ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
SWITCHING DEVICE

Изобретение касается переключающего устройства, как, например, автоматического выключателя, действующего при появлении тока повреждения или тока утечки, или комбинированного переключателя для размыкания и переключения, по меньшей мере, одного провода с разъединяющим устройством, независимым от сетевого напряжения, со срабатывающим элементом, приданным этому устройству, как, например, с разъединяющим реле, а также с разъединяющим устройством, зависимым от сетевого напряжения.
Подобные переключающие устройства находят применение, в частности, в оборудовании зданий, как, например, в оборудовании жилых помещений. При возникновении нежелательного обстоятельства, как, например, тока повреждения или тока утечки, тока перегрузки или перенапряжения, эти переключающие устройства должны сработать и разъединить поврежденную цепь тока от электропитания.
voltage independent
voltage dependent
Автоматический выключатель (RCDs), действующий при появлении тока повреждения или тока утечки, или комбинированный переключатель (RCBOs) для размыкания и переключения по своим техническим функциям классифицируются как независимые от сетевого напряжения (“VI” или ) или как зависимые от сетевого напряжения (“VD” или ). При этом полная работоспособность согласно соответствующим производственным стандартам (например, EN/IEC 61008, 61009, 61947,…) в первом названном случае обеспечивается также и при исчезнувшем напряжении (VI), в последнем случае, напротив, только при наличии питающего сетевого напряжения (VD).
В международном опубликованном документе WO 2006/007608 A2 уже был представлен автоматический выключатель, действующий при появлении тока повреждения или тока утечки (У30), который к своей основной функции, независимой от сетевого напряжения, может принимать встраиваемый дополнительный модуль (модуль управления или регулировочный модуль), который делает возможными дополнительные функции, зависимые от сетевого напряжения. К тому же в автоматическом выключателе, действующем при появлении тока повреждения или тока утечки, имеется в наличии два размыкающих элемента, при этом независимый от напряжения (размыкатель с постоянным магнитом) и другой зависимый от сетевого напряжения (размыкатель рабочего тока) воздействуют на совместный механизм замыкания. При наличии дополнительного модуля и при поданном электрическом питании размыкатель, независимый от сетевого питания, шунтируется и контролируется только размыкателем, зависимым от сетевого напряжения.
Недостатком такого переключающего устройства являются высокие конструктивные расходы, так как для разъединений независимо от сетевого напряжения и зависимо от сетевого напряжения должно быть в наличии вдвое больше конструктивных узлов. Поскольку для каждого типа разъединения требуется наличие отдельного размыкателя, это действительно, в частности, для таких преобразований, для которых не предусмотрено дополнительное встраивание дополнительного модуля.
Документ DE 19842470 A1 описывает автоматическое устройство отключения, действующее при появлении тока повреждения или тока утечки, выполненное с защитой от перегрузки, причем выключающая цепь тока повреждения или тока утечки, независимая от сетевого питания, и выключающая цепь перегрузки, зависимая от сетевого напряжения, воздействуют на одно и то же реле отключения.
Документ EP 570603 A1 раскрывает самозащищенный дифференциальный автоматический выключатель, причем этот выключатель имеет блок обработки результатов, зависимый от сетевого напряжения, которому придано первое реле отключения, которое при потере электропитания блока обработки результатов отключило бы механизм замыкания. Чтобы избежать этого, выключатель имеет дополнительно второе реле отключения, которое таким же образом воздействует на механизм замыкания и таким же образом при потере электропитания отключило бы механизм замыкания. Чтобы предотвратить это, механизм замыкания сконструирован таким образом, что механизм замыкания отключается только, если он управляется одним из обоих реле отключения.
Из WO 2006/007608 A известен автоматический выключатель, действующий при появлении тока повреждения или тока утечки, функции которого расширяются посредством использования дополнительного модуля, зависимого от сетевого напряжения.
Поэтому задача данного изобретения состоит в том, чтобы усовершенствовать переключающее устройство вышеназванного типа, а именно чтобы оно в дальнейшем могло использоваться с дополнительным модулем и без него, но при этом имело более простую конструкцию. В частности, при эксплуатации переключающего устройства без дополнительного модуля, если предусмотрены исключительно основные функции, независимые от сетевого напряжения, не должны присутствовать никакие узлы, которые не требуются только для эксплуатации, независимой от сетевого напряжения. В добавление к этому обычные переключающие устройства, независимые от сетевого напряжения, должны быть легко приспосабливаемыми с повышением функциональной надежности к эксплуатации, зависимой от сетевого напряжения.
Эта задача согласно изобретению решается посредством того, что размыкающее устройство, зависимое от сетевого напряжения, включает в себя средство для приведения в действие размыкающего элемента, относящегося к устройству размыкания, независимому от сетевого напряжения. Таким образом устройство размыкания, зависимое от сетевого напряжения, использует имеющийся в наличии размыкающий элемент устройства размыкания, независимого от сетевого напряжения.
Тем самым является возможным применять переключающее устройство по выбору с дополнительным модулем или без него. Также при применении дополнительного модуля и тем самым при использовании расширенных функций, зависимых от сетевого напряжения, можно, тем не менее, отказаться от дополнительного размыкающего элемента.
Согласно предпочтительному осуществлению может быть предусмотрен измерительный преобразователь суммарного тока, по меньшей мере, с одной первичной обмоткой для обнаружения критического тока и с вторичной обмоткой для снабжения размыкающего элемента, независимого от сетевого напряжения, током размыкания. Тем самым токи утечки или токи повреждения могут распознаваться, и, таким образом, обеспечивается заранее заданная функциональность при размыкании независимо от сетевого напряжения.
В этой связи может быть предусмотрено, что преобразователь суммарного тока включает в себя дополнительную третичную обмотку. Тем самым можно избежать нежелательных размыканий, в частности, при переходных перенапряжениях и их сопровождающих токах.
При этом устройство размыкания, зависимое от сетевого напряжения, может быть сконструировано с возможностью запитывания электрическим током третичной обмотки. Посредством запитывания током третичной обмотки может быть реализовано управление размыканием, когда в преобразователе суммарного тока возникает повышенная намагничивающая сила. Она, в свою очередь, активирует размыкающий элемент устройства размыкания, независимого от сетевого напряжения, например реле с постоянными магнитами. Таким образом, устройство размыкания, зависимое от сетевого напряжения, может приводить в действие размыкающий элемент, относящийся к устройству размыкания, независимому от сетевого напряжения, например реле с постоянными магнитами.
Согласно дальнейшей форме осуществления изобретения устройство размыкания, независимое от сетевого напряжения может включаться между вторичной обмоткой и размыкающим элементом. При этом, в частности, может быть предусмотрена пассивная электроника размыкания, включенная между преобразователем суммарного тока и реле размыкания, которая при необходимости объединяется в один узел с устройством размыкания, зависимым от сетевого напряжения, в частности комбинируется в один модуль.
В этой связи может быть предусмотрено, что устройство размыкания, зависимое от сетевого напряжения, выполнено с возможностью подачи электрического тока в размыкающий элемент. Это имеет то преимущество, что устройство размыкания, зависимое от сетевого напряжения, может непосредственно вызывать приведение в действие размыкающего элемента, относящегося к устройству размыкания, независимому от сетевого напряжения.
В предпочтительном варианте устройство размыкания, зависимое от сетевого напряжения, может быть сконструировано в форме модуля, объединенного в функциональный узел. Посредством этого является возможным особенно простым образом создать различные исполнения с функциями, зависимыми от сетевого напряжения, или без этих функций. При этом согласно одному варианту модуль может быть закреплен в переключающем устройстве. Альтернативно, согласно другому варианту было бы возможно выполнить модуль съемным и предпочтительно посредством штепсельных контактов иметь возможность его подключения при расположении на переключающем устройстве. В последней форме осуществления также дополнительно могут также предусматриваться функции, зависимые от сетевого напряжения.
Предпочтительным образом устройство размыкания, зависимое от сетевого напряжения, при подаче электропитания может быть активировано, по меньшей мере, для одного провода. Это имеет то преимущество, что переход от режима работы, независимого от сетевого напряжения, в режим работы, зависимый от сетевого напряжения, или, соответственно, наоборот может происходить автоматически.
Предпочтительно может быть предусмотрено, что устройство размыкания, зависимое от сетевого напряжения, активируется при превышении порогового значения напряжения, по меньшей мере, в одном проводе. Тем самым происходит переход в режим работы, зависимый от сетевого напряжения, когда гарантируется полная работоспособность устройства размыкания, зависимого от сетевого напряжения. При этом задаваемое пороговое значение может лежать между 30 и 100 В, предпочтительно между 50 и 80 В. Посредством этого обеспечивается, что при подаче контактного напряжения, опасного для человека, обеспечивается уже высокая безопасность посредством устройства размыкания, зависимого от сетевого напряжения.
Устройство размыкания, зависимое от сетевого напряжения, может, предпочтительно, быть деактивировано при недостижении порогового значения напряжения, по меньшей мере, в одном проводе. При этом переключающее устройство функционирует как переключающая система, независимая от сетевого напряжения, так что в любое время обеспечивается надежная функция переключающего устройства.
В следующем варианте выполнения изобретения может быть предусмотрена схема замедления, предпочтительно независимая от сетевого напряжения, которая отключает устройство размыкания, зависимое от сетевого напряжения, во время заданного промежутка времени после своей активации предпочтительно от 1 до 100 мсек. Тем самым, в частности, может перекрываться время, которое устройство размыкания, зависимое от сетевого напряжения, требует при активации до его полной работоспособности. Тем самым в этот промежуток времени можно надежно избежать ложных срабатываний, которые могут быть осуществлены блоком размыкания, зависимым от сетевого напряжения, находящимся еще не в режиме полной функциональности.
В этой связи может быть предусмотрено, что схема замедления шунтирует устройство размыкания, зависимое от сетевого напряжения, во время заданного промежутка времени. Тем самым устройство размыкания, зависимое от сетевого напряжения, может отключаться особенно простым способом.
Изобретение более подробно описывается со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых на примерах отображены формы осуществления. При этом показано:
Фиг.1 показывает автоматический выключатель, действующий при появлении тока повреждения или тока утечки с третичной обмоткой согласно известному уровню техники,
Фиг.2 показывает первую форму осуществления такого автоматического выключателя по изобретению, действующего при появлении тока повреждения или тока утечки,
Фиг.3 показывает автоматический выключатель, действующий при появлении тока повреждения или тока утечки с усиленной по мощности пассивной проводкой согласно известному ранее уровню техники,
Фиг.4 показывает вторую форму осуществления автоматического выключателя по изобретению, действующего при появлении тока повреждения или тока утечки,
Фиг.5а показывает деталь дополнительного модуля с интегрированной электроникой, независимой от сетевого напряжения, согласно первой форме осуществления изобретения,
Фиг.5b показывает деталь дополнительного модуля с интегрированной электроникой, независимой от сетевого напряжения, согласно второй форме осуществления изобретения,
Фиг.5c показывает деталь дополнительного модуля с отдельной электроникой, независимой от сетевого напряжения, согласно первой форме осуществления изобретения,
Фиг.5d показывает деталь дополнительного модуля с отдельной электроникой, независимой от сетевого напряжения, согласно второй форме осуществления изобретения.
1
2
3
1
2
3
Фиг.1 показывает автоматический выключатель, действующий при появлении тока повреждения или тока утечки, с четырьмя проводами, а именно внешними проводами L, L, L, а также нейтральным проводом N, преобразователем 1 суммарного тока, вторичной обмоткой 2, третичной обмоткой 6, а также размыкающим элементом, выполненным в виде размыкающего реле 3 с постоянными магнитами. Размыкающее реле 3 соединяется с механизмом 4 замыкания, который, в свою очередь, воздействует на главные контакты 5. При возникновении тока повреждения (тока утечки) в одном из проводов L, L, Lили N во вторичной обмотке 2 индуцируется напряжение, посредством чего срабатывает подключенное к ней размыкающее реле 3 и через механизм 4 замыкания обеспечивается размыкание автоматического выключателя, действующего при появлении тока повреждения или тока утечки, то есть размыкание главных контактов 5.
Переключательные элементы, независимые от сетевого напряжения, как этот автоматический выключатель, действующий при появлении тока повреждения или тока утечки, получают свою энергию размыкания через преобразователь 1 суммарного тока непосредственно из энергии тока повреждения. Ввиду высокой чувствительности таких выключающих цепей всегда существует возможность нежелательных размыканий, например, при возникновении переходных перенапряжений и сопровождающих их токов. Этот нежелательный феномен устраняется, например, специальной дополнительной обмоткой, такой как третичная обмотка 6 преобразователя 1 суммарного тока, изображенная на фиг.1, за счет чего переносится магнитная энергия поля через два подключенных встречно диода 7 при высоких амплитудах тока повреждения из преобразователя 1 суммарного тока в эту дополнительную обмотку 6. Посредством этого уменьшается подача энергии на элемент размыкания, подключенный на вторичной стороне - в показанном случае на размыкающее реле 3 на постоянных магнитах, в результате чего оно не срабатывает.
В первом осуществлении согласно изобретению, как изображено на фиг.2, эта третичная обмотка 6 привлекается для присоединения дополнительного модуля 9 размыкания, зависимого от сетевого напряжения. Этот принцип управляемого магнитного поля в преобразователе 1 суммарного тока применяется в изобретении для того, чтобы посредством высокоомного или, соответственно, низкоомного замыкания третичной обмотки 6 реализовывать управление размыканием для случая применения, независимого от сетевого напряжения или, соответственно, зависимого от сетевого напряжения. При этом необходимо только размыкающее реле, а именно размыкающее реле 3 на постоянных магнитах. В режиме работы, независимом от сетевого напряжения (VI), модульный вход на модуле 9а является высокоомным, так что модуль 9а не влияет на выключающую цепь, независимую от сетевого напряжения. При наличии минимального напряжения на модуле 9а вышеназванный вход становится низкоомным. Присутствующий разностный ток индуцирует в третичной обмотке 6 ток, который обрабатывается в модуле 9а (аналого-цифровой преобразователь) и регистрируется. При превышении предварительно сконфигурированного порогового значения в модуле 9а генерируется испытательный ток и подается в третичную обмотку 6. Ввиду высоких значений числа витков (например, между 20 и 200, предпочтительно от 50 до 120, в частности 80) в преобразователе 1 суммарного тока благодаря этому увеличенному числу ампер-витков индуцируется повышенная намагничивающаяся сила, которая через вторичную обмотку 2 активирует реле 3 на постоянных магнитах во вторичной цепи. По отношению к применению, независимому от сетевого напряжения, происходит настройка реле 3 с повышенной энергией - в крайнем случае, пока не наступит насыщение материала преобразователя суммарного тока, которое делает возможным улучшение надежности размыкания для реле 3.
Посредством подачи испытательного напряжения в третичную обмотку 6 можно также настраивать реле 3 на постоянных магнитах посредством устройства 9 размыкания, зависимого от сетевого напряжения, и таким образом достигается размыкание автоматического выключателя, действующего при появлении тока повреждения или тока утечки, без необходимости иметь собственный элемент размыкания, зависимый от сетевого напряжения.
Наряду с автоматическим выключателем, действующим при появлении тока повреждения или тока утечки, изображенным на фиг.1, применяются также известные ранее выключающие цепи, как показано на фиг.3. При этом между преобразователем 1 суммарного тока и размыкающим реле 3 включается пассивная электроника 8 размыкания для достижения надежного размыкания или, соответственно, для соблюдения замедления того же размыкания. Последнее действительно, например, для характеристики «S», определенной в стандарте. В качестве размыкающего элемента, независимого от сетевого напряжения, здесь равным образом служит размыкающее реле 3 на постоянных магнитах, которое может приводить в действие механизм 4 замыкания.
Также по изобретению предусматривается расположение устройства размыкания, зависимого от сетевого напряжения, и выполнение его так, чтобы оно могло приводить в действие размыкающий элемент, относящийся к устройству размыкания, независимому от сетевого напряжения, то есть реле 3. Так как при этих обстоятельствах отсутствует третичная обмотка, согласно второй форме осуществления изобретения предусматривается реализовать привязку функций, зависимых от сетевого напряжения через модульную часть 9b, которая может включать в себя пассивную электронику 8 размыкания (смотри фиг.4). При этом модуль 9b может воздействовать непосредственно на реле 3 на постоянных магнитах и через него вызывать размыкание автоматического выключателя, действующего при появлении тока повреждения или тока утечки.
Может быть предусмотрено, что дополнительные функции, зависимые от сетевого напряжения, объединены по выбору в располагаемом или, соответственно, снимаемом дополнительном модуле 11. Без этого дополнительного модуля 11 автоматический выключатель, действующий при появлении тока повреждения или тока утечки, функционирует как обычный выключатель, независимый от сетевого напряжения. Если в этот выключатель вставлен дополнительный модуль 11, он дополняется дополнительными функциями модуля 9а (фиг.2) или, соответственно, 9b (фиг.4). Для того чтобы обеспечить функцию, независимую от сетевого напряжения также и при вставленном дополнительном модуле 11, согласно предпочтительному варианту в этом модуле 11 функционально может интегрироваться, например, независимая от напряжения электроника размыкания (смотри также, например, фиг.5b, деталь 8b), так что в этом случае модуль 11 может содержать функциональности, как независимые от сетевого напряжения (VI), так и зависимые от сетевого напряжения (VD).
Оба функциональных узла для размыкания, независимого от сетевого напряжения (VI) и зависимого от сетевого напряжения (VD), могут располагаться в двух модульных частях пространственно разграниченными. При этом в модульной части 9а-1 или, соответственно, 9b-1 объединены функции (VI), независимые от сетевого питания, а функции (VD), зависимые от сетевого питания, объединены в модульной части 9a-2 или, соответственно, 9b-2.
В последующем разъясняется функция размыкания, зависимая от сетевого напряжения, на примере осуществления, показанном на фиг.4: сигнал тока повреждения, генерированный преобразователем 1 суммарного тока, обрабатывается и регистрируется электроникой 9b в модуле 11. При превышении предварительно сконфигурированного порогового значения в модуле 11 генерируется испытательный ток и выдается на размыкающее реле 3. Этот сигнал, возникающий на выходе модуля 11, является более мощным, чем сигнал размыкания в VI-режиме, подготовленный электроникой размыкания 8b или 8d. Благодаря этому в VD-режиме повышается надежность срабатывания индуктивно присоединенного размыкающего реле 3.
Значение минимального напряжения питания для активации VD-функций в таком гибридном модуле («VIVD») находится в диапазоне 30-100 В, предпочтительно между 50 и 80 В.
Дополнительно в коммутационный аппарат или, соответственно, в модуль 11 могут интегрироваться следующие функции. Например, внутренняя регистрация температуры может сделать возможным регистрацию превышения температуры, которая далее может обрабатываться относительно оценки термической надежности применяемых электронных элементов в модуле 11. Например, прибор может отключаться при температурной перегрузке. В частности, посредством замены разных типов модулей могут выполняться различные требования по защите, в то время как основная функция, независимая от сетевого напряжения, обеспечивается тем же самым основным выключателем. Для всех типов модулей общей является возможность реализации дополнительных функций в VD-режиме:
- возможность установки порогового значения тока утечки при размыкании (например, ID между 0,5 IDn и примерно 0,95 IDn),
- возможность установки замедления размыкания,
- возможность установки границы перенапряжения или низшего напряжения для определения перенапряжений или низших напряжений,
- определение коэффициента мощности тока утечки,
- канал связи наружу по инфракрасной связи, визуальным светодиодам, радио,
- интерфейс данных для обмена программными кодами, параметрами.
В дальнейшем усовершенствовании изобретения может быть еще больше улучшена эксплуатационная надежность переключающего устройства. Так как с момента включения переключающего устройства до наступления режима полной функциональности модуля 11 требуется конечное время, даже если оно находится в диапазоне мсек, является допустимым, что с появлением переходных импульсных токов связано нежелательное размыкание автоматического выключателя, действующего при появлении тока повреждения или тока утечки. Такие переходные импульсные токи могут возникать посредством включения индуктивных нагрузок. Поэтому желательно предотвратить обоснованные подобным образом нежелательные размыкания во время этого промежутка времени. Поэтому у переключающего устройства по изобретению может быть предусмотрено шунтирование функциональности модуля 11 посредством схемы замедления до тех пор, пока модуль 11 согласно своей конфигурации не сможет предотвратить такие нежелательные размыкания. При этом такая схема замедления, независимая от сетевого напряжения, может быть интегрирована в модуль 11 (смотри фиг.5а и 5b) или быть реализована как отдельная схема, связанная с модулем 11 (смотри фиг.5с и 5d).
Шунтирование может быть реализовано следующим образом: в примере осуществления согласно фиг.4 и 5b в VI-режиме, независимом от сетевого напряжения, вход модульной части 9b является высокоомным, так что функция электроники 8 является активной. При превышении порогового значения питающего напряжения VI-функция, независимая от сетевого напряжения, переходит в VD-функцию, зависимую от сетевого напряжения. При этом вход модульной части 9b становится низкоомным, и тем самым шунтируется электроника 9b размыкания.
Соответствующим образом осуществление шунтирования является возможным на примере согласно фиг.2 и 5а.
Если предусмотрена выключающая цепь, которая требует усиливающуюся по мощности пассивную проводку (как изображено на фиг.3, деталь 8), то эта проводка также может комбинироваться с дополнительной схемой замедления (смотри фиг.5b и 5d, детали 8b и 8).
Следующие формы осуществления по изобретению имеют только одну часть описанных признаков, причем может быть предусмотрена любая комбинация признаков, также, в частности, от разных описанных форм осуществления.