要求11的方法来实现。在相应的从属权利要求，说明书和附图中给出了本发明的其他有利的实施方式。

附图说明

下面参考附图使用优选实施例更详细地解释本发明。

图中示出：

图1示出了根据本发明的实施例的方法步骤的示意性等效电路图的并排布置；

图2示出了根据本发明实施例的方法步骤的示意性等效电路图的并排布置；

图3示出了根据本发明一方面的等效电路的示意图；

图4示出了根据本发明另一方面的等效电路图的示意图；以及

图5示出了根据本发明的实施例的等效电路图的另一示意图。

具体实施方式

下面（参考附图）将更详细地说明本发明。应当注意，描述了可以单独或组合使用的不同方面。也就是说，除非明确显示为纯替代，否则任何方面都可以与本发明的不同实施例一起使用。

此外，为了简单起见，下面通常仅参考一个实体。除非明确说明，否则本发明还可以具有多个相关实体。在这方面，词语“一”，“一个”和“一种”的使用仅应被理解为在简单的实施方式中使用至少一个实体的指示。

在以下描述的方法中，方法的各个步骤可以以任何顺序排列和/或组合，除非上下文另有明确说明。此外，方法可以彼此组合-除非另有明确说明。

具有数字值的说明通常不应被理解为精确值，但也包括+/- 1％到+/- 10％的公差。

对标准或规范的引用应理解为是指在提交时和/或（如果要求优先权）在要求优先权时适用的标准或规范。但是，这不应理解为对以下或替代标准或规范的适用性的一般排除。

在下文中，“相邻”明确地包括直接相邻关系，但是不限于此。在下文中，“在...之间”明确地包括中间部分非常靠近周围部分的位置。

特别是在过程工业中，经常需要使用电气隔离的断路器，以便在过载或短路的情况下关闭输出。

在图3-5中示出了根据本发明的实施例的示例性等效电路图。在图1和2中，在相应的方法步骤旁边示出了简化的等效电路图。

本发明具有监控装置U的断路器1具有包括至少一个电子开关S1和机械转换开关S2。电子开关S1可以例如是开关晶体管，特别是场效应晶体管。

在不限制一般性的情况下，可以提出，如图4所示可以在一个输入电压Uin处布置多个开关输出端Uout。为了理解本发明，下面假设对于每个输入端Uin存在可由断路器1控制的输出端Uout。

机械转换开关S2，例如继电器具有第一端子NC、第二端子NO和第三端子COM，其中，在机械转换开关S2的初始位置时第一端子NC与第三端子COM连接，在机械转换开关S2的工作位置时，第三端子（COM）断开与第一端子NC的连接与第二端子NO连接。也就是说，S2可以设计为带转换触点的继电器。

电子开关S1与机械转换开关S2的第三端子COM连接成串联电路。在此，顺序串联电路可以配备其他（中间）组件。

当断路器1接通作为第一开关状态时，电子开关S1首先被激活，在被激活前通过在第一端子NC与第三端子COM跨接的监控装置U测量第一端子NC是否具有与第三端子COM相同的电位。

这可以例如可以通过以下方式实现，即在第三端子COM和第一端子NC处布置一个分压器，从该分压器可以对电压Uout，Urel-check进行直接比较（例如在差分运算放大器的输入端）或进行间接比较（例如通过比较数值进行A / D转换之后）。当然，在合适的电压时也可以省去分压器，并且可以将相应的电压直接馈送给评估。在不限制一般性的前提下，当然也可以提供其他组件，例如电容器，铁氧体磁芯等，以提供其他性能。然而，这些对于理解本发明不是必不可少的，因此被省略。

如果将与第三端子COM相同的电位施加到第一端子NC上，则在随后的开关状态下电子开关S1可以被激活并随之机械转换开关S2可以处于工作位置。

也就是说，通过检查第三端子与第一端子之间的电位，可以确定机械转换开关的转换端子COM是否被粘住，因为现在可以确定机械转换开关S2的转换端子是否已从第二端子NO断开或未断开。这是通过以下方式实现的：转换端子在被焊接/胶粘的情况下，第一端子NC的电位与第三端子COM的电位不同。

现在参考图1说明用于断路器接通状态的相应方法。也就是说，在该方法中，在持续的接通之前检查，触点端子是否被粘连/焊接，并进而确定在断开时是否不再提供电流隔离。

断路器1的构造如前所述，。在步骤100中，首先激活电子开关S1。这在等效电路图的符号表示中由三角形表示，否则，确定未激活状态，即未被主动控制机械开关S2的状态。为此，在随后步骤200中，通过监控装置U检查第一端子NC是否具有与第三端子COM相同的电位，如果相同，则在随后在步骤400中激活电子开关S1并且在步骤300中将机械转换开关S2置于工作位置。

在本发明的一个实施例中，在发生错误的情况下，即如果在第一开关状态下断路器1接通时未将与第三端子COM相同的电位施加到第一连接NC，则通过警报装置W发出故障状态信号。例如，在图1中，可以在步骤600中借助于报警装置W发出故障状态信号。之后，根据应用情况和配置，可以如图所示中断永久连接，或者也可以通过警告（通过报警装置W或根据远程通讯通知）和/或通过明确的释放（例如通过使用按钮T）进行连接。

在本发明的另一个实施例中，报警装置W具有信号灯和/或声音警告装置和/或远程通讯FM。在不限制一般性的情况下，报警装置W也可以与其他装置组合。在图5中示例性地示出，报警装置也可以与按钮T，例如发光的按钮一同实现。

尽管步骤300和400分别并且按时间顺序示出，但是不必如此。而是，这些步骤可以以任何顺序或同时进行。

然而，在时间上示出的步骤顺序具有的优点在于，机械开关S2可以优选地被切换为无负载的，从而例如可以避免可能导致接触焊接/粘结的电弧。为此，断路器1可以在第一开关状态与另外的开关状态切换之间中断开电子开关S1，以便使机械转换开关S2能够在无电流状态下进行工作位置切换。也就是说，在步骤300中在将机械转换开关S2切换到工作位置之前，首先在步骤250中断开电子开关S1，以使机械转换开关S2能够在无电流地切换到工作位置中。

尽管上面仅关于接通过程描述了断路器1，但是当断路器1在断开时也可以类似的方式检查粘着/焊接。下面对此进行说明。基本上可以彼此独立地并且随后及时地使用用于监视接通/断开的方法。

当断路器1断开时，机械转换开关S2首先被停用。现在，监控装置U在第一端子NC处测量在第一端子NC处是否存在与在第三端子COM处相同的电位。如果电位相同，在随后的另外的开关状态中，电子开关S1被停用，并且机械转换开关S2处于初始位置。

也就是说，通过现在检查与第三端子相比在第一端子处的电压，现在可以确定机械转换开关S2的转换触点端子COM是否被粘住，因为现在可以确定S2的转换触点端子是否从第二端子NO断开或没有。这通过以下方式实现，在被焊接/粘连的转换触点端子的情况下，在第一端子NC施加上与第三端子COM不同的电势。

现在将参照图2说明断开的情况的相应方法。也就是说，在此方法中，在持续断开之前检查，是否触点端子已粘连/焊接，并进而确定在断开情况下是否不再存在电流隔离。

在此，假定断路器1的构造如前所述，在被断开时。在第一步骤1100中，关闭机械转换开关S2。随后，在步骤1200中，可以借助于监控装置U检查在第一端子NC处是否存在与在第三端子COM处相同的电位。如果电位相同，则可以在步骤1400中停用电子开关S1，并且可以将机械转换开关S2保持在初始位置。

在本发明的一个实施例中，在断开状态下，如果与第三端子COM电位于第一端子NC电位不同，则可以通过警报装置W例如在步骤1600中发出故障状态信号。警报装置W在此可以是独立的，或者可以与上述关于接通的报警装置W相同。此外，断路器1也可以具有用于该作物情况的远程通讯。

然而，在时间上示出的步骤顺序具有的优点在于，机械开关S2可以优选无负载方式切换，从而例如可以避免例如可能导致接触端子被焊接/粘连的电弧。为此，在机械转换开关S2停用步骤1100之前，执行步骤1050通过断路器1断开电子开关S1，从而使机械转换开关S2能够无电流地执行工作位置的切换。

在不限制一般性的情况下，断路器1还可以具有熔断式保险丝F，其中，该熔断式保险丝F与电子开关S1和机械转换开关S2的第三端子COM串联连接。该熔断式保险丝F例如可以在过载时触发。

此外，如图4所示，机械转换开关S2还可以具有一个或多个机械连接但电绝缘的可切换极。也就是说，通过监视机械转换开关S2的至少一个极，也可以针对大量机械连接的极确定与电流隔离有关的状态。当然，也可以分别监视每个单独的极点。

也就是说，本发明利用继电器的“常闭”触点在确定的时间点作为测量输入来查询是否保证电流隔离。如果发生故障，例如在发生过电流（Iout）或过电压Uin/Uout/Urel-check时，则可以通知用户故障情况和/或中断进一步的操作。

如果用户通过断路器接通从Uin到Uout的通道（例如，通过单次按一下T按钮），则可以首先接通电子开关S1，然后在机械开关S2的“常闭”触点端子NC处测量是否施加了电压。如果施加了电压，可以得出结论，机械开关S2的开关触点未焊接在NO位置。现在可以断开电子开关S1，如果机械开关S2没有故障，则可以无电流地接通机械开关S2。然后可以接通电子开关S1，并且输出端Uout处于运行状态（持续直到断开）。如果未施加电压，则电子开关S1会断开，并且会向用户发出信号，表示输出端未电气隔离（触点在NO位置焊接）。

另一方面，如果用户通过断路器断开了从Uin到Uout的通道（例如，通过单次按下T按钮），则电子开关S1首先中断电流流动。然后，机械开关S2也被断开（例如，通过监控装置U）。在接下来的步骤中，电子开关S1再次接通，并且在“常闭”触点端子NC上进行测量。然后，电子开关S1再次断开。如果在测量期间施加了电压，则说明在机械开关S2上发生了开关位置的转换，并且可以保证电流隔离。在故障情况时，可以发信号通知用户，表明输出端未进行电流隔离（触点焊接在了NO位置）。

在不限制一般性的情况下，可以以多种方式提供监控装置U。例如，可以通过合适的微控制器/微处理器/ FPGA / ASIC提供监控装置U。特别地，监控装置U还可以通过断路器1电流Iout，特别是通过电子开关S1的电流Iout，以便例如识别过载情况。此外，监控装置还可以提供短路监控。

监控装置U上的测量输入端/多个测量输入端可以不同地设计。可以使用分压器测量电压，并可以进一步评估模拟值。而且，可以数字方式在数字输入端记录和评估开关状态。

在故障的情况中，可以使用适当的措施来指示在接通或断开时发生了故障。例如，远程信号装置FM可以提供相应的开关位置/故障消息的数字接口。同时，远程信号装置FM也可以设计成使得断路器1也可以借助于远程信号装置FM远程操作。

参考标号列表

1 断路器；

F 熔断式保险丝；

U 监控装置

NO 常开触点，第二端子；

NC 常闭触点，第一端子；

COM 公共触点，第三端子；

T 按钮；

FM 远程信号；

S1 开关，电子的；

S2 开关，机械的；

W 报警装置；

Uin 输入电压；

Uout 输出电压；

Urel-check NC输出电压；

relay-switch 机械开关的切换信号；

Iout 通过断路器的电流。

Claims (16)

1.一种具有监控装置（U）的断路器（1），包括电子开关（S1）和机械转换开关（S2），所述机械转换开关（S2）具有第一端子（NC）、第二端子（NO）和第三端子（COM），在所述机械转换开关（S2）处于初始位置时，所述第三端子（COM）连接第一端子（NC），在所述机械转换开关（S2）处于工作位置时，所述第三端子（COM）断开第一端子（NC）连接至第二端子（NO），其特征在于，所述电子开关（S1）与所述机械转换开关（S2）的所述第三端子（COM）连接成串联电路，当所述断路器（1）接通作为第一开关状态时，所述电子开关（S1）首先被激活，在被激活前由监控装置（U）监测所述第一端子（NC）与所述第三端子（COM）电位是否相同，如果相同，则随着激活所述电子开关（S1），所述机械转换开关（S2）置于所述工作位置。

2.根据权利要求1所述的具有监控装置（U）的断路器（1），其特征在于，如果在所述第一开关状态下，所述第一端子（NC）与所述第三端子（COM）的电位不相同，则通过警报装置（W）发出故障状态信号。

3.根据权利要求2所述的具有监控装置（U）的断路器（1），其特征在于，所述警报装置（W）具有信号灯和/或声音警报装置和/或远程通讯。

4.根据前述权利要求中任一项所述的具有监控装置（U）的断路器（1），其特征在于，所述电子开关（S1）在所述第一开关状态切换至另一开关状态之间时被断开，以便能够使所述机械转换开关（S2）在无电流地状态下进行工作位置切换。

5.根据前述权利要求中任一项所述的具有监控装置（U）的断路器（1），其特征在于，当在第一开关状态下断开所述断路器（1）时，所述机械转换开关（S2）首先被断开，所述监控装置（U）测量所述第一端子（NC）与所述第三端子（COM）电位是否相同，如果相同，则在断开时，所述电子开关（S1）关闭，所述机械转换开关（S2）恢复初始位置。

6.根据权利要求5所述的具有监控装置（U）的断路器（1），其特征在于，如果在所述第一开关状态下，所述第一端子（NC）与所述第三端子（COM）的电位不相同，则通过所述警报装置（W）发出故障状态信号。

7.根据权利要求6所述的具有监控装置（U）的断路器（1），其特征在于，所述警报装置（W）具有信号灯和/或声音警报装置和/或远程通讯。

8.根据前述权利要求5至7中任一项所述的具有监控装置（U）的断路器（1），其特征在于，所述电子开关（S1）在所述第一开关状态切换到另一开关状态之间时被断开，以便能够使所述机械转换开关（S2）在无电流状态下进行工作位置切换。

9.根据前述权利要求中任一项所述的具有监控装置（U）的断路器（1），其中，所述断路器还具有熔断式保险丝（F），其中，所述熔断式保险丝（F）与所述电子开关（S1）和所述机械转换开关（S2）的所述第三端子（COM）串联连接。

10.根据前述权利要求中任一项所述的具有监控装置（U）的断路器（1），其中，所述机械转换开关（S2）还具有一个或多个机械电绝缘连接的可切换极。

11.一种用于具有监控装置（U）的断路器（1）的方法，所述断路器具有电子开关（S1）和机械转换开关（S2），其中，所述机械转换开关（S2）具有第一端子（NC）、第二端子（NO）和第三端子（COM），在所述机械转换开关（S2）的初始位置时，所述第三端子（COM）连接所述第一端子（NC），在所述机械转换开关（S2）处于工作位置时，所述第三端子（COM）断开与第一端子（NC）的连接与所述第二端子（NO）连接，所述电子开关（S1）与所述机械转换开关（S2）的所述第三端子（COM）连接成串联电路，其特征在于，所述方法在所述断路器（1）接通作为第一开关状态时具有以下操作步骤：

步骤100，激活所述电子开关（S1），

步骤200，通过监控装置（U）检查在所述第一端子（NC）的电位是否与第三端子（COM）电位相同，如果相同，则执行步骤400，激活所述电子开关（S1）以及执行步骤300，将所述机械转换开关（S2）置于所述工作位置。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，接通时，如果所述第一端子（NC）与所述第三端子（COM）的电位不相同，则执行步骤（600），通过警报装置（W）发出故障状态信号。

13.根据前述权利要求11或12中任一项所述的方法，其特征在于，步骤300，在将所述机械转换开关（S2）切换到所述工作位置之前，首先执行步骤250，将所述电子开关（S1）断开，以便能够将所述机械转换开关（S2）无电流地切换到工作位置。

14.根据前述权利要求11至13中任一项所述的方法，在断开所述断路器（1）时具有以下步骤：

步骤1100，断开机械转换开关（S2），

步骤1200，通过监控装置（U）检测第一端子（NC）与第三端子COM）电位是否相同，如果相同，则执行步骤1400，关断所述电子开关（S1）并将所述机械转换开关（S2）保持在初始位置。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在断开时，如果所述第一端子（NC）与所述第三端子（COM）的电位不同，则执行步骤1600，通过警报装置（W）发出故障状态信号。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，在断开所述机械转换开关（S2）步骤1100之前，执行步骤1050，关断所述电子开关（S1），从而使所述机械转换开关（S2）无电流地执行工作位置的切换。

Images