用于低电压的开关设备

本发明涉及一种用于低电压的开关设备，它具有至少一个固定触 头和至少一个运动触头。

用于低电压的开关例如已由DE 10 05163C1，DE 44 25 330 A1或 EP 04 50 104 B1得知。它们由至少一个固定触头和至少一个运动触头 组成，后者具有附属的驱动机构，该装置或者尤其是可以用电操纵， 或者也可以用磁操纵并可以借助于一种特殊的算法激活。在DE 197 29 599 C1中描述了基于电流(i)和电流斜率(di/dt)的断开准则，其中 由此导出一种有利的分析处理算法。

在通常的低电压断路器中按照惯例通过一个机械动作的锁扣机构 使主触头打开。这可以人工地在操纵杠杆上触发，或者也可以自动地 通过热的、磁的或者电子的断电器端点，此时这些机构探测到了过电 流。锁扣机构的固有时间在多个ms的范围里，因此即使如果是较大的 短路现有的由电流回路得出的电动力学的力也并不直接造成触头打 开，而是首先只是针对闭锁的锁扣机构的力。

电子短路断电器可以设有一个所谓“电磁旁路”，以便在大的短 路电流时实现快速断电。

以前力求用上述的断电链来更好地解决问题，其方法是通过一个 附加的轴承形成另一个旋转点，但该旋转点用附加的弹簧或导向机构 暂时地将触头封住。只有在极端电流时电动力才能克服这些弹簧力并 且也并不借助于锁扣机构引起一种暂时的或最终的触头打开。

但在确定开关设备的尺寸时必须注意到：在短路断电器故障情况 下锁扣机构去联锁。在个别情况下可以选择一种不同的断电链。

在经过这种动态过程之后主触头仍打开着。一些装置也允许暂时 地打开，而并不通过锁扣进行最终的强制打开。

由此出发本发明的任务是提出一种比现有技术响应更快的开关设 备。

该任务按照本发明通过一种具有权利要求1的特征的开关设备来 解决。改进方案见从属权利要求。

通过本发明可以实现一种改进的开关设备。本发明的思想在于： 在新的开关设备中可以利用一种这样特殊的方法来进行短路提前识 别，在该方法中所要出现的短路可以提前地在到达用于触头断开所必 须的电流之前进行识别。按照本发明则可以对测量探头以及释放机构 的固有时间加以考虑。

为了进行短路提前识别有利地利用了基于对电流i和电流斜率 di/dt进行分析处理的方法，也就是说辐相图方法，尤其是应用了所谓 “公差幅相图方法( Tolerante  Ortskurven，TOK)”，这对应于DE 197 29 599 C。但也可以是其它的方法，例如行波法。

在本发明中通过一种适合的算法如此早地进行对短路的识别，使 得考虑到测量探头以及释放机构的固有时间在一个时刻之前或者至少 在该时刻使运动触头释放，在该时刻断开电流的力相当于接触力。

在本发明范围里可以有两种装置的方案思路：

1)短路提前识别系统(KFE)只是作用于-任意形成的-断电链， 提前打开锁扣后并避免触头的重新自动关闭。接触系统的设计应保证 可以实现固有动力的打开。因此使锁扣的释放时刻提前，不需要旁路 (机电的、气动的、电子的和其它类似的)。尽管如此该开关，例如 在选择性情况下，可以作为附带的限制器起作用，而并不断开。

2)短路(KS)提前识别系统作用于-任意形成的-断电链，提前 打开锁扣并避免触头的重新自动关闭。同时地打开触头的闭锁并且可 以由于固有动力而打开。因此使锁扣的释放时刻提前，并且不需要旁 路。因此可能不会出现焊接，因为触头在断开时总是被打开，而且这 在一种相对低不断开极限时。

在本发明的有利设计方案中可以通过如下方法在开关设备上实现 机械关系的改变和简化：

-一个在一定条件下以前就有的第二旋转点在机械接触系统中取 消，而且/或者

-实现脱扣与动力的触头打开的去耦。

在本发明中虽然附带地设有运动触头的直接的连接，但这些触头 例如可以通过一种涡流(＝汤姆逊驱动机构快速地被锁扣机构释放。然 后这些断开电流的力是完全有效的并可以进行触头的迅速打开。

本发明的其它细节和优点可见以下根据附图并结合权利要求对于 实施例所作的附图说明。附图示出：

图1是一个开关设备的触头装置的局部视图；

图2是在按照图1的开关设备中电流变化的视图；

图3是用于说明按图1所示开关设备中功能流程的一个流程图。

现有技术的开关设备具有一个锁扣机构，它被过电流-或者说短路 电流断电器激活。因此使触头克服关闭作用的接触力而打开，这样就 定义了一种机械的断电链。最迟随着触头的打开同样在触头之间产生 一个断开力。

已知的开关设备以前都遭到以下损坏：有或者可能有一些电流范 围，在该范围里进行关闭的接触力通过起打开作用的力从电流回路已 进行如此大的补偿，以至于在断电器释放锁扣之前，就使形成有电弧 的触头悬浮起来。

以下所述的装置此处提供了补救办法：

在图1中有一个用于固定触头2的一个固定的触头支架1，它配有 一个用于运动触头4的运动触头支架3。运动触头支架3可以围绕轴I 摆动。

运动触头4配有一个棘爪5和一个肘杆机构6，用该机构可以使运 动触头支架3激活。肘杆6通过一个弹簧铰接于外壳上或另一固定的 参照点上。肘杆机构6在图1中专门由一个汤姆逊驱动机构8来操纵， 该驱动机构是已知的并按照涡流原理工作并且比较来说是快速的。

另外在图1中有一个用于短路提前识别(KFE)的单元10，该KFE 单元10有利地按照幅相图方法(Ortskurvenverfahren)工作，图的座 标为i和di/dt，例如按照公差幅相图方法，为此在开头所述的DE 197 29 599 C里详细说明了分析处理算法，其公开内容也是本申请文件的对象 (通过参考来接合)。这种分析处理算法特别适合于这里的应用场合， 并且也还考虑了通向电流事件(Vorstromereignisse)。TOK分析处理 算法按照软件存储在一个所属的，在图1中未示出的微控制器的存储 器里。

在一定条件下在KFE 10里也可以使用其它快速工作的方法来进 行短路的提前识别。

在图2中表示了在图1所示接触装置的开关过程中随时间的变化 曲线；横座标为时间t，纵座标为任意单元里的所属的电弧电流i。曲 线21表示了在出现短路时的电流变化情况。

按照图3的流程图可以详细见到用于短路提前识别(KFE)的具 有特殊的分析处理算法的单元10一方面与棘爪机构5以及另一方面与 活动触头3用的驱动机构6的共同作用：在t1时刻在KFE 10里识别出 短路之后一方面通过工序S10将一个信号传给棘爪5用的执行件5’ 上，而另一方面使电流流过汤姆逊驱动机构8。在时刻t2棘爪5是自由 的并操纵了汤姆逊驱动机构8。通过工序S11则在一个运动触头4为自 由的时刻使触头2，3打开。

通过作用于接触系统上的电力有利地使打开运动加速。电力在时 刻t3超过了合型力或者接触力。触头2，3在工序S12里更快速地打开。 在时刻t4触头2，3完全打开。电弧则在适合的时刻断开并使电流i消 弧。

后者通过图2所示的电流随时间的变化曲线i(t)来表示，对此曲线 上面2进行了详细分析讨论。曲线21的变化表示了：用于在时刻t1处 提前识别短路的单元10在响应之后在时刻t2就使按图1所示开关设备 的棘爪5脱扣。时刻t3断开力直接打开地起作用，其中时刻t4触头打 开了。

由图2所示电流i随时间变化的曲线可见；在短路识别单元10里 对短路情况的提前识别可以实现在达到接触系统的断开极限之前，就 使断电链运行。因此很早就已使机械断电链投入运行。一种用于打开 触头的缓慢的机械断电链的缺点因此可能被补偿。

当然，释放并不单单涉及力的平衡。通常来说有问题的是：在现 有技术中机构断电链对于在短路情况下避免触头的关闭来说太慢了。 但如果在触头由于没有固有动力而又关闭之前；锁扣就将触头打开的 话，就可以了。

在一种具有按图1所示装置的开关设备中因此可以比通常的开关 设备更加快速地打开开关触头2和4。

总之保证了：在考虑测量探头、分析处理算法和释放机构的固有 时间的情况下在一个时刻之前或者在该时刻使运动触头释放，在该时 刻断开电流的力相当于接触力。

前面在具有围绕一个轴可以翻转的运动触头的开关设备中所述的 布置也可以用在具有桥式触头的开关设备上。