专利名称：具有过电压保护的故障电弧保护开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及故障电弧保护开关，其具有待监视线路可被连接到的信号输入装置，用于提供该线路的输入信号；分析装置，用于在故障电弧的存在方面分析该输入信号；以及触发装置，用于基于分析装置的触发信号中断待监视线路。
背景技术：
当光控开关有缺陷并且在光控开关的两个触点之间的距离太小以致电流可能被中断时，在电路中例如可能出现电弧。于是，在两个触点之间形成电弧。除了在电路中串行地(in Serie)形成的电弧外，也可能在电路的中性导体和相之间形成电弧。如果出现电弧，那么周围部件的温度升高，并且可能发生火灾。因此有意义的是，提供一种装置，借助其保证防电弧保护。为此开发了所谓的故障 电弧保护开关(AFDD=Arc Fault Detection Devices,电弧故障检测装置),它们能够识别并且减弱在低压安装中的串行的和并行的故障电弧。这些设备借助复杂的模拟电路和/或信号处理器监视高频信号分量、线路电压和负载电流。因为故障电弧保护开关被用于保护被供给230 Vac电压的分支电路，因此这些设备可能遭受由于在三相系统或在配电网变压器中的干扰而逆流而上地形成的过电压。线路电压在此在干扰情况下可以为直至400Vac。故障电弧保护开关的电子装置要求在IOmA至50mA范围中的足够的DC电流供给和在小的DC电压情况下可提供该电流的电源部分。故障电弧保护开关的许多传感器、如用于接收HF分量的高频变压器和用于测量电流或电压的电流转换器直接被连接到分支电路的相导体和中性导体上。由此它们可以遭受过电压。通常用于控制磁性开关并且用于触发故障电弧保护开关的触发机械装置的晶闸管也直接与施加有电压的部分相连接。所有这些器件必要时遭受过电压。使用可以经受住这种过电压的电压供给组件、传感器和晶闸管是昂贵的并且因而也是不常见的。于是必须使用具有更高标称电压的组件，其一方面是更贵的并且另一方面具有更大的尺寸。在美国市场上可以找到故障电弧保护开关(AFCI=Arc Fault CircuitInterrupter,电弧故障断路器),其在120Vac下工作并且通常经得住直至240Vac,这可能起因于在两相系统中的干扰。故障电流保护开关(RCD=Residual Current Device,剩余电流装置)也面对相同的问题。一些能够接受过电压，而另一些被装备有附加的过电压保护，该过电压保护弓I起附加的成本。由出版物DE 10 2008 004 869 Al已知用于欧洲IEC技术的电弧保护模块。该模块具有用于检测在电路中是否出现电弧的装置。此外，该模块不具有自己的分离触点，而是相反具有用于促使打开本来布置在电路中的保护开关的分离触点的装置
发明内容
本发明的任务在于，以简单的方式保护故障电弧保护开关和所述故障电弧保护开关监视的电路以防过电压。根据本发明，该任务通过故障电弧保护开关解决，所述故障电弧保护开关具有 一待监视线路可被连接到的信号输入装置，用于提供线路的输入信号，
一用于在故障电弧的存在方面分析输入信号的分析装置，以及 一用于基于分析装置的触发信号中断待监视线路的触发装置，其中 一信号输入装置具有用于减少在待监视线路处的电压的电压转换器， 一电压转换器的输出信号被导向分析装置，并且
一分析装置在过电压方面分析输出信号并且相应地控制触发装置。以有利的方式，故障电弧保护开关因此通过电压转换器被补充，该电压转换器减少在待监视线路处的电压，使得它对于故障电弧保护开关的传统地设计的电子装置是可分析的。故障电弧保护开关的分析装置于是也可以被用于在过电压的情况下触发该触发装置。优选地，该电压转换器通过分压器来实现。分压器可以非常有益地被制造，使得故障电弧保护开关的成本能够保持得低。分压器尤其是可以具有欧姆电阻。欧姆电阻在制造中是特别有益的。电压转换器的输出电压可以为小于电压转换器的输入电压的5%、尤其是例如
O.5%。输出电压于是通常处于低的一位数的(einstellig)伏特范围中，该伏特范围可通过传统的电子装置容易地采样。该分析装置可以具有带有A/D转换器的输入端，电压转换器的输出信号被引导给该输入端。因此，通常本来在故障电弧保护开关中存在的数字处理器可以被使用用于分析。此外，该分析装置可以多次采样电压转换器的输出信号并且可以由多个采样值来构成平均值。由此可以确保，短的测量峰值不由于过电压导致触发故障电弧保护开关。此外，信号输入装置可以具有带有整流器的电源部分(Netzteil)。该电源部分尤其是可以被用于对分析装置进行电流供给。按照一个特定的实施方式，分析装置关于电压和时间分析输出信号，并且所述分析装置控制触发装置，以便如果所测量的电压处于预先给定的阈值之上预先确定的时间则分离线路。由此，考虑如下情景故障电弧保护开关的器件可以遭受过电压一定的持续时间，而不受损害。在此情况下，特别有利的是，该预先确定的时间取决于预先给定的阈值。因此，用于基于过电压触发故障电弧保护开关的与时间相关的函数是决定性的。


现在借助附图进一步阐述本发明，该附图示出本发明的具有过电压保护的故障电弧保护开关的原理电路图。下面进一步描述的实施例是本发明的优选的实施方式。
具体实施例方式在图中，示意性地再现了故障电弧保护开关I。其用于分开相导体L和零导体N。导体L和N有时也可以是三相系统的部分。两个导体L和N的分开通过共同的开关2来进行，该开关集成在故障电弧保护开关I中。开关2通过触发装置(A)3来控制。触发装置3通常由控制器(C)或分析装置4控制。分析装置4连接到导体L和N上，以便分析相应的电压或电流。尤其是例如分析信号中的高频分量，以便能够推断出故障电弧。此外，故障电弧保护开关I包含电源部分(N)5，该电源部分同样连接到导体L和N上。电源部分5对在导体L中的交流电进行整流并且给分析装置4供给直流电。现在为了也提供过电压保护，故障电弧保护开关附加地被配置相应的保护组件。因为故障电弧保护开关已经在分析装置4中通常包含处理器或类似组件，借助所述处理器或类似组件执行信号分析和探测电弧，因此仅仅需要少量附加装置，以便测量线路电压并 且当线路电压超过预先确定的阈值时，操作故障电弧保护开关的触发装置3。因此，不需要完整的、附加的分析单元来除了故障电弧检测之外也检测过电压。因为常见的处理器仅仅具有比较小的输入电压，并且以当前的故障电弧保护开关应当测量在直至例如400V范围中的电压，因此用于识别过电压的检测单元具有电压转换器，该电压转换器以合适的方式降低待监视电压。按照该图的例子，可以使用简单的分压器6作为电压转换器。该分压器6尤其是可以单纯地由欧姆电阻构建。对于本应用(直至大约400V的线路电压)有益的是，将待测量电压减少到真实值的大约O. 5%。可以相应地设计分压器。使用在电源部分的输出端处的经整流的电压，以便节省附加的整流器。这样准备的信号被发送给具有模拟数字转换器的分析装置4 (尤其是微控制器)的输入端，用于采样和分析。分析装置4执行大量采样，计算电压的平均值，外推真实的线路电压值并且然后决定是否应当触发故障电弧保护开关。可以在分析装置4中存储电压-时间-特性作为触发标准，如其也在所谓的“POP”(Permanent Overvoltage Protection,永久过电压保护)被用作触发标准一样。因此,例如在较高的过电压情况下比在较低的过电压情况下早地触发。因此在本情况下，故障电弧保护开关具有过电压保护，其能够实现，也使用具有小电压标称值的组件用于检测过电压，并且因此为使用者提供附加的功率特征。因此，网络的组件仅仅在有限的时间段中遭受过电压，其中这些组件的鲁棒性必须相对于这样的短时负荷被保证。在根据本发明的解决方案中，以有利的方式，不必设置针对提高的电压标称值的组件。这节省成本和结构空间。故障电弧保护开关因此被提供有永久过电压保护的附加特征。为了实现该特征的附加措施是最小的。也即仅仅必须附加地设置用于分压器的成本低的电阻，并且故障电弧保护开关的计算容量可以被连同用于过电压保护。
权利要求
1.故障电弧保护开关(1)，具有 一待监视线路(L，N)可被连接到的信号输入装置，用于提供线路的输入信号， 一用于在故障电弧的存在方面分析输入信号的分析装置(4)，以及 一用于基于分析装置(4)的触发信号中断待监视线路的触发装置(3)， 其特征在于， 一信号输入装置具有用于减少在待监视线路处的电压的电压转换器(6)， 一电压转换器(6)的输出信号被导向分析装置(4)，并且 一分析装置(4)在过电压方面分析输出信号并且相应地控制触发装置(3)。
2.根据权利要求I所述的故障电弧保护开关，其中，电压转换器(6)是分压器。
3.根据权利要求2所述的故障电弧保护开关，其中，分压器具有欧姆电阻。
4.根据上述权利要求之一所述的故障电弧保护开关，其中，电压转换器(6)的输出电压为小于电压转换器的输入电压的1%。
5.根据上述权利要求之一所述的故障电弧保护开关，其中，分析装置(4)具有带有A/D转换器的输入端，电压转换器的输出信号被引导给所述输入端。
6.根据上述权利要求之一所述的故障电弧保护开关，其中分析装置(4)多次采样电压转换器(6)的输出信号并且由多个采样值来构成平均值。
7.根据上述权利要求之一所述的故障电弧保护开关，其中信号输入装置具有用于连接到三相网络上的电源部分(5)。
8.根据权利要求7所述的故障电弧保护开关，其中，电源部分(5)给分析装置(4)供应电流。
9.根据上述权利要求之一所述的故障电弧保护开关，其中分析装置(4)关于电压和时间分析电压转换器(6)的输出信号，并且控制触发装置(3)，用于如果所测量的电压处于预先给定的阈值之上预先确定的时间则分离线路(L，N)。
10.根据上述权利要求之一所述的故障电弧保护开关，其中预先确定的时间取决于预先给定的阈值。
全文摘要
本发明涉及具有过电压保护的故障电弧保护开关。除了故障电弧保护外，也应该提供过电压保护。因此建议故障电弧保护开关(1)，具有待监视线路(L，N)可被连接到的信号输入装置，用于提供线路的输入信号；用于在故障电弧的存在方面分析输入信号的分析装置(4)，以及用于基于分析装置(4)的触发信号中断待监视线路的触发装置(3)。信号输入装置具有用于减少在待监视线路处的电压的电压转换器(6)。电压转换器(6)的输出信号被导向分析装置(4)并且分析装置(4)在过电压方面分析输出信号并且相应地控制触发装置(3)。
文档编号G01R19/165GK102916415SQ20121027487
公开日2013年2月6日 申请日期2012年8月3日 优先权日2011年8月5日
发明者A.许贝尔, J-M.马特尔 申请人:西门子公司