CN103683201B - 用于电流分配的方法和用于执行该方法的开关设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种借助开关设备进行能量分配的方法和一种执行该方法的开关设备，在该开关设备中两个保护开关彼此直接一个接一个地串联，其中当满足预先给定的能量条件时保护开关自动断开，并且其中在满足能量条件时一个保护开关向另一个保护开关发送信号，另一个保护开关接收该信号，并且在接收该信号后分别将断开延迟预先给定的时间。为实现开关间技术上简单的通信连接，其中要考虑能流方向，建议：保护开关分别接收信号，通过该保护开关电能在另一个保护开关的方向上流动，其中在能流方向反转时该保护开关自动地从“接收”向“发送”或者从“发送”向“接收”换接。

Description

用于电流分配的方法和用于执行该方法的开关设备

技术领域

本发明涉及根据权利要求1和2前序部分的用于电流分配的方法和用于执行该方法的开关设备。

背景技术

已知在电流分配系统中借助开关设备通过开关、特别是低压功率开关向单个设备支路(例如耗电器)分配电流。这些开关分别为额定电流设计并且在故障情况下中断流过开关的电流，例如在短路时出现的电流。在此应该分别仅切断出现故障的或者最接近故障的设备支路。这种行为被称为选择地切断。至少在每一个从供电看在前面设置的开关内都存在一个变换器装置和一个脱扣单元。变化器装置借助变换器分别采集流过开关的电流，其中脱扣单元验证是否满足预先给定的电流条件。

已知这样的开关设备，其中开关为选择地切断而彼此通信。于是一个例如特别因为存在短路而满足电流条件的(后面设置的)开关通过信号将此通知前面设置的开关。作为结果前面设置的开关自身不立即断开，而是在规定的时间(预先规定的延迟时间)内等待后面设置的开关是否脱扣。如果后面设置的开关在经过上述延迟时间后未脱扣，则前面设置的开关中断电流流动。

该通信分别在供电的方向进行。人们称这种选择方式为缩短时间的选择性控制ZSS，它也被称为ZSI(Zone Selective Interlocking，区域选择性联锁)。

这里的缺点是，电流方向例如在形式为电动机的负载的情况下不确定，而是可以变化。另外，在多个供电的情况下一个供电的切断或者接通即使在正常运行中无干扰的情况下也可能导致能流方向的反转。能流方向的反转有时与不清楚全貌的许多彼此连接开关的线连接联系。每一方向分别需要一个输入和一个输出，亦即为一个开关的ZSI连接(ZSI通信)总计需要4条连接线。

发明内容

本发明的任务在于给出一种方法和一种用于执行该方法的开关设备，其具有在开关之间技术上简单的通信连接，其中考虑能流方向。

关于方法的任务和关于开关设备的任务的解决方案通过权利要求1和3的特征给出。

关于方法的解决方案规定，分别在通过一个保护开关的能流方向反转时调换该保护开关的两个接口的功能。

关于开关设备的解决方案规定，每一个保护开关具有检测装置，它分别采集通过该保护开关的能流方向，并且每一个保护开关具有换接装置，其在通过一个保护开关的能流方向反转时调换该保护开关的两个接口的功能。

也就是说，每一个开关总是仅具有两个接口(每个开关方向一个)。

附图说明

下面根据一个实施例详细描述本发明。附图中，

图1示出了具有一个前面设置的开关和两个后面设置的开关的开关设备，

图2示出了在根据图1的开关之间的通信连接，

图3示出了根据图1的开关设备，在供电和前面设置的开关之间具有短路，

图4示出了根据图3的开关设备的简化的示意图，

图5示出了具有两个供电和一个在一条桥支路中的开关的开关设备的简化的示意图，

图6示出了根据图5的开关设备，直接在一个供电后面具有短路，

图7示出了直接在一个供电和紧随其后的开关后具有短路，

图8示出了根据图5的开关设备，用于说明具有可换接的接口的开关设备中的总线连接的基本原理。

具体实施方式

图1示出了用于能量分配的开关设备10，具有三个保护开关2、3、4，它们作为低压功率开关构造，并且在供电5上连接。每一个开关都有所属的机械式开关触点，通过这些开关触点能量通过开关2、3、4流动。开关2和3以及2和4串联，也就是说在这些开关对之间没有设置另外的开关。在开关3、4上连接形式为电动机M1、M2的耗电器。借助箭头表示的能流方向RD1、RD2、RD3相应于无干扰的(参考)情况(RD代表Reference Energy Direction，参考能量方向)，其中电能从供电5通过开关2、3、4朝向耗电器(电动机M1、M2)流动。

从供电5出发并且在能流方向RD1、RD2、RD3上看，开关2直接在两个开关3、4之前设置，而两个开关3、4直接在开关2之后设置。

流过直接在后面设置的开关3、4的电能也流过前面设置的开关2。每一个开关2、3、4当一般地说满足一个预先给定的条件(脱扣条件)时分别自动地断开开关触点，这里的条件是当超过能量阈值时，更确切说在规定的条件下立即或者在一个预先给定的延迟时间后。能量阈值通常在短路S时(参见图3)被超过。

开关2、3、4按照层次级(分级地)设置，其中开关2建立一个层次级(等级)，直接在后面设置的开关3、4建立在其下设置的层次级(等级)。然后直接在开关3、4后面设置的开关(这里不存在)建立位于其下的层次级，等等。

开关2、3和2、4通过通信连接6、7彼此连接。连接6、7作为总线连接6a、7a实现。

图2中示意性示出了ZSI系统(通过总线连接6a、7a的开关2、3、4的ZSI连接)的基本结构。可以看到，每一个开关2、3、4都具有正好两个接口(一个接口对)A1和B1、A2和B2、A3和B3，它们作为通信输入ZSI_IN1、ZSI_IN2、ZSI_IN3(接收器的功能)和作为通信输出ZSI_OUT1、ZSI_OUT2、ZSI_OUT3(发送器的功能)起作用(接通)，它们又分别属于一个ETU/ZSI模块ETU/ZSI1、ETU/ZSI2、ETU/ZSI3。ZSI是Zone Selective Interlocking的缩写，而ETU是电子脱扣单元(Electronic Trip Unit)的缩写。

接口对的哪些接口A1、B1、A2、B2、A3、B3作为通信输入ZSI_IN1、ZSI_IN2、ZSI_IN3和哪些作为通信输出ZSI_OUT1、ZSI_OUT2、ZSI_OUT3接通，取决于在无故障情况或者正常情况下的各能流方向RD1、RD2、RD3。

给一个级的每一个开关2和3、4预先给定同一个延迟时间。也就是说该延迟时间对于所有的开关2(这里仅一个开关)和所有的开关3、4(同一级)分别都相同，其朝向供电5增加。

因为开关3、4构成最下面的纪，所以它们优选不延迟地脱扣，也就是说它们的延迟时间是0ms。

例如如果开关3识别到短路，则它通过它的接口A3(因为它在这里作为通信输出ZSI_OUT3接通)向前面设置的开关2发送一个信号，即延迟信号，开关2同样识别到该短路并且此外通过它的接口B1接收该延迟信号，因为接口B1作为通信输入ZSI_IN1接通。通过延迟信号的接收，前面设置的开关2不立即脱扣，而是等待预先给它规定的50ms的延迟时间，也就是说(自身的)脱扣以这种方式至少延迟50ms。如果开关3在经过50ms后始终还不脱扣，则前面设置的开关2脱扣。

这里开关2的延迟时间例如是50ms。(在按照图1的能量分配的情况下，如果在开关3、4之下还存在另一个唯一的级并且它的开关构成最下面的级并且因此相应地不延迟地脱扣，则开关2的延迟时间例如是100ms，而开关3、4的延迟时间是50ms。)

图3示出了图1的开关设备10，但是其中在供电5和开关2之间存在短路S。实际的能流方向FD1、FD2、FD3(FD代表Fault Energy Direction，故障能量方向，亦即代表故障情况下的能流方向，这里是短路情况)分别由所属开关2、3、4中的检测装置ED1、ED2、ED3采集。

在图3中借助箭头示出了(短路决定的)实际的能流方向FD1、FD2、FD3。可以看出，电动机M1、M2在这里在该短路情况下(至少暂时)作为能量发生器起作用，这导致在短路S的方向上(朝向短路位置)的能流，也就是说，所有三个能流方向FD1、FD2、FD3相对于能流方向RD1、RD2、RD3反转(对于它们反过来取向)。

为实现正确的工作方式，必须同样反转通知方向(Melderichtung)，亦即延迟信号的发送进行的方向。关于接口对A1和B1、A2和B2、A3和B3，调换两个接口A1和B1、A2和B2、A3和B3的两种功能(发送器、接收器)，这里在所有三个保护开关2、3、4中。

为此，检测装置ED1、ED2、ED3分别向开关2、3、4的换接装置UD1、UD2、UD3递交能流方向FD1、FD2、FD3，换接装置UD1、UD2、UD3在相对于各能流方向RD1、RD2、RD3方向改变时分别换接或者调换接口对A1和B1、A2和B2、A3和B3的功能。图2中FED1、FED2、FED3、FUD1、FUD2、FUD3代表检测装置ED1、ED2、ED3和换接装置UD1、UD2、UD3的相应的功能。

于是，图3中接口A1、A2、A3由于换接相对于图1作为通信输入ZSI_IN1、ZSI_IN2、ZSI_IN3起作用，而接口B1、B2、B3作为通信输出ZSI_OUT1、ZSI_OUT、ZSI_OUT3起作用。

相应地开关2的脱扣单元ETU/ZSI1在能量条件满足的情况下向开关3、4发送一个延迟信号，开关3、4因此不首先断开，而是在换接后同样等待50ms的延迟时间。相应地开关2的延迟时间现在是0ms，也就是说开关2立即脱扣。

即，一般地来说接口对A1和B1、A2和B2、A3和B3的功能“接收”和“发送”取决于能流方向FD1、FD2、FD3相对于能流方向RD1、RD2、RD3方向是否发生改变而换接(调换)。

图4示出了图3的开关设备的简略图。检测装置ED1、ED2、ED3和换接装置UD1、UD2、UD3在该简略图中未再示出。

图5中示出了开关设备20的一个简化的示意图，开关设备20具有两个供电51和52和具有一个开关5的桥支路5，其相应于图4的简略图。电流分别在能流方向RD1、RD2、RD3、RD4、RD5的方向(箭头)上流动，也就是说，从供电51通过开关1和2朝向电动机1以及从供电52通过开关3和4和通过开关5朝向电动机2流动。即，电动机2在这里由两个供电51和52供给能量。这是正常情况，也就是说当不存在干扰如短路等时。

在图6中在图5的开关设备20内短路S直接位于供电51后开关1前。两个电动机M1、M2由于短路S再次作为能量发生器起作用，使得三个能流在短路S的方向上反转，这通过能流方向FD1、FD2和FD3示出，它们相对于能流方向RD1、RD2和RD3(参见图5)反转。桥支路中的开关5在这里不经历它的能流方向FD5相对于图5中的能流方向RD5反转；这对于开关4相应成立。通过能流方向FD1、FD2和FD3的反转，接口A1、B1、A2、B2、A3、B3的功能分别换接。于是，图6中的接口A1、A2、A3由于换接(调换)相对于图5作为通信输入ZSI_IN1、ZSI_IN2、ZSI_IN3起作用，而接口B1、B2、B3作为通信输出ZSI_OUT1、ZSI_OUT、ZSI_OUT3起作用。相应地开关1在能量条件满足时向等待开关1的信号的开关2和5(通信输入ZSI_IN1、ZSI_IN2、ZSI_IN3分别等待信号)发送一个延迟信号，开关2和5因此不首先断开，而是等待在换接后同样重新分配的延迟时间，而开关1立即脱扣。开关5又通知开关3和4，它首先断开，但是这只有在开关1在开关2的延迟时间结束后未断开时才进行。相应地开关3和4只有在它们的延迟时间结束后才断开。

图7示出了图5的开关设备20，其具有直接在开关1后面的短路S。两个电动机M1、M2再次作为能量发生器起作用，使得两个能量流按照短路S的方向反转，这通过能流方向FD2和FD3示出，它们相对于能流方向RD2和RD3反转。桥支路中的开关5再次不经历它的能流方向FD5相对于图5中的能流方向RD5的反转；相应地这再次对于开关4成立。通过能流方向FD2和FD3的反转，接口A2、B2、A3、B3的功能分别换接。于是，图7中的开关接口A2、A3由于换接相对于图5作为通信输入ZSI_IN2、ZSI_IN3起作用，而开关接口B2、B3作为通信输出ZSI_OUT2、ZSI_OUT3起作用。相应地开关1在满足能量条件的情况下立即脱扣。这同样对于开关2成立。开关5再次通知开关3和4它首先断开。相应地开关3和4在开关5尚未脱扣的条件下只有它们的(通过换接新分配的)延迟时间结束后才断开。

图8中用总线连接再次示出了图5的开关设备20，这些总线连接在这里作为BV1、BV2表示。可以看到，这里三个开关1、2、5的接口B1、A2、B5通过总线连接BV1彼此通信连接，而三个开关5、3、4的接口A5、A3、B4通过总线连接BV2彼此通信连接。在此，总线连接BV1、BV2分别连接开关5、3、4和1、2、5，它们也关于能量流彼此直接连接。该基本原理在所有更复杂的开关设备10、20中也遵守。因此这里总线连接BV1、BV2分别仅彼此连接开关接口B1、A2、B5以及A5、A3、B4，它们等待彼此的信号(延迟信号)或者向彼此发送信号。取决于能流方向FD1、FD5、FD4、FD3和FD2、FD5、FD3、FD4，接口B1、B5、B4、A3相应地作为通信输入ZSI_IN1、ZSI_IN5、ZSI_IN4、ZSI_IN3接通，而接口A2、A5、B3、B4作为通信输出ZSI_OUT2、ZSI_OUT5、ZSI_OUT3、ZSI_OUT4接通。

Claims (2)

1.一种借助开关设备分配能量的方法，在该开关设备中至少两个保护开关彼此直接一个接一个地串联，它们中在能流方向上看一个在另一个之后设置，其中每一个保护开关具有两个接口，两个接口中在互相通信时一个执行发送器的功能，而另一个执行接收器的功能，

其中，当满足预先给定的脱扣条件时保护开关自动断开，并且

其中，后面设置的保护开关在脱扣条件满足时向前面设置的保护开关通过它的作为发送器起作用的接口发送一个信号，并且前面设置的开关通过它的作为接收器起作用的接口接收该信号，并且其中前面设置的保护开关的断开在接收上述信号后分别延迟给定的时间，

其特征在于

如果保护开关的能流方向反转，则将保护开关的两个接口的功能分别调换。

2.一种用于能量分配的保护开关设备，其具有两个彼此直接一个接一个串联的保护开关，它们当满足预先给定的脱扣条件时分别自动断开，并且具有两个接口，两个接口中在互相通信时一个执行通信输入的功能，而另一个执行通信输出的功能，

具有给定的能流方向，

具有通信连接，其连接在能流方向看后面设置的保护开关的通信输出与在能流方向看前面设置的保护开关的通信输入，其中后面设置的保护开关在满足脱扣条件时通过通信输出向前面设置的保护开关的通信输入发送信号，前面设置的开关在接收该信号后分别将断开延迟预先给定的时间区间，

其特征在于，

每一个保护开关具有一个检测装置，其分别采集通过保护开关的能流方向，并且

每一个保护开关具有一个换接装置，其在通过保护开关的能流方向反转时调换该保护开关的两个接口的功能。