CN109300749B - 差动式电气保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种差动式电气保护装置D，包括N‑1个相导体(7、9)，每个相导体在所谓的输入或上部连接区(11、13)和所谓的输出或下部连接区(14、16)之间包括能够穿过环(10)的部分和能够穿过电流测量和供应传感器(4、6)的部分，所谓的输入连接区(11、13)位于所谓的第一平面P1中，并且所谓的输出连接区(14、16)在所谓的第二平面P2中延伸，前述的N‑1个相导体的供电和测量传感器(4、6)各自定位在两个前述平面P1、P2之间的空间中，该装置还包括所谓的附加相导体(8)，所谓的附加相导体(8)包括所谓的输入连接区(12)和所谓的输出连接区(15)、能够穿过上述环的部分和能够穿过仅测量电流的附加测量传感器(17)的部分。

Description

差动式电气保护装置
技术领域
本发明涉及差动断路器，并且具体涉及差动功能被集成到用于防止短路的功能中的断路器，特别是涉及包括电子跳闸单元的断路器。
背景技术
差动式电气保护装置已知用于保护至少N条电气线并且包括开关装置和跳闸模块，后者用于连接到所述开关装置，所述跳闸模块首先包括测量至少两条电流线中的差动电流的装置，其次包括分别用于每条电流线的电流测量传感器，该用于测量差动电流的装置包括用于包围分别与上述电流线相关联的所谓的初级导体而形成互感器的初级电路的磁路以及围绕磁路缠绕并形成互感器的次级电路的次级绕组，所述开关装置包括供电器件和处理器件，在上游电连接到用于测量差动电流的装置和各种电流测量传感器，并且在下游电连接到用于致动打开触点的机构的装置的。
为了在电子单元内部容纳差动保护功能，需要解决的主要困难是缺少用于容纳测量环的空间，所述测量环用于是用于执行差动保护功能所必需的。
从专利EP 1045500中可知，用于防止短路的相位传感器中的一个相位传感器能够被移除以便安装环。还已知的是，这样的环可以由围绕三个或四个初级导体的电流互感器伴随，以便在没有配备相位传感器的初级导体呈现接地故障的情况下向处理单元供电。
现在，如果能能够确保初级导体中的电流总和等于零，则可以移除这样的相位传感器。在这种情况下，源自缺失传感器的电流可以被认为等于源自其他传感器的电流的总和。
但是，只有在差动功能确保断路器跳闸足够快以在短路情况下提供足够响应的情况下，该假设才成立。现在，根据用户的要求，差动保护的跳闸通常能够延迟一秒或更长时间。
此外，还存在这样的差动断路器的变型，其中差动功能仅用于建立警报，并且不导致断路器实际跳闸。
发明内容
本发明解决了这些问题并且提出了一种差动式电气保护装置，其能够实际测量所有主导体中的电流，而不会减小可用于环的空间。
为此，本发明的主题是上述类型的差动式电气保护装置，该装置的特征在于，其包括N-1个相导体，每个相导体在所谓的输入或上部连接区和所谓的输出或下部连接区之间包括能够穿过上述环的部分和能够穿过电流测量和供电传感器的部分，所谓的输入连接区位于所谓的第一平面中，并且所谓的输出连接区在所谓的第二平面中延伸，该装置的特征在于，前述的N-1个相导体的供电和测量传感器各自定位在两个前述平面之间的空间中，并且该装置的特征在于，该装置还包括所谓的附加相导体，所谓的附加相导体包括所谓的输入连接区和所谓的输出连接区、能够穿过上述环的部分和能够穿过仅测量电流的附加测量传感器的部分，该所谓的附加测量传感器具有小尺寸并且直接定位在环的上方，使得由环和附加传感器形成的组件基本上位于两个上述平面之间的空间中。
根据一个特定特征，前述测量传感器是罗戈夫斯基(Rogowski)传感器。
根据另一特征，前述环与包围相导体的电流互感器相关联，以便在所谓的附加相导体上存在接地故障时向处理器件供电。
根据一个特定特征，每个主相导体包括用于穿过环的所谓的第一主部分，并且在每个主相导体的两端中的每一端处包括基本上垂直于主部分延伸的连接部分，每个相导体的两个连接部分分别在两个相反方向上延伸。
根据一个特定实施例，所谓的附加测量传感器成形为使得其轴线基本平行于环的轴线延伸。
根据另一特定实施例，所谓的附加相传感器成形为使得其轴线基本上垂直于环的轴线延伸。
根据另一特定特征，同一个相导体的两个连接区基本上相对于彼此平行地延伸。
根据另一特定特征，N-1个相导体或N-1个相导体中的每个初始地以直角弯曲两次，以使其能够***到环的孔中，在此之后，所述导体再次以直角弯曲两次以便***与所述导体相关联的测量和供电传感器中，而附加相导体先后并直接地穿过环和附加测量传感器而不弯曲。
根据一个特定实施例，N等于三，所述装置为三极型。
根据另一个特定实施例，N等于四，所述装置为四极型。
根据一个特定实施例，该装置为断路器。
附图说明
然而，本发明的其他优点和特征在参照附图的详细描述中将变得更清楚明了，附图仅以示例的方式给出，其中：
-图1至7示出了本发明的第一实施例，
-图1是示出根据本发明的不具有中心相的传感器的差动电气保护装置的透视图，
-图2是示出根据本发明的具有中心相的传感器的差动电气保护装置的透视图，
-图3是沿着图2的平面P的截面图，
-图4是示出了形成根据本发明的差动电气保护装置的各种元件及它们相对于彼此的布置的示意图，
-图5是示出不具有传感器的初级导体的透视图，
-图6是示出具有所谓的环加法器传感器的初级导体的透视图，
-图7是示出具有加法器传感器和中央相位传感器的初级导体的透视图，
-图8至11示出了本发明的第二实施例，
-图8是示出不具有相位传感器且不具有加法器传感器的初级导体的透视图，
-图9是示出不具有相位传感器并具有加法器传感器的初级导体的透视图，
-图10是示出具有相位传感器和加法器传感器的初级导体的透视图，
-图11是与上图相同的组件的透视图，但是从另一侧看，
-图12是部分示出根据本发明的差动式四极断路器的内部部分的透视图，
-图13是根据本发明的加法器及其相关的供电传感器的轴向截面图，
-图14是该相同组件的透视图，并且
-图15是整体示出上述差动式四极断路器的透视图。
具体实施方式
在附图中可以看到差动电气保护装置D，其用于三条电气线1、2、3的电气保护，并且主要以本身已知的方式包括开关装置和用于被连接到开关装置的跳闸模块。该跳闸模块首先包括用于测量至少两条电流线中的差动电流的装置以及分别与每条电流线相关联的电流测量和供电传感器。如图所示，每个测量和供电传感器4、6安装在与所述电流线相关联的相导体7、9周围。
这种用于测量差动电流的装置包括磁路10和次级绕组，该磁路10用于包围分别与上述电流线相关联的初级导体，该磁路形成互感器的初级电路，该次级绕组围绕磁路缠绕并形成互感器的次级电路。
该开关装置包括供电器件、处理器件，在上游电连接到用于测量差动电流的装置和各种电流测量和供电传感器，并且在下游电连接到用于致动用于打开触点的机构的装置。
如图1、2所示，每个差动电气保护装置D包括分别对应于装置的各个相的三个部分A、B、C。
每个相导体7、8、9包括主部分7a、8a、9a，该主部分7a、8a、9a在其两个相对端部中的每一个处包括基本上垂直于该主部分延伸的连接部分7b、7c、8b、8c、9b、9c，但是这些两个部分在两个相反方向上延伸。
这些连接部分在其自由端处包括所谓的输入连接区11、12、13和所谓的输出连接区14、15、16。所谓的输入连接区11、12、13布置在所谓的第一平面P1中，而所谓的输出连接区14、15、16布置在所谓的第二平面P2中。
三相导体并排布置，使得它们的主部分连结在一起，以使它们能够穿过互感器的环10的孔。
根据本发明，两个端部相导体7、9中的每一个都承载围绕前述连接部分中的一个7b、9b安装的测量和供电传感器4、6，承载这些传感器的两个部分位于设备的同一侧。
对于每个端部相导体7、9，测量和供电传感器被容纳在基本上在两个平面P1、P2之间的空间中。
为了优化电气保护装置内部的空间，位于与中心导体齐平的两个前述平面P1、P2之间的部分用于容纳磁路的环10，因此不能够接收用于两个端部导体7、9的类型的测量传感器。特别地，对于这两个端部导体7、9，测量传感器是所谓的测量和供电传感器，因为它们也能够连接到前述的供电器件，以便向处理器件提供电力。因此，借助于这种类型的传感器，能够在没有辅助电力供应的情况下实现与差动测量装置相关联的处理器件的电力供应。需要注意的是，测量和供电功能可以由执行测量的一个传感器和供电的另一个传感器18、19来执行。
根据本发明，为了能够测量在中心初级导体8和环10的壳体两者中流动的电流，简单的、所谓的附加电流测量传感器17，也就是说不能够执行上述电力供应功能的所述附加电流测量传感器17放置在中心主导体8的连接部分8b周围，该附加测量传感器17布置在环10上方。中心导体8通过对形成其的材料进行合适的弯曲而成形，使得由环10和附加的中心测量传感器17形成的组件基本上位于两个上述平面之间的空间中。
根据图1至7所示的第一实施例，可以看到，所谓的附加中心测量传感器17以这样的方式布置，即其轴线平行于磁路的环10的轴线并有利地甚至与磁路的环10的轴线一致。根据图8至11所示的第二实施例，该中心相位传感器17以这样的方式布置，即其轴线基本上垂直于环10的轴线延伸。
根据本发明，使用小尺寸的附加传感器(优选地，罗戈夫斯基传感器)来测量在通常不具有传感器的线路中流动的电流，小尺寸的附加传感器仅用于测量，其位于环之上。
如图4更具体地所示，根据本发明，所有初级导体都穿过环。只有中心极的导体直接穿过附加传感器而没有弯曲，而其他导体弯曲成远离附加传感器并且被引导到它们相应的极位置。
在图4中还可以看出，位于环的一侧上的导体7、8、9的连接区11、12、13通过一空间相对于彼此间隔开，该空间对应于分开导体7、8、9的连接区14、15、16的那一个，该连接区14、15、16位于环的与连接区11、12、13相反的一侧上。在位于环10的所谓下部部分处的连接区11、13和位于环的上部部分处的连接区14、16之间，端部导体7、9以90°弯曲两次，以便能够穿过测量环，然后以直角再次弯曲两次以便穿过供电和测量传感器4、6，同时中心导体8直接穿过环10，然后通过所谓的中心测量传感器5而不弯曲。
通过使用罗戈夫斯基传感器，附加传感器的尺寸非常小，使其能够适应非常有限的可用空间，并且电流能够被测量直到短路电流水平。
在图8至11所示的实施例中，该附加传感器被定位成与环的所谓的上部部分平齐。
根据未示出的另一实施例，该传感器可以定位成与环的下部部分平齐，也就是说，在位于环10的上部部分处、与连接区11、12、13相反的连接区14、15、16的一侧上。
如图13和14所示，加法器环(summer torus)22具有外屏蔽件24、内屏蔽件23和上屏蔽件25。
该组件定位在包括线圈28和也用作下屏蔽件的磁路27的供电环26上方。
值得注意的是，有利的是，上述环10可以与包围相导体的电流互感器21相关联，以便在附加相导体上存在接地故障时向处理器件供电。
虽然图1至图11示出了三极差动保护装置，但是本发明也可应用于如图12所示的包括四个模块E、F、G、H的四极断路器，并且在该四极断路器中四个相导体29至32穿过加法器。
借助于根据本发明所产生的是，具有简单设计的差动电气保护装置，其可以实际测量所有初级导体中的电流，而为了做到这一点不减少可用于环的空间。
当然，本发明不限于所描述和说明的实施例，这些实施例仅作为例子给出。
相反，本发明包括所述器件的所有技术等同物及其组合，只要这些器件根据其精神实施即可。

Claims (11)

1.一种差动式电气保护装置，其用于保护至少N条电流线并且包括开关装置和用于连接到开关装置的跳闸模块，所述跳闸模块首先包括用于测量至少两条电流线中的差动电流的装置，其次包括分别用于每条电流线的电流测量和供电传感器，该用于测量差动电流的装置包括用于包围分别与上述电流线相关联的初级导体的环的磁路，所述开关装置包括供电器件和处理器件，所述供电器件和处理器件在上游电连接到用于测量差动电流的装置和各种电流测量和供电传感器，并且在下游电连接到用于致动打开触点的机构的装置，
其特征在于，所述差动式电气保护装置包括N-1个相导体(7、9)，每个相导体在输入或上部连接区(11、13)和输出或下部连接区(14、16)之间包括能够穿过上述环(10)的主部分(7a、9a)和能够穿过电流测量和供电传感器(4、6)的连接部分(7b、9b)，输入连接区(11、13)位于第一平面P1中，并且输出连接区(14、16)在第二平面P2中延伸，所述N-1个相导体的电流测量和供电传感器(4、6)各自定位在两个所述平面P1、P2之间的空间中，并且其特征在于，该装置还包括附加相导体(8)，附加相导体(8)包括输入连接区(12)和输出连接区(15)、能够穿过上述环的主部分(8a)和能够穿过仅测量电流的附加测量传感器(17)的连接部分(8b)，该附加测量传感器(17)直接定位在环(10)的上方，使得由环(10)和附加测量传感器(17)形成的组件位于两个上述平面P1、P2之间的空间中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述附加测量传感器(17)是罗戈夫斯基传感器。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述环(10)与包围相导体(7、9)和附加相导体(8)的电流互感器(21)相关联，以便在附加相导体(8)上存在接地故障时向处理器件供电。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，每个相导体(7、9)和附加相导体(8)包括用于穿过环(10)的主部分(7a、8a、9a)，并且在每个相导体(7、9)和附加相导体(8)的两端中的每一端处包括基本上垂直于主部分(7a、8a、9a)延伸的连接部分(7b、7c、8b、8c、9b、9c)，每个相导体的两个连接部分分别在两个相反方向上延伸。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，附加测量传感器(17)成形为使得其轴线基本平行于环(10)的轴线延伸。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述附加测量传感器(17)成形为使得其轴线基本上垂直于环(10)的轴线延伸。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，相导体(7)的输入连接区(11)和输出连接区(14)相对于彼此平行地延伸，相导体(9)的输入连接区(13)和输出连接区(16)相对于彼此平行地延伸，附加相导体(8)的输入连接区(12)和输出连接区(15)相对于彼此平行地延伸。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，共N-1个的相导体(7、9)和附加相导体(8)或共N-1个的相导体(7、9)和附加相导体(8)中的每个初始地以直角弯曲两次，以使其能够***到环(10)的孔中，在此之后，所述相导体再次以直角弯曲两次以便***与所述导体相关联的电流测量和供电传感器(4、6)中，而附加相导体(8)先后并直接地穿过环(10)和附加测量传感器(17)而不弯曲。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，N等于三，所述装置为三极型。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，N等于四，所述装置为四极型。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述装置是断路器。
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