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CN119446816A - 保护开关设备及方法 - Google Patents

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CN119446816A
CN119446816A CN202411045043.1A CN202411045043A CN119446816A CN 119446816 A CN119446816 A CN 119446816A CN 202411045043 A CN202411045043 A CN 202411045043A CN 119446816 A CN119446816 A CN 119446816A
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CN202411045043.1A
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M·坦霍泽
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Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
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Abstract

本发明涉及一种用于保护低压电路的保护开关设备,具有:机械分离触点单元,该机械分离触点单元与电子中断单元串联连接,其中串联电路一方面与至少一个电网侧的接头连接并且另一方面与至少一个负载侧的接头连接;确定低压电路的电流的大小;在超过电流界限值或/和电流‑时间界限值时,启动低压电路的电流流动的避免;确定保护开关设备的连接端子上的温度;在超过第一温度阈值时,电子中断单元被切换到开关元件的高阻状态中以避免电流流动,从而避免保护开关设备的连接端子过热。

Description

保护开关设备及方法
技术领域
本发明涉及一种具有电子中断单元的用于低压电路的保护开关设备的技术领域以及一种针对具有电子中断单元的用于低压电路的保护开关设备的方法。
背景技术
低压是指交流电压高达1000伏或直流电压高达1500伏的电压。低压特别是指大于小电压的电压,小电压的值为50伏交流电压或120伏直流电压。
低压电路或低压电网或低压系统是指额定电流或标称电流直至125安培、更特别是直至63安培的电路。低压电路特别是指额定电流或标称电流直至50安培、40安培、32安培、25安培、16安培或10安培的电路。提到的电流值特别是指额定电流、标称电流或/和关断电流、即在正常情况下引导通过电路的最大电流,或者电路通常中断的电流,例如通过保护装置、诸如保护开关设备或线路保护开关或断路器中断的电流。额定电流可以进一步分级,从0.5A经过1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A、8A、9A、10A等直至16A。
线路保护开关是从很久前就已知的过流保护装置,其在电气安装技术中应用在低压电路中。线路保护开关保护线路免受由电流过高和/或短路引起的发热而造成的损坏。线路保护开关可以在过载和/或短路的情况下自动关断电路。线路保护开关是一种非自动复位的保险丝元件。
与线路保护开关不同的是,断路器的电流被设置为大于125安培,在某些情况下也从63安培开始。因此,线路保护开关的结构更简单并且更精致。线路保护开关通常具有用于如下固定可能性,即固定在所谓的顶帽式导轨(支承导轨,DIN导轨,TH35)上。
线路保护开关采用机电结构。在壳体中,它们具有用于中断(触发)电流的机械开关触点或工作电流触发器。通常,双金属保护元件或双金属元件用于在长时间过流(过流保护)或热过载(过载保护)的情况下触发(中断)。具有线圈的电磁触发器用于在超过过流界限值或在发生短路(短路保护)的情况下短时间地触发。设置一个或多个灭弧室或用于灭弧的装置。此外,设置用于要保护的电路的导体的连接元件。
具有电子中断单元的保护开关设备是相对较新的发展。保护开关设备具有基于半导体的电子中断单元。即,低压电路的电流引导通过半导体器件或半导体开关,该半导体器件或半导体开关可以中断电流或切换为导电。此外,具有电子中断单元的保护开关设备通常具有机械分离触点单元,其特别是根据低压电路的相关标准具有分离特性,其中机械分离触点单元的触点串联连接到电子中断单元,即要保护的低压电路的电流既引导通过机械分离触点单元又通过电子中断单元。
本发明既可以用于低压直流电路也可以用于低压交流电路。本发明特别是涉及低压交流电路,其具有交流电压,其通常具有频率f的取决于时间的正弦交流电压。交流电压的瞬时电压值u(t)的时间依赖关系通过如下等式来描述:
u(t)=U*sin(2π*f*t)
其中:
u(t)=时间t处的瞬时电压值
U=电压的幅度
谐波交流电压可以通过指针的旋转来表示,指针的长度对应于电压的幅度(U)。在此,瞬时偏转是指针在坐标系上的投影。振荡周期对应于指针的完全旋转,并且其全角为2π(2Pi)或360°。角频率是这个旋转指针相角的变化率。谐波振荡的角频率总是其频率的2π倍,即:
ω=2π*f=2π/T=交流电压的角频率(T=振荡的周期持续时间)
角频率(ω)的说明相对于频率(f)通常是优选的,因为许多振动理论公式由于三角函数的出现可以借助角频率来更紧凑地表示,根据定义,三角函数的周期为2π:
u(t)=U*sin(ωt)
在时间上不恒定的角频率的情况下,也使用术语瞬时角频率。
在正弦的、特别是在时间上恒定的交流电压的情况下,根据角速度ω和时间t的、取决于时间的值对应于取决于时间的角度该角度也称为相角
即,相角周期性地通过0...2π或0°...360°的范围。即,相角周期性地呈现0和2π或0°和360°之间的值((0...2π)或(0°...360°),由于周期性;缩写为:...360°)。
因此,瞬时电压值u(t)指的是在时间点t的电压的瞬时值,即,在正弦(周期性的)交流电压的情况下指的是关于相角的电压的值(...360°,针对相应的周期)。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,改进开头提到的类型的保护开关设备,特别是避免保护开关设备、特别是其连接端子的破坏、损坏或不允许的运行状态(特别是不允许的运行温度)。
上述技术问题通过具有根据本发明的特征的保护开关设备以及根据本发明的方法来解决。
根据本发明,提出一种用于保护低压电路、特别是低压交流电路的保护开关设备,所述保护开关设备具有:
-壳体,所述壳体具有至少两个电网侧的接头和至少一个负载侧的接头,所述至少两个电网侧的接头和至少一个负载侧的接头都用于低压电路,
-电网侧的接头和至少一个负载侧的接头分别具有连接端子,用于将要保护的低压电路的外部的(也就是说在保护开关设备之外的)导体连接到保护开关设备,
-机械分离触点单元,所述机械分离触点单元与电子中断单元串联连接,其中串联电路一方面与至少两个电网侧的接头中的一个连接并且另一方面与至少一个负载侧的接头连接,
-机械分离触点单元能够通过断开至少一个触点以避免电流流动或者通过闭合至少一个触点以用于低压电路中的电流流动来切换,
-电子中断单元能够通过基于半导体的开关元件切换到开关元件的高阻状态以避免电流流动或者切换到开关元件的低阻状态以用于低压电路中电流流动,
-电流传感器单元,用于确定低压电路的电流的大小,
-控制单元,所述控制单元与电流传感器单元、机械分离触点单元和电子中断单元连接,其中,在所确定的电流的大小超过电流界限值或/和电流-时间界限值(即,当电流大小存在一定时间时)时,特别是通过电子中断单元的开关元件的高阻状态,启动低压电路的电流流动的避免。
根据本发明,设置与控制单元连接的温度传感器,用于确定温度的大小。温度传感器设置在连接端子(或多个连接端子)处(上)或连接端子(或多个连接端子)的区域中。
根据本发明,保护开关设备被设计为,使得当所确定的温度大小(在至少一个连接端子的情况下)超过第一温度阈值时,电子中断单元被切换到开关元件的高阻抗状态以避免电流流动,从而避免连接端子的过热。
通过高阻状态,流过(多个)连接端子的电流被中断并且因此在连接端子上不再产生损耗功率,使得该连接端子能够冷却。避免过热是指,连接端子或保护开关设备保持在其允许的热界限或允许的(设备)温度内。
这具有优点,即避免了(多个)连接端子或保护开关设备的过热。因此可以避免热过载或热破坏。可以在子配电系统中提供对设备火灾/火灾的防护。因此,提供了供电安全。通过避免电流流动,避免了保护开关设备的发热并且建立了安全状态。
连接端子发热的原因基本上在于始终存在的欧姆接触电阻,该欧姆接触电阻与(流过连接端子的)电流一起导致电损耗功率和与此相关联的在连接端子处的发热。
在此,连接端子的接触电阻取决于不同的因素。例如,(典型地)出现的老化可能已经导致接触电阻的增高。然而,根据使用地点(例如在具有有害气体或海洋空气(盐含)的环境中使用时),腐蚀可能增加,这也导致接触电阻的增高。
此外,错误的安装也是原因,例如在螺纹连接的情况下错误的(并且特别是过低的)拧紧力矩或者在插接连接(弹簧夹)的情况下不匹配的导体横截面,所述错误的安装会导致接触电阻的增高。例如由于机械(过)应力引起的松动的连接同样可能导致连接端子上的接触电阻的增高。然而,接触表面上的简单污染(例如由于安装期间不正确的操作)也可能导致接触电阻的增高。
本发明的其它有利的设计方案在实施例中给出。
在本发明的一个有利的设计方案中,为电网侧的连接端子设置至少一个电网侧的温度传感器,用于确定电网侧的连接端子的温度的大小。
当例如两个电网侧的连接端子彼此相邻时,可以有利地设置一个电网侧的温度传感器。电网侧的温度传感器于是可以有利地设置在两个连接端子的中间。
在本发明的一个有利的设计方案中,为至少一个负载侧的连接端子设置至少一个负载侧的温度传感器,用于确定至少一个负载侧的连接端子的温度的大小。
在两个负载侧的连接端子的情况下,例如当两个负载侧的连接端子彼此相邻时,可以有利地设置一个负载侧的温度传感器。负载侧的温度传感器于是可以有利地设置在两个连接端子的中间。
在本发明的一个有利的设计方案中,为每个连接端子、特别是低压电路的引导电流的导体分别设置一个(与连接端子相关的)温度传感器,用于确定相应的连接端子的温度的大小。
这具有特别的优点,即能够实现对相应的连接端子的温度大小的单独的(关键的连接端子)、重要的(低压电路的引导电流的连接端子)或完全的(所有的连接端子,可能的单个连接端子)监控。因此,可以避免被监控的(多个)连接端子的过热或由于保护开关设备的过热。因此可以避免热过载或热破坏。可以在子配电系统中提供对设备火灾/火灾的防护。通过避免电流流动,避免了保护开关设备的发热并且建立了安全状态。
在本发明的一个有利的设计方案中,机械分离触点单元与负载侧的接头相关联,并且电子中断单元(EU)与电网侧的接头相关联。特别地,机械分离触点单元能够通过机械手柄来操作,以便切换至少一个触点的断开或至少一个触点的闭合。
这具有特别的优点,即提供了一种用于保护开关设备的结构,在该结构中,即使在机械分离触点单元的触点断开的情况下也提供了保护开关设备的功能性。
在本发明的一个有利的设计方案中,设置两个电网侧的接头和两个负载侧的接头。特别地,设置电网侧的中性导体接头、电网侧的相导体接头、负载侧的中性导体接头和负载侧的相导体接头。
这具有特别的优点,即提供一种用于两极保护开关设备的结构,从而可以直接连接相导体和中性导体,并且例如可以取消其它中性导体汇流排。
在本发明的一个有利的设计方案中,在开关元件的启动的高阻状态以避免过热的情况下,并且在所确定的温度的大小超过较高的第二温度阈值(即,第二温度阈值高于第一温度阈值)时,断开机械分离触点单元的至少一个触点。
这具有特别的优点,即在保护开关设备中设置了另外的安全性。如果尽管启动了高阻的电子中断单元仍存在升高的发热,则这可能归因于,电子中断单元不是高阻的或者不是足够高阻的,并且(有故障的)电流流动导致(多个)连接端子的进一步发热。在这种情况下,机械分离触点单元的至少一个触点断开,以便实现电流分离并且因此完全避免电流流动。通过该另外的安全措施避免了(多个)连接端子/保护开关设备的损坏。
在本发明的一个有利的设计方案中,在开关元件的高阻状态以避免过热的情况下,并且在所确定的温度大小低于第三温度阈值时,将电子中断单元切换到低阻状态(用于低压电路中的电流流动)。第三温度阈值小于第一温度阈值。
这具有特别的优点,即在保护开关设备的(多个)连接端子冷却之后,又可以实现电流流动。因此,保护开关设备总是处于安全的运行状态。
在本发明的一个有利的设计方案中,替换地,在开关元件的高阻状态以避免过热的情况下,并且在从出现开关元件的高阻状态(以避免过热)起经过第一时间段后,电子中断单元可以切换到低阻状态(用于低压电路中的电流流动)。
第一时间段可以是例如5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟或30分钟的数量级。
这具有特别的优点,即实现固定的冷却时间(第一时间段)。在保护开关设备的(多个)连接端子冷却之后,再次实现电流流动。
在本发明的一个有利的设计方案中,在变换到高阻状态以避免过热(并且返回到低阻状态中)的变换超过第一数量的情况下,在第一时间帧内断开机械分离触点单元的至少一个触点。
第一时间帧例如可以是一个小时、几个小时、如3小时、5小时、6小时、10小时、12小时、18小时、24小时(一天)、几天、一周。例如,变换的次数可以从2、3、4、…、10、…20次变换起。
这具有特别的优点,即,在频繁地由温度引起地变换到高阻状态(从低阻状态变换到高阻状态)的情况下实现附加的安全性,并且机械分离触点单元的至少一个触点断开,以便执行电流分离并且完全避免发热的电流流动。因此,避免了电子中断单元进一步变换到高阻状态(变换到高阻状态并且返回到低阻状态),并且在低压电路中建立了安全性。
在本发明的一个有利的设计方案中,设置与控制单元连接的通信单元。在超过第四温度阈值时,借助通信单元发出警告。第四温度阈值有利地小于第一温度阈值。
第四温度阈值例如可以比第一温度阈值小10、…、20、…、30、…、40开尔文。
这具有特别的优点,即在达到温度阈值时通知,从而例如或有利地可以在由于温度过高而导致关断之前执行原因确定。
替换地或附加地,可以借助通信单元输出(通信)温度传感器的温度的大小(或等效值)。
这具有特别的优点,即可以对一个或多个保护开关设备进行(中央)温度监控,从而在温度升高时可以采取相应的措施。
在本发明的一个有利的设计方案中,设置与控制单元连接的显示单元,该显示单元具有在保护开关设备上可见的显示器件,用于显示超过温度界限值(第一或/和第二或/和第三或/和第四温度界限值)或(和)温度的大小。作为电子中断单元的高阻或低阻状态的替换或补充。
这具有特别的优点,即给出温度状态的可视化。
在本发明的一个有利的设计方案中,机械分离触点单元的至少一个触点可以通过控制单元断开,但不能闭合。
这具有特别的优点,即提供了保护开关设备的高安全性,因为在保护开关设备内部,触点不会错误地(并且不会远程地,例如通过通信信号)闭合。
在本发明的一个有利的设计方案中,机械分离触点单元的至少一个触点具有释放功能。这可以是根据标准设置的释放功能。特别是使得即使当机械手柄被锁止时,也就是说例如当手柄被锁止为闭合的接触状态时,也能够通过控制单元断开至少一个触点。
这具有特别的优点,即提供了高的安全性和用于低压电路的特别符合标准的保护开关设备。通过断开至少一个触点,电流流动可以在任何时候被电流中断。
根据本发明,要求保护一种用于具有电子(基于半导体的)开关元件的低压电路的保护开关设备的相应的方法,所述方法具有相同的和其它的优点。
针对用于保护低压电路的保护开关设备的方法,包括:
-壳体,所述壳体具有至少两个电网侧的接头和至少一个负载侧的接头,
-电网侧的接头和至少一个负载侧的接头分别具有连接端子,用于将要保护的低压电路的外部导体连接到保护开关设备上,
-机械分离触点单元,所述机械分离触点单元与电子中断单元串联连接,其中串联电路一方面与至少两个电网侧的接头中的一个连接并且另一方面与至少一个负载侧的接头连接,
-机械分离触点单元可以通过断开至少一个触点以避免电流流动或者通过闭合至少一个触点以用于低压电路中的电流流动来切换,
-电子中断单元能够通过基于半导体的开关元件切换到开关元件的高阻状态以避免电流流动或者切换到开关元件的低阻状态以用于低压电路中电流流动,
-确定低压电路的电流的大小,并且在超过电流界限值或/和电流-时间界限值时,启动低压电路的电流流动的避免,
-确定在至少一个连接端子处或在至少一个连接端子的区域中的温度的大小,
-在所确定的温度的大小超过第一温度阈值时(在至少一个连接端子的情况下),将电子中断单元切换到开关元件的高阻状态中以避免电流流动,从而避免连接端子的过热。
所有设计方案,无论单个特征或特征组合都提高了保护开关设备的安全性,并为保护开关设备提供了一种新的方案。
附图说明
本发明的所描述的特性、特征和优点以及如何实现这些特性、特征和优点的方式结合实施例的以下描述变得更清楚和更容易理解,所述实施例结合附图详细阐述。
在此,在附图中:
图1A示出了保护开关设备的第一图示,
图1B示出了保护开关设备的第二图示,
图2示出了图表的第一图示,
图3示出了图表的第二图示,
图4示出了图表的第三图示,
图5示出了图表的第四图示,
图6示出了图表的第五图示。
具体实施方式
图1A示出了用于保护低压电路、特别是低压交流电路的保护开关设备SG的图示,该保护开关设备具有壳体GEH,该保护开关设备具有:
-用于连接低压电路的外部导体的电网侧的中性导体连接端子NG、电网侧的相导体连接端子LG、负载侧的中性导体连接端子NL、负载侧的相导体连接端子LL;
在例如具有两个电网侧的接头的电网侧Grid上,通常连接有能量源,
在例如具有两个负载侧的接头的负载侧Load上(当然可以仅设置一个负载侧的接头,优选地用于相导体L),通常连接有耗电器(能量吸收器);
-具有负载侧的连接点APLL、APNL和电网侧的连接点APLG、APNG的(两极的)机械分离触点单元MK,
其中为中性导体设置负载侧的连接点APNL,为相导体设置负载侧的连接点APLL,为中性导体设置电网侧的连接点APNG,为相导体设置电网侧的连接点APLG。负载侧的连接点APNL、APLL与负载侧的中性导体连接端子和相导体连接端子NL、LL连接,从而能够切换触点KKN、KKL的断开以避免电流流动或者触点的闭合以用于低压电路中的电流流动,
机械分离触点单元也可以被设计为单极的机械分离触点单元,即具有一个触点,其中触点KKL优选地布置在相导体L中,而不设置穿过保护开关设备SG的中性导体N,
-特别是单极的电子中断单元EU(其在单极的实施方案中特别是布置在相导体L中),
具有电网侧的连接点EUG,所述电网侧的连接点EUG与电网侧的相导体连接端子LG电连接,以及
负载侧的连接点EUL,所述负载侧的连接点EUL与机械分离触点单元MK的电网侧的连接点APLG电连接或被连接,
其中,电子中断单元通过基于半导体的开关元件具有开关元件的高阻状态以避免电流流动或开关元件的低阻状态以用于低压电路中电流流动,
-用于确定低压电路的电流大小的电流传感器单元SI,该电流传感器单元特别是布置在相导体L中,
-控制单元SE,所述控制单元SE与电流传感器单元SI、机械分离触点单元MK和电子中断单元EU连接,其中在超过电流界限值或/和电流-时间界限值时,优选通过电子中断单元EU的高阻状态来启动低压电路的电流流动的避免。
根据本发明,保护开关设备SG被设计为,使得设置至少一个与控制单元SE连接的温度传感器,用于确定温度的大小。至少一个温度传感器设置在连接端子处或连接端子的区域中。
在根据图1A的示例中:
电网侧的中性导体连接端子NG具有电网侧的第一温度传感器TNG(=电网侧的中性导体温度传感器TNG),
电网侧的相导体连接端子LG具有电网侧的第二温度传感器TLG(=电网侧的相导体温度传感器TLG),
负载侧的中性导体连接端子NL具有负载侧的第一温度传感器TNL(=负载侧的中性导体温度传感器TNL),
负载侧的相导体连接端子LL具有负载侧的第二温度传感器TLL(=负载侧的相导体温度传感器TLL)。
提及的温度传感器分别与控制单元SE连接。
根据本发明,保护开关设备SG被设计为,使得当(连接端子的上述温度传感器中的(至少)一个)的温度的大小超过第一温度阈值时,电子中断单元EU被切换到开关元件的高阻抗状态以避免电流流动,从而避免保护开关设备的连接端子过热。
此外,可以设置与控制单元SE连接的第一电压传感器单元SUA,该第一电压传感器单元SUA确定低压电路的电压的大小,特别是电压大小的瞬时值,特别是在电网侧的连接端子LG、NG上,特别是在电网侧的中性导体连接端子NG和电网侧的相导体连接端子LG之间。有利地,当电压的大小的瞬时值的数值低于特别是小于或等于50伏特(或25伏特或10伏特)的第一电压界限时,将电子中断单元EU切换到低阻状态中。
通常,机械分离触点单元MK和电子中断单元EU形成串联电路。串联电路一方面与至少一个电网侧的接头连接并且另一方面与至少一个负载侧的接头连接。机械分离触点单元MK可以有利地与负载侧的接头相关联,并且电子中断单元EU可以与电网侧的接头相关联,如在图1A中示出的那样。机械分离触点单元MK可以通过机械手柄HH来操作,以便切换触点的断开或触点的闭合,如在传统的线路保护开关或微型断路器(MCB)中那样。
控制单元SE可以具有微控制器(微控制器单元)。
在根据图1A的示例中,电子中断单元EU被单极地实施,在该示例中在相导体中实施。在此,用于机械分离触点单元MK的中性导体的电网侧的连接点APNG与壳体GEH的电网侧的中性导体连接端子NG连接。在保护开关设备SG的单极的变型方案中,可以取消这种连接,也可以取消机械分离触点单元的中性导体触点KKN。
保护开关设备SG有利地被设计为,使得机械分离触点单元MK的触点可以通过控制单元SE断开,但不能闭合,这由从控制单元SE到机械分离触点单元MK的箭头指示。
机械分离触点单元MK可以通过保护开关设备SG上的机械手柄HH操作,以便切换触点KKL、KKN的手动(人工)断开或闭合。机械手柄HH(在未锁定状态下)(特别是通过触点和手柄之间的机械连接)指示保护开关设备上的机械分离触点单元MK的触点的开关状态(断开或闭合)。
机械分离触点单元MK有利地设计为,使得在释放(Enable,使能)、特别是释放信号之后才能够通过机械手柄(手动地)闭合触点。即,机械分离触点单元MK的触点KKL、KKN可以通过手柄HH在存在释放或释放信号(来自控制单元SE)时才闭合。在没有释放或释放信号的情况下,手柄HH虽然可以被操作,但触点不能闭合(“持续滑移(Dauerrutscher)”)。
保护开关设备SG具有能量供应装置NT(未示出),例如电源件。特别是,能量供应装置NT设置用于控制单元SE。能量供应装置NT例如与电网侧的中性导体连接端子NG和电网侧的相导体连接端子LG连接。在与电网侧的中性导体连接端子NG(或/和相导体连接端子LG)的连接中,可以有利地设置保险丝SS、特别是熔断保险丝或/和开关。
在纯单极的保护开关设备的情况下,能量供应装置通过外部的能量源/另外的接头实现。
高阻指的是一种状态,在该状态下仅还流过可忽略的大小的电流。高阻特别是指大于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、1千欧姆或更大的电阻值。
低阻指的是一种状态,在该状态下,在保护开关设备上给出的电流值可以流动。低阻特别是指小于10欧姆、更好地小于1欧姆、100毫欧姆、10毫欧姆、1毫欧姆或更小的电阻值。
在第一变型方案中,机械分离触点单元MK可以单极地中断。即,仅一个导体(两个/多个导体中的一个)、特别是有源导体或相导体被中断,也就是说具有机械触点。中性导体由此是无接触的,也就是说中性导体是直接连接的。
在机械分离触点单元MK的第二变型方案中,中性导体同样具有机械触点(两极中断),如图1所示。
机械分离触点单元MK特别是指通过分离触点单元MK实现的(符合标准的)分离功能。分离功能是指以下几点:
-根据标准的最小空气距离(触点的最小距离),
-机械分离触点单元的触点的(机械)触点位置指示,
-自由触发或释放功能,即用于通过手柄或控制单元中断机械分离触点单元的触点的操作总是可能的,从而不可能通过手柄将触点(永久地)锁止为闭合状态。
特别地,自由触发或释放功能是指,至少一个触点可以通过控制单元断开,即使机械手柄(例如在接通状态中)被锁止。
此外,符合标准的分离功能可以具有分离触点单元或手柄在接通或断开状态下的可锁闭性。
关于分离触点系统的触点之间的最小空气距离,该最小空气距离基本上取决于电压。其他参数是污染程度、场类型(均匀,非均匀)和气压或高于标准零点的高度。
对于该最小空气距离或爬电距离有相应的规定或标准。这些规定例如在空气中针对冲击耐压强度规定了最小空气距离,其依据污染程度用于不均匀的和均匀的(理想的)电场。冲击耐压强度是施加相应的冲击电压时能够承受的强度。只有在存在该最小长度(最小距离)的情况下,分离触点单元或保护开关设备才具有分离功能(分离器特性)。
在此,在本发明的意义上,对于分离器功能及其特性,特别是标准系列DIN EN60947或者IEC 60947是相关的,在此通过引用的方式参考。
分离触点系统的特征有利地在于,依据额定冲击耐压强度和污染程度,断开的分离触点在关断位置(断开的位置,断开的触点)中的最小空气距离。最小空气距离尤其在(最小)0.01mm与14mm之间。
特别有利地,最小空气距离在0.33kV时的0.01mm与12kV时的14mm之间,尤其对于污染程度1以及尤其对于不均匀场。
有利地,最小空气距离可以具有以下值:
E DIN EN 60947-1(VDE 0660-100):2018-06
表13-最小空气距离
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。由此可以有利地实现根据额定冲击耐压强度确定尺寸的符合标准的保护开关设备。
机械分离触点单元特别地不是指继电器触点。
保护开关设备可以具有(特别是无线/无线的)通信单元COM,该通信单元与控制单元SE连接或者是控制单元SE的一部分。
在超过第四温度阈值时,可以借助通信单元COM发出警告。替换地或附加地,可以借助通信单元COM输出(通信)温度的大小。对于电网侧Grid或(和)负载侧Load,可以进行超过温度界限值或(和)温度大小的输出或通信。替换地或附加地,对于每个温度传感器,可以进行超过温度界限值或(和)温度大小的输出或通信。
此外,可以设置显示单元AE。显示单元AE可以被设计为组合的显示和输入单元。显示单元AE(显示和输入单元)与控制单元SE连接或者是控制单元SE的一部分。显示单元具有在保护开关设备上可见的显示装置,特别是用于显示电子中断单元EU的高阻或低阻状态。作为显示超过温度界限值(第一或/和第二或/和第三或/和第四温度界限值)或(和)温度大小的替代或补充。对于电网侧Grid或(和)负载侧Load,可以显示超过温度界限值或(和)温度大小。替换地或附加地,对于每个温度传感器,可以显示超过温度界限值或(和)温度的大小。
保护开关设备SG例如原则上以如下方式工作:在机械分离触点单元的触点闭合并且电子中断单元为低阻的情况下,以及
-在所确定的电流超过第一电流值的情况下、特别是在超过第一电流值持续第一时间界限的情况下,电子中断单元EU变为高阻并且机械分离触点单元MK保持闭合,或/和
-(或/和)在所确定的电流超过更高的第二电流值的情况下、特别是在超过更高的第二电流值持续第二时间界限的情况下,电子中断单元EU变为高阻并且机械分离触点单元MK断开,或/和
-在所确定的电流超过还更高的第三电流值的情况下,电子中断单元变为高阻并且机械分离触点单元MK断开。
电子中断单元EU可以具有另外的中断单元侧的温度传感器TSE。利用该中断单元侧的温度传感器设置的功能可以类似于连接端子侧的(多个)温度传感器(TLG、TNG、TLL、TNL、TG、TL)。
图1B示出了根据图1A的保护开关设备的图示,其区别在于,
-对于(例如两个)电网侧的连接端子仅设置一个电网侧的温度传感器TG。用于确定电网侧的连接端子的温度的大小。电网侧的温度传感器TG有利地布置在(有利地相邻的)电网侧的连接端子NG、LG之间。
-对于(例如两个)负载侧的连接端子仅设置一个负载侧的温度传感器。用于确定负载侧的连接端子的温度的大小。负载侧的温度传感器TL有利地布置在(有利地相邻的)负载侧的连接端子NL、LL之间。
电网侧的温度传感器TG和负载侧的温度传感器TL分别与控制单元SE连接。
功能或工作方式类似于图1A或下面所述的功能或工作方式。
图2示出了第一图表或坐标系的图示,其中在水平轴(横坐标)上绘出了低压电路的电流I的大小,并且在垂直轴(纵坐标)上绘出了(连接端子侧的)温度传感器中的一个的温度TTS的大小。
图中示出了(相应的)温度传感器的温度TTS随低压电路的电流I的大小变化的曲线。
在此假设,在连接端子处的发热取决于通过保护开关设备的低压电路的电流I的大小(保护开关设备应保护低压电路)。随着电流I的大小升高,连接端子的温度升高。因此,由温度传感器确定的保护开关设备的温度TTS升高。温度随电流的大小单调增加。(除了电流的大小之外,环境温度也对保护开关设备中的发热有影响。为了简化图示,这在图2中未示出。)
根据图2,示出了不同的温度阈值。第一温度阈值1.SW(在示例中为100℃)、第二温度阈值2.SW(在示例中为110℃)、第三温度阈值3.SW(在示例中为80℃)。
图3示出了根据图2的图示,区别在于,示出了三个相互关联的图表,其中,在水平轴(横坐标)上绘出了时间t。
在图3的上部区域中,绘出了(所选择的)温度传感器的温度TTS的大小随时间t的变化。示出了第一温度阈值1.SW和第三温度阈值3.SW。
在图3的中间区域中,绘出了电流I的大小随时间t的变化。
在图3的下部区域中,绘出了电子中断单元EU的开关状态随时间t的变化。电子中断单元EU的低阻状态用on表示。电子中断单元EU的高阻状态用off表示。
例如,(恒定的)电流I或具有第一大小的恒定有效值的电流I在一定时间内流动(图3中间)。在连接端子上出现相应的发热。温度/温度传感器的所确定的温度TTS的大小升高,直至在第一时间点t1达到第一温度阈值1.SW(图3上部)。
在达到或超过第一温度阈值1.SW(在示例中为100℃)时,电子中断单元EU切换到(开关元件的)高阻状态off中以避免电流流动,在第一时间点t1(图3下部)。因此,避免了连接端子的进一步的发热和过热(以及与此相关的损坏)。
保护开关设备和连接端子可以冷却。在第二时间点t2,达到或低于第三温度阈值3.SW,在示例中为80℃。在达到或低于第三温度阈值3.SW时,电子中断单元(再次)(在第二时间点t2)切换到低阻状态on(用于低压电路中的电流流动)(图3下部)。电流I可以(从第二时间点t2起)再次流动(图3中间)。可能地,温度可以再次升高(图3上部)。
第三温度阈值小于第一温度阈值。
替换地或附加地,代替第三温度阈值3.SW,可以等待从出现开关元件的高阻状态起经过第一时间段。在从出现电子中断单元的高阻状态起经过第一时间段之后,将电子中断单元切换到低阻状态(未示出)。
如果在用于避免过热的高阻状态和返回到低阻状态之间的变换过于频繁,则机械分离触点单元MK的至少一个触点断开。即,在用于避免过热的高阻状态和返回到低阻状态之间的变换(切换)超过第一数量的情况下,在第一时间帧内断开机械分离触点单元MK的至少一个触点。
图4示出了根据图3的图示,区别在于,示出了第四图表,该第四图表与上面的三个图表相关联。
第四图表在图4的最下部区域中示出了机械分离触点单元MK的开关状态随时间t的变化。机械分离触点单元MK的至少一个触点的闭合状态被标记为closed。机械分离触点单元MK的至少一个触点的断开状态被标记为open。
此外,在图4的上部区域中示出了第一温度阈值1.SW和第二温度阈值2.SW。
例如第一大小的(恒定的)电流I在一定的时间内流动(图4中间)。在连接端子上出现相应的发热。保护开关设备中的温度/温度传感器的所确定的温度TTS的大小升高,直至在第一时间点t1达到第一温度阈值1.SW(图4上部)。
在达到或超过第一温度阈值1.SW(在示例中为100℃)时,电子中断单元EU切换到(开关元件的)高阻状态off中以避免电流流动,在第一时间点t1(图4下部)。
电流减小(图4中间)。
如果现在尽管电子中断单元EU切换为高阻,但是温度仍继续升高,例如因为电子中断单元EU有故障(即高阻状态被启动,但是例如不起作用或不完全起作用)并且有(较小的)电流流过,则在达到或超过第二温度阈值2.SW(在示例中为110℃)时,机械分离触点单元MK的至少一个触点断开(图4最下部),在第三时间点t3。
第二温度阈值2.SW高于第一温度阈值1.SW。
图5示出了根据图3的图示,区别在于,在图5的中间区域中示出了依赖于时间t地发出警告Warn.。
此外,图5的上部区域示出了第一温度阈值1.SW和第四温度阈值4.SW。在第四时间点t4超过第四温度阈值时,借助通信单元COM(无线地/有线地)发出警告Warn.。例如输出到上级管理系统。替换地或附加地,例如可以利用显示单元AE来显示该警告。第四温度阈值小于第一温度阈值。
电子中断单元EU保持在低阻状态on中。
替换地或附加地,温度的大小能够(无线地/有线地)借助通信单元COM输出。例如输出到上级管理系统。替换地或附加地,温度的大小可以被显示,例如利用显示单元AE。
图6示出了根据图5的图示,区别在于,以时间偏移(时间延迟)tV发出警告Warn.。即,在第四时间点t4超过第四温度阈值4.SW时,不发出警告Warn.,而是如图6所示,在第五时间点t5才发出警告Warn.。因此,例如可以避免基于由于短时间提高的起动电流或开关电流而引起的短时间发热的警告。如果在到达第五时间点t5之前温度TTS又下降到第四温度阈值4.SW以下,则不发出警告Warn.。
时间偏移(时间延迟)tV在1秒,…,5秒,…10秒,…1分钟起的范围内。
在下文中,换言之,再次解释本发明。
在电气(子)配电系统中存在多个不同的保护和开关设备,所述保护和开关设备通过相应的线路相互连接。在设计这种子配电系统时,也必须进行热考虑和计算,因为由于导线和电气运行装置上的欧姆损耗而在子配电系统中产生损耗。子配电系统由此发热。目前,热过载通过(根据标准、指南或规章的)相应的(超)尺寸来防止。
除了上面提到的电气子配电系统的热设计,电连接点(连接端子)经常导致热过载和火灾。这可能是由于错误的投入运行(污染,螺纹连接的错误的拧紧力矩,松动的连接端子)或由于老化(腐蚀)造成的。
如今,安装公司和保险公司都规定由合格的电工进行目视检查。然而,在这种情况下,可能不是每个有故障的端子点都被发现。
根据本发明,在保护开关设备的(所选择的/多个)连接端子上实施温度测量。温度测量装置和其它设备部件与控制单元连接,从而在此相应的算法可以在连接点/连接端子上产生危险的温度之前关断设备,以便由此保护设备/子配电系统免受危险的火灾。
新型的电子保护和开关设备在主电流路径中使用电子开关元件(功率半导体)。如果达到临界温度,则启动高阻状态。因此,电流不再能够流过保护开关设备和流过连接端子,并且连接端子(和子配电系统)冷却。
此外,可以发出用于警告的相应消息。
由于不再有电流流过设备,连接端子和设备再次冷却。在低于一定的温度之后,设备可以自动地再次变换到低阻状态以用于电流流动(迟滞)。
根据设备配置,代替低阻状态,也可以启动机械分离触点单元的触点的断开。然后,在冷却之后的自动重新接通是不可能的。需要手动重新闭合触点。
虽然在细节上通过实施例对本发明进行了详细的阐述和描述,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它变形方案,而不脱离本发明的保护范围。

Claims (24)

1.一种用于保护低压电路的保护开关设备(SG),具有:
-壳体(GEH),所述壳体具有至少两个电网侧的接头和至少一个负载侧的接头,
-所述电网侧的接头和所述至少一个负载侧的接头分别具有连接端子,用于将要保护的低压电路的外部导体连接到所述保护开关设备上,
-机械分离触点单元(MK),所述机械分离触点单元与电子中断单元(EU)串联连接,其中串联电路一方面与所述至少两个电网侧的接头中的一个连接并且另一方面与所述至少一个负载侧的接头连接,
-所述机械分离触点单元(MK)能够通过断开至少一个触点以避免电流流动或者通过闭合所述至少一个触点以用于低压电路中的电流流动来切换,
-所述电子中断单元(EU)能够通过基于半导体的开关元件切换到开关元件的高阻状态以避免电流流动或者切换到开关元件的低阻状态以用于所述低压电路中的电流流动,
-电流传感器单元(SI),用于确定所述低压电路的电流的大小,
-控制单元(SE),所述控制单元与所述电流传感器单元(SI)、所述机械分离触点单元(MK)和所述电子中断单元(EU)连接,其中,在所确定的电流的大小超过电流界限值或/和电流-时间界限值时,启动所述低压电路的电流流动的避免,
-设置至少一个与所述控制单元连接的温度传感器,用于确定温度的大小,
-所述至少一个温度传感器设置在连接端子处或连接端子的区域中,
-所述保护开关设备被设计为,在所述温度的大小超过第一温度阈值(1.SW)时,将所述电子中断单元(EU)切换到所述开关元件的高阻状态中以避免电流流动,从而避免所述连接端子的过热。
2.根据权利要求1所述的保护开关设备(SG),
其特征在于,
所述机械分离触点单元(MK)与所述负载侧的接头相关联,并且所述电子中断单元(EU)与所述电网侧的接头相关联。
3.根据权利要求1或2所述的保护开关设备(SG),
其特征在于,
设置两个电网侧的接头和两个负载侧的接头。
4.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关设备(SG),
其特征在于,
在所述电子中断单元(EU)的开关元件的启动的高阻状态以避免过热的情况下,并且在超过较高的第二温度阈值(2.SW)时,断开所述机械分离触点单元(MK)的至少一个触点。
5.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关设备(SG),
其特征在于,
在所述电子中断单元(EU)的开关元件的高阻状态以避免过热的情况下,并且在低于第三温度阈值(3.SW)时,将所述电子中断单元(EU)切换到低阻状态。
6.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关设备(SG),
其特征在于,
所述第三温度阈值小于所述第一温度阈值。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的保护开关设备(SG),
其特征在于,
在所述开关元件的高阻状态以避免过热的情况下,并且在从出现所述开关元件的高阻状态以避免过热起经过第一时间段的情况下,将所述电子中断单元切换到低阻状态中。
8.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关设备(SG),
其特征在于,
在变换到高阻状态以避免过热的变换超过第一数量的情况下,在第一时间帧内断开所述机械分离触点单元(MK)的至少一个触点。
9.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关设备(SG),
其特征在于,
设置与所述控制单元(SE)连接的通信单元(COM)。
10.根据权利要求9所述的保护开关设备(SG),
其特征在于,
在超过第四温度阈值(4.SW)时,借助所述通信单元(COM)发出警告。
11.根据权利要求9或10所述的保护开关设备(SG),
其特征在于,
借助所述通信单元(COM)输出所述温度传感器的温度(TTS)的大小或等效值。
12.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关设备(SG),
其特征在于,
所述机械分离触点单元(MK)的至少一个触点能够通过所述控制单元(SE)断开,但不能闭合。
13.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关设备(SG),
其特征在于,
所述机械分离触点单元(MK)能够通过机械手柄(HH)操作,以便切换所述至少一个触点的断开或所述至少一个触点的闭合。
14.根据权利要求13所述的保护开关设备(SG),
其特征在于,
所述机械分离触点单元(MK)的至少一个触点具有释放功能,使得即使所述机械手柄(HH)被锁止,所述至少一个触点也通过所述控制单元(SE)断开。
15.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关设备(SG),
其特征在于,
针对所述电网侧的连接端子设置至少一个电网侧的温度传感器,用于确定所述电网侧的连接端子的温度的大小。
16.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关设备(SG),
其特征在于,
针对所述至少一个负载侧的连接端子设置至少一个负载侧的温度传感器,用于确定所述至少一个负载侧的连接端子的温度的大小。
17.根据上述权利要求中任一项所述的保护开关设备(SG),
其特征在于,
针对每个连接端子、特别是低压电路的引导电流的导体分别设置一个温度传感器,用于确定相应的连接端子的温度的大小。
18.一种针对用于保护低压电路的保护开关设备(SG)的方法,具有:
-壳体(GEH),所述壳体具有至少两个电网侧的接头和至少一个负载侧的接头,
-所述电网侧的接头和所述至少一个负载侧的接头分别具有连接端子,用于将要保护的低压电路的外部导体连接到所述保护开关设备上,
-机械分离触点单元(MK),所述机械分离触点单元与电子中断单元(EU)串联连接,其中串联电路一方面与至少一个电网侧的接头连接并且另一方面与所述至少一个负载侧的接头连接,
-所述机械分离触点单元(MK)能够通过断开至少一个触点以避免电流流动或者通过闭合所述至少一个触点以用于低压电路中的电流流动来切换,
-所述电子中断单元(EU)能够通过基于半导体的开关元件切换到开关元件的高阻状态以避免电流流动或者切换到开关元件的低阻状态以用于所述低压电路中的电流流动,
-确定所述低压电路的电流(I)的大小,
-在超过电流界限值或/和电流-时间界限值时,启动低压电路的电流流动的避免,
-在至少一个连接端子处或在至少一个连接端子的区域中确定温度(TTS)的大小,
-在所述温度(TTS)的大小超过第一温度阈值(1.SW)时,将所述电子中断单元(EU)切换到所述开关元件的高阻状态中以避免电流流动,从而避免所述连接端子的过热。
19.根据权利要求18所述的方法,
其特征在于,
在所述开关元件的启动的高阻状态以避免过热的情况下,并且在超过较高的第二温度阈值(2.SW)时,断开所述机械分离触点单元(MK)的至少一个触点。
20.根据权利要求18或19所述的方法,
其特征在于,
在所述开关元件的高阻状态以避免过热的情况下,并且在低于第三温度阈值(3.SW)时,将所述电子中断单元(EU)切换到低阻状态中,
特别地,所述第三温度阈值(3.SW)小于所述第一温度阈值(1.SW)。
21.根据权利要求18或19所述的方法,
其特征在于,
在所述开关元件的高阻状态以避免过热的情况下,并且在从出现所述开关元件的高阻状态以避免过热起经过第一时间段的情况下,将所述电子中断单元切换到所述低阻状态中。
22.根据权利要求18、19、20或21所述的方法,
其特征在于,
在变换到高阻状态以避免过热的变换超过第一数量的情况下,在第一时间帧内断开所述机械分离触点单元(MK)的至少一个触点。
23.根据权利要求18、19、20、21或22所述的方法,
其特征在于,
在超过第四温度阈值(4.SW)时发出警告(Warn.)。
24.根据权利要求18、19、20、21、22或23所述的方法,
其特征在于,
输出所述温度的大小(TTS)或等效值。
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