CN109075562A - 合并用于隔离继电器或类似器件的部件的差动保护设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的主题是一种差动保护设备，其使得可能检测电气装置中的故障电流，所述差动保护设备具有用于测量、处理、评估和控制的一组功能部件(3、3'、3”、3”')、以及具体具有特性断路功率、连接到所述功能组(3、3'、3”、3”')的输出、并且旨在用来由控制信号触发的断路部件(4)，此设备(1)的特征在于，其进一步合并至少一个选择性隔离部件(6)，所述选择性隔离部件(6)能够并且旨在用来至少相对于所述功能组(3、3'、3”、3”')选择性地电气隔离所述断路部件(4)。

Description

合并用于隔离继电器或类似器件的部件的差动保护设备
技术领域
本发明涉及一种在电气领域中为了货物和人员的安全的装备和系统，更具体地涉及一种用于保护具有剩余电流(或RCD)的人员的设备，并且涉及一种合并继电器等的隔离部件的差动保护设备。
背景技术
此类型的保护设备普遍地集成在家用或三级(tertiary)电气设施中、在适当位置处的电源电路的各种树的上游或者入口处、或者更靠近分别影响它们的接收器处。
典型地，这些电气设施通过交流电网供应，并且上述类型的保护设备主要旨在用来通过要保护的电路或接收器之一中尽可能快地检测任何可能的接地泄漏，来确保人员的安全。例如，这种泄漏由物体与非绝缘导体的直接接触或者由于接地故障的间接接触引起。这些电气事件很可能生成有时致命的事故、装备损坏、火灾启动、局部或全面失灵(malfunction)等。
在上述上下文(context)下，差动保护在大多数情形下以相当标准化的方式进行：要保护的电路的导体或此电路的供应线路的导体在变压器的铁磁材料的环形线圈中穿过，其前述导体形成初级，并且其包含一个或多个绕组或者次级绕组。所述环形线圈起到磁通量集中器的作用。因此，在泄漏的情况下，导致要保护的线路的导体中的输入和输出电流的不平衡，在初级级别(level)通过此不平衡在环形线圈中创建的磁通量在次级绕组中感应出电压，这最后用来直接地控制、或者经过专用电子器件(信号处理级)来控制断路或开路构件，具体的，(例如继电器类型的)致动器。后者反过来操作所述设施的断路或开路、或者其他保护设备的关联触发机制。
图1示意性地图示了差动保护设备，其具有提供差动测量和控制功能的一组电子技术和电子功能部件、以及以连接到前述组的输出的电磁继电器的形式的断路或开路的部件。
这些用于差动保护的设备或电气设备可以具有可变特性。因此，它们是可区分的并且以它们自身的灵敏度为特征，这具体取决于其中使用它们的、并且它们旨在保护的电气设施的类型。另外，这些设备中的一些只能够检测交流电(AC类型)的泄漏，而其他更完整的设备提出还适用于脉冲DC(A类型和F类型)和平滑(B类型)的解决方案。
在本申请的上下文中提到的设备更具体地涉及已知为“电压独立”(不取决于供应电压的存在)并且具有延迟的或时控的(timed)测量功能的设备。
此类型的设备的必要和关键参数是具体地在包含电子辅助测量技术的差动设备中的断路或开路构件的功率阈值，依赖于用于执行所述构件的选择性跳闸(tripping)的电容器的负载(参见作为示例的图1)。
当前，所述断路或开路构件在最终设备的制造处理中非常早地经受其开路或断路功率的预调节。另外，在其触发链处，控制所述构件所牵涉的部件标出有足够确保其在其整个寿命期间、在特定操作范围内的操作的余量(margin)的维度。
在产品(集成继电器的运算差分设备)的最终控制之前、在所述产品中设定预调节的继电器的当前的发展(proceeding)方式是实用的，但是具有局限性。
事实上，此类型的产品和差动设备的设计者和制造者面临的问题之一是它们在紧凑性和成本方面的优化。
然而，当前发展方式不能导致这样的优化，因为为了可行并且为了提供足够级别的触发保证，其需要存储能量的(多个)组件的超大尺寸(oversizing)，以便能够向开路继电器提供显著大于预调节开路功率值的功率。这个有显著建设性的安全余量对于吸收此预调节的开路功率的变化和漂移的潜在不同的来源的影响是强制性的。
更精确地，在断路或开路构件的预调节操作和其在差动保护设备的壳体中的确切的(definitive)放置之间，可出现可能引起其开路功率漂移的许多潜在原因。
图2示意性地并且综合地图示了在保护设备中集成和连接所述部件之后、在其预调节期间的设置和产品的最终控制之间的、开路或断路部件的触发功率值的变化或漂移的主要因素和可能原因。
此外，在最终检查期间并且考虑到所述部件在设备中的安装和连接的环境，当前不可能保证所述部件的开路功率不变化，以确定漂移的量(如果有的话)，更不能确保其将在其所需要的操作范围内操作。
事实上，控制装备或设备连接到要测试的断路或开路部件的端子(如用于图1中代表的设备类型的图3中所示出的)，并且传递测量电流，以确定、检查并且可能允许调节所述部件的触发功率。
然而，鉴于其与差动测量和控制功能组的连接，只有部分测量电流(在图3中标志为“>>>”)实际上被传递到断路或开路部件(穿过所述部件的电流在图3中标记为“>”)，泄漏电流被导出并且流经该功能组或者其组件的至少一些(泄漏电流在图3中标记为“>>”)。
而且，在上述上下文中，问题是至少克服上述主要局限性，并且使得可能有效和精确地控制/调节在上述类型的差动保护设备中永久安装的断路或开路部件。
发明内容
为了此目的，本发明的主题是一种差动保护设备，用于检测通过网络的至少二相导体或通过网络的至少一个相导体和中性导体供电的电气设施中的泄漏电流或故障电流，
所述设备在一方面主要包含一组测量、处理、评估和控制功能部件，其适于并且旨在用来通过监控(多个)初级导体中的电流来检测相关网络中的差动故障，以当测量的故障电流值在预定范围内时生成控制信号，并且在另一方面包含具体具有特性触发功率(断路或开路)的电磁致动器、继电器或相似的断路或开路部件，
所述断路或开路部件由电路或信号传输线路连接到所述功能组的输出，并且旨在用来通过控制信号来触发，
其特征在于，所述设备进一步集成至少一个选择性隔离部件，所述选择性隔离部件适于并且旨在用来至少针对所述功能组选择性地电气隔离所述断路或开路部件。
附图说明
由于以下描述将更好地理解本发明，所述描述涉及以非限制性示例的方式给出的优选实施例，并且参考所附的示意图进行解释，其中：
图4是根据本发明的差动保护设备的示意代表，具有如图1和3中代表的设备的形式，并且合并根据本发明的实施例的选择性隔离部件；
图5是与根据本发明的设备的图4的示意代表相似的示意代表，其经受断路或开路部件的跳闸功率的控制/调节操作；和，
图6是形成图4和5中示出的根据本发明的设备的一部分的选择性隔离部件的实际实施例的符号代表。
具体实施方式
如图4和5中示出的，本发明涉及一种差动保护设备1，用于检测通过网络的至少二相导体2、2'、2"或通过网络的至少一个相导体和中性导体供电的电气设施中的泄漏电流或故障。
首先，此设备1主要包含一组测量、处理、评估和控制功能部件3、3'、3"、3"'，其适于并且旨在用来通过监控(多个)初级导体中的电流来检测相关网络中的差动故障，并且如果故障电流值在预定的值范围内(例如通过标准或相似规则固定)，则生成控制信号，并且其次，包含具体具有特性断路或开路功率的电磁致动器、继电器或相似的断路或开路部件4。
此断路或开路部件4通过电路或信号传输线路5、5'连接到所述功能部件组3、3'、3"、3"'(或功能组)的输出，并且旨在用来通过控制信号来触发，
在图3和4中示出的设备1的实施例中，进行差动测量并控制开路或断路部件4的功能部件组具体可以包含：
-测量环形线圈3，
-阻抗匹配、滤波和保护级3'，
-整流(rectifying)级3"，
-连接到断路或开路部件4的控制级3"'。
例如，控制级3"可以包含控制电子器件12(控制确定部件4的连接的开关13的状态)、存储用于触发部件4的能量的充电电容12'、和与开关13并联安装的二极管结构12"。
根据本发明，此外，该设备1集成适于并且旨在用于至少针对所述功能组3、3'、3"、3"'选择性地电气隔离所述断路或开路部件4的至少一个部件6、6'。
因此，通过提供适于并且旨在用来使得形成功能部件组3、3'、3"、3"'的各种电路和组件(也即12和12’)的断路和开路部件4断开连接、并且使其与后者隔离的至少一个部件6、6'，能消除泄漏或电流旁路的任何可能性，并且通过控制设备或装备9传递的测量电流对应于通过断路或开路部件4可见的电流。
此外，通过将选择性隔离部件6、6'直接地集成到设备1中，避免了在控制期间的任何复杂的电气装配(assembly)、以及任何外部附加电路或组件的使用，同时还限制了在控制期间执行的操纵(manipulation)的复杂性，并且通过实施用于此目的的仅一个装备或装置9，有利地集成为更加全局的、专用于控制装置9"'的组件或功能模块。
优选地，选择性隔离部件6由在借助于断路或开路4连接所述功能组3、3'、3"、3"'的电路或电气传输线路5、5'中安装的可控状态开关组件(例如，不通过/通过)组成。
根据从图4和5显而易见的本发明的实施例，选择性隔离部件6与断路或开路部件4串联连接，并且由通常打开或闭合的组件组成，其能在断路时被控制，优选地在断路时正向地(positively)可控。
根据前述实施例的未示出的变型，并且为了完成部件4的电气隔离，能如下提供：所述设备集成断路或开路部件4的两个电气隔离部件6和6'，所述电气隔离部件分别在断路或开路部件4的上游和下游与断路或开路部件4串联连接，并且每个6、6'由在开路时可控的通常打开或闭合的组件组成。
作为实际的实施例，图6图示了，每个部件6、6'能由通常闭合的组件或电路组成，所述组件或电路在开路时被控制，并且在该状态中具有准零损耗或消耗，例如，与合适的电阻器关联的NJFET型场效应晶体管。
为了便利在控制操作期间进行操纵并且根据有利的布置，电路或信号传输线路5、5'、或断路或开路部件4本身包含分别位于所述断路或开路部件4的控制输入4'的上游和下游的、接触或连接的点或端子7、7'，用于连接或临时连接装备或装置9的供应线路10、10'，所述装备或装置9用于控制所述部件4的操作，具体用于检查开路或断路功率的值。
如以图4和5的实施例的示例的方式所示出的，所述至少一个选择性隔离部件6与针对用于可移除控制装备或装置9的点或接触或连接端子7、7'的上游或下游串联连接。
根据便利控制的另一可能的特征，形成选择性隔离部件6的组件装备有点或接触或连接端子8、8'或与之关联，所述点或接触或连接端子8、8'用于临时连接用于控制所述选择性隔离部件6的装备或装置9的供应线路11、11'。
为了避免暴露于外部环境，能如下提供，所述点或接触或连接端子7、7'、8、8'包含可移除的保护或覆盖部件(未示出)。
本发明的主题还是一种形成如上所述的差动保护设备1的一部分的断路或开路部件4的原位控制的方法，用于设置、调节或验证上述部件4的触发功率阈值。
所述方法的特征在于，其由以下组成：提供控制装备或装置9，该控制装备或装置9具有用于控制/命令断路或开路部件4的第一电路9'和用于供应所述至少一个选择性隔离部件6、6'的第二电路9”，以在差动保护设备1的对应接触点或连接7、7'、8、8'处连接控制装备9的各个电路9'和9”，然后进行跟随有控制的、可能的设置和调节，以可能地重复这些操作，直到获得满意的断路或开路值，并且最终使得所述控制装置或装备9断开连接。
此装备9有利地形成较大的装置9”'的整体部分，还包括继电器4的磁化/去磁化电路，使得可能例如通过近似、通过连续的迭代循环，来进行调节，。
更精确地，以示例的方式并且与图5相关，首先进行继电器4的隔离(例如，通过在组件6处应用由集成在装置9中的第二电源电路9"供应的DC电压)，然后，向所述继电器4供应由形成控制电路9'的一部分的源所供应的测量电流，对此电流的分析使得可能确定所述继电器4的触发功率(断开/打开)。取决于在此检查期间确定的值，执行继电器4的迭代调节循环(磁化/去磁化/控制)，直到所述功率值在所需要的范围内或基本上对应于授权的值和/或最优值，这确保继电器4和设备1在它们整个生命周期内的适当操作。
因为在继电器的功率调节中的更高精度，所以本发明还使得可能在最大可触发功率中容纳降低的储备(reserve)范围。此种技术改进还导致组件和临界值的更加准确的尺寸以及跳闸时间的降低。
因此，以上公开的本发明在具有继电器类型的切换/断路设备、并且实施电子辅助技术的差动产品的上下文下提供了优化的解决方案，其由在产品制造处理期间控制/降低继电器4的可变性组成。
为了降低制造处理期间的继电器的可变性，利用在集成其的差动产品的最终控制之前或期间调节/控制继电器4，来替代电流预调节的原理。这样的方法使得可能避免继电器4的特性漂移的多种可能来源，所述漂移能在所述继电器的预调节、和最终控制之前的产品中的继电器的放置之间发生，如同当使用在介绍中描述的预调节技术时那样。
由于本发明，可变性来源的抑制(suppression)允许设计者优化要存储的能量级别的大小，这允许缩短跳闸时间并且最终实施更加降低的存储部件(容量)，降低环形线圈体积，并且从而改进其成本和/或性能。
当然，本发明不限于在附图中描述和示出的实施例。在不脱离本发明的保护范围的情况下，尤其是从各种元件的构造或通过技术等效物的替换的观点来看，修改是可能的。

Claims (10)

1.一种差动保护设备，其允许检测通过网络的至少两个相导体或通过网络的至少一个相导体和中性导体供电的电气设施中的泄漏电流或故障，
所述设备(1)在一方面主要包含一组测量、处理、评估和控制功能部件(3、3'、3”、3”')，其适于并且旨在用来通过监控(多个)初级导体中的电流来检测相关网络中的差动故障，以当故障电流值在预定范围内时生成控制信号，并且在另一方面包含具体具有特性断路或开路功率的电磁致动器、继电器或相似的断路或开路部件(4)，
所述断路或开路部件(4)通过电路或信号传输线路(5、5')连接到所述功能组(3、3'、3”、3”')的输出，并且旨在用来通过控制信号来触发，
所述设备(1)的特征在于，其进一步集成至少一个选择性隔离部件(6、6')，所述选择性隔离部件适于并且旨在用来至少针对所述功能组(3、3'、3”、3”')选择性地电气隔离所述断路或开路部件(4)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述选择性隔离部件(6)由安装在将所述功能组(3、3'、3”、3”')连接到断路或开路部件(4)的电路或电气传输线路(5、5')中的可控状态改变组件组成。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的设备，其特征在于，所述选择性隔离部件(6)与断路或开路部件(4)串联连接，并且由在开路时可控的通常打开或闭合的组件组成。
4.根据权利要求1和2中任一项所述的设备，其特征在于，其合并断路或开路部件(4)的两个电气隔离部件(6和6')，其分别在断路或开路部件(4)的上游和下游与断路或开路部件(4)串联连接，并且每个(6、6')由在开路时可控的通常打开或闭合的组件组成。
5.根据权利要求3或4中任一项所述的设备，其特征在于，每个选择性隔离部件(6、6')由通常闭合的组件或电路组成，所述组件或电路在开路时可控，并且在传递状态中具有损耗或准零消耗，例如，与合适的电阻器关联的NJFET型场效应晶体管。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述电路或信号传输线路(5、5')或断路和开路部件(4)包含分别位于所述断路或开路部件(4)的控制输入(4')的上游和下游的、接触或连接的点或端子(7、7')，用于连接或临时连接装备或装置(9)的供应线路(10、10')，所述装备或装置(9)用于控制所述部件的操作，具体用于检查开路或断路功率(4)的值。
7.根据权利要求6和权利要求2至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个选择性隔离部件(6)与针对用于可移除控制装备或装置(9)的接触或连接的点或端子(7、7')的上游或下游串联连接。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，形成选择性隔离部件(6)的组件装备有点或接触端子或连接(8、8')或与之关联，所述点或接触端子或连接(8、8')用于临时连接用于控制选择性隔离部件(6)的装备或装置(9)的供应线路(11、11')。
9.根据权利要求6和8所述的设备，其特征在于，所述点或接触或连接端子(7、7'、8、8')包含可移除的保护或覆盖部件。
10.一种形成根据权利要求1至9中任一项所述的差动保护设备的一部分的断路或开路部件的原位控制的方法，用于设置、调节或验证上述部件的触发功率阈值，
所述方法的特征在于，其由以下组成：提供控制装备或装置(9)，该控制装备或装置(9)具有用于控制断路或开路部件(4)的第一电路(9')和用于供应所述至少一个选择性隔离部件(6、6')的第二电路(9”)，以在差动保护设备(1)的接触或连接点(7、7'、8、8')处将各个电路(9'和9”)连接到所述控制装置(9)，然后进行跟随有检查的、可能的设置和调节，以可能地重复这些操作，直到获得满意的断路或开路功率值，并且最终使得所述控制装置或装备(9)断开连接。
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