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KR100927490B1 - 스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법 및 장치

Info

Publication number
KR100927490B1
KR100927490B1 KR1020077016499A KR20077016499A KR100927490B1 KR 100927490 B1 KR100927490 B1 KR 100927490B1 KR 1020077016499 A KR1020077016499 A KR 1020077016499A KR 20077016499 A KR20077016499 A KR 20077016499A KR 100927490 B1 KR100927490 B1 KR 100927490B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
contact
switching device
safe operation
switching
control magnet
Prior art date
Application number
KR1020077016499A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070088796A (ko
Inventor
페터 하르팅어
노르베르트 미틀메이어
루드비히 니블러
프리츠 푈
노르베르트 짐머만
Original Assignee
지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102004062267A external-priority patent/DE102004062267A1/de
Priority claimed from DE102004062266A external-priority patent/DE102004062266A1/de
Application filed by 지멘스 악티엔게젤샤프트 filed Critical 지멘스 악티엔게젤샤프트
Publication of KR20070088796A publication Critical patent/KR20070088796A/ko
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Publication of KR100927490B1 publication Critical patent/KR100927490B1/ko

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Abstract

본 발명은 스위칭 장치를 안전하게 동작시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 상기 스위칭 장치는 스위칭 온 및 오프될 수 있으면서 콘택 엘리먼트들 및 이동 콘택 브릿지를 구비하는 적어도 하나의 메인 콘택, 및 이동 전기자를 구비하는 적어도 하나의 제어 자석을 포함한다. 스위칭 온 및 오프 동안에, 상기 전기자는 콘택 브릿지에 작용하여, 상응하는 메인 콘택을 클로즈 및 오픈시킨다. 본 발명의 방법은 a) 적어도 하나의 메인 콘택의 이동 콘택 브릿지가 스위칭 오프 이후에 오프닝 포인트를 통과했는지 여부를 식별하는 단계, 및 오프닝 포인트가 미리 결정된 시간 기간 이후에도 통과되지 않았을 때 스위칭 장치의 추가 동작을 차단하는 단계를 포함한다.

Description

스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR THE SAFE OPERATION OF A SWITCHING DEVICE}
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 기재된 바와 같은 스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법에 관한 것이며, 또한 청구항 제 20항의 전제부에 기재된 바와 같은 상응하는 장치에 관한 것이다.
스위칭 장치들, 특히 저전압 스위칭 장치들이 전원 장치와 로드들 사이의 전류 경로들을 스위칭함으로써 그들의 동작 전류들을 스위칭하기 위해 사용될 수 있다. 이는 접속된 로드들이 전류 경로들을 오픈 및 클로즈시키는 스위칭 장치에 의해서 안전하게 연결 및 연결해제될 수 있다는 것을 의미한다.
콘택터, 회로 차단기 또는 콤팩트 스타터와 같은 전기적인 저전압 스위칭 장치는 전류 경로들의 스위칭을 위해서 하나 이상의 소위 메인 콘택들을 구비하는데, 상기 메인 콘택들은 하나 이상의 제어 측정들에 의해서 제어될 수 있다. 대체로, 이 경우의 메인 콘택들은 이동 콘택 링크 및 고정 콘택 피스들을 포함하는데, 그것들에는 로드들 및 전원 장치가 접속된다. 적절한 접속 또는 접속해제 신호가 메인 콘택들을 클로즈 및 오픈시키기 위해서 제어 자석에 인가되고, 그 신호에 응하여 이러한 제어 자석들의 전기자들은, 콘택 링크들이 고정 콘택 피스들에 대해 상대적인 이동을 실행하고 스위칭될 전류 경로들을 클로즈 또는 오픈시키도록, 이동 콘택 링크들에 작용한다.
콘택 피스들과 콘택 링크들 사이의 콘택을 개선하기 위해서, 그 둘이 서로 닿는 곳들에 적절히 설계된 콘택 표면들이 제공된다. 이러한 콘택 표면들은 그러한 곳들에서 콘택 링크 및 콘택 피스들 모두에 적합한 은합금과 같은 물질들로 이루어지며, 특정의 두께를 갖는다.
콘택 표면들 상의 그 물질들은 모든 스위칭 처리 동안에 마모된다. 이러한 마모에 영향을 주는 요인들은 다음과 같다:
· 접속 및 접속해제 처리의 수가 증가할 때 증가하는 콘택 침식 또는 콘택 마모,
· 증가하는 변형,
· 아크발생으로 인한 증가하는 콘택 부식, 또는
· 증기 또는 부유 입자들 등과 같은 환경적인 영향들.
동작 전류가 더 이상 안전하게 스위칭되지 않기 때문에, 이는 전류 차단들, 콘택 가열 또는 콘택 웰딩(contact welding)을 초래할 수 있다.
예컨대, 콘택 표면들에 적용되는 물질들의 두께는 특히 콘택 침식이 증가하기 때문에 감소할 것이다. 그 결과, 콘택 링크와 콘택 피스들의 콘택 표면들 사이의 스위칭 거리는 더 길어지게 되고, 마침내 이는 클로즈 시에 콘택 포스(contact force)을 감소시킨다. 그 결과, 콘택들은 스위칭 처리의 수가 증가하기 때문에 더 이상은 정확하게 클로즈하지 않을 것이다. 이러한 상황 또는 그렇지 않으면 증가된 접속 바운싱(bouncing)으로 인해 발생되는 전류 차단들이 콘택 가열을 유도하며 또한 콘택 물질의 증가된 용해를 유도할 수 있고, 이는 따라서 메인 콘택들의 콘택 표면들에 대한 웰딩을 초래할 수 있다.
만약 스위칭 장치 내의 하나의 메인 콘택이 마모되거나 심지어 웰딩된다면, 스위칭 장치는 더 이상은 안전하게 로드를 연결해제할 수 없다. 웰딩된 콘택의 경우에는, 적어도 웰딩된 메인 콘택을 갖는 전류 경로는 접속해제 신호에도 불구하고 실질적으로 계속해서 전류를 전달하고 존재할 것이며, 그로 인해서 로드가 전원 장치로부터 완전히 접속해제되지 않는다. 따라서, 로드는 안전하지 않은 상태로 유지되기 때문에, 스위칭 장치는 잠재적인 장애 소스(potential fault source)를 나타낸다.
결과적으로, 예컨대 IEC 60 947-6-2에 따른 콤팩트 스타터들의 경우에는 보호 기능이 차단될 수 있고, 이 경우에는 추가적인 보호 메커니즘이 정상적인 스위칭 동안에 제어 자석으로서 동일한 메인 콘택들에 작용한다.
따라서, 이와 같은 장애 소스들은 스위칭 장치들의 안전한 동작 및 그로 인한 로드 및 전기 설비의 보호를 위해 회피되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 간략한 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 제 1 실시예를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 제 2 실시예를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 제 3 실시예를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 장치의 제 4 실시예를 나타내는 도면.
도 6은 제 4 실시예에 따른 개략적인 전기 회로도를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 장치의 제 5 실시예를 상세히 나타내는 도면.
도 8은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 차단 콘택 및 상기 차단 콘택에 직렬로 접속되는 메이크 콘택(make contact)의 시간 프로파일에 대한 예를 나타내는 도면.
도 9는 영구 자석에 의해 지원되는 전자기 드라이브 및 측정 코일을 구비하는 본 발명에 따른 장치의 예시적인 실시예를 통한 섹션 이미지를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 장치의 제 6 실시예를 나타내는 도면.
도 11은 메인 콘택들이 오픈되었을 때 본 발명에 따른 장치의 제 7 실시예를 나타내는 도면.
도 12는 메인 콘택들이 클로즈되었을 때 본 발명에 따른 장치의 제 7 실시예를 나타내는 도면.
도 13은 아직 해제되지 않은 콘택 차단 오픈 수단 및 웰딩된 메인 콘택을 구비하는 본 발명에 따른 장치의 제 7 실시예를 나타내는 도면.
도 14는 콘택 차단 오픈 수단이 해제되어짐에 의해 메인 콘택이 차단 오픈된 본 발명에 따른 장치의 제 7 실시예를 나타내는 도면.
본 발명의 한 가지 목적은 그러한 잠재적인 장애 소스들을 식별하는 것과 그것들에 적절히 대처하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제 1항의 특징들을 갖는 방법 및 청구항 제 20항의 특징들을 갖는 장치에 의해서 달성된다. 청구항 제 39항은 상기 방법을 실행하기에 적절한 스위칭 장치를 명시하고 있다. 청구항 제 40항은 본 발명에 따른 장치를 구비한 적절한 스위칭 장치를 명시하고 있다. 종속항 제 2항 내지 제 19항, 제 21항 내지 제 38항, 및 제 41항은 방법 및 장치의 변형들을 포함한다.
따라서, 본 발명은 접속해제 동안의 콘택 웰딩 및 스위칭 장치의 동작이 더 이상이 안전하지 않다는 사실을 식별하고 덜 복잡하게 적절히 대처하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 메인 콘택의 이동 콘택 링크가 오프닝 포인트를 통과했는지를 식별하기 위해 스위칭 장치의 동작 동안에, 특히 접속해제 동안에 이를 위한 처리가 실행된다. 스위칭 장치의 추가 동작은 만약 오프닝 포인트가 미리 결정된 시간 기간 이후에 통과했다면 차단된다.
이 경우에 미리 결정된 오프닝 포인트는 콘택 링크가 콘택 피스들에 여전히 접속되어 있는 상기 콘택 링크의 미리 결정된 오프닝 이동에 상응한다. 만약 이러한 미리 결정된 오프닝 포인트보다 더 짧은 오프닝 이동이 접속해제 이후에, 즉, 적어도 하나의 메인 콘택의 계획적인 오프닝 이후에 결정된다면, 웰딩이 발생하였고 이러한 스위칭 장치의 동작이 그로 인해서 안전하지 않다는 것이 가정될 수 있다. 만약 모니터링 및 식별이 이와 같은 안전하지 않은 동작 상황의 발생에 대한 동작 동안에 실행된다면, 스위칭 장치의 추가적인 동작이 적절한 시간에 보호될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치는 콘택터, 회로 차단기 또는 콤팩트 아웃고어(outgoer)와 같은 스위칭 장치의 안전한 동작과 특히 3-폴 스위칭 장치의 안전한 동작을 보장한다.
본 발명의 한 개선에 따르면, 오프닝 포인트가 통과했다는 사실이 메인 콘택에 의해 스위칭될 전류 경로에서의 전류를 측정함으로써 식별되는데, 상기 오프닝 포인트는 만약 측정된 전류가 접속해제 이후에 의도한 전류보다 더 크다면 통과되지 않는다.
오프닝 포인트가 통과되지 않았다는 사실은 또한 메인 콘택에서의 전압 강하를 측정함으로써 식별될 수 있는데, 상기 오프닝 포인트는 만약 전압 강하가 접속해제 이후에 의도한 전압보다 작다면 통과되지 않는다.
다른 개선에서는, 오프닝 포인트가 통과되었다는 사실이 제어 자석의 인덕턴스를 측정함으로써 식별되는데, 상기 오프닝 포인트는 만약 접속해제 이후의 인덕턴스가 정확한 동작에 비교하여 오프닝 이후에 의도된 값에 상응하지 않는 값을 갖는다면 통과되지 않는다.
또한, 오프닝 포인트는 콘택 링크에 동작가능하게 접속된 수단의 상태에 의해서 식별될 수 있는데, 상기 식별된 오프닝 포인트는 만약 이러한 수단이 오프닝 이후에, 즉, 접속해제 이후에 미리 결정된 상태에 상응하지 않는 그러한 상태로 유지된다면 통과되지 않는다. 이는 예컨대 적어도 하나의 메인 콘택의 웰딩의 경우에 그러하다.
본 발명에 따른 다른 개선에서는, 보조 콘택이 제어 자석의 접속 시에 또는 접속을 위해 클로즈되는데, 차단 콘택이 제어 자석의 접속 시에 클로즈된다. 스위칭 콘택들과 직렬로 접속되는 해제 수단(release means)이 만약 보조 콘택이 접속해제 시에 클로즈 상태를 유지하거나 유지하고 있다면 콘택 차단 오픈 수단을 개시한다. 또한 이러한 경우에는, 메인 콘택들 중 적어도 하나가 웰딩되거나 교착되었다는 것이 가정될 수 있다.
특히, 스위칭 콘택들은, 접속 동안에는 보조 콘택이 차단 콘택에 앞서 클로즈하고 또한 접속해제 동안에는 차단 콘택이 보조 콘택에 앞서 클로즈하도록, 설계된다.
본 발명에 따른 다른 개선에서는, 스위칭 동작 동안에, 제어 자석의 자기 회로에서 임의의 자속 변화가 측정되고, 오프닝 포인트는 제어 자석의 접속해제 동안에 그 자속 변화가 미리 결정된 비교 값을 초과하였을 때 통과된다. 자속 변화는 바람직하게 유도 코일에 의해서 측정된다.
본 발명에 따른 다른 개선에 따르면, 스위칭 장치를 위한 평가 및 제어 유닛에 대한 전기 공급이 커패시터, 전기 코일 또는 배터리와 같은 전기 에너지-저장 엘리먼트에 의해서 최소 시간 동안에 유지되고, 그럼으로써 웰딩된 메인 콘택의 존재를 측정을 통해 식별할 수 있고 또한 필요시에는 콘택-차단 오픈 수단 및/또는 래칭 메커니즘을 실행 또는 해제시킬 수 있다.
특히, 스위칭 명령이 존재하는 경우에는, 전기 에너지-저장 엘리먼트가 최소의 충전 상태에 도달하였을 때에만 제어 자석이 적어도 하나의 메인 콘택을 단지 한번만 동작시키도록 에너지가 공급된다. 상기 최소 충전 상태는 이 경우에는, 제어기의 접속해제 이후에 그리고 특히 스위칭 장치의 제어 자석의 전기 에너지공급을 위한 스위칭 전압의 제거 이후에 평가 및 제어 유닛에 전기적으로 에너지가 공급되고 필요시에는 개시 처리를 시작할 수 있도록, 설정된다.
본 발명의 다른 개선에서는, 제어 자석이 접속된 상태에 있을 때, 콘택 차단 오픈 수단의 개시를 막기 위해서 해제 수단은 에너지가 공급된 상태로 활성적으로 유지된다. 접속해제 동안에, 해제 수단 및 제어 자석은 전기자나 또는 상기 전기자에 기계적으로 동작가능하게 연결되는 제어 자석의 구성성분을 통해 에너지공급이 해제되고, 그로 인해서 해제 수단의 개시가 방지된다.
따라서, 예컨대 해제 수단이 스프링 에너지 저장부의 압축응력이 가해진 스프링의 로드의 경감을 방지할 수 있다. 이 경우에, 해제 수단은 또한 리턴 스프링과 같은 리셋팅 수단을 구비하는데, 상기 리턴 스프링은 활성적으로 에너지공급된 상태의 유지를 위한 전원의 제거 이후에 수동적인 에너지공급해제 상태로 변경한다. 다음으로, 리셋팅 수단에 의해서 해제된 에너지는 콘택 차단 오픈 수단에서 몇 배 더 큰 저장된 에너지를 해제시킨다. 이러한 저장된 에너지는 해제된 이후에 기계적인 임펄스로 변환되고, 상기 기계적인 임펄스는 결국 웰딩된 메인 콘택을 차단-오픈시킨다.
해제 수단은 접속 동안에 제어 자석에 앞서서 에너지공급해제된다. 또한, 제어 자석은 접속해제 동안에 해제 수단에 앞서서 에너지공급해제된다. 해제 수단은 바람직하게도 솔레노이드 또는 플런저-타입 자석이다. 콘택 차단 오픈 수단들은 특히 원통형 압축 스프링과 같은 스프링 에너지 저장부를 구비한다.
또한, 다른 스위칭 동작이 전류 경로에서 메인 콘택과 직렬로 배치되는 스위칭 엘리먼트를 오픈시킴으로써 차단된다.
마지막으로, 다른 스위칭 동작이 제어 자석을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 라인을 차단시킴으로써 차단된다.
본 발명의 다른 유리한 실시예들 및 바람직한 개선점들이 종속항들에서 인지될 수 있다.
스위칭 콘택들의 남은 수명을 결정하기 위한 방법은, 이 경우에, 한편으로는 제어 자석의 자기 전기자나 또는 상기 전기자에 동작가능하게 접속된 그 밖의 구성성분들의 미리 결정된 이산적인 위치들의 시간 검출, 및 위치 측정이 실행되는 전기자 또는 이러한 구성성분의 속도 및 평균 가속도에 대한 결정을 포함할 수 있다. 다른 한편으로는, 상기 방법은 스위칭 콘택들의 클로징 이동 동안에 상기 스위칭 콘택들의 접속 시간의 측정을 포함할 수 있다.
따라서, 남은 수명을 결정하기 위해서 적어도 4개의 시간이 검출되는데, 그 중 하나의 시간은 콘텍 클로징 시간을 나타내고, 다른 시간들은 하나 이상의 위치 센서들의 위치 시간들을 나타낸다. 이러한 시간들 중 적어도 두 개는 두 개의 가까이 인접한 위치들에 대한 시간들일 수 있고, 그로부터 이동중인 구성성분의 속도에 대한 값이 유도될 수 있다. 모니터링되고 있는 구성성분은 일반적으로 접속 처리에서 가속된 이동을 실행하기 때문에, 이러한 방식으로 결정된 이러한 속도 값 이외에도 적어도 하나의 시간 간격 동안의 일정 가속도의 평균 값이 결정된다. 콘택 클로징 시간에 클로징 콘택의 위치는 속도 및 가속도의 결정된 값들로부터 및 위치 센서들의 서로에 대한 상대적인 위치 및 그들의 위치 시간들로부터 간단한 수학적인 관계에 의해 결정될 수 있다. 다음으로, 이러한 위치는 적어도 하나의 메인 콘택의 이동 콘택 링크가 특히 접속해제 이후에 오프닝 포인트를 통과했는지 여부를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 만약 이러한 오프닝 포인트가 미리 결정된 시간 기간 이후에 도달되었다면, 스위칭 장치의 추가 동작이 차단된다.
속도가 제어될 수 있는 스위칭 장치, 특히 제어될 수 있는 자기 드라이브를 포함하는 콘택터들의 경우에, 위치 센서에 의해서 측정된 속도(v)는 그 드라이브를 미리 결정된 속도로 반복해서 설정하기 위해서 또는 그 속도를 미리 결정된 간격으로 제한하기 위해서 사용될 수 있다. 이를 위해서, 드라이브가 스위칭 온 될 때마다 미리 결정된 파라미터 단계를 통해 더 높은 속도의 방향으로 설정되는데, 이는 상기 속도가 공칭적인 값보다 작거나 또는 공칭적인 범위 아래에 있는 한 이루어진다. 대안적으로, 제어 파라미터는 드라이브가 스위칭 온 될 때마다 미리 결정된 파라미터 단계를 통해 더 낮은 속도의 방향으로 설정될 수 있는데, 이는 상기 속도가 공칭적인 값보다 더 높거나 또는 공칭적인 범위 위에 있는 경우에 이루어진다. 이는 일단 속도 설정치에 도달되면 콘택들이 미리 결정된 속도에서 클로즈한다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 다른 옵션은 이동 콘택 매스(moving contact mass)를 검출하기 위해 포스 센서(force sensor)를 사용하는 것이다. 이러한 힘 센서는 접속해제 드라이브로부터 이동 콘택으로 전송되는 포스 임펄스(force impulse)를 측정한다. 이동 콘택이 오픈하는 속도는 상기 매스의 손실과 거의 상관이 없기 때문에, 이는 그 매스에 비례하는 이동 콘택 임펄스를 유도하며 따라서 포스 센서에서 그 매스에 비례하는 포스 임펄스를 유도한다. 이러한 포스 임펄스는 드라이브에 대한 접속해제 명령 이후에 미리 결정된 시간 기간에 걸쳐 포스/시간 적분으로서 결정되며, 마찬가지로 물질의 손실이 예컨대 10%일 때 대략 10%만큼 감소한다. 남은 매스의 콘택 물질은 이 경우에 이동 콘택 매스의 상응하는 최소 값에 링크되는데, 그것은 실험적인 값들에 기초하여 콘택 캐리어 물질의 손실을 또한 포함한다.
만약 스위칭 장치 드라이브가 자기 드라이브라면, 포스 센서는 이동 콘택을 오픈시키는 기계적인 결합 엘리먼트와 자석 전기자 사이에 배치될 수 있다. 포스 센서 및 모니터링 유닛으로의 그것의 측정 신호를 위한 전기적인 보조 전력이 스프링이 달린 콘택 엘리먼트를 통해서 획득될 수 있다.
적절한 포스-값 신호를 평가함으로써, 특히 접속해제 동안에 적어도 하나의 메인 콘택의 이동 콘택 링크가 오프닝 포인트를 통과했는지 여부를 식별하는 것이 본 발명에 따라 가능하다. 만약 포스-값과 미리 결정된 포스 비교 값 간의 불일치가 존재한다면, 스위칭 장치의 추가적인 동작이 미리 결정된 시간 기간 이후에 차단된다.
전기자 또는 상기 전기자에 동작가능하게 접속된 구성성분의 각각의 스위칭 위치는 예컨대 측정 커패시터의 커패시턴스를 측정함으로써 결정될 수 있다. 이 경우에, 측정 커패시터는 전기자 이동에 상응하는 방식으로 서로 상대적으로 이동할 수 있는 두 개의 커패시터 판들을 구비한다. 이로부터 발생하는 상이한 커패시터-판의 이격거리는 측정 커패시터의 커패시턴스의 변경을 초래한다. 정전압 소스가 커패시턴스의 증가를 결정하기 위해서 측정 커패시터에 충전-전류 펄스를 공급하는데 사용될 수 있다. 이 경우에, 충전-전류 펄스의 전류/시간 적분은 커패시턴스들의 변화에 비례하고, 순간적인 콘택 압력이 다른 커패시터 데이터를 사용함으로써 그로부터 계산될 수 있다. 만약 그 압력 값이 최소 값에 도달하면, 스위칭 장치는 모니터링 유닛에 의해서 작동되지 않게 된다.
대안적으로, 전기자에 기계적으로 동작가능하게 접속되는 적어도 하나의 메인 콘택의 이동 콘택 링크가 특히 접속해제 이후에 오프닝 포인트를 통과하였는지를 식별하기 위해서 커패시턴스의 변화를 사용하는 것이 가능하다. 이 경우에는, 오프닝 포인트가 측정 커패시터를 충전시키기 위해 필요한 시간 값으로부터 및 커패시턴스 변화로부터 계산을 통해 결정될 수 있다. 만약 이 시간 값이 미리 결정된 값을 초과한다면, 측정-커패시터 판의 이격거리는 매우 작아야 하고, 전기자 및 상기 전기자에 접속된 콘택 링크가 더 이상은 오픈되지 않는 것이 가정될 수 있다. 이 경우에는, 적어도 하나의 메인 콘택이 웰딩되었다고 가정될 수 있다. 스위칭 장치의 추가 동작이 이어서 차단된다.
접속해제 동안에, 콘택 오프닝 속도(v)는 콘택 압력(D)에 민감하게 의존하는데, 그 이유는 예컨대 자기 드라이브의 경우에 자석 전기자 및 상기 자석 전기자에 결합되는 기계적인 구성성분들이 거의 일정한 가속도(b)를 통해 나머지 위치(클로즈된 위치)로부터 이동되기 때문이다. 드라이브가 이동 콘택과 만나는 속도가 다음의 관계로부터 획득된다:
및 그에 따른 거의
그 속도는 위에서 설명된 바와 같이 측정 커패시터에 의해서 검출될 수 있다. 자석 전기자의 오프닝 이동은 커패시터-판 이격거리의 감소를 유발하고, 이는 정전압 소스(U)로부터의 전류(i)를 측정 커패시터로 유도하기 때문에, 콘택 압력(D)이 다음의 관계에 의해 유도된다:
, 여기서 은 이동 콘택 상에서 오프닝 임펄스의 시간이다.
따라서, 콘택 압력(D)이 다음의 수식을 이용하여 결정될 수 있다:
, 이로부터 일단 다시금 거의 이고, 따라서 .
이 경우에 상기 수식은 전기자 가속도(b), 오프닝 임펄스들의 시간에 판 이격거리(d), 판 영역(A), 정전압(U) 및 시간()에서의 커패시터 전류(imax)를 포함한다. 만약 imax2가 미리 결정된 최소 값 아래에 떨어진다면, 스위칭 장치는 모니터링 유닛에 의해서 동작하지 않게 된다.
모니터링 유닛이 스위칭 장치를 동작하지 않게 하는 모든 경우에는, 결정 기준을 제공하는 측정 변수가 미리 결정된 수의 측정들에 대해서 미리 평균될 수 있다.
스위칭 장치 드라이브(자기 전기자)의 우세한 이동 매스로 인해서, 이동 콘택의 클로징 속도는 그 이동 콘택의 마모에 따른 매스의 손실에 실질적으로 의존적이다. 따라서, 클로징 속도는 다른 조건들이 동일한 경우에는 항상 동일하다. 그러나, 그 클로징 속도는 콘택 압력이 감소하기 때문에 증가할 것인데, 그 이유는 작은 전기자 에어 갭을 갖는 자기력들이 상당한 크기에 달하고 그 전기자를 상당히 가속시키기 때문이다.
이동 콘택의 매스 변화는 콘택 바운싱의 경우에 콘택 포스 및 이동 콘택 매스의 스프링-및-매스 시스템에서 중요한 역할을 하며, 그 바운싱 처리의 시간 측정에 의해서 거의 결정될 수 있다. 콘택 침식으로 인한 콘택 포스의 가능한 감소가 콘택 바운싱을 평가하는데 있어 고려될 수 있다.
운동 에너지의 특정 비율(α)이 제 1 바운스에서 콘택을 들어올리기 위해 이용될 수 있다는 것이 가정되면, 콘택 들어올림 속도(VK ,A)가 다음과 같이 콘택 클로징 속도(VK ,S)로부터 획득되고:
콘택 매스(mK)에 대한 임펄스 관계로부터,
이고,
따라서, 거의 이다.
FK는 이 경우에 콘택 포스이고, T는 콘택이 제 1 바운스에서 들어올려진 시간 기간이다.
랜덤한 변동들이 적절히 억제될 수 있고, 대표적인 들어올림 지속시간이 미리 결정된 수의 측정된 바운스 시간들에 걸쳐 평균함으로써 결정될 수 있다. 콘택들의 제 1 클로징 이후에 콘택 전압 신호는 시간 측정을 위해 평가될 수 있다.
콘택 클로징 속도(VK ,S)의 순시 값이 매스 손실()의 더욱 적절한 평가를 위해 사용된다. 콘택 클로징 시간(t=ts)에 정전압 소스(U)로부터 측정 커패시터로 흐르는 전류는 다음과 같다;
시간(ts)에서의 d(t)는 커패시터 판 사이에 있는 절연 층의 두께에 의해서 좌우되기 때문에, 이는 Vk ,s=V(ts)인 것을 의미한다.
콘택들이 접촉한 이후에 자기 드라이브의 전기자 클로징 속도(V)는 콘택 압력(D)에 의해 민감하게 좌우되는데, 그 이유는 전기자 에어 갭이 더 작아질 때 더욱 더 큰 자기력들이 자석 전기자에 작용하기 때문이다. 콘택들이 접촉하는 시간(ts)에 전기자 클로징 속도(VK ,S)의 값은 콘택 마모의 대략적인 측정치로서 사용될 수 있다. 만약 V(ts)가 미리 결정된 값을 초과한다면, 이는 최소 압력이 도달된 것과 같다. 속도(크기)는 위에 설명된 바와 같이 적절한 측정 커패시터를 사용하여 다음과 같이 특별하게 결정된다:
본 발명과 또한 본 발명의 유리한 실시예들이 아래의 도면들을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에서 접속해제 신호 이후에 다음과 같은 두 단계들이 기본적으로 실행된다:
단계 a) 적어도 하나의 메인 콘택의 이동 콘택 링크가 접속해제 이후에 오프닝 포인트를 통과하였는지 여부에 대한 식별,
단계 b) 오프닝 포인트가 미리 결정된 시간 기간 이후에 통과되지 않은 경우에 스위칭 장치의 추가 동작을 차단.
따라서, 스위칭 장치 내의 메인 콘택들 모두가 오픈되었는지 여부를 결정하기 위해서, 정확한 접속해제 이후에, 즉, 특히 3-폴 스위칭 장치를 통해 3 개의 메인 콘택들을 오픈시키기 위한 접속해제 신호 이후에, 검사가 실행된다. 본 발명에 따르면, 이는 이동 콘택 링크들이 사전에 결정되어 그에 따라 미리 결정된 오프닝 포인트보다 더 큰 특정 오프닝 거리를 오프닝 동안에 이동하였는지를 검사함으로써 이루어진다. 만약, 오프닝이 경과된 이후에, 콘택트 링크들 중 하나의 식별된 오프닝 거리가 마찬가지로 미리 정해진 시간 기간 이후에도 여전히 오프닝 포인트 아래에 있다면, 콘택 웰딩이 이루어져 스위칭 장치의 추가 동작이 차단되어야만 하는 것이 가정될 수 있다.
예컨대 제어 전류 회로 내에 접속된 긍정적으로 유도된 콘택을 통해서나 전류 측정 장치를 통해서, 예컨대 전류 변압기를 통해서 각각의 스위칭 처리 동안에 OFF 위치가 검사될 수 있다. 일예로서, 상기 검사는 광학적으로, 시각적으로, 자기적으로, 유도적으로 또는 용량적으로 또한 실행될 수 있다. 전자 회로 유닛, 예컨대 마이크로제어기에 의해서 평가 및 제어가 바람직하게 실행되는데, 전류 경로들이 오픈되었는지 여부나 또는 전류가 접속해제 이후에도 아직 콘택 포인트를 흐르고 있는지 여부를 결정하기 위해서 접속해제 처리 이후 또는 그 동안에 검사가 실행된다.
만약 그와 같은 장애 상황이 발생하였다면, 예컨대 메인 콘택들과 직렬로 접속된 장치 내의 중복된 추가 스위칭 엘리먼트를 오픈시킴으로써 추가 동작이 차단될 수 있다. 다음으로, 스위칭 엘리먼트는, 메인 콘택들이 오픈 또는 클로즈되었는지에 상관없이, 전원 장치로부터 로드를 접속해제시킨다. 스위칭 엘리먼트는 더 이상 문제없이 클로즈할 수 없기 때문에, 스위칭 장치의 추가 동작이 안전하게 억제된다. 이러한 추가적인 스위칭 엘리먼트의 오프닝에 대한 대안으로서, 제어 자석을 위한 드라이브는 장애의 경우에 그것이 리셋될 때까지 차단되어 중단될 수 있다. 또한, 웰딩된 메인 콘택이나 콘택들에 작용하여서 그것들이 다시금 차단 오픈되어 오픈되도록 하는, 장치 내에서 적절하게 강력한 포스 저장이 개시될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 장치를 갖는 스위칭 장치(110)의 제 1 예시적인 실시예를 개략적으로 나타낸다. 메인 콘택들(10)의 접속 및 접속해제를 위한 접속 및 접속해제 제어 신호들이 단자들(A1 및 A2) 및 제어 장치(16)를 통해서 제어 자석(12)에 인가된다. 접속해제 동안에는, 메인 콘택들(10)에 대해 전자기 드라이브(12)로서 사용되는 제어 자석이 제어 장치(16)를 통해서 에너지공급이 해제된다. 이 경우에는, 포스가 콘택 로드 스프링(17)에 반하여 콘택 링크들 상에 접속부(18)를 통해서 가해진다. 메인 콘택들(10)이 이러한 방식으로 오픈되고, 로드(M)가 이 경우에 3 개의 라인들(L1-L3)에 의해서 표시된 바와 같이 전원 장치로부터 접속해제된다.
일단 제어 자석(12)이 에너지공급이 해제되면, 평가 장치(15)는 콘택 링크들이 미리 결정된 오프닝 포인트를 통과했는지 여부에 대해서 감사를 실행하기 위해 전극들(11 및 11')을 사용한다. 본 예시적인 실시예에서는, 메인 콘택들(10)에서의 임의의 전압 강하를 측정하기 위해서, 두 개의 전극들(11 및 11')이 각각의 경우에 이를 위해서 각각의 전류 경로(L1 내지 L3)에 정확히 제공되는데, 상기 전극들 중 하나는 메인 콘택(10)의 업스트림에 제공되고, 다른 전극은 메인 콘택(10)의 다운스트림에 제공된다. 본 발명에 따르면, 평가 장치(15)에 의한 메인 콘택들(10)의 접속해제 이후에는, 메인 콘택들(10)의 전압 검사가 전극들(11 및 11')을 통해 실행된다. 만약 메인 콘택들(10) 중 하나에서의 전압 강하가 너무 낮다면, 이는 그 콘택이 충분히 오픈되지 않았다는 것을 나타낸다. 이는 접속해제 동안에 콘택 링크에 의해서 이동되는 오프닝 이동이 미리 결정된 값보다 크지 않고 또한 웰딩이 발생하였을 가능성이 높다는 것을 나타낸다.
만약 접속해제 신호의 개시 이후에 과도하게 작은 오프닝 이동이 예컨대 100 ms와 같은 미리 결정된 시간 기간 이후에 식별되었다면, 스위칭 장치(110)의 추가 동작이 차단되는 것이 보장될 필요가 있다. 본 예시적인 실시예에서는, 평가 장치(15)가 이를 위해서, 더 상세히 도시되지 않은 접속을 통해 제어 장치(16)에 접속된다. 평가 장치(15)가 이제 이와 같은 장애 상황을 식별하였을 때, 이러한 상황은 제어 장치(16)에 시그널링되고, 그에 응하여 상기 제어 장치(16)는 제어 라인들 중 적어도 하나를 차단한다.
또한, 본 예시적인 실시예에서, 개시 메커니즘(14)은 활성되고, 스프링 포스 에너지 저장부(13)를 언래치시킨다. 이들과 같은 스프링 포스 에너지 저장부들(13)은 실질적으로는 예컨대 회로 차단기들 또는 콤팩트 스타터들로부터 공지된 바와 같은 래칭 메커니즘들일 수 있다. 이와 같은 래칭 메커니즘은 웰딩된 메인 콘택들(10)을 차단 오픈시키기 위해서 스위칭 장치(110)의 스위칭 포인트들의 오픈되지 않은 메인 콘택들(10)에 높은 힘을 가할 목적으로 기계적인 동작 접속부(19)를 사용한다. 이 경우에 그것들을 차단 오픈시키기 위해서, 스프링 에너지 저장부(13)로부터의 포스가 적절히 크게 설정되어야 한다. 다음으로, 스프링 에너지 저장부(13)는 언래칭된 위치에 남아 있고 더 이상은 리셋되지 않을 수 있거나, 또는 스프링 에너지 저장부(13)가 스프링(13)이 다시 텐션될 수 있도록 하는 메커니즘을 가지며, 개시 메커니즘(14)이 다시 적소에서 래칭될 수 있다. 그 메커니즘(13 또는 14)은 단지 수동적으로만 리셋될 수 있기 때문에, 사용자는 장애 상황을 인지하며, 예컨대 스위칭 장치(110)의 교체를 통해서 적절히 그 상황에 반응해야 한다.
더 상세히 설명되지 않는 다른 예시적인 실시예에서는, 전류 경로마다 단지 하나의 전류 센서를 제공하는 것이 또한 가능하다. 전류 경로 각각에서의 전류 측정은 오프닝 포인트가 접속해제 이후에 통과되었는지 여부를 식별하기 위해서 사용된다. 만약 오프닝 포인트가 통과되지 않았다는 것이 전류 측정으로부터 확인되면, 스위칭 장치의 추가 동작이 차단된다.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 제 2 예시적인 실시예를 개략적으로 나타내는데, 여기서는 식별된 스위칭 포인트들(20)의 콘택 링크들의 오프닝 이동이 평가 장치(25)에 의해서 직접적으로 검사된다. 일예로서, 이는 비록 적절한 수단(21)이 도 3에는 상세히 도시되지 않았지만 그 적절한 수단(21)에 의해서 이루어질 수 있다. 예컨대, 메인 콘택들(20)이 접속 동안에 클로즈될 때 제 1 상태로 변경되고 메인 콘택들(20) 중 적어도 하나가 웰딩되었을 때 접속해제 이후에 상기 제 1 상태로 유지되는 스위칭 모니터링 수단이 제공될 수 있다.
이 경우에는, 이러한 수단(21)이 접속해제 이후에 제 1 상태로 유지되는 경우에는 식별된 오프닝 이동이 미리 결정된 값보다 작다는 것이 가정되는데, 상기 제 1 상태는 오프닝 이후에 미리 결정된 상태에 상응하지 않는다.
제어 자석의 코일에 바로 인접하는 인덕턴스 측정은 또한 메인 콘택들의 오프닝 이동의 식별을 위해서 상세히 도시되지 않은 다른 예시적인 실시예로서 실행될 것이다. 제어 자석은 접속해제 상태에서보다 정상적인 접속 상태에서 상이한 인덕턴스를 갖는다. 만약 접속해제된 상태의 이러한 인덕턴스가 접속해제 이후에 도달되지 않는다면, 오프닝 포인트가 통과되지 않았다는 것이 가정되고, 스위칭 장치는 접속해제된다.
도 4는 본 발명에 다른 장치의 제 3 예시적인 실시예를 나타낸다. 이 경우에는, 추가적인 스위칭 엘리먼트(39')가 장애가 발생한 경우에 추가 동작의 차단을 위해서 제공되며, 개별적인 전류 경로들(L1-L3)에서 실질적인 스위칭 처리를 실행하는 메인 콘택들(30)과 직렬로 배치된다. 메인 콘택들(30) 중 하나가 웰딩되었다면, 평가 장치(35)는 이러한 메인 콘택(30)에서의 전압 강하가 상당히 낮다는 것을 식별하기 위해서 전극들(31 및 31')을 이용한다. 그 결과, 평가 장치(35)는 개시 메커니즘(34)을 활성시키며, 스프링 포스 에너지 저장부(33)를 언래치시킨다. 이러한 스프링 포스 에너지 저장부(33)는 동작하는 접속부(39)를 통해서 스위칭 엘리먼트(39')에 작용하여, 그것을 오픈시킨다. 그러므로, 전류 경로들(L1-L3)은, 메인 콘택들(30)이 오픈되었는지 또는 아직 클로즈되어 있는지에 상관없이, 안전하게 차단되며, 스위칭 장치(310)의 추가 동작이 방지된다.
도 5는 본 발명에 따른 장치의 제 4 실시예를 나타낸다. 상기 장치는 제어 자석(42) 또는 전자기 드라이브(42)의 차단 콘택(41)과 직렬로 접속되는 스위칭 모니터링 수단(45)으로서 보조 콘택을 구비한다. 차단 콘택(41)은 접속 동안에, 즉, 제어 자석(42)에 에너지가 공급되었을 때, 도시된 바와 같이 오픈된다. 또한, 작동기(44)가 차단 콘택(41) 및 보조 콘택(45)과 직렬로 접속되며, 예컨대 포스 저장부나 또는 도 5에 도시된 바와 같은 에너지공급 또는 라이브 상태의 래칭 메커니즘과 같은 차단-오픈 수단(46)을 개시할 수 있다. 제어 자석(42)은 메인 콘택들(1)을 오픈 및 클로즈시킬 수 있는 콘택 슬라이드(43)를 동작시키기 위해서 드라이브 레버(49)를 사용하는데, 상기 메인 콘택들(1)은 정상 동작 동안에는 클로즈되고, 콘택 로드 스프링(40)은 제어 자석(42)이 에너지공급 상태에 있을 때는 메인 콘택(1)을 클로즈시킨다. 보조 콘택(45)이 보조 콘택 슬라이드(48) 및 콘택 슬라이드(43)를 통해서 메인 콘택들(1)에 기계적으로 접속되고, 그럼으로써 메인 콘택(1)의 스위칭 상태는 그것들을 통해서 보조 콘택(45)에 "반영(mirrored)"되는데, 즉, 그것이 보조 콘택(45)에 전송된다. 이 경우에는, 만약 적어도 하나의 메인 콘택(1)이 웰딩된다면, 보조 콘택(45)이 또한 클로즈되거나 클로즈 상태로 유지되도록 기계적인 접속이 이루어진다.
본 발명에 따르면, 스위칭 모니터링 수단(45)은 메인 콘택들(1)이 장치의 접속 동안에 클로즈될 때 제 1 상태로 변경된다. 차단 콘택(41)이 오픈된다. 접속해제 동안에는, 차단 콘택(41)이 클로즈되고, 스위칭 모니터링 수단(45)이 오픈된다. 이 경우에, 스위칭 모니터링 수단(45)은, 만약 메인 콘택들(1) 중 적어도 하나가 웰딩된다면, 접속해제 이후에 이러한 제 1 상태로 유지된다.
만약 메인 콘택들(1) 중 하나가 접속해제 이후에 웰딩된다면, 차단 콘택(41)이 클로즈되고, 보조 콘택(45)이 접속해제 명령에도 불구하고, 메인 콘택들(1) 중 하나가 클로즈되기 때문에 동시에 클로즈된다. 이제는 전류가 이러한 두 클로즈된 콘택들(41, 45)을 통해서 작동기(44)에 인가될 수 있다. 일예로서, 작동기(44)는 전류가 공급되는 스프링 에너지 저장부와 같은 차단-오픈 수단(46)을 해제하고 래칭 메커니즘(46)을 개시하는 솔레노이드일 수 있다. 따라서, 차단-오픈 포스가 래칭 메커니즘 레버(47) 및 콘택 슬라이드(43)를 통해서 웰딩된 메인 콘택(1)에 인가될 수 있고, 그로 인해서 웰드(weld)가 차단 오픈되며, 관련 로드가 따라서 접속해제될 수 있다.
스위칭 전압이 접속해제 동안에 정상적으로 "제거"되기 때문에, 즉, 특히 제어 자석의 전기 공급을 위한 스위칭 전압이 차단되기 때문에, 예컨대 커패시터와 같은 전기 에너지-저장 엘리먼트를 통해서 스위칭 전압이 버퍼링되는 것이 유리하다. 커패시터 전압은 이 경우에는 다이오드를 통해 스위칭 전압으로부터 절연될 수 있다.
스위칭 콘택(41, 45)은, 차단 콘택(41)이 오픈된 이후에 접속해제 동안 보조 콘택(45)이 클로즈되고 또한 차단 콘택(41)이 보조 콘택(45)이 오픈된 이후에 접속해제 동안 클로즈되도록 설계된다.
스위칭 콘택들(41, 45)의 스위칭 지연 시간의 이러한 특별한 구성없이, 스위칭 콘택들(41, 45) 모두가 정상적인 스위칭 동작 동안에 비록 단지 간략할지라도 동시에 클로즈되는 것이 가능하다. 결국은 콘택 차단-오픈 수단(46)의 의도하지 않은 개시를 유도할 이러한 간단한 스위칭 상태의 효과가 두 클로즈된 스위칭 콘택들(41, 45)을 통해 통과되는 전기 개시 신호의 시간-필터링 또는 평활에 의해서 방지될 수 있다. 이는 예컨대 스위칭 콘택들(41, 45)과 직렬로 접속되는 인덕터를 통해서나 또는 커패시터를 통해서 이루어질 수 있다.
대안적으로, 제어 자석(42)의 접속 시에 또는 접속 동안에, 적절한 보조 콘택이 오픈될 수 있고, 제어 자석(42)의 접속 시에, 상세히 도시되지 않은 메이크 콘택이 클로즈될 수 있다. 해제 수단은 스위칭 콘택들의 각각의 오픈된 스위칭 상태를 평가함으로써, 보조 콘택이 접속해제 동안에 오픈 상태로 유지되거나 유지되었을 때 콘택 차단-오픈 수단(46)을 개시한다.
상기 스위칭 콘택들은 바람직하게, 메이크 콘택이 클로즈된 이후의 접속 동안 보조 콘택이 오픈되고 또한 보조 콘택이 클로즈된 이후의 접속해제 동안 그 메이크 콘택이 오픈되도록, 설계된다.
상기 스위칭 콘택들은 예컨대 동시에 접속될 수 있는데, 이 경우에는 해제 수단에 대한 개시 신호가 장애의 경우, 즉, 양 스위칭 콘택들이 오픈되는 경우에 생성될 수 있다. 개시 신호는 예컨대 이미 제공된 제어 유닛에 의해서 생성될 수도 있다.
도 6은 도 5에 도시된 제 4 실시예와 연관된 개략적인 전기 회로도를 나타낸다. 일예로서, 3 개의 메인 콘택들(1)이 도 6의 중앙부에 도시되어 있으며, 콘택 슬라이드(43), 제어 자석(42) 및 래칭 메커니즘(46)에 의해서 동작된다. 차단 콘택(41), 스위칭 모니터링 수단(45) 및 스위칭 메커니즘(46)을 해제하기 위한 작동기(44)를 포함하는 직렬 회로가 두 접속 단자들(A3 및 A4)과 병렬로 도시되어 있는데, 그 접속 단자들을 통해서 전류는 제어 자석(42)을 위한 필드 코일에 공급될 수 있다. 만약 장치의 접속을 위한 스위칭 전압이 이제 단자들(A3 및 A4)에 인가된다면, 전류는 메인 콘택(1)을 클로즈시키기 위해서 제어 자석(42)의 필드 코일을 통해 흐른다. 그러나, 장애의 경우, 즉, 메인 콘택(1)이 웰딩된 경우, 보조 콘택(44) 및/또는 스위칭 모니터링 수단은 또한 실제로 클로즈 상태로 유지되고, 그럼으로써 작동기(44)는 이제 래칭 메커니즘(46)을 해제하기 위해서 전류가 공급될 수 있다. 이 경우에, 단자들(A3 및 A4)에 인가되는 스위칭 전압은 작동기(44)에 전력을 공급하기 위해서 사용된다. 이러한 타입의 장치는 말하자면 본래 자신의 수명이 끝났을 때 안전하며 안전한 스위칭 상태를 달성한다.
스위칭 장치는 콤팩트 스타터에서 특히 유리하게 사용될 수 있는데, 여기서는 정확한 클로쥬어 동안의 콘택 오프닝 및 과전류 경우의 접속해제 양쪽 모두가 단지 메인 콘택 장치에 의해서만 실행된다.
도 7은 본 발명에 따른 장치의 제 5 실시예를 상세히 도시하고 있다. 도 7의 상부는 웰딩된 메인 콘택(1)을 차단 오픈시키기 위한 포스 엘리먼트로서 통합된 스프링 에너지 저장부를 갖는 래칭 메커니즘(46)을 도시하고 있다. 결합된 래칭 메커니즘(46)은, 예컨대 서로 기계적으로 동작가능하게 접속된 두 플런저(47, 51)를 통해, 자신이 개시될 때, 이동 접속 링크 상에 직접 작용한다. 따라서, 웰딩된 메인 콘택(1)이 차단 오픈될 수 있다. 개시 유닛으로서 작동기(44)는 예컨대 자신이 회전할 수 있도록 장착되는 레버(52)를 통해서 래칭 메커니즘(46)에 접속된다. 작동기(44)는 예컨대 플런저-타입 전기자 도는 솔레노이드이다. 작동기(44)에는 개시를 위한 전류가 공급된다. 이는 도 5 및 도 6에 도시된 장치에 대한 것과 유사한 방식으로 이루어진다. 즉, 해제 수단(45) 및/또는 보조 콘택 및 제어 자석(42)의 차단 콘택(41)이 스위칭 장치의 정확한 스위칭을 위해 클로즈되는 때 이루어진다. 이 경우에, 작동기(44)에는 제어 자석(42)의 필드 코일(56)에 인가되는 전압을 통해서 전류가 공급된다. 제어 자석(42)은 도 7의 좌측에 도시되어 있다. 접속 시에, 제어 자석(42)의 전기자(55)는 끌어당기는데, 상기 전기자(55)는 자신이 회전(53)할 수 있도록 장착되는 드라이브 레버(54)를 동작시킨다. 정상적인 동작 동안에, 이러한 동작은 콘택 슬라이드(43)를 "윗방향"으로 이동시키고, 그럼으로써 메인 콘택들(1)이 콘택 로드 스프링(40)의 스프링 포스를 통해 클로즈될 수 있다. 콘택 로드 스프링(40)의 스프링 포스는 이 경우에, 통합된 포스 엘리먼트를 구비한 래칭 메커니즘(46)의 개시 시에 해제되는 포스가 상당히 더 크도록 설계되고, 그럼으로써 콘택 로드 스프링(40)의 스프링 포스가 또한 웰딩된 메인 콘택을 위해 필요한 차단-오픈 포스를 극복할 수 있게 한다.
하나의 특정 실시예에서, 스위칭 콘택의 형태인 해제 수단(45)과 차단 콘택(41)은 포스 엘리먼트(46)가 안전하게 개시되도록 보장하기 위해서 서로 정확한 시간에 동작한다. 따라서, 만약 접속 동안에 차단 콘택(41)이 해제 수단(45)의 클로쥬어 이전에 오픈된다면 또한 접속해제 동안에 차단 콘택(31)이 해제 수단(45)의 오프닝 이후에 클로즈된다면 바람직하다.
이는 도 8에 도시되어 있는데, 도 8에서 ZO는 차단 콘택(41)의 시간 프로파일을 나타내고, ZS는 해제 수단(45)의 시간 프로파일을 나타내는데, 상기 해제 수단(45)의 메이크 콘택의 형태이다. 참조부호 클로즈된 상태를 나타내고, 참조부호 OP는 관련 스위칭 콘택들(41, 45)의 오픈 상태를 나타낸다. ΔT는 일예로서 시간 프로파일(ZO 및 ZS)의 스위칭 플랭크들 사이의 시간 오프셋을 나타낸다. 스위칭 동작들 사이의 이러한 계획적인 시간 지연은 도 5와 관련된 도면 설명에서 필요했던 필터 및 평활 엘리먼트들이 필요없다는 것을 의미한다.
대안적으로, 차단 콘택은 또한 메이크 콘택의 형태일 수 있고, 해제 수단은 차단 콘택의 형태일 수 있다. 장치의 정확한 동작 동안에, 두 개의 스위치들(41 및 45)은 접속 대기 상태 및 접속해제 대기 상태 모두에서 반대되는 콘택 위치들을 바람직하게 가져야 하는데, 즉, 스위치들(41, 45)은 "오픈/클로즈드" 또는 "클로즈드/오픈" 상태이다. 이는 예컨대 댐퍼(damper)에 의해서 기계적으로 달성될 수 있거나 또는 전기적인 지연 엘리먼트들에 의해서 전기적으로 달성될 수 있는데, 상기 전기적인 지연 엘리먼트들은 접속 및 접속해제를 위한 상이한 시상수를 갖는다.
또한, 스위칭 장치의 접속 및 접속해제를 위해 제어 자석(42)의 필드 코일에 에너지를 공급할 목적으로 전기 접속부들(A3 및 A4)에 인가되는 스위칭 전압은 전압 연결해제를 위한 다이오드를 통해서 및 다운스트림 커패시터를 통해서 버퍼링될 수 있다. 따라서, 충분한 양의 전기 에너지가 장애의 경우에 장치를 접속해제시키기 위해서 스위칭 전압의 부재시에 포스 엘리먼트(46) 및/또는 래칭 메커니즘(46)을 개시하도록 이용될 수 있다.
도 9는 영구 자석(68)에 의해 보조되는 전자기 드라이브(60)를 구비하는, 본 발명에 따른 장치의 한 예시적인 실시예에 대한 단면도를 나타낸다.
이 경우에, 상위 절반부는 ON 상태에서 전자기 드라이브(60)의 자속을 나타낸다{점선으로 도시된 바와 같은 정지판(58)을 참조}. 대조적으로, 도 9의 하위 부분은 OFF 상태에서 전자기 드라이브(60)의 자속을 나타낸다{실선으로 도시된 바와 같은 정지판(58)을 참조}.
필드 코일(66)이 도면의 중앙에 도시되어 있으며, 권선 포머(winding former)(67) 상에 감겨 있다. 필드 코일(66)은 예컨대 코일 전류(i)를 공급하기 위한 두 개의 접속부들을 구비한다. 참조부호(u)는 스위칭 전압으로서 필드 코일(66)에 인가되는 코일 전압을 나타낸다. 권선 포머(67) 및 필드 코일(66)은 전자기 드라이브(60)의 전기자가 이동할 수 있는 원통형 개구부(OF)를 형성한다. 전기자(61)는 원통형 볼트를 구비하는데, 상기 원통형 볼트는 원통형 개구부(OF)의 치수에 일치하며, 정지판(58)이 그 원통형 개구부(OF)에 부착된다. 전체적인 전기자(61)는 이 경우에 강자성체 및 특히 소프트-자기 물질로 생성되는데, 예컨대 철로 생성된다. 권선 포머(67) 및 필드 코일(66)이 내부 요크(65)에 의해서 둘러싸이는데, 상기 내부 요크(65)는 필드 코일(66)에 의해 생성된 자기장의 자속의 자기 유도를 위한 소프트-자기 물질로 이루어지며, 상기 내부 요크(65)의 일부는 원통형 개구부(OF)에서 연장하며, 거기에서 내부 폴(63)을 형성한다. 결국 이러한 방식으로 생성된 자기장은 원통형 개구부(OF)의 도시된 영역에서 작용한다.
전자기 드라이브(60)는 적어도 하나의 영구 자석(68)에 의해서 보조됨으로써, 전자기 드라이브(60)의 OFF 위치에 추가적으로 있는 홀딩 포스를 전기자(61) 상에서 생성한다. 영구 자석들(68)은 이 경우에 전자기 드라이브(60)의 내부 요크(65) 외부에 부착된다. 두 영구 자석들(68)의 자기 폴들은 각각 N 및 S로 표시되어 있다. 영구 자석들(68)은 바람직하게는 내부 요크(65)의 주변을 따라 배치된다. 다수의 영구 자석들(68)을 대신해서, 자기 링 또는 타이어를 사용하는 것도 가능한데, 상기 자기 링 또는 타이어는 북극(N) 또는 남극(S)이 그것의 내부에 형성되고 남극(S) 또는 북극(N)이 그것의 외부에 형성되도록 극성이 주어진다. 외부를 지향하는 영구 자석(68)의 이러한 사이드들은, 도 9에 도시된 예에서, 포트(pot)의 형태인 소프트-자기 외부 요크(64)에 접속된다. 외부 요크(64)도 마찬가지로 원통형 개구부를 구비하는데, 상기 원통형 개구부에 콘택 슬라이드(59)가 유도된다. 콘택 슬라이드(59)는 전기자(61)의 정지판(58)에 의해서 동작될 수 있음으로써, 상세히 도시되지 않은 콘택 슬라이드(59)에 접속되는 콘택 링크를 동작시키는 것이 가능하다.
또한, 리턴 스프링(69)이 전기자(61)의 원통형 볼트와 내부 폴(63) 사이의 원통형 개구부(OF)에 도입되며, 어떠한 전류도 필드 코일(66)을 통해 흐르고 있지 않을 때 원통형 개구부(OF) 밖의 전기자(61)를 구동시킨다. 전기자(61)의 원통형 볼트, 내부 요크(65)의 외부, 및 외부 요크(64)의 내부의 기하학적인 치수들은 서로 기하학적으로 일치하고, 그럼으로써 전기자(61)의 정지판(58)이 에너지공급된 ON 위치의 내부 요크(58)의 외부면에 충돌하며, 에너지공급해제된 상태의 외부 요크(64)의 내부면에 충돌한다. 이 경우에 정지판(58)의 점선 표현은 전자기 드라이브(60)의 ON 위치를 나타낸다.
도 9의 하위 절반부는 전자기 드라이브(60)의 OFF 위치에 대해 일점쇄선의 형태로 영구 자석들(68)에 의해 생성된 자기장(MF1)의 프로파일을 나타낸다. 비교해보면, 도 9의 상위 절반부는 전자기 드라이브(60)의 ON 위치에 대해 영구 자석(68)에 의해서 야기되는 자기장(MF2)의 프로파일을 나타낸다. 후자의 경우에는, 외부 요크(64)를 통해 자기장(MF2)에 대한 낮은 자기 리럭턴스를 갖는 어떠한 경로도 존재하지 않으며, 따라서 자기 스트레이 필드가 각각의 영구 자석(68) 주위에 형성될 필요가 있다.
전기자(61) 상에서 영구-자석 억제 포스(restraining force)는 스위칭 처리가 갑자기 이루어지게 하며, 그로인해서, 순수 전자기 드라이브들과 비교했을 때, 전기자(61)는 자신이 자유롭게 차단되는 시간에 즉시 최대 전력으로 이동한다.
본 발명에 따르면, 특히 필드 코일(66)의 외부 및 특히 전자기 드라이브(60)의 필드 코일(66)을 둘러싸고 있는 내부 요크(65)의 외부에서 자속의 변화가 적절한 측정 수단에 의해서 이제 식별될 수 있다. 도 9의 예에서, 이를 위해 특히 유리한 측정 코일(62)은 외부 요크(64)의 하나의 림(limb) 주위에 감긴다. 측정 코일(62)을 대신해서, 홀 센서(Hall sensor)와 같은 자기장 센서를 사용하는 것이 또한 가능하다. OFF 위치에서 시작하여, 자속(MF1)은 변하지 않는 형태로 측정 코일(62)을 통해 흐른다. 만약 전기자(60)가 이제 갑자기 좌측으로, 즉, ON 위치로 흐른다면, 자속의 프로파일은 또한, 스프레이 필드(MF2)가 동시에 실질적으로 사라지는 외부 요크(65)의 자속을 통해 도 9에 도시된 바와 같이 하부 영역에 또한 형성되도록 하는 방식으로, 갑자기 변한다. 외부 요크(65)의 림에서 자속의 이러한 다이내믹한 변화는 유도 전압(ui)의 형태인 것이 분명한데, 상기 유도 전압은 측정 코일(62)의 접속부들에서 생성되며, 그것의 피크 값이 커질수록 자속의 변화도 빨라진다.
유도 전압(ui)이 이제 미리 결정된 비교 값과 비교될 수 있고, 추가적인 신호 처리를 위해서 디지털 신호가 그 비교 결과로부터 생성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 유도 전압(ui)의 최소 값 존재가 적어도 한 메인 콘택의 이동 콘택 링크가 접속해제 이후에 오프닝 포인트를 통과했다는 사실을 식별한다. 만약, 대조적으로, 유도 전압(ui)의 최소 값이 미리 결정된 시간 기간 이후에 또는 미리 결정된 시간 기간 내에 식별되지 않는다면, 스위칭 장치의 추가 동작이 차단된다. 이 경우에는, 콘택 웰딩이 발생했으며 그 결과로 전기자판(58)이 이제 내부 또는 외부 요크(65, 64)에서 완벽하게 놓이지 않는다는 것이 가정될 수 있다. 생성된 유도 전압(ui)은 그에 상응하게 작다.
이 경우의 한 가지 특별한 장점은 감소된 유도 전압(ui)을 통해 더 느리게 되는 스위칭 동작들을 유도하는 전자기 드라이브(60)를 위한 구동 메커니즘에서 크리핑(creeping) 마모 현상을 검출하는 것이 가능하다.
도 10은 본 발명에 따른 장치의 제 6 실시예를 나타낸다.
도 10에 도시된 장치의 주요 양상은 에너지가 동작 동안에 버퍼링되는 것인데, 그로 인해서 평가 및 제어 유닛에 대한 전원이 접속해제 동안에 최소 기간 동안 보장될 수 있고, 따라서 전원이 제거된 이후에는, 메인 콘택이 웰딩된 경우에 필요시 콘택 차단-오픈 수단 및/또는 래칭 메커니즘이 작동되도록 허용될 수 있다.
일예로서, 도 10에 도시된 본 장치의 실시예는 커패시터의 형태인 전기 에너지 저장부(94)에 관한 것이다. 이 커패시터는, 공급 전압이 평가 및 제어 유닛(91)에 인가될 때, 제어 단자들(A5, A6)을 통해서 제일 먼저 충전된다. 에너지 저장부(94)가 최소 충전 상태에 도달하였을 때 및 그때에만, 제어 자석과 같은 전자기 드라이브(92)는 메인 콘택들(1)에 접속하기 위해서 동작된다. 커패시터(94)의 경우에는, 전기 에너지 저장부(94)의 최소 충전 상태가 커패시터 전압(Uc)에 대한 최소 충전 전압(Umin)에 상응한다. 일예로서, 이는 단자들(A5, A6)에 인가되는 스위칭 전압의 80%일 수 있다. 에너지 저장부(94)의 최소 충전 상태는 이 경우에, 평가 및 제어 유닛(91)이 해제 수단에 대한 제어 신호를 통해서 콘택 차단-오픈 수단(80)을 개시하기에 충분하도록 설계된다.
동작될 때, 스위칭 장치에 접속하기 위해서, 도시된 제어 자석(92)은 콘택 링크(74) 상에서 작동하는 콘택 슬라이드(73)에 기계적으로 동작가능하게 접속되는 전기자(97)를 동작시킨다. 이동 라인 피스로서, 콘택 링크(74)가 이어서 전류 경로들(L1-L3)의 정지 라인 피스들을 브릿지한다. 제어 자석(92)의 접속 시에, 스위칭 장치의 접속해제 상태에서 압축응력이 가해진 콘택 로드 스프링(75)은 언로드되고, 이어서 전류 경로들(L1-L3)의 정지 라인 피스들에 대해 콘택 링크(74)를 누름으로써 그것들과의 접촉을 이룬다. 대안적으로나 또는 부가적으로, 래칭 메커니즘은 또한 웰딩된 메인 콘택(1)을 차단 오픈시키기 위해서 작동될 수 있는데, 이러한 래칭 메커니즘은 웰딩된 메인 콘택(1)이 일반적으로 차단 오픈되도록 허용하기 위해 물리적으로 설계된다.
참조부호(93)는 적어도 하나의 웰딩된 메인 콘택(1)을 식별하기 위한 수단을 나타낸다. 본 발명에 따르면, 상기 수단은 적어도 하나의 메인 콘택(1)의 이동 콘택 링크(74)가 접속해제 이후에 오프닝 포인트를 통과했는지 여부를 식별하기 위해 사용된다. 도 10에 도시된 예에서는, 상기 수단(93)은 3-폴 스위칭 장치의 메인 전류 경로들(L1-L3)에서 전류 흐름을 검출하기 위한 전류 센서, 특히 3중 전류 센서이다. 이 경우에, 전류 센서(93)는 측정된 전류 값을 전송하기 위해서 접속 라인을 통해 평가 및 제어 유닛(91)에 접속된다.
본 발명에 따르면, 만약 오프닝 포인트가 미리 결정된 시간 기간 이후에 통과되지 않았다면, 스위칭 장치의 추가 동작이 차단된다. 도 10에 도시된 예에서, 이를 위한 평가 및 제어 유닛(91)은 제어기의 접속해제 이후에 100ms와 같은 미리 결정된 시간 기간 이내에 전류 경로들(L1-L3)에서의 전류 흐름을 평가한다. 만약 전류 흐름이 검출된다면, 평가 및 제어 유닛(91)은 전류 펄스를 해제 수단(95)에 보낸다. 일예로서, 해제 수단(95)은 솔레노이드 또는 플런저-타입 자석의 형태인 작동기인데, 그것의 작동기 전기자(96)는 스프링 에너지 저장부의 형태인 해제 수단(80)을 해제시킨다. 이를 위해서, 차단 투스(blocking tooth)의 형태인 작동기 전기자(96)는 스프링(83)에 의해서 압축응력이 가해진 차단-오픈 콘택 슬라이드(81)의 억제 웹(restraint web)(82) 밖으로 이동한다. 이러한 차단-오픈 콘택 슬라이드(81)는 이어서 웰딩된 메인 콘택(1)을 차단 오픈시키기 위해서 콘택 슬라이드(73)에 충돌한다.
대안적으로, 전자기 드라이브의 인덕턴스 및 그로 인한 메인 콘택(1)의 OFF 위치는 측정 피드백에 의해서 결정될 수 있다. 대안적으로는, IEC 60947-4-1에 따른 미러 콘택과 같은 보조 스위치를 사용하는 것이 가능할 수 있는데, 그것은 메인 콘택들(1)이 오픈되었는지 여부를 결정하기 위해서 평가 및 제어 유닛(91)에 전기적으로 접속된다. 만약 메인 콘택들(1)이 오픈되지 않았다고 확인되면, 에너지 저장부(94)는 해제 수단(95)에 의해서 방전된다.
특히 엄격한 기술적 요건들이 몇 년의 긴 동작 시간 이후에 그리고 높은 주변 온도들에서 에너지 저장부의 신뢰도에 관한 것이다. 군사 분야에서 사용하기 위해 설계된 커패시터들을 사용하는 것이 가능할 것이다. 상기 커패시터들은 통상의 커패시터들보다 상당히 더 긴 수명을 갖는다. 전기 커패시터(94)는 스위칭 장치의 접속해제 처리 동안에 제어 자석(92)의 필드 코일에서 유도되는 전기 전압으로부터 적절한 충전 회로를 통해 충전될 수 있다. 이어서, 이러한 저장된 전기 에너지는 평가 및 제어 유닛(91)에 전원을 공급하고 해제 수단(95)을 개시하기 위해 후속하는 짧은 시간 간격 동안에 이용될 수 있다.
전기 커패시터를 대신해서, 작은 플라이휠을 사용하는 것도 가능할 것인데, 극서의 운동 에너지는 다이너모(dynamo)에 의해서 접속해제 이후에 전기 에너지로서 이용될 수 있다.
대안적으로, 전류 변압기 또는 변압기들(93)은 더 커질 수 있고, 그럼으로써 평가 및 제어 유닛(91)을 동작시키고 또한 해제 수단(95)을 개시하기 위해 필요한 에너지는 전류 변압기들(93)을 통해 메인 전류 경로들(L1-L3)로부터 탭오프될 수 있다.
평가 및 제어 유닛(91)이 단자들(A5, A6)뿐만 아니라 추가적인 전원 단자들을 구비하는 솔루션이 또한 실행될 수 있을 것이다. 만약 전압이 이러한 추가적인 전원 단자들로부터 탭오프된다면, 평가 및 제어 유닛(91)은 접속해제 이후에 이러한 독립적인 전원으로부터의 전력이 공급될 것이다.
콘택들이 접촉하는 영역에서 높은 오프닝 포스 및/또는 높은 오프닝 임펄스를 갖는 웰딩 메인 콘택(1)을 차단 오픈시키기 위한 특수 래칭-메커니즘 설계가 유리하다. 적절한 스텝-업 전송이 접속해제 스프링에 저장되는 에너지가 오프닝 이동을 통해 선형적으로 소산되지 않고 "ON" 위치로부터 "콘택 접촉" 위치까지의 거리에 걸쳐 우세하게 전송되는 것을 가능하게 한다. 이어서, 남은 에너지도 또한 "콘택 접촉" 위치로부터 "OFF" 위치로 전송되고, 그럼으로써 "OFF" 스위칭 위치로 콘택 로드 스프링들에 압축응력을 가할 수 있다.
도 11은 오픈된 메인 콘택들(1)을 구비하는, 본 발명에 따른 장치의 제 7 실시예를 나타낸다. 메인 콘택들(1)이 아직 마모되지 않았고 정확하게 오픈되었다는 것이 가정된다.
도 11의 우측 부분은 접속해제되어지는 에너지공급해제된 상태의 제어 자석(72)을 나타낸다. 이 경우에는, 제어 자석(72)의 리턴 스프링(79)이 기계적으로 동작하도록 접속된 콘택 슬라이드(73)를 통해서 및 전기자(77)를 통해서 콘택 링크(74)를 OFF 위치가 되도록 한다. 이 경우에는, 리턴 스프링(79)보다 약한 콘택 로드 스프링(75)에 압축응력이 가해진다. 도시된 상태에서, 메인 콘택들(1)은 이제 콘택 오프닝 갭(a)만큼 이격된다. 따라서, 임의의 전류가 전류 경로들(L1-L3)을 통해 흐르는 것이 불가능하다.
접속해제 동안에, 제어 자석(72)의 전기자(77)는 콘택 슬라이드(73)에 단단히 접속되는 접속 피스(76)에 접속된다. 콘택 슬라이드(73) 및 접속 피스(76)는 일체성형 구성성분의 형태일 수도 있다. 도시된 OFF 상태에서, 측면에 있는 에너지공급해제된 작동기(85)의 작동기 전기자(86)는 제어 자석(72)의 반대쪽에 있는 전기자(77)의 단부 상에 놓인다. 작동기(85)는 콘택 차단-오픈 수단(80)을 위한 해제 수단으로서 사용된다. 도시된 상태에서, 전기자(77)는 정지부로서 기능하고, 그럼으로써 작동기 전기자(86)의 반대쪽 단부에 형성되는 차단 투스가 콘택 차단-오픈 수단(80)의 억제된 웹 또는 억제된 에지(82) 밖으로 이동할 수 없다. 작동기(85)의 리턴 스프링이 이 경우에는 정지부의 억제에 의해서 여전히 압축응력이 가해진다. 이 경우에 콘택 차단-오픈 수단(80)의 물리적인 설계는 도 10에 도시된 것에 상응한다.
도 12는 메인 콘택들(1)이 클로즈된, 본 발명에 따른 장치의 제 7 실시예를 나타낸다. 이 경우에, 제어 자석(72)의 필드 코일에는 전기 접속부들(A5, A6)을 통해서 전류가 공급된다. 도 12에 도시된 예에서, 전기자(77)는 우측으로 이동됨으로써 콘택 슬라이드(73)로부터 로드를 제거한다. 이러한 로드 경감 및 압축응력이 가해진 콘택 로드 스프링(75)으로부터 로드의 제거를 통해서 콘택 링크(74)가 이제 메인 콘택들(1)을 클로즈시킨다.
본 발명에 따르면, 제어 자석(72)은 콘택 차단-오픈 수단(80)에 대한 해제 수단(85)의 접속 동안에 그리고 동시에 또는 잠시 후에 에너지가 공급된다. 그 결과, 해제 수단(85)을 위한 리턴 스프링은 여전히 유지되며, 이제 활성적으로 압축응력이 가해진다. 도 11과 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 작동기(85)에 대한 리턴 스프링에는 이제 실질적으로 어느 정도 더 압축응력이 가해진다. 해제 수단(85)과 비교해서 제어 자석(72)의 동작 지연이 예컨대 기계적인 댐핑 수단에 의해서 제공될 수 있는데, 상기 댐핑 수단은 접속 처리를 위해서만 작용한다. 대안적으로, 전기 댐핑 수단이 또한 제어 자석(72)의 필드 회로, 예컨대 상기 제어 자석(72)의 필드 코일과 직렬로 접속된 인덕터에서 사용될 수 있다. 작동기 전기자(86)는 이제, 심지어 정지 기능 또는 억제 기능이 제어 자석(72)의 전기자(77)에서 현재 이루어지는 동작에 의해 해제될지라도, 콘택 차단-오픈 수단(80)을 해제시키지 않는다.
도 12에 도시된 바와 같이, 만약 전류가 외부적으로 강하게 에너지공급해제되었다면, 작동기 전기자(86)는 이제 도 12의 예에 도시된 바와 같이 압축응력이 가해진 리턴 스프링들에 의해서 아랫방향으로 이동될 것이고, 그로 인해 콘택 차단-오픈 수단(80)을 해제시킨다. 이것의 특별한 장점은 콘택 차단-오픈 수단(80)이 안전하게 개시된다는 것인데, 그 이유는 어떠한 에너지도 개시를 위해 버퍼링될 필요가 없거나 계속해서 제공될 필요가 없기 때문이다. 개시를 위해 필요한 에너지는 작동기(85)의 이미 압축응력이 가해진 리턴 스프링에 저장된다. 도 12에 도시된 해제 및 콘택 차단-오픈 메커니즘은 따라서 "자동안전장치(fail safe)" 설계에 기초한다.
도 12에 또한 도시된 바와 같이, 전기자(77)의 동작은, 스위칭 콘택(1)이 새로운 상태에 있게 됨으로써, 자신과 접속 피스(76) 사이의 수 밀리미터의 갭에서 이루어진다. 이러한 갭은 콘택 물질이 마모될 때 감소한다. 접속 피스(76)는 이제 ON 상태에서 차단 투스의 반대쪽에 위치하는 작동기 전기자(86)의 단부의 반대쪽에 위치한다. 일예로서, 접속 피스(76)는, 메인 콘택들(1)이 새로운 것인지 아니면 이미 마모된 것인지 여부에 상관없이, 작동기 전기자(86)의 영역 내에 개폐기(cutout)(78)를 구비한다. 개폐기(78)는 콘택 차단-오픈 수단(80)이 해제 수단(86)의 해제 경우에, 즉, 솔레노이드 또는 플런저-타입 자석의 형태인 작동기의 해제 경우에 신뢰성있게 해제되도록 설계된다. 대안적으로, 접속 피스(76)는 단부 영역에 있는 접속 피스(76)의 크기에 상응하는 자신의 전체 길이에 걸쳐서 일정한 단부를 또한 가질 수 있다.
도 13은 웰딩된 메인 콘택(1)을 구비하는 본 발명에 따른 장치의 제 7 실시예를 나타내는데, 콘택 차단-오픈 수단(80)은 아직 해제되지 않았다. 제어 장치는 제어 자석(72)의 단자들(A5 및 A6)의 스위칭 전압을 차단 또는 제거함으로써 정상적으로 접속해제된다. 그 스위칭 전압은 바람직하게는 단자들(A7 및 A8)을 통해서 해제 수단(85)에 또한 제공되고, 그럼으로써 상기 해제 수단(85)은 일단 스위칭 전압이 제거되면 또한 해제된다. 제어 자석(72) 및 해제 수단(85)의 필드 회로들이 또한 직렬로 접속될 수 있다.
본 발명에 따르면, 스위칭 장치는 이제 적어도 하나의 메인 콘택(1)의 이동 콘택 링크(74)가 접속해제 이후에 오프닝 포인트를 통과했는지 여부를 결정 및 검사한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 메인 콘택들(1)은 웰딩되었기 때문에 이제 더 이상은 오픈되지 않고, 따라서 오프닝 포인트가 미리 결정된 시간 기간 이후에도 통과되지 않는다. 일예로서, 상기 미리 결정된 시간 기간은 100ms일 수 있다. 해제 수단(85)은 바람직하게는 제어 자석(72)에 대해 지연을 통해서 접속해제 동안 해제되고, 그럼으로써 전기자(77)는 접속해제 동안에 작동기 전기자(86)에 대한 정지 및 억제 기능을 다시 한번 가정할 수 있다. 메인 콘택(1)이 웰딩되기 때문에 전기자(77)가 더 이상 동작될 수 없는 경우에는 미리 결정된 시간 기간이 경과된 이후에 스위칭 장치의 추가 동작은 차단되고, 그럼으로써 그것은 이미 해제된 작동기 전기자(86)를 여전히 "캐치"할 수 있다. 해제 수단(85)은 이제 완전하게 해제되고, 그럼으로써 콘택 차단-오픈 수단(80)을 해제시킨다.
작동기(85)의 접속해제 동안의 해제 지연이 예컨대 기계적인 댐핑 시스템들에 의해서나 또는 작동기(85)의 필드 회로에서 프리휠링 다이오드를 구비하는 전기적인 프리휠링 회로에 의해서 발생된다. 이 경우에는, 프리휠링 회로가 또한 미리 결정된 시간 기간에 작동기(85)를 위한 자기 회로의 자기화를 유지한다. 대조적으로, 접속해제 동안에, 제어 자석(72)의 필드 회로는 비교적 높은 값의 레지스턴스에 의해서 전기적으로 댐핑될 수 있고, 그럼으로써 제어 자석(72)의 자기 회로에서의 자기 에너지가 매우 빠르게 소산될 수 있다.
도 14는 해제된 콘택 차단-오픈 수단을 통해 차단 오픈되어진 메인 콘택(1)을 구비하는 본 발명에 따른 장치의 제 7 실시예를 나타낸다. 위에 설명된 바와 같이, 콘택 차단-오픈 수단(80)의 스프링의 스프링 포스는, 필요한 차단-오픈 포스를 제공하는 것 이외에도, 반대 방향으로의 콘택 로드 스프링(75)의 스프링 포스를 또한 극복할 수 있도록 설계된다. 그러므로, 메인 콘택(1)의 리클로징은 더 이상 가능하지 않다. 그로 인해서, 스위칭 장치의 동작은 차단된 채로 유지된다. 콘택 차단-오픈 수단(80)은 또한 도시되지 않았지만 해제된 스프링(83) 및 해제 수단(85)이 다시금 로드되도록 하는 메커니즘을 또한 가질 수 있다. 일예로서, 그 메커니즘의 이러한 리셋은 수동적으로 실행될 수 있다.

Claims (41)

  1. 스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법으로서,
    상기 스위칭 장치는,
    접속 및 접속해제될 수 있으며, 콘택 피스들(contact pieces) 및 이동 콘택 링크를 가진 적어도 하나의 메인 콘택, 및
    접속 및 접속해제 동안에 상기 콘택 링크에 작용하여 상응하는 메인 콘택이 클로즈 및 오픈되도록 하는 이동 전기자를 가진 적어도 하나의 제어 자석을 구비하고,
    상기 방법은,
    a) 상기 적어도 하나의 메인 콘택의 이동 콘택 링크가 접속해제 이후에 오프닝 포인트를 통과했는지 여부를 식별하는 단계, 및
    b) 만약 상기 오프닝 포인트가 미리 결정된 시간 기간 이후에도 통과되지 않았다면, 상기 스위칭 장치의 추가 동작을 차단하는 단계
    를 포함하고,
    상기 오프닝 포인트는 상기 콘택 링크에 동작가능하게 접속된 수단의 상태에 의해서 식별되고, 상기 식별된 오프닝 포인트는 상기 수단이 접속해제 이후에, 오프닝 이후의 미리 결정된 상태에 상응하지 않는 상태로 유지된다면 통과되지 않는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 오프닝 포인트가 통과되었다는 사실은 상기 메인 콘택에 의해 스위칭될 전류 경로에서 전류를 측정함으로써 식별되고, 상기 오프닝 포인트는 상기 측정된 전류가 접속해제 이후에 의도된 전류보다 크다면 통과되지 않은,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 오프닝 포인트가 통과되었다는 사실은 메인 콘택에서의 전압 강하를 측정함으로써 식별되고, 상기 오프닝 포인트는 상기 전압 강하가 미리 결정된 접속해제 이후에 의도된 전압 강하보다 작다면 통과되지 않은,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 오프닝 포인트가 통과되었다는 사실은 상기 제어 자석의 인덕턴스를 측정함으로써 식별되고, 상기 오프닝 포인트는 상기 접속 해제 이후의 상기 인덕턴스가 오프닝 이후에 의도된 값에 상응하지 않는 값을 갖는다면 통과되지 않은,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    보조 콘택(45)이 제어 자석(42)의 접속 시에 또는 접속을 위해 클로즈되고,
    차단 콘택(41)이 상기 제어 자석(42)의 접속 시에 오픈되며,
    상기 스위칭 콘택(41, 45)에 직렬로 접속되는 해제 수단(44)이, 만약 상기 보조 콘택(45)이 접속해제 시에 클로즈 상태로 유지되거나 유지되었다면, 콘택 차단-오픈 수단(46)을 개시하는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 스위칭 콘택들(41, 45)은, 접속 동안에는 상기 차단 콘택(41)이 오픈된 이후에 상기 보조 콘택(45)이 클로즈되고, 접속해제 동안에는 상기 보조 콘택(45)이 오픈된 이후에 상기 차단 콘택(41)이 클로즈되도록, 설계되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    보조 콘택이 제어 자석(42)의 접속 동안에 또는 접속을 위해서 오픈되고,
    메이크 콘택(make contact)이 상기 제어 자석(42)의 접속 동안에 클로즈되며,
    만약 상기 보조 콘택이 접속해제 동안에 오픈 상태로 유지되거나 유지되었다면 해제 수단이 콘택 차단-오픈 수단(46)을 개시하기 위해서, 상기 보조 콘택과 상기 메이크 콘택의 각각의 오픈된 스위칭 상태가 평가되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 보조 콘택과 상기 메이크 콘택은, 접속 동안에는 상기 메이크 콘택이 클로즈된 이후에 보조 콘택이 오픈되고, 접속해제 동안에는 보조 콘택이 클로즈된 이후에 메이크 콘택이 오픈되도록, 설계되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    스위칭 동작 동안에는, 상기 제어 자석(60)의 자기 회로에서의 임의의 자속 변화가 측정되고, 상기 오프닝 포인트는 상기 제어 자석(60)의 접속해제 동안에 상기 자속 변화가 미리 결정된 비교 값을 초과하였을 때 통과되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 자속 변화는 유도 코일(62)에 의해서 측정되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    스위칭 장치를 위한 평가 및 제어 유닛(91)의 전원 공급이 최소 시간 동안에 전기적인 에너지-저장 엘리먼트(94)에 의해서 유지됨으로써, 웰딩된(welded) 메인 콘택(1)의 존재를 측정을 통해서 식별하고 또한 필요시에는 콘택-차단 오픈 수단(80)과 래칭(latching) 메커니즘 중 적어도 하나를 작동시키거나 해제시킬 수 있는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    스위칭 명령이 존재할 경우에, 상기 제어 자석(92)은 단지 상기 전기-에너지 저장 엘리먼트(94)가 최소 충전 상태에 도달하였을 때에만 적어도 하나의 메인 콘택(1)을 동작시키도록 에너지가 공급되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  14. 제 1항에 있어서,
    제어 자석(72)이 접속 상태에 있을 때는, 콘택 차단-오픈 수단(80)의 개시를 막기 위해서 해제 수단(95)이 에너지공급된 상태로 활성적으로 유지되고,
    접속해제 동안에는, 상기 해제 수단(85) 및 상기 제어 자석(72)은 전기자(77)에 기계적으로 동작가능하게 접속되어 있는 상기 제어 자석(72)의 구성성분이나 상기 전기자(77)를 통해 에너지공급이 해제되어, 상기 해제 수단(85)의 개시를 막는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    접속 동안에는 상기 해제 수단(85)이 상기 제어 자석(72)보다 먼저 에너지가 공급되고, 접속해제 동안에는 상기 제어 자석(72)이 상기 해제 수단(85)보다 먼저 에너지공급이 해제되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
    상기 해제 수단(85)은 솔레노이드 또는 플런저(plunger)-타입 자석인,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  17. 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
    상기 콘택 차단-오픈 수단(80)은 스프링 에너지 저장부를 구비하는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  18. 제 1항 내지 제 4항, 또는 제 6항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    전류 경로(L1-L3)에서 상기 메인 콘택(1)과 직렬로 배치되어 있는 스위칭 엘리먼트를 오픈시킴으로써 추가 동작이 차단되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  19. 제 1항 내지 제 4항, 또는 제 6항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 자석을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 라인을 차단시킴으로써 추가 동작이 차단되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 방법.
  20. 스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치로서,
    상기 스위칭 장치는,
    접속 및 접속해제될 수 있으며, 콘택 피스들 및 이동 콘택 링크를 가진 적어도 하나의 메인 콘택, 및
    이동 전기자를 구비하는 적어도 하나의 제어 자석을 포함하고,
    상기 전기자는 접속 및 접속해제 동안에 상기 콘택 링크에 작용하여 상응하는 메인 콘택이 클로즈 및 오픈될 수 있도록 하고,
    상기 스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치는,
    a) 상기 적어도 하나의 메인 콘택의 상기 콘택 링크의 오프닝 포인트가 통과되었는지 여부를 식별하기 위한 제 1 수단이 제공되고,
    b) 만약 접속해제 이후에, 상기 제 1 수단이 상기 오프닝 포인트가 미리 결정된 시간 기간 이후에도 통과되지 않았다고 식별한다면, 상기 스위칭 장치의 추가 동작을 차단하는 추가 수단이 제공되고,
    상기 제 1 수단은 콘택 링크에 동작가능하게 접속되고 제 1 및 제 2 상태를 취할 수 있는 오프닝 메커니즘을 포함하는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 제 1 수단은 상기 메인 콘택에 의해 스위칭될 전류 경로에서 전류를 측정하는 전류 센서를 포함하는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 제 1 수단은 두 개의 전극들을 포함하고, 제 1 전극 및 제 2 전극은 상기 메인 콘택에서의 임의의 전압 강하가 소산될 수 있도록 배치되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  23. 제 20항에 있어서,
    상기 제 1 수단은 상기 제어 자석의 인덕턴스를 측정하는 인덕턴스 검출 수단을 포함하는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  24. 삭제
  25. 제 20항에 있어서,
    상기 제어 자석(42)의 접속 동안에 클로즈되거나 또는 상기 제어 자석(42)의 접속을 위해 클로즈되는 보조 콘택(45)이 제공되고,
    상기 제어 자석(42)의 접속 시에 오픈되도록 차단 콘택(41)이 설계되어 제공되며,
    스위칭 콘택들(41, 45)과 직렬로 접속되며, 상기 보조 콘택(45)이 접속해제 동안에 클로즈 상태를 유지하거나 유지되고 있는 경우에는 콘택 차단-오픈 수단(46)을 개시하는 해제 수단(44)이 제공되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 스위칭 콘택들(41, 45)은, 접속 동안에는 상기 차단 콘택(41)이 오픈된 이후에 상기 보조 콘택(45)이 클로즈되고, 접속해제 동안에는 상기 보조 콘택(45)이 오픈된 이후에 상기 차단 콘택(41)이 클로즈되도록, 설계되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  27. 제 20항에 있어서,
    상기 제어 자석(42)의 접속 시에 오픈되거나 또는 상기 제어 자석(42)의 접속을 위해서 오픈되는 보조 콘택이 제공되고,
    상기 제어 자석(42)의 접속 시에 클로즈되도록 메이크 콘택이 설계되어 제공되고,
    만약 상기 보조 콘택이 접속해제 동안에 오픈 상태로 유지되거나 유지되었다면 콘택 차단-오픈 수단(46)을 개시하기 위해서 해제 수단이 제공되며, 그 경우에 평가 수단이 상기 보조 콘택과 상기 메이크 콘택의 각각의 오픈된 스위칭 상태를 평가하는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 보조 콘택과 상기 메이크 콘택은, 접속 동안에는 상기 메이크 콘택이 클로즈된 이후에 상기 보조 콘택이 오픈되고, 접속해제 동안에는 상기 보조 콘택이 클로즈된 이후에 상기 메이크 콘택이 오픈되도록, 설계되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  29. 제 20항에 있어서,
    스위칭 동작 동안에 상기 제어 자석(60)의 자기 회로에서의 임의의 자속 변화를 검출하기 위한 수단이 제공되고, 상기 오프닝 포인트는 상기 제어 자석(60)의 접속해제 시에 상기 자속 변화가 미리 결정된 비교 값을 초과하였을 때 통과되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 자속 변화는 유도 코일(62)에 의해서 측정될 수 있는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  31. 제 20항에 있어서,
    스위칭 장치를 위한 평가 및 제어 유닛(91)의 전원 공급을 최소 시간 동안에 유지하기 위해 전기적인 에너지-저장 엘리먼트(94)가 제공되고, 그럼으로써 웰딩된(welded) 메인 콘택(1)의 존재를 측정을 통해서 식별하고 또한 필요시에는 콘택-차단 오픈 수단(80)과 래칭(latching) 메커니즘 중 적어도 하나를 작동시키거나 해제시킬 수 있는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 전기-에너지 저장 엘리먼트(94)가 최소 충전 상태에 도달하였을 때에만, 적어도 하나의 메인 콘택(1)의 동작을 위한 스위칭 명령이 발생하였을 경우에, 상기 제어 자석(92)에 에너지를 공급하기 위한 수단(91)이 제공되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  33. 제 20항에 있어서,
    콘택 차단-오픈 수단(80)의 개시를 막기 위해서, 상기 제어 자석(72)이 접속 상태에 있을 때, 에너지공급된 상태로 활성적으로 유지되는 해제 수단(85)이 제공되고,
    상기 해제 수단(85) 및 상기 제어 자석(72)은 접속해제 동안에 상기 해제 수단(85)의 개시를 막기 위해서 전기자(77)에 기계적으로 동작가능하게 접속되어 있는 상기 제어 자석(72)의 구성성분이나 상기 전기자(77)를 통해 접속해제 동안 에너지공급이 해제되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  34. 제 33항에 있어서,
    접속 동안에는 상기 제어 자석(72)의 에너지공급해제보다 먼저 상기 해제 수단(85)의 에너지공급을 해제하고 또한 접속해제 동안에는 상기 해제 수단(85)이 에너지공급해제되기 이전에 상기 제어 자석(72)의 에너지공급을 해제하는 수단들이 제공되는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  35. 제 33항 또는 제 34항에 있어서,
    상기 해제 수단(85)은 솔레노이드 또는 플런저-타입 자석인,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  36. 제 33항 또는 제 34항에 있어서,
    상기 콘택 차단-오픈 수단(80)은 스프링 에너지 저장부를 구비하는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  37. 제 20항 내지 제 23항, 또는 제 25항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추가 수단이 추가 동작을 차단하기 위해서, 전류 경로에서 상기 메인 콘택과 직렬로 배치되어 있는 스위칭 엘리먼트를 오픈시키는 평가 장치를 포함하는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  38. 제 20항 내지 제 23항, 또는 제 25항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추가 수단은 추가 동작을 차단하기 위해서, 상기 제어 자석으로의 제어 라인을 차단하여 상기 제어 자석을 제어하기 위한 제어 장치를 포함하는,
    스위칭 장치의 안전한 동작을 위한 장치.
  39. 로드들(loads)의 안전한 스위칭을 위해 제 1항 내지 제 4항, 또는 제 6항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같은 방법들을 실행하는 스위칭 장치로서,
    상기 스위칭 장치는 콘택터, 회로 차단기 또는 콤팩트 아웃고어(outgoer)인,
    스위칭 장치.
  40. 제 20항 내지 제 23항, 또는 제 25항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같은 장치를 구비하는, 로드들의 안전한 스위칭을 위한 스위칭 장치로서,
    상기 스위칭 장치는 콘택터, 회로 차단기 또는 콤팩트 아웃고어인,
    스위칭 장치.
  41. 제 39항에 기재된 바와 같은 스위칭 장치로서,
    상기 스위칭 장치는 제어 자석을 통해 3 전류 경로들의 접속 및 접속해제를 위한 3개의 메인 콘택들을 구비하는 3-폴(pole) 스위칭 장치인,
    스위칭 장치.
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