CN110085465B - 低电压保护开关装置 - Google Patents

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Abstract

对于一种低电压保护开关装置(1)，其中机械旁路开关(8)和第一机械电路断路器(9)串联安置于线路导体长度(2)中，第二机械电路断路器(10)安置于中性导体长度(5)中，低电压保护开关装置的第一半导体开关布置(11)相对于旁路开关并联安置，低电压保护开关装置的电子控制单元(13)被配置成可预设地致动旁路开关、第一机械电路断路器、第二机械电路断路器和第一半导体开关布置，第一半导体开关布置包含缓冲器(24)，缓冲器包括第一电容器(30)，第一电容器被配置成用于致动第一电路断路器和第二电路断路器的能量存储体，且第一电容器经由开关技术构件连接到第一电路断路器和第二电路断路器的第一致动布置(31)。

Description

低电压保护开关装置
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前言所述的低电压保护开关装置。
背景技术
包含机械开关接触件以及半导体开关的所谓的混合开关装置是此项技术中已知的。除实际去激活功能所需的组件以外，这些开关进一步包含既定如许多国家所要求和/或依照相关规定在开关装置处于去激活状态时实现电流隔离的机械电路断路器。
混合开关装置通常包含通常布置于所谓的缓冲电路中的至少一个电容器。在此混合开关装置已去激活之后，经由电阻器将所述电容器放电(此项技术中已知)，借此所存储的能量和/或电荷转换为热量。
当此开关装置激活时，首先闭合用于实现电流隔离的所有机械电路断路器。利用这些电路断路器的这些开关接触件的第一导电接触件，电容器开始充电，相应地吸取充电电流。然而，当电路断路器的开关接触件闭合时，随之发生开关接触件反弹，这致使电接触件连续短暂中断。因为已经经由这些开关接触件吸取电流，所以开关接触件的任何反弹都会导致一系列光弧和相关联接触件腐蚀。此效应增强，因为在充电时，已放电的电容器在开始时吸取最高电流。这导致电路断路器接触件的磨损。结果是开关装置的电阻增加。随着电流在开关装置的正常操作期间连续流经电路断路器，中断接触件的任何磨损导致开关装置的较高自热。半导体组件的工作寿命很大程度上取决于环境温度，因此接触件反弹可能缩短开关装置的工作寿命。混合开关装置中的半导体开关元件的任何故障都可能产生严重后果。
交流电应用提供缓解反弹效应的可能性，条件是，电路断路器在电源电压的零交叉附近闭合，借此电容器的充电电流在反弹期间减小。尽管如此可减少不利后果，但其并不能被排除。此外，切换和/或保护直流电网络已经变得越来越重要且已经变得越来越普遍。因为直流电网络不具有零交叉，所以直流电应用不提供通过调整开关时间减少光弧的可能性。
发明内容
因此，本发明的目标是描述如引言中提及的种类的低电压保护开关装置，其可避免上文提及的缺点，同时提供低自热和较长工作寿命。
根据本发明，此目标通过根据权利要求1所述的特性来实现。
因此，有可能闭合中断接触件，而无电弧。因此，进一步可能实现：即使低电压保护开关装置重复切换也不会归因于接触件腐蚀而使开关接触件老化。因此，还可能避免低电压保护装置的自热将随时间增加。因此，最后，有可能延长低电压保护开关装置的工作寿命。
此外，因此，有可能放弃使用变阻器，条件是相应地设定个别组件的尺寸。存储例如在不同组件中的此类电能和漏感可用于在去激活过程期间对第一电容器充电。变阻器将以其它方式将此能量转换为热量，且所述热量必须从低电压开关装置排放。
附属权利要求项详述本发明的有利实施例。
我们明确地参考权利要求书的语言，且借此使所述权利要求书以引用的方式成为描述内容的一部分，且其被认为已经一字不变地重述。
附图说明
将在下文参考附图进一步详细描述本发明，附图既定仅用作一个优选实施例的表示。示出如下：
图1是主题低电压保护开关装置的优选实施例的示意表示。
具体实施方式
图1示出低电压保护开关装置1，其具有从低电压保护装置1的线路导体供应连接3到低电压保护开关装置1的线路导体负载连接4的至少一个线路导体长度2，以及从低电压保护开关装置1的中性导体连接6到低电压保护开关装置1的中性导体负载连接7的中性导体长度5，其中机械旁路开关8和第一机械电路断路器9串联安置于线路导体长度2中，其中第二机械电路断路器10安置于中性导体长度5中，其中低电压保护开关装置1的第一半导体开关布置11与旁路开关8并联安置，其中低电压保护开关装置1的电子控制单元13被配置成可预设地致动旁路开关8、第一机械电路断路器9、第二机械电路断路器10和第一半导体开关布置11，其中第一半导体开关布置11包含缓冲器24，所述缓冲器包括第一电容器30，其中第一电容器30被配置成用于致动第一电路断路器9和第二电路断路器10的能量存储体，且其中第一电容器30经由开关技术构件连接到第一电路断路器9和第二电路断路器10的第一致动布置31。
因此，有可能闭合电路断路器9、10，而无电弧。此外，有可能实现：即使低电压保护开关装置1重复切换也不会归因于接触件腐蚀而使开关接触件老化。进一步可能避免低电压保护装置1的自热随时间增加。相应地，有可能延长低电压保护开关装置1的工作寿命。
此外，因此，有可能放弃使用变阻器19，条件是相应地设定个别组件的尺寸。存储例如在不同组件中的此类电能和漏感可用于在去激活过程期间对第一电容器30充电。否则，变阻器19将此能量转换为热量，且所述热量必须从低电压开关装置1排放。
此主题低电压保护装置1以及根据说明书WO 2015/028634A1的保护开关装置是低电压保护装置。低电压通常指代分别高达1000V交流电或1500V直流电范围内的电压。
图1示出根据优选实施例的低电压保护开关装置1。所述实施例包含线路导体长度2和中性导体长度5。线路导体长度2延伸穿过保护开关装置1，来自线路导体供应连接3且延伸到线路导体负载连接4。中性导体长度5延伸穿过保护开关装置1，来自中性导体连接6且延伸到中性导体负载连接7。相关连接3、4、6、7各自优选地被配置成螺杆型连接端子或***型连接端子且安置于每一保护开关装置1中，可从外部接达。
根据图1个别组件和对应的连接经由开关技术构件实现的电路的配置是描述内容的一部分。
优选地，保护开关装置1包含由绝缘材料制成的壳体。
旁路开关8安置于线路导体长度2中。第一机械电路断路器9安置于相对于旁路开关8串联布置的线路导体长度2中。第二机械电路断路器10安置于中性导体长度5中。半导体电路布置11安置为相对于旁路开关8并联。
低电压保护装置1进一步包含电流测量设备(此处未图示)，其安置于线路导体长度2中且优选地被配置成包括分流电阻器。电流测量设备连接到低电压保护开关装置1的电子控制单元13，所述电子控制单元优选地配置为包括微控制器和/或微处理器。
电子控制单元13被配置成触发旁路开关8和第一半导体开关布置11，以及第一机械电路断路器9和第二机械电路断路器10，且其因此可以可预设地对其进行致动和/或切换。为此目的，电子控制单元13优选地经由开关技术构件连接到第一半导体开关布置11，且确切地说进一步连接到第一机械电路断路器9和第二机械电路断路器10的电磁致动元件。图1还标记用于第一和第二电路断路器9、10的中继线圈44，其连接到第一致动布置31。其中的第一致动布置31包含触发中继线圈44可能必需的驱动电路。
相应地，控制单元13进一步连接到第二致动装置37，所述第二致动装置包含用于旁路开关8的对应驱动电路且连接到分配给旁路开关8的另一中继线圈44。连接到电力供应38的第二电容器39充当用于切换旁路开关8的能量源。图1中描绘从电子控制单元13开始的对应连接。
第一半导体开关布置11优选地包含优选地被配置成全桥的整流器电路20，以及在本实施例中，在此上下文中借助于开关和/或控制元件被配置成IGBT的两个功率半导体装置21。预计仅单一功率半导体装置21也是可能的。
除实际低电压保护开关装置1以外，图1还示意电环境。通过AC/DC电力供应16、内线电阻17和供电网络电感18描绘其中的供电网络。还描绘电负载23，以及短路的形式的电误差22。
设想在低电压开关装置1中，如图1中所示，通过旁路开关8和第一半导体开关布置11执行去激活过程；第一和第二电路断路器9、10仅用以确保去激活完成之后负载电路的电流分隔。
第一半导体开关布置11进一步包含缓冲器24。其中的缓冲器24是电子工程化领域中的常见名称且指代阻尼构件。缓冲器24包含至少一个第一电容器30。据设想，第一电容器30用作用于致动第一电路断路器9和第二电路断路器10的能量存储体。为此目的，第一电容器30经由开关技术构件连接到第一电路断路器9和第二电路断路器10的第一致动布置31。应了解，多个离散电容器的并联电路可形成第一电容器30。
如果第一电容器30具有充分大的尺寸，则第一电压相依电阻器19可省略。这特别有利，因为一方面，有可能省略具有大构造占地面积的组件；以及另一方面，有可能省略在低电压保护装置1的使用期间特性受到不利影响的组件。
第一电容器30可借助于去激活过程期间在开关构件中可用的能量来充电。然而，为了确保对于所有可能出现的结果第一电容器30的电荷充足，优选地设想低电压保护开关装置1包含用于以可预设的方式为第一电容器30充电的充电电路32。
充电电路32优选地包含第二半导体开关布置33，其由控制单元13触发并且优选地被配置成双向四象限开关。
当第二半导体开关布置33处于互连状态时，以及当旁路开关8断开时，充电电路32将第一半导体布置11连接到线路导体长度2和中性导体长度5，借此为第一电容器30充电。
为了防止电容器30放电和/或为了能够精确地控制所述放电，优选地，据设想，相对于缓冲器24串联连接的第三半导体开关布置34安置于第一半导体开关布置11中。根据优选实施例，第三半导体开关布置34包括晶体管，确切地说MOSFET，其串联连接到阻塞二极管41。第三半导体开关布置34经由触发技术构件连接到电子控制单元13。
通常，第一电容器30应充满电，且应防止任何无意的放电。此外，已经在不同上下文中描述优选操作方法。为了能够根据维护和维修要求的需要有意触发低电压保护开关装置1的无电流状态，另一优选实施例规定，缓冲器24具有与第一电容器30并联安置和/或切换的第一电阻器35，且放电开关36与第一电阻器35串联且与第一电容器30并联安置。第一电容器30可通过闭合放电开关36来放电；相应地，已防止损坏低电压保护开关装置1或使技术人员受伤的风险。
将在下文描述用于激活低电压保护开关装置1的优选方法。为此目的，优选地规定，对应地配置的电子控制单元13出于为第一电容器30充电的目的首先激活第二半导体开关布置33，随后激活第三半导体34。电流现流动，其受到限制电阻器42限制。如果第二半导体布置33和第三半导体布置34在饱和时操作，则有可能省略限制电阻器42。随后存在等待时间，直至第一电容器30具有可预设电荷或相应地达到可预设电荷。为此目的，充电状态监测单元40测量第一电容器30上的电压。第一电容器30可(如通常此项技术中已知)充电到最大所施加电压，因此源极电压。
在达到第一电容器30的可预设电荷之后，首先去激活第二半导体开关布置33，随后去激活第三半导体34。阻塞二极管41防止第一电容器30的任何无意的放电。
下文中，首先闭合第二电路断路器10，随后是第一电路断路器9。这导致如引言中所描述的接触件反弹效应，然而其在无电流的情况下发生且因此无电弧，因为阻塞二极管41和第三半导体开关布置34阻塞第一电容器30的电压。
第一半导体开关布置11在第一电路断路器9和第二电路断路器10已分别达到稳定状态之后激活。根据一个简单实施例，为此目的，在输出用于闭合第一和第二电路断路器9、10的对应信号之后存在等待时间，其持续可预设跨度且已基于实验确定。用于激活第一半导体开关布置11的对应能量由电源组38供应。如通常此项技术中已知，电流现可流到可能可用的负载。
假设此时未检测到过多电流或短路，随后闭合旁路开关8，且去激活第一半导体开关布置11。在交流电的情况下，在电压的零交叉处以本领域中通常已知的方式闭合旁路开关8。闭合旁路开关8所需的对应功率由第一电容器30供应。
电子控制单元13进一步优选地配置成使得，当激活低电压保护开关装置1时，与可通过激活第二半导体开关布置33和第三半导体开关布置34来预设的方式相比，其将以某一方式可预设地为第一电容器30充电。因此，可确保独立于任何其它操作影响，第一电容器30具有足够的电荷。相应地，即使当电源提供仅少量功率时，去激活过程也是可能的。
切换主题低电压保护开关装置1的过程大体上遵循如WO2015/028634A1中所描述的此项技术中已知的方法，其差异在下文描述。与上文相反，第一电容器30中的电荷不借助于电阻器转换为热量；所述电荷改为用于在电流大体上为零时即刻断开第一机械电路断路器9和第二机械电路断路器10。如果第一电容器30具有充分大的尺寸，则有可能省略变阻器19。这还帮助避免与老化的变阻器(可能以其它方式发生)相关联的问题。

Claims (10)

1.一种低电压保护开关装置(1)，其具有从所述低电压保护开关装置(1)的线路导体供应连接(3)延伸到所述低电压保护开关装置(1)的线路导体负载连接(4)的至少一个线路导体长度(2)，以及从所述低电压保护开关装置(1)的中性导体连接(6)延伸到所述低电压保护开关装置(1)的中性导体负载连接(7)的中性导体长度(5)，其中机械旁路开关(8)和第一机械电路断路器(9)串联安置于所述线路导体长度(2)中，其中第二机械电路断路器(10)安置于所述中性导体长度(5)中，其中所述低电压保护开关装置(1)的第一半导体开关布置(11)与所述机械旁路开关(8)并联安置，其中所述低电压保护开关装置(1)的电子控制单元(13)被配置成可预设地致动所述机械旁路开关(8)、所述第一机械电路断路器(9)、所述第二机械电路断路器(10)和所述第一半导体开关布置(11)，其中所述第一半导体开关布置(11)包含缓冲器(24)，所述缓冲器包括第一电容器(30)，特征在于所述第一电容器(30)被配置成用于致动所述第一机械电路断路器(9)和所述第二机械电路断路器(10)的能量存储体，且所述第一电容器(30)经由开关技术构件连接到所述第一机械电路断路器(9)和所述第二机械电路断路器(10)的第一致动布置(31)。
2.根据权利要求1所述的低电压保护开关装置(1)，其中所述低电压保护开关装置(1)包含用于可预设地为所述第一电容器(30)充电的充电电路(32)。
3.根据权利要求2所述的低电压保护开关装置(1)，其中所述充电电路(32)包含由所述电子控制单元(13)触发的第二半导体开关布置(33)。
4.根据权利要求3所述的低电压保护开关装置(1)，其中所述第二半导体开关布置(33)被配置成双向四象限开关。
5.根据权利要求3或4所述的低电压保护开关装置(1)，其中所述充电电路(32)在其处于所述第二半导体开关布置(33)的互连状态时以及在所述机械旁路开关(8)为断开时，将所述第一半导体开关布置(11)连接到所述线路导体长度(2)和所述中性导体长度(5)。
6.根据权利要求1所述的低电压保护开关装置(1)，其中第三半导体开关布置(34)安置于所述第一半导体开关布置(11)中且串联连接到所述缓冲器(24)。
7.根据权利要求3所述的低电压保护开关装置(1)，其中第三半导体开关布置(34)安置于所述第一半导体开关布置(11)中且串联连接到所述缓冲器(24)。
8.根据权利要求1所述的低电压保护开关装置(1)，其中所述缓冲器(24)具有相对于所述第一电容器(30)并联安置的第一电阻器(35)，且其中放电开关(36)相对于所述第一电阻器(35)串联且相对于所述第一电容器(30)并联安置。
9.根据权利要求7所述的低电压保护开关装置(1)，其中，在激活所述低电压保护开关装置(1)后，所述电子控制单元(13)被配置成首先激活所述第二半导体开关布置(33)，随后激活所述第三半导体开关布置(34)，然后在已到达所述第一电容器(30)的可预设电荷之后，首先闭合所述第二机械电路断路器(10)且随后闭合所述第一机械电路断路器(9)，然后在已到达所述第一机械电路断路器(9)和所述第二机械电路断路器(10)的稳定状态之后激活所述第一半导体开关布置(11)，随后闭合所述机械旁路开关(8)且去激活所述第一半导体开关布置(11)。
10.根据权利要求7或9所述的低电压保护开关装置(1)，其中所述电子控制单元(13)被配置成使得当激活所述低电压保护开关装置(1)时，其将借助于可预设地激活所述第二半导体开关布置(33)和所述第三半导体开关布置(34)而可预设地为所述第一电容器(30)充电。
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