CN104428968B - 用于安全切换光伏机组的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于安全切换光伏机组(2)的设备(1)，该设备具有带输入接口(E1,2)和输出接口(Ai,2)的分离开关(10)，其中，分离开关(9)构造为开关模块，该开关模块具有模块壳体(20)并且在壳体内部具有用于分离在其中一个输入接口(E1,2)与其中一个输出接口(A1,2)之间的至少一个电流路径(17、18)的开关接触件(15、16)，并且其中，模块化的电流传感器(10)设置成用于装配在分离开关(9)的模块壳体(20)上。

Description

用于安全切换光伏机组的设备
技术领域
本发明涉及一种用于安全切换光伏机组(PV机组)的设备，该设备具有分离开关，该分离开关具有用于联接到一定数量的彼此互联的光伏模块(PV模块)上的输入接口和用于联接逆变器的输出接口。
背景技术
由DE 10 2011 008 140 A1公知了用于在直流侧出现电弧的情况下安全切换光伏机组的方法和设备。公知的设备包括逆变器，电弧传感器在直流侧接在该逆变器之前，该电弧传感器与用于功率控制的控制装置连接。在传感器检测到电弧的情况下，借助控制装置进行对功率控制的调节，其中，在归类为串联电弧的情况下，控制装置借助串联在转换器之前的分离开关导致转换器的直流侧的分离，并且在归类为并联电弧的情况下，控制装置借助与转换器并联的短路开关导致转换器的直流侧的短路。
由DE 10 2009 022 508 A1公知了一种用于光伏机组的开关设备，在该开关设备中，在引向两个接口的馈线中设置用于打开接触件位的开关机构以及旁路，该旁路布置在两个接口之间且在开关机构之前并且本身具有用于闭合接触件位的开关机构。这些开关机构以如下方式彼此联接，即，使得在操纵开关设备时首先打开在两个馈线中的开关机构的接触件位并且随后以具有时间延时的方式闭合旁路中的开关机构的接触件位。公知的开关设备尤其在使用消防设施的情况下用于将光伏机组切断电流和电压，以便在使用灭火器的情况下防止由于电击或电弧造成的损伤。
由EP 2 315 328 A2公知的是：在光伏机组的一定数量的具有串联的光伏模块的串路(strings)的每个中，不仅在正电流路径中而且也在负电流路径中都设置有保护装置，该保护装置具有过流保护器(over current protector过流保护器)、电弧保护器(arcfault protector电弧故障保护器)、逆流保护器(reverse current protector逆流保护器)和/或接地保护器(ground fault protector接地故障保护器)。
由WO 2005/098458A1公知了一种用于检测尤其是突然的电流变化的电流传感器，该电流传感器具有铁磁的联接元件、以一定数量的次级线匝环绕该联接元件的传感器绕组以及引导电流的激励绕组。公知的电流传感器用于检测由电弧导致的电流变化。
为了评估由电弧导致的快速电流变化，由DE 10 2007 013 712 A1公知在又使用由传感器绕组和以其环绕共同的联接元件缠绕的激励绕组构成的电流传感器的情况下产生具有依赖于传感器的频率带宽的对于时间进行微分的传感器信号。将由该传感器信号产生的评估信号与阈值进行比较，其中，产生归一化的信号，其脉冲持续时间延长到预给定的时间值。
由DE 20 2009 004 198 U1公知了一种用于切断光伏发生器与逆变器之间的直流电流的分离设备，其中，分离设备具有引导电流的机械式开关和与其并联的半导体电子器件。在由电弧导致机械式开关打开的情况下，通过开关产生的电弧电压使半导体电子器件导电，该半导体电子器件在机械式开关闭合时是阻断电流的。
发明内容
本发明的任务在于提供一种特别适用于安全切换光伏机组的设备。
根据本发明，该任务通过权利要求1的特征来解决。有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。
根据本发明的设备包括分离开关，该分离开关具有用于联接到光伏机组的一定数量的彼此互联的光伏模块上的输入接口和用于联接尤其是逆变器的输出接口。分离开关实施为开关模块，并且包括具有在壳体内部用于分离在其中一个输入接口与其中一个输出接口之间的电流路径的至少一个开关接触件的模块壳体。此外，还设置有模块化的电流传感器，该电流传感器设置成用于装配在分离开关的模块壳体上。电流传感器不仅可以布置在正电流路径中而且也可以布置在负电流路径中。
电流传感器优选设置并设立成用于无接触式地或电流分离地检测到流过电流路径的电流。特别优选的是，电流传感器是所谓的直接成像的电流传感器，其具有环状芯和测量绕组或霍尔传感器。电流传感器的主要元件是环状芯。该环状芯可以根据罗氏线圈(Rogpwski-Spule)的类型来实施，尤其是用以检测电流变化(di/dt)，或者实施为铁磁的环状芯或实施为具有用于霍尔传感器的气隙的切开的环状芯。霍尔传感器或环绕环状芯或环状芯的一部分的测量绕组用于截取感应出的电流或例如在分离开关的相应的电流路径中由电弧导致的快速电流变化。
电流传感器具有带通孔的传感器壳体，电流传感器或者说其环状芯在壳体内部与该通孔同轴地布置。换而言之，电流传感器或者说其环状芯以如下方式在壳体内部布置在通孔的区域中，即，使该通孔和电流传感器或者说其环状芯的开口彼此对齐。
电流传感器的这种设计能够通过如下方式实现以简单的方式和方法在分离开关上的安装和装配，即，使引导要检测的电流的线路可以穿过传感器壳体的通孔和环状芯直接地，也就是说没有弯曲且不与电路板或类似物接触地引向分离开关的相应的输入或输出接口(输入或输入端子)。
因此按照有利方式，电流传感器实施为模块化的构件，该构件以如下方式与分离开关的模块壳体机械连接，即，使传感器壳体的通孔和环状芯以及分离开关的输入或输出接口彼此对齐，从而使引导电流的线路可以按常见方式引向分离开关的相应的接口并且在那里与其接触。
在壳体内部，也就是说在分离开关的模块壳体或传感器壳体内部设置有用于评估检测到的电流并且尤其用于探测干扰电弧的装置。为此，该装置在电路技术和/或程序技术上设立和设置成用于借助在电流信号中检测到的电流或其中由电弧导致的特性，尤其是快速的电流变化来识别光伏机组中出现的电弧并且必要时触发分离开关。
按照适合的方式，通过布置在分离开关的模块壳体中的，优选也能手动操纵的开关锁实现分离开关的触发，该开关锁作用到分离开关的相应的电流路径中的至少一个接触件位上并且在触发情况下打开该接触件位。按照适宜的方式，开关锁通过驱动机构与用于评估检测到的电流的装置连接。按照适合的方式，该驱动机构也用于分离开关的遥控触发。
按照适合的方式，模块化的分离开关或其模块壳体设置成用于联接遥控触发模块和/或欠电压模块。遥控触发模块或欠电压模块设立且设置成用于侧向装配在模块化的分离开关上以及在此尤其是也构造成用于安装轨装配，而模块化的电流传感器或其传感器壳体设置且设立成用于装配在分离开关的平行于安装轨的壳体侧(前侧或后侧)上。也就是说，遥控触发模块或欠电压模块在侧向装配在分离开关上，而电流传感器在前侧或后侧装配在分离开关上。
在特别有利的设计方案中，具有安装的模块化的电流传感器的分离开关和遥控触发模块以及欠电压模块模块化地组装成所谓的具有整合的电弧识别(arc faultdetection电弧故障探测)的消防开关。由此，减少了装配时间和结构部件，这是因为无需附加的安装轨、电缆、端子和类似物而且也无需过电压保护器或过电压触发装置和/或遥控触发装置的附加的布线。具体而言，模块化的结构能够以简单的方式和方法实现相应的附加模块的内部联接以及到例如装配或能装配在安装轨上的分离开关上的直接联接。此外，模块化的结构就附加模块而言至少在它们的壳体方面能够实现外部形状相同而仅壳体内部结构不同的相同部件，它们的功能、尤其是触发功能在内部与分离开关的触发机构相关联或可以与其相关联。
通常，该设备也适合于其他直流机组并且就此而言同样适用于安全切换这些直流机组。该设备还包括具有输入接口和输出接口的分离开关，其中，分离开关具有用于分离在其中一个输入接口与其中一个输出接口之间的至少一个电流路径的开关接触件，并且其中，电流传感器设置成用于装配在分离开关上。优选直接成像的电流传感器尤其具有环状芯，用以无接触式地检测流过电流路径或者说正线路或负线路的电流或电流变化。
附图说明
以下结合附图详细阐述本发明的实施例。其中：
图1示意性地示出用于安全切换光伏机组的设备，该设备具有分离开关和模块化的电流传感器，
图2以立体图示出根据图1的设备，该设备具有装配到分离开关上的电流传感器模块和通过其引向分离开关的联接线路以及装配到分离开关上的遥控触发模块，
图3以截面图示出根据图2的设备，
图4以俯视图示出根据图2的设备，以及
图5示出根据图4的作为消防开关的模块化的设备，其具有附加地联接的用于欠电压触发的模块。
彼此对应的部件在所有附图中配设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出用于安全切换光伏机组2的设备1以及逆变器3。光伏机组2包括一定数量的并联的串路S1至Sn，他们分别具有一定数量的串联的光伏模块4。并联的串路S1至Sn通过共同的正线路5与设备1的第一输入端(输入接口)E1连接并且通过负线路6与第二输入端(输入接口)E2连接。设备1在输出侧通过第一输出端(输出接口)A1和第二输出端(输出接口)A2与逆变器3连接。为此，该逆变器在直流侧通过第一联接线路7与第一输出接口A1连接并且通过第二联接线路8与第二输出接口A2连接。
设备1是模块化的并且包括以下也被称为开关模块的分离开关9以及模块化的电流传感器10。输出接口A1和A2配属于分离开关9。模块化的电流传感器10包括环状芯11，联接线路8穿过该环状芯引向分离开关9的输出接口A2上。
在本实施例中，电流传感器10包括测量绕组或具有一定数量的环绕环状芯11的部分区域缠绕的线匝的线圈12。绕组12与用于电流评估并且尤其是用于电弧探测(arc faultdetection)的装置13连接。该装置13还与驱动机构14连接，该驱动机构直接或间接与分离开关9的开关接触件15、16联接。开关接触件15布置在分离开关9的输入接口E1与其输出接口A1之间的联接到光伏机组2的正极(+)上的或配属于该正极的电流路径17中。另外的开关接触件16类似地布置在分离开关9的第二输入接口E2与其第二输出接口A2之间的联接到光伏机组2的负极(-)上的电流路径18中。分离开关9实施为具有分离正电流路径17和负电流路径18的开关接触件15或16的直流电流分离器(DC分离器)。
图2和图3以立体图和截面图示出模块化的设备1。能看到的是，分离开关1具有模块壳体19。模块化的电流传感器10连同其传感器壳体21布置并(优选能松开地)装配到该模块壳体的前侧20上。传感器壳体21具有通孔22，该通孔与分离开关9的输出接口A2对齐。通过模块化的电流传感器10的通孔22，引导电流的联接线路8直接地，也就是说没有弯曲、绕圈或其他接触件位地引向分离开关9的输出接口A2并且在那里例如夹紧接触或螺接接触。电流传感器10的传感器壳体21具有另一通孔23，该另一通孔又与分离开关9的输出接口A1对齐。
具有测量绕组12的环状芯11与模块化的电流传感器10或其传感器壳体21的通孔22同轴地布置在传感器壳体21内部。在此，环状芯11以如下方式布置，即，使其围成的通孔和传感器壳体21的通孔22与联接端子25的用以接触引导电流的联接线路8的接触件位24对齐并且进而与输出接口A2对齐。
能在图3中比较清楚地看到，联接线路的联接端部26无弯曲地，也就是说没有弯曲部位地直接穿过通孔22和电流传感器10的环状芯11引向接触件位24、25并且进而引向输出接口A2。
分离开关1在壳体内部包括开关锁27，该开关锁作用到接触件位16上，也就是说作用到分离开关的运动接触件上，该运动接触件本身与配属于接触桥28的用以形成接触件位16的固定接触件共同作用。接触桥28通过故障安全元件29与电路板30电连接。电路板30承载有用于电流评估和电弧探测的装置13或与其电连接，该装置本身通过联接件31与开关锁27或与操纵该开关锁的驱动机构14连接。此外，开关锁27通过从模块壳体19引出的且能手动操纵的切换杆或操纵杆32联接，用以手动操纵开关模块或分离开关9。
由示出根据图2的设备1的俯视图的图4也能清楚看到，设备1附加地配设有模块33。为此，该模块具有卡扣或卡锁元件34，它们与分离开关9的模块壳体19的对应的卡扣或卡锁元件35相对应以建立起能松开的卡锁连接。如在图5中示出的那样，模块33在与卡锁元件34对置的模块侧同样具有用于联接另一模块36的卡锁凹部35。
模块33是遥控触发器，该遥控触发器在内部与作用到分离开关1的开关锁27上的驱动机构14联接。因此，借助该遥控触发模块33可以实现分离开关1例如从中心部位或类似部位的触发。
另一模块36是欠电压触发器，该欠电压触发器在内部同样与分离开关9的驱动机构14联接。欠电压模块36检测低于预给定的阈值的电压并且必要时例如通过生成相应的触发信号导致分离开关1的接触件位15、16的分离或打开。
尤其能由图5看到，设备1的所述附加模块或每个附加模块33、36侧向地装配到该设备上并且几乎能以具有不同功能性的任意数量彼此串联。与此相应地，电流传感器10布置或装配在分离开关9的前侧20上。
根据图2，电流传感器10可以延伸过两个相邻的输出接口A1和A2，或根据图4和图5，也可以仅在其中一个输出接口A1、A2的区域中延伸。此外，电流传感器10可以在分离开关10的对置的前侧或后侧20上布置在输入接口E1、E2或者说E1和E2的区域中。在根据图2的实施方式中，电流传感器10也可以包括两个环状芯11，也就是说，针对每个电流路径17、18各包括一个环状芯11。
电流传感器10原则上可以根据罗氏线圈的类型实施为具有测量或线圈绕组12的铁氧体环状芯或实施为直接成像的电流传感器。在此，电流传感器可以实施为切开的环状芯，其代替测量绕组12而具有布置在由此形成的气隙中的霍尔传感器。
附图标记列表
1 设备 32 切换杆/操纵杆
2 光伏机组 33 遥控触发模块
3 逆变器 34 卡锁元件
4 光伏模块 35 卡锁元件
5 正线路 36 欠电压模块
6 负线路
7 联接线路 A1,2 输出接口
8 联接线路 E1,2 输入接口
9 分离开关 S1…n 串路
10 电流传感器
11 环状芯
12 线圈/测量绕组
13 装置
14 驱动机构
15 开关接触件
16 开关接触件
17 电流路径
18 电流路径
19 模块壳体
20 前侧/后侧
21 传感器壳体
22 通孔
23 通孔
24 接触件位
25 联接端子
26 联接端部
27 开关锁
28 接触桥
29 故障安全元件
30 电路板
31 联接件

Claims (5)

1.一种用于安全切换光伏机组(2)的设备(1)，
-所述设备具有分离开关(9)，所述分离开关具有用于联接到一定数量的彼此互联的光伏模块(4)上的输入接口(E1,2)并且具有用于联接逆变器(3)的输出接口(A1,2)，以及具有能手动操纵的开关锁(27)，并且
-所述设备具有用于遥控触发和/或欠电压触发的、设立成用于侧向装配在模块化的分离开关(9)上的模块(33、36)，
-其中，所述分离开关(9)构造为开关模块，所述开关模块具有模块壳体(20)并且具有在壳体内部用于分离在所述输入接口(E1,2)与所述输出接口(A1,2)之间的正、负电流路径(17、18)的开关接触件(15、16)，
-其中，模块化的电流传感器(10)装配在所述分离开关(9)的模块壳体(20)的前侧或后侧上，所述电流传感器(10)包括具有通孔(22)的传感器壳体(21)和在壳体内部与所述通孔同轴的环状芯(11)，
-其中，在装配在所述分离开关(9)上的状态下，所述传感器壳体(21)的通孔(22)与其中一个所述输入接口(E1,2)或与其中一个所述输出接口(A1,2)对齐，
-其中，与所述分离开关(9)的输入接口(E1,2)或者说输出接口(A1,2)接触的联接线路(5至8)穿过所述传感器壳体(21)的通孔(22)以及所述电流传感器(10)或者说其环状芯(11)，
-其中，所述电流传感器(10)无接触式地检测流经电流路径(17、18)的电流，并且
-其中，所述电流传感器(10)与配属于所述电流传感器或所述分离开关(9)的用于评估检测到的电流以探测电弧的装置(13)连接。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，
其特征在于，
所述分离开关(9)构造成用于安装轨装配。
3.一种消防开关，所述消防开关具有根据权利要求1所述的设备(1)和用于遥控触发和/或欠电压触发的模块(33、36)。
4.一种用于安全切换直流机组(2)的设备(1)，
-所述设备包括分离开关(9)，所述分离开关具有输入接口(E1,2)和输出接口(A1,2)以及能手动操纵的开关锁(27)，并且
-所述设备具有用于遥控触发和/或欠电压触发的、设立成用于侧向装配在模块化的分离开关(9)上的模块(33、36)，
-其中，所述分离开关(9)构造为开关模块，所述开关模块具有模块壳体(20)并且具有在壳体内部用于分离在所述输入接口(E1,2)与所述输出接口(A1,2)之间的正、负电流路径(17、18)的开关接触件(15、16)，
-其中，模块化的电流传感器(10)装配在所述分离开关(9)的模块壳体(20)的前侧或后侧上，所述电流传感器(10)包括具有通孔(22)的传感器壳体(21)和在壳体内部与所述通孔同轴的环状芯(11)，
-其中，在装配在所述分离开关(9)上的状态下，所述传感器壳体(21)的通孔(22)与其中一个所述输入接口(E1,2)或与其中一个所述输出接口(A1,2)对齐，
-其中，与所述分离开关(9)的输入接口(E1,2)或者说输出接口(A1,2)接触的联接线路(5至8)穿过所述传感器壳体(21)的通孔(22)以及所述电流传感器(10)或者说其环状芯(11)，
-其中，所述电流传感器(10)无接触式地检测流经电流路径(17、18)的电流，并且
-其中，所述电流传感器(10)与配属于所述电流传感器或所述分离开关(9)的用于评估检测到的电流以探测电弧的装置(13)连接。
5.根据权利要求4所述的设备(1)，所述设备具有直接成像的 电流传感器(10)，用于无接触式地检测流过所述电流路径(17、18)的电流或电流变化。
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