CN102804528A - 用于保护直流支路的装置 - Google Patents

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Abstract

断路器(5)和控制器(6)作为内部装置被容纳在直流配电板中，其中：所述断路器(5)沿着从直流电源的主电线分支出的支线中的每个支线设置；并且控制器(6)控制所述断路器(5)的开关。每个断路器(5)包括：连接至所述主电线的电力连接端子(t1和t2)；与来自负载的电线连接的负载连接端子(t3和t4)；半导体开关装置(57)，所述半导体开关装置沿着在所述电力连接端子(t1和t2)与所述负载连接端子(t3和t4)之间的电路设置；电流感测电阻器(56)，用于检测通过所述电路的电流；以及运算电路(60)，其根据从控制器(6)输入的通断控制信号接通或关断半导体开关装置(57)，并且在基于电流感测电阻器(56)上的电压获得的电流值超过设定电流时强制关断半导体开关装置(57)。

Description

用于保护直流支路的装置
技术领域
本发明涉及一种直流(DC)支路保护装置。
背景技术
如图5A中所示，存在一种电源装置100，该电源装置100作为配备有用于保护负载免于过电流的保护功能的传统的电源装置，沿着恒压源E的输出端设置有熔丝F，其中，负载L1-L4分别通过开关S1-S4与恒压源E并联连接。
在此电源装置100中，由于使用沿着恒压源E的输出端连接的熔丝F保护负载L1-L4免于过电流，所以存在当熔丝F因过电流而被熔化时馈送给所有负载L1-L4的电力都被切断的问题。
因此，为了保护支路的每个负载免于过电流，传统的电源装置101设置有与多个负载电路连接的多点连接器102，如图5B所示(例如专利文献1-4)。在此电源装置101中，来自恒压源E的直流电力通过内置的电路保护器CP1-CP3被提供给与多点连接器102连接的负载L1-L3。当由于负载L1-L3中的任意负载处发生短路等而导致过电流流动时，电源装置101通过电路保护器CP1-CP3中的对应的电路保护器的断路操作仅切断馈送给过电流所流经的支路的电力。因此，向剩余的负载电路的电力馈送可以继续。
现有技术文献
专利文献1：专利申请公开No.2002-252923
专利文献2：专利申请公开No.2005-295791
专利文献3：专利申请公开No.2007-252081
专利文献4：专利申请公开No.2008-259254
发明内容
技术问题
在上述电源装置101中，存在扩展能力低或灵活性差的问题，这是由于先前内置了预定数目的电路保护器CP1-CP3，从而支路的数目固定并且电路的数目不容易改变。
解决技术问题的技术方案
鉴于上述问题提供了本发明，并且目的是提供一种具有高的扩展能力或灵活性并能够容易地增加和减少电路的数目的DC支路保护装置。
为了实现以上目的，本发明的DC支路保护装置包括断路器，该断路器作为内部装置放置在用于将直流电源分配给支线的配电板中并且沿着从直流电源的主电线分支出的支线中的每个支线设置。断路器包括：与配电板中的主电线连接的电力连接端子、与来自负载的电线连接的负载连接端子、以及沿着电力连接端子与负载连接端子之间的电路设置的半导体开关装置。断路器还包括电流感测器件和电流设置器件，其中，电流感测器件用于检测通过该电路的电流，根据连接至负载连接端子的负载的设定电流被设置给电流设置器件。断路器进一步包括开关控制器件和通/断开关，其中，开关控制器件用于在电流感测器件的检测值超过电流设置器件被设置的设定电流时强制关断半导体开关装置，通/断开关沿着该电路设置并且根据通过手动操作部分进行的开关操作被接通或关断。
在DC支路保护装置中，优选的是：电力连接端子包括插入式端子，形成配电板中的主电线的导电棒插入到该插入式端子中并与该插入式端子连接；并且，负载连接端子包括具有快速连接结构的端子，去除了套的电线的芯插入到该端子中并与该端子连接。
在DC支路保护装置中，优选的是，用于控制断路器的开关的控制器作为内部装置与断路器一起布置在配电板中，并且，开关控制器件被配置成根据来自控制器的通/断控制信号接通或关断半导体开关装置。
在DC支路保护装置中，优选的是，断路器包括多个断路器，并且，控制器设置有存储器件和控制信号输出器件。存储器件中存储有用于依次接通或关断断路器的顺序。控制信号输出器件向每个断路器提供通/断控制信号，使得断路器根据存储在存储器件中的顺序依次接通或关断。
在DC支路保护装置中，优选的是，所述断路器设置有监视信号输出器件，该监视信号输出器件被配置成将电流感测器件的检测值作为监视信号提供给控制器。
本发明的有益效果
根据本发明，由于断路器作为内部装置放置在配电板中，所以设置有必要数目的断路器，从而可以容易地增加或减少支路的数目。此外，在断路器中，由于半导体开关装置在超过根据负载的设定电流的电流流动时被强制关断，所以可以按支路保护负载。另外，由于根据通过手动操作部分进行的开关操作来打开或闭合通/断开关，所以当在支路侧等处进行维护工作时，可以通过操纵手动操作部分强制关断通/断开关来安全地进行维护工作。
附图说明
图1是实施例中的DC支路保护装置的框图，
图2是实施例中的DC支路保护装置的外观的透视图，
图3A、3B和3C是示出异常电流断路特性的说明图，
图4是具有实施例中的DC支路保护装置的交流/直流(AC/DC)混合布线系统的系统配置图，以及
图5A和5B是现有技术电源装置的电路图。
具体实施方式
现在，参照附图对本发明的实施例进行说明。
近年来，作为全球变暖对策要求削减温室气体的排放。此外，在民政部门中，提出了减少电力消耗，以减少能量源头的二氧化碳排放。
普通家庭中使用各种家用电器，并且目前，许多家用电器由交流电源驱动。因此，通过向每个家庭提供来自电力公司的交流电力来操作每个普通家庭中的家用电器。另一方面，家用电器领域的装置越来越多，该装置例如空调、冰箱、洗衣机等等，并且每个装置使用逆变器控制系统。在逆变器控制类型的电器中，来自室内插座的交流电力通过内置的AC/DC转换器被转换成直流电力，然后通过逆变器电路被逆变成交流，从而激励负载。因此，由于进行了从交流到直流和从直流到交流两个转换，所以电力转换增加了电力损耗。
因此，本申请人建议给住宅设置AC/DC混合布线系统，该AC/DC混合布线系统除了设置有用于提供商用交流电源的传统的交流布线系统之外，还设置有用于提供直流电源的直流布线系统。
图4示出了AC/DC混合布线系统的系统配置。图中示出的系统除设置有交流布线系统之外，还设置有两个直流布线系统。在住宅中安装交流布线系统类型的交流配电板30和直流布线系统类型的DC配电板1A、1B。这两个直流布线系统包括低压DC布线系统和高压DC布线系统。在低压DC布线系统中，提供安全特低电压(SELV)，诸如，举例来说，DC12V、DC24V、DC48V。在高压DC布线系统中，向直流负载提供比SELV电源更高的直流电压(例如，两端上的DC+/-150V和DC300V)。
在高压DC布线系统类型的DC配电板1A中，主体中设有内部装置，诸如，主断路器2、接地漏电断路器3和支路断路器4。主断路器2连接有从直流电源引入主体中的三个直流电力线11(DC150V线、DC-150V线和接地(GND)线)。主断路器2的负载端子通过接地漏电断路器3连接有放置在主体中的三个导电棒12。150V支路断路器4连接在DC150V或DC(-150V)的导电棒12与GND的导电棒12之间。300V支路断路器4连接在DC150V的导电棒12与DC(-150V)的导电棒12之间。向通过支路断路器4布线的室内高压DC布线13提供高压直流电力。高压DC布线13从DC配电板1A被布线到住宅中的每个房间，并且DC插座80定位在适当的位置。在连接到DC插座80的直流器具(诸如空调设备81、冰箱82或电磁炊具83)中，来自DC插座80的直流电压通过内置的逆变器电路被逆变成高频交流电压，从而激励负载。
直流电力线11与AC/DC转换器21和DC/DC转换器22连接。转换器21将来自交流配电板30的交流电力转换成直流，而转换器22对来自诸如光伏设施41的分散电源40的直流电压的电压值进行转换。直流电力线11还与用于对具有例如锂离子电池或双电层电容器的电力存储设施42的充放电进行控制的充放电控制装置23连接。电力存储设施42用于：在商用交流电源的低电力收费的午夜存储通过将交流转换为直流并充电而获得的电力，然后在高电力收费的白天消费该电力；或充以过剩的由光伏设施41生成的电力，然后通过负载平衡等视需要消费该电力。在图中，24和25是用于将分散电源40和电力存储设施42从直流电力系统断开的开关，而26是用于系统保护的保护器。
在低压DC布线系统类型的DC配电板1B中，板中设有内部装置，诸如断路器5(支路断路器)。来自DC/DC转换器16的直流电力线15被引入DC配电板1B中，并且断路器5连接到放置在主体中的导电棒17。DC/DC转换器16将来自DC配电板1A的直流高压转换成SELV，并且SELV通过直流电力线15提供给DC配电板1B中的导电棒17。室内低压DC布线18通过断路器5布线，并通过诸如待由SELV激励的壁式开关84与LED用具85连接，该LED用具85诸如下射灯。低压DC布线18与由SELV激励的直流器具连接，该直流器具诸如电话、个人电脑、平板电视、硬盘(HDD)记录器、24小时换气系统中的换气扇、或足下灯。设在DC配电板1B中的内部装置可以是使用SELV的装置或用于提供SELV电源的DC插座9，使用SELV的装置例如是信息装置，诸如信息断路器7或切换式集线器(HUB)8。信息断路器7是配备有用于防止从外部网络到与室内设备项目连接的室内局域网(LAN)的欺诈性接入的功能的装置。
在交流配电板30中，主断路器31与引入主体30a中的、单相三线商用AC电源类型的电力线33连接。主断路器31的负载端子分别与对应于L1相、L2相和N相的导电棒34连接。100V支路断路器32连接在N相的导电棒与L1相的导电棒之间或连接在N相的导电棒与L2相的导电棒之间。200V支路断路器连接在L1相的导电棒与L2相的导电棒之间。室内交流支布线35包括100V布线和200V布线，从该100V布线经由100V支路断路器32提供AC100V交流电源，从该200V布线经由200V支路断路器32提供AC200V交流电源。100V布线与由100V激励的交流器具连接，诸如灯具、清洁器和洗衣机。200V布线与由200V激励的交流器具连接，诸如空调设备、冰箱和电磁炊具83。
根据本发明的DC支路保护装置包括作为内部装置设在低压DC配电板1B中的断路器5和控制器6。
如图2中所示，断路器5的外壳50与单极配电板装置具有相同的尺寸。插槽50a沿着外壳50的纵向方向设置在一个端侧处并与插入插槽50a中的导电棒17连接。由片簧保持器形成的电力连接端子(未示出)定位在每个插槽50a中。内插有来自负载侧的电线的电线插入口50b沿着外壳50的纵向方向设置在另一端侧处，并且每个都具有快速连接端子结构的负载连接端子(未示出)设在电线插入口50b中，使得负载连接端子面对电线插入口50b。因此，当去除了套的电线的芯插入到电线插入口50b中时，电线连接到定位在电线插入口50b中的负载连接端子，以防止电线的抽出。用于通过手动操作接通和关断待描述的内置通/断开关52的手动操作柄51和用于通过点亮情况表示操作情况的指示器59也放置在外壳50的正面，该指示器59诸如发光二极管(LED)。使用如在例如专利申请公开No.2004-234921中公开的传统的已知端子作为每个具有快速连接结构的端子，本文中不对该端子进行详细描述。
现在，参照图1对断路器5的电路配置进行说明。断路器5包括与插入到其中的导电棒17连接的电力连接端子t1、t2以及与来自负载的电线连接的负载连接端子t3、t4。双刀单掷类型的通/断开关52沿着端子t1-t3之间的导电通路和端子t2-t4之间的导电通路连接。根据通过手动操作柄51进行的开关操作接通或关断该通/断开关52。半导体开关装置53(诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))、电流感测电阻器54、热熔丝55、电流感测电阻器56和半导体开关装置57(诸如MOSFET)串联连接在通/断开关52与在正极侧的负载连接端子t3之间。断路器5包括用于输入和输出与控制器6有关的信号的I/F电路62。当来自控制器6的开关控制信号通过I/F电路62输入给运算电路60时，运算电路60作为开关控制器件根据开关控制信号的控制信息接通或关断半导体开关装置57。运算电路60还通过改变指示器59的点亮情况(点亮、熄灭或闪烁)来表示操作情况，该指示器59诸如LED。用于生成运算电路60的操作电源的电源电路61从通/断开关52的上游获得电源，并且甚至可以在通/断开关52关断时激励运算电路60。
半导体开关装置53适于在电流感测电阻器54上的电压降超过预定的参考值时关断，从而将流经电路的电流限制为预定的参考值(例如，15A)。
当基于作为电流感测器件的电流感测电阻器56上的电压降检测到异常电流(诸如过载电流或短路电流)时，运算电路60根据预定的断路特性关断半导体开关装置57。运算电路60的断路特性可以设置成以下特性：瞬时检测、标准检测、长时间检测或仅麦格检测(Mag-Only)等。
图3A示出了瞬时检测类型的断路特性。当大于或等于x(A)的电流持续流动20ms时，运算电路60关断半导体开关装置57。图3B示出了标准检测类型的断路特性。在此情况下，当大于或等于x(A)且小于10A的电流持续流动100ms时，或当大于或等于10A且小于13A的电流持续流动60ms时，或当大于或等于13A的电流持续流动20ms时，运算电路60关断半导体开关装置57。图3C示出了长时间检测类型的断路特性。在此情况下，当大于或等于x(A)且小于10A的电流持续流动1000ms时，或当大于或等于10A且小于13A的电流持续流动800ms时，或当大于或等于13A的电流持续流动20ms时，运算电路60关断半导体开关装置57。在任意断路特性的情况下，当大于或等于15A的电流流动时，半导体开关装置53将电路切断。图3A-3C示出了断路特性的示例，但是，在运算电路60中，可以基于负载特性适当地设置和改变电流极限值(设定电流)和与设定电流有关的断路时间。
运算电路60还包括用于通过在电压检测电路58检测到异常输入电压(过电压或低电压)时关断半导体开关装置57来防止向负载电路提供异常电压的功能。
控制器6具有用于控制多个断路器5的开关情况的功能，并且，控制器6包括控制电路63、存储装置64(存储器件)、显示器65和I/F电路66。存储装置64包括非易失性存储器，并存储用于依次接通或关断断路器5的顺序。显示器65例如是液晶显示器(LCD)。I/F电路66被配置成输入和输出与断路器5有关的信号。
控制器6还包括不同的功能，诸如，支路输出停止功能、顺序接通功能、顺序关断功能、断电检测功能、总电压降检测功能和总电流检测功能。在支路输出停止功能的执行期间，控制电路63通过I/F电路66向期望的断路器5提供关控制信号，从而关断断路器5。在顺序接通功能的执行期间，控制电路63作为控制信号输出器件根据从存储装置64读取的顺序经由I/F电路66向断路器5依次提供开控制信号，从而按照预定的次序接通断路器5。在顺序关断功能的执行期间，控制电路63作为控制信号输出器件根据从存储装置64读取的顺序经由I/F电路66向断路器5依次提供关控制信号，从而按照预定的次序关断断路器5。在断电检测功能的执行期间，控制电路63基于用于检测直流电力线15的线电压的电压检测器件(未示出)的检测结果来检测断电的存在或不存在，并且控制电路63还在检测到断电时通过显示器65告知断电发生。控制器6的电源备有次级电池(未示出)，以使得控制器6可以从断电发生直到保护时间的结束继续操作。在总电流检测功能中，控制电路63基于经由I/F电路66的来自断路器5的每个电流值来计算流经断路器5的电流的和。当电流的和超过预置值时，控制电路63经由I/F电路66向每个断路器5提供关控制信号，以关断每个断路器5。
如上所述，实施例中的DC支路保护装置作为内部装置设在DC配电板1B中以向支线分配直流电源，并且包括每个都沿着从直流电源的主电线分支出的支线设置的断路器5。断路器5包括与DC配电板1B中的主电线连接的电力连接端子t1、t2以及与负载侧的电线连接的负载连接端子t3、t 4。断路器5还包括沿着电力连接端子t1与负载连接端子t3之间的电路设置的半导体开关装置53以及用于检测通过该电路的电流的电流感测电阻器56。断路器5还包括运算电路60(电流设置器件、开关控制器件)，其中，根据连接至负载连接端子t3、t4的负载的设定电流被设置给该运算电路60，并且，该运算电路60被配置成当电流感测器件的检测值超过设定电流时强制关断半导体开关装置53。断路器5还包括沿着该电路设置并根据通过手动操作部分(操作柄51)进行的开关操作来打开或闭合的通/断开关52。
因此，由于断路器5作为内部装置设在DC配电板1B中，所以设置有必要数目的断路器5，从而可以容易地增加或减少支路。此外，在断路器5中，由于半导体开关装置53在超过根据负载的设定电流的电流流动时被强制关断，所以可以按每条支路来保护负载。另外，由于根据通过手动操作部分进行的开关操作来打开或闭合通/断开关52，所以当在支路侧等处进行维护工作时，可以通过操纵手动操作柄51强制关断通/断开关52来安全地进行维护工作。
此外，在断路器5中，由于根据来自控制器6的通/断控制信号接通或关断半导体开关装置57，所以可以通过控制器6接通/关断馈送给支路的电力。
还可以通过在超过设定电流的电流流动时强制关断半导体开关装置57来保护负载。
用于对断路器5的开关进行控制的控制器6根据存储在存储装置64中的顺序顺次接通或关断断路器5。
因此，与断路器连接的支路根据存储在存储器件中的顺序顺次接通或关断，从而使得被提供给与支路连接的负载的电源能够按照预定的次序起动或使得电源能够停止。
每个断路器5还包括：插入式端子，诸如片簧保持器，导电棒17作为电力连接端子插入到该插入式端子中并与该插入式端子连接；以及每个都具有快速连接结构的端子，该端子作为与去除了套的电线的被插入的芯待连接的负载连接端子。
因此，容易进行将断路器5的电力连接端子连接到导电棒17的工作。由于用于螺纹拧紧的工作不是必须的，所以容易进行连接负载连接端子与来自负载的电线的工作，并容易进行断路器5的电连接工作。
在每个断路器5中，运算电路60作为监视信号输出器件根据电流感测电阻器56上的电压降来计算电流值，以将该电流值作为监视信号通过I/F电路62提供给控制器6。
因此，控制器可以获得通过支路的每个电流值。
在每个断路器5中，根据通过手动操作柄51进行的开关操作接通或关断通/断开关52。因此，能够在在支路侧等处进行维护工作时通过操纵手动操作柄51强制关断通/断开关52来安全地进行维护工作。
在实施例中，断路器5向支路提供通过导电棒17获得的无改变的直流电压，但是，断路器5可以包括内置的DC/DC转换器(未示出)并且可以被配置成提供其电压值被通过DC/DC转换器改变的直流电压。
产业适用性
如上所述，根据本发明的DC支路保护装置，断路器作为内部装置设在配电板中，因此，可以通过安装必要数目的断路器来容易地增加或减少支路的数目。此外，可以按支路保护负载，这是因为当超过根据负载的设定电流的电流流动时每个半导体开关装置被强制关断。另外，根据通过手动操作部分进行的开关操作打开或闭合通/断开关，从而当在支路侧处进行维护工作时可以通过操纵手动操作部分强制关断通/断开关来安全地进行维护工作。
附图标记列表
1B DC配电板
5断路器
6控制器
15直流电力线(主电线)
16DC/DC转换器(直流电源)
17导电棒(主电线)
56电流感测电阻器(电流感测器件)
57半导体开关装置
60运算电路(开关控制器件)
t1、t2电力连接端子
t3、t4负载连接端子

Claims (5)

1.一种直流支路保护装置，包括断路器，所述断路器作为内部装置放置在用于将直流电源分配给支线的配电板中并且沿着从所述直流电源的主电线分支出的支线中的每个支线设置，
其中，所述断路器包括：
电力连接端子，所述电力连接端子连接至所述配电板中的所述主电线；
负载连接端子，所述负载连接端子与来自负载的电线连接；
半导体开关装置，所述半导体开关装置沿着在所述电力连接端子与所述负载连接端子之间的电路设置；
电流感测器件，所述电流感测器件用于检测通过所述电路的电流；
电流设置器件，根据连接至所述负载连接端子的负载的设定电流被设置给所述电流设置器件；
开关控制器件，所述开关控制器件用于在所述电流感测器件的检测值超过所述电流设置器件被设置的所述设定电流时强制关断所述半导体开关装置；以及
通/断开关，所述通/断开关沿着所述电路设置并根据通过手动操作部分进行的开关操作被接通或关断。
2.根据权利要求1所述的直流支路保护装置，
其中，所述电力连接端子包括插入式端子，形成所述配电板中的所述主电线的导电棒插入到所述插入式端子中并与所述插入式端子连接，以及
所述负载连接端子包括每个都具有快速连接结构的端子，去除了套的所述电线的芯插入到所述端子中并与所述端子连接。
3.根据权利要求1或2所述的直流支路保护装置，
其中，用于控制所述断路器的开关的控制器作为内部装置与所述断路器一起布置在所述配电板中，以及
所述开关控制器件被配置成根据来自所述控制器的通/断控制信号接通或关断所述半导体开关装置。
4.根据权利要求3所述的直流支路保护装置，
其中，所述断路器包括多个断路器，以及
所述控制器设置有：存储器件，所述存储器件存储用于依次接通或关断所述断路器的顺序；以及控制信号输出器件，所述控制信号输出器件被配置成向每个所述断路器提供通/断控制信号，使得所述断路器根据存储在所述存储器件中的所述顺序依次接通或关断。
5.根据权利要求3或4所述的直流支路保护装置，其中，所述断路器设置有监视信号输出器件，所述监视信号输出器件被配置成将所述电流感测器件的检测值作为监视信号提供给所述控制器。
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