CN104823343A - 用于限制电气性质的干扰的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于限制电性质的干扰的装置，诸如，由具体地是电磁的这些干扰导致的过电压引起的电流，例如，与电设备中的雷击事件相关，所述装置包括绝缘器或差动断路器类型的至少一个保护装置，所述保护装置旨在保护至少一个下游电气设备，所述下游电气设备至少具有至少一个负载并在中性导体(3)和至少一个相导体(5)之间供电，并且包括接地联接。所述装置的特征在于包括共模低通滤波器(4)，所述共模低通滤波器一方面并联连接在所述中性与各相之间，另一方面并联连接在所述中性与接地之间。

Description

用于限制电气性质的干扰的装置

技术领域

本发明涉及一种用于限制电气性质的干扰或破坏的装置，该电气性质为诸如由过电压/浪涌诱导的寄生电流，该过电压/浪涌由自然电磁或一直在“污染”我们现在环境的上述现象造成。在自然现象中，最直接和最广为人知的是闪电，其可能造成相当大的过电压，该过电压进而产生可变的电位差，例如，在雷击对于诸如地面的冲击后产生的波的传播过程中检测到上述电位差。在上述现象中，具有多种用途的电气和电子设备的激增也产生了信号，这些信号未必被控制并且甚至更少地功能上可用于操作设备。

本发明的限制装置被要求(还有其他类似的)结合到电气设备中，该电气设备至少包括负载(换句话说，装置或设备)，或其他的至少另外一种被限制设备，并且由公共电网供电，其中该设备的组件或部件的这种公共馈送本身是它们由干扰造成的可能的“污染”的原因，这是因为它们都是通过所述网络连接。这些设备中的许多设备包括电气线路的保护装置，即，通过旨在保护至少下游电路的断路器型或差分开关型的装置。通过网络的馈送通常意味着存在中性导体和至少一个相导体，其中还设置接地联接，使得系统从安全角度来看是完整的。

换句话说，本发明的装置涉及通过电气网络馈送的任何电气设备，原因在于，认识到了，电磁的或其它的干扰不可避免地出现在这样的网络上，干扰可能降低所连接装置的性能。其目的是，通过使该设备能够在其电磁环境下更好地操作，在整个系统的几个级别上来改善电磁兼容性(EMC)，并且无论在该环境下出现任何东西，均不会产生自身破坏性的电磁干扰。

用于保护或免疫(免受影响)的区域具有所有类型，一般包括住宅、公寓、写字楼、公共场所。对于某些假设，通过本发明设定的免疫与功能的必要性有关，例如，在某些实验室中，在生理学室内等。

该干扰例如以由过电压所产生的电流的形式表达自己，但是，在实践中，通过增加直接接地的电容的数量来分析电子装置的恒定增加，该恒定增加标记我们目前的次数(times)，这加重了寄生电流现象。这些干扰也能呈现为该供电电流之外的附加电流的形式，例如，由开关模式电源感应的电流，其可能从电气设备传播到另一个电气设备(共模电流)。此外，任何高频(HF)电场变化(导体被引至它)产生与过电压的存在无关的感应电流。

雷击的已经使用的例子是象征性的，原因在于，如所指示的，它产生了电压变化，该电压变化在通过地面的雷电波的传播过程中是可检测的，并且其在这些寄生电容的端子处产生漏电流，例如，在中性线与地线之间。

本发明的目的是，限制外部破坏性电流进入设备，以尽可能好地确保参考导体的等电位性质。本发明的独创性在于，利用阻抗(基准计划(reference plan))并利用滤波以限制HF电流，目的在于，在建筑物的水平上，遵循适用于欧姆定律的公式U＝Z*I＝O。这允许将设备与外部隔离，并且因此避免具有不受控制的(浮动)电位，该电位可能会导致与该设备的电气网络相关的装置故障。

为了进一步检查这些干扰的技术背景和动作机制，必须指出的是，过电压的传播可以根据两种不同的模式发生，即，共模模式(已经提到过的)和差分模式，无论它是在所有的有源导体之间或在中性线与接地之间传输，还是它出现在同一线路或电缆的不同有源导体之间，换句话说，在这种情况下，在各个相之间或在相与中性点之间。在第一种情况下，该感应电流沿相同方向流动，而在第二种情况下，它们沿相反方向流动，因此，相位相反。

无论是由电流导致的还是由电压导致的，所有这些破坏均可能产生问题，原因在于，例如，它们可引起差分产品的破坏性跳闸，并且更一般地，因为它们不利地影响所连接设备和系统的正确操作。因此，重要的是，寻找原因并发现能够限制该影响的装置。

这样，高频(HF)电流(在共模模式下)可产生HF噪声，其中，高频(HF)电流可在电路的有源元件由配电网络供给期间出现。如果HF噪声的水平与逻辑设备命令(高电平)所需的水平是相同的，则在用户或系统不能够检查它们的情况下，该HF噪声可不利地影响逻辑门的操作，并导致所涉及的设备的错误操作。

这样的HF信号可以例如由不同类型的标准装置(波纹馈送、开关式电源，等等)内部地产生，或者由外部捕获(天线效应...)产生。

在电路中出现这些信号的结果是大量的且不断增加的，例如，这是由于电子设备在日常生活中始终在激增，其扰乱了电气设备的“电磁环境”。该环境显然越来越多地被任何类型的信号的增加所“污染”，这进而且恶性循环地诱使新的破坏性信号的产生。

如果今天在某些隔离的设备(电视机，计算机，...)上存在限制装置，则对整体设备的规模来说，在仍然需要这些设备进行通信并传输数量日益增加的数据的情况下，目前实际上还没有上述这样的限制装置，这里具有的危险是，存在由传输测量错误、坏数据或坏决定或者由导致错误激活或者由产生设备的击穿或事故(例如，机器的意外启动)所造成的问题。

为了补救这些缺陷，尽可能多地减少破坏的水平，同时，使设备对于任何破坏较不敏感，例如，在高频上，本发明的用于限制电气设备中的干扰或破坏的装置的主要特征在于这样的事实：一方面，它包括并联连接在中性点与各相之间(另一方面，在中性点与接地点之间)的共模低通滤波器。

这个想法是，在这些相或中性点与接地点(针对高频)之间形成短路，以便将HF电流接地。如果不存在可以被定性为硬化滤波器的这样的滤波器，则这些导体与接地点之间的电磁污染的任何诱因将产生HF电流，该电流流过该设备并且可能破坏该负载，换句话说，破坏构成所述设备的各个装置。

事实上，这样的滤波器允许将任何中性点的处理转化成高频的TNS型中性点处理，这被识别为是避免差分产品的意外激活的最佳处理，原因在于，它们允许避免中性点与保护性导体(接地)之间过大的电势差。

事实上，该TNS中性点处理允许分离该中性点和相导体，以针对高频保持接地点和中性点的等电位性。

另外，本发明的限制装置可以包括至少连接在每个相位与中性点之间的差模低通滤波器。

这样的滤波器允许过滤所述低频干扰(至少50赫兹)，其直接来自电源并且使过电压和电压骤降平滑。优选地，每个差模低通滤波器连接至分配节点，该节点通向下游电路或处于敏感设备构成负载的附近。

另外，为了提高高频阻抗，并且诸如，为了限制设备中的相应电流，根据本发明的装置可包括至少共模电感，其串联连接到各引线。在实践中，可以有两个，其分别位于电缆的每端。

电缆上存在一个或两个共模电感具有的效果是，创建各端之间的HF伪隔离。在两个电路之间的接地电路联接中，这样的构造是被推荐的，对于这种构造来说，由电干扰产生的任何污染将被避免。最常见的例子涉及雷电效应以及与逆变器相关联的这些配线。

根据本发明，共模电感可以包括围绕至少一个导体的闭合磁路。它可以设置有至少一个空气间隙，原因是，安装在现有设施中。

在公用模式下，通过将共模电感放置在每一端，而减轻在分支功率分配中的干扰，诸如，连接到公寓的电路。由这样的位于各端部的电感导致的在供给线中的HF电感的增加能够为所使用的电路提高共模低通滤波器的效率。对于三相和单相来说，情况相同。

除了特殊的配置，后果之一是，IT中性装置(单相或三相)对于功率分配来说不需要任何共模电感。

之前，所提到的事实是，本发明的限制装置适用于整个设备。因此，它优选地安装在电气装置的上游，以提供保护，例如，在配电板和/或电源计量装置的下游且紧邻它。

还优选的是，它包括接地面或连接到地面的网状网络。上面广泛强调的一个重要的技术目标确实包括，有利于接地连接。

本发明的装置的一个重要目的实际上是，执行滤波，诸如，以允许高频信号能够在进入设备之前接地，滤波器必须设置成具有根据频率减少的阻抗。理想地，该阻抗应对于高频来说接近零，以实现HF短路，并且对于低频来说，通常在电网频率(50赫兹)上，是相当大的。

因此，用于本发明的装置的滤波器，即共模低通滤波器以及差模低通滤波器，基本上包括允许前面提到的特定滤波的电容。

事实上，需要差模滤波器，原因在于用于制造所使用的电容的技术，其在每个电容器中感应干扰电感，其限制高频电容值。因此，通过在相引线与中性点(一个属于共模滤波器而另一个属于差模滤波器)之间并联地设置具有不同值的两个电容器，每个电容器在其使用频带中操作(过滤信号)，这与它的制造技术相关。这种过滤从而允许减少电源的等效阻抗。

更具体地，根据本发明，差模低通滤波器与共模低通滤波器的电容值的比率落在10至500之间，并且优选地是100。然而，必须限制无功功率，原因是，电容是最大下游设备的总输出的8％，并且优选是该总输出的5％。

必须指出的是，在本发明中，当在中性的三相网络中使用时，差模滤波器是星状布线的。这允许在各相之间以及在相与中性点之间进行HF短路，并且这限制了布线电感。

此外，根据本发明特有的可能性，用于差分模式低通滤波器的电容是类X1或X2。优选使用类X1电容来承受4.5kV的过电压；优选使用类X2电容来承受2.5kV的过电压。

当进入该设备时使用本发明的装置的事实经常意味着，在实践中，将它们不仅设置在电线盒或运行该设备的面板的水平上，而且更特别地，将它们设置在电线盒或运行该设备的面板中。因此，这样的装置可以例如被容纳在用于建筑物的主板中，或在位于下游且支配更受限的设备的配电箱或面板中，例如，所述更受限的设备限于公寓。

在所有的情况下，其保持在构成该电路的上游部分的分配和保护装置的上游，在负载之前。优选地，根据本发明，并且为了有利于并入到配电柜中，至少共模低通滤波器可以被放置在模块化装置箱中，固定到至少一个配电盒的标准轨，其安装在被保护的电路或一组电路的上游。

其次，在本发明的框架内，可设置避雷器，其被连接在中性点与各相(一方面)和接地(另一方面)之间，在共模电感与共模低通滤波器之间。这样的避雷器被添加到前面提到的其他部件，以提高根据本发明的用于限制破坏的系统的整体效率。

必须指出的是，已提到的共模低通滤波器可以至少包括在3kHz至143kHz频带的有源频率陷波模块。目的是，让可能的电力线载波电流通过，该电流用于将信息传输穿过该设备的供应线。使用在20kHz至143kHz频带工作的至少一个频率陷波模块允许家庭类型载波电流的通过。在某些情况下，使用拒绝20kHz至70kHz频带的至少一个陷波模块可能是有益的，这允许防止由于电力线上的电力变压器的存在引起的共振，从而稳定该网络。这些陷波可以设置在低通滤波器水平或串联在中性点与相导体之间。

然后，已经提到的也有可能提高本发明装置的效率的接地平面可以被并入到建筑物的安装有该设备的结构中。因此，每个接地平面可以包括混凝土裙部的钢筋，其最少在两个位置由横截面为至少50mm²的编织物连接到配电箱的接地部。

其他电导体确实存在于设备中(如钢筋，例如)，其电位是完全浮动的(因为它们没有标记于该电源)，因此，它们可能对于某些破坏的增加负有责任。然而，它们可以被用作接地平面，并且同样，它们对于建筑物的EMC中起主要作用，原因是，它们代表了所谓的电磁平衡重，该电平上的惰性接地(inert ground)，这将作为对于所有分配树和敏感设备的第一参考。

对于参考分布式源来说，电磁平衡重通过其直接且短地连接至共模低通滤波器是必不可少的。该接地连接一般都很长，而且其只确保个人和财产的安全。该平衡重需要该环境中的表面或体积。通过钢筋提供一个简单的经济的执行方案，其具有达到配电柜的水平的金属编织物上坡部。

如果不存在，则它们可以由铜带构成或改造而成，该铜带具有几十毫米的厚度，5cm的宽度和50cm的网格。

它们必须以与混凝土裙部相同的方式通过至少2个冗余点来互连，并且通过编织物上坡部使得例如任何装置的机柜等的接地电位的总线可以获得它们，该机柜可用于处理供电和分配。

可替代地，接地平面也可以由机柜或配电盒的金属框架构成。

总是考虑用于限制干扰或破坏的整个系统的改善，人们可预见到，共模电感串联连接至连接避雷针和接地点的电缆。

如上面所示的本发明的装置因此在一个方面包括功能步骤，它们可以以几种组合的方式执行，其提供很大的使用灵活性至这样的程度：所述装置能够由对于每个特定环境的制定者或专业人员调节。

现在，同时参考所附附图或插图，将解释本发明，其中：

-图1示出了本发明结合在电气设备中，其具有几层楼的建筑物形式；以及

-图2示出了共模低通滤波器的减缓图。

参照图1，每个楼层设置有分区电气面板(1)，如果适用，该面板为终端分配面板(2)供电，该终端分配面板例如位于属于公寓的电气设备的上游。这些面板(1，2)中的每一个由电网(5)供电，在这种情况下，显示在建筑物的左下方。

所有的建筑物都另外地联接至接地导体(3)，所有面板(1，2)连接至该导体。

根据本发明，每个面板(1，2)包括连接在电源线(5)(相，中性)和接地导体(3)之间的共模低通滤波器(4)。所述滤波器实质上由电容构成。

此外，与这些共模滤波器不同的也由电容构成的差模低通滤波器(6)(但其值如前文所述)被连接在电源线(5)的各相与中性点之间。

此外，共模电感(7)被串联连接至各条线，位于该设备的上游，换句话说，在这种情况下位于分区面板(1)的上游，只是在位于基底的主面板(1')的出口处。

必须指出的是，在每个楼层上，并入地面的钢筋被用作接地平面(8)，其形成电磁平衡重，对于它已经指出的是，它们对于参考分布式源来说是必不可少的，原因在于，它们到共模低通滤波器(4)的连接是更直接且更短的，后者与接地导体(3)的连接在实践中表示功能性接地。

必须指出的是，在图1的视图中，该设备设置有避雷针，其通过共模电感(7)也连接至所述功能性接地(3)。

位于该进入的主电源(5)下游的主分区面板(1')还包括避雷器(10)。

图2的视图清楚地示出了，根据本发明实施的共模滤波的特性。这确实是具有高频率的低通滤波器，诸如，上述的兆赫，而处于上述的原因，其被消除了。

该视图还显示，该滤波器包括频率陷波模块，其频带显著限于20kHz至70kHz之间。

Claims (23)

1.一种用于限制电气性质的干扰或破坏的装置，诸如，由这些电磁干扰或破坏导致的过电压引起的电流，所述干扰或破坏例如与电设备中的雷击事件相关，所述限制装置至少包括断路器类型的或差动开关型的保护装置，所述保护装置旨在至少保护下游电气设备，所述下游电气设备至少具有负载并且由中性导体(3)和至少相导体(5)供电，并且包括接地联接，其特征在于，所述限制装置包括共模低通滤波器(4)，所述共模低通滤波器一方面并联连接在所述中性与各相之间，另一方面并联连接在所述中性与接地之间。

2.根据前一权利要求所述的限制装置，其特征在于，所述限制装置包括连接在各相与所述中性之间的至少一个差模低通滤波器(6)。

3.根据前一权利要求所述的限制装置，其特征在于，每个差模低通滤波器(6)被连接至朝向下游侧电路的或位于构成负载的敏感设备附近的分配节点。

4.根据前述权利要求中的一项所述的限制装置，其特征在于，所述限制装置包括串联连接至每个导体(3，5)的至少一个共模电感(7)。

5.根据前一权利要求所述的限制装置，其特征在于，所述共模电感(7)由包围至少一个导体的并且能够设置有至少一个空气间隙的闭合磁路构成。

6.根据前述权利要求中的一项所述的限制装置，其特征在于，所述限制装置被安装在待保护的电气设备的上游。

7.根据前述权利要求中的一项所述的限制装置，其特征在于，所述限制装置包括接地平面(8)或连接到接地的网格网络。

8.根据前述权利要求中的一项所述的限制装置，其特征在于，所述共模低通滤波器(4)基本上包括电容。

9.根据权利要求2-8中的一项所述的限制装置，其特征在于，所述差模低通滤波器(6)基本上包括电容。

10.根据权利要求8和9中的一项所述的限制装置，其特征在于，所述电容的无功功率被限制为最多是所述下游设备的总功率的8％，并且优选是所述总功率的5％。

11.根据权利要求8至10中的一项所述的限制装置，其特征在于，所述差模低通滤波器(6)和所述共模低通滤波器(4)的电容的比值介于10至500之间，并且优选为约100。

12.根据权利要求9-11中的一项所述的限制装置，其特征在于，用于所述差模低通滤波器(6)的电容是X1类或X2类的。

13.根据前述权利要求中的一项所述的限制装置，其特征在于，至少所述共模低通滤波器(4)位于模块化装置箱内，所述模块化装置箱被固定到至少一个配电盒(1，1'，2)的标准导轨，其安装在待保护的电路或者一组电路的上游。

14.根据权利要求4至13中的一项所述的限制装置，其特征在于，所述限制装置包括避雷器(10)，所述避雷器一方面被连接在所述中性与每个相之间，并且另一方面被连接在所述中性与所述接地之间，在所述共模电感(7)与所述共模低通滤波器(4)之间。

15.根据前述权利要求中的一项所述的限制装置，其特征在于，所述共模低通滤波器(4)包括在3kHz至143kHz频带中的至少一个有源频率陷波模块。

16.根据前一权利要求所述的限制装置，其特征在于，所述限制装置包括拒绝20kHz至70kHz频带的至少一个陷波模块。

17.根据权利要求15所述的限制装置，其特征在于，所述限制装置包括拒绝20kHz至143kHz频带的至少一个陷波模块。

18.根据权利要求7至17中的一项所述的限制装置，其特征在于，所述接地平面(8)被合并到建筑物的结构中，其中所述设备位于所述结构中。

19.根据前一权利要求所述的限制装置，其特征在于，每个接地平面(8)由裙部的钢筋构成，其至少在两个位置通过横截面至少为50mm²的编织物连接至配电盒(1，1'，2)的接地部。

20.根据权利要求18所述的限制装置，其特征在于，所述限制装置由几十毫米厚、5cm宽、50cm网格的铜带构成，其至少在两个位置处由横截面至少为50mm²的编织物连接至配电盒(1，1'，2)的接地部。

21.根据权利要求18所述的限制装置，其特征在于，所述接地平面由机柜或配电盒(1，1'，2)的至少一个金属框架构成。

22.根据前述权利要求中的一项所述的限制装置，其特征在于，共模电感(7)被串联连接至电缆，所述电缆连接避雷针(10)和所述接地。

23.根据权利要求2至22中的一项所述的限制装置，其特征在于，所述差模滤波器(6)当在具有中性的三相网络中使用时是星状布线。