CN103219697A - 整合式断路器模块于太阳能供电系统的操作方法 - Google Patents

整合式断路器模块于太阳能供电系统的操作方法 Download PDF

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Abstract

一种整合式断路器模块于太阳能供电系统的操作方法，包含下列步骤：提供一第一断路器，以提供大额定电流的短路故障跳脱保护；提供一第二断路器，以提供小额定电流的接地故障跳脱保护；模块构装该第一断路器、该第二断路器，并提供一连动单元，通过连接该连动单元于该第一断路器与该第二断路器之间，以提供该第一断路器与该第二断路器的跳脱连动；以及当该系统发生接地故障时，该第二断路器跳脱，同时通过该连动单元带动该第一断路器跳脱，使达到该太阳能发电系统的接地故障保护、过电流保护与短路故障保护。

Description

整合式断路器模块于太阳能供电系统的操作方法
技术领域
本发明涉及一种断路器模块操作方法，尤其涉及一种具有整合短路故障保护与接地故障保护功能的整合式断路器模块于太阳能供电系统的操作方法。
背景技术
自从二次能源危机以来，替代能源的寻求与研究已经成为许多国家的主要政策之一。替代能源基本上是指煤、石油、天然气、核能等以外的能源，可包括风、太阳、地热、潮汐、黑潮等等的能源。由于太阳能具有无污染、无公害的特性，且又取之不尽用之不竭，因此，太阳能的应用具有相当发展的潜力。并且，由于近年来太阳能光伏电池的积极研究发展，已达到相当高的效率，因此逐渐受到欧、美、日等各国的重视，并制订政策鼓励推展应用。
请参见图1，为现行太阳能系统的短路故障保护与接地故障保护的电路示意图。以本实施例为例，该太阳能发电系统主要通过包含多个太阳能板的一太阳能板组930对一转换器960(可为输出直流电压的充电器PV charger或输出交流电压的变流器inverter)供电。在该太阳能板组930与该转换器960的线路间通常具有检测线材绝缘劣化的机制，并且基于安规标准，该线路上必须具有短路故障保护与接地故障保护元件或装置。以本实施例而言，一第一断路器910是以提供系统短路故障保护之用；另外，一第二断路器920是以提供系统接地故障保护之用。再者，系统会额外装置一离断开关(disconnect switch)940，其中，该离断开关940所装设的位置通常是与该第二断路器920在不同的路径上，如图1所示，该离断开关940电性串联连接该第一断路器910串联。当该控制器950检测到该第二断路器920跳脱时，则表示系统可能因为配线绝缘不佳造成接地故障发生，因此，该控制器950则控制该离断开关940断开，并提出示警，以要求客户确认线路配线的情况。
上述的现行电路架构由于至少需要使用该第一断路器910、该第二断路器920以及该离断开关940等三种元件，同时对系统达到接地故障保护、过电流保护与短路故障保护，如此，除了配线难度高、检测与控制复杂之外，也因为元件数目多而导致成本增加。
因此，如何设计出一种整合式断路器模块操作方法，通过整合不同电流安培数的断路器，并通过连动装置所提供足够的驱动力，使得其中一断路器跳脱时，同时带动另一断路器跳脱，使该太阳能发电系统发生异常事故时能获得完备的保护，乃为本发明所欲行克服并加以解决的一大课题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一整合式断路器模块操作方法，以克服现有技术的问题。
因此本发明的整合式断路器模块操作方法，操作于一太阳能发电系统，以提供该系统的短路故障保护与接地故障保护。该整合式断路器模块控制方法包含下列步骤：(a)提供一第一断路器，以提供大额定电流的短路故障跳脱保护；(b)提供一第二断路器，以提供小额定电流的接地故障跳脱保护；(c)模块构装该第一断路器、该第二断路器，并提供一连动单元，通过连接该连动单元于该第一断路器与该第二断路器之间，以提供该第一断路器与该第二断路器的跳脱连动；以及(d)当该太阳能发电系统发生接地故障时，该第二断路器跳脱，同时通过该连动单元带动该第一断路器跳脱，使达到该太阳能发电系统的接地故障保护、过电流保护与短路故障保护。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为现行太阳能发电系统的短路故障保护与接地故障保护的电路示意图；
图2为本发明整合式断路器模块操作方法的流程图；
图3为本发明一整合式断路器模块的电路方框示意图；
图4为本发明该整合式断路器模块应用于低压太阳能发电系统的电路方框示意图；及
图5为本发明该整合式断路器模块应用于高压太阳能发电系统的电路方框示意图。
其中，附图标记
现有技术
910    第一断路器
920    第二断路器
930    太阳能板组
940    离断开关
950    控制器
960    转换器
本发明
10     整合式断路器模块
102    第一断路器
104    第二断路器
30     太阳能板组
50     控制单元
60     转换器
S100～S400 步骤
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
请参见图2，为本发明整合式断路器模块操作方法的流程图。该整合式断路器模块操作方法，操作于一太阳能发电系统，以提供该系统的接地故障保护、过电流保护与短路故障保护；该整合式断路器模块控制方法包含下列步骤：
提供一第一断路器，以提供大额定电流的短路故障跳脱保护(S100)。提供一第二断路器，以提供小额定电流的接地故障跳脱保护(S200)。当该太阳能发电系统正常运转时，流经该第二断路器相线与中性线的电流量相等；一旦该太阳能发电系统因为线材绝缘劣化所发生接地故障时，漏电电流就会以地线作为回路。再者，因为漏电电流通常不大，典型值为毫安培(mA)等级，因此，用以提供接地故障跳脱保护的该第二断路器所须设定的额定电流则不需太大，以实际应用来说，该第二断路器的额定电流可设定为1安培(A)，但不以此为限。然而，相较于漏电电流的短路电流来说，因为热与高温所产生的影响，一般太阳能发电系统若发生短路故障，流经保护装置的短路电流典型值通常为安培(A)等级，因此，用以提供短路故障跳脱保护的该第一断路器所须设定的额定电流则需要较大，以实际应用来说，该第一断路器的额定电流可设定为15安培(A)，但不以此为限。值得一提，该第一断路器所设定的额定电流是为该第二断路器所设定的额定电流10倍至10数倍以上。
模块构装该第一断路器、该第二断路器，并提供一连动单元，通过连接该连动单元于该第一断路器与该第二断路器之间，以提供该第一断路器与该第二断路器的跳脱连动(S300)。对现有技术来说，并联连接或串联连接相同额定电流(或额定电流差异很小)或相同启断容量(或启断容量差异很小)的多个断路器，主要是作为增加耐压操作与增加电流承受容量之用，因为，现有技术是通过将多个断路器的输出接点以短路方式并联或串联在一起，以达到上述的功效。然而，在本发明的主要技术特征与精神在于将额定电流差异大(如前述的10倍至10数倍以上)的该第一断路器与该第二断路器构装为模块化结构，并通过连接于该第一断路器与该第二断路器之间的该连动单元提供跳脱连动的操作。
当该太阳能发电系统发生接地故障时，该第二断路器跳脱，同时通过该连动单元带动该第一断路器跳脱，使达到该太阳能发电系统的接地故障保护、过电流保护与短路故障保护(S400)。其中，该第二断路器的一端为接地，以提供接地故障跳脱保护。因此，一旦该太阳能发电系统因为线材绝缘劣化所发生接地故障时，漏电电流就会流经该第二断路器并以地线作为回路，达到接地故障保护。值得一提，在本发明的实施例中，通过该连动单元提供不同额定电流的该第二断路器与该第一断路器(前者额定电流小，后者额定电流大，且差异达10倍至10数倍以上)的连动跳脱操作，并且符合安规的标准基础条件下，该连动单元具有足够的驱动力而能够同时跳脱该第二断路器与该第一断路器。
此外，当该太阳能发电系统发生短路故障时，该第一断路器跳脱，同时通过该连动单元带动该第二断路器跳脱，使达到该太阳能发电系统的接地故障保护、过电流保护与短路故障保护。换言之，该整合式断路器模块的该第一断路器与该第二断路器虽分别处理当系统发生接地故障、过电流或短路故障的隔离用，但不论系统发生接地故障、过电流或短路故障时，一旦该第一断路器跳脱时，将通过该连动单元带动该第二断路器跳脱；或一旦该第二断路器跳脱时，将同样通过该连动单元带动该第一断路器跳脱，使该太阳能发电系统发生异常事故时能获得完备的保护。藉此，对太阳能发电系统而言，一旦有电力故障发生时，特别是接地故障、过电流或短路故障，能够通过跳脱隔离方式，使太阳能板组与后端的电路隔离，以确保人员生命与财产安全。
值得一提，该第一断路器内部包含一辅助开关(auxiliary switch)或一警报开关(alarm switch)；其中该辅助开关是用以判断该第一断路器导通(on)与截止(off)的电气状态；该警报开关是用以判断该第一断路器的跳脱原因，例如接地故障、过电流或短路故障…等等异常操作时所造成的该第一断路器手动跳脱或过载跳脱。在本实施例中，该第一断路器主要包含该警报开关，以判断该第一断路器于异常操作时所造成的该第一断路器手动跳脱或过载跳脱。同样地，该第二断路器内部包含一辅助开关(auxiliary switch)或一警报开关(alarm switch)；其中该辅助开关是用以判断该第二断路器导通(on)与截止(off)的电气状态；该警报开关是用以判断该第二断路器的跳脱原因，例如接地故障、过电流或短路故障…等等异常操作时所造成的该第一断路器手动跳脱或过载跳脱。其中，该第一断路器的该辅助开关与该第二断路器的该辅助开关是通过一控制单元分别检测该第一断路器与该第二断路器导通与截止的电气状态。此外，该第一断路器的该警报开关与该第二断路器的该警报开关是通过该控制单元分别检测该第一断路器与该第二断路器的跳脱原因，例如接地故障、过电流或短路故障…等等异常操作时所造成的该第一断路器手动跳脱或过载跳脱。其中，该控制单元可为一微处理器、一微控制器、一可程序逻辑门阵列、一具有可程序化的积成电路、或一应用特定积成电路元件，但不以此为限。
请参见图3，为本发明一整合式断路器模块的电路方框示意图。该太阳能发电系统主要通过包含多个太阳能板的一太阳能板组30对一转换器60(可为输出直流电压的充电器PV charger或输出交流电压的变流器inverter)供电。一整合式断路器模块10电性连接于该太阳能板组30与该转换器60之间，以提供该系统的接地故障保护、过电流保护与短路故障保护。其中，该整合式断路器模块10包含至少一第一断路器102与至少一第二断路器104。该第一断路器102是以提供大额定电流的短路故障跳脱保护；而该第二断路器104是以提供小额定电流的接地故障跳脱保护。并且，该第一断路器102与该第二断路器104是模块构装在一起，其中，进一步包含有一连动单元(未图示)连接于该第一断路器102与该第二断路器104之间，以提供该第一断路器102与该第二断路器104的跳脱连动。当该太阳能发电系统发生接地故障时，该第二断路器104跳脱，同时通过该连动单元带动该第一断路器102跳脱，使达到该太阳能发电系统的接地故障保护、过电流保护与短路故障保护。此外，当该太阳能发电系统发生短路故障时，该第一断路器102跳脱，同时通过该连动单元带动该第二断路器104跳脱，使达到该太阳能发电系统的接地故障保护、过电流保护与短路故障保护。
请参见图4，为本发明该整合式断路器模块应用于低压太阳能发电系统的电路方框示意图。当该太阳能板组30所包含的该些太阳能板的数目不多，而为低压太阳发电操作时，该整合式断路器模块10可由一个符合耐压需求的该第一断路器102与一个符合耐压需求的该第二断路器104串联连接使用，如此，将达到该太阳能发电系统的接地故障保护、过电流保护与短路故障保护。再者，请参见图5，为本发明该整合式断路器模块应用于高压太阳能发电系统的电路方框示意图。当该太阳能板组30因应高压操作的需求，使得增加所包含的该些太阳能板的数目，而为高压太阳发电操作时，该整合式断路器模块10可由多个该第一断路器102与多个该第二断路器104串联连接使用，作为增加耐压操作与增加电流承受容量之用，如此，将达到该太阳能发电系统的接地故障保护、过电流保护与短路故障保护。以本实施例为例，若该太阳能板组30包含十片太阳能板，并且每一片太阳能板的额定输出电压为40伏特，因此，该十片太阳能板所组成的该太阳能板组30能够提供最大输出电压则为400伏特，因此，该些第一断路器102与该些第二断路器104则需要使用耐压为400伏特等级的断路器装置。
值得一提，该第一断路器102内部包含一辅助开关(auxiliary switch)与一警报开关(alarm switch)；其中该辅助开关是用以判断该第一断路器102导通(on)与截止(off)的电气状态；该警报开关是用以判断该第一断路器102的跳脱原因，例如接地故障、过电流或短路故障…等等异常操作时所造成的该第一断路器102手动跳脱或过载跳脱。同样地，该第二断路器104内部包含一辅助开关(auxiliary switch)与一警报开关(alarm switch)；其中该辅助开关是用以判断该第二断路器104导通(on)与截止(off)的电气状态；该警报开关是用以判断该第二断路器104的跳脱原因，例如接地故障、过电流或短路故障…等等异常操作时所造成的该第二断路器104手动跳脱或过载跳脱。其中，该第一断路器102的该辅助开关与该警报开关系通过一控制单元50检测该第一断路器102导通与截止的电气状态以及该第一断路器102的跳脱原因；该第二断路器104的该辅助开关与该警报开关系通过该控制单元50检测该第二断路器104导通与截止的电气状态以及该第二断路器104的跳脱原因。其中，该控制单元50可为一微处理器、一微控制器、一可程序逻辑门阵列、一具有可程序化的积成电路、或一应用特定积成电路元件，但不以此为限。
此外，该整合式断路器模块10的该第一断路器102与该第二断路器104与该太阳能板组30连接的极性并不限定，换言之，该第一断路器102可电性连接于该太阳能板组30的正极输出，而该第二断路器104可电性连接于该太阳能板组30的负极输出(如图5所示)，或者，该第一断路器102可电性连接于该太阳能板组30的负极输出，而该第二断路器104可电性连接于该太阳能板组30的正极输出，如此将增加该整合式断路器模块10的使用弹性。
综上所述，本发明具有以下的特征与优点：
1、提供该整合式断路器模块10，可应用于太阳能发电系统的接地故障保护、过电流保护与短路故障保护；
2、通过并联不同电流安培数的该第一断路器102与该第二断路器104(特别是电流差异10倍至10数倍以上)，通过该连动单元所提供足够的驱动力，使得其中一断路器跳脱时，同时带动另一断路器跳脱，使该太阳能发电系统发生异常事故时能获得完备的保护；及
3、由于省去额外装设该离断开关，并将接地故障保护元件、过电流保护元件或短路故障保护元件整合一体，因此能以达到减少元件数目、降低成本，并可简化检测与控制、减少配线难度。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种整合式断路器模块操作方法，操作于一太阳能发电系统，以提供该系统的接地故障保护、过电流保护与短路故障保护；其特征在于，该整合式断路器模块控制方法包含下列步骤：
(a)提供一第一断路器，以提供大额定电流的短路故障跳脱保护；
(b)提供一第二断路器，以提供小额定电流的接地故障跳脱保护；
(c)模块构装该第一断路器、该第二断路器，并提供一连动单元，通过连接该连动单元于该第一断路器与该第二断路器之间，以提供该第一断路器与该第二断路器的跳脱连动；及
(d)当该太阳能发电系统发生接地故障时，该第二断路器跳脱，同时通过该连动单元带动该第一断路器跳脱，使达到该太阳能发电系统的接地故障保护、过电流保护与短路故障保护。
2.根据权利要求1所述整合式断路器模块操作方法，其特征在于，在步骤(d)中还包含：
当该太阳能发电系统发生短路故障时，该第一断路器跳脱，同时通过该连动单元带动该第二断路器跳脱，使达到该太阳能发电系统的接地故障保护、过电流保护与短路故障保护。
3.根据权利要求1所述整合式断路器模块操作方法，其特征在于，该第一断路器与该第二断路器分别包含一警报开关，该警报开关用以判断所对应的该第一断路器与该第二断路器的跳脱原因。
4.根据权利要求1所述整合式断路器模块操作方法，其特征在于，该第一断路器与该第二断路器分别包含一辅助开关，该辅助开关用以判断所对应的该第一断路器与该第二断路器导通与截止的电气状态。
5.根据权利要求3所述整合式断路器模块操作方法，其特征在于，该第一断路器的该警报开关与该第二断路器的该警报开关通过一控制单元分别检测该第一断路器与该第二断路器的跳脱原因。
6.根据权利要求4所述整合式断路器模块操作方法，其特征在于，该第一断路器的该辅助开关与该第二断路器的该辅助开关通过一控制单元分别检测该第一断路器与该第二断路器导通与截止的电气状态。
7.根据权利要求1所述整合式断路器模块操作方法，其特征在于，该第一断路器或该第二断路器通过并联连接方式，扩充该第一断路器或该第二断路器的数目，以提高耐压操作。
8.根据权利要求1所述整合式断路器模块操作方法，其特征在于，该第二断路器的一端为接地，以提供接地故障跳脱保护。
9.根据权利要求1所述整合式断路器模块操作方法，其特征在于，该连动单元提供足够的驱动力，而能够同时跳脱不同额定电流的该第一断路器与该第二断路器。
10.根据权利要求1所述整合式断路器模块操作方法，其特征在于，该第一断路器电性连接该太阳能发电系统一太阳能板组的正极输出或负极输出，而该第二断路器则相对地电性连接该太阳能发电系统该太阳能板组的负极输出或正极输出。
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