CN114365255A - 保护开关装置、保护开关系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于低压电路的保护开关装置或保护开关系统，其配备有由半导体开关和分离触点系统构成的串联电路，其中进行对电流大小的确定。在此，‑在接通过程中首先接通分离触点系统并且随后半导体开关变为低阻抗，‑在手动的第一关断过程中，半导体开关变为高阻抗并且分离触点系统保持接通，‑在所确定的电流超过第一电流阈值持续第一时间段的情况下，根据该第一关断过程，半导体开关变为高阻抗并且分离触点系统保持接通，‑在所确定的电流超过第二电流阈值持续第二时间段的情况下，对于第二关断过程，半导体开关变为高阻抗并且随后断开分离触点系统，‑在所确定的电流超过第三电流阈值时，根据第二关断过程，半导体开关变为高阻抗并且随后断开分离触点系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于中断具有多个导体的低压电路的保护开关装置、一种用于中断具有多个导体的低压电路的保护开关系统以及一种针对用于中断具有多个导体的低压电路的保护开关装置或保护开关系统的方法。
背景技术
对于低压电路，迄今已知不同的保护开关装置。
低压是指直至1000伏特交流电压或直至1500伏特直流电压的电压。低压尤其是指大于其值为50伏特交流电压或120伏特直流电压的小电压的电压。
电路、特别是用于低压的电路是指用于直至6300安培电流的电路、更特别地直至1600安培、1200安培、630安培、125安培、80安培、63安培、40安培、25安培或16安培电流的电路。所提到的电流值尤其是指额定电流和/或关断电流，即在正常情况下最大程度地通过电路引导的电流，或者在正常情况下电路通常例如通过开关装置或保护开关装置中断的电流。
在本发明的意义上，用于低压电路的常见的开关装置或保护开关装置例如是(负荷)隔离开关、断路器、故障电流保护开关或线路保护开关。
隔离器或隔离开关是电操纵系统，该电操纵系统被构造为，用于无负载地(无电流地)电分离低压电路或设备(设备部件)。在负荷下的电分离借助传统的隔离器是不可能的或仅在有限的程度上是可能的，并且由于在分离时形成的电弧可能导致隔离器损坏。
负荷隔离器或负荷隔离开关是电操纵系统，该电操纵系统被构造为用于在负荷下电分离低压电路或低压设备(设备部件)。为此，负载隔离器例如具有灭弧装置，借助该灭弧装置能够将在负荷下电分离时形成的电弧从负载隔离器的开关元件引出并且能够在灭弧装置的耐热部段、例如灭弧室中进行灭弧。以这种方式，避免了由电弧引起的负荷隔离器的敏感部件的热过载。
隔离器或负荷隔离器的特别的实施方式是有保险丝的负荷隔离器，例如保险丝负荷隔离器或保险丝负荷隔离开关。保险丝负荷隔离器是具有电保险丝的负荷隔离器，电保险丝例如是熔断保险丝，例如所谓的NH(刀型)保险丝。
隔离开关或负荷隔离开关例如通过(例如杠杆/手柄形式的)手柄手动操纵，手柄断开电路的触点，从而实现电流隔离，尤其是利用隔离段或保护段实现电流隔离。杠杆在此用作开关位置指示，即例如在下游的低压电路中存在无电压状态。
在隔离开关或负荷隔离开关中不设置短路时的中断、特别是重复的中断。虽然如此，在隔离开关或负荷隔离开关的情况下，允许接通短路。
与此相反，已知断路器、线路保护开关或故障电流保护开关。在此，在存在特定的过电流、短路或故障电流条件时自动地进行电路的中断。在中断之后，这些装置可以相对快速地再次接通。同样地，还设置了手动关断。
断路器和线路保护开关是如下的保护开关装置，其类似于保险丝进行工作。断路器监控借助至少一个导体流过该断路器的电流，并且当超过保护参数、例如电流界限值时，中断到能量吸收器或耗电器的电流或能量流，这被称为触发。在此，通过断开机械触点以机械方式中断低压电路。
本发明涉及一种具有隔离功能的开关装置，其通过分离触点系统实现。隔离功能是指分离触点系统的触点之间的一定的最小距离或最短空气路径。该最短空气路径基本上与电压相关。其他参数是污染程度、场的类型(均匀的、非均匀的)和气压或高于标准零点的高度。
对于这些最短空气路径或爬电距离存在相应的规定或标准。例如，在空气中，对于冲击电压强度，这些规定依据污染程度给出了针对非均匀和均匀(理想)电场的最短空气路径。冲击电压强度是在施加相应冲击电压时的强度。只有在存在该最小长度(最小距离)的情况下，分离触点系统或保护开关装置才具有隔离功能(隔离特性)。
在此，在本发明的意义上，标准系列DIN EN 60947或IEC 60947对于隔离器功能及其特性是相关的，在此通过参考来考虑这些标准系列。
然而，如果半导体开关元件应当被用于低压电路，则必须采取另外的安全预防措施，以便可以使符合标准的电气设备运行。半导体开关元件是指实际的电流流过的组件、如晶体管、IGBT、MOSFET等，或者实际的开关元件。半导体开关是指半导体开关元件，即具有其功能通常所需的或必要的(附加)电路的组件。也就是说，其例如可以具有两个用于实际电流的接头和一个或多个用于启动开关功能的接头。通常，半导体开关与断路器和(负荷)隔离开关组合地(串联地)设计。半导体开关负责电路的快速中断，但不能提供电流隔离，因为半导体开关在关断状态下仅是高阻抗的。
断路器用于在半导体开关故障时进行保护。(负荷)隔离开关是手动操纵的，以便例如在维修情况下能够实现安全隔离。为此，(负荷)隔离开关在现场接通或关断。该设计操作起来复杂且麻烦。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，改进现有的保护开关装置或保护开关功能，特别是提供一种使用具有隔离功能的现代半导体开关的新型保护开关装置。
上述技术问题通过具有权利要求1的特征的保护开关装置、具有权利要求17的特征的保护开关系统、具有权利要求20或21的特征的用于保护开关系统的装置或具有权利要求22的特征的针对保护开关装置或保护开关系统的方法来解决。
根据本发明，提供一种用于具有多个导体的低压电路的保护开关装置，其中，保护开关装置在壳体中具有：
-用于低压电路的输入侧的第一导体接头，该第一导体接头通过由分离触点系统和半导体开关构成的串联电路与输出侧的第二导体接头连接，其中，输入侧的导体接头分别与输出侧的导体接头连接，对于每个连接(导体)设置一个分离触点和半导体开关的一个半导体开关子单元，(导体接头被设计为，使得能够在壳体上连接低压电路的导体)，
-用于分离触点系统的驱动器和在壳体上的可够着的(机械的)手柄，
-壳体上的(光学的)指示单元和操作单元，
-电流传感器，该电流传感器确定低压电路的电流的大小；例如，在多导体系统、例如三相交流电路的情况下，每个相可以设置一个电流传感器，
-控制单元，该控制单元与电流传感器、指示单元、操作单元、分离触点系统的驱动器和半导体开关连接，并且该控制单元被设计为：
-在接通过程中，首先接通分离触点系统并且随后半导体开关变为低阻抗的，
-在手动的第一关断过程中，半导体开关变为高阻抗的并且分离触点系统保持接通，
-在所确定的电流超过第一电流阈值持续第一时间段的情况下，根据第一关断过程，半导体开关变为高阻抗的并且分离触点系统保持接通，
-在所确定的电流超过(更高的)第二电流阈值持续第二时间段的情况下，对于第二关断过程，半导体开关变为高阻抗的并且随后断开分离触点系统，
-在所确定的电流超过(还更高的)第三电流阈值时，根据第二关断过程，半导体开关变为高阻抗的并且随后断开分离触点系统。
有利地，半导体开关和分离触点系统、即隔离功能或隔离器是保护开关装置或保护开关系统/开关装置组合，其不仅能够借助半导体开关电子地开关，而且还能够通过隔离器机械地开关。根据本发明，隔离器、即分离触点系统为此具有驱动器、例如电动机驱动器。半导体开关电子地开关，并且仅当需要可靠的电流隔离时，例如在严重的故障情况下(超过第二或第三电流界限值时)激活分离触点系统，或在维修情况下手动地激活分离触点系统。通过手柄确保了电流隔离的符合标准的指示。
本发明的有利的设计方案在从属权利要求中给出。
在本发明的有利的设计方案中，在第二关断过程中，断开的分离触点系统借助第一闭锁器闭锁。
这具有特别的优点，即分离触点系统在内部闭锁并且因此在故障被消除之前不能再次接通，或者因此明确地发出信号表明存在严重的故障情况，从而分离触点系统不能容易地再次接通。
在本发明的有利的设计方案中，仅当半导体开关是高阻抗的时，才可以执行分离触点系统的第一闭锁器的解锁。
这具有特别的优点，即防止接通到电流，这提高了安全性。此外，在高阻抗的情况下，开关功率被强烈地最小化，这可以实现分离触点系统的更简单的结构。
在本发明的有利的设计方案中，在接通过程中，在半导体开关变为低阻抗之后，第二闭锁器防止分离触点系统的手动断开。
这具有特别的优点，即避免了在电流流动时的(手动的)分离，从而分离触点系统的简单的结构是可能的。
在本发明的有利的设计方案中，仅当半导体开关是高阻抗的时，才能够进行分离触点系统的断开。
这具有特别的优点，即避免了在电流流动的情况下，例如在产生电弧的情况下，接通或断开分离触点系统，并且由此又可以实现分离触点系统的简单的结构。
在本发明的有利的设计方案中，能够在低压电路中进行差电流确定。在差电流值超过故障电流阈值(差电流阈值)的情况下，执行第二关断过程。
这具有特别的优点，即在存在对人员危险的故障电流时执行电流隔离。
在本发明的有利的设计方案中，可通过操作单元启动接通过程和关断过程。
这具有特别的优点，即能够实现简单的接通和断开。
在本发明的有利的设计方案中，指示单元指示半导体开关的开关状态和/或关断过程的类型。
这具有特别的优点，即给出(开关)状态的清晰的可视化。
在本发明的有利的设计方案中，手柄指示分离触点系统的状态。
这具有特别的优点，即给出了隔离功能的清晰的识别。
在本发明的有利的设计方案中，指示单元也指示分离触点系统的状态。
这具有的特别优点，即给出了所有状态的集中的指示。
在本发明的有利的设计方案中，驱动器是电动机驱动器或磁驱动器或具有弹簧蓄能器。
这具有特别的优点，即机械的分离触点系统是能够远程开关的(遥控的，remote)并且因此能够在功能上与半导体开关一起起作用。
在本发明的有利的设计方案中，设置有通信接口。该通信接口例如与控制单元连接。
这具有特别的优点，即能够实现对保护开关装置的可远程操作的监控或控制。此外，例如可以实现与其他保护开关装置或装置的耦合。
在本发明的有利的设计方案中，设置电压传感器，其用于确定低压电路的电压的大小，该电压传感器尤其与控制单元连接。
这具有特别的优点，即能够实现另外的保护功能、如过压保护或欠压保护。
在本发明的有利的设计方案中，设置电源，其一方面从低压电路获取能量并且另一方面与控制单元连接。
这具有特别的优点，即给出了保护开关装置的自供电。
在本发明的有利的设计方案中，设置辅助电压接头，其尤其用于给控制单元供电。
这具有特别的优点，即提供了外部的、与低压电路的电压或电流无关的对保护开关装置以及由此对保护功能的能量供应。
在本发明的有利的设计方案中，指示单元是光学指示单元，该光学指示单元尤其具有发光二极管。
这具有特别的优点，即给出了简单且良好的可视化。
在本发明的有利的设计方案中，手柄是用于分离触点系统的机械手柄。
这具有特别的优点，即给出了对隔离功能的清晰识别的简单的并且视觉清晰可见的实现。
在本发明的有利的设计方案中，设置烟火保险丝(pyrotechnisch Sicherung)，该烟火保险丝与串联电路串联连接，并且在电流超过第四电流阈值的情况下并且在半导体开关的高电阻的开关状态下被触发，使得低压电路中断。
这具有特别的优点，即在半导体开关的电流通过过程(Durchgalvanisieren)中提供保护，特别是当需要快速的反应时间来进行保护时。
根据本发明，还提出了一种对应的用于低压电路的保护开关系统，区别在于，设置了两个装置，这些装置通过通信连接彼此连接。第一装置具有半导体开关。第二装置具有分离触点系统。
该系统或第一/第二装置可以配备有单个或所有上文或下文提到的有利的设计方案。
在该系统的有利的设计方案中，通信连接是有线的通信连接。
这具有特别的优点，即提供特别可靠的连接，该连接能够实现可靠地提供保护功能。
根据本发明，还提出了一种对应的针对保护开关装置或保护开关系统的方法。该方法可以具有单个或所有上文或下文提到的有利的设计方案。
所有的设计方案，无论是以独立权利要求的从属形式还是仅以权利要求的单个特征或特征组合的从属形式，都导致新型保护开关装置、保护开关系统、单个装置或方法的改进。
附图说明
结合下面对结合附图详细阐述的实施例的描述更清楚且明晰地理解所描述的本发明的特点、特征和优点以及其实现方式。
附图中：
图1示出了根据本发明的保护开关装置；
图2示出了根据本发明的保护开关系统。
具体实施方式
图1示出了用于低压电路的保护开关装置SG，例如是具有三个相导体和中性导体的三相交流电路或具有相导体和中性导体的单相交流电路，其具有壳体GEH。保护开关装置SG具有用于低压电路的输入侧的第一导体接头EL，该输入侧的第一导体接头通过由分离触点系统KS和半导体开关HL构成的串联电路与输出侧的第二导体接头AL连接，其中，输入侧的导体接头EL分别与输出侧导体接头AL连接。每个连接(导体)设置有分离触点系统KS的一个分离触点和半导体开关HL的一个半导体开关子单元。在根据图1的示例中，仅示出一个导体。导体接头可以被设计为，使得在壳体上可以连接低压电路的导体。
根据本发明，分离触点系统KS具有驱动器AT，例如电动机驱动器或磁驱动器，以及在壳体GEH上(外部)的可够着的(机械的)手柄HB，该手柄除了分离触点系统的可能的操纵之外还用作对于分离触点系统KS的开关位置的指示器(开关位置指示器)。
在壳体GEH上设置有(光学的)指示单元AE和操作单元，指示单元尤其用于指示半导体开关HL的状态或开关位置，在该示例中，指示单元AE具有集成的操作单元。在壳体GEH中设置有用于导体的电流传感器SEN，该电流传感器确定低压电路的电流的大小；例如，在多导体系统、例如三相交流电路中，可以为每相(或者必要时，附加地为中性导体)设置一个电流传感器SEN。此外，可以设置电压传感器。在壳体中设置有控制单元ST，该控制单元与电流传感器SEN、(尤其是具有操作单元的)指示单元AE、分离触点系统KS的驱动器AT和半导体开关HL连接。此外，可以设置通信接口COM，其同样与控制单元ST连接。分离触点系统KS或驱动器AT还可以具有辅助触发器HA，其同样与控制单元ST连接。当辅助触发器(辅助触发系统)HA被设计为弹簧蓄能器并且因此需要辅助能量来操纵时，辅助触发器HA用于操纵驱动器。
在保护开关装置SG中，可以设置用于向控制单元ST供电的电源。替换地或附加地，可以设置一个(或多个)辅助能量接头HE(辅助电压接头)。
根据本发明，还可以设置烟火保险丝，其设置在由分离触点系统KS和半导体开关HL构成的串联电路中(在之前，在中间，在之后)。
图2示出根据图1的装置，区别在于，分离触点系统和半导体开关布置在具有自身壳体的不同装置中。图2示出了相应的用于低压电路的保护开关系统，在示例中示出了能量源EQ，该能量源经由保护开关系统与能量吸收器ES(负载，耗电器等)连接。保护开关系统具有带有半导体开关HL的第一装置G1和带有分离触点系统KS的第二装置G2，它们通过通信连接KV相互连接。
第一装置G1在第一装置壳体中类似于图1地具有用于低压电路的输入侧的第一接头A1，该第一接头通过半导体开关HL与输出侧的第二接头A2连接。电流传感器SEN，该电流传感器确定低压电路的电流的大小。与半导体开关HL和电流传感器SEN连接的逻辑单元LOG，该逻辑单元又与第一通信接口COM1连接，该第一通信接口提供用于通信连接KV的接头。逻辑单元LOG类似于控制单元ST被构造，并且尤其可以仅具有第一装置所需的功能。
第二装置G2在第二装置壳体中类似地具有用于低压电路的输入侧的第三接头A3，该第三接头经由分离触点系统KS与输出侧的第四接头A4连接。第二装置类似地具有用于分离触点系统KS的、驱动器AT和在壳体上的可够着的手柄HB。此外，监控单元KE可以类似于控制单元ST或逻辑单元LOG被构造，并且在一种设计方案中仅具有第二装置G2所需的功能。监控单元KE与分离触点系统KS的驱动器AT连接并且与第二通信接口COM2连接，该第二通信接口提供用于通信连接KV的接头。第二装置G2的另外的实施是装置壳体，该装置壳体具有分离触点系统KS、带有可够着的手柄HB的驱动器AT和辅助触发器HA。辅助触发器HA借助通信连接(通过该通信连接也可以传输能量，即该通信连接也可以提供能量)与第一装置G1连接。
除了通信连接KV之外，第二接头A2与第三接头A3通过低压电路的线路相互连接。
通信连接KV尤其可以是有线连接的通信连接，由此确保可靠的通信。
第一装置G1和/或第二装置G2可以具有指示单元和/或操作单元，例如也作为组合的指示和操作单元，以便节省空间。它们布置在相应的装置壳体上。此外，它们根据设计方案与逻辑单元LOG和/或监控单元KE连接。
此外，可以类似于图1地设置辅助触发器、电源和/或辅助能量接头。
在一种设计方案中，可以在第一装置上指示第二装置的(开关)状态。在替换的或附加的设计方案中，可以在第二装置上指示第一装置的(开关)状态。
根据本发明，新型的保护开关装置或保护开关系统或方法被设计为：
-在可以由操作单元或通过经由通信接口COM、COM1、COM2的信号启动的接通过程中，首先接通分离触点系统KS并且随后半导体开关HL变为低阻抗的。在手动的第一关断过程中，半导体开关HL变为高阻抗的并且分离触点系统KS保持接通，该第一关断过程可以由操作单元或通过经由通信接口COM、COM1、COM2的信号启动。在通过电流传感器SEN确定的电流超过第一电流阈值持续第一时间段的情况下，根据第一关断过程，半导体开关HL变为高阻抗的并且分离触点系统KS保持接通。这例如可以用于简单的过电流的情况，该过电流高于额定电流。在(通过电流传感器SEN)确定的电流超过第二电流阈值(该第二电流阈值高于第一电流阈值)持续第二时间段(该第二时间段可以等于或大于第一时间段)的情况下，对于第二关断过程，半导体开关(HL)变为高阻抗的并且随后断开分离触点系统(KS)。这例如可以用于过电流的临界情况，其中执行电流隔离。在所确定的电流超过第三电流阈值(该第三电流阈值高于第二电流阈值)的情况下，根据第二关断过程，半导体开关(HL)变为高阻抗的并且随后断开分离触点系统(KS)。这例如可以在短路(电流)的情况下使用，以便实现具有电流隔离的快速关断。
特别地，在第二关断过程中，断开的分离触点系统KS可以借助第一闭锁器闭锁，以便防止在临界的过电流或短路电流之后(无意地)接通。
特别地，只有当半导体开关是高阻抗的时，才可以进行分离触点系统的该第一闭锁的解锁，从而在(最大程度上)无电流的情况下进行接通。这对于人员保护以及对于分离触点系统KS的使用寿命可能是重要的。
在半导体开关HL变为低阻抗之后的接通过程中，第二闭锁可以防止分离触点系统的手动断开，从而防止处于电压/电流下的分离触点系统的(无意的)断开，在该分离触点系统中可能形成电弧。
特别地，仅当半导体开关是高阻抗的时，才能够进行分离触点系统的断开。
保护开关装置可以具有故障电流功能，其中在低压电路中执行差电流确定。例如通过总电流互感器或测量的导体电流的差值形成。在差电流值超过故障电流阈值(例如用于人员保护的30mA)的情况下，可以执行第二关断过程，从而为了人员保护存在电流隔离。
通过操作单元可以启动接通过程和关断过程。指示单元可以指示半导体开关的开关状态和/或关断过程的类型。手柄指示分离触点系统的状态。指示单元也可以指示分离触点系统的状态。指示单元可以是光学指示单元，例如具有灯、发光二极管、分段指示器，(触摸屏)显示器等。
低阻抗是指允许的电流可以流动的状态。特别地，低阻抗是指小于10欧姆、更好地小于1欧姆、100毫欧姆、10毫欧姆、1毫欧姆、100微欧姆、10微欧姆、1微欧姆、100纳米欧姆、10纳米欧姆、1纳米欧姆或更小的电阻值。
高阻抗是指只有可忽略大小的电流还流动的状态。特别地，高阻抗是指大于1千欧姆、更好地大于10千欧姆、100千欧姆、1兆欧姆、10兆欧姆、100兆欧姆、1千兆欧姆、10千兆欧姆、100千兆欧姆、1兆兆欧姆或更大的电阻值。
半导体开关可以有利地设计有双极晶体管、场效应晶体管、晶闸管和/或绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。
有利地，分离触点系统的特征在于，依据额定冲击电压强度和污染程度的、断开的分离触点在关断位置(断开位置，断开的触点)中的最短空气路径。最短空气路径尤其在(最小)0.01mm与14mm之间。特别有利地，最短空气路径在0.33kV时为0.01mm和在12kV时为14mm之间，尤其是对于污染程度1以及尤其是对于不均匀场。
有利地，最短空气路径可以具有以下值：
E DIN EN60947-1(VDE 0660-100)：2018-06
表格13-最短空气路径
污染程度和场类型对应于在标准中定义的污染程度和场类型。由此，有利地可以实现相应于额定冲击电压强度的尺寸的、符合标准的保护开关装置。
在下文中，要再次以不同的方式解释本发明并且示出其优点。
通过保护开关装置SG或系统中的控制单元ST(逻辑单元LOG、监控单元KE)确保了，仅当存在临界的(指出的)故障情况并且需要安全的(电流)隔离时，分离触点系统KS(隔离器)才断开。为此，分离触点系统KS可以被闭锁(第一闭锁)，使得分离触点系统KS的(电动机驱动的)接通被排除(例如通过给电动机驱动器发送禁止信号)。在故障被纠正之后，例如可以通过现场的服务人员重新接通。在手动(正常或常规)开关时，分离触点系统KS保持接通(ON)。仅半导体开关HL来中断电流。临界的/指出的故障情况例如是短路(第三电流阈值)或针对设备定义的临界的过电流(第二电流阈值，第二时间段)。
此外，可以设置如下接线，该接线保证：在电流流动之前接通分离触点系统KS。即。在半导体开关HL能够变为低阻抗之前，分离触点系统KS必须接通。这要防止通断额定电流和过电流。从而避免分离触点系统KS的触点的磨损。
分离触点系统KS的尺寸被确定为，使得分离触点系统直至限定的过电流保持安全。(电动机)驱动器直接或间接地驱动分离触点系统KS。因此，可以通过通信接口COM实现远程操纵。例如可以实现分离触点系统KS的开关轴的直接的驱动器AT。同样可以设置触发弹簧蓄能器，该触发弹簧蓄能器被加载。
分离触点系统KS的开关位置指示器可以被构造为，使得开关位置指示器除了分离触点系统KS的状态之外还指示半导体开关HL的(开关)状态。为此可以设置小的机械开关，其移动标记“接通/断开”。因此，例如，即使在低压电路中没有电流流动的情况下，服务人员也可以清楚地识别保护开关装置SG及其导体路径/负载路径的(开关)状态。
可以设置闭锁器，使得当半导体开关HL不是高阻抗(关断)时，分离触点系统KS不能被接通。
分离触点系统KS也可以具有(可张紧的)摇臂开关锁。在这种情况下，触发可以通过辅助触发器(例如电压触发器)进行，该辅助触发器使张紧的开关锁脱锁。可以在现场通过手动操纵进行接通。
与保护开关系统相比，保护开关装置具有以下优点：避免了装置之间的复杂布线。
保护开关装置可以配备有另外的分离装置。这可以通过串联连接的烟火开关来实现。在保护变流器时，在故障情况下需要(超快速的)关断，该关断在正常情况下通过半导体开关HL实现。然而，如果半导体融合，即流过电流，尽管实际上半导体开关HL是(或应该是)高阻抗的(关断的)，则在该故障情况下利用另外的分离装置、例如烟火开关能够实现(超快的)关断。例如当电流(对于高阻抗的情况)超过第四电流阈值时。
本发明除了别的之外还在于，重新定义两个先前的功能模块。在经典的机电开关世界中已经有一种断路器，其可以利用明确的开关位置指示来确保断开。在电流路径中具有分离触点系统KS的附加的隔离器已经设置用于维修目的。
如果现在要以电子方式(利用半导体开关HL)进行开关，则半导体开关HL利用(其)控制器接管保护功能，而隔离器仅负责通过分离触点系统KS进行安全的隔离。因此，不再能够满足断路器中、开关和安全的隔离以及明确的开关位置指示的先前的功能关系。
此外，根据本发明，功能被重新分配到一个或两个装置上：
1.半导体开关接管功能：开关和保护(包括信号采集和处理)，当切换为关断时，半导体开关是分离触点系统KS/隔离器的主控器。
2.隔离器/分离触点系统KS接管功能：电流隔离和明确开关位置指示。然而，该功能不是在每个开关过程中执行，而是仅在半导体开关HL报告符合资格的(临界的)故障时才执行。半导体开关HL仅接管正常的运行的开关。根据本发明，隔离器/分离触点系统KS配备有(电动机)驱动器，该(电动机)驱动器也可以进行远程接通。在临界的故障后，主控器在(再次)接通时是隔离器/分离触点系统KS。
方法初始状态：电路中断，隔离器断开/关断，半导体开关是高阻抗的。
1.接通：隔离器上的信号接通(来自经由通信接口COM的设备控制器、来自经由半导体开关HL/SSCB的操作单元或类似单元)＝>触点接通＝>半导体开关HL上的释放信号＝>接通ON＝>指示半导体开关接通(ON)并且分离触点系统KS的手柄也接通。
2.运行的接通、关断；逻辑顺序：
a)通断运行电流，关断小的过电流，隔离器接通(闭合)。
半导体开关根据要求接通或断开＝>隔离器上没有信号以进行断开＝>半导体开关的信号指示是接通或断开。
b)故障的关断，其需要安全的隔离。逻辑顺序：
半导体开关断开＝>断开信号传送到隔离器＝>隔离器/分离触点系统KS断开触点(关断)＝>隔离器/分离触点系统KS被闭锁，因为无法再次接通＝>并行地信号传送到半导体开关(和分离触点系统)的指示单元AE：关断
＝>隔离器开关位置指示为“触发”或“关断”。
3.关断，维修情况；逻辑顺序：
设备通过半导体开关HL断开＝>半导体开关的指示为“关断”＝>必要时撤销分离触点系统KS的闭锁＝>分离触点系统KS可以断开(隔离器可以关断)＝>分离触点系统的开关位置指示为“关断”＝>必要时半导体开关HL的闭锁信号，由此该半导体开关不能接通。
4.在故障情况后接通；逻辑顺序：
消除故障＝>解锁隔离器＝>仅当半导体开关HL是高阻抗的/断开的时，才可以解锁＝>隔离器/分离触点系统KS在“接通”后接通＝>半导体开关HL处的释放信号＝>半导体开关HL可以接通。
尽管已经通过实施例详细地说明和描述了本发明，但是本发明不受所公开的示例的限制，并且本领域技术人员可以从中推导出其它变型方案，而不脱离本发明的保护范围。
Claims (22)
1.一种用于低压电路的保护开关装置(SG)，在壳体(GEH)中具有：
-用于所述低压电路的输入侧的第一导体接头(EL)，所述第一导体接头通过由分离触点系统(KS)和半导体开关(HL)构成的串联电路与输出侧的第二导体接头(AL)连接，
-驱动器(AT)和在所述壳体上的可够着的手柄(HB)，所述驱动器和所述手柄用于所述分离触点系统(KS)，
-所述壳体(GEH)上的指示单元(AE)和操作单元，
-电流传感器(SEN)，所述电流传感器确定所述低压电路的电流的大小，
-控制单元(ST)，所述控制单元与所述电流传感器(SEN)、所述指示单元(AE)、所述操作单元、所述分离触点系统(KS)的驱动器(AT)和所述半导体开关(HL)连接，并且所述控制单元被设计为：
-在接通过程中，首先接通所述分离触点系统(KS)并且随后所述半导体开关(HL)变为低阻抗的，
-在手动的第一关断过程中，所述半导体开关(HL)变为高阻抗的并且所述分离触点系统(KS)保持接通，
-在所确定的电流超过第一电流阈值持续第一时间段的情况下，根据所述第一关断过程，所述半导体开关(HL)变为高阻抗的并且所述分离触点系统(KS)保持接通，
-在所确定的电流超过第二电流阈值持续第二时间段的情况下，对于第二关断过程，所述半导体开关(HL)变为高阻抗的并且随后断开所述分离触点系统(KS)，
-在所确定的电流超过第三电流阈值的情况下，根据所述第二关断过程，所述半导体开关(HL)变为高阻抗的并且随后断开所述分离触点系统(KS)。
2.根据权利要求1所述的保护开关装置(SG)，其特征在于，在第二关断过程中，断开的分离触点系统(KS)借助第一闭锁器进行闭锁。
3.根据权利要求2所述的保护开关装置(SG)，其特征在于，仅当所述半导体开关(HL)是高阻抗的时，才能够执行所述分离触点系统(KS)的第一闭锁器的解锁。
4.根据权利要求1、2或3所述的保护开关装置(SG)，其特征在于，在接通过程中，在所述半导体开关(HL)变为低阻抗的之后，第二闭锁器防止所述分离触点系统(KS)的手动断开。
5.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关装置(SG)，其特征在于，仅当所述半导体开关(HL)是高阻抗的时，才能够进行所述分离触点系统(KS)的断开。
6.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关装置(SG)，其特征在于，
能够在所述低压电路中进行差电流确定，
在差电流值超过故障电流阈值的情况下执行第二关断过程。
7.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关装置(SG)，其特征在于，通过所述操作单元能够启动接通和关断过程。
8.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关装置(SG)，其特征在于，所述指示单元(AE)指示所述半导体开关(HL)的开关状态和/或所述关断过程的类型。
9.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关装置(SG)，其特征在于，所述手柄(HB)指示所述分离触点系统(KS)的状态。
10.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关装置(SG)，其特征在于，所述指示单元(AE)还指示所述分离触点系统(KS)的状态。
11.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关装置(SG)，其特征在于，所述驱动器(AT)是电动机驱动器或磁驱动器或具有弹簧蓄能器。
12.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关装置(SG)，其特征在于，设置通信接口(COM)，所述通信接口尤其与所述控制单元(ST)连接。
13.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关装置(SG)，其特征在于，设置用于确定所述低压电路的电压大小的电压传感器，所述电压传感器尤其与所述控制单元(ST)连接。
14.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关装置(SG)，其特征在于，设置电源，所述电源一方面从所述低压电路获取能量并且另一方面与所述控制单元(ST)连接。
15.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关装置(SG)，其特征在于，设置辅助能量接头(HE)、特别是辅助电压接头，特别是用于向所述控制单元(ST)供电。
16.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关装置(SG)，其特征在于，所述指示单元(AE)是光学指示单元，所述光学指示单元尤其具有发光二极管。
17.一种用于低压电路的保护开关系统，所述保护开关系统具有带有半导体开关(HL)的第一装置(G1)和带有分离触点系统(KS)的第二装置(G2)，所述第一装置和所述第二装置通过通信连接(KV)相互连接，
所述第一装置(G1)在第一装置壳体中具有：
-用于所述低压电路的输入侧的第一接头(A1)，所述第一接头通过所述半导体开关(HL)与输出侧的第二接头(A2)连接，
-电流传感器(SEN)，所述电流传感器确定所述低压电路的电流的大小，
-与所述半导体开关(HL)和所述电流传感器(SEN)连接的逻辑单元(LOG)，所述逻辑单元又与第一通信接口(COM1)连接，所述第一通信接口提供用于所述通信连接(KV)的接头，
所述第二装置(G2)在第二装置壳体中具有：
-用于所述低压电路的输入侧的第三接头(A3)，所述第三接头通过分离触点系统(KS)与输出侧的第四接头(A4)连接，
-驱动器(AT)和在所述壳体上的可够着的手柄(HB)，所述驱动器和所述手柄用于所述分离触点系统(KS)，
-监控单元(KE)，所述监控单元与所述分离触点系统(KS)的驱动器(AT)连接并且与第二通信接口(COM2)连接，所述第二通信接口提供用于所述通信连接(KV)的接头，
所述第二接头(A2)与所述第三接头(A3)经由所述低压电路的线路相互连接，并且所述系统被设计为：
-在接通过程中，首先接通所述分离触点系统(KS)并且随后所述半导体开关(HL)变为低阻抗的，
-在手动的第一关断过程中，所述半导体开关(HL)变为高阻抗的并且所述分离触点系统(KS)保持接通，
-在所确定的电流超过第一电流阈值持续第一时间段的情况下，根据所述第一关断过程，所述半导体开关(HL)变为高阻抗的并且所述分离触点系统(KS)保持接通，
-在所确定的电流超过第二电流阈值持续第二时间段的情况下，对于第二关断过程，所述半导体开关(HL)变为高阻抗的并且随后断开所述分离触点系统(KS)，
-在所确定的电流超过第三电流阈值的情况下，根据所述第二关断过程，所述半导体开关(HL)变为高阻抗的并且随后断开所述分离触点系统(KS)。
18.根据权利要求17所述的保护开关系统，其特征在于，所述通信连接(KV)是有线的通信连接。
19.根据权利要求17或18所述的保护开关系统，其特征在于，所述第一装置(G1)在所述第一装置壳体上具有指示单元(AE)和操作单元，所述指示单元与所述逻辑单元(LOG)连接，特别地所述第二装置(G2)在所述第二装置壳体上具有另外的指示单元或操作单元。
20.一种设备(G1)，其具有根据权利要求17、18或19所述的半导体开关(HL)。
21.一种设备(G2)，其具有根据权利要求17、18或19所述的分离触点系统(KS)。
22.一种针对保护开关装置(SG)或保护开关系统的方法，所述保护开关装置或保护开关系统具有用于低压电路的由半导体开关(HL)和分离触点系统(KS)构成的串联电路，其中进行对电流大小的确定，其中：
-在接通过程中，首先接通所述分离触点系统(KS)并且随后所述半导体开关(HL)变为低阻抗的，
-在手动的第一关断过程中，所述半导体开关(HL)变为高阻抗的并且所述分离触点系统(KS)保持接通，
-在所确定的电流超过第一电流阈值持续第一时间段的情况下，根据所述第一关断过程，所述半导体开关(HL)变为高阻抗的并且所述分离触点系统(KS)保持接通，
-在所确定的电流超过第二电流阈值持续第二时间段的情况下，对于第二关断过程，所述半导体开关(HL)变为高阻抗的并且随后断开所述分离触点系统(KS)，
-在所确定的电流超过第三电流阈值的情况下，根据所述第二关断过程，所述半导体开关(HL)变为高阻抗的并且随后断开所述分离触点系统(KS)。
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