CN110036547A - 低电压断路器设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有至少一个外部导体区段(2)和中性导体区段(5)的低电压断路器设备(1)，其中，低电压断路器设备(1)具有电气测量装置(12)，其中，低电压断路器设备(1)具有至少一个半导体电路装置(11)，以及其中，低电压断路器设备(1)具有连接到测量装置(12)和半导体电路装置(11)的电子控制单元(13)，其中，根据本发明，测量装置(12)和/或电子控制单元(13)被设计用于检测从下面的组中选择的至少两个电气故障的预定组合：过电压、欠电压、过电流、特别是短路电流、故障电流和/或电弧，以及半导体电路装置(11)被设计来相对于输入电压预定地减小输出电压。

Description

低电压断路器设备
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的低电压电路保护设备。
存在用于各种特殊应用的已知电路保护设备，其保护电气安装环境例如免受接地故障电流或短路电流。
还存在除了机械隔离触头以外还具有半导体开关的已知电路保护设备。这样的开关设备通常被称为混合开关设备。这样的混合开关设备例如从本申请人的WO 2015/028634A1中已知。
所有这些已知开关设备或保护概念的一个缺点是，在每种情况下，为了保护同一电气子网免受不同的电气故障的影响，对每种情况需要特定的断路器。因此，一个剩余电流断路器、一个也被称为线路断路器的过电流/短路断路器、电弧检测器/断路器和电涌放电器是一个且同一子网当前所需的，以提供广泛的保护。这从必要设备的安装和空间需要方面代表相当大的努力。此外，由于多个电路保护设备的增加的复杂性，与彼此协调的努力增加了。这与安装者的安装错误的增加的风险相关。
所有这些常规电路保护设备所共有的另一缺点是下面的事实：它们在紧急情况下或在检测到错误的情况下关掉下游子网，并最迟到供电电压的下一零交叉，这在欧洲集成网络中意味着关闭出现在最多10ms之后。这由于通常简单的电气设备而在过去不是特别的缺点，但对于广泛使用的计算机，同时代表相当大的问题，这些计算机同时作为所谓的嵌入式系统被安装在几乎所有电气设备中。
本发明的目的因此是提供所提到的类型的低电压电路保护设备，使用其可避免所提到的缺点，并可减小安装成本，且允许下游设备的部分或临时重新使用。
这通过根据本发明的权利要求1的特征来实现。
因此，可使用单个设备来实现人和设备的综合性保护以免受电功率的直接和间接危险。作为结果，必要的保护设备的成本显著减小了。作为结果，安装努力和犯错的可能性明显减小了。这进一步使不完全断开下游网络但在短然而足够的时间内将施加到子网的电压减小到对人和大部分设备较不危险的程度但同时对今天的标准开关电源足够高变得可能，子网在低电压电路保护设备的下游。作为结果，可消除电气故障的危险，而同时存在以应急程序的形式保护相关数据或在网络的完全关闭发生之前停止过程的可能性。
从属权利要求涉及本发明的另外的有利实施方式。
特此明确地引用权利要求的措词，由此，权利要求此时通过引用被合并到说明书内并被考虑为逐字地复制。
将参考附图更详细地描述本发明，其中只有优选实施方式作为例子示出。示出：
图1是主题低电压保护设备的第一优选实施方式的框图；以及
图2是主题低电压保护设备的第二优选实施方式的框图。
图1和2分别示出低电压电路保护设备1的优选实施方式的框图，低电压电路保护设备1具有从低电压电路保护设备1的外部导体供电端子3到低电压电路保护设备1的外部导体负载端子4的至少一个外部导体区段2和从低电压电路保护设备1的中性端子6到低电压电路保护设备1的中性负载端子7的中性导体区段5，低电压电路保护设备1具有电气测量装置12，低电压电路保护设备1具有至少一个半导体电路装置11，以及低电压电路保护设备1具有连接到测量装置12和半导体电路装置11的电子控制单元13，其中测量装置12和/或电子控制单元13被形成来检测从下面的组中选择的至少两个、特别是三个、优选地所有电气故障的指定组合：过电压、欠电压、过电流、特别是短路电流、故障电流和/或电弧，以及其中半导体电路装置11被形成来相对于被施加到外部导体供电端子3和中性端子6的低电压断路器1的输入电压可指定地减小被施加到外部导体供电端子3和中性负载端子7的低电压断路器1的输出电压。
因此，可使用单个设备来实现人和设备的综合性保护以免受电功率的直接和间接危险。作为结果，必要的保护设备的成本显著减小了。作为结果，安装努力和犯错的可能性明显减小了。这进一步使不完全断开下游网络但在短然而足够的时间内将施加到子网的电压减小到对人和大部分设备较不危险的程度但同时对今天的标准开关电源足够高变得可能，子网在低电压电路保护设备的下游。作为结果，可消除电气故障的危险，而同时存在以应急程序的形式保护相关数据或在网络的完全关闭发生之前停止过程的可能性。
主题低电压电路保护设备1以及根据WO 2015/028634 A1的保护性开关设备是低电压电路保护设备。高达1000V AC电压或1500V DC电压的范围通常被称为低电压。
低电压电路保护设备1具有外部导体区段2和中性导体区段5。外部导体区段2通过低电压电路保护设备1从外部导体供电端子3延伸到外部导体负载端子4。中性导体区段5通过电路保护设备1从中性端子6延伸到中性负载端子7。相应的端子3、4、6、7每个优选地被设计为螺栓端子或插入式端子，并布置在低电压电路保护设备1中以可从外部接近。
低电压电路保护设备1优选地具有绝缘壳体。
低电压电路保护设备1可以是AC和低电压DC保护设备1。在每种情况下为适应保护设备以与直流一起使用所需的结构差异是本领域中的技术人员熟悉的，且相应地是可适用的，特别是在电弧猝熄的领域中。
施加到外部导体供电端子3和中性端子6的电压被称为低电压电路保护设备1的输入电压。这通常与大约240V的相应供电网络的流行电压相同。施加到外部导体供电端子3和中性负载端子7的电压被称为低电压电路保护设备1的输出电压。
低电压电路保护设备1具有电气测量装置和电子控制单元13，电气测量装置12通过通信连接到电子控制单元13。
测量装置12和/或电子控制单元13被设计成检测不同的电气故障。已知可通过比较所确定的测量值与限制值来直接检测一些电气错误，例如过电流。还已知从所记录的电流和/或电压曲线的分析推断出其它电气故障，特别是电弧。相应的算法或方法是已知的，也是由本申请人做出的。
优选地，测量装置12是用于测量电气量的测量装置。特别地，测量装置12包括电流测量装置，优选地包括至少一个分流器、一个霍尔传感器、一个福斯特探针和/或电流互感器，例如总和电流互感器。此外，测量装置12优选地包括电压测量装置，优选地包括高阻抗测量电阻器。
低电压电路保护设备1的电子控制单元13优选地被形成为包括微控制器或微处理器。电子控制单元13设计成处理由测量装置12供应的测量信号并随后控制半导体电路装置11和优选地低电压电路保护设备1的另外的组件。
低电压电路保护设备1或测量装置12被设计成与电子控制单元13协作以能够检测多个、即至少两个、优选地至少三个电气错误。电气错误是从下面的不一定完整的组中选择的错误：过电压、欠电压、过电流、特别是短路电流、故障电流和/或电弧，由此，电弧可以是串行和/或并行的电弧。特别优选地，低电压电路保护设备1设计成检测所有这些故障。应注意，这些错误中的每个的出现被预期是独立的，但多个错误的同时出现应被识别出。这将是外部导体到地的短路的情况。
电子控制单元13优选地连接到低电压电路保护设备1的通信接口(未示出)，以便能够将数据发送到所确定的网络状态或错误。这简化了检修和修理。
进一步地，半导体电路装置11设计成使得它可如所规定的相对于低电压电路保护设备1的输入电压减小低电压电路保护设备1的输出电压，如果它相应地由电子控制单元13驱动。
术语“减少”、“减小”和/或“降低”的使用并不意指表示输入电压的完全关闭。术语客观地同义地被使用。减小的输出电压应继续是明显大于零的电压。优选地输出电压减小到足够高的值，使得各种公共开关电源仍可被供应这个电压。半导体电路装置11被设计和布置在低电压电路保护设备1中以将输出电压降低到45-50V AC或110-120V DC因此是特别优选的。
借助于半导体电路装置11降低输出电压可以用不同的方式并使用不同的电路结构还有电路的操作来完成。
根据第一优选实施方式，如在图1中以框图的形式所示的，机械旁路开关8布置在低电压电路保护设备1的外部导体区段2中。半导体电路装置11与此并行地布置，并根据所示的优选实施方式具有整流器、多个功率半导体14、特别是IGBT以及缓冲器。然而，可在这个方面中提供偏差电路和部件。当打开旁路开关8时，电流换向到以前切换的半导体电路装置11。通过时钟打开/关闭，例如根据PWM，可在输出处控制电流或电压。
根据图2，半导体电路装置11被设计为电气逆变器16，或整个低电压电路保护设备1是逆变器，其可实现相应的保护功能，并具有常规逆变器没有的额外组件。逆变器16的另一名称是功率逆变器。输出电压的降低借助于逆变器16是容易可能的，并且是本领域中的技术人员熟悉的。与图1相反，半导体电路装置11常常在电流的流中。
优选地，电子控制单元13和半导体电路装置11如所指定的在可预先定义的第一时间段内降低或减小输出电压，且相应地被设计成执行这样的减小。第一时间段优选地在0.5ms和2ms之间，特别地基本上是1ms。输出电压的快速减小可防止对人或设备的损坏。如已经说明的，这个减小(到大于零的电压值)发生在第一时间段内。
随后，优选地，输出电压在第二时间段内留在降低的水平处，且然后完全关闭，因而将输出电压带到零。因此，优选地，低电压电路保护设备1、特别是电子控制单元13和半导体电路装置11设计成在预先定义的(在输出电压降低之后的)第二时间段之后切断它。第二时间段优选地在0.8s和1.2s之间，特别地基本上1s。大约1秒的这个时间足够长以允许敏感数据的紧急存储，而半导体电路设备11的功率损耗可以保持低。
对于输出电压的完全关闭，低电压电路保护设备1具有用于电气隔离的电气隔离触头9以及电气隔离触头9被连接到电子控制单元113的控制已证明是有利的。相应的隔离触头9预期确保只有在半导体电路11已经完成电流穿过低电压电路保护设备1的流动之后才电气隔离。

Claims (10)

1.一种低电压电路保护设备(1)，其具有从所述低电压电路保护设备(1)的外部导体供电端子(3)到所述低电压电路保护设备(1)的外部导体负载端子(4)的至少一个外部导体区段(2)和从所述低电压电路保护设备(1)的中性端子(6)到所述低电压电路保护设备(1)的中性负载端子(7)的中性导体区段(5)，所述低电压电路保护设备(1)具有电气测量装置(12)，其中所述低电压电路保护设备(1)具有至少一个半导体电路装置(11)，以及其中所述低电压电路保护设备(1)包括连接到所述测量装置(12)和所述半导体电路装置(11)的电子控制单元(13)，其特征在于，所述测量装置(12)和/或所述电子控制单元(13)被形成来检测从下面的组中选择的至少两个、特别是三个、优选地所有电气故障的预定组合：过电压、欠电压、过电流、特别是短路电流、故障电流和/或电弧，以及所述半导体电路装置(11)被形成来相对于被施加到所述低电压电路保护设备(1)的所述外部导体供电端子(3)和所述中性导体端子(6)的输入电压指定地减小被施加在所述低电压电路保护设备(1)的所述外部导体供电端子(3)和所述中性导体负载端子(7)处的输出电压。
2.如权利要求1所述的低电压电路保护设备(1)，特征在于，所述电子控制单元(13)被设计成在检测到所述电气故障中的至少一个之后为了指定地减小所述输出电压而控制所述半导体电路装置(11)。
3.如权利要求1或2所述的低电压电路保护设备(1)，特征在于，所述半导体电路装置(11)被设计和布置在所述低电压电路保护设备(1)中以将所述输出电压降低到45-50 V AC和110-120 V DC。
4.如权利要求1到3中的任一项所述的低电压电路保护设备(1)，特征在于，所述电子控制单元(13)和所述半导体电路装置(11)适合于在预先确定的第一时间段内指定地减小所述输出电压。
5.如权利要求4所述的低电压电路保护设备(1)，特征在于，所述第一时间段在0.5ms和2ms之间，特别地基本上为1ms。
6.如权利要求4或5所述的低电压电路保护设备(1)，特征在于，所述低电压电路保护设备(1)、特别是所述电子控制单元(13)和所述半导体电路装置(11)适合于在所述输出电压降低之后的预先确定的第二时间段之后切断所述输出电压。
7.如权利要求6所述的低电压电路保护设备(1)，特征在于，所述第二时间段在0.8s和1.2s之间，特别地基本上为1s。
8.如权利要求1到7中的任一项所述的低电压电路保护设备(1)，特征在于，机械旁路开关(8)布置在所述外部导体区段(2)中，其中所述半导体电路装置(11)并联连接到所述旁路开关(8)，其中所述半导体电路装置(11)包括至少一个功率半导体(14)，特别是IGBT。
9.如权利要求1到8中的任一项所述的低电压电路保护设备(1)，特征在于，所述半导体电路装置(11)被设计为电气逆变器(16)。
10.如权利要求1到9中的任一项所述的低电压电路保护设备(1)，特征在于，所述低电压电路保护设备(1)具有用于电流隔离的电气隔离触头(9)，以及所述电气隔离触头(9)被连接用于用所述电子控制单元(13)来控制它们。
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