CN110718894B

CN110718894B - 低压断路器和方法

Info

Publication number: CN110718894B
Application number: CN201910628499.3A
Authority: CN
Inventors: A.博格沃特
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2039-07-12
Also published as: DE102018211646A1; US11152778B2; US20200021099A1; DE102018211646B4; CN110718894A

Abstract

本发明涉及一种用于中断低压电路的低压断路器，具有：至少一个第一电流传感器，用于确定低压电路的电流的大小；具有触点的中断单元，用于中断低压电路；与第一电流传感器和中断单元连接的电子触发单元，其被设计为，用于在超过电流边界值或/和电流‑时间间隔边界值时促使低压电路中断；电源，用于向低压断路器的至少一个附加部件和电子触发单元供应能量。根据本发明，在电源和至少一个附加部件之间设置第二电流传感器，该第二电流传感器确定附加部件的电流的大小。第二电流传感器与分析电子器件连接，该分析电子器件在超过附加部件的电流的阈值时启动到附加部件的电流的中断。

Description

低压断路器和方法

技术领域

本发明涉及一种根据本发明的用于中断低压电路的低压断路器以及一种根据本发明的方法。

背景技术

断路器是与保险装置起类似作用的保护设备。断路器监测借助导体流过其的电流，并且当超过保护参数、诸如电流边界值或电流-时间间隔边界值时，即，当针对一定的时间间隔存在电流值时，中断到能量汇点或耗电器的电流或能量流动，这被称为触发。调节的电流边界值或电流-时间间隔边界值是对应的触发原因。例如，通过断路器的断开的触点进行中断。

特别是对于低压电路或低压电网，取决于电气电路中设置的电流的大小，存在不同类型的断路器。在本发明的意义上，断路器特别地是指如其在低压设备中用于63至6300安培的电流的开关。更具体地，封闭式断路器被用于针对63至1600安培的电流、特别是125至630或1200安培的电流。敞开式断路器被特别地用于630至6300安培的电流，更具体地，1200至6300安培的电流。

敞开式断路器也称为空气断路器(英语：Air Circuit Breaker)，简称ACB，并且封闭式断路器被称为塑壳断路器(英语：Moulded Case Circuit Breaker)或者紧凑型断路器，简称MCCB。

低电压特别地是指直至1000伏特的交流电压或者1500伏特的直流电压。更具体地，低电压特别地是指大于具有50伏特交流电压或120伏特直流电压的值的小电压的电压。

在本发明的意义上，断路器特别地是指具有用作控制单元的电子触发单元的断路器，也被称为电子脱扣器(英语：Electronic Trip Unit)，简称ETU。

在电流流动过高时，断路器根据其保护参数或响应值来中断电路。保护参数或响应值基本上是电流的大小以及时间，在该时间之后应当在电流流动持续“高”的情况下进行电路的中断。有别于保险装置，这些保护参数或响应值在断路器中可调节，例如借助电子触发单元。该电子触发单元通常安装为可通过断路器的前面接近。在此保护参数可调节或可参数化。

低压断路器具有对功能履行(保护)至关重要的电子部件。一个重要的部件是电子触发单元。根据参数化，电子触发单元使断路器触发(电路中断、触点断开、电网分离)。电子触发单元的故障导致低压断路器的保护功能的丧失。

带有电子触发单元的断路器通常具有附加部件。这些附加部件通常连接到电子触发单元或者直接与电源连接。附加部件例如可以是所谓的额定值插头(英语：Rating Plug)或者是测定电流插头、开关识别模块(简称SKM)、或显示单元，特别是显示器。通常，电子触发单元向附加部件供应能量。

例如，如果在附加部件处存在错误或缺陷，例如显示单元/显示器(模块)中的短路，则可能由此危及电子触发单元的能量供应，例如，可能使能量供应崩溃，并且由此断路器的保护功能将不再可用。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，改进开头提到的类型的低压断路器，特别是在可能的缺陷的情况下尽可能长地提供保护功能。

上述技术问题通过具有本发明的特征的低压断路器或通过具有本发明的特征的方法来解决。

根据本发明，低压断路器被设置为用于中断低压电路，具有：

-至少一个第一电流传感器，用于确定低压电路的电流的大小；

-具有触点的中断单元，用于中断低压电路；

-与第一电流传感器和中断单元连接的电子触发单元，该电子触发单元被设计为，用于在超过电流边界值或/和电流-时间间隔边界值时促使低压电路中断；

-电源，用于向低压断路器(LS)的附加部件(9，2，3，4)和电子触发单元供应能量。

根据本发明，在电源和至少一个附加部件之间设置第二电流传感器，该第二电流传感器确定附加部件的电流的大小。第二电流传感器与分析电子器件连接，该分析电子器件在超过附加部件的电流的阈值时启动到附加部件的电流的中断。

在此，到附加部件的电流可以直接从电源流到附加部件，还可以经由另外的单元、诸如电子触发单元从电源流到附加部件。

这具有特别的优点：监测了到至少一个附加部件的电流流动，该附加部件对于断路器的保护功能不是强制必需的。在超过到附加部件的电流的阈值时，启动到附加部件的电流的中断。阈值的大小调节或规定为，使得排除或避免电子触发单元的能量供应的威胁，特别是最大限度地确保了低压断路器的保护功能。

在本发明中给出了本发明的有利的设计方案。

在本发明的有利的设计方案中，在第二电流传感器和附加部件之间设置分离电路，该分离电路与分析电子器件连接，用于在超过阈值时中断到附加部件的电路。

这具有特别的优点：给出用于中断到附加部件的电流的简单的解决方案。

在本发明的有利的设计方案中，分析电子器件被设计为，使得阈值的大小是可调节的，特别是能够在低压断路器上实现调节。

这具有特别的优点：能够实现阈值与不同的附加部件以及运行条件的灵活的匹配。

在本发明的有利的设计方案中，附加部件是额定值插头、开关识别模块或显示单元，特别是显示器。

这具有特别的优点：针对这些单元提供了对缺陷的监测，并且由此能够实现保护功能的保持。

在本发明的有利的设计方案中，低压断路器具有壳体。替换地或附加地设置输入单元，利用该输入单元可以调节阈值的大小。

这具有特别的优点：能够从外部或借助壳体或输入单元实现阈值的外部的调节。

在本发明的有利的设计方案中，阈值的大小对于每个附加部件是可调节的或规定的。特别地，这对于每个附加部件可以利用输入单元调节。

这具有特别的优点：可以针对每个附加部件独立地调节或规定特定的边界值，使得在附加部件发生故障时仅断开该附加部件，并且最大限度地保持其他的附加部件的功能以及保护功能。

此外，类似地有利地要求保护具有有利的设计方案的根据本发明的方法。

所有的设计方案以从属形式参考本发明，以及仅参考本发明的各个特征或特征组合，引起断路器的改进，以最大限度地保持保护功能。

附图说明

结合以下对结合附图更详细说明的实施例的描述，所描述的本发明的特性、特征和优点以及实现其的方式将变得更清楚和更清晰易懂。

在此，附图中：

图1示出了用于解释本发明的第一图示；

图2示出了用于解释本发明的第二图示；

图3示出了用于解释本发明的第三图示；

图4示出了用于解释本发明的第四图示。

具体实施方式

图1示出了用于解释本发明的图示，该图示示意性地示出了低压断路器LS的部分，其中示出了断路器的不同的单元。图1示出了低压电路(例如三相交流电路)的电气导体L1、L2、L3，其中第一导体L1形成三相交流电路的第一相，第二导体L2形成三相交流电路的第二相并且第三导体L3形成三相交流电路的第三相。此外，还可以设置中性导体和保护导体。

在根据图1的示例中，第三导体L3与能量转换器EW连接，使得第三导体的总电流或至少一部分电流(即，导体部分电流)流过能量转换器EW的初级侧。通常，能量转换器EW是具有芯的变压器。在一种设计方案中，可以在电气电路的每个相中或每个导体中设置能量转换器EW。能量转换器EW或每个设置的能量转换器的次级侧与电源NT(或多个电源)连接，该电源例如以供应电压的形式向电子触发单元ETU连同附加部件9一起供应能量。此外，电源NT还可以与第一电流传感器SE连接，以向第一电流传感器供应能量，如果需要的话。

第一电流传感器SE具有至少一个传感器元件，例如罗戈夫斯基线圈(Rogowskispule)、测量电阻/分流器、霍尔传感器等，用于确定电气电路的至少一个导体的电流的大小。在通常的扩展变形中，电气电路的每个相导体或导体的电流的大小被确定。

第一电流传感器SE与电气触发单元ETU连接，并且第一电流传感器向该电气触发单元传送电气电路的至少一个导体、相导体或全部导体的电流的大小。

电子触发单元ETU可以是所谓的电子脱扣器。

在电子触发单元ETU中，将所传送的电流值与形成触发原因的电流边界值或/和电流-时间间隔边界值进行比较。在超过所述边界值的情况下，促使电气电路中断。这例如可以通过设置中断单元UE来进行，该中断单元在一侧与电子触发单元ETU连接，并且在另一侧具有用于中断电气电路的导体L1、L2、L3或另外的导体的触点K。在这种情况下，中断单元UE获得用于断开触点的中断信号。

在电子断路单元ETU上连接一个或多个附加部件9。该附加部件可以为了能量供应而直接与电源NT连接，或者经由电子触发单元ETU获得能量。

图2示出了电子触发单元ETU的示例性图示。该电子触发单元具有壳体，该壳体例如可以是低压断路器的部分。电子触发单元ETU具有输入单元EE、显示单元2(特别是显示器)、额定值插头或者是测定电流插头3以及开关识别模块4。

在此，显示单元2、额定值插头3以及开关识别模块4示例性地是本发明的意义上的附加部件。

图3示出了根据本发明的图1的部分的设计方案的图示，更确切地说，电子触发单元ETU和附加部件9之间的(能量)连接。在此，附加部件9经由电子触发单元ETU获得能量，该电子触发单元又包含来自电源NT的能量。

在电源NT和附加部件9之间设置第二电流传感器6，在该示例中在电子触发单元ETU和附加部件9之间。第二电流传感器6确定附加部件9的电流的大小。第二电流传感器6与分析电子器件7连接，该分析电子器件在附加部件9的电流超过阈值的情况下启动到附加部件9的电流的中断。为此，例如在在第二电流传感器6和附加部件9之间设置分离电路8，该分离电路与分析电子器件7连接，用于在超过阈值时中断到附加部件9的电路。

图4示出了根据图3的更详细的设计方案变形的示例。在此，示例性地更详细地示出了分析电子器件7，该分析电子器件具有至少一个放大器、特别是两个放大器，并且示出了阈值电路和调节可能性10，利用该调节可能性可以调节到附加部件的电流的阈值的大小。

以有利的方式针对每个附加部件设置这种电路，其中针对每个附加部件可以调节或规定另外的阈值。

下面将用不同的词语再次解释本发明。

低压断路器具有对于功能履行(保护)所必需的电子部件。一个基本部件是电子触发单元ETU(电子脱扣器)。该电子触发单元分析所测量的电流和电压。根据参数化以及结果，电子触发单元ETU使低压断路器触发(低压电路中断/电网分离)。电子触发单元ETU的故障导致整个低压断路器的保护功能的丧失。通常，在电子触发单元ETU上连接附加部件或附加设备，诸如额定值插头3、开关识别模块4或显示单元/显示器2，其经由电子触发单元ETU或直接由电源ET供应能量。

例如，如果在显示单元上、例如在所连接的显示器模块上存在缺陷(例如由于短路)，则电子触发单元ETU的能量供应可能由此崩溃并且将不再确保保护功能。

为了解决该问题，对从电子触发单元ETU流到附加部件9的电流实施监测。对此，利用第二电流传感器，诸如测量电阻或分流器、罗戈夫斯基线圈、霍尔传感器或用于确定电流的大小的其他的部件或传感器，例如产生与流过的电流相当的值。借助分析电子器件7解释该值。当过高的电流流过时，例如利用分离电路8中断分析电子器件，该分离电路防止向相应的附加部件9供应电流，从而防止了低压断路器的能量供应的崩溃并且保持了保护功能或保护功能性。

导致中断的阈值可以被任意地规定，例如内部地利用调节可能性10或者例如外部地利用调节单元EE，其可以在断路器LS的壳体处或在其电子触发单元ETU处接近。

甚至可以想到，根据运行情况以可变的方式(及时地，英语：just intime)，例如通过电位计，将该值匹配于实际情况。

该解决方案的优点在于，该解决方案完全自主地并且快速地起作用。此外，该解决方案在设计上绝对灵活，可以以不同的响应值调整，以用于确保能量转换器或电源NT的次级侧的安全，并且由此适用于在所有外围交点处使用。特别地，不取决于是否能够检测非常小或非常大的电流。该解决方案绝对非破坏性地运行，因此例如可以在更换有缺陷的外围设备之后正常地运行。该功能性杰出地适用于缺乏能量的系统，诸如在自供电的低压断路器中。与此相反，对于普通的保险装置、以及对于自复位的保险装置，现有的能量量对于触发来说是过低的，或需要相当长的时间，由此将不再保证整个设备的保护功能性。该解决方案的另外的优点是极低的电压降，从而所连接的附加部件或外围设备的电平几乎不受影响。与此相反，如果例如使用半导体保险装置，则由此会产生显著的电压降，该电压降可能导致控制电平位于运行电压的电平之上，并且可能损坏附加部件。

尽管通过实施例进一步详细说明和描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，并且本领域技术人员可以从中导出其他的变形，而不脱离本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于中断低压电路的低压断路器(LS)，具有：

-至少一个第一电流传感器(SE)，用于确定低压电路的电流的大小；

-具有触点(K)的中断单元(UE)，用于中断低压电路；

-与所述第一电流传感器(SE)和所述中断单元(UE)连接的电子触发单元(ETU)，所述电子触发单元被设计为，用于在超过电流边界值或/和电流-时间间隔边界值时促使低压电路中断；

-电源(NT)，用于向低压断路器(LS)的至少一个附加部件(9，2，3，4)和电子触发单元(ETU)供应能量，

其特征在于，

在电源(NT)和至少一个附加部件(9，2，3，4)之间设置第二电流传感器(6)，所述第二电流传感器确定附加部件(9，2，3，4)的电流的大小，

所述第二电流传感器(6)与分析电子器件(7)连接，所述分析电子器件在超过附加部件(9，2，3，4)的电流的阈值时启动到所述附加部件(9，2，3，4)的电流的中断。

2.根据权利要求1所述的低压断路器(LS)，其特征在于，

在第二电流传感器(6)和附加部件(9，2，3，4)之间设置分离电路(8)，所述分离电路与所述分析电子器件(7)连接，用于在超过阈值时中断到所述附加部件(9，2，3，4)的电路。

3.根据权利要求1所述的低压断路器(LS)，其特征在于，

所述分析电子器件(7)被设计为，使得阈值的大小是可调节的，特别是能够在所述低压断路器(LS)上实现调节。

4.根据权利要求1、2或3所述的低压断路器(LS)，其特征在于，

所述附加部件(9)是额定值插头(3)、开关识别模块(4)或显示单元(2)，特别是显示器。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的低压断路器(LS)，其特征在于，

所述低压断路器(LS)具有壳体，

设置输入单元(EE)，利用所述输入单元能够调节阈值的大小。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的低压断路器(LS)，其特征在于，

阈值的大小对于每个附加部件(9，2，3，4)是规定的或者可调节的。

7.一种用于低压断路器(LS)的方法，所述低压断路器具有

-具有触点(K)的中断单元(UE)，用于中断低压电路；

-与所述第一电流传感器(SE)和所述中断单元(UE)连接的电子触发单元(ETU)，所述电子触发单元被设计为，用于在超过电流边界值或/和电流-时间间隔边界值时促使所述电路中断；

-电源(NT)，用于向低压断路器的附加部件(9，2，3，4)和电子触发单元(ETU)供应能量，

其特征在于，

连续地确定至少一个附加部件(9，2，3，4)的电流的大小，与阈值进行比较，并且在超过阈值时中断到所述附加部件(9，2，3，4)的电流流动。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述附加部件(9)是显示单元(2)，特别是显示器，额定值插头(3)或开关识别模块(4)。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，对于每个附加部件(9，2，3，4)能够调节不同的阈值。