阅读说明：本技术 低压断路器和方法 (Low-voltage circuit breaker and method ) 是由 A.博格沃特 I.雅库博夫斯基 G.米勒 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于中断低压电路的低压断路器,具有：至少一个电流传感器,用于确定低压电路的电流的大小；带有触点的中断单元,用于中断低压电路；与电流传感器和中断单元连接的电子触发单元,其被设计为用于在超过电流界限值和/或电流-时间间隔界限值时促使低压电路中断；存储设备,其经由数据线与电子触发单元连接,经由至少两个运行电压导体向其提供供电电压。设置一种线路,其在运行电压导体侧连接在存储设备之前,所述线路具有到电子触发单元的信号连接并且被设计为,在信号连接激活的情况下,存储设备的供电电压被断开并且供电电压的存储设备侧的接头被短路。(The invention relates to a low-voltage circuit breaker for interrupting a low-voltage circuit, comprising: at least one current sensor for determining the magnitude of the current of the low voltage circuit; an interruption unit with a contact for interrupting the low voltage circuit; an electronic triggering unit connected to the current sensor and to the interruption unit, which is designed to cause the interruption of the low-voltage circuit if a current limit value and/or a current-time interval limit value is exceeded; a memory device, which is connected to the electronic triggering unit via a data line and to which a supply voltage is supplied via at least two operating voltage conductors. A line is provided which is connected upstream of the storage device on the operating voltage conductor side, which line has a signal connection to the electronic tripping unit and is designed such that, when the signal connection is activated, the supply voltage of the storage device is disconnected and a connection of the supply voltage on the storage device side is short-circuited.)

低压断路器和方法

技术领域

本发明涉及一种根据本发明的用于中断低压电路的低压断路器、一种根据本发明的方法和一种系统。

背景技术

断路器是一种保护设备，其类似于保险丝进行工作。断路器监控借助导体流过其的电流，并且当超过保护参数、诸如电流界限值或电流-时间间隔界限值时(即，当电流值存在了一定的时间间隔时)，中断到能量汇点或耗电器的电流或者能量流，这被称为触发。所设置的电流界限值或电流-时间间隔界限值是相应的触发原因。所述中断例如通过断开断路器的触点实现。

尤其针对低压电路、低压设备或低压电网，依据电路中预设电流的大小，存在不同类型的断路器。在本发明意义中，断路器尤其是指在63至6300安培电流、特别是额定电流或最大电流的低压设备中使用的开关。特别地，封闭的断路器用于63至1600安培的电流、特别是用于125至630或1200安培的电流。开放的断路器特别是用于630至6300安培、特别是用于1200至6300安培。

开放的断路器也被称为空气断路器(Air Circuit Breaker)，简称ACB，并且封闭的断路器被称为塑壳断路器或紧凑断路器，简称MCCB。

低压特别指的是直至1000伏特交流电压或者1500伏特直流电压的电压。特别地，低压是指大于具有50伏特交流电压值或120伏特直流电压值的小电压的电压。

本发明意义上的断路器尤其是指具有用作控制单元的电子触发单元的断路器，所述电子触发单元也被称为电子跳闸单元(Electronic Trip Unit)，简称ETU。

在电流高的情况下，断路器根据其保护参数或响应值中断电路。保护参数或响应值基本上是电流的大小和在持续的“高”电流中应当中断电路的时间。不同于保险丝，在断路器中例如借助电子触发单元可以设置这些保护参数或响应值。该电子触发单元通常可触及地安装在断路器的正面。由此可以在此设置或参数化保护参数。

低压断路器的这些单元、特别是电子触发单元(ETU)，以及其他功能电子器件为了运行需要能量供应。所述能量供应通常由低压电力断路器的能量转换器提供，所述能量供应借助由低压断路器引导的导体或汇流条进行馈送。在此，导体被用作能量转换器的初级侧；能量转换器、例如变压器具有铁芯或类似物(铁转换器)，次级侧由至少一个次级绕组构成，其供应(内部)电源。这些(内部)电源为电子触发单元(ETU)和其他单元或功能电子器件提供能量。这也被称为低压断路器的自供电。

已知电气断路器为了存储特征参数配备有存储设备或电子存储器，例如PROM。这种开关例如从DE 100 19 092 A1已知。在此，电子触发单元(也作为电子过电流触发器已知)大多可拆卸地位于开关的前部区域中。而机械部分、例如中断单元的(电流)触点和电流传感器和/或电源的电流互感器位于后部区域中，所述电流传感器和/或电源提供电流测量值和/或为了运行过电流触发器所需的辅助能量。电缆束将开关的两个部分彼此连接。电子存储器/存储设备也可以位于该电缆束的通路中。

作为与电子触发单元在空间上分离的存储设备的另外的应用，从US 4,958,252中已知一种测定插头(rating plug)。在此，测定插头的存储器用于记录运行中的事件，诸如开关过程、短路电流或过电流的大小等，以便由此计算断路器维护的时间点。

存储设备或电子存储器会受到电磁场的影响，特别是当将其布置在开关的连接线的通路中时，所述电磁场在电流提高时或在开关动作中可能干扰地作用于存储器。此外，在电子触发单元的自供电和低负载运行的情况下，即当用于为电子触发单元供电的能量转换器由于低压电路中的低电流而仅提供很少的能量时，存在如下问题：ETU以不定的间隔收到复位(Reset)并且在此自己阻塞存储设备、特别是存储器IC的内部逻辑。在此，可以改变地址信息和读/写命令。例如，代替写入过程可以进行读取过程或者反之，而不能从外部识别这一点。在这种故障中不能读取存储的数据。在某些情况下，这可能导致由电子触发单元(过电流触发器)不期望地触发断路器，所述电子触发单元的处理器在循环读取数据时识别错误的数据状态。

在本发明意义中，存储设备特别是指具有关于开关的机械设计(或关于机械部分)的数据的存储设备。特别地，这些数据与(可更换的)电子触发单元无关。

针对所述存储设备使用非易失性电子组件，其在开关中被安置在特殊壳体中以进行机械保护。由于存储在其中的数据固定地与开关机械设计相关联。当更换电子触发单元时，存储设备保留在开关中。

由于存储设备的这种封闭的运行，该存储设备优选地通过诸如SPI或I2C的串行数据总线来接通或运行。

如果由于运行原因导致存储单元的临时故障，则仅可以通过存储器电路的复杂的重置过程或者复位来消除该故障，因为由于存储器的封闭的位置不存在直接的复位可能性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，改进开头提到的类型的低压断路器，特别是在电磁问题环境中保持或提供存储设备的运行能力。

该技术问题通过根据本发明的低压断路器、根据本发明的方法或根据本发明的系统来解决。

根据本发明，提出了一种用于中断低压电路的低压断路器，该断路器具有在运行电压导体侧连接在存储设备之前的线路，该线路具有到电子触发单元的信号连接，该线路被设计为，在信号连接激活的情况下，存储设备的供电电压被断开并且供电电压的存储设备侧的接头被短路。

因此，在封闭的存储设备或独立的模块中可以设置根据本发明的线路，其使得可以由电子触发单元进行控制，以便将供电电压从所涉及的存储设备或存储器断开，并且使得供电电压短路，以便能够实现或强制进行存储设备的重置或复位(Reset)。根据本发明，除了通常的导线之外仅需要附加的信号线。

这具有特别的优点：即使在有问题的环境中也可以确保低压断路器的可靠运行。

本发明还给出了有利的设计方案。

在本发明的有利的设计方案中，如果出现如下数据，即，该数据经由数据线传输到电子触发单元并在那里被识别为故障，则激活到所述线路的信号连接，从而进行供电电压的短暂中断，并且在存储设备侧进行供电电压的短路。

这具有特别的优点，即，给出了存储单元的自动的时间相近的复位。

在本发明的有利的设计方案中，存储设备具有EEPROM和/或FRAM。

这具有特别的优点，即，给出了存储单元的存储器的简单实现。

在本发明的有利的设计方案中，所述线路具有在基本状态下接通或闭合的第一电子开关用于中断供电电压，以及在基本状态下断开的第二电子开关用于短路供电电压。

这具有特别的优点，即，给出了根据本发明的线路的简单实现。

在本发明的有利的设计方案中，第一和第二电子开关的控制输入端彼此连接。此外，控制输入端的连接点是到电子触发单元的信号连接的接头。

这具有特别的优点，即，给出了通过信号来中断和短路的简单实现。

在本发明的有利的设计方案中，供电电压是直流电压，第一运行电压导体是正的(plus)，第二运行电压导体是负的(minus)或接地的，所述线路具有能量源侧的运行电压输入端和存储设备侧的运行电压输出端。

这具有特别的优点，即，给出了针对直流电压的简单的设计方案。

在本发明的有利的设计方案中，第一电子开关是n沟道自导或p沟道自锁的第一场效应晶体管。第二电子开关是自锁的第二场效应晶体管、尤其是n沟道场效应晶体管。第一运行电压输入导体与第一场效应晶体管的源极接头连接，第一场效应晶体管的漏极接头与第一运行电压输出导体以及第二场效应晶体管的漏极接头连接，第二场效应晶体管的源极接头与第二运行电压输入端和第二运行电压输出端连接。

这具有特别的优点，即，给出了具有场效应晶体管作为开关的线路的简单实现。

在本发明的有利的设计方案中，在第一场效应晶体管的漏极接头与第一运行电压输出导体之间连接有第一二极管、特别是肖特基二极管。特别地，第一二极管的阳极与漏极接头连接，并且第一二极管的阴极与第一运行电压输出导体连接。

这具有特别的优点，即，避免了短路对运行电压输入端的反作用，并且特别是实现了低的通量电压(Flussspannung)。

在本发明的有利的设计方案中，在第二场效应晶体管的漏极接头与第一运行电压输出导体之间连接有第一电阻器。在第一运行电压导体输出端与第二运行电压导体输出端/共同的接地接头之间可以连接电容、特别是借助一个或多个电容器连接。

这具有特别的优点，即，通过电阻器在短路时实现电流限制。通过电容可以实现缓冲，例如用于写出(Wegschreiben)存储设备的数据，但也用于EMV保护。

在本发明的有利的设计方案中，两个场效应晶体管的栅极接头相连接，并且

-经由第二电阻器与信号连接或信号连接的第一信号连接输入端连接，

-经由第三电阻器与第二运行电压输入导体连接。

这具有特别的优点，即，在信号连接或信号连接输入端处呈现限定的状态(下拉或瞬态保护)。

在本发明的有利的设计方案中，两个场效应晶体管的连接的栅极接头经由第四电容、特别是借助一个或多个电容器与第二运行电压输入端/共同的接地接头连接。

这具有特别的优点，即，给出信号连接或信号连接输入端的EMV保护。

此外，还要求保护并行的有利的方法以及根据本发明的用于低压断路器的线路。

根据本发明的单个特征或者特征组合的所有设计方案都引起断路器的改进，特别是用于提供存储设备的功能。

附图说明

结合下面结合附图详细说明的对实施例的描述，更清楚且明晰地理解本发明的所描述的特性、特征和优点以及实现其的方式。

在相关的附图中：

图1示意性示出了具有存储设备的低压断路器，

图2示出了具有存储设备的低压断路器的框图，

图3示出了具有存储设备的低压断路器的另外的框图，

图4示出了存储设备的线路的第一变形方案，

图5示出了存储设备的线路的第二变形方案。

具体实施方式

图1中所示的低压断路器LS具有壳体2，在壳体2中针对每个极安装具有相关联的灭弧室4的开关触点装置K和用于操作开关触点的驱动设备5。每个开关触点装置K具有上部和下部连接轨道6、7。下部连接轨道7配备有转换器组8。每个转换器组8通过传感器单元SE向电子触发单元或过电流触发器ETU提供电流测量值，并且通过能量转换器EW提供所需的(辅助)能量。为了将转换器组8与电子触发单元ETU连接，设置电缆束12，所述电缆束可以包含运行电压导体BS。

已知的是，为了将电子触发单元ETU与额定电流和其他参数匹配，设置测定电流插头(rating plug)13。此外，存储设备14例如作为存储器组件可以存在于电子触发单元ETU的背面，和/或在电缆束12的通路中可以存在存储设备15、例如开关特性模块。如上所述，电磁影响可能会导致存储设备14、15的错误的数据状态，其在电子触发单元ETU的控制单元、例如处理器中被识别到。

图2示出了根据图1的低压断路器的示意性框图。图2示出了低压电路、例如三相交流电路的电导体L1、L2、L3，其中第一导体L1构成三相交流电路的第一相，第二导体L2构成三相交流电路的第二相，第三导体L3构成三相交流电路的第三相。此外，还可以设置中性导体和保护导体。

在根据图2的示例中，第三导体L3与能量转换器EW(例如作为转换器组的一部分)连接，使得第三导体的至少一部分电流、即导体部分电流，或者第三导体的全部电流流过能量转换器EW的初级侧。通常，导体(在该示例中为第三导体L3)构成能量转换器EW的初级侧。能量转换器EW通常是具有铁芯的变压器，例如，铁转换器。在一种设计方案中，可以在电路的每一相或每个导体中设置能量转换器EW。能量转换器EW的次级侧或每个设置的能量转换器与电源NT(或者多个电源)连接，电源NT为电子触发单元ETU和存储设备15例如以供电电压的形式提供能量供应、例如自供电，例如在通过两个运行电压导体BS(例如正的第一运行电压导体和负的或者接地的第二运行电压导体)供应直流电压的情况下，通过虚线呈现的运行电压导体BS的连接线示出。此外，电源NT还可以与第一电流传感器SE连接，用于为第一电流传感器供应能量(如果有需要)。

第一电流传感器SE具有至少一个传感器元件，例如罗氏线圈(Rogowskispule)、测量电阻器/分流器，霍尔传感器等，用于确定电路的至少一个导体的电流的大小。在通常的构造方案中，确定电路的每个相导体或导体的电流的大小。

第一电流传感器SE与电子触发单元ETU连接，并向其传输电路的至少一个导体、相导体或所有导体的电流的大小。

电子触发单元ETU可以是所谓的电子跳闸单元(Electronic Trip Unit)。电子触发单元ETU经由数据线DL与存储设备15连接。替换地，存储设备15还可以从电子触发单元ETU获得供电电压。

在电子触发单元ETU中，将传输的电流值与电流界限值和/或电流-时间间隔界限值(其构成触发原因)进行比较。在超过所述界限值时，促使电路中断。这例如可以通过设置中断单元UE来进行，该中断单元UE一方面与电子触发单元ETU连接，并且另一方面具有触点K，其用于中断电路的导体L1、L2、L3或其他导体。在这种情况下，中断单元UE获得中断信号，以用于断开触点。中断单元UE可以设计或实现为驱动单元5。

图3示出了根据图2的示图，不同之处在于设置了根据本发明的线路SCH。该线路在运行电压导体侧BS连接在存储设备15之前，即例如位于电源NT(能量源侧)与存储设备15之间。线路SCH在电源侧或能量源侧具有至少一个运行电压输入导体Uein；在输出侧，即在到存储设备的方向上，设置至少一个运行电压输出导体Uout。

此外，设置信号连接SV，其将线路SCH与电子触发单元ETU连接。

图4示出了根据本发明的存储设备的线路的第一变形方案。两个运行电压导体BS具有正的第一运行电压导体，其作为线路SCH的运行电压输入导体Uein进行输送。在该示例中，第二运行电压输入导体接地并与共同的接地接头GND连接。

第一运行电压输入导体Uein与在基本状态下接通的第一电子开关S1连接，替换地与闭合的第一开关S1连接，即，在将供电电压连接到线路SCH时，接通第一开关S1。第一开关S1用于中断供电电压。第一开关S1的输出端与运行电压输出导体Uout以及第二电子开关S2连接。替换地，与电容Cn、例如一个或多个电容器形式的电容Cn连接。

运行电压输出导体Uout与存储设备SCH连接。第二运行电压导体连接由共同的接地GND实现。

第二电子开关S2在基本状态下断开，并且用于将供电电压短路，为此，第二开关S2的输出端与共同的接地接头GND连接。

第一和第二电子开关S1、S2的控制输入端SG1、SG2彼此连接，并且构成到电子触发单元ETU的信号连接SV的接头。

图5示出了与图4类似的根据本发明的存储设备的线路的第二变形方案。

在该示例中，第一电子开关S1是n沟道自导或p沟道自锁第一场效应晶体管V1。在该示例中，第二电子开关是自锁第二场效应晶体管V2、尤其是n沟道场效应晶体管。第一运行电压输入导体Uein与第一场效应晶体管V1的源极接头SO1连接，其漏极接头D1与第二场效应晶体管V2的第一运行电压输出导体Uout和漏极接头D2电连接，第二场效应晶体管V2的源极接头SO2与共同的接地接头GND连接，其用作第二运行电压输入端和第二运行电压输出端(第二运行电压输入导体或运行电压输出导体)。

在第一场效应晶体管V1的漏极接头D1与第一运行电压输出导体Uout之间可以连接第一二极管VD1、尤其是肖特基二极管。由此，一方面避免了在短路情况下对输入端的反作用，另一方面通量电压是低的，特别是在低的供电电压的情况下通量电压是低的、例如3.3伏特。特别地，第一二极管VD1的阳极与漏极接头D1连接，并且第一二极管VD1的阴极与第一运行电压输出导体Uout连接。

在第二场效应晶体管V2的漏极接头D2与第一运行电压输出导体Uout之间可以连接第一电阻器R1，例如用于限制短路电流。在第一运行电压导体输出端Uout与共同的接地接头/第二运行电压导体输出端GND之间可以连接电容Cn、特别是借助一个或多个电容器C1、C2、C3连接。

两个场效应晶体管V1、V2的栅极接头G1、G2(其对应于根据图4的控制输入端SG1、SG2)可以连接，并且

a)经由第二电阻器R2与信号连接SV或信号连接的第一信号连接输入端连接，信号连接SV的第二信号连接输入端然后与共同的接地接头GND连接，这已经可以在电子触发单元ETU中实现，和/或

b)经由第三电阻器R3与共同的接地接头/第二运行电压输入导体GND连接。

两个场效应晶体管V1、V2的连接的栅极接头G1、G2可以经由第四电容、特别是借助一个或多个电容器(C4)与共同的接地接头/第二运行电压输入端GND连接。

存储设备15可以具有EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory电可擦除可编程只读存储器)或FRAM(Ferroelectric Random Access Memory铁电随机存取存储器)结构类型的存储器组件。

根据本发明提出，借助监控设备来检查存储设备15的数据是否存在不允许的值。所述监控可以由存在于电子触发单元ETU中的处理器进行。在出现不允许的数据时，首先经由信号连接SV控制线路SCH，线路SCH借助第一开关S1或场效应晶体管V1执行供电电压的中断、即分离，并且借助第二开关S2或场效应晶体管V2执行至少存储设备侧的短路。

下面换种说法再次解释根据图5的线路。供电电压例如经由插头触点被馈送到线路SCH。信号连接SV的信号在基本状态下例如是低的(LOW)。由此，第一场效应晶体管V1导通，并且允许通过运行电压输出端Uout向(例如具有包括保护布线的EEPROM的)存储设备15供电。如果需要重置存储设备15、特别是其EEROM，则这可以通过将信号连接SV切换到高电平(HIGH)来实现。该切换命令可以由电子触发单元ETU或其处理器或进行控制的微控制器产生。

如果线路经由信号连接SV获得高电平或高电位(HIGH)，则第一场效应晶体管V1截止，第二场效应晶体管V2导通。由此，供电电压/第一运行电压输出端Uout接地，并且由此实现所连接的存储设备或其存储器组件的安全重置/复位(Reset)。

在达到必要的第一时间间隔之后，第一时间间隔例如小于1ms、特别是小于500μs、特别是在200μs范围内，信号连接SV再次被设置回低电平(LOW)，并且由此开始存储设备的限定的启动。

根据本发明，两个晶体管都是增强型。第一场效应晶体管V1是p沟道增强型，即当栅极G1的电压低于源极SO1时变为导通，这是在信号连接SV处没有信号时给出的情况(栅极G1→GND，源极SO1→VCC)。这里的方法是，通过将第一栅极G1连接到GND，场效应晶体管就立即导通，即接通。

第二场效应晶体管V2是n沟道增强型，即当栅极G2的电压高于源极SO2时变为导通。首先，两个GND→截止。

如果现在在信号连接SV处存在电压，则栅极G1电压变为供电电压，第一场效应晶体管V1截止(栅极G1的电压等于源极SO1)，第二场效应晶体管V2变为导通，栅极G2电压>源极SO2。

电容Cn(C1、C2、C3)一方面是用于写出数据的缓冲器，而且还将其尺寸确定为，使得其可以通过线路SCH足够快地放电。此外，还可以设置电容器以用于EMV保护。

用于共同的接地接头GND的第三电阻器R3是所谓的下拉电阻器(Pull downWiderstand)。第二电阻器R2可用作瞬态保护。

本发明的解决方案使得可以提供具有特定数据量的可靠的存储器，而不会忽略安全方面。

由此可以使用不是针对特殊运行情况设置的通用的存储器。

虽然在细节上通过实施例对本发明进行阐述和描述，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。