开关

技术领域

本公开涉及一种根据权利要求1的一般部分的开关。

背景技术

用于自动地中断电线的开关或电源开关多年来是众所周知的。此开关通常包括在由开关保护的每条线上的两个变压器。单独的电源变压器(通常铁芯变压器)和单独的测量变压器(通常空气变压器)布置在每个导体处。电源变压器通常称为采集器。测量变压器通常包括作为次级绕组的所谓的罗戈夫斯基线圈。

开关进一步包括“电子脱扣器”(ETU)，所述ETU连接到用于供电的电源变压器以及用于接收关于导体中的电流的测量信号的测量变压器。

这些种类的开关称为“塑壳断路器”(MCCB)，其中典型的电流额定值高达2500A以用于常规操作。其它典型的开关设备称为“空气断路器”(ACB)。

用于此类开关的功能的关键部分是电源变压器与ETU之间的电连接以及测量变压器与ETU之间的电连接。如果将这些连接中的一个连接断开，则开关无法再固定电网。通常无法立即地识别此类断开的连接。由于MCCB的高电流额定值，所以MCCB的故障可能会导致相当大的影响。

发明内容

本发明的目标是解决目前现有技术的缺点，并且描述一种可快速地检测开关本身的功能性故障的开关。

根据本发明，此目标通过根据权利要求1所述的特征解决。

因此，在发生故障之后不久就检测到开关的故障，并且可以关闭电网以维修或更换开关。这有助于减少尤其工业环境中的严重电气故障和火灾。为此，开关仅需要几个额外的组件。

从属权利要求描述本发明的其它优选实施例。

权利要求的措词通过引用并入作为说明书的额外部分。

附图说明

参考附图描述本发明。附图仅示出优选实施例。

图1是实际开关的细节的示意图；以及

图2是实际开关的框图。

具体实施方式

图1和2示出开关1或开关1的细节，包括引导穿过开关1的至少一条导线2，以及布置在导线2中的开关触点3，开关1包括：

-布置在导线2处的至少一个测量变压器4，

-电子脱扣器6，其中电子脱扣器6的测量输入7电连接到测量变压器4的测量变压器次级绕组8，

-布置在导线2处的至少一个电源变压器9，电源变压器9包括电源变压器次级绕组10，所述电源变压器次级绕组电连接到开关1的电力供应单元11以为电子脱扣器6供电。

开关1还包括：

-信号生成单元12，用于生成具有至少第一预定义频率的测试信号，其中信号生成单元12的输出电连接到电源变压器次级绕组10，

-自测试单元13，其电连接到测量变压器次级绕组8，实施所述自测试单元13以在由测量变压器次级绕组8传递的测量信号中识别在围绕第一预定义频率的预定义频率范围中的至少第一信号分量，并且进一步实施所述自测试单元13以在不存在第一信号分量的情况下输出故障信号。

因此，在发生故障之后不久就检测到开关1的故障，并且可以关闭电网以维修或更换开关1。这有助于减少尤其工业环境中的严重电气故障和火灾。为此，开关1仅需要几个额外的组件。

对于低压交流电使用，实际开关1优选是“塑壳断路器”(MCCB)或“空气断路器”(ACB)。

开关包括引导穿过开关1的至少一条导线2，其中三条导线2通常用于一个开关1。在每条导线2中，布置至少一对可分开的开关触点3。开关触点3通常由机械闩锁机构15控制。

开关1进一步包括由绝缘体制成的塑壳体或塑壳。

开关1包括串联布置在每条导线2上的一个电源变压器9和一个测量变压器4，如图1和2中所示。

电源变压器9优选地实施为铁芯变压器，并且通常称为“采集器”。开关1的导线2是电源变压器9的初级绕组，所述初级绕组通常穿过铁芯的孔，而不围绕芯本身。电源变压器次级绕组10布置或卷绕在铁芯周围。

电源变压器次级绕组10电连接到开关1的电力供应单元11。电力供应单元11优选地包括如图1中所示的众所周知的整流器单元。

测量变压器4优选地实施为空气线圈。开关1的导线2穿过空气线圈的孔，而不围绕线圈本身。空气线圈或测量变压器次级绕组8优选地实施为所谓的“罗戈夫斯基线圈”。这种类型的测量变压器4是MCCB中的标准组件。

开关1进一步包括电子脱扣器6。电子脱扣器6连接到电力供应单元11以供应电能。电子脱扣器6的测量输入7电连接到测量变压器次级绕组8。通常，低通滤波器18布置在测量变压器次级绕组8与测量输入7之间，以对通过测量变压器次级绕组8传递的测量信号进行低通滤波。低通滤波器18的截止频率通常不高于要保护的网络的公用设施频率的两倍。

测量变压器次级绕组8与电子脱扣器6之间的电连接，以及电源变压器次级绕组10与电力供应单元11之间的电连接通常和/或优选地实施为插头和插座连接，包括插头连接阵列20，如图1中所示。

根据本发明，生成测试信号并且测试信号经由电源变压器9耦合到导线2，并且如果所有连接不间断，则测试信号由测量变压器4读出。

开关1包括信号生成单元12，用于生成具有至少第一预定义频率的测试信号。生成的测试信号可以包括多个频率分量。例如，生成的测试信号可以是矩形信号，这会减少实施信号生成单元12的工作量。如果测试信号包括多于一个频率分量，则第一预定义频率是最低频率分量的频率或基本频率。

优选地，测试信号是单频正弦信号，这会减少自测试单元13的工作量。

通常实施实际开关以用公用设施频率保护电力网或电力线，所述公用设施频率还可以称为电力线频率或市电频率。此频率通常小于100Hz，尤其是16Hz、7Hz、25Hz、50Hz或60Hz。根据优选实施例，第一预定义频率大于要保护的网络的公用设施频率至少500倍，尤其至少1000倍。由于测试信号的频率比公用设施频率高得多，因此电子脱扣器6不会对测试信号作出反应。

优选地，第一预定义频率是ITU-Band 5中的频率。ITU是国际电信单元。ITU-Band5也称为“低频段”或LF，并且包括具有从30kHz到300kHz的频率的信号。具有在此范围中的频率的测试信号可以耦合到导线2，而不需要高信号增益。

最优选的是在115kHz到145kHz的范围中，尤其在120kHz到140kHz的范围中的第一预定义频率。最佳频率取决于测量变压器4和电源变压器9的细节，并且可以进一步受信号线中的每一部分影响。优选地，本领域的普通技术人员将基于开关1的实际实施例的模拟或测试设置以及频率范围内的测量来选择确定的频率。尤其难以估计或计算本设计的寄生阻抗。

根据另一实施例，开关1包含对于自动调谐信号生成单元12的单元。这使得开关1自身可以自行调节。因此，开关1的一个或多个组件的参数漂移也不会减小开关1的自测试能力。

用于生成具有从30kHz到300kHz的频率的电信号(尤其单频正弦信号)的装置在电信领域中是众所周知的。信号生成单元12优选地实施为数字信号发生器。

信号生成单元12的输出电连接到电源变压器次级绕组10，以将信号耦合到导体线2。信号经由电源变压器9传输到导体线2并且进一步传输到测量变压器次级绕组8。优选地，信号生成单元12经由第一高通滤波器16连接到电源变压器次级绕组10，以避免测量变压器次级绕组8中的DC电流以及电源变压器的铁芯的饱和度问题。

开关1进一步包括自测试单元13，所述自测试单元电连接到测量变压器次级绕组8。根据优选实施例，自测试单元13经由第二高通滤波器17连接到测量变压器次级绕组8。这有助于减小要分析的信号的带宽并且降低所关注频带中的SNR。

高通滤波器17的截止频率通常不低于第一预定义频率的一半。由于高通滤波器17和低通滤波器18的不同频率范围，因此电子脱扣器6将看不到测试信号，并且自测试单元13将看不到具有公用设施频率的故障电流。

自测试单元13和电子脱扣器6作用于不同频率范围中的信号。电子脱扣器6未实施为检测在测试信号的频率范围中的信号。自测试单元13未实施为检测在公用设施频率的频率范围中的信号。

自测试单元13实施为在由测量变压器次级绕组8传递的测量信号中识别在围绕第一预定义频率的预定义频率范围中的至少第一信号分量。由于铁芯中的非线性效应，在从信号生成单元12到自测试单元13的路径上可能会发生第一预定义频率的频率偏移。因此，待检测的信号可以在其频率上从第一预定义频率变化。根据优选实施例，预定义频率范围是第一预定义频率的±3％。由于铁芯的特性可以根据其温度而变化，因此检测到的信号的频率可以根据导线2中的电流强度而改变或漂移。

信号生成单元12优选地电连接到自测试单元13，以接收具有第一预定义频率的实际测试信号，而不通过电源变压器9、导体线2和测量变压器4。这有助于估计将在测量信号中检测到的信号的频率。

优选地，开关1进一步包括布置在电源变压器9的铁芯处的温度传感器，以估计频率漂移的量。

进一步实施自测试单元13以在不存在第一信号分量的情况下输出故障信号。

根据第一实施例，将故障信号输出到开关1的信息输出装置14。根据简单实施例，输出装置14是开关1的外壳上的信号灯或显示器。根据更复杂的实施例，输出装置14是电信端口，尤其USB端口或EIB端口或WLAN接口。

根据第二实施例，将故障信号传输到电子脱扣器6以使得开关触点3打开。这将断开开关1并且关闭所有后随的电气装置。

根据优选实施例，如图2中所示，电子脱扣器6、信号生成单元12和自测试单元13可以实施为尤其在微控制器中的一个单一单元，所述单元在图2中通过虚线19表示。