CN117438910B - 一种高密度固态断路器配电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高密度固态断路器配电装置，包括：机箱，CPU板卡、固态断路器板卡、功率母板、小信号母板、前面板、导轨；CPU板卡和固态断路器板卡通过小信号母板进行电气连接，固态断路器板卡的大功率电信号通过功率母板传输到外部；CPU板卡和固态断路器板卡沿着机箱内的导轨安装在金属箱体中，能够提升配电柜空间利用率，提高集成化和智能化水平的高密度固态断路器配电装置。
Description
技术领域
本发明涉及民用低压直流供配电领域，尤其涉及一种高密度固态断路器配电装置，适用于数字中心等用电量大的应用场景中，可有效提升配电的体积比功率指标。
背景技术
随着技术的进步，电力***因效率高、功率密度高、供电安全可靠等优势发展迅速，应用愈加广泛，主要包括轨道交通、数据中心、微电网等领域，在数据中心配电柜中，包括水下数据中心，用电量大，机房空间有限，亟需提升配电柜的体积比功率性能，进而提高经济性；
目前在低压配电领域，传统的配电柜由于机械式断路器的操作方式的影响，尤其是在配电柜靠墙的时候，只能使用柜子的前半部分，后面仍有很大的空间无法使用，同时，由于传统的配电柜中还需要集成电流采集、电压采集、通讯单元等功能模块，因此，采用传统结构形式的配电装置很难集成化设计，很难提升配电柜的体积比功率指标。
发明内容
针对现有低压配电柜的体积比功率难以提升和集成化程度低方面的不足，本发明公开了一种能够提升配电柜空间利用率，提高集成化和智能化水平的高密度固态断路器配电装置。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种高密度固态断路器配电装置，包括：机箱、CPU板卡、固态断路器板卡、功率母板、小信号母板、前面板、导轨；
CPU板卡和固态断路器板卡通过小信号母板进行电气连接，固态断路器板卡的大功率电信号通过功率母板传输到外部；
CPU板卡和固态断路器板卡沿着机箱内的导轨安装在机箱中；
功率母板上设置有功率连接端子，可采用具备插拔功能的功率线，实现不同配电应用场景的需求；
功率母板上设置有断点单元，通过控制不同的断点单元的闭合/断开，实现不同配电应用场景的需求。
可对功率母板通道进行手动或者在线设置，设置方式包含：
将2路单相的配电通道配置为1路两相的配电通道；
将3路单相的配电通道配置为1路三相的配电通道；
将4路单相的配电通道配置为1路三相加1路单相的配电通道；
将1路两相的配电通道配置为2路单相的配电通道；
将1路三相的配电通道配置为3路单相的配电通道；
将1路三相加1路单相的配电通道配置为4路单相的配电通道。
进一步的，固态断路器板卡至少包括了处理器单元、内部通讯单元、采集单元、计量单元、驱动单元、半导体功率单元、断点单元、电源单元，有效提升了配电***的集成化程度和智能化水平；其中采集单元用于实现配电回路电参数的采集和监控、处理器单元用于数据的处理和配单回路的控制、计量单元用于实现用电负载的功率计算、驱动单元用于驱动半导体功率单元和断点单元的开通和闭合、电源单元用于实现为板卡内部提供所需的工作电压。采用板卡形式替代传统的断路器结构形式，可有效提升配电柜纵深维度的空间，提升空间占用率；
进一步的，CPU板卡至少包含外部通讯单元、电源单元、处理器单元，用于实现插箱中所有固态断路器板卡的数据交互，并将收集的数据信息通过外部通讯单元传输给上位机，同时将上位机下发的控制指令发送给对应的固态断路器板卡。
进一步的，固态断路器板卡根据应用场景，可设计成单相固态断路器板卡，两相固态断路器板卡、三相固态断路器板卡、四相固体断路器板卡，其中单相固态断路器板卡可替代传统的1P微断；两相固态断路器板卡可替代传统的2P微断或1P+N微断、三相固态断路器板卡可替代传统的3P微断、四相固体断路器板卡可替代传统的3P+N微断；
进一步的，前面板可根据CPU板卡和固态断路器板卡设计显示单元和按键单元，方便CPU板卡和固态断路器板卡的工作显示和手动操作。
进一步的，金属机箱的上面板和下面板具备散热孔设计，满足机箱内部对流散热的需求。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、通过将由半导体单元和断点单元组成的混合开关集成在一起作为隔离电源与负载的直流开关，其中半导体单元提供快速、无弧分断；断点单元提供物理间隙，因此产品不需要额外的灭弧装置就能实现灭弧功能，体积小巧，成本低廉；
2、通过设置断点单元，可确保电源侧与负载侧之间实现完全的电气隔离；
3.通过配置固态断路器板卡的不同功能模块，应用于不同的场景中，提升配电产品的智能化和集成化程度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种高密度固态断路器配电装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的在功率母板上设置功率连接端子的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的在功率母板上设置断点单元的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的断点单元的断开闭合状态示意图一；
图5为本发明实施例提供的断点单元的断开闭合状态示意图二。
具体实施方式
以下结合附图对本发明技术方案进行详细说明。
本发明实施例提供一种高密度固态断路器配电装置，如图1所示，包括：机箱1、CPU板卡4、固态断路器板卡3、功率母板2、小信号母板6、前面板5、导轨7；
CPU板卡4和固态断路器板卡3通过小信号母板6进行电气连接，固态断路器板卡3的大功率电信号通过功率母板2传输到外部；
CPU板卡4和固态断路器板卡3沿着机箱1内的导轨7安装在机箱1中。
功率母板2上设置有功率连接端子，如图2所示，可采用具备插拔功能的功率线，实现不同配电应用场景的需求；
功率母板2上设置有断点单元，如图3所示，通过控制不同的断点单元的闭合/断开，实现不同配电应用场景的需求。
如图4所示，在第五断点单元和第六断点单元闭合的情况下，将第一断点单元、第二断点单元、第三断点单元、第四断点单元闭合，可将交流配电通道a和交流配电通道b合并成交流配电通道A，交流配电通道A具备两倍的配电功率等级；在第五断点单元和第六断点单元断开的情况下，将第一断点单元、第二断点单元闭合，可将直流配电通道a和直流配电通道b合并成直流配电通道A，直流配电通道A具备两倍的配电功率等级。
如图5所示，在将第一断点单元、第二断点单元、第三断点单元、第四断点单元断开情况下，可将第五断点单元闭合，此时配电通道a就是一路交流配电通道，a1为交流功率输入，a4为交流功率输出；在将第一断点单元、第二断点单元、第三断点单元、第四断点单元断开情况下，也可将第五断点单元断开，此时配电通道a就是两路直流配电通道，其中a1和a4为直流的功率输入，a2和a3为直流功率输出。
固态断路器板卡可根据实际场景的应用需要，在不更换板卡的前提下，对功率母板通道进行手动/在线设置，重组方式包含如下：将2路单相的配电通道配置为1路两相的配电通道；将3路单相的配电通道配置为1路三相的配电通道；将4路单相的配电通道配置为1路三相+N的配电通道；将1路两相的配电通道配置为2路单相的配电通道；将1路三相的配电通道配置为3路单相的配电通道；将1路三相+N的配电通道配置为4路单相的配电通道。
固态断路器板卡可根据实际场景的应用需要，在不更换板卡的前提下，对功率母板通道进行手动/在线设置，满足不同载荷的控制和保护需求。例如载荷变大，可通过手动/在线对不同配电通道进行设置，将两个或者多个配电通道设置为一个配电通道，为一个载荷提供电能，以满足更大载荷的应用需求，并且仍具备过载、短路保护的能力。
固态断路器板卡可根据实际场景的应用需要，在不更换板卡的前提下，对功率母板通道进行手动/在线设置，应用在交流供电体制或者直流供电体制中，实现交流用电负载或者直流用电负载的的电能控制和保护。
固态断路器板卡3至少包括了处理器单元、内部通讯单元、采集单元、计量单元、驱动单元、半导体功率单元、断点单元、电源单元，有效提升了配电***的集成化程度和智能化水平；其中采集单元用于实现配电回路电参数的采集和监控、处理器单元用于数据的处理和配单回路的控制、计量单元用于实现用电负载的功率计算、驱动单元用于驱动半导体功率单元和断点单元的开通和闭合、电源单元用于实现为板卡内部提供所需的工作电压。采用板卡形式替代传统的断路器结构形式，可有效提升配电柜纵深维度的空间，提升空间占用率；
CPU板卡至少包含外部通讯单元、电源单元、处理器单元，用于实现插箱中所有固态断路器板卡的数据交互，并将收集的数据信息通过外部通讯单元传输给上位机，同时将上位机下发的控制指令发送给对应的固态断路器板卡。
固态断路器板卡根据应用场景，可设计成单相固态断路器板卡，两相固态断路器板卡、三相固态断路器板卡、四相固体断路器板卡，其中单相固态断路器板卡可替代传统的1P微断；两相固态断路器板卡可替代传统的2P微断或1P+N微断、三相固态断路器板卡可替代传统的3P微断、四相固体断路器板卡可替代传统的3P+N微断；
前面板可根据CPU板卡和固态断路器板卡设计显示单元和按键单元，方便CPU板卡和固态断路器板卡的工作显示和手动操作。
金属机箱的上面板和下面板具备散热孔设计，满足机箱内部对流散热的需求。
该装置采用工业产品常用的外形结构，更易于产品的安装，其中高度采用xU标准化设计理念；每一块可插拔的固态断路器板卡控制一路负载，有助于后期更换维护等。
本发明的一种高密度固态断路器配电装置，有效的提升了配电柜的体积功率密度参数指标，提高了配电柜的空间占用率，尤其是在数据中心等特殊应用场景中，可节省机房配电柜的占地面积，增加服务器机柜个数，提升经济效益。
Claims (8)
1.一种高密度固态断路器配电装置，其特征在于，包括：机箱（1）、CPU板卡（4）、固态断路器板卡（3）、功率母板（2）、小信号母板（6）、前面板（5）、导轨（7）；
CPU板卡（4）和固态断路器板卡（3）通过小信号母板（6）进行电气连接，固态断路器板卡（3）的大功率电信号通过功率母板（2）传输到外部；
CPU板卡（4）和固态断路器板卡（3）沿着机箱（1）内的导轨（7）安装在机箱（1）中；
功率母板（2）上设置有功率连接端子，可采用具备插拔功能的功率线，实现不同配电应用场景的需求；
功率母板（2）上设置有断点单元，通过控制不同的断点单元的闭合/断开，实现不同配电应用场景的需求；
可对功率母板通道进行手动或者在线设置，设置方式包含：
将2路单相的配电通道配置为1路两相的配电通道；
将3路单相的配电通道配置为1路三相的配电通道；
将4路单相的配电通道配置为1路三相加1路单相的配电通道；
将1路两相的配电通道配置为2路单相的配电通道；
将1路三相的配电通道配置为3路单相的配电通道；
将1路三相加1路单相的配电通道配置为4路单相的配电通道。
2.如权利要求1所述的一种高密度固态断路器配电装置，其特征在于，固态断路器板卡（3）至少包括了处理器单元、内部通讯单元、采集单元、计量单元、驱动单元、半导体功率单元、断点单元、电源单元；
其中采集单元用于实现配电回路电参数的采集和监控；
处理器单元用于数据的处理和配单回路的控制；
计量单元用于实现用电负载的功率计算；
驱动单元用于驱动半导体功率单元和断点单元的开通和闭合；
电源单元用于实现为板卡内部提供所需的工作电压。
3.如权利要求1所述的一种高密度固态断路器配电装置，其特征在于，CPU板卡（4）至少包含外部通讯单元、电源单元、处理器单元，用于实现插箱中所有固态断路器板卡的数据交互，并将收集的数据信息通过外部通讯单元传输给上位机，同时将上位机下发的控制指令发送给对应的固态断路器板卡。
4.如权利要求1所述的一种高密度固态断路器配电装置，其特征在于，固态断路器板卡为单相固态断路器板卡、两相固态断路器板卡、三相固态断路器板卡或者四相固体断路器板卡，其中单相固态断路器板卡替代传统的1P微断；两相固态断路器板卡替代传统的2P微断或1P+N微断、三相固态断路器板卡替代传统的3P微断、四相固体断路器板卡替代传统的3P+N微断。
5.如权利要求1所述的一种高密度固态断路器配电装置，其特征在于，前面板可根据CPU板卡和固态断路器板卡设计显示单元和按键单元。
6.如权利要求1所述的一种高密度固态断路器配电装置，其特征在于，金属机箱的上面板和下面板具备散热孔，用于机箱内部对流散热。
7.如权利要求1所述的一种高密度固态断路器配电装置，其特征在于，金属机箱用于产品的防护以及机械支撑。
8.如权利要求1所述的一种高密度固态断路器配电装置，其特征在于，导轨用于板卡的插拔，固定板卡的插拔方向。
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