CN119054036A - 低压保护装置 - Google Patents

Abstract

对于包括低压保护设备(1)和电源网络的低压保护装置，其中，低压保护设备(1)包括：具有外部导体电源连接件(3)的至少一个外部导体路径(2)；机械旁路继电器(8)，布置在外部导体路径(2)中；第一半导体电路装置(11)，与机械旁路继电器(8)并联连接；控制和驱动器单元(13)，被配置为驱动第一半导体电路装置(11)；电源网络包括连接到外部导体电源连接件(3)的第一电感器(14)，建议控制和驱动器单元(13)包括第一电源连接件和第二电源连接件(15、16)，第一电源连接件和第二电源连接件(15、16)至少间接地与电源网络连接、并联到第一电感器(14)。

Description

低压保护装置

技术领域

本公开涉及根据权利要求1的一般部分所述的低压保护装置。

背景技术

现代保护设备通常使用半导体和μC来驱动。就其功能而言，这些保护设备通常比完全机械断路器具有更高的性能且更有效。但是这些现代保护设备需要电源，电源与网络分开连接。

在许多国家，不允许保护设备需要辅助电源连接件。

发明内容

本发明的一个目的是通过提供一种不需要电源的低压保护设备来克服现有技术的缺点。

根据本发明，上述目的通过权利要求1的特征来解决。

结果，低压保护设备可以在没有电源或单独的电源连接件的情况下完全工作。因此，在仅允许使用电压无关保护设备的国家也可以使用这种保护设备。控制和驱动器单元以及低压保护设备的触发能力与具有附加电源的保护设备相同。

附图说明

参考附图描述本发明。附图仅示出了本发明的示例性实施方式。

图1示出了低压保护装置的第一优选实施方式；以及

图2示出了控制和驱动器单元与电源网络的连接的优选实施方式。

具体实施方式

图1和图2示出了一种低压保护装置的优选实施方式，该低压保护装置包括低压保护设备1和电源网络，

低压保护设备1包括：

从低压保护设备1的外部导体电源连接件3到低压保护设备1的外部导体负载连接件4的至少一个外部导体路径2；

从低压保护设备1的第一中性导体端子6到低压保护设备1的第二中性导体端子7的中性导体路径5；

机械旁路继电器8，机械旁路继电器布置在外部导体路径2中；

第一半导体电路装置11，第一半导体电路装置与机械旁路继电器8并联连接，第一半导体电路装置11至少包括第一半导体12；

控制和驱动器单元13，控制和驱动器单元被配置为利用控制电压来驱动第一半导体电路装置11；

电源网络至少包括第一电感器14，第一电感器14连接到外部导体电源连接件3，

控制和驱动器单元13包括第一电源连接件15和第二电源连接件16，第一电源连接件和第二电源连接件15、16至少间接地与电源网络连接、并联到第一电感器14。

结果，低压保护设备1可以在没有电源或单独的电源连接件的情况下完全工作。因此，在仅允许使用电压无关保护设备的国家也可以使用这种保护设备。控制和驱动器单元13以及低压保护设备1的触发能力与具有附加电源的保护设备相同。

本低压保护设备1优选为DC用低压混合断路器(HCB)。在WO 2015/028634A1中描述混合断路器的基本功能。低压通常在高达1000V AC和/或1500V DC的范围内。

低压保护设备1可以集成在另一电气设备中，或者可以是具有自己的外壳的分离设备。

低压保护设备1包括从低压保护设备1的第一外部导体端子3到低压保护设备1的第二外部导体端子4的至少一个相应的第一外部导体路径2。在三相AC网络的情况下，低压保护设备1还包括第二外部接触路径和第三外部接触路径。对于具有电源网络的两个不同电压部分的DC网络，低压保护设备1还将具有两个外部接触路径。

低压保护设备1包括从低压保护设备1的第一中性导体端子6到低压保护设备1的第二中性导体端子7的中性导体路径5。

图1示出了包括低压保护设备1和电源网络39的低压保护装置。在图1中，低压保护设备1连接到电源网络39。在该图中，电源网络39包括电源30。

电源网络39包括第一电感器14。第一电感器14的另一名称是短路扼流圈或故障限流空芯电感器。优选地，第一电感器14的电感值为约150至250μH。

在根据图1的优选实施方式中，第一电感器14是低压保护设备1的一部分，并且布置在外部导体路径2中。第一电感器14也可以放置在低压保护设备1外部的电源网络39中。

低压保护设备1优选地包括布置在第一外部导体路径2中的电流测量设备。这在图1中未示出。

低压保护设备1包括布置在第一导体路径2中的机械旁路继电器8。机械旁路继电器8包括断开线圈17和闭合线圈26。机械旁路继电器8由低压保护设备1的控制和驱动器单元13间接控制。

低压保护设备1包括连接到机械旁路继电器8的第一半导体电路装置11。第一半导体电路装置11至少包括第一半导体12。优选地，第一半导体12是功率半导体，尤其是IGBT。第一半导体12由低压保护设备1的控制和驱动器单元13控制。

根据优选实施方式，第一半导体电路装置11包括与第一半导体12并联布置的第二导体路径20。该第二导体路径20至少包括串联布置在第二导体路径20中的第一二极管21和第一电容器22。第一电容器22优选为电解电容器。

为了控制第二导体路径20，尤其是控制第一电容器22的负载，第三半导体23优选地与第二导体路径20中的第一二极管21和第一电容器22串联布置。第一电容器22可以存储由第一电感14产生的部分电能。优选地，第一电容器具有高于0.1F、尤其高于0.5F、优选地高于1F的电容器值。第三半导体23由低压保护设备1的控制和驱动器单元13控制并与之连接。第三半导体23尤其用于避免第一电容器22被由正常的、通常的接通过程引起的浪涌电流充电。当第一半导体12接通时，二极管21防止第一电容器22放电。

根据所示的优选实施方式，第一半导体电路装置11与第一整流器37连接到外部导体路径2。第一整流器37允许低压保护设备1中的双向电流流动。

根据低压保护设备1的优选实施方式，第一变阻器31，尤其是实施为MOV，与第一半导体电路装置11并联连接。

低压保护设备1包括控制和驱动器单元13，该控制和驱动器单元被配置为驱动和控制低压保护设备1的至少第一半导体电路装置11和优选地另外的晶体管和半导体19、23、25、28。控制和驱动器单元13连接到这些部分中的每个部分，以与这些部分通信。优选地，控制和驱动器单元13包括PROM、PLA、FPGA和/或μC。

如所解释的，变阻器14可以布置在低压保护设备1的外部或内部并且作为低压保护设备1的一部分。如果变阻器14是低压保护设备1的一部分，则电感器14布置在外部导体电源连接件3与第一半导体电路装置11和机械旁路继电器8之间的外部导体路径2中。图1还示出了与电感器14串联布置的电阻32。这是电感器14的内部电阻。电感器14减小故障电流增加的上升梯度。在过电流或另一高故障电流的情况下，该电压降对于控制和驱动器单元13的电源足够高。

控制和驱动器单元13包括第一电源连接件15和第二电源连接件16。这些电源连接件15、16都不与专用电源设备连接和/或与外部导体路径2和中性导体路径5连接。相反，两个电源连接件15、16，因此第一电源连接件15和第二电源连接件16，至少间接地与外部导体路径2的不同部分连接。第一电源连接件15至少间接地连接在外部导体电源连接件3与第一电感器14之间的外部导体路径2。第二电源连接件16至少间接地连接在第一电感器14与第一半导体电路装置11的连接件之间的外部导体路径2和机械旁路继电器8。因此，控制和驱动器单元13至少间接地与第一电感器14并联连接。

图1示出了第一电源连接件和第二电源连接件15、16与外部导体路径2的直接连接。已经表明，在典型的数千安培或更大的高电流的情况下，尤其是由短路引起的高电流的情况下，第一电感器14处的电压降高达超过500V。通常，电压降约为700V。这样的高电压对于控制和驱动器单元13来说可能太大。根据优选实施方式，外部导体路径2包括与第一电感器14并联连接的电阻器装置。该装置在图2中说明或示出。电阻器装置包括第一晶体管33和第二晶体管34。第二电阻器34与第一电阻器33串联布置。电阻器装置和两个电阻器33、34构成并联开关装置的第二部分。该并联开关装置的第一部分是第一电感器14。电阻器装置处的电压降与第一电感器14处的电压降相同。但是第一电阻器33处的电压较低，并且电压的限制尺寸可通过第一电阻器和第二电阻器33、34的电阻比来调节。根据优选实施方式并且如图2所示，控制和驱动器单元13与第一电阻器33并联连接。

根据优选实施方式并且如图2所示，在控制和驱动器单元13与第一电阻器33的连接装置中，布置了第二整流器35，使得低压保护设备1能够双向使用。

外部导体路径2中的高电流的能量不仅用于为控制和驱动器单元13供电，还存储在第一电容器22中。用于低压保护设备1的切断操作的开关由作为电源的电能驱动。

机械旁路继电器8包括断开线圈17和机械旁路继电器-断开线圈17。根据优选实施方式，并且如图1所示，断开线圈17布置在低压保护设备1的第一导体路径18中。该第一导体路径18在一侧与外部导体路径2连接，在另一侧与中性导体路径5连接。第一导体路径18连接外部导体电源连接件3和第一电感器14之间的外部导体路径2。

第二半导体19布置在第一导体路径18中，优选地具有反并联或续流二极管。优选地，第二变阻器38并联连接到第二半导体19。第二半导体19连接到控制和驱动器单元13并由控制和驱动器单元控制。当第一导体路径18与外部导体路径2和中性导体路径5连接时，该第一导体路径与电源网络39连接。

混合断路器、尤其是低压保护设备1的切断过程的一个第一步骤是切断机械旁路继电器8。在WO 2015/028634 A1中描述混合断路器的功能的细节。

尤其地，低压保护设备1包括布置在外部导体路径2中的至少第一电流分离继电器9，该第一电流分离继电器通常用于混合断路器。第一电流分离继电器9包括电流分离继电器断开线圈29。此外，低压保护设备1优选地包括布置在中性导体路径5中的第二电流分离继电器10。该第二电流分离继电器10还包括在图1中未示出的电流分离继电器断开线圈。

根据优选实施方式，低压保护设备1包括第四导体路径27和第五半导体28。第五半导体28和电流分离继电器断开线圈29串联布置在第四导体路径27中。第四导体路径27的部分连接第一电容器22。第一电容器22也是第四导体路径27的一部分。第五半导体28由控制和驱动器单元13控制。接通第五半导体28，激活电流分离继电器断开线圈29。由第一电容器22供应能量。如果低压保护设备1还包括第二电流分离继电器10，则第二电流分离继电器10的电流分离继电器断开线圈也将布置在第四导体路径27中。

优选地，低压保护设备1不包括用于闭合断开的电流分离继电器9、10的装置。优选地，断开的电流分离继电器9、10应该由人用手闭合。

根据特殊实施方式，低压保护设备1包括第三导体路径24和第四半导体25。第四半导体25和机械旁路继电器8的闭合线圈26串联布置在第三导体路径24中。第三导体路径24的部分连接第一电容器22。第一电容器22也是第三导体路径24的一部分。第四半导体25由控制和驱动器单元13控制。接通第四半导体25，激活闭合线圈26。由第一电容器22供应能量，以闭合机械旁路继电器8。

虽然已经参考本发明的示例性实施方式具体地示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。示例性实施方式应被认为仅是描述性的，而不是出于限制的目的。因此，本发明的范围不是由具体实施方式而是由所附权利要求限定。

以下是用于理解和解释实际公开的原则。

特征通常用不定冠词“one、a、an”来介绍。因此，除非上下文另有说明，否则“one、a、an”不应被理解为数字。

除非上下文另有规定，否则连词“或”必须被解释为包括性的而不是排他性的。“A或B”还包括“A和B”，其中，“A”和“B”表示随机特征。

除非本发明的公开另有定义，否则在若干实施方式中，通过排序编号词，例如，“第一”、“第二”或“第三”，尤其区分特征X或对象Y。特别地，在权利要求中具有排序编号词的特征X或对象Y并不说明该权利要求所涵盖的本发明的实施方式必须具有另一特征X或另一对象Y。

除非上下文另有规定，否则与数值结合的“基本上”包括围绕给定数值±10％的容差。

对于值的范围，除非上下文另有规定，否则包括端点。

Claims (10)

1.低压保护装置，包括低压保护设备(1)和电源网络(39)，

所述低压保护设备(1)包括：

从所述低压保护设备(1)的外部导体电源连接件(3)到所述低压保护设备(1)的外部导体负载连接件(4)的至少一个外部导体路径(2)；

从所述低压保护设备(1)的第一中性导体端子(6)到所述低压保护设备(1)的第二中性导体端子(7)的中性导体路径(5)；

机械旁路继电器(8)，布置在所述外部导体路径(2)中；

第一半导体电路装置(11)，与所述机械旁路继电器(8)并联连接，所述第一半导体电路装置(11)至少包括第一半导体(12)；

控制和驱动器单元(13)，被配置为利用控制电压来驱动所述第一半导体电路装置(11)；

所述电源网络(39)至少包括第一电感器(14)，所述第一电感器(14)连接到所述外部导体电源连接件(3)，

其特征在于，

所述控制和驱动器单元(13)包括第一电源连接件(15)和第二电源连接件(16)，所述第一电源连接件和所述第二电源连接件(15、16)至少间接地与所述电源网络(39)连接、并联到所述第一电感器(14)。

2.根据权利要求1所述的低压保护装置，其特征在于，所述机械旁路继电器(8)包括断开线圈(17)，所述断开线圈(17)布置在从所述外部导体路径(2)到所述中性导体路径(5)的第一导体路径(18)中，第二半导体(19)布置在所述第一导体路径(18)中，并且所述第二半导体(19)连接到所述控制和驱动器单元(13)。

3.根据权利要求2所述的低压保护装置，其特征在于，所述第一导体路径(18)连接所述外部导体电源连接件(3)与所述第一电感器(14)之间的所述外部导体路径(2)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的低压保护装置，其特征在于，所述第一半导体电路装置(11)包括与所述第一半导体(12)并联布置的第二导体路径(20)，并且第一二极管(21)和第一电容器(22)串联布置在所述第二导体路径(20)中。

5.根据权利要求4所述的低压保护装置，其特征在于，第三半导体(23)在所述第二导体路径(20)中与所述第一二极管(21)和所述第一电容器(22)串联布置，并且所述控制和驱动器单元(13)与所述第三半导体(23)连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的低压保护装置，其特征在于，所述低压保护设备(1)包括第三导体路径(24)，所述机械旁路继电器(8)的第四半导体(25)和闭合线圈(26)串联布置在所述第三导体路径(24)中，并且第一电容器(22)是所述第三导体路径(24)的一部分。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的低压保护装置，其特征在于，所述低压保护设备(1)至少包括布置在所述外部导体路径(2)中的第一电流分离继电器(9)。

8.根据权利要求7所述的低压保护装置，其特征在于，所述低压保护设备(1)包括第四导体路径(27)，第五半导体(28)和所述第一电流分离继电器(9)的电流分离继电器断开线圈(29)串联布置在所述第四导体路径(27)中，并且第一电容器(22)是所述第四导体路径(27)的一部分。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的低压保护装置，其特征在于，所述电源网络(39)包括与所述第一电感器(14)并联连接的电阻器装置，所述电阻器装置包括第一电阻器(33)和第二电阻器(34)，并且所述控制和驱动器单元(13)与所述第一电阻器(33)并联连接。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的低压保护装置，其特征在于，所述第一电感器(14)是所述低压保护设备(1)的一部分，并且布置在所述外部导体路径(2)中，并且所述第一电源连接件和第二电源连接件(15、16)与所述外部导体路径(2)连接。