CN104283187A - 用于断路装置的差动保护设备,及包括其的电断路装置 - Google Patents

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Abstract

此差动保护设备(22)被设计用于电断路装置(10)，断路装置(10)包括适合于连接至相应电线(12)的至少一个固定触点(14)，在闭合位置和断开位置之间的至少一个可移动触点(16)，在闭合位置中它电连接至相应固定触点(14)，在断开位置中它电绝缘于相应固定触点(14)，以及用于当检测到差动故障时激活可移动触点(16)的断开的致动器(20)。差动保护设备(22)包括用于控制致动器(20)的控制组件(34)。差动保护设备(22)进一步包括用于测量与控制组件(34)相关联的电变量的测量部件(40)，以及用于当测量到的电变量满足预定标准时禁止控制组件(34)的禁止部件(42)。

Description

用于断路装置的差动保护设备,及包括其的电断路装置
技术领域
本发明涉及用于断路装置的差动保护设备。
背景技术
断路装置包括至少两个电导线、适合于连接至相应电导线的至少一个固定触点、以及至少一个可移动触点，该可移动触点或每个可移动触点在其电连接至对应的固定触点的闭合位置与其电绝缘于对应的固定触点的断开位置之间可移动。断路装置还包括用于测量围绕电导线的差动电流的测量环形线，以及用于当经由测量环形线检测到差动故障时激活可移动接触器触点的断开的致动器。差动保护设备包括用于控制该致动器的控制组件。
本发明还涉及具有这样的连接至测量环形线和致动器的差动保护设备的电断路装置。
根据文献FR2 850 495A1，已知前述类型的差动保护设备和断路装置。差动保护设备包括连接至用于差动电流的测量的测量环形线的集成电路。集成电路包括用于比较表示差动电流的信号与参考阈值的部件，以及用于控制致动器用于当检测到差动故障时激活可移动触点的断开的处理部件。集成电路还包括接收所述表示差动电流的信号的信号整流部件，以及连接至整流部件用于滤波由整流部件提供的整流信号并用于向比较部件提供经滤波的整流信号的滤波部件。
包括在断路装置中的致动器是继电器，该继电器包括电磁感应线圈。继电器经由供电端子连接至电导线用于其供电，供电端子被布置在测量环形线和可移动触点之间。
电断路装置被设计为以特定的方向连接电源和电负载，即，该电源连接在可移动触点的上游，而该电负载连接在用于测量差动电流的测量环形线的下游。换言之，当根据计划的方向连接断路装置时，供电端子，尤其是致动器的线圈，被布置在可移动触点和电负载之间。
然而，当以相反方向连接电断路装置时，即电源连接在供电端子，尤其是致动器的线圈的上游，电负载连接在可移动触点的下游，因而电气故障的发生适合于导致致动器的破坏。
发明内容
因此本发明的目标是提供当相反地连接电断路装置时，在电故障发生时，可以避免致动器的破坏的差动保护设备。
为此，本发明的主题内容涉及上述类型的差动保护设备，其中该设备进一步包括用于测量与控制组件相关联的电变量的测量部件，以及用于当测量的电变量满足预定标准时禁止控制组件的禁止部件。
根据本发明的其他有利方面，差动保护设备包括单独采用或根据任何技术上可能的组合的、一个或多个下面的特征：
-测量的电变量是适于流过控制组件的电流；
-控制组件包括两个导电电极和一个控制电极，并且测量的电变量是在控制组件的电极当中的两个电极之间测量的、控制组件的电压；
-控制组件是静态开关，优选地是从包括绝缘栅场效应晶体管、双极晶体管、绝缘栅双极晶体管和晶闸管的组中选择的元件；
-控制组件是晶闸管，并且晶闸管的栅端和晶闸管的阴极之间的连接形成二极管，并且测量部件适于经由在所述二极管两端的电压来测量电流；
-控制组件是晶体管，诸如绝缘栅场效应晶体管、双极晶体管或绝缘栅双极晶体管，并且测量部件适于经由所述晶体管的控制极和漏极或发射极之间的电压来测量电流；
-所述设备包括用于检测差动故障和用于驱动控制组件的检测和驱动部件，检测和驱动部件适于连接至测量环形线以及当检测到差动故障时向控制组件提供控制信号，并且禁止部件适于当测量到的电变量满足预定标准时，禁止控制组件，无论通过检测和驱动部件提供给控制组件的控制信号如何；
-禁止部件包括串联连接在控制组件的控制极以及检测和驱动部件之间的开关，开关断开以便禁止控制组件；
-禁止部件包括连接在控制组件的控制电极和传导电极之间的开关，开关闭合以便禁止控制组件；
-禁止部件包括连接在控制组件的控制电极和传导电极之间的集电极开路晶体管，集电极开路晶体管被导通以便禁止控制组件；
-预定的标准是超过阈值，并且阈值具有预定的值以便在检测到差动故障的情况中致动器激活可移动触点的断开之后通过禁止部件禁止控制组件；
-测量部件包括用于对电变量滤波的滤波组件，滤波组件优选地包括电阻器和电容器；以及
-禁止组件包括连接至测量部件的输出的磁滞比较器。
本发明还涉及电断路装置，诸如差动断路器，包括：
-至少两条电导线，
-至少一个连接至相应电导线的固定触点，
-至少一个可移动触点，该可移动触点或每个可移动触点在闭合位置和断开位置之间可移动，其中闭合位置电连接至相应固定触点，断开位置电绝缘于相应固定触点，
-用于测量差动电流的测量环形线，环形线围绕电导线，
-致动器，用于当经由测量环形线检测到差动故障时，激活可移动触点的断开，以及
-连接至测量环形线和致动器的差动保护设备，
其中差动保护设备如这里上面所定义。
根据本发明的另一有利方面，致动器包括电磁感应线圈，电磁感应线圈的一端连接至控制组件。
附图说明
在参照附图阅读下面纯粹作为非限制性示例提供的描述，本发明的这些典型特征和优点会是显然的，附图中：
-图1是根据本发明的电断路装置的示意图，该电断路装置包括两个固定触点、两个可移动触点、用于测量围绕连接至两个固定触点的两条电导线的差动电流的一个测量环形线、用于激活可移动触点的断开的致动器以及连接至测量环形线和致动器的差动保护设备，
-图2是根据本发明的第一实施例的差动保护设备的电示意图，
-图3是一组曲线，一方面表示图1中所示的在可移动触点中流动的电流，另一方面表示在图1中所示的在致动器的线圈中流动的电流，
-图4和5是根据第一实施例的第一和第二变形的类似于图2中的视图，
-图6是根据本发明的第二实施例的类似于图2中的视图，差动保护设备包括用于控制制动器的晶闸管、用于驱动控制晶闸管的部件、用于测量晶闸管的栅极和阴极之间的电压的部件以及用于当所述电压满足预定标准时禁止该控制晶闸管的部件，
-图7是图6中所示的晶闸管的栅极和阴极之间的所述电压的曲线，
-图8是一组理论曲线，表示在图6中所示的所述禁止部件的两个输入端子和输出端子中的各个电压，以及图6中所示的驱动部件的输出电压，
-图9是一组测量的曲线，一方面表示在图1中所示的致动器的线圈中流动的电流，另一方面表示在图6中所示的在禁止部件的两个输入端子处的各个电压，
-图10是根据本发明的第三实施例的与图1的类似的视图，电断路装置包括一个单一固定触点和一个单一可移动触点，
-图11是根据本发明的第四实施例的与图1的类似的视图，电断路装置包括三个固定触点和三个可移动触点，以及
-图12是根据本发明的第五实施例的与图1的类似的视图，电断路装置包括四个固定触点和四个可移动触点，并且差动保护设备进一步包括充当到图6中所示的禁止部件的数字(开/关)输入的辅助开关。
具体实施方式
在图1中，电断路装置10包括至少两个电导线12、连接至相应电导线12的至少一个固定触点14、以及至少一个可移动触点16，该可移动触点或每个可移动触点在可移动触点16电连接至相应固定触点14的闭合位置以及可移动触点16电绝缘于相应的固定触点14的断开位置之间可移动。
在图1的示例中，电断路装置10包括两条电导线12，即，一条相线和一条中线，两个固定的触点和两个可移动触点14、16，在此示例中包括中线的所有电导线12适于通过断路装置10切断。换言之，在图1中所示的断路装置10对应于带有中线的开关的单相装置。
在图10中示出的变形中，电断路装置10包括两条电导线12，即相线和中线，一个单一固定触点14和一个单一可移动触点16，根据此变形，中线不适于通过断路装置10切断。换言之，根据此变形的断路装置10对应于没有中线的开关的单相装置。
在图11中所示的变形中，电断路装置10是有或无中线开关的三极设备，并且包括三条电导线12、三个固定触点14和三个可移动触点16。在没有中线的开关的三极设备中，三条电导线12是三相导线，中线是分开的并且没有连接到三极设备。在具有中线的开关的三极设备中，三条电导线12是两条相线和一条中线导线。
作为在图12中所示的变形，电断路装置10是具有中线的开关的四极设备，并且包括四条电导线12、四个固定触点和四个可移动触点14、16。
作为图中未示出的变形，电断路装置是没有中线的开关的四极设备10，并且包括四条电导线12、三个固定触点14和三个可移动触点16。
换言之，电断路装置10是具有或没有中线的开关的单相、三极或甚至四极设备，当断路装置10是单相或四极设备时可以没有中线开关。
电断路装置10包括用于测量差动电流的环形线18，环形线18围绕电导线12，以及包括用于当经由测量环形线18检测到差动故障时激活可移动触点16的断开的致动器20。
电断路装置10还包括连接至测量环形线18和致动器20的差动保护设备22。
例如，电断路装置10是差动断路器。
测量环形线18包括例如围绕电导线12的初级绕组24、次级绕组26以及连接至次级绕组26的分路电阻器28，分路电阻器28提供将在次级绕组26中流动的电流转换为模拟-数字转换器可测量的电压的能力。测量环形线18适于经由次级绕组26和负载电阻器28向差动保护设备22输出交流电压。
作为变形，测量环形线18是Rogowski环形线，并且也适合于向差动保护设备22提供交流电压。
致动器20例如是继电器。继电器20包括电磁感应线圈30，该电磁感应线圈适于触发可移动触点16从其闭合位置到其断开位置的移置。换言之，致动器20适于控制可移动触点16的断开。
另外，致动器20包括变阻器32用于防止过电压，变阻器32被布置在线圈30和差动保护设备22之间。从而变阻器32适于使差动保护设备22免受过电压。
差动保护设备22包括用于控制致动器的控制组件34，以及用于检测差动故障和用于驱动控制组件的部件36。差动保护设备22还包括用于所述检测和驱动部件的供电电路38。
根据本发明，差动保护设备22包括用于测量与控制组件34相关联的电变量的部件40，以及用于当测量出的电变量满足预定标准时禁止控制组件的部件42，如图1和2中所示，在图2中用更详细地表示图1的框区域Ⅱ。
控制组件34连接至电磁感应线圈30的一端，电磁感应线圈30的另一端连接至相应电导线12。
在所述的实施例中，控制组件34包括晶闸管44。作为变形，控制组件34包括绝缘栅场效应晶体管，也被称为MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor的简称)，双极晶体管，绝缘栅双极晶体管，也被称为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor的简称)。控制组件34优选地包括静态开关，诸如从以下组成的组中选择的元件：绝缘栅场效应晶体管、双极晶体管、绝缘栅双极晶体管和晶闸管。
一般而言，控制组件34是作为在导电状态和非导电状态之间可控制的静态开关，并且包括控制电极，该控制电极用于具体控制开关的断开，即从其导电(开启)状态到其不导电(关断)状态的通道(passage)。控制组件34还包括两个导电电极，用于当开关处于“开启”状态时的电流的流动。
当控制组件34包括晶闸管时，控制电极被称为栅极，并且各传导电极被分别称为阳极和阴极。当控制组件34包括MOSFET或IGBT时，控制电极被称为栅或者甚至栅极，并且当控制组件34包括双极晶体管时，控制电极被称为基或甚至基极。当控制组件34包括IGBT或双极晶体管时，导电电极被分别称为集电极和发射极，而当控制组件34包括MOSFET时，各传导电极被分别称为源和漏，或甚至源极和漏极。
检测和控制部件36包括未示出的用于比较代表差动电流的信号与第一阈值的部件，该代表信号从测量环形线18发出。检测和控制部件36包括未示出的用于当通过比较部件检测到差动故障时驱动控制组件34的处理部件。
另外，检测和控制部件36包括未示出的接收所述代表差动电流的信号的整流部件，以及未示出的连接至整流部件用于滤波由整流部件提供的整流信号并用于向比较部件提供滤波的整流信号的滤波部件。
例如，检测和控制部件36以专用集成电路的形式配置。
供电电路38包括整流器36，该整流器36一方面连接至电导线12，并且另一方面连接至控制组件34连接到的线圈30的一端，整流器46适于对来自电导线12的交流电压整流以便向检测和控制部件36提供直流电压。供电电路38另外包括电阻器48和电容器50，电阻器48和电容器50连接在整流器46以及检测和控制部件36之间，以便滤波来自整流器46的电压同时还减小此整流的电压的值。
供电电路38具有两个输出端子51A、51B，即正端子51A和负端子51B，适于向检测和驱动部件36以及禁止部件42输出直流电压。
根据第一实施例，通过测量部件40测量的电变量是适于在控制组件34中流动的电流。因而测量部件40包括用于测量在控制组件中流动的电流的元件52，测量元件例如适于提供其值为测量的电流的函数的电压。
另外，测量部件40包括测量的电变量的滤波组件54。在所述的实施例中，滤波组件54是用于获得由测量组件52提供的电压的平均值的第一级滤波器。
禁止部件42适于当测量出的电变量满足预定标准时禁止控制组件34。预定标准例如是超过第二阈值，并且第二阈值具有预定值，使得如果检测到差动故障，则在致动器20激活可移动触点16的断开之后通过禁止部件42禁止控制组件34。
控制组件34的术语禁止被理解为指代控制组件34到其不导电状态的压倒性(overriding)命令，无论另外从检测和驱动部件36最后接收到的命令次序如何。然后控制组件34的禁止允许在致动器20中流过的电流的零交叉，例如在电磁感应线圈30中流动的电流的零交叉。
禁止部件42包括例如磁滞比较器56，该磁滞比较器56连接至测量部件40的输出以便比较从测量部件40导出的测量到的电变量与第二阈值。
晶闸管44的阳极连接至电磁感应线圈30。晶闸管44的栅极一方面连接至检测和驱动部件36，并且另一方面连接至禁止部件42。晶闸管44的阳极连接至测量部件40。
在图2中所示的实施例中，测量元件52适于测量在晶闸管44中流动的电流，即，在电磁感应线圈30中流动的电流。测量元件52包括例如连接至晶闸管44的阳极的第一电阻器58。
在图2中的实施例的示例中，滤波组件54包括第二电阻器60和电容器62。滤波组件54也被称为RC滤波器。电容器62连接在第一电阻器58和磁滞比较器56的通过符号“-”标记的反相输入之间，并且第二电阻器60连接在晶闸管44的阳极和磁滞比较器56的反相输入之间。
磁滞比较器56包括上面描述的连接至滤波组件54的输出的反相输入、通过符号“+”标记的非反相输入、具有参考电压的端子Vref以及输出端子64，例如具有断开的集电极。
磁滞比较器56还包括第一供电端子Vdd和第二供电端子Vss，分别连接至供电电路38，如图2中所示。
磁滞比较器56包括连接在其端子Vref和其反相输入之间的第三电阻器66。
例如，第二预定阈值是存在于磁滞比较器56的非反相输入处的电压，以便与作为第一电阻器58的端子两端的电压的平均值的函数并且存在于磁滞比较器56的反相输入处的电压比较，所述平均值从滤波组件54导出。在图2中所示的实施例的示例中，第二阈值由参考电压通过第三电阻器66来加偏压。
在所述的实施例的示例中，比较器的输出端子64直接连接到控制组件34，例如直接到晶闸管44的栅端。
现在将说明根据此第一实施例的差动保护设备22的操作。
在没有差动故障电流时，控制组件34，尤其是晶闸管44，不受控制，并且晶闸管44的控制电压为空。因此在磁滞比较器的反相输入处的电压值从而为空，因此小于存在于比较器56的非反相输入处的电压，非反相输入通过严格正值被加偏压在第二阈值的值。磁滞比较器56的输出端子64从而处于高阻抗的状态，然后控制组件34不被禁止。
在存在差动故障电流并且当相反地连接电断路装置10，即，电源连接在测量环形线18和可移动触点16的上游时，检测和驱动部件36通过电流命令驱动控制组件34，尤其是晶闸管44，并且晶闸管44的栅端电压然后基本上等于0.7V。滤波组件54然后对第一电阻器58两端的电压取平均，并且在磁滞比较器56的反相输入上输出作为在电磁感应线圈30中流动的有效电流的函数的电压。当电磁感应线圈30中的电流增加时，在晶闸管44中流动的电流增加，并且存在于比较器56的反相输入处的电压也增加，直到它变为大于第二阈值的值。然后磁滞比较器56的输出端子64进入到低阻抗状态中，其禁止控制组件34，尤其是晶闸管44。然后在电流零交叉的时刻关断晶闸管44。
应该注意到，然后通过禁止部件42禁止控制组件34，尤其是晶闸管44，无论通过检测和驱动部件36提供给控制组件34的命令信号如何。换言之，当通过测量部件40测量到的电变量满足预定标准，诸如超过第二阈值时，那么禁止部件42适于禁止控制组件34，无论通过检测和驱动部件36提供给控制组件34的命令信号如何。
更具体地，当电磁感应线圈30中的电流足够实现可移动触点16的断开的激活时并且当半周期是负时，存在于磁滞比较器56的反相输入处的电压变得高于存在于磁滞比较器56的非反相输入上的电压。
在图3中，曲线80表示流过可移动触点16的电流，并且曲线82表示在电磁感应线圈30中流动的电流。那么根据在可移动触点16的断开之后的第一负关周期中，观察到通过利用使用禁止部件42禁止控制组件34，而取消电磁感应线圈30中的电流，其中可移动触点16的断开是通过检测和驱动部件36控制的激活的结果。
因而根据本发明的差动保护设备22使得可以在电故障发生时限制电磁感应线圈30的发热，从而避免致动器20的破坏，尤其是当相反地连接电断路装置10时。
此外差动保护设备22也不昂贵，因为它不需要添加直接连接在电导线12之间的辅助电力开关。在所述实施例的示例中，差动保护设备22不包括直接布置在电导线12之间的辅助电力开关。
图4示出第一实施例的第一变形，其中与先前参照图1至3描述的第一实施例的一样的元件以一样的参考标号标记，并且从而不再描述。
根据此变形，禁止部件42包括适于禁止控制组件34的开关90，开关90经由第四电阻器92连接至磁滞比较器56的输出端64。开关90串行连接在检测和驱动部件36以及晶闸管44的栅端之间。
存在于磁滞比较器56的非反相输入上的第二阈值通过参考电压Vref经由第五电阻器94和第六电阻器96来加偏压，其中第五电阻器94连接在非反相输入和所述参考电压Vref之间，第六电阻器96连接在磁滞比较器56的输出端子64和非反相输入之间。
以类似于先前在上面描述的方式，如此预定第二阈值使得如果检测到差动故障，则在致动器20触发可移动触点16的断开之后通过禁止部件42禁止控制组件34。
第一实施例的第一变形的操作类似于上面已经描述的。实际上，在存在差动故障电流时并且当相反地连接电断路装置10时，磁滞比较器56检测第一电阻器58两端的电压(此电压是流过电磁感应线圈30的电流的函数)的平均值超过第二阈值的值的时刻，此平均值从滤波组件54导出。磁滞比较器56然后经由其输出端子64命令开关90的断开，其禁止控制组件34，尤其是晶闸管44。换言之，当控制组件是晶闸管34时，控制组件34经由串联在栅端的输入处的断路器利用开关90来禁止，或者当控制组件34是诸如绝缘栅场效应晶体管、双极晶体管或绝缘栅双极晶体管的晶体管时，控制组件34实际上经由串联在栅极或基极的输入处的断路器利用开关90来禁止。
这个第一变形的优势与之前在上面描述的用于第一实施例的一样；并且不会再描述。
图5示出第一实施例的第二变形，其中与先前在上面参照图4描述的第一实施例的第一变形的那些一样的元件通过一样的参考标号来识别，并且不会再描述。
根据此第二变形，禁止部件42包括适于禁止控制组件34的开关98，开关98连接在晶闸管44的栅端和供电电路的负输出端51B之间。
存在于磁滞比较器56的非反相输入上的第二阈值也是通过参考电压Vref经由第五电阻器94和第六电阻器96来加偏压，其中第五电阻器94连接在非反相输入和所述参考电压Vref之间，第六电阻器96连接在磁滞比较器56的输出端子64和非反相输入之间。
第一实施例的第二变形的操作类似于先前在上面描述的第一变形的那些，差别在于在存在差动故障电流并且当相反地连接电断路装置10时，磁滞比较器56经由其输出端子64命令开关98闭合，其通过将晶闸管44的栅端连接至供电电路的负输出端子51B来禁止控制组件34，特别是晶闸管44。换言之，经由栅端和阴极之间的短路(当控制组件34是晶闸管时)，或经由栅极和漏极之间、基极和发射极之间，或分别是栅极和发射极之间的短路(当控制组件34是诸如绝缘栅场效应晶体管、双极晶体管或分别是绝缘栅双极晶体管的晶体管时)，利用开关98来禁止控制组件34。
这个第二变形的优势与之前在上面对于第一实施例描述的一样；并且不会再描述。
图6至9示出本发明的第二实施例，其中与先前在上面描述的第一实施例的那些一样的元件通过一样的参考标号来识别，并且不会再描述。
根据此第二实施例，通过测量部件40测量的电变量是在控制组件34的三个电极当中的两个电极之间测量的控制组件34的电压。
例如，测量的电压是控制组件34的控制电压，即栅端电压，即当控制组件34是晶闸管时，在栅端和阴极之间的电压，或者当控制组件34是IGBT时，在栅极和发射极之间的电压，或者甚至当控制组件34是MOSFET时，在栅极和漏极之间的电压。
作为变形，当控制组件34是IGBT时，测量的电压是在集电极和发射极之间的电压，或者甚至当控制组件34是MOSFET时，是在源极和漏极之间的电压。
那么测量部件40包括用于对所述电压采样的元件100。
另外，测量部件40包括用于对测量的电变量滤波的组件54。在图6中所示的实施例的示例中，滤波组件54是可以获得通过采样单元100采样的电压的平均值的第一阶滤波器。
禁止部件42适于当测量到的电变量满足预定标准时禁止控制组件34。预定标准例如是超过第二阈值，并且第二阈值具有预定值，使得如果检测到差动故障，则在致动器20激活可移动触点16的断开之后通过禁止部件42禁止控制组件34。
禁止部件42包括例如连接至测量部件40的输出的磁滞比较器56，以便比较源自测量部件40的测量到的参数与第二阈值。
晶闸管44的阳极连接至电磁感应线圈30。晶闸管44的栅端连接至检测和驱动部件36、禁止部件42、以及采样元件100。晶闸管44的阴极连接至滤波组件的电容器62。
在图6中所示的实施例的示例中，采样元件100是连接在晶闸管44的栅端和滤波组件的第二电阻器60之间的电线的形式。
在图6中所示的实施例的示例中，滤波组件54包括第二电阻器60和电容器62。电容器62连接在晶闸管44的阴极和磁滞比较器56的反相输入之间，并且第二电阻器60连接在晶闸管44的栅极和磁滞比较器56的反相输入之间。
磁滞比较器56包括连接至滤波组件54的输出的反相输入、非反相输入、以及输出端子64，例如具有开路集电极。换言之，禁止部件包括连接在晶闸管44的栅端和晶闸管44的阴极之间的开路集电极晶体管，开路集电极晶体管被导通以便禁止控制组件34。
磁滞比较器56还包括连接至供电电路38的第一和第二供电端子Vdd、Vss。
磁滞比较器56包括连接在输出端子64和供电端子Vdd之间的第七电阻器102。
预定值的第二阈值是存在于磁滞比较器56的非反相输入的电压，以便与作为从采样元件100发出的电压的平均值的函数并且存在于磁滞比较器56的反相输入处的电压比较，所述平均值源自滤波组件54。在图6中所示的实施例的示例中，第二阈值通过从端子Vdd接收的比较器56的供电电压来加偏压，非反相输入直接连接至输出端子64，其自身经由第七电阻器102连接至供电端子Vdd。
在所述实施例的示例中，比较器的输出端子64直接连接到控制组件34，例如直接连接至晶闸管44的栅端。
根据此第二实施例的差动保护设备22的操作现在将借助于图7至9来说明。
根据此第二实施例的差动保护设备22运用以下事实：晶闸管的栅端和阴极之间的连接(junction)对应于二极管。
当通过将控制电流施加到其栅端来控制晶闸管时，那么栅端和阴极之间的电压是具有与二极管电压对应的约0.7V的偏移的在电磁感应线圈30中流动的电流的镜像，并且在栅端和阴极之间的电压对应于在图7中可见的理论曲线110。
在所述实施例的示例中，滤波组件54是第一阶滤波器，并且充当栅端电压的平均。从而，通过图8中的理论曲线120表示的在比较器56的反相输入处的电压是栅端电压的平均值，该值逐渐增加直到它超过达到0.7V的二极管电压，从而包括在所述二极管电压和栅端电压的峰值之间，达到1.6V。
栅端电压还充当用于第二阈值的参考。然而，通过图8中的理论曲线122表示的在比较器56的非反相输入处的电压对应于栅电压，在图7中也可见。
在图8中，理论曲线124表示检测和驱动部件36的输出的状态，其可以适于取低状态和高状态当中的两个值，高状态对应于在检测到差动故障时来自控制组件34的命令，并且低状态对应于没有检测到差动故障时没有来自控制组件34的命令。
理论曲线126表示比较器56的输出的状态，其可以适于取低状态和高状态当中的两个值，高状态对应于比较器的开路集电极输出晶体管处于导电(“开启”)模式的可能性，并且输出端子64然后位于0V，并且曲线126的低状态对应于比较器的开路集电极输出晶体管处于非导电(“关闭”)模式的可能性，并且输出端子64然后处于高阻抗状态中。换言之，曲线126的高状态对应于控制组件34，特别是晶闸管44的禁止，无论通过检测和驱动部件36提供给控制组件34的控制信号如何。曲线126的低状态对应于没有禁止控制组件34，然后控制组件34通过检测和驱动部件36来驱动。
在没有差动故障电流时，图8中在时刻t0之前，没有命令控制组件34，特别是晶闸管44(曲线124位于低状态)，并且晶闸管44的控制电压，即栅端电压，为空。然后存在于磁滞比较器56的反相输入处的电压为空，从而没有高于存在于比较器56的非反相输入处的电压，非反相输入被加偏压在然后为空的栅端电压。磁滞比较器56的输出端子64从而处于高阻抗的状态，然后控制组件34不被禁止(曲线126处于低状态)。
在存在差动故障电流并且当相反地连接电断路装置10，即，电源连接在测量环形线18和可移动触点16的上游时，检测和驱动部件36利用电流命令驱动控制组件34，特别是晶闸管44，并且晶闸管44的栅端电压在约0.7V和1.66V之间变化。在图8中，从滤波组件54发出的平均电压(曲线120)逐渐增加，直到它在时刻t1超过栅端电压(曲线122)。在此时刻t1，通过比较器56检测到超过第二阈值。磁滞比较器56的输出端子64然后进入到低阻抗状态中，其从而禁止控制组件34，特别是晶闸管44(曲线126处于高状态)。然后在图8中的时刻t2，晶闸管44在电流的零交叉的时刻关断。
应该注意到在此时刻t2，栅端电压(曲线122)为空，即使检测和驱动部件36的输出仍然是来自控制组件34的命令(曲线124处于高状态)。换言之，控制组件34然后被禁止部件禁止，即使控制组件34继续接收来自检测和驱动部件36的命令信号。
此外滤波组件54还以这样的方式定尺寸(dimension)，使得在图8中的时刻t4从滤波组件54发出的平均电压被消除(cancel out)并且磁滞比较器56的输出端子64返回高阻抗的状态，控制组件34然后不再被禁止(曲线126处于低状态)之前，比较器56的输出保持在低阻抗状态，即，在控制组件34的禁止状态，持续足够长的时段以便检测和驱动部件36的输出在图8中的时刻t3返回低状态。
在图9中，曲线130至134示出执行的测试的结果，曲线130表示在比较器56的反相输入上的电压，或者甚至施加到晶闸管44的栅端的控制电压，栅端电压充当用于第二阈值的参考。曲线132表示在比较器56的非反相输入上的电压，即源自滤波组件54的栅端的电压的平均，并且曲线134表示在电磁感应线圈30中流动的电流。然后观察到当在比较器56的反相输入上的电压高于在比较器56的非反相输入上的电压时，通过使用禁止部件42禁止控制组件34，而消除电磁感应线圈30中的电流。
根据此第二实施例的差动保护设备22因而也可以在电故障发生时限制电磁感应线圈30的发热，从而避免致动器20的破坏，尤其是当相反地连接电断路装置10时。
此外差动保护设备22也是便宜的，因为它不需要添加直接连接在电导线12之间的辅助电力开关。在此第二实施例中，差动保护设备22也不包括直接布置在电导线12之间的辅助电力开关。
图10示出本发明的第三实施例，其中与先前在上面描述的第一或第二实施例中的那些一样的元件通过一样的参考标号来识别，并且不会再描述。
根据此第三实施例，电断路装置10包括两条电导线12，即相线和中线，一个单一固定触点14和一个单一可移动触点16，根据此第三实施例中线不适于通过断路装置10进行开关。换言之，根据此第三实施例的断路装置10对应于没有中线的开关的单相装置。
通过测量部件40测量的电变量是适于流过控制组件34的电流，诸如先前在上面关于第一实施例描述的，或者实际上是控制组件34的电压，诸如先前关于第二实施例描述的。
当测量的变量是适于流过控制组件34的电流，则第三实施例的操作与先前在上面关于第一实施例描述的一样，或者当测量的变量是控制组件34的电压时，第三实施例的操作实际上与先前在上面关于第二实施例描述的一样。
第三实施例的优势与先前在上面关于第一和第二实施例描述的一样。
图11示出本发明的第四实施例，其中与先前在上面描述的第一或第二实施例中的那些一样的元件通过一样的参考标号来识别，并且不会再描述。
根据此第四实施例，电断路装置10包括三条电导线12，即三条相线，三个固定触点14和三个可移动触点16。换言之，根据此第四实施例的断路装置10是具有或没有中线的开关的三极装置。
根据此第四实施例，控制组件34是在导电状态和非导电状态之间可控制的静态开关。例如，控制组件34包括晶体管144，诸如双极晶体管，或甚至具有绝缘栅的双极晶体管，也叫做IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor的简称)。作为变形，控制组件34包括晶闸管。
根据此第四实施例，整流器46直接连接至电导线12，致动器20然后被布置在整流器46和检测部件36之间。在三相或四极断路装置的情况中，将致动器20的线圈30连接在整流器46和检测部件36之间，即，整流器46下游的行为，可以在失相的情况下避免致动器20的控制的中断。
当测量的变量是适于流过控制组件34的电流时，此第四实施例的操作与先前在上面关于第一实施例描述的一样，或者当测量的变量是控制组件34的电压时，此第四实施例的操作实际上与先前在上面关于第二实施例描述的一样，惯例是晶闸管44的栅端对应于IGBT144的栅极，晶闸管44的阳极和阴极分别对应于IGBT144的集电极和发射极。
此第四实施例的优势与先前在上面关于第一和第二实施例描述的一样。
图12示出本发明的第五实施例，其中与先前在上面描述的第一或第二实施例中的那些一样的元件通过一样的参考标号来识别，并且不会再描述。
根据此第五实施例，电断路装置10包括四条电导线12，即三条相线和一条中线，四个固定触点14和四个可移动触点16。换言之，根据此第五实施例的断路装置10是具有中线的开关的四极装置。
根据此第五实施例，控制组件34是静态开关，并且在导电状态和非导电状态之间可控制。例如，控制组件34包括晶体管144，诸如双极晶体管，或甚至具有绝缘因为绝缘栅的双极晶体管，也叫做IGBT(Insulated GateBipolar Transistor的简称)。作为变形，控制组件34包括晶闸管。
根据此第五实施例，并且以类似于第四实施例的方式，整流器46直接连接至电导线12，致动器20然后被布置在整流器46和检测部件36之间，即，在整流器46的下游。
差动保护设备22还包括连接在供电电路38和禁止部件42之间的辅助开关150，辅助开关150通过致动器20控制。更精确地，辅助开关150连接在一方面与供电电路38的电阻器48和电容器50公共的端子以及另一方面滤波器54之间。在这种情况下，通过使用正常地断开的开关150，使得辅助开关150的致动相对于可移动触点16的致动相反，或者通过使用正常地闭合的开关150，使得辅助开关150的致动实际上相对于可移动触点16的致动不相反，并且然后比较器56的输入被改序。
此外，当测量的变量是适于流过控制组件34的电流时，此第五实施例的操作与先前在上面关于第一实施例描述的一样，或者当测量的变量是控制组件34的电压时，此第五实施例的操作实际上与先前在上面关于第二实施例描述的一样，惯例是晶闸管44的栅端对应于IGBT144的栅极，晶闸管44的阳极和阴极分别对应于IGBT144的集电极和发射极。
此第五实施例的优势与先前在上面关于第一和第二实施例描述的一样。
辅助开关150形成对禁止部件42的数字(开/关)输入，并且当作为检测到差动故障的结果而激活断路器时，辅助开关150另外提供避免来自致动器的电磁感应线圈30的不必要的杂散(stray)命令的能力，从而提供为磁性线圈30的更大的保护。换言之，辅助开关150可以确认断路器的可移动触点16的断开。
另外，或作为变形，未示出，差动保护设备22包括连接在供电电路38和检测和驱动部件36之间的辅助开关，所述辅助开关被致动器20控制。根据此变形，当其处于非导电状态时，辅助开关此外还可以切断检测和驱动部件36的供电，这导致控制组件34被关掉，从而为磁性线圈30提供更大的保护。换言之，在作为检测到差动故障的结果而激活之后，通过避免来自电磁感应线圈30的不必要的杂散命令，辅助开关还可以确认断路器的可移动触点16的断开。
根据此第五实施例的辅助开关150可以区别于可以直接连接在电导线12之间的辅助供电开关，因为它们不是直接连接在电导线12之间，并且被提供用于中断诸如低于10mA的电流的低功率电流的通过，而不是诸如大于500mA的电流的高功率电流，即流过电导线12的电流的通过。因而根据此第五实施例，差动保护设备22也是便宜的，因为它不需要添加直接连接在电导线12之间的辅助电力开关。
因而理解，当相反地连接电断路装置10时，在电故障发生时，根据本发明的差动保护设备22可以避免致动器20的破坏。

Claims (17)

1.一种用于电断路装置(10)的差动保护设备(22)，断路装置(10)包括适合于连接至相应电导线(12)的至少一个固定触点(14)，至少一个可移动触点(16)，每个可移动触点(16)在闭合位置和断开位置之间可移动，在闭合位置中可移动触点电连接至相应固定触点(14)，在断开位置中可移动触点电绝缘于相应固定触点(14)，以及用于当检测到差动故障时激活可移动触点(16)的断开的致动器(20)，
差动保护设备(22)包括：
-用于控制致动器(20)的控制组件(34)，
其中差动保护设备(22)进一步包括用于测量与控制组件(34)相关联的电变量的测量部件(40)，以及用于当测量到的电变量满足预定标准时禁止控制组件(34)的禁止部件(42)。
2.根据权利要求1所述的设备(22)，其中测量的电变量是适于流过控制组件(34)的电流。
3.根据权利要求1所述的设备(22)，其中控制组件(34)包括两个导电电极和一个控制电极，并且测量的电变量是在控制组件(34)的电极当中的两个电极之间测量到的、控制组件(34)的电压。
4.根据前述权利要求中的任何一个所述的设备(22)，其中控制组件(34)是静态开关。
5.根据权利要求4所述的设备(22)，其中静态开关是从包括绝缘栅场效应晶体管、双极晶体管(144)、绝缘栅双极晶体管和晶闸管(44)的组中选择的元件。
6.根据权利要求3所述的设备(22)，其中控制组件(34)是晶闸管(44)，并且在晶闸管(44)的栅端和晶闸管(44)的阴极之间的连接形成二极管，并且测量部件(40)适于经由在所述二极管两端的电压来测量电流。
7.根据权利要求3所述的设备(22)，其中控制组件(34)是晶体管，并且测量部件(40)适于经由在所述晶体管的控制电极和漏极或发射极之间的电压来测量电流。
8.根据权利要求7所述的设备(22)，其中晶体管是从包括绝缘栅场效应晶体管、双极晶体管(144)和绝缘栅双极晶体管的组中选择的元件。
9.根据前述权利要求中的任何一个所述的设备(22)，其中设备(22)包括用于检测差动故障并用于驱动控制组件(34)的检测和驱动部件(36)，检测和驱动部件(36)适于连接至测量环形线(18)和当检测到差动故障时向控制组件(34)提供控制信号，并且禁止部件(42)适于当测量到的电变量满足预定标准时禁止控制组件(34)，无论通过检测和驱动部件(36)提供给控制组件(34)的控制信号可能如何。
10.根据权利要求9所述的设备(22)，其中禁止部件(42)包括串联连接在检测和驱动部件(36)以及控制组件(34)的控制电极之间的开关(90)，开关(90)断开以便禁止控制组件(34)。
11.根据权利要求9所述的设备(22)，其中禁止部件(42)包括连接在控制组件(34)的控制电极和传导电极之间的开关(98)，开关(98)闭合以便禁止控制组件(34)。
12.根据权利要求9所述的设备(22)，其中禁止部件(42)包括连接在控制组件(34)的控制电极和传导电极之间的集电极开路晶体管，集电极开路晶体管导通以便禁止控制组件(34)。
13.根据前述权利要求中的任何一个所述的设备(22)，其中预定标准是超过阈值，并且阈值具有预定的值使得在检测到差动故障的情况下致动器激活可移动触点(16)的断开之后通过禁止部件(42)禁止控制组件(34)。
14.根据前述权利要求的任何一个所述的设备(22)，其中测量部件(40)包括用于对电变量滤波的滤波组件(54)，滤波组件(54)包括电阻器(60)和电容器(62)。
15.根据前述权利要求中的任何一个所述的设备(22)，其中禁止部件(42)包括连接至测量部件(40)的输出的磁滞比较器(56)。
16.一种电断路装置(10)，包括：
-至少两条电导线(12)，
-连接至相应电导线(12)的至少一个固定触点(14)，
-至少一个可移动触点(16)，该可移动触点(16)或每个可移动触点(16)在闭合位置和断开位置之间可移动，在闭合位置中它电连接至相应固定触点(14)，在断开位置中它电绝缘于相应固定触点(14)，
-用于测量差动电流的测量环形线(18)，环形线(18)围绕电导线(12)，
-致动器(20)，用于当经由测量环形线(18)检测到差动故障时，激活可移动触点(16)的断开，以及
-连接至测量环形线(18)和致动器(20)的差动保护设备(22)，
其中所述差动保护设备(22)是根据前述权利要求的任何一个。
17.根据权利要求16所述的装置(10)，其中致动器(20)包括电磁感应线圈(30)，电磁感应线圈(30)的一端连接至控制组件(34)。
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