CN118043922A - 保护开关设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于保护低压电路的保护开关设备，具有：‑壳体，其具有用于低压电路的电网侧的接头和负载侧的接头，‑机械分离触点单元，其与电子中断单元串联连接，其中机械分离触点单元与负载侧的接头相关联并且电子中断单元与电网侧的接头相关联，‑机械分离触点单元能够通过断开触点以避免电流流动或者通过闭合触点以用于低压电路中的电流流动来切换，‑电子中断单元能够通过基于半导体的开关元件切换到开关元件的高阻状态以避免电流流动或者切换到开关元件的低阻状态以用于低压电路中的电流流动，‑电流传感器单元，用于确定低压电路的电流大小，‑控制单元，其与电流传感器单元、机械分离触点单元和电子中断单元连接，其中在超过电流界限值或/和电流‑时间界限值时，启动低压电路的电流流动的避免；‑机械分离触点单元具有位置传感器，用于确定关于触点的闭合状态或断开状态的位置信息。

Description

保护开关设备

技术领域

本发明涉及具有电子中断单元的用于低压电路的保护开关设备的技术领域。

背景技术

低压是指交流电压高达1000伏或直流电压高达1500伏的电压。低压特别是指大于小电压的电压，小电压的值为50伏交流电压或120伏直流电压。

低压电路或低压电网或低压***是指额定电流或标称电流直至125安培、更特别是直至63安培的电路。低压电路特别是指额定电流或标称电流直至50安培、40安培、32安培、25安培、16安培或10安培的电路。提到的电流值特别是指额定电流、标称电流或/和关断电流、即在正常情况下引导通过电路的最大电流，或者电路通常中断的电流，例如通过保护装置、诸如保护开关设备或线路保护开关或断路器中断的电流。额定电流可以进一步分级，从0.5A经过1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A、8A、9A、10A等直至16A。

线路保护开关是从很久前就已知的过流保护装置，其在电气安装技术中应用在低压电路中。线路保护开关保护线路免受由电流过高和/或短路引起的发热而造成的损坏。线路保护开关可以在过载和/或短路的情况下自动关断电路。线路保护开关是一种非自动复位的保险丝元件。

与线路保护开关不同的是，断路器的电流被设置为大于125安培，在某些情况下也从63安培开始。因此，线路保护开关的结构更简单并且更精致。线路保护开关通常具有用于如下固定可能性，即固定在所谓的顶帽式导轨(支承导轨，DIN导轨，TH35)上。

线路保护开关采用机电结构。在壳体中，它们具有用于中断(触发)电流的机械开关触点或工作电流触发器。通常，双金属保护元件或双金属元件用于在长时间过流(过流保护)或热过载(过载保护)的情况下触发(中断)。具有线圈的电磁触发器用于在超过过流界限值或在发生短路(短路保护)的情况下短时间地触发。设置一个或多个灭弧室或用于灭弧的装置。此外，设置用于要保护的电路的导体的连接元件。

具有电子中断单元的保护开关设备是相对较新的发展。保护开关设备具有基于半导体的电子中断单元。也就是说，低压电路的电流引导通过半导体器件或半导体开关，该半导体器件或半导体开关可以中断电流或切换为导电。具有电子中断单元的保护开关设备还通常具有机械分离触点***，其特别是根据低压电路的相关标准具有分离特性，其中机械分离触点***的触点串联连接到电子中断单元，即要保护的低压电路的电流既引导通过机械分离触点***又引导通过电子中断单元。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，改进开头所述类型的保护开关设备，特别是给出用于这种保护开关设备的新的、简单的和改进的架构，或者提供用于这种保护开关设备的改进的部件。

上述技术问题通过具有权利要求1的特征的保护开关设备来解决。

根据本发明，提出一种用于保护低压电路、特别是低压交流电路的保护开关设备，该保护开关设备具有：

-壳体，该壳体具有用于低压电路的电网侧的接头和负载侧的接头，

-机械分离触点单元，其与电子中断单元串联连接，其中机械分离触点单元与负载侧的接头相关联并且电子中断单元与电网侧的接头相关联，

-机械分离触点单元能够通过断开至少一个触点(或多个触点)以避免电流流动或者通过闭合至少一个触点(或多个触点)以用于低压电路中的电流流动来切换，

-电子中断单元能够通过基于半导体的开关元件切换到开关元件的高阻状态以避免电流流动或者切换到开关元件的低阻状态以用于低压电路中的电流流动，

-电流传感器单元，用于确定低压电路的电流的大小，

-控制单元，其与电流传感器单元、机械分离触点单元和电子中断单元连接，其中，在超过电流界限值或/和电流-时间界限值时，启动低压电路的电流流动的避免，

-机械分离触点单元具有位置传感器，用于确定关于触点的闭合状态或断开状态的位置信息。

根据本发明，提出一种保护开关设备，其中，电子中断单元与电网侧的接头相关联，即在正常情况下持续地被馈送能量/施加电压，并且机械分离触点单元与负载侧的接头相关联，即仅对负载中断电流流动，其中保护开关设备(特别是控制单元或电子中断单元)继续被馈送能量。

在此，根据本发明，执行至少一个触点(或多个触点)的位置或姿态的确定，即执行关于触点的闭合状态或断开状态的位置信息的确定。

位置信息优选地仅针对保护开关设备确定，即(特别是仅)在保护开关设备内进行处理。为此，位置传感器与控制单元连接，使得控制单元具有关于触点的闭合状态或断开状态的位置信息。

在一个设计方案中，位置信息特别是在保护开关设备之外不可用。

这具有的优点是，在新型的保护开关设备中存在关于触点的开关位置的信息，该信息可以用于其它功能、特别是保护开关设备的功能检查。用于保护开关设备的新型方案规定，该保护开关设备可以立即投入使用，并且在断开负载之后也可以承担通信功能和其它功能。

本发明的有利的设计方案在从属权利要求和实施例中给出。

在本发明的一个有利的设计方案中，保护开关设备被设计为，使得位置信息被用于执行保护开关设备的功能检查。特别地，根据位置信息执行检查功能。

这具有特别的优点，即可以根据开关状态(断开/闭合)执行不同的检查功能。特别地，可以执行不同时长的检查功能。因此，在触点断开的情况下，即当耗电器还没有被馈送能量时，可以执行较长时间的检查功能。在触点闭合的情况下，优选可以执行短时间的检查功能，以便不给耗电器馈送过多的能量并且避免故障情况。因此，可以有利地执行保护开关设备本身以及所连接的耗电器的检查功能，以便提高新型保护开关设备以及低压电路的安全性。

在本发明的一个有利的设计方案中，保护开关设备被设计为，使得为了检查保护开关设备的功能，在机械分离触点单元的触点断开并且电子中断单元切换为高阻的情况下(尤其利用第一电压传感器单元)确定电子中断单元上的电压的大小。在低于第一电压阈值时，存在第一故障条件，从而避免电子中断单元变为低阻或/和避免触点闭合。

这用于检查电子中断单元的“可关断性”，即基于半导体的开关元件变为高阻。

第一电压阈值例如有利地为低压电路的额定电压的5-15％，例如10％。

这具有特别的优点，即在电子中断单元的关断特性或关断状态方面给出简单的检查。

在本发明的一个有利的设计方案中，保护开关设备被设计为，使得为了检查保护开关设备的功能，在机械分离触点单元的触点断开并且电子中断单元切换为高阻的情况下，电子中断单元切换到低阻状态持续第一时间段。在此，确定电子中断单元上的电压的大小。在超过第二电压阈值时，存在第二故障条件，从而避免电子中断单元进一步变为低阻或/和避免触点闭合。

第一时间段可以在几μs的范围内，例如100μs，直至秒的范围。第一时间段原则上仅通过手动接通机械分离触点单元来限制。其例如可以在100μs至2ms的范围内，例如100μs、200μs、…1ms、2ms。当开关时间在1ms至2ms的范围内时，可以检测到电压变化。时间段也可以更大，例如直至1秒。然后可以检查，是否在电子中断处(针对“较长的时间段”)施加了大约0V的电压(电压的瞬时值或有效值)。因为机械分离触点单元的触点断开，所以时间段仅受限于直至触点闭合的时间。也就是说，甚至超过一秒的更长或长的测试时间也是可能的。有利地，可以通过位置传感器确定触点断开多长时间并且因此调整第一时间段。

第二电压阈值应小于1V。

这具有特别的优点，即电子中断单元可以在其“可接通性”或接通状态方面被检查。

在本发明的一种有利的设计方案中，在存在故障条件时避免机械分离触点单元的触点闭合。特别地，不向机械分离触点单元输出释放信号(enable)。

这具有如下特别的优点，即仅能接通具有能工作的电子中断单元的能正常工作的保护开关设备。因此提高了低压电路中的运行可靠性。因此确保了电子中断单元的可接通性和可关断性起作用。

在本发明的一个有利的设计方案中，保护开关设备被设计为，使得为了进行功能检查，在机械分离触点单元的触点闭合并且电子中断单元切换为高阻的情况下，电子中断单元切换到低阻状态持续第二时间段。在此(在低阻状态下)确定电子中断单元上的电压的大小。在超过第三电压阈值时，存在第三故障条件，该第三故障条件避免电子中断单元切换为低阻或/和启动触点的断开。

第三电压阈值应小于1V。

第二时间段可以是短时间的。例如，第二时间段可以小于2ms或1ms，特别是例如500μs或100μs长。

这具有特别的优点，即在该运行状态中也能够实现对电子中断单元的可接通性的检查。

在本发明的一个有利的设计方案中，当在电网侧的中性导体接头和电网侧的相导体接头之间的电压的瞬时值低于第四电压阈值时，电子中断单元被切换到低阻状态。

第四电压阈值可以是(保护)小电压的值。例如，第四电压阈值可以为50V。

这具有特别的优点，即对电子中断单元在其可接通性方面的检查利用不危险的电压或在电压大小不危险的时间点进行。因此，在检查保护开关设备的同时实现了高的运行安全性。

在本发明的一个有利的设计方案中，保护开关设备被设计为，使得为了进行功能检查，在机械分离触点单元的触点闭合并且电子中断单元切换为低阻的情况下，确定电子中断单元上的电压的大小。在超过第五电压阈值时，存在第四故障条件，该第四故障条件启动电子中断单元变为高阻或/和启动触点的断开。

第五电压阈值应小于1V。

这具有特别的优点，即在持续运行中进行电子中断单元的检查并且在电子中断单元有故障的情况下启动低压电路中的电流流动的避免，从而存在安全的状态。

在本发明的一个有利的设计方案中，保护开关设备被设计为，使得为了进行功能检查在机械分离触点单元的触点闭合并且电子中断单元切换为低阻的情况下，电子中断单元(EU)切换到高阻状态持续第三时间段。在高阻状态下，确定电子中断单元上的电压的大小。在低于第六电压阈值时，存在第五故障条件，该第五故障条件启动电子中断单元变为高阻或/和启动触点的断开。

第三时间段优选地应该非常短。例如，第三时间段可以小于2ms或1ms，更特别地小于500μs或100μs长。

由此有利的是，负载或耗电器不会如此长时间地与电网分离。

第六电压阈值可以如第一电压阈值那样确定大小。第六电压阈值例如可以是额定电压的5-15％，或者更好地是低压电路的所施加的电压的5-15％，例如10％。

第六电压阈值可以根据负载的阻抗或电阻或负载电流来确定大小，该负载电流尤其是之前流过的负载电流。

这具有特别的优点，即在连续运行期间在电子中断单元的关断特性或可关断性或关断状态方面给出简单的检查。

此外，可以有利地在电子中断单元内的能量吸收器或过电压保护装置的情况下也检查其工作能力。如果电流事先在低压电路中流过，则可以在变为高阻之后检查通过能量吸收器的续流电流或能量吸收器上产生的电压。如果在存在电流流动的情况下断开电子中断单元，则电压(由于线路回路中的电感)升高直至过电压保护装置的电压。因此，可以检查能量吸收器的工作能力。

有利地，电子中断单元变为高阻可以在电流的过零中进行。这具有特别的优点，即不会出现电流断续。此外，由于此时负载没有供电，因此测量对负载的影响较小。此外，不进行换向过程(电感电路中的电流减小)，并且电子中断单元(包括能量吸收器)可以立即截止。

在本发明的一个有利的设计方案中，当在电网侧的中性导体接头和电网侧的相导体接头之间的电压的瞬时值超过第七电压阈值时，尤其是当电压的瞬时值处于最大值时，电子中断单元被切换到高阻状态。

这具有特别的优点，即能量馈送的短时间中断在可供使用的能量的最大值中进行，从而影响小。此外，在最大电压下检查电子中断单元，从而可以提早识别出故障。

第七电压阈值例如可以大于160V、200V、240V或300V(每个中间值同样是可能的)。最大电压的瞬时值为325伏特(在230伏特电网的情况下)。

上述功能检查是示例，也可以使用其它功能检查，在这些功能检查中有利地分析或使用位置传感器的信息。

在本发明的一个有利的设计方案中，设置有电源件，该电源件与电网侧的接头连接或者能够与电网侧的接头连接。电源件与控制单元连接，以便提供能量供给。

这具有特别的优点，即保护开关设备在正常情况下持续地被供给能量，从而能够实现在正常情况下持续的运行。

在本发明的一个有利的设计方案中，电源件和电网侧的接头之间的连接具有保险丝或/和开关。

这具有特别的优点，即电源件或控制单元可以被关断，例如用于绝缘测量。此外，电源件或控制单元可以被保护，以便实现保护开关设备的提高的安全性以防止其它故障。

在本发明的一个有利的设计方案中，电网侧的接头包括电网侧的中性导体接头和电网侧的相导体接头。负载侧的接头包括负载侧的中性导体接头和负载侧的相导体接头。

这具有特别的优点，即给出两极的实现。

在本发明的一个有利的设计方案中，负载侧的中性导体接头和负载侧的相导体接头与机械分离触点单元连接。在本发明的一个有利的设计方案中，电子中断单元与电网侧的相导体接头连接。

这具有特别的优点，即提供机械地两极中断的和电子地单极中断的保护开关设备，其中，电子中断单元有利地布置在相导体的电流路径或相导体(电流)路径中。这降低了成本并且提供了一种可靠中断的保护开关设备，该保护开关设备技术先进并且具有简单的架构。

在本发明的一种有利的设计方案中，机械分离触点单元具有用于手动地断开和闭合触点的手柄。

这具有特别的优点，即给出了根据经典的线路保护开关的保护开关设备。

在本发明的一种有利的设计方案中，机械分离触点单元被设计为，使得关于触点的闭合状态或断开状态的位置信息可以与手柄的位置不同。

这具有特别的优点，即例如可以使用所谓的自由触发，其中可以确定和监控触点的开关状态(断开/闭合)。自由触发的特征特别在于，在已经存在故障时触点闭合是不可能的，或者手柄的闭合在故障时触点又断开(由此手柄的位置与触点的位置不同)。被锁止的手柄不锁止触点，从而触点可以随时被控制单元断开。

在本发明的一种有利的设计方案中，手柄具有操作传感器，该操作传感器与控制单元连接，用于确定手柄的操作信息。

这具有特别的优点，即通过确定手柄的操作信息可以相应地调整或结束检查功能，因为例如可以预期触点的闭合(或断开)。此外，可以有利地确定，手柄的位置是否偏离触点的位置。特别地，例如可以识别这样粘接的触点(非断开的触点)，确定相应的信息并且执行相应的措施，例如电子中断单元变为高阻或(/和)状态的通信，例如到另一保护开关设备或上级的监控或管理***的通信。

在本发明的一个有利的设计方案中，电子中断单元的开关状态(高阻的，低阻的)取决于所确定的触点的位置。

在本发明的一个有利的设计方案中，(通过位置传感器检测到的)触点的闭合、尤其在触点闭合之后(借助控制单元)启动/开始检查功能，并且在检查到无故障的情况下启动/开始电子中断单元的接通。

这具有特别的优点，即通过这种新型的(操作)方案，在保护开关设备上不需要用于电子中断单元的另外的开关。

在本发明的一种有利的设计方案中，机械分离触点单元被设计为，使得触点能够由控制单元断开，但不能闭合。

这具有特别的优点，即实现提高的运行安全性，因为触点不能无意地通过控制单元闭合。

在本发明的一种有利的设计方案中，机械分离触点单元被设计为，使得仅在施加释放信号时才能够通过手柄闭合触点。

这具有特别的优点，即在电路或保护开关设备中实现了提高的运行安全性，因为只有能正常工作的保护开关设备才能实现触点的(手动)闭合。

在本发明的一种有利的设计方案中，电子中断单元是单极的电子中断单元，该单极的电子中断单元尤其设置在相导体电流路径中。

这具有特别的优点，即通过单极性降低成本并且同时在布置在相导体电流路径中时能够实现对低压电路中的过电流、短路电流以及接地故障电流的监控。

在本发明的一个有利的设计方案中，设置第一电压传感器单元，用于确定电流路径的电子中断单元(EU)的接头上的电压的大小。

这具有特别的优点，即通过确定电子中断单元上的电压的大小可以有利地简单地支持电子中断单元的工作能力、尤其是切换能力的确定。由此实现了保护开关设备的提高的运行安全性，因为可以简单地确定有故障的电子中断单元并且必要时可以中断保护开关设备。

在本发明的一个有利的设计方案中，设置第二电压传感器单元，用于确定电网侧的接头上的电压的大小、尤其电网侧的中性导体接头和电网侧的相导体接头之间的电压的大小。

这具有特别的优点，即可以监控电网侧的接头的电压并且必要时在过压或欠压的情况下可以断开电路。因此，根据本发明的架构支持保护开关设备或电路中的提高的运行安全性。

在本发明的一个有利的设计方案中，设置与控制单元连接的显示单元。

这具有特别的优点，即能够实现保护开关设备的状态信息的显示。

在本发明的一个有利的设计方案中，设置与控制单元连接的通信单元。

这具有特别的优点，即能够实现状态信息与其它保护开关设备或上级管理***的通信。

在本发明的一个有利的设计方案中，设置温度传感器单元，特别是用于确定电子中断单元的温度。

温度传感器单元可以与电子中断单元或/和控制单元连接。

这具有特别的优点，即提供了防止电子中断单元的基于半导体的开关元件的过热和随后的烧断的进一步保护。此外，可以实现提高的载流能力。

在超过至少一个温度界限值时，可以中断电流路径/相导体路径。

在本发明的一个有利的设计方案中，设置与控制单元连接的差电流传感器。

这具有特别的优点，即保护开关设备还具有故障电流监控装置(差动电流监控装置)并且因此具有另外的功能性。

在本发明的一个有利的设计方案中，电流传感器单元在电流路径侧设置在电网侧的相导体接头和负载侧的相导体接头之间。

这具有特别的优点，即通过在相导体电流路径中的布置能够实现对低压电路中的过电流、短路电流以及接地故障电流的监控。

在本发明的一个有利的设计方案中，低压电路是三相交流电路，并且保护开关设备具有另外的电网侧的和负载侧的相导体接头，在这些另外的电网侧的和负载侧的相导体接头之间分别设置有电子中断单元和机械分离触点单元的触点的串联电路。其它单元、如电流传感器单元、第一或/和第二电压传感器单元可以以类似的方式设置。

这具有特别的优点，即给出了用于三相交流电路的解决方案。

在本发明的一个有利的设计方案中：

在机械分离触点单元的触点闭合和中断单元是低阻的情况下，以及

-在所确定的电流超过第一电流值的情况下、特别是超过第一电流值持续第一时间界限的情况下，电子中断单元保持高阻并且机械分离触点单元保持闭合，

-在所确定的电流超过第二电流值持续第二时间界限的情况下，电子中断单元变为高阻并且机械分离触点单元断开，

-在所确定的电流超过第三电流值的情况下，电子中断单元变为高阻并且机械分离触点单元断开。

这具有特别的优点，即给出了根据本发明的保护开关设备的分级的关断方案。

在本发明的一个有利的设计方案中，控制单元具有微控制器。

这具有特别的优点，即用于提高保护开关设备或待保护的低压电路的安全性的根据本发明的功能可以通过(可适配的)计算机程序产品来实现。此外，功能的改变和改进由此可以单独地加载到保护开关设备上。

所有的设计方案，不仅以引用权利要求1的从属形式，而且仅仅引用权利要求的各个特征或特征组合，都实现了保护开关设备的改进，尤其是保护开关设备或电路的新架构和安全性的改进，并且提供了一种用于保护开关设备的新方案。

附图说明

所描述的本发明的特性、特征和优点以及其实现方式结合下面对实施例的描述将变得更清楚且更容易理解，结合附图对实施例进行详细说明。

在此，在附图中：

图1示出了保护开关设备的第一原理图，

图2示出了保护开关设备的第二原理图。

具体实施方式

图1示出了用于保护低压电路、特别是低压交流电路的保护开关设备SG的图示，该保护开关设备具有壳体GEH，该保护开关设备具有：

-电网侧的接头，该电网侧的接头特别是包括电网侧的中性导体接头NG和电网侧的相导体接头LG，

-负载侧的接头，该负载侧的接头特别是包括负载侧的中性导体接头NL和负载侧的相导体接头LL，

-接头设置用于低压电路；

-在电网侧的接头/电网侧GRID处通常连接有能量源，

-在负载侧的接头/负载侧LOAD处通常连接有耗电器；

-(两极的)机械分离触点单元MK，其具有负载侧的连接点APLL、APNL和电网侧的连接点APLG、APNG，

其中为中性导体设置负载侧的连接点APNL，为相导体设置负载侧的连接点APLL，为中性导体设置电网侧的连接点APNG，为相导体设置电网侧的连接点APLG。负载侧的连接点APNL、APLL与负载侧的中性导体接头和相导体接头NL、LL连接，从而可以通过断开触点KKN、KKL以避免电流流动或者通过闭合触点以用于低压电路中的电流流动来切换，

-特别是单极的电子中断单元EU(其在单极的实施中特别是布置在相导体中)，

具有电网侧的连接点EUG，该电网侧的连接点与电网侧的相导体接头LG电连接，以及

负载侧的连接点EUL，该负载侧的连接点与机械分离触点单元MK的电网侧的连接点APLG电连接或被连接，

其中，电子中断单元EU通过(未示出的)基于半导体的开关元件具有或可切换为开关元件的高阻状态以避免电流流动或开关元件的低阻状态以用于低压电路中的电流流动，

-电流传感器单元SI，用于确定低压电路的电流的大小，该电流传感器单元特别是布置在相导体的电流路径或相导体电流路径中，

-控制单元SE，该控制单元与电流传感器单元SI、机械分离触点单元MK和电子中断单元EU连接，其中，在超过电流界限值或/和电流-时间界限值时，启动低压电路的电流流动的避免。

机械分离触点单元MK根据本发明布置在负载侧，电子中断单元EU根据本发明布置在电网侧。

具有能量源的电网侧GRID在正常情况下处于电压下。在负载侧LOAD处通常连接有耗电器。

机械分离触点单元MK具有位置传感器，用于确定关于机械分离触点单元MK的至少一个或多个触点KKN、KKL的闭合状态或断开状态的位置信息。因此，尤其对于控制单元SE存在关于机械分离触点单元MK的开关状态的信息，从而存在关于所连接的耗电器是否可能被馈送能量的信息，因为该新型的保护开关设备有利地在一定程度上持续地被馈送能量。

保护开关设备可以被设计为，使得可以有利地确定电子中断单元上的电压的大小。也就是说，在电子中断单元EU的电网侧的连接点EUG和负载侧的连接点EUL之间的第一电压的大小是可确定的或者被确定。

为此，在根据图1的示例中设置与控制单元SE连接的第一电压传感器单元SU1，该第一电压传感器单元确定电子中断单元EU的电网侧的连接点EUG和负载侧的连接点EUL之间的电压的大小。

在通过第一电压传感器单元SU1进行电压测量时，替换地也可以确定电子中断单元EU和电流传感器SI的串联电路上的电压，如在图1中示出的那样。电流传感器单元SI具有非常小的内阻，从而不影响或可忽略地影响对电压大小的确定。

有利地，可以设置第二电压传感器单元SU2，该第二电压传感器单元确定电网侧的中性导体接头NG与电网侧的相导体接头LG之间的电压的大小。

也可以通过使用(在电子中断单元之前和在电子中断单元之后的)两个电压测量来替换第一电压传感器单元。通过求差来确定电子中断单元上的电压。

因此，能够设置与控制单元SE连接的第二电压传感器单元SU2/所述第二电压传感器单元SU2，该第二电压传感器单元确定电网侧的中性导体接头NG和电网侧的相导体接头LG之间的第二电压的大小。此外，可以设置与控制单元连接的(未示出的)第三电压传感器单元SU3，该第三电压传感器单元确定电网侧的中性导体接头NG和电子中断单元EU的负载侧的连接点EUL之间的第三电压的大小。保护开关设备被设计为，使得从第二电压和第三电压之间的差中确定电子中断单元EU的电网侧的连接点EUG和负载侧的连接点EUL之间的第一电压/所述第一电压的大小。

在机械分离触点单元MK的电网侧连接点APLG、APNG之间可以连接测量阻抗ZM。测量阻抗ZM例如可以是电阻器或/和电容器。测量阻抗还可以是电感器。特别地，测量阻抗可以是电阻器或/和电容器或/和电感器的串联电路或并联电路。

在根据图1的示例中，电子中断单元EU单极地实施，在示例中在相导体中实施。在此，用于机械分离触点单元MK的中性导体的电网侧的连接点APNG与壳体GEH的电网侧的中性导体接头NG连接。

保护开关设备SG有利地被设计为，使得机械分离触点单元MK的触点可以通过控制单元SE断开，但不能闭合，这由从控制单元SE到机械分离触点单元MK的箭头指示。

机械分离触点单元MK可以通过保护开关设备SG上的机械手柄HH操作，以便切换触点KKL、KKN的手动(人工)断开或闭合。机械手柄HH可以指示保护开关设备上的机械分离触点单元MK的触点的开关状态(断开或闭合)。但是，例如当使用所谓的自由触发时或者当触点被粘接时，手柄的位置也可以与触点的开关状态不同。

例如在这种情况下，手柄可以有利地具有操作传感器，该操作传感器与控制单元连接，用于确定手柄的操作信息。因此，可以确定手柄的位置与触点的开关位置之间的偏差。可以实施针对这种情况的措施。因此例如可以识别粘接的触点，该粘接的触点对于低压电路的保护来说是问题。作为措施，电子中断单元可以变为高阻、显示消息、例如向另一保护开关设备或/和监控***或管理***输出消息。

机械分离触点单元MK有利地被设计为，使得在释放(Enable，使能)、尤其是释放信号之后才能够通过机械手柄(手动地)闭合触点。这同样通过从控制单元SE到机械分离触点单元MK的箭头表示。也就是说，机械分离触点单元MK的触点KKL、KKN可以通过手柄HH在存在释放或(来自控制单元的)释放信号时才闭合。在没有释放或释放信号的情况下，手柄HH虽然可以***作，但触点不能闭合(“Dauerrutscher，持续滑移”)。

保护开关设备SG具有能量供应装置或电源件NT、例如开关电源件。特别地，能量供应装置/电源件NT设置用于控制单元SE，这通过图1中的能量供应装置/电源件NT和控制单元SE之间的连接表明。能量供应装置/电源件NT(另一方面)与电网侧的中性导体接头NG和电网侧的相导体接头LG连接。在与电网侧的中性导体接头NG(或/和相导体接头LG)的连接中，可以有利地设置保险丝SS、特别是熔断保险丝或者开关SCH(图2)。

根据本发明，电源件NT在正常情况下持续地被馈送能量。可能地，通过保险丝SS保护或者可以通过开关SCH关断。

替换地，测量阻抗ZM可以通过与保险丝SS的该连接与电网侧的中性导体接头NG连接。

因此，可以有利地实现三极的电子单元EPART(图2)，例如作为具有用于低压电路的三个连接点的模块，即一个中性导体连接点和两个相导体连接点。电子单元EPART例如具有电子中断单元EU、控制单元SE、能量供应装置NT(尤其包括保险丝SS)、电流传感器单元SI、可选地第一电压传感器单元SU1或/和可选地第二电压传感器单元SU2。

低压电路可以是具有中性导体和三个相导体的三相交流电路。为此，保护开关设备可以被设计为三相变型，并且例如可以具有另外的电网侧和负载侧的相导体接头。在另外的电网侧的和负载侧的相导体接头之间以类似的方式分别设置根据本发明的电子中断单元和机械分离触点单元的触点，同样地设置电流传感器单元。此外，可以设置电压确定装置(例如通过第一电压传感器单元)。

高阻指的是一种状态，在该状态下仅还流过可忽略大小的电流。特别地，可忽略大小的电流小于2mA、更特别地小于0.5mA。高阻尤其是指大于1千欧姆、更好地大于10千欧姆、100千欧姆、1兆欧姆、10兆欧姆、100兆欧姆、1千欧姆或更大的电阻值。

低阻指的是一种状态，在该状态下，在保护开关设备上给出的电流值可以流动。低阻尤其是指小于10欧姆、更好地小于1欧姆、100毫欧姆、10毫欧姆、1毫欧姆或更小的电阻值。

图2示出根据图1的视图，区别在于，保护开关设备两部分地构造。保护开关设备包括例如在印刷电路板(Printed Circuit Board)上的电子的第一部分EPART。

第一部分EPART可以具有控制单元SE、第一电压传感器单元SU1、第二电压传感器单元SU2、电流传感器单元SI、电子中断单元EU、能量供应装置NT。此外，第一部分可以具有熔断保险丝SS、开关SCH、测量阻抗ZM、温度传感器TEM(特别是用于电子中断单元EU)、通信单元COM、显示单元AE。

第一部分EPART仅具有三个接头：

-电网侧的相导体接头LG，

-用于或至机械分离触点单元MK的电网侧的相导体连接点APLG的接头，

-用于连接到电网侧的中性导体接头NG的接头。

通信单元COM尤其可以是无线通信单元。

保护开关设备包含特别是机械的第二部分MPART。第二部分MPART可以具有机械分离触点单元MK、手柄HH和释放单元FG，该机械分离触点单元具有根据本发明的位置传感器(位置单元)POS，用于将机械分离触点单元MK的触点的位置报告给控制单元。此外，第二部分可以具有(多个)(中性导体)连接。

此外，可以设置差电流传感器ZCT，如总和电流互感器，如其例如从经典的故障电流保护开关已知的那样。

可以设置其它未详细示出的单元。

通过分成两部分，可以有利地实现根据本发明的紧凑的保护开关设备。

当存在释放信号enable时，释放单元/释放功能FG引起通过手柄HH对机械分离触点单元的触点的操作的释放。也就是说，只有在存在(来自控制单元SE的)释放信号enable的情况下，才能够通过手柄闭合触点KKL、KKN。否则闭合是不可能的(手柄HH的持续滑移)。触点保持在断开位置/开关状态。

此外，当(来自控制单元SE的)断开信号OEF存在时，释放单元FG可以引起触点的断开(释放单元FG的第二功能)。释放单元/释放功能FG然后充当触发单元以用于断开机械分离触点单元MK的触点。

通过串联连接的机械分离触点单元MK和单极电子中断单元EU的电流路径在根据图1布置在相导体中时形成相导体路径，即用于相导体穿过保护开关设备SG(在壳体内部)的路径。中性导体仅通过机械分离触点单元MK引导，其于是是中性导体路径，即用于中性导体穿过保护开关设备SG(在壳体内部)的路径。

也可以优选地在相导体中设置具有仅一个机械触点的保护开关设备的单极实施。保护开关设备例如具有：

-(仅)一个负载侧的(相导体)接头LL

-电网侧的相导体接头LG和电网侧的中性导体接头NG。

在这种情况下不设置负载侧的中性导体接头。

位置信息可以有利地用于执行保护开关设备的功能检查。特别地，可以根据位置信息执行不同的检查功能。

示例性地，下面考虑如下情况：

-额定电压或电网电压(例如230V AC)施加在保护开关设备的电网侧接头LG、NG或电网侧GRID或电网接头上，

-耗电器或能量收集器或负载连接到保护开关设备的负载侧LOAD。

在第一步骤中，应考虑在电子保护设备的断开状态下的检查。

为此：

-机械分离触点单元断开(触点断开)-通过位置传感器确定

-电子中断单元关断(基于半导体的开关元件是高阻的)

-控制单元(包括控制器单元)是激活的。

电子中断单元和机械分离触点单元之间的电势由测量阻抗ZM和关断状态下的电子中断单元的阻抗确定(分压器)。

控制单元现在可以在任意时间点(并且因此在特定的电压分配(根据电压的瞬时值，电压的半波))接通基于半导体的开关元件。在考虑交流电压或AC电压的极性的情况下，由此可以测试电子中断单元EU的开关元件。

因此，电子中断单元EU(或电子开关)接通例如非常短的时间(在毫秒范围内)。测量时间受到断开的触点的限制。如果触点闭合，则结束该检查。根据本发明，该状态的确定通过位置传感器POS进行。

如果电子中断单元能够正常工作，则这可以通过(同时的)电压测量(例如第一电压传感器单元、第二电压传感器单元)和(随后的)评估来确定。例如，在有缺陷的基于半导体的开关元件的情况下可以确定，该开关元件是始终保持接通(故障模式：“熔结”)还是始终保持断开(故障模式：“烧断”)。

因此，涵盖了两种典型的和常见的故障模式。

如果检查是无故障的，则可以进行用于接通保护开关设备、特别是电子中断单元或机械分离触点单元的释放。

如果检查不是无故障的，则不进行用于接通保护开关设备的释放，从而出线不能被接通并且因此防止危险状态。

保护开关设备被设计为，使得在机械分离触点单元MK的触点断开并且电子中断单元EU被切换为高阻的情况下，确定电子中断单元上的电压的大小，即第一电压U1。

在低于第一电压阈值时，存在第一故障条件，从而避免电子中断单元变为低阻或/和避免触点闭合。关于机械分离触点单元MK，例如不从控制单元SE向机械分离触点单元MK输出释放信号enable。

保护开关设备有利地被设计为，使得在存在故障条件时避免机械分离触点单元MK的触点闭合。特别地，不向机械分离触点单元MK输出释放信号(enable)。

另一功能检查可以在于，机械分离触点单元的触点闭合并且电子中断单元是低阻的。闭合的触点状态又利用位置传感器来确定。

保护开关设备被设计为，使得在机械分离触点单元MK的触点闭合并且电子中断单元EU切换为低阻的情况下，确定电子中断单元上的电压的大小。在超过第五电压阈值时，存在第四故障条件，该第四故障条件启动电子中断单元变为高阻或/和启动触点的断开。

此外，保护开关设备被设计为，使得在机械分离触点单元MK的触点闭合并且电子中断单元EU切换为低阻的情况下，电子中断单元EU切换到高阻状态持续第三时间段，并且确定电子中断单元上的电压的大小。在低于第六电压阈值时，存在第五故障条件，该第五故障条件启动电子中断单元变为高阻或/和启动触点的断开。

如果存在第五或第六故障条件，则断开信号OEF由控制单元SE发送给机械分离触点单元MK，以便启动触点的断开。此外，控制单元SE可以向电子中断单元发送(未示出的)用于变为高阻的信号。机械触点的断开优选地在电流过零点之前不久进行，从而机械开关触点可以更容易地中断电流流动。

当电网侧的中性导体接头和电网侧的相导体接头之间的电压的瞬时值超过第七电压阈值时，尤其当电压的瞬时值处于最大值时，电子中断单元有利地切换到高阻状态。

另一功能检查可以在于，机械分离触点单元的触点闭合并且电子中断单元是高阻的。闭合的触点状态又利用位置传感器来确定。

保护开关设备被设计为，使得在机械分离触点单元MK的触点闭合并且电子中断单元EU切换为高阻的情况下，电子中断单元EU切换到低阻状态持续第二时间段，然后确定电子中断单元上的电压的大小。在超过第三电压阈值时，存在第三故障条件，该第三故障条件避免电子中断单元切换为低阻或/和启动触点的断开。

如果存在第三故障条件，则断开信号OEF由控制单元SE发送给机械分离触点单元MK，以便启动触点的断开。机械触点的断开优选在电流过零点之前不久进行，从而机械开关触点可以更容易地中断电流流动。此外，控制单元SE可以避免或抑制用于电子中断单元的变为低阻的信号。

有利地，当电网侧的中性导体接头和电网侧的相导体接头之间的电压的瞬时值低于第四电压阈值时，电子中断单元被切换到低阻状态。

有利地，在小的电压值(小于第四电压阈值)的情况下选择用于接通的时间点，以便使由此产生的通过耗电器/能量收集器/负载的测量电流最小化。此外，为了确保人员保护。第四电压阈值例如可以是(最大)50V交流电压。也就是说，在接通时仅使用无危险的(保护)小电压。

另一功能检查可以在于，机械分离触点单元是闭合的并且电子中断单元是高阻的。通过短时间地接通电子中断单元或其基于半导体的开关元件，可以根据所施加的电压极性以类似的方式检查开关元件的功能性。

闭合的触点状态又利用位置传感器来确定。在断开过程中结束相应的功能检查。

测量阻抗ZM应该具有非常高的值(电阻值或阻抗值)，以便保持低的损耗。例如在电阻的值例如为1MOhm的情况下。1MOhm的值在230V低压电路中导致约50mW的损耗。

测量阻抗优选地大于100KOhm、500KOhm、1MOhm、2MOhm、3MOhm、4MOhm、5MOhm或更高。

虽然在细节上通过实施例对本发明进行了详细的阐述和描述，但是本发明不限于所公开的示例并且本领域技术人员可以从中导出其它变形方案，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (21)

1.一种用于保护低压电路的保护开关设备(SG)，具有：

-壳体(GEH)，所述壳体具有用于所述低压电路的电网侧的接头和负载侧的接头，

-机械分离触点单元(MK)，所述机械分离触点单元与电子中断单元(EU)串联连接，其中所述机械分离触点单元与负载侧的接头相关联并且所述电子中断单元(EU)与电网侧的接头相关联，

-所述机械分离触点单元(MK)能够通过断开至少一个触点以避免电流流动或者通过闭合所述至少一个触点以用于低压电路中的电流流动来切换，

-所述电子中断单元(EU)能够通过基于半导体的开关元件切换到开关元件的高阻状态以避免电流流动或切换到开关元件的低阻状态以用于低压电路中的电流流动，

-电流传感器单元(SI)，所述电流传感器单元用于确定所述低压电路的电流的大小，

-控制单元(SE)，所述控制单元与所述电流传感器单元(SI)、所述机械分离触点单元(MK)和所述电子中断单元(EU)连接，其中，在超过电流界限值或/和电流-时间界限值时，启动低压电路的电流流动的避免；

-所述机械分离触点单元(MK)具有位置传感器(POS)，所述位置传感器用于确定关于所述至少一个触点的闭合状态或断开状态的位置信息。

2.根据权利要求1所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

所述位置传感器(POS)与所述控制单元(SE)连接，使得所述控制单元(SE)具有关于所述至少一个触点的闭合状态或断开状态的位置信息。

3.根据权利要求1或2所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

所述保护开关设备被设计为，使得所述位置传感器的位置信息在所述保护开关设备中被处理。

4.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

所述保护开关设备被设计为，使得所述位置信息用于执行所述保护开关设备的功能检查，

尤其是根据所述位置信息执行检查功能。

5.根据权利要求4所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

所述保护开关设备被设计为，使得为了检查所述保护开关设备的功能，在所述机械分离触点单元(MK)的一个或多个触点断开并且所述电子中断单元(EU)切换为高阻的情况下，确定所述电子中断单元上的电压的大小，

在低于第一电压阈值时，存在第一故障条件，从而避免所述电子中断单元变为低阻的或/和避免所述至少一个触点闭合。

6.根据权利要求4或5所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

所述保护开关设备被设计为，使得为了检查所述保护开关设备的功能，在所述机械分离触点单元(MK)的一个或多个触点断开并且所述电子中断单元(EU)切换为高阻的情况下，所述电子中断单元(EU)切换到低阻状态持续第一时间段，确定所述电子中断单元上的电压的大小，

在超过第二电压阈值时，存在第二故障条件，从而避免所述电子中断单元进一步变为低阻或/和避免所述至少一个触点闭合。

7.根据权利要求5和6所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

在存在故障条件时，避免所述机械分离触点单元(MK)的至少一个触点闭合，

尤其不向所述机械分离触点单元(MK)输出释放信号(enable)。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

所述保护开关设备被设计为，使得为了检查所述保护开关设备的功能，在所述机械分离触点单元(MK)的一个或多个触点闭合并且所述电子中断单元(EU)切换为高阻的情况下，所述电子中断单元(EU)切换为低阻状态持续第二时间段，确定所述电子中断单元上的电压的大小，

在超过第三电压阈值时，存在第三故障条件，所述第三故障条件避免所述电子中断单元切换为低阻或/和启动所述至少一个触点的断开。

9.根据权利要求8所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

当电网侧的中性导体接头与电网侧的相导体接头之间的电压的瞬时值低于第四电压阈值时，所述电子中断单元被切换到低阻状态。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

所述保护开关设备被设计为，使得为了检查所述保护开关设备的功能，在所述机械分离触点单元(MK)的一个或多个触点闭合并且所述电子中断单元(EU)切换为低阻的情况下，确定所述电子中断单元上的电压的大小，

在超过第五电压阈值时，存在第四故障条件，所述第四故障条件启动所述电子中断单元变为高阻或/和启动所述至少一个触点的断开。

11.根据权利要求4至10中任一项所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

所述保护开关设备被设计为，使得为了检查所述保护开关设备的功能，在所述机械分离触点单元(MK)的一个或多个触点闭合并且所述电子中断单元(EU)切换为低阻的情况下，所述电子中断单元(EU)切换为高阻状态持续第三时间段，确定所述电子中断单元上的电压的大小，

在低于第六电压阈值时，存在第五故障条件，所述第五故障条件启动所述电子中断单元变为高阻或/和启动所述至少一个触点的断开。

12.根据权利要求11所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

当电网侧的中性导体接头和电网侧的相导体接头之间的电压的瞬时值超过第七电压阈值时，尤其当电压的瞬时值处于最大值时，电子中断单元被切换到高阻状态。

13.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

所述机械分离触点单元具有用于手动地断开和闭合所述至少一个触点的手柄(HH)。

14.根据权利要求13所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

所述机械分离触点单元(MK)被设计为，使得关于所述至少一个触点的闭合状态或断开状态的位置信息能够与所述手柄(HH)的位置不同。

15.根据权利要求13或14所述的保护开关设备(SG)，

所述手柄(HH)具有操作传感器，所述操作传感器与所述控制单元连接，用于确定所述手柄的操作信息。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

所述机械分离触点单元(MK)被设计为，使得所述至少一个触点能够由所述控制单元(SE)断开，但不能闭合；

所述机械分离触点单元(MK)被设计为，使得只有在施加释放信号时才能通过所述手柄闭合所述至少一个触点。

17.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

所述低压电路是三相交流电路，并且所述保护开关设备具有另外的电网侧的和负载侧的相导体接头，在所述另外的电网侧的和负载侧的相导体接头之间分别设置电子中断单元和所述机械分离触点单元的触点的串联电路。

18.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

在机械分离触点单元的一个或多个触点闭合和中断单元是低阻的情况下，以及

-在所确定的电流超过第一电流值的情况下、特别是超过所述第一电流值持续第一时间界限的情况下，所述电子中断单元变为高阻并且所述机械分离触点单元(MK)保持闭合，

-在所确定的电流超过第二电流值持续第二时间界限的情况下，所述电子中断单元变为高阻并且所述机械分离触点单元(MK)断开，

-在所确定的电流超过第三电流值的情况下，所述电子中断单元变为高阻并且所述机械分离触点单元(MK)断开。

19.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

所述控制单元(SE)具有微控制器。

20.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关设备(SG)，

其特征在于，

所述保护开关设备被设计为，使得在由所述位置传感器检测到触点闭合之后，开始检查功能，并且在检查到无故障的情况下接通所述电子中断单元。

21.一种位置传感器(POS)，用于根据权利要求1至20中任一项所述的保护开关设备的机械分离触点单元(MK)。