CN117355917A - 电气保护装置和系统 - Google Patents

Abstract

一种电气保护系统，具有连接端子(6、8)、可分离的电触点(10)、切换机构(12)和与可分离的电触点串联连接的至少一个电力开关(22)，切换机构包括可移位的控制构件(14)，其中电气保护系统还包括联接到所述至少一个电力开关的电子控制电路(24)，并且电气保护系统还包括联接到控制构件的传感器(34)，用于测量切换机构的位置，并且其中电子控制电路被配置为当传感器检测到切换机构到达电触点分离的位置之前的位置时，将所述至少一个电力开关切换到阻断状态。

Description

电气保护装置和系统

技术领域

本发明涉及诸如断路器的电气保护装置和系统的技术领域。

背景技术

许多机电类型的电气开关装置，例如空气断路器，特别是微型断路器(MCB)，通常包括灭弧室。灭弧室被配置成当装置脱扣后电触点分离时，熄灭装置的电触点之间的空气中出现的电弧。

灭弧室通常包括一叠金属板，这些金属板一个叠一个地叠置，以拉长和熄灭电弧。壳体中的一个或多个孔允许灭弧气体从装置中排出。

然而，为了提高这些保护装置的性能，已经提出用包括基于半导体元件的电力开关的电子断路装置来代替灭弧室。

这种改进的性能例如在包括电化学蓄电池的电池的直流(DC)电气系统中是有利的，因为这种系统的电气保护装置必须能够在发生电气故障的情况下以非常快的反应时间中断高幅度电流。

这些基于半导体的保护装置必须能够以至少与机电气保护装置一样的可靠性中断电流。

此外，出于安全原因，这些保护装置必须被电流隔离(galvanically isolated)。因此，保留可分离的电触点是有利的，因为当装置处于断开状态时(即，当电触点分离时，例如在装置脱扣后，或者当用户希望隔离位于保护装置下游的设施时)，它们允许形成气隙。

此外，为了与现有设施兼容，希望这些保护装置能够被包含在与机电类型的开关装置的壳体具有相同尺寸的壳体中。

因此，需要基于半导体元件的电气保护装置，例如断路器，其至少部分地弥补了这些缺点。

发明内容

为此，本发明的一个方面涉及一种电气保护系统，包括连接端子、连接在连接端子之间的可分离的电触点、切换机构和与可分离的电触点串联连接的至少一个电力开关，可分离的电触点可在断开状态和闭合状态之间移动，切换机构包括可动控制构件并且被联接到所述可分离的电触点，以将所述可分离的电触点切换到断开状态，所述电气保护系统还包括联接到所述至少一个电力开关的电子控制电路。

该电气保护系统还包括传感器，该传感器联接到控制构件并被配置成测量切换机构的位置，并且电子控制电路被配置成当传感器检测到切换机构已经到达电触点分离的位置之前的位置时，将所述至少一个电力开关切换到断开状态。

根据本发明，在断开阶段，控制电路和传感器允许电力开关在电触点分离之前切换到它们的断开状态，这防止了电弧的发生，从而允许安全地中断电流。相对地，一旦触点处于断开位置，电触点允许产生气隙。这防止了电流，例如来自电力开关的漏电流，或者由这些电力开关的故障导致的电流，在装置已经脱扣后能够在端子之间重新流动。

根据一些有利的但非强制性的方面，这种电气保护装置可以单独地或以任何技术上允许的组合结合一个或多个以下特征：

-电子控制电路被配置为当测量电路检测到电气故障时，将所述至少一个电力开关切换到断开状态；

-该电气保护系统包括内部电源，该内部电源被配置成使用跨连接端子的电压来为电气控制电路供电；

-所述至少一个电力开关是MOSFET；

-所述至少一个电力开关是常开的；

-传感器是光学传感器，其被配置成测量切换机构的控制构件的位置；

-电子控制电路包括板形基板和与所述相应的至少一个电力开关的金属背衬接触的导电板，所述至少一个电力开关及其相应的导电板安装在基板的一个或每个面上；

-导电板中的至少一个包括被配置成形成固定电触点的段，该固定电触点与可动电触点相互作用以一起形成所述可分离的电触点；

-控制构件的运动相对于触点的运动偏移；

-切换机构是肘节机构；

-电气保护系统被配置成使得，为了闭合可分离的电触点，控制构件旨在由用户移动到相应的位置，该移动通过切换机构的连杆驱动切换机构的钩旋转，该钩钩在切换机构的脱扣杆上，连杆然后驱动切换机构的层板旋转，直到可分离的电触点闭合；

-电子控制电路被配置成当传感器检测到切换机构已经到达紧接在电触点分离的位置之前的位置时，将所述至少一个电力开关切换到断开状态。

根据另一方面，本发明涉及一种电气保护装置，其包括壳体和如上限定的电气保护系统，其中电气保护装置是微型断路器。

根据另一方面，电子控制电路和所述至少一个电力开关容纳在壳体内部的专用隔室中。

根据另一方面，外壳的宽度是9mm的倍数。

根据另一方面，电气保护装置是空气断路器。

附图说明

根据下面对电气保护系统的实施例的描述，将更好地理解本发明，并且本发明的其他优点将变得更加明显，下面的描述仅通过示例并参考附图给出，在附图中：

-图1是根据本发明实施例的电气保护装置的横截面示意图；

-图2是在双极装置的情况下，图1的电气保护装置的功能图；

-图3是当装置被切换到断开状态时，图1的电气保护装置的切换机构的运动序列的第一步骤的示意图；

-图4是当装置被切换到断开状态时，图1的电气保护装置的切换机构的运动序列的第二步骤的示意图；

-图5是当装置被切换到断开状态时，图1的电气保护装置的切换机构的运动序列的第三步骤的示意图；

-图6是示出当器具切换到断开状态时，与图3至5的切换机构相关联的控制旋钮的角度位置随时间变化的曲线图；

-图7是图1的保护装置的一部分的一个特定实施例的透视(插图A)和分解(插图B)示意图；

-图8是根据第一变型的图1的电气保护装置的功能图，其中该装置是单相装置；

-图9是根据第二变型的图1的电气保护装置的功能图，其中该装置是三相装置；

-图10是根据第三变型的图1的电气保护装置的功能图，其中该装置是具有中性线的三相装置；

-图11是根据第四变型的图1的电气保护装置的功能图，其中该装置是四极装置。

具体实施方式

图1和2示意性地表示了根据本发明实施例的电气保护系统和装置2。

在许多实施例中，电气保护装置2是断路器。

优选地，装置2是微型断路器。

这里，装置2包括壳体4，壳体4内部容纳装置2的至少一些部件。

例如，装置2是空气断路器。

壳体4优选由刚性电绝缘材料制成，例如热成型聚合物、聚酰胺PA6.6或任何其他合适的材料。

例如，壳体4是由模制塑料制成的壳体。

优选地，壳体4的尺寸，特别是壳体的宽度或壳体4的长宽比，与现有保护装置的壳体4尺寸兼容。

在通过图示给出的非限制性实施方式的一个示例中，壳体的宽度优选为9mm的倍数，例如等于9mm，或18mm，或27mm。

应当理解，在该示例中，电气保护系统的部件容纳在同一壳体4中。然而，在某些变型中，某些部件可以容纳在不同的壳体中。因此，这里参考装置2描述的一切可推广到可以与壳体4分离的电气保护系统2。

装置2还包括连接端子6和8、连接在连接端子6和8之间的可分离的电触点10以及切换机构12，该切换机构12包括控制构件14(下面也称为控制旋钮或控制杆)。控制杆14例如是可从壳体4外部接取的可枢转杆，并且旨在由用户操纵。

例如，触点10可以通过关联固定电触点和可相对于固定触点移动的可动电触点来形成，切换机构12联接到移动机械触点。

实际上，每个电触点10可以包括多个电触点指，尽管其他实施方式作为变型也是可能的。

可分离的电触点可在断开状态和闭合状态之间移动。在断开状态下，触点10通过充当电绝缘体的大量环境空气(即气隙)彼此分离，这防止电流流动。

在图2的示例中，装置2包括两对连接端子6、8：通过第一连接线连接到第一输出端子8的第一输入端子6，以及通过第二连接线连接到第二输出端子8的第二输入端子6。

为了说明的目的给出的这个示例对应于双极装置的情况(具有两个电极，或者两个电相位)。然而，其他示例也是可能的。

在许多实施例中，切换机构12被配置成响应于开关命令将电触点10移动到断开状态。切换命令可以由脱扣装置发送，或者由用户在控制杆14上的动作产生。

例如，切换机构12是肘节机构(toggle mechanism)，例如与专利EP 2975628B1或EP 1542253 B1中描述的切换机构类似或相似的切换机构。

装置2还包括电子断路模块16，其被配置为中断连接端子6和8之间的电流。电子断路模块16在这里基于固态开关元件，特别是半导体元件，例如功率晶体管。在这方面，装置2不同于包括灭弧室(弧熄灭室)的机电空气保护装置。

优选地，电子断路模块16被容纳在壳体4的专用外壳中。甚至更优选地，当壳体4与机电气保护装置的壳体是相同类型(或甚至相同)时，所述外壳对应于通常由灭弧室和用于检测电气故障的器件(称为热磁型的类型)(例如双金属片和线圈)占据的空间。

这使得可以不改变现有断路器的结构并确保与现有设施的兼容性。

因此，装置2包括至少一个与可分离的电触点10串联连接的电力开关22。

在图示的示例中，其对应于双极装置的说明性情况，装置2包括四个电力开关22，在这里由附图标记T1、T2、T3和T4标识。

例如，第一连接线包括与第一端子6和8之间的可分离触点串联连接的两个电力开关T1和T2。同样，第二连接线包括与第二端子6和8之间的第二可分离触点10串联连接的两个电力开关T3和T4。例如，所述第一和第二连接线中的每一条对应于一个电相。

在实践中，电力开关的数量可以根据装置的拓扑结构而不同，尤其是根据极数(单相、多相、有或没有中性线)而不同，但也取决于装置的额定电流。

实际上，每个电力开关可以是并联连接的多个部件(例如晶体管)，这取决于期望生产的断路器的额定值。

例如，在装置2中(通过说明并且完全非限制性地，装置2具有16安培的额定值)，使用了两对串联连接的晶体管，每对晶体管的晶体管并联连接。在具有更高额定值的变型中，例如三十二安培，可以使用更多数量的并联连接的晶体管。

每个电力开关22可在电断开状态和电接通状态之间切换。

例如，电力开关22是功率晶体管。

根据一个优选实施例，电力开关22是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

这种类型的晶体管是优选的，因为它具有低的导通电阻，而且因为当它静息时(例如当没有控制信号被发送到控制电极时)它保持在截止状态。

然而，根据断路器的额定值，可以设想其他半导体技术，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、晶闸管、集成门极换向晶闸管(IGCT)或其他技术。

作为变型，电力开关22可以是结型场效应晶体管(JFET)。在这种情况下，可能需要修改控制电路24的操作，以考虑这样的事实，即当这些JFET静息时，它们保持在导通状态。

实际上，如图2所示，二极管与每个电力开关22并联地存在，尽管其他实施例也可以作为变型。一般来说，这是电力开关的结构固有的寄生二极管问题。

电气保护装置还包括联接到所述至少一个电力开关22(即，每个电力开关22)的电子控制电路24。换句话说，电子控制电路24允许控制每个电力开关22。

在许多实施例中，电子控制电路24包括处理器，例如可编程微控制器或微处理器。

处理器有利地联接到包含可执行指令和/或软件代码的计算机存储器或任何计算机可读数据存储介质，这些指令和/或软件代码旨在当处理器执行这些指令时实施用于检测电气故障的方法。

特别地，该方法使得可以检测电气故障，例如电流过载、短路、差动电流或待保护线路中串联(或差动)电弧的存在，还可以检测电压浪涌或电压骤降。

作为变型(未详细描述)，电子控制电路24可包括数字信号处理器(DSP)、或现场可编程门阵列(FPGA)、或专用集成电路(ASIC)、或任何等效元件或这些元件的任何组合。

有利地，装置2可以包括一个或多个用于防止电压浪涌的元件26，所述部件与一个或多个电力开关22并联连接，以便保护电力开关22免受电压浪涌影响，特别是在触点10分离时出现电弧的情况下。

在设施包括电感电路的情况下，这特别允许开关在断路期间免受电压影响。

例如，保护元件26是限幅器(clipper)或金属氧化物变阻器(MOV)或TVS二极管(TVS代表瞬态电压抑制)。

在许多实施例中，装置2包括内部电源28，其被配置为向电气控制电路供电，优选地，当装置2工作时，使用在连接端子6、8之间流动的电流供电。

作为一种变型，内部电源28可以包括电池，或者允许独立供电的任何其他器件。

例如，电子控制电路24被配置成当测量电路30检测到电气故障时将电力开关22切换到断开状态。例如，装置2包括电流传感器30，这里联接到每个连接线。

例如，电气故障可以是电流浪涌或短路，也可以是其他电气故障，例如差动电流或待保护线路中存在串联(或差动)电弧，甚至还有电压浪涌或电压骤降。

当脱扣时(即，在检测到需要立即中断电流的电气故障之后)，装置2可以通过切换机构12和电力开关22的组合动作而被切换。

此外，在某些实施例中，装置2还包括同步系统32，该同步系统32旨在使电力开关22的切换与触点10的断开同步，目的是防止在电触点10断开时形成电弧。

为此，装置2包括传感器34，传感器34被配置为测量切换机构12的位置。优选地，传感器被配置成测量切换机构12的控制杆14的位置，或者紧固到控制杆14的一部分的位置。

例如，传感器34连接到电子控制电路24的输入端，以便发送测量信号。传感器34可以面向切换机构12的一部分放置(例如面向承载控制杆14的机械部分)。换句话说，传感器34可以联接到控制杆14。

根据以图示方式给出的一个非限制性示例，传感器34可被配置成发出二进制信号，当切换机构12处于电触点10闭合的位置时取第一值，当切换机构处于电触点10开始分离(随着杆的断开运动继续)的位置之前的位置时取(不同于第一值)的第二值。

例如，该位置可以对应于关于控制杆14的角度位置的特定阈值。

举例来说，位置阈值可以对应于相对于控制杆14的原始位置的20°角。作为变型，可以选择另一个角度。在实践中，该角度优选小于或等于20°，或者小于或等于10°，或者小于或等于5°。

优选地，传感器34是光学传感器。

根据实施例，传感器34是基于障碍物的光学传感器，例如被布置成使得当控制杆14到达特定位置时，例如当控制杆14已经开始相对于闭合位置移动时，由传感器34的敏感元件接收的光信号被阻挡。

例如，使用光学传感器允许更容易使电气设施在发生故障时变得安全。如果发射光学元件、光学接收器或电子接收器电路出现故障，则装载的控制系统会自动检测到故障(在本例中为光通量不足)，并将产品置于安全位置，就像旋钮已被降低一样。其他技术不一定是这种情况。例如，如果微动开关发生故障(卡在其静息位置)，它可能永远不会被发现有问题。与磁性传感器(霍尔传感器或簧片继电器)相比，光学传感器对电流通过产品或相邻产品的磁极所产生的磁场具有良好的抗扰性。与机械传感器(如微动开关)相比，光学传感器具有更好的鲁棒性(可能的操纵次数)。与接近传感器(例如电容传感器)相比，光学传感器对产品或相邻产品的电极中存在的瞬态电压浪涌可能产生的电场具有更好的抗扰性。

作为变型，传感器34可以采取不同的形式，因此可以是机械传感器，或者具有外场补偿的感应传感器。

在许多实施例中，传感器34容纳在与切换机构12和控制构件14相同的壳体中。然而，作为变型，传感器34可以容纳在第一壳体中，并且控制构件14以及切换机构12的至少一部分容纳在另一壳体中。

特别地，在包括多个极的装置中(例如在三相断路器或两极DC断路器中)，每个极的控制构件(控制杆)是机械互连的。在该系统中，为整个保护装置提供单个传感器可能是有利的，而不是为每个电极使用一个传感器。然后，该单个传感器可以远程地位于另一个壳体中。

如将参考图2至6更详细解释的，电子控制电路24被配置为当传感器34检测到切换机构移动到断开位置时，并且更具体地在电触点10分离之前，将一个或多个电力开关22切换到断开状态。

在可选但有利的实施例中，装置2可以包括被配置成测量切换机构的位置的辅助传感器(未示出)，该辅助传感器被配置成与光学传感器34结合操作。这种布置特别适用于大型断路器，以便提高切换机构12的位置检测的可靠性。然而，该辅助传感器可以省略。

可选地，同步装置32可以包括致动器36，该致动器36被配置成使切换机构12运动。致动器36例如包括电马达或电磁致动器，该电磁致动器包括在电磁致动器的作用下可移动的移动机械部分。例如，致动器36由电子控制电路24控制，因此可以通过机构12控制电触点10的断开。

在可选实施例中，位于电子控制电路24外部的外部脱扣装置可以连接到电子控制电路24的输入端，以便传输脱扣命令，从而通过电子控制电路24使装置2脱扣。

由外部脱扣装置传送的脱扣命令可以经由有线链路或经由射频信号以电子方式传输。

在其他实施例中，外部脱扣装置可以机械地联接到切换机构12或电子控制电路12(例如，通过机电传感器)。

在某些实施方式中，辅助电源38可用于给电子控制电路24供电。

例如，位于装置2外部的辅助电源38连接到装置2的端子A1、A2，所述端子连接到配电电路(例如供电轨)。

现在将参照图3至5描述切换机构12和同步系统32的操作的一个示例。

图3、4和5示意性地表示了随时间变化的各种连续配置中的切换机构12的简化版本50。更准确地说，图3对应于切换机构12的闭合状态，其中电触点10接触(处于闭合状态)并允许电流流动。图5对应于切换机构12的断开状态，其中电触点10彼此分离。图4对应于从闭合状态转换到断开状态期间的中间状态。

如图3所示，切换机构12包括：

-控制杆14，其采用旋转部件52的形式，该旋转部件52安装成能够绕紧固到壳体4的旋转轴旋转(图3中所示的阴影区域，其中一个用附图标记51表示，表示相对于壳体4不动的锚固点)；

-传动杆54或连杆；

-脱扣钩56，其通过传动杆54可旋转地安装并联接到部件52；

-层板53，其安装成能够绕紧固到壳体4上的旋转轴旋转，并联接到钩56；

-脱扣杆58，联接到层板53和钩56；

-触点保持器60，承载可动电触点10并与固定电触点61相互作用，触点保持器被安装成能够绕紧固定到壳体4的旋转轴旋转；

-止动件62，其限制控制杆52的旋转运动，例如分别在断开和闭合位置。

旋转轴在这里平行放置，例如所有旋转轴都垂直于壳体4的侧壁放置。

在脱扣阶段，脱扣杆58被驱动旋转，这释放了钩56并驱动层板53和触点保持器60旋转到断开位置。平行地，层板的运动通过传动杆54触发部件52的旋转运动。

在所示的示例中，传感器34以这样的方式放置，即在断开状态下，部件52的至少一部分放置在传感器34的前面，以便例如遮蔽传感器34的至少敏感部分。相反，在闭合状态下，部分52保持远离传感器34，并且不遮蔽传感器34的敏感部分。传感器34的敏感部分被部分52遮蔽的位置可以对应于角度位置阈值。当零件52经过传感器前面时，传感器34改变状态，然后发送不同的测量信号。

如图4和图6所示，利用所示示例中采用的配置，最迟在电触点10开始分离之前达到角度位置阈值。

在图6中，时序图70示出了作为时间(在x轴上表示为“t”)函数的变化：

-在切换机构12的位置，这里由控制杆14的角度位置表示(曲线72)，

-在光学传感器34的状态下(曲线74，其在这里可以取低值或高值，这分别取决于测量信号取第一值还是第二值)；

-处于可分离的电触点10的闭合或断开状态(曲线76，其在这里可以取低值或高值，分别对应于断开状态和闭合状态)。

因此，在脱扣之后，控制杆14的角度增加，以达到传感器改变状态的阈值(这里由曲线74上的第一垂直虚线表示)。作为响应，电子控制电路24将电力开关22切换到它们的断开状态，以便中断电流的流动。在一定的延迟之后，这里是紧接在图4所示的位置之后，电触点10最终被切换机构12分离，然后到达断开运动的终点。

这种操作模式可以有利地通过特定的切换机构获得，例如如上所述的肘节切换机构，其中该机构的部件的相对运动被配置成在控制杆14的旋转和触点10实际断开的点之间产生角度偏移，例如以便在脱扣断开时短暂地延迟触点10的分离。

这种偏移使得可以补偿游隙的减小，游隙的减小是由于在装置2的整个寿命期间电触点逐渐磨损导致的电触点下沉。

实际上，在这些实施例中，控制电路24利用这种偏移来确保电力开关的切换(由控制杆14的开始旋转引起，例如由传感器34检测到)预期电触点10的分离。

借助于本发明，在断开阶段，电子控制电路32和传感器34使得可以同步电力开关22和切换机构12的动作，特别是为了确保电力开关22在电触点10分离之前被切换到电力开关22的断开状态。这防止了在电触点10之间出现电弧，并且因此使得可以安全地中断电流。

换句话说，这里利用了由切换机构12的设计导致的电力开关的切换和电触点的分离之间的延迟。

当该装置用于直流设施时，这是特别有用的，因为可分离的电触点10本身通常不足以中断电流。

相反，一旦处于断开位置，可分离的电触点10允许产生气隙，并防止在装置2脱扣后电流在端子6和8之间重新流动。

为了闭合触点10(即，将装置2切换回闭合状态)，用户将控制杆14移动到相应的位置。这种移动通过连杆54使钩56旋转并钩在脱扣杆58上。连杆54然后驱动层板53旋转，直到触点10闭合。

此外，使用与机电气保护装置的壳体类似或相似或甚至相同的壳体4使得可以确保与现有产品范围的兼容性。例如，装置2可以安装在配电板中，作为早期保护装置的替代，而不需要修改设施的其余部分。这也使得使用现有的辅助装置成为可能。

使用光学传感器34是有利的，因为这种传感器具有小的尺寸，并且可以容易地集成到装置2中，这允许制造紧凑的装置2。光学传感器还具有精确和对周围电磁干扰不敏感的优点(也不是可能损害设施或装置2本身的操作的电磁干扰的来源)。

最后，如上所述，使用肘节机构作为切换机构12允许由于电触点下沉而产生的游隙在触点到达断开位置之前被占据。

图7示出了电子断路模块16的结构的有利但非强制性的示例。

在该示例中，电子断路模块16的至少一部分以集成单元80或者甚至多个这种集成单元80的形式构造。

优选地，该集成单元或每个集成单元80包括与装置的一个极相关联的电力开关22(即，与所述电传导线之一相关联，该线本身与装置2的一个电相相关联)。

集成模块80包括例如由电绝缘材料制成的板形基板82。

实际上，它可以是复合材料，例如通常称为“FR4”的玻璃纤维增强环氧树脂。

电力开关22中的至少一些安装在基板82上，特别是安装在基板82的主面上。

例如，与第一连接线相关联的晶体管T1和T2安装在基板82的相对面上，如图7的插图B所示，这些开关在这里用附图标记84表示。

具体来说，如上所述，图2中所示的每个晶体管T1、T2实际上可以是一组并联连接的两个晶体管，具体取决于装置2的额定值和所用晶体管的特性。

在出于说明目的给出的示例中，一组并联连接的两个晶体管形成“晶体管T1”，这两个晶体管安装在基板82的第一面上。并联连接的两个其它晶体管的组形成“晶体管T2”，这两个其它晶体管安装在基板82的第二面上，基板82的第二面与基板82的第一面相反。

仍然在该示例中，与第二连接线相关联的晶体管T3、T4安装在第二集成单元80的基板82的相反面上，该第二集成单元80与所呈现的集成单元80并联连接，并且与所呈现的集成单元80相同或至少相似。

该第二单元80例如安装在第一单元80旁边。

优选地，该集成单元或每个集成单元80容纳在壳体4的上述专用外壳中。

实际上，每个电力开关22可以包括散热板86，也称为背衬，其安装在电力开关22的主体上。换句话说，散热板86热连接到所述电力开关的主体。

例如，散热板86是由电力开关22的制造商自然紧固到电力开关22的陶瓷主体上的金属板。

可选地，电子控制电路24的部件也可以安装在基板82的一个或两个主面上。

例如，与连接线相关联的一个或多个电流传感器30可以集成到相应的模块80中，并安装在基板82上。

单元80还包括两个导电板90和92，每个板90、92安装在基板82的每个面上，以便覆盖基板82。应当理解，在组装位置，板90和92也覆盖安装在基板82的表面上的部件。

在本说明书中，板90和92由金属制成，并且在下文中将被称为“金属板”。然而，作为变型，可以使用其他材料或材料成分，只要板90和92是导电的。

有利地，每个金属板90、92与相应的电力开关(即，放置在该金属板90、92下面的电力开关84)的金属背衬86接触(优选直接接触)。换句话说，每个金属板90、92电和热连接到相应的电力开关84。

这种布置使得可以将板90和92既用作热沉又用作允许电力开关22被连接的导电元件。

具体地，当电力开关22是MOSFET时，金属背衬86连接到漏极。因此，背衬86可以被流经装置2的连接线的电力电流穿过。金属板90和92然后分别连接到相应连接线的端子8和端子6。

使用背衬86传导电流不会危及用户的安全，因为背衬86通过装置的壳体4与外部电绝缘，壳体4由电绝缘材料制成并且防止用户触摸背衬86。

由开关22释放的热能在这里经由电导体传导传递到装置2的外部。

例如，该热能主要通过传导部件的传导和辐射传递到装置2的外部。

有利的是，如果提供符合电绝缘方面标准的通风孔，例如通风缝或通风口，也可以利用空气对流产生的散热效果。

为了通过传导实现热能的传递，采用电流在断路器内部通过的整个链，即允许电流从装置2的上游流向下游的所有电导体、供电电缆和电传导线。

例如，通过构造，断路器的连接销与电缆绝缘体的最高温度兼容，在连接销连接到配备有PVC包层的铜电缆的情况下，该温度可能达到例如最高90℃。

实际上，因为最热点通常在装置2的中心，所以观察到的温度分布从装置2的中心到用于电缆连接的连接销降低。

有利地，金属板90和92主要由铜制成，铜具有导电和导热方面的良好性能。

然而，作为变型，可以使用在导电和导热方面具有良好特性的其他材料，例如铝。

还可以使用经过表面处理的材料来构造金属板90和92，例如镀锡板，或者部分或完全覆盖有薄银层的板，以改善某些特性，例如电力开关和金属板之间的接触电阻。表面处理也可以改善辐射传递，例如当使用油漆或进行阳极氧化时。

优选地，金属板90和92尺寸过大，目的是增加热能的传递，主要通过传导，但也通过辐射和对流。这种过大的尺寸也有助于减少焦耳热。

同样优选地，在组装的构造中，所述金属板90和92或金属板90和92中的每一个平行于壳体4的最宽壁延伸。在所示的示例中，这些是装置2的壳体4的侧壁，当装置2安装在电气柜或配电板中时，这些壁竖直取向。优选地，每个金属板90、92覆盖壳体4的侧壁的相应面的至少40％的面积。

每个板90和92的厚度优选小于或等于5mm，甚至更优选在1mm和3mm之间。

特别地，板90和92的厚度越大，热传导越大，这使得散热更有效。

举例来说，在模块80包括四个晶体管(两个晶体管并联连接在基板82的每个面上)的情况下，每个晶体管消耗1瓦的热功率，在额定电流为16安培的单极装置的情况下，已经发现厚度为1.0mm的铜板90和92允许获得114.6℃的内部温度，而厚度为3mm的铜板90和92允许内部温度降低到105℃。

实际上，基板82可以包括紧固孔88，在组装构造中，紧固孔88与金属板90和92中钻出的相应孔对准。

在所示的示例中，金属板之一(在本例中为金属板92)包括折叠段94，该折叠段相对于金属板92的其余部分折叠，并且例如从所述金属板的边缘垂直于所述金属板的平面延伸。特别地，段94相对于金属板折叠90度，以便朝向枢转的可动电触点取向，从而形成固定接触段。

如图1所示，折叠段94在此用作固定电触点，其与移动触点10相互作用，以一起形成所述可分离的电触点，从而在触点断开时执行电流隔离的功能。

作为变型，段94可以由采用不同形式的接触段代替。例如，接触段可以直接形成在金属板的边缘或边缘面上，使得折叠的突起成为多余。

作为一种变型，折叠段94可以省略。接触段也可以省略，特别是当板90和92以及更一般地单元80被放置在与包括可动电触点的壳体分开的壳体中时，例如在上述情况下，其中电力开关被容纳在与包括切换机构的壳体分开的壳体中。例如，这使得采用更大面积的板和金属板成为可能。

金属板90和92在这里通过电涌放电器96接触，电涌放电器96对应于参照图2描述的用于防止以免受电压电涌影响的元件26。

电涌放电器96电连接到金属板90和92，例如通过锡基焊点。然而，作为变型，可以采用其他焊接或组装技术。例如，元件96通过拧紧被按压成与金属板90和92直接接触。

在某些变型中，当省略保护元件26时，元件96可以由电导体代替。

然而，作为变型，单元80可以具有不同的构造。

例如，在具有单向电流的直流(DC)装置的情况下，可以仅使用单个电力开关。在这种情况下，可以仅使用基板82的一个面，并且仅使用覆盖基板的这个面的单个金属板90或92，该板连接在端子6和8之间。优选地，该单个板安装在基板82的与可动电触点10相对的一侧。

关于单元80的实施例，特别是板90和92的实施例，可以独立于前面的实施例，特别是与控制开关22的方式和传感器34的操作相关的实施例来实施。

单元80可以由其他类型的电力开关构成，例如IGBT、SiC MOSFET、GaN MOSFET或SiC JFET，这些示例是非限制性的。

通常，关于单元80的实施例可以涉及电气保护装置2，其包括壳体4、连接端子6、8、连接在连接端子6、8之间的可分离的电触点10、切换机构12和与可分离的电触点串联连接的至少一个电力开关22。

可分离的电触点10可在断开状态和闭合状态之间移动，切换机构12包括控制杆14，并且联接到可分离的电触点10，以便将可分离的电触点切换到断开状态，并且电气保护装置还包括联接到所述至少一个电力开关22的电子控制电路24。

电气保护装置2还包括至少一个电力开关，或者甚至一对电力开关，例如场效应晶体管T1、T2，并且优选地是MOSFET，每个电力开关包括连接到所述电力开关的漏极(或者更一般地连接到电极)的金属背衬86。

所述金属背衬86热连接到所述电力开关的主体，并且电力开关通过金属板90、92与连接端子6、8之间的可分离的电触点(能够形成气隙)串联连接，金属板90、92连接(电连接和热连接)到相应电力开关的金属背衬86。

然而，装置2的其他实施例也是可能的。

特别地，如上所述，装置2可以被修改以用于单相设施或多相设施。

图8示出了单相装置200的一个实施例。

装置200类似于参考图2描述的装置2，除了连接线之一已经被没有电力开关T3和T4(以及保护部件26)的中性导线代替。

除了这些差异之外，装置200的与装置2的相应元件类似的那些元件已经用相同的附图标记表示，并且将不再详细描述，因为上面的描述可以转置到那些元件。

为了可读性，装置2的某些可选元件，例如辅助电源38，没有在图8中示出，尽管它们可以可选地作为该实施例的特征。

图9示出了三相装置300的一个实施例。

除了装置300包括与端子6和8之间的第一连接线和第二连接线并联连接的第三连接线之外，装置300类似于参考图2描述的装置2。

第三电连接线与第一连接线和第二连接线相似或相同，并且包括至少一个所述电力开关22(这里数量为两个，表示为T5和T6)和如上所述的电触点10，电触点10通过一个或多个电导体与所述一个或多个电力开关22串联连接。

有利地，第三连接线包括用于保护以免受电压浪涌影响的元件26，该元件26如上所述地与电力开关22并联连接。

再次，为了可读性，装置2的某些可选元件，例如辅助电源38，没有在图9中示出，尽管它们可以可选作为该实施例的特征。

图10示出了具有中性线的三相(三极)装置400的一个实施例，包括三条电连接线和与装置200的中性线类似的中性线。

装置400类似于参考图9描述的装置300，除了装置400还包括与端子6和8之间的第一连接线和第二连接线并联连接的中性线。

除了这些差异之外，装置400的与装置300的相应元件类似的那些元件已经用相同的附图标记表示，并且将不再详细描述，因为上面的描述可以转置到那些元件。

图11示出了四相(四极)装置500的一个实施例，其包括类似于上述连接线的四条电连接线。

装置500类似于参考图10描述的装置4，除了装置500包括与端子6和8之间的第一连接线和第二连接线并联连接的第四连接线，而不是中性线。

第四电连接线与第一连接线和第二连接线相似或相同，并且包括至少一个所述电力开关22(这里数量为两个，表示为T7和T8)和如上所述的电触点10，电触点10通过一个或多个电导体与所述一个或多个电力开关22串联连接。

有利地，第四连接线包括用于保护以免受电压浪涌影响的元件26，该元件26如上所述地与电力开关22并联连接。

除了这些差异之外，装置500的与装置400的相应元件类似的那些元件已经用相同的附图标记表示，并且将不再详细描述，因为上面的描述可以转置到那些元件。

同样，在这两种情况下，为了可读性，某些可选元件，例如辅助电源38，没有在图10和11中示出，尽管它们可以可选地作为这些实施例的特征。

以上设想的实施例和变型可以彼此组合以产生新的实施例。

Claims (15)

1.一种电气保护系统(2)，包括连接端子(6、8)、连接在所述连接端子(6、8)之间的可分离的电触点(10)、切换机构(12)和与所述可分离的电触点串联连接的至少一个电力开关(22)，所述可分离的电触点(10)能够在断开状态和闭合状态之间移动，所述切换机构(12)包括可移动控制构件(14)并且被联接到所述可分离的电触点(10)以便将所述可分离的电触点切换到断开状态，所述电气保护系统还包括联接到所述至少一个电力开关(22)的电子控制电路(24)，其中所述电气保护系统还包括联接到所述控制构件(14)以便测量所述切换机构的位置的传感器(34)，并且其中，所述电子控制电路(24)被配置成当所述传感器(34)检测到所述切换机构(12)已经到达所述电触点(10)分离的位置之前的位置时，将所述至少一个电力开关(22)切换到断开状态，其特征在于，所述传感器(34)是被配置成测量所述切换机构的控制构件的位置的光学传感器(34)。

2.根据权利要求1所述的电气保护系统，其中，所述电子控制电路(24)被配置为当测量电路检测到电气故障时，将所述至少一个电力开关(22)切换到断开状态。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电气保护系统，其中，所述电气保护系统(2)包括内部电源(28)，所述内部电源被配置成使用跨所述连接端子的电压为所述电气控制电路供电。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电气保护系统，其中，所述至少一个电力开关(22)是MOSFET。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电气保护系统，其中，所述至少一个电力开关(22)是常开的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电气保护系统，其中，所述电子控制电路包括板形的基板(82)和导电板(90、92)，所述导电板与所述相应的至少一个电力开关的金属背衬(86)接触，所述至少一个电力开关(22、84)及其相应的导电板(90、92)安装在所述基板(82)的一个或每个面上。

7.根据权利要求6所述的电气保护系统，其中，所述导电板(92)中的至少一个包括被配置成形成固定电触点的段，所述固定电触点与所述可动电触点(10)相互作用以一起形成所述可分离的电触点。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电气保护系统，其中，所述控制构件(14)的运动相对于所述触点(10)的运动偏移。

9.根据权利要求8所述的电气保护系统，其中，所述切换机构(12)是肘节机构。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电气保护系统，其中，所述电气保护系统(2)被配置为使得，为了闭合所述可分离的电触点(10)，所述控制构件(14)配置为由用户移动到相应的位置，该移动通过所述切换机构的连杆(54)驱动所述切换机构的钩旋转，所述钩钩在所述切换机构的脱扣杆(58)上，所述连杆(54)然后驱动所述切换机构的层板(53)旋转，直到所述可分离的电触点闭合。

11.根据前述权利要求中任一项所述的电气保护系统，其中，所述电子控制电路(24)被配置为当所述传感器(34)检测到所述切换机构(12)已经到达紧接在所述电触点(10)分离的位置之前的位置时，将所述至少一个电力开关(22)切换到断开状态。

12.一种电气保护装置，包括壳体(4)和根据前述权利要求中任一项所述的电气保护系统(2)，其中，所述电气保护装置(2)是微型断路器。

13.根据权利要求12所述的电气保护装置，其中，所述电子控制电路(24)和所述至少一个电力开关(22)容纳在所述壳体(4)内的专用隔室中。

14.根据权利要求12或13所述的电气保护装置，其中，所述壳体(4)的宽度是9mm的倍数。

15.一种电气保护装置，包括壳体和根据权利要求1至11中任一项所述的电气保护系统(2)，其中，所述电气保护装置(2)是空气断路器。