CN116508220A - 电子断路保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子断路保护装置，包括：相电力线(L)和中性电力线(N)；电流传感器(1)；电子保护触发电路(2)，其电连接到电流传感器(1)，并且能够并且被设计为发出表示过载故障的发生的第一保护触发控制信号(D1)，电子保护触发装置(2)具有在10毫秒和1秒之间的响应时间；电子断路单元(3)，其包括布置在相电力线(L)上的至少一个电子断路部件，特征在于，电子断路装置包括：模拟保护触发装置(4)，其被配置为接收表示电子断路单元(3)的端子(30，31)处的电压的信号，并且连接到电子断路单元(3)并且被布置为将表示电子断路单元(3)的端子(30，31)处的电压的信号与预定阈值进行比较，并且如果超过阈值，则发出表示EMC冲击波故障或短路故障的发生的第二保护触发控制信号(D2)，模拟保护触发装置(4)具有在1微秒与10毫秒之间的响应时间；特征在于，电子断路单元(3)能够并且被设计为由第一保护触发控制信号(D1)和/或由第二保护触发控制信号(D2)控制，以便打开至少一个电子断路部件。

Description

电子断路保护装置

技术领域

本发明涉及电子断路保护装置的领域。

背景技术

与机电断路保护装置相比，在短路或EMC冲击波(缩写EMC是指电磁兼容性(Electro-Magnetic Compatibility))的情况下，在没有损坏电子断路单元的风险的情况下，电子断路保护装置不能吸收高电流值。因此，用于检测短路的响应时间必须足够短，换句话说，响应时间大约为几微秒，以便及时中断电流。这种电子断路保护装置通常包括电子保护触发电路，该电子保护触发电路通常包括微控制器，其用来协调各种元件、测量、通信以及故障检测。因此，它也可能用于检测短路或EMC冲击波类型的快速瞬时故障，只要它们对于执行该任务足够强大和快速。

然而，选择能够检测如此快的故障的微控制器，极大地增加了电子断路保护装置的成本。

本发明的目的是通过提供以下方案来克服这些缺点：该方案允许避免使用用于检测短路或EMC冲击波类型的故障的微控制器。

发明内容

为此目的，本发明涉及一种电子断路保护装置，其至少包括：

至少一个相电流线和中性电流线，

至少一个电流传感器，其能够并且被设计为至少测量在所述至少一个相电流线中流动的电流，并且生成表示在所述至少一个相电流线中流动的电流的图像的采集信号，

电子保护触发电路，其与所述电流传感器电连接，并且能够并且被设计为至少处理所述采集信号，并且在适当的情况下，生成表示过载类型的故障的发生的第一保护触发命令信号，所述电子保护触发电路具有在10毫秒和1秒之间的范围内的响应时间，

电子断路单元，其包括分别设置在所述至少一个相电流线上的至少一个电力断路电子部件，

特征在于，所述电子断路保护装置包括模拟保护触发电路，其被配置为接收表示电子断路单元的端子两端的电压的信号，所述模拟保护触发电路连接到电子断路单元，并且被布置为将表示电子断路单元的端子两端的电压的信号与预定阈值进行比较，并且在超过所述阈值的情况下，生成表示EMC冲击波类型或短路类型的故障的发生的第二保护触发命令信号，所述模拟保护触发电路具有在1微秒和10毫秒之间的范围内的响应时间，

特征在于，所述电子断路单元的触发能够并且被设计为至少由所述第一保护触发命令信号和/或由所述第二保护触发命令信号控制，以便打开所述至少一个断路电子部件，

以及特征在于，所述电子断路保护装置还包括电源，其被配置为向电子保护触发电路和模拟保护触发电路供电。

附图说明

通过下文的描述，将更好地理解本发明，下文的描述涉及几个优选实施例，这些优选实施例通过非限制性示例给出并参考所附示意图进行解释，在所附示意图中：

图1示出了根据本发明第一变型实施例的第一可能的电子断路保护装置的电路图，

图2示出了根据本发明第一变型实施例的第二可能的电子断路保护装置的电路图，

图3示出了根据本发明第二变型实施例的第一可能的电子断路保护装置的电路图，

图4示出了根据本发明的第二变型实施例的第二可能的电子断路保护装置的电路图，以及

图5示出了触发曲线，该触发曲线示出了根据本发明的电子断路保护装置的响应时间与电流的关系。

具体实施方式

参照附图，电子断路保护装置至少包括：

至少一个相电流线L和中性电流线N，

至少一个电流传感器1，其能够并且被设计为至少测量在所述至少一个相电流线L中流动的电流，并且生成表示在所述至少一个相电流线L中流动的电流的图像的采集信号，

电子保护触发电路2，其与所述电流传感器1电连接，并且能够并且被设计为至少处理所述采集信号，并且在适当的情况下，生成表示过载类型的故障的发生的第一保护触发命令信号D1，所述电子保护触发电路2具有在10毫秒和1秒之间的范围内的响应时间，

电子断路单元3，其包括分别设置在所述至少一个相电流线L上的至少一个电力断路电子部件。

根据本发明，所述电子断路保护装置包括：

模拟保护触发电路4，其被配置为接收表示电子断路单元3的端子30、31两端的电压的信号，所述模拟保护触发电路4连接到电子断路单元3，并且被布置为将表示电子断路单元3的端子30、31两端的电压的信号与预定阈值进行比较，并且在超过所述阈值的情况下，生成表示EMC冲击波类型或短路类型的故障的发生的第二保护触发命令信号D2，所述模拟保护触发电路4具有在1微秒和10毫秒之间的范围内的响应时间，

所述电子断路单元3的触发能够并且被设计为至少由所述第一保护触发命令信号D1和/或由所述第二保护触发命令信号D2控制，以便打开所述至少一个断路电子部件，

电源7，其被配置为向电子保护触发电路2和模拟保护触发电路4供电。

有利地，本发明允许在同一电子断路保护装置中并行地实现两种类型的故障检测。第一种检测是通过模拟保护触发电路4的模拟检测，并且基于电力断路电子部件的电压与预定阈值的比较；它允许检测短路类型的或由闪电(lightening)引起的冲击波类型的电气设备中的故障，而且允许检测断路电子部件(例如功率晶体管)的潜在故障。第二种检测是通过电子保护触发电路的数字检测，并且允许基于借助于电流传感器1对相电流线L中的电流的测量来检测过载类型的故障。更具体地，为了避免对具有微秒量级的响应时间的高性能电子保护触发电路2的需要，本发明的构思是使用电子断路单元3的端子30、31两端的电压。通过将该电压与预定阈值进行比较，因此可以检测短路或EMC冲击波类型的故障。该实施方式的简单性还增强了该方案的性能，使其是快速的、可靠的和鲁棒的。

更具体地，本发明的构思是利用断路电子部件的电压的下降，即电流的准线性的图像，Vtransistor＝R×I，其中，R对应于断路电子部件的电阻。其值取决于部件的温度和流经它的电流。实际上，借助于这种关系，可以估计相电流线L中的电流I的值。

电子保护触发电路2和电流传感器1允许检测过载类型的故障，并且形成数字检测链，该数字检测链的参数可以由用户定制，以便使其最佳地适应于电气设备。如图5所示，电子保护触发电路2的响应时间可以被认为是慢的，因为它是几十毫秒的量级，更具体地地，在10毫秒和1秒之间的范围内，但是以高精度实现触发。“高精度”在这里是指百分比误差在1％和5％之间的范围内。该数字检测链也可以用于检测电弧故障。实际上，只要在相电流线L和中性电流线N之间也存在电压测量，就可以在电子保护触发电路2中实现电弧故障检测算法。该数字检测链不能用于检测短路或EMC冲击波类型的故障。

模拟保护触发电路4允许检测短路或EMC冲击波类型的故障，并形成模拟检测链，其具有微秒量级(更具体地，在1微秒和10毫秒之间的范围内)的“快速”响应时间，但具有10A量级的非常低的精度，如图5所示，这主要是由于作为电流和温度的函数的断路电子部件的电阻R的非线性导致的。

除了提供对设备的保护之外，本发明还允许检测电子断路单元3的所述至少一个电力断路电子部件的潜在故障。这是因为在断路电子部件的导通状态下断路电子部件R的电阻的显著增加是部件故障的征兆，并且将被检测到。

理想地，将预定阈值调整为接近所述至少一个电力断路电子部件的可接受的电流限制，以便对其提供保护。可接受的电流限制对应于在由电力断路电子部件的制造商提供的数据中定义的最大电流。

预定阈值还将优选地需要足够高，以便不在电气设备中生成假触发事件。换句话说，选择预定阈值以不干扰由用户选择的触发电路曲线。

冲击波可以是8/20微秒或1.2/50微秒波。

电流传感器1可以由测量分流器或罗氏(Rogowski)线圈或电流互感器或霍尔效应传感器等类似装置组成。

电源7可以由非隔离的AC/DC转换器组成，并且并联地电连接在相电流线L和中性电流线N之间。

优选地，所述至少一个断路电子部件包括至少一个功率晶体管，优选地包括两个功率晶体管。两个功率晶体管优选串联地配置(例如反向地连接)在相电流线L上。

例如，该功率晶体管可以由双极晶体管或场效应晶体管组成。它由下面描述的驱动器6以传导或不传导电流的方式控制。

电流传感器1优选地是测量分流器，其位于两个晶体管之间并且优选地串联连接。

优选地，如图1至图4所示，所述模拟保护触发电路4包括至少一个驱动器6，其被配置为至少控制电子断路单元3的所述至少一个电力断路电子部件，并且至少包括电连接到电子保护触发电路2的第一输入端子61和电连接到电子断路单元3的输出端子62。

有利地，驱动器6执行触发控制功能，并且因此允许控制电子断路单元3的所述至少一个电力断路电子部件。特别地，所述至少一个电力断路电子部件的触发可以由所述第一保护触发命令信号D1和/或由所述第二保护触发命令信号D2控制，以打开所述至少一个断路电子部件。

根据本发明的第一变型实施例，如图1和图2所示，驱动器6还包括电连接到电子断路单元3的第二输入端子63，并且驱动器6还被配置为将表示电子断路单元3的端子30、31两端的电压的信号与预定阈值进行比较，并且在超过所述阈值的情况下，生成所述第二保护触发命令信号D2。

有利地，除了触发控制功能之外，驱动器6还包括比较功能，通常也称为抗去饱和保护(protection against de-saturation)。

根据图1所示的本发明第一变型实施例的第一可能，电子断路保护装置包括用于调节预定阈值的电路，该电路包括至少一个二极管8，以允许调节所述预定阈值，所述电路电连接在驱动器6的所述第二输入端子63和所述电子断路单元3的端子30之间。在这种情况下，驱动器6被配置为生成对应于预定阈值的电压。

有利地，在这种情况下，该配置允许调节预定阈值。二极管8优选地是齐纳(Zener)二极管。该电路的优点是该电路是模拟的。

根据图2中所示的本发明的第一变型实施例的第二可能，驱动器6包括电连接到电子保护触发电路2的第三输入端子64，以允许调节所述电子保护触发电路2中的所述预定阈值。

有利地，在这种情况下，电子保护触发电路2允许电子地调节预定阈值。

根据本发明的第二变型实施例，如图3和图4所示，所述模拟保护触发电路4还包括至少一个比较单元5，其包括第一输入端子51、第二输入端子52和输出端子53。所述第一输入端子51电连接到电子断路单元3，并且所述输出端子53电连接到驱动器6的第二输入端子63。此外，所述比较单元5被配置为将表示电子断路单元3的端子30、31两端的电压的信号与所述预定阈值进行比较，并且在超过所述阈值的情况下，生成第二保护触发命令信号D2。

有利地，比较单元5执行比较功能。比较单元5可以包括比较器。

根据图3所示的本发明第二变型实施例的第一可能，电子断路保护装置包括用于调节预定阈值的电路，该电路包括至少一个二极管8，以允许调节所述预定阈值，所述电路电连接在所述比较单元5的所述第一输入端子51和所述电子断路单元3的端子30之间。在这种情况下，比较单元5优选地包括连接到电压调节器或分压器桥或等效电路的第二输入端子52，以生成对应于预定阈值的期望电压。

有利地，在这种情况下，该配置允许调节预定阈值。二极管8优选地是齐纳二极管。该电路的优点是该电路是模拟的。

根据图4中所示的本发明的第二变型实施例的第二可能，所述比较单元5的所述第二输入端子52电连接到电子保护触发电路2，以允许调节所述电子保护触发电路2中的所述预定阈值。

有利地，在这种情况下，电子保护触发电路2允许电子地调节预定阈值。

优选地，根据本发明的电子保护触发电路2至少包括微控制器，该微控制器至少被配置为处理表示在所述至少一个相电流线L中流动的电流的图像的所述采集信号，并且在适当的情况下，生成表示故障的发生的所述第一保护触发命令信号D1，该微控制器具有在10毫秒和1秒之间的范围内的响应时间。

除了故障检测功能之外，微控制器还可以被设计为提供测量、通信。在任何情况下，它都不被设计为检测短路或EMC冲击波类型的故障。实际上，后者对于执行该任务来说不够强大和快速。

优选地，根据本发明的电子断路保护装置包括模块化形式的壳体，换句话说，其形式优选地符合标准UTE C61-920。

因此，本发明允许以有限的成本和尺寸以模块化形式生产电子断路保护装置，而不必选择能够检测“快速”故障的电子保护触发电路2，从而避免了极大地增加生产成本。

优选地，所述壳体具有大体上平行六面体形状，其具有第一主面和第二主面，以及分别从第一主面和第二主面中的一个延伸到另一个的侧面(即，背面、底面、前面和顶面)，并且具有等于预定距离(称为模数)的整数倍的宽度(即，第一主面和第二主面之间的间隔)。

优选地，在通过模拟保护触发电路4检测故障的情况下，驱动器6被配置为控制断路单元3的所述至少一个电力断路电子部件的打开，以及向电子保护触发电路2发送信号，以向其通知故障的存在。

为此，驱动器6可以立即将电子部件(优选为晶体管)的控制发送到零(zero)。驱动器6还可以向电子保护触发电路2(优选地为微控制器)发送信号，以便通知其存在故障。

优选地并且可替代地，在通过模拟保护触发电路4检测故障的情况下，驱动器6被配置为控制断路单元3的所述至少一个电力断路电子部件的打开，并且比较单元5被配置为向电子保护触发电路2发送信号，以便通知其存在故障。

为此，驱动器6可以立即将电子部件(优选为晶体管)的控制发送到零。比较单元本身可以向电子保护触发电路2(优选地为微控制器)发送信号，以便通知其存在故障。

优选地，电子断路单元3包括局部的质量(mass)块M。因此，质量块M不对应于由相电流线L和中性电流线N形成的电路的质量块。

优选地，模拟保护触发电路4包括局部的质量块M。

优选地，比较单元5包括局部的质量块M。

不言而喻，本发明不限于所描述的和附图中所示的实施例。在不偏离本发明的保护领域的情况下，特别是从各种元件的构成的角度或通过技术等同物的替代来看，修改仍然是可能的。

Claims (10)

1.一种电子断路保护装置，其至少包括；

至少一个相电流线(L)和中性电流线(N)，

至少一个电流传感器(1)，其能够并且被设计为至少测量在所述至少一个相电流线(L)中流动的电流，并且生成表示在所述至少一个相电流线(L)中流动的所述电流的图像的采集信号，

电子保护触发电路(2)，其与所述电流传感器(1)电连接，并且能够并且被设计为至少处理所述采集信号，并且适当地生成表示过载类型的故障的发生的第一保护触发命令信号(D1)，所述电子保护触发电路(2)具有在10毫秒和1秒之间的范围内的响应时间，

电子断路单元(3)，其包括分别设置在所述至少一个相电流线(L)上的至少一个电力断路电子部件，

特征在于，所述电子断路保护装置包括模拟保护触发电路(4)，所述模拟保护触发电路(4)被配置为接收表示所述电子断路单元(3)的端子(30、31)两端的电压的信号，所述模拟保护触发电路(4)连接到所述电子断路单元(3)并且被布置为将表示所述电子断路单元(3)的所述端子(30、31)两端的电压的信号与预定阈值进行比较，并且在超过所述阈值的情况下，生成表示电磁兼容性冲击波类型或短路类型的故障的发生的第二保护触发命令信号(D2)，所述模拟保护触发电路(4)具有在1微秒与10毫秒之间的范围内的响应时间，

特征在于，所述电子断路单元(3)的所述触发能够并且被设计为至少由所述第一保护触发命令信号(D1)和/或由所述第二保护触发命令信号(D2)控制，以便打开所述至少一个断路电子部件，

并且特征在于，所述电子断路保护装置还包括电源(7)，所述电源(7)被配置为向所述电子保护触发电路(2)和所述模拟保护触发电路(4)供电。

2.根据权利要求1所述的电子断路保护装置，特征在于，所述模拟保护触发电路(4)包括至少一个驱动器(6)，所述至少一个驱动器(6)被配置为至少控制所述电子断路单元(3)的所述至少一个电力断路电子部件并且至少包括电连接到所述电子保护触发电路(2)的第一输入端子(61)和电连接到所述电子断路单元(3)的输出端子(62)。

3.根据权利要求2所述的电子断路保护装置，特征在于，所述驱动器(6)还包括电连接到所述电子断路单元(3)的第二输入端子(63)，并且特征在于，所述驱动器(6)还被配置为将表示所述电子断路单元(3)的所述端子(30，31)两端的电压的信号与所述预定阈值进行比较，并且在超过所述阈值的情况下，生成所述第二保护触发命令信号(D2)。

4.根据权利要求3所述的电子断路保护装置，特征在于，所述电子断路保护装置包括用于调节所述预定阈值的电路，所述电路至少包括二极管(8)，以允许调节所述预定阈值，所述电路电连接在所述驱动器(6)的所述第二输入端子(63)和所述电子断路单元(3)的所述端子(30)之间。

5.根据权利要求3所述的电子断路保护装置，特征在于，所述驱动器(6)包括电连接到所述电子保护触发电路(2)的第三输入端子(64)，以允许在所述电子保护触发电路(2)中调节所述预定阈值。

6.根据权利要求2所述的电子断路保护装置，特征在于，所述模拟保护触发电路(4)还包括至少一个比较单元(5)，所述比较单元(5)包括第一输入端子(51)、第二输入端子(52)和输出端子(53)，所述第一输入端子(51)电连接到所述电子断路单元(3)，并且所述输出端子(53)电连接到所述驱动器(6)的第二输入端子(63)，并且特征在于，所述比较单元(5)被配置为将表示所述电子断路单元(3)的所述端子(30、31)两端的电压的信号与所述预定阈值进行比较，并且在超过所述阈值的情况下，生成所述第二保护触发命令信号(D2)。

7.根据权利要求6所述的电子断路保护装置，特征在于，所述电子断路保护装置包括用于调节所述预定阈值的电路，所述电路至少包括二极管(8)，以允许调节所述预定阈值，所述电路电连接在所述比较单元(5)的所述第一输入端子(51)和所述电子断路单元(3)的所述端子(30)之间。

8.根据权利要求6所述的电子断路保护装置，特征在于，所述比较单元(5)的所述第二输入端子(52)电连接到所述电子保护触发电路(2)，以允许在所述电子保护触发电路(2)中调节所述预定阈值。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电子断路保护装置，特征在于，所述电子保护触发电路(2)至少包括微控制器，所述微控制器被配置为至少处理表示在所述至少一个相电流线(L)中流动的电流的图像的所述采集信号，并且适当地生成表示故障的发生的所述第一保护触发命令信号(D1)，所述微控制器具有在10毫秒和1秒之间的范围内的响应时间。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电子断路保护装置，特征在于，所述电子断路保护装置包括模块化形式的壳体。