低压断路器制造技术

本发明专利技术涉及一种低压断路器，其具有：至少一个电流传感器，用于确定低压断路器的与电流传感器相关联的导体的电流的大小；至少一个机电开关单元，用于连接和隔离至少两个电气接触点，这些电气接触点中的至少一个是可移动的，使得在可移动的接触点的第一开关位置中，两个接触点彼此连接，并且在第二开关位置中，所涉及的接触点彼此不连接；至少一个具有半导体开关元件的电子开关单元，其在第一开关状态下电气导通并且在第二开关状态下电气截止，该电子开关单元与机电开关单元电气并联连接；与电流传感器、电子开关单元和机电开关单元连接的电子触发单元，其被设计为使得在超过导体的电流边界值或/和电流‑时间段边界值的情况下，首先进行对机电开关单元的隔离，并且然后进行对电子开关单元的截止。机电开关单元被设计为真空开关，其中接触点在真空中，并且压电致动器被设置为用于开关位置改变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低压断路器
本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于低压电路的低压断路器以及一种根据权利要求5的前序部分的用于低压电路的低压开关。
技术介绍
断路器是一种保护设备，其功能与保险装置类似。断路器监视借助导体流经该断路器的电流，并且当超过保护参数、诸如电流边界值或电流-时间段边界值时(即，当存在针对一定的时间段的电流值时)，中断到能量汇点或耗电器的电流或能量流，这被称为触发。所设置的电流边界值或电流-时间段边界值是对应的触发原因。中断通常通过断开断路器的机械触点来实现。特别是对于低压电路、低压设备或低压电网，依据电路中所规定的电流大小，存在不同类型的断路器。在本专利技术的意义上，断路器尤其是指如其在低压设备中针对63至6300安培的电流、特别是额定电流或最大电流所使用的开关。更具体地，封闭式断路器用于63至1600安培的电流、特别是125至630或1200安培的电流。敞开式断路器特别地用于630至6300安培的电流、更具体地1200至6300安培的电流。断路器(也称为CircuitBreaker，简称CB)分为敞开式断路器(或空气断路器(AirCircuitBreaker)，简称ACB)以及封闭式断路器(或塑壳断路器(MouldedCaseCircuitBreaker)或紧凑型断路器，简称MCCB)。低压是指直至1000伏的交流电压或1500伏的直流电压的电压。更具体地，低压特别是指大于具有50伏的交流电压或120伏的直流电压的值的小电压的电压。在本专利技术的意义上，低压开关特别是指如用于直至63安培、特别是从6.3安培至16安培或从16安培至63安培的额定电流或最大电流的开关。低压开关尤其可以是所谓的线路保护开关或微型断路器。在本专利技术的意义上，断路器尤其是指具有用作控制单元的电子触发单元(也称为电子触发单元(ElectronicTripUnit)，简称ETU)的断路器。最近出现了混合开关设备，其具有与电力电子器件和机电接触系统的结合。对于不再由变压器的短路功率确定的电网，迄今的、特别是纯机电的设计具有缺点或不合适。不合适的原因是，这些电网由转换器在特殊的“有源前端(ActiveFrontend)”中馈电，其具有非常快的开关时间，其无法由已知的开关设备采集或关断。机电或迄今已知的混合开关或开关设计的经典保护算法和机械延迟时间过慢。全电子开关是快速的，但是具有损耗功率高和成本高的缺点，特别是在使用基于SiC的半导体的情况下。此外，这些保护设备没有按照产品标准通常要求的电流隔离。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，改进开头提到的类型的低压断路器或低压开关，特别是提供一种适用于其中需要快速关断时间的电网的混合开关。该技术问题通过具有权利要求1的特征的低压断路器或者具有权利要求5的特征的低压开关来解决。根据本专利技术，在第一变形方案中提出了一种低压断路器，该低压断路器具有：-至少一个电流传感器，用于确定低压断路器的与电流传感器相关联的导体的电流的大小，其中，可以为每个导体或导体中的一部分分别设置一个电流传感器，-至少一个机电开关单元，用于连接和隔离至少两个电气接触点，这些电气接触点中的至少一个是可移动的，使得在可移动的接触点的第一开关位置中，两个接触点彼此连接，并且在第二开关位置中，所涉及的接触点彼此不连接，其中可以为每个导体或导体中的一部分分别设置一个机电开关单元，-至少一个具有半导体开关元件的电子开关单元，该电子开关单元在第一开关状态下电气导通并且在第二开关状态下电气截止，该电子开关单元与机电开关单元电气并联连接，其中可以为每个导体或导体中的一部分分别设置一个电子开关单元，-与电流传感器、(多个)电子开关单元和(多个)机电开关单元连接的电子触发单元，其被设计为使得在超过导体(或至少一个导体)的电流边界值或/和电流-时间段边界值的情况下，首先进行对机电开关单元的隔离，并且然后进行对电子开关单元的截止，在多个机电和电子开关单元的情况下，这对所有对应的开关单元并行地进行。根据本专利技术，机电开关单元被设计为真空开关，其中接触点在真空中，并且压电致动器被设置为用于机电开关单元的开关位置改变(换向)。根据本专利技术，在第二变形方案中提出了一种低压开关，该低压开关具有：-至少一个电流传感器，用于确定低压开关的与电流传感器相关联的导体的电流的大小，其中，可以为每个导体或导体中的一部分分别设置一个电流传感器，-至少一个机电开关单元，用于连接和隔离至少两个电气接触点，这些电气接触点中的至少一个是可移动的，使得在可移动的接触点的第一开关位置中，两个接触点彼此连接，并且在第二开关位置中，所涉及的接触点彼此不连接，其中可以为每个导体或导体中的一部分分别设置一个机电开关单元,-至少一个具有半导体开关元件的电子开关单元，该电子开关单元在第一开关状态下电气导通并且在第二开关状态下电气截止，该电子开关单元与机电开关单元电气串联连接，其中可以为每个导体或导体中的一部分分别设置一个电子开关单元，-与电流传感器、(多个)电子开关单元和(多个)机电开关单元连接的电子触发单元，其被设计为使得在超过导体的电流边界值或/和电流-时间段边界值的情况下，首先进行对电子开关单元的截止，并且然后进行对机电开关单元的隔离，在多个机电和电子开关单元的情况下，这对所有对应的开关单元并行地进行。根据本专利技术，机电开关单元被设计为真空开关，其中接触点在真空中，并且压电致动器被设置为用于机电开关单元的开关位置改变(换向)。这具有特别的优点，即，压电致动器用于将电流从机电开关单元或机械触点换向到电子开关单元或(功率)半导体开关元件或(功率)半导体路径。压电致动器是如此之快，以至于可以在大约20μs内或更快地移动。由此使得能够实现在一定时间内切换到并联的功率半导体路径，该时间使得当前位于电流路径中的半导体能够承载和切换电流，而不会达到半导体的破坏界限。由此，可以实现电路的非常快速的关断或中断。这还具有特别的优点，即，能够实现低压开关，即，与低压断路器相比，用于较小电流的开关，其中能够实现机电开关单元和电子开关单元的串联电路，其中，压电驱动的机电开关单元承担了电流隔离任务。此外，在较小的电流的情况下，仅必须移动较小质量的触点或接触点，其中可以使用便宜的压电致动器。在从属权利要求中说明了本专利技术的有利的设计方案。在本专利技术的一种有利的设计方案中，设置至少一个机电隔离单元，该机电隔离单元与由真空开关/新的机电开关单元和电子开关单元构成的并联电路电气串联布置。这具有可以实现电流隔离的特别优点。在本专利技术的一种有利的设计方案中，机电隔离单元具有隔离特性。隔离特性是指一种隔离功能，其中在机电隔离单元的触点之间实现了一定的最小距离或最小气隙。该最小气隙基本上取决于电压。另外的参数是污染程度、场的类型(均匀、不均匀)以及相对于平均海面的气压或海拔高度。对于这些最小气隙或爬电距离，存在对应的规定或标准。例如，在空气的情况下，这些规定针对冲击电压耐压强度依据污染程度规定了对于不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低压断路器(LS)，所述低压断路器具有：/n-至少一个电流传感器(SE1，SE2，SE3，SEN)，用于确定低压断路器的与电流传感器相关联的导体(L1，L2，L3，N)的电流的大小，/n-至少一个机电开关单元(EM)，用于连接和隔离至少两个电气接触点(KSB，KSF)，所述电气接触点中的至少一个是可移动的，使得在可移动的接触点(KSB)的第一开关位置中，所述接触点(KSB，KSF)彼此连接，并且在第二开关位置中，所述接触点(KSB，KSF)彼此不连接，/n-至少一个具有半导体开关元件的电子开关单元(EL)，所述电子开关单元在第一开关状态下电气导通并且在第二开关状态下电气截止，所述电子开关单元与所述机电开关单元(EM)电气并联连接，/n-与电流传感器(SE1，SE2，SE3，SEN)、电子开关单元(EL)和机电开关单元(EM)连接的电子触发单元(ETU)，所述电子触发单元被设计为使得在超过导体的电流边界值或/和电流-时间段边界值的情况下，首先进行对机电开关单元(EM)的隔离，并且然后进行对电子开关单元(EL)的截止，/n其特征在于，/n所述机电开关单元(EM)被设计为真空开关(EMVP)，其中所述接触点(KSB，KSF)在真空中，并且压电致动器(PA)被设置为用于开关位置改变。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种低压断路器(LS)，所述低压断路器具有：
-至少一个电流传感器(SE1，SE2，SE3，SEN)，用于确定低压断路器的与电流传感器相关联的导体(L1，L2，L3，N)的电流的大小，
-至少一个机电开关单元(EM)，用于连接和隔离至少两个电气接触点(KSB，KSF)，所述电气接触点中的至少一个是可移动的，使得在可移动的接触点(KSB)的第一开关位置中，所述接触点(KSB，KSF)彼此连接，并且在第二开关位置中，所述接触点(KSB，KSF)彼此不连接，
-至少一个具有半导体开关元件的电子开关单元(EL)，所述电子开关单元在第一开关状态下电气导通并且在第二开关状态下电气截止，所述电子开关单元与所述机电开关单元(EM)电气并联连接，
-与电流传感器(SE1，SE2，SE3，SEN)、电子开关单元(EL)和机电开关单元(EM)连接的电子触发单元(ETU)，所述电子触发单元被设计为使得在超过导体的电流边界值或/和电流-时间段边界值的情况下，首先进行对机电开关单元(EM)的隔离，并且然后进行对电子开关单元(EL)的截止，
其特征在于，
所述机电开关单元(EM)被设计为真空开关(EMVP)，其中所述接触点(KSB，KSF)在真空中，并且压电致动器(PA)被设置为用于开关位置改变。


2.根据权利要求1所述的低压断路器(LS)，
其特征在于，
设置至少一个机电隔离单元(TE)，所述机电隔离单元与由真空开关(EMVP)和电子开关单元(EL)构成的并联电路电气串联布置。


3.根据权利要求2所述的低压断路器(LS)，
其特征在于，
所述机电隔离单元(TE)具有隔离特性。


4.根据权利要求2或3所述的低压断路器(LS)，
其特征在于，
所述机电隔离单元(TE)与所述电子触发单元(ETU)连接，并且在超过导体的电流边界值或/和电流-时间段边界值的情况下，首先进行对真空开关(EMVP)的隔离...

【专利技术属性】
技术研发人员：W欧文，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE