自动重合闸交流断路器制造技术

一种交流断路器，具有位于火线上的第一电流隔离开关(SW2)和旁路开关(SW1)、位于中性线上的第二电流隔离开关(SW3)，以及并联连接至旁路开关(SW1)的半导体开关元件(IGBT)。处理单元被布置为控制所述第一电流隔离开关(SW2)和第二电流隔离开关(SW3)、旁路开关(SW1)以及半导体开关元件(IGBT)。短路和过电流检测单元连接至所述处理单元，用于确定短路情况或过电流情况。所述处理单元还被布置为在断路器跳闸后的某一时间段之后执行重合闸尝试，其中该时间段取决于导致断路器跳闸的情况类型。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种交流断路器，其包括：用于将交流负载连接至干线电源的位于带电供电接线端子和带电负载接线端子之间的火线以及位于中性供电接线端子和中性负载接线端子之间的中性线；位于火线上的第一电流隔离开关和旁路开关以及位于中性线上的第二电流隔离开关；以及并联连接至旁路开关的半导体开关元件。
技术介绍
国际专利公开WO2009/043807公开了一种用于低压应用的电气装置，其被布置为使得漏电断路器在跳闸之后自动地重合闸。其利用隔离装置来实现，该隔离装置能够机械地致动漏电装置上的复位杆。欧洲专利公开EP-A-1 569 314公开了一种自动重合闸装置，其中在重合闸相关的断路器之前，复位装置首先检查所连接的负载是否仍具有漏电流。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种提供自动重合闸功能的改进的交流断路器，其在多种可能的方案中，始终保证断路器的健壮性、可靠性和安全性。根据本专利技术，提供了根据上述前文限定的交流断路器，该交流断路器还包括被布置为控制第一电流隔离开关和第二电流隔离开关、旁路开关以及半导体开关元件的处理单元，交流断路器还包括连接至处理单元、用于确定短路情况或过电流情况的短路和过电流检测单元，其中处理单元还被布置为在确定短路或过电流情况之后通过断开旁路开关和半导体开关元件使交流断路器跳闸，且在断路器跳闸后的预定时间段之后执行重合闸尝试，其中预定时间段取决于导致断路器跳闸的情况类型。下面更加详细描述的本专利技术实施例允许提供具有自动重合闸功能的断路器，其是可编程的以便根据导致断路器最初跳闸的具体情况提供优化的重
合闸动作。附图说明下面将利用多个示例性实施例参考所附的附图更加详细地讨论本专利技术，其中图1示出根据本专利技术一个实施例的交流断路器的实施例的框图。具体实施方式在电气设备中，微型断路器(MCB)被用作安全装置。在其他应用中还使用漏电装置(RCD)。本专利技术的交流断路器的实施例涉及这两类的市售装置，特别是它们的运行方式。概括地说，本专利技术实施例提供了在负载或配电系统接线中发生故障之后通过软启动算法自动地尝试恢复电力的装置。该故障可能是故障电流或过电流/短路。本专利技术交流断路器的自动重合闸装置(ARD)部分的行为是完全可编程的，且可例如利用接口编程。在发生故障时，故障的信息也可以通过该接口被传送至例如维修技术员。目前市售的ARD大部分是基于ARD的EN50557标准。在这个标准中，定义了两种评估类型(§4.3.2)；预期漏电流评估和/或预期线电流评估。针对评估方式定义了两种安全预防措施(§4.4)：限制测试电压(通过隔离变压器限制到最大交流24V§8.12.2和§9.20.1)或限制测试电流(限制到最大交流1mA或直流2mA §8.12.3和§9.20.2)。测试电流用于测试预期漏电流(§9.20.2)，测试电压用于测试预期线电流。然而，规定的评估方式难以实现，因为昂贵且要求大空间，因此根据EN50557的ARD功能不适合用于未来智能电网和智能配电系统的智能RCD/MCB。上述已知的ARD具有传统的过电流和短路保护系统，该系统对于在主触头通过例如电机驱动附加的自动重合闸功能通常不够快和健壮。传统的短路触头和电弧室仅具有有限次数的短路断开能力，之后MCB可能发生故障且必须被安装者替换。为此，在断路器重合闸之前已经评估负载电路的评估手段是必要的。如果故障情况(短路或绝缘故障)仍然存在，装置将不会尝试重合闸，且可以在一段时间后重复评估。评估手段必须具有与干线配电网络的电流隔离，其由(在ARD标准中规定的)变压器实现，以在评估期间在负载上没有危险电压。提出的本专利技术实施例解决了这种短路断开能力次数有限的问题。另外，评估的时间短，没有会干扰其他负载或者会导致干线配电网络不稳定的显著
供电中断。利用变压器进行评估的另一个问题是区分真正的短路和高容性负载，该高容性负载例如是由SMPS负载引起的。注意，自动重合闸与MCB/RCD的手动重合闸具有相同的目的。在图1中示出根据本专利技术的断路器的实施例的框图。交流断路器包括：用于将交流负载连接至干线电源AC的位于带电供电接线端子L输入和带电负载接线端子L输出之间的火线以及位于中性供电接线端子N输入和中性负载接线端子N输出之间的中性线。断路器包括位于火线上的第一电流隔离开关SW2和旁路开关SW1，位于中性线上的第二电流隔离开关SW3，并联连接至旁路开关SW1的半导体开关元件IGBT，以及被布置为控制第一电流隔离开关SW2和第二电流隔离开关SW3、旁路开关SW1以及半导体开关元件的处理单元。交流断路器还包括供电单元(图1中的供电和电压测量块的部分)，该供电单元连接至带电供电接线端子(L输入)和中性供电接线端子(N输入)，并且连接至处理单元以及交流断路器的其他组件，用于提供电操作功率。根据第一组实施例，提供了一种交流断路器，该交流断路器还包括短路和过电流检测单元，该短路和过电流检测单元连接至处理单元，用于确定短路情况和过电流情况(例如利用在图1中标记为电流测量的块中的火线上的分流电阻R1)。处理单元还被布置为在确定短路或过电流情况之后通过断开旁路开关SW1和半导体开关元件IGBT使交流断路器跳闸，且在断路器跳闸后的预定时间段之后执行重合闸尝试，其中预定时间段取决于(例如可编程的)导致断路器跳闸的情况类型。在另一组实施例中，交流断路器还包括连接至处理单元以用于确定故障电流情况的故障电流检测和注入单元，该故障电流检测和注入单元与火线和中性线电流隔离(例如利用图1中的故障电流测量块中所示的线圈L1和变压器)。处理单元还被布置为在确定故障电流情况之后使交流断路器跳闸。在图1所示的实施例中，半导体开关元件包括整流桥D1-D4和绝缘栅双极型晶体管IGBT的组合。整流桥D1-D4的交流端子并联连接至旁路开关SW1，且整流桥D1-D4的直流端子连接至绝缘栅双极型晶体管IGBT的发射极和集电极端子。处理单元连接至布置在火线上的电流测量单元，且被布置为在检测到短路状态的情况下控制旁路开关SW1、第一电流隔离开关SW2和第二电流隔离开关SW3以及绝缘栅双极型晶体管IGBT的导通状态。利用如在图1的框图中所示的连接至处理单元的各个继电器驱动器，实现通过
处理单元断开和闭合旁路开关SW1、第一电流隔离开关SW2和第二电流隔离开关SW3的控制。利用在图1的框图中作为处理单元的内部组件示出的实时时钟(RTC)，可以通过处理单元执行定时。整流桥D1-D4是必要的，因为IGBT仅在一个方向上导通(晶体管)。它必须承载与IGBT相同的电流，短路也是同样如此。另一个方案是将IGBT与串联二极管“反向并联”(以承载IGBT关断状态下的反向电压)，但是这将使得整个电路更复杂和昂贵。鉴于技术现状，没有可行的其他半导体方案。FET具有非常低的沟道电阻，但是它们不可同时用作高电压/高电流类型。不能使用双向可控硅(triac)和晶闸管(thyristor)，因为它们仅能够在过零点关断，而这会花费过多的时间。在短路情况下，它们不容易受迫关断，最终会发生爆炸。GTO(门极可关断晶闸管)和IGCT(集成门极换流晶闸管)需要大量能量以使得它们保持在导通状态和关断。而且驱动器电路会复杂得多。处理单元被布置为适配测量输入、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流断路器，包括：‑用于将交流负载连接至干线电源的位于带电供电接线端子(L输入)和带电负载接线端子(L输出)之间的火线以及位于中性供电接线端子(N输入)和中性负载接线端子(N输出)之间的中性线，‑位于所述火线上的第一电流隔离开关(SW2)和旁路开关(SW1)，位于所述中性线上的第二电流隔离开关(SW3)，以及‑并联连接至所述旁路开关(SW1)的半导体开关元件(IGBT)，‑被布置为控制所述第一电流隔离开关(SW2)和第二电流隔离开关(SW3)、所述旁路开关(SW1)以及所述半导体开关元件(IGBT)的处理单元，所述交流断路器还包括：‑连接至所述处理单元、用于检测短路情况或过电流情况的短路和过电流检测单元，其中所述处理单元还被布置为‑在确定短路或过电流情况之后，通过断开所述旁路开关(SW1)和半导体开关元件(IGBT)使所述交流断路器跳闸，以及‑在所述断路器的跳闸后的预定时间段之后执行重合闸尝试，其中所述预定时间段取决于导致断路器跳闸的情况类型。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.04 GB 1321401.01.一种交流断路器，包括：-用于将交流负载连接至干线电源的位于带电供电接线端子(L输入)和带电负载接线端子(L输出)之间的火线以及位于中性供电接线端子(N输入)和中性负载接线端子(N输出)之间的中性线，-位于所述火线上的第一电流隔离开关(SW2)和旁路开关(SW1)，位于所述中性线上的第二电流隔离开关(SW3)，以及-并联连接至所述旁路开关(SW1)的半导体开关元件(IGBT)，-被布置为控制所述第一电流隔离开关(SW2)和第二电流隔离开关(SW3)、所述旁路开关(SW1)以及所述半导体开关元件(IGBT)的处理单元，所述交流断路器还包括：-连接至所述处理单元、用于检测短路情况或过电流情况的短路和过电流检测单元，其中所述处理单元还被布置为-在确定短路或过电流情况之后，通过断开所述旁路开关(SW1)和半导体开关元件(IGBT)使所述交流断路器跳闸，以及-在所述断路器的跳闸后的预定时间段之后执行重合闸尝试，其中所述预定时间段取决于导致断路器跳闸的情况类型。2.根据权利要求1所述的交流断路器，其中重合闸尝试包括-首先闭合所述半导体开关元件(IGBT)，-监测可能的短路或过电流情况，且仅当不存在短路或过电流情况时，闭合所述旁路开关(SW1)。3.根据权利要求1或2所述的交流断路器，其中所述处理单元被布置为在所述断路器跳闸之前利用所述短路和过电流检测单元监测实际负载电流I和负载电流增加速度dI/dt，且如果所述负载电流增加速度dI/dt低于或等于预设的阈值，选择第一时间段作为预定时间段，且如果所述负载电流增加速度dI/dt大于所述预设的阈值，选择第二时间段作为预定时间段，所述第一时间段比所述第二时间段长。4.根据权利要求1、2或3所述的交流断路器，其中所述处理单元还被配置为利用所述短路和过电流检测单元检测短路情况，且如果检测到短路情况，通过如下方式执行短路重合闸尝试：-在所述干线电源的过零点闭合所述半...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·尼霍夫，
申请(专利权)人：伊顿工业荷兰有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL