自動(dòng)重合閘交流斷路器的制造方法
【專利摘要】一種交流斷路器，具有位于火線上的第一電流隔離開關(guān)(SW2)和旁路開關(guān)(SW1)、位于中性線上的第二電流隔離開關(guān)(SW3)，以及并聯(lián)連接至旁路開關(guān)(SW1)的半導(dǎo)體開關(guān)元件(IGBT)。處理單元被布置為控制所述第一電流隔離開關(guān)(SW2)和第二電流隔離開關(guān)(SW3)、旁路開關(guān)(SW1)以及半導(dǎo)體開關(guān)元件(IGBT)。短路和過電流檢測(cè)單元連接至所述處理單元，用于確定短路情況或過電流情況。所述處理單元還被布置為在斷路器跳閘后的某一時(shí)間段之后執(zhí)行重合閘嘗試，其中該時(shí)間段取決于導(dǎo)致斷路器跳閘的情況類型。
【專利說明】
自動(dòng)重合閘交流斷路器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種交流斷路器，其包括：用于將交流負(fù)載連接至干線電源的位于帶 電供電接線端子和帶電負(fù)載接線端子之間的火線以及位于中性供電接線端子和中性負(fù)載 接線端子之間的中性線;位于火線上的第一電流隔離開關(guān)和旁路開關(guān)以及位于中性線上的 第二電流隔離開關(guān)；以及并聯(lián)連接至旁路開關(guān)的半導(dǎo)體開關(guān)元件。
【背景技術(shù)】
[0002] 國(guó)際專利公開W02009/043807公開了一種用于低壓應(yīng)用的電氣裝置，其被布置為 使得漏電斷路器在跳閘之后自動(dòng)地重合閘。其利用隔離裝置來實(shí)現(xiàn)，該隔離裝置能夠機(jī)械 地致動(dòng)漏電裝置上的復(fù)位桿。
[0003] 歐洲專利公開EP-A-1 569 314公開了一種自動(dòng)重合閘裝置，其中在重合閘相關(guān)的 斷路器之前，復(fù)位裝置首先檢查所連接的負(fù)載是否仍具有漏電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在提供一種提供自動(dòng)重合閘功能的改進(jìn)的交流斷路器，其在多種可能的 方案中，始終保證斷路器的健壯性、可靠性和安全性。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明，提供了根據(jù)上述前文限定的交流斷路器，該交流斷路器還包括被布 置為控制第一電流隔離開關(guān)和第二電流隔離開關(guān)、旁路開關(guān)以及半導(dǎo)體開關(guān)元件的處理單 元，交流斷路器還包括連接至處理單元、用于確定短路情況或過電流情況的短路和過電流 檢測(cè)單元，
[0006] 其中處理單元還被布置為在確定短路或過電流情況之后通過斷開旁路開關(guān)和半 導(dǎo)體開關(guān)元件使交流斷路器跳閘，且在斷路器跳閘后的預(yù)定時(shí)間段之后執(zhí)行重合閘嘗試， 其中預(yù)定時(shí)間段取決于導(dǎo)致斷路器跳閘的情況類型。
[0007] 下面更加詳細(xì)描述的本發(fā)明實(shí)施例允許提供具有自動(dòng)重合閘功能的斷路器，其是 可編程的以便根據(jù)導(dǎo)致斷路器最初跳閘的具體情況提供優(yōu)化的重合閘動(dòng)作。
【附圖說明】
[0008] 下面將利用多個(gè)示例性實(shí)施例參考所附的附圖更加詳細(xì)地討論本發(fā)明，其中
[0009] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的交流斷路器的實(shí)施例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]在電氣設(shè)備中，微型斷路器(MCB)被用作安全裝置。在其他應(yīng)用中還使用漏電裝置 (RCD)。本發(fā)明的交流斷路器的實(shí)施例涉及這兩類的市售裝置，特別是它們的運(yùn)行方式。概 括地說，本發(fā)明實(shí)施例提供了在負(fù)載或配電系統(tǒng)接線中發(fā)生故障之后通過軟啟動(dòng)算法自動(dòng) 地嘗試恢復(fù)電力的裝置。該故障可能是故障電流或過電流/短路。本發(fā)明交流斷路器的自動(dòng) 重合閘裝置(ARD)部分的行為是完全可編程的，且可例如利用接口編程。在發(fā)生故障時(shí)，故 障的信息也可以通過該接口被傳送至例如維修技術(shù)員。
[0011]目前市售的ARD大部分是基于ARD的EN50557標(biāo)準(zhǔn)。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，定義了兩種評(píng)估 類型(§4.3.2);預(yù)期漏電流評(píng)估和/或預(yù)期線電流評(píng)估。針對(duì)評(píng)估方式定義了兩種安全預(yù)防 措施(§4.4):限制測(cè)試電壓(通過隔離變壓器限制到最大交流24V§8.12.2和§9.20.1)或限 制測(cè)試電流(限制到最大交流1mA或直流2mA §8.12.3和§9.20.2)。測(cè)試電流用于測(cè)試預(yù)期 漏電流(§9.20.2)，測(cè)試電壓用于測(cè)試預(yù)期線電流。然而，規(guī)定的評(píng)估方式難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榘?貴且要求大空間，因此根據(jù)EN50557的ARD功能不適合用于未來智能電網(wǎng)和智能配電系統(tǒng)的 智能RCD/MCB。上述已知的ARD具有傳統(tǒng)的過電流和短路保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)于在主觸頭通 過例如電機(jī)驅(qū)動(dòng)附加的自動(dòng)重合閘功能通常不夠快和健壯。傳統(tǒng)的短路觸頭和電弧室僅具 有有限次數(shù)的短路斷開能力，之后MCB可能發(fā)生故障且必須被安裝者替換。為此，在斷路器 重合閘之前已經(jīng)評(píng)估負(fù)載電路的評(píng)估手段是必要的。如果故障情況(短路或絕緣故障)仍然 存在，裝置將不會(huì)嘗試重合閘，且可以在一段時(shí)間后重復(fù)評(píng)估。評(píng)估手段必須具有與干線配 電網(wǎng)絡(luò)的電流隔離，其由（在ARD標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的)變壓器實(shí)現(xiàn)，以在評(píng)估期間在負(fù)載上沒有危 險(xiǎn)電壓。
[0012]提出的本發(fā)明實(shí)施例解決了這種短路斷開能力次數(shù)有限的問題。另外，評(píng)估的時(shí) 間短，沒有會(huì)干擾其他負(fù)載或者會(huì)導(dǎo)致干線配電網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的顯著供電中斷。利用變壓器 進(jìn)行評(píng)估的另一個(gè)問題是區(qū)分真正的短路和高容性負(fù)載，該高容性負(fù)載例如是由SMPS負(fù)載 引起的。
[0013]注意，自動(dòng)重合閘與MCB/RCD的手動(dòng)重合閘具有相同的目的。
[0014] 在圖1中示出根據(jù)本發(fā)明的斷路器的實(shí)施例的框圖。交流斷路器包括:用于將交流 負(fù)載連接至干線電源AC的位于帶電供電接線端子??λ和帶電負(fù)載接線端子Uftti之間的火線 以及位于中性供電接線端子沖認(rèn)和中性負(fù)載接線端子細(xì)之間的中性線。斷路器包括位于火 線上的第一電流隔離開關(guān)SW2和旁路開關(guān)SW1，位于中性線上的第二電流隔離開關(guān)SW3,并聯(lián) 連接至旁路開關(guān)SW1的半導(dǎo)體開關(guān)元件IGBT，以及被布置為控制第一電流隔離開關(guān)SW2和第 二電流隔離開關(guān)SW3、旁路開關(guān)SW1以及半導(dǎo)體開關(guān)元件的處理單元。交流斷路器還包括供 電單元(圖1中的供電和電壓測(cè)量塊的部分），該供電單元連接至帶電供電接線端子〇4俞入)和 中性供電接線端子(沖認(rèn))，并且連接至處理單元以及交流斷路器的其他組件，用于提供電操 作功率。
[0015] 根據(jù)第一組實(shí)施例，提供了一種交流斷路器，該交流斷路器還包括短路和過電流 檢測(cè)單元，該短路和過電流檢測(cè)單元連接至處理單元，用于確定短路情況和過電流情況(例 如利用在圖1中標(biāo)記為電流測(cè)量的塊中的火線上的分流電阻R1)。處理單元還被布置為在確 定短路或過電流情況之后通過斷開旁路開關(guān)SW1和半導(dǎo)體開關(guān)元件IGBT使交流斷路器跳 閘，且在斷路器跳閘后的預(yù)定時(shí)間段之后執(zhí)行重合閘嘗試，其中預(yù)定時(shí)間段取決于(例如可 編程的）導(dǎo)致斷路器跳閘的情況類型。
[0016] 在另一組實(shí)施例中，交流斷路器還包括連接至處理單元以用于確定故障電流情況 的故障電流檢測(cè)和注入單元，該故障電流檢測(cè)和注入單元與火線和中性線電流隔離(例如 利用圖1中的故障電流測(cè)量塊中所示的線圈L1和變壓器）。處理單元還被布置為在確定故障 電流情況之后使交流斷路器跳閘。
[0017] 在圖1所示的實(shí)施例中，半導(dǎo)體開關(guān)元件包括整流橋D1-D4和絕緣柵雙極型晶體管 IGBT的組合。整流橋D1-D4的交流端子并聯(lián)連接至旁路開關(guān)SW1，且整流橋D1-D4的直流端子 連接至絕緣柵雙極型晶體管IGBT的發(fā)射極和集電極端子。處理單元連接至布置在火線上的 電流測(cè)量單元，且被布置為在檢測(cè)到短路狀態(tài)的情況下控制旁路開關(guān)SW1、第一電流隔離開 關(guān)SW2和第二電流隔離開關(guān)SW3以及絕緣柵雙極型晶體管IGBT的導(dǎo)通狀態(tài)。利用如在圖1的 框圖中所示的連接至處理單元的各個(gè)繼電器驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)通過處理單元斷開和閉合旁路開 關(guān)SW1、第一電流隔離開關(guān)SW2和第二電流隔離開關(guān)SW3的控制。利用在圖1的框圖中作為處 理單元的內(nèi)部組件示出的實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)，可以通過處理單元執(zhí)行定時(shí)。
[0018] 整流橋D1-D4是必要的，因?yàn)镮GBT僅在一個(gè)方向上導(dǎo)通（晶體管）。它必須承載與 IGBT相同的電流，短路也是同樣如此。另一個(gè)方案是將IGBT與串聯(lián)二極管"反向并聯(lián)"（以承 載IGBT關(guān)斷狀態(tài)下的反向電壓），但是這將使得整個(gè)電路更復(fù)雜和昂貴。
[0019] 鑒于技術(shù)現(xiàn)狀，沒有可行的其他半導(dǎo)體方案。FET具有非常低的溝道電阻，但是它 們不可同時(shí)用作高電壓/高電流類型。不能使用雙向可控娃(triac)和晶閘管(thyristor)， 因?yàn)樗鼈儍H能夠在過零點(diǎn)關(guān)斷，而這會(huì)花費(fèi)過多的時(shí)間。在短路情況下，它們不容易受迫關(guān) 斷，最終會(huì)發(fā)生爆炸。
[0020] GT0(門極可關(guān)斷晶閘管)和IGCT(集成門極換流晶閘管)需要大量能量以使得它們 保持在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷。而且驅(qū)動(dòng)器電路會(huì)復(fù)雜得多。
[0021] 處理單元被布置為適配測(cè)量輸入、計(jì)算軟件以及輸出信號(hào)邏輯和驅(qū)動(dòng)器。通過 EPLD或邏輯端口可以實(shí)現(xiàn)大多數(shù)的時(shí)間嚴(yán)格進(jìn)程，但是大部分功能可以集成在μΡ(微處理 器）中。在必要時(shí)處理單元中包括且下文將更詳細(xì)解釋的主要功能有：
[0022] -干線電壓測(cè)量(通過電源和電壓測(cè)量塊）。
[0023] -干線電流測(cè)量和計(jì)算過電流特性(用于代替雙金屬過電流保護(hù)）。
[0024]-干線電壓和電流同步。
[0025] -MCB中不同組件(例如IGBT和分流電阻R1)的溫度測(cè)量。
[0026]-繼電器驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)邏輯(包括儲(chǔ)能電容器的能量監(jiān)測(cè)）。
[0027]-與IGBT驅(qū)動(dòng)器單元、用戶接口和通信接口通信。
[0028]-用于對(duì)(過)電流特性和校準(zhǔn)過程進(jìn)行編程的編程/預(yù)置接口。
[0029]-在電力中斷情況下例如利用非易失性存儲(chǔ)器(NVM)進(jìn)行數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲(chǔ)(例如接 觸狀態(tài)、過電流保護(hù)的干線電流歷史）。
[0030] 通過分流器進(jìn)行電流測(cè)量。在一個(gè)實(shí)施例中，電流測(cè)量單元包括位于火線上的分 流電阻R1以及布置為測(cè)量分流電阻R1兩端的電壓的短路和過電流檢測(cè)單元。對(duì)本申請(qǐng)來 說，分流器是最邏輯選擇，因?yàn)槠渚_度和線性度要優(yōu)于其他組件。而且體積小、價(jià)格/可用 性合理。另一種選擇是羅氏（Rogowski)線圈，羅氏線圈在很寬的范圍內(nèi)和高電流應(yīng)用中也 是精確的。缺點(diǎn)是羅氏線圈更大并且輸出信號(hào)更低，這使得用于短路保護(hù)和(?。╇娏?能量 測(cè)量的集成/組合設(shè)計(jì)更加困難。必須選擇分流電阻R1的值，使得在額定負(fù)載電流下具有低 耗散，例如45Α/100μ? j 0.2W。分流電阻R1必須能在短時(shí)間承受短路電流，例如 1.5kA/lΟΟμΩ/l .5ms 〇 225W/0.34J。
[0031] 可以采用模擬或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)短路和過電流檢測(cè)，模擬或數(shù)字電路必須足夠快以 檢測(cè)短路。為了能量測(cè)量目的，其還必須足夠精確以感測(cè)小負(fù)載電流。合乎邏輯的方案有運(yùn) 放電路或集成(模擬ASIC)電路，但具有高采樣率的數(shù)字電路也是可行的。
[0032]另一個(gè)實(shí)施例的交流斷路器還包括連接至處理單元和絕緣柵雙極型晶體管的控 制輸入端的IGBT驅(qū)動(dòng)器單元，其中IGBT驅(qū)動(dòng)器單元被布置為以兩階段過程關(guān)斷絕緣柵雙極 型晶體管。IGBT驅(qū)動(dòng)器單元還可以被布置為監(jiān)測(cè)IGBT兩端的電壓。
[0033] 第二電流隔離電路（圖1所示實(shí)施例中的電流隔離2)包括用于在處理單元和IGBT 驅(qū)動(dòng)器單元之間通信的一個(gè)或多個(gè)光耦合器。在IGBT驅(qū)動(dòng)器單元內(nèi)還可以設(shè)置小的電流隔 離的SMPS以對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)器電路供電，因?yàn)樵擈?qū)動(dòng)器電路相比斷路器的其他電路部分處于另 一個(gè)電壓電位。
[0034] IGBT驅(qū)動(dòng)器單元包含以下功能(可能作為單獨(dú)的電路）：
[0035] -IGBT的兩步輸出驅(qū)動(dòng)器
[0036] -IGBT集電極-發(fā)射極電壓的電壓(去飽和)監(jiān)測(cè)器 [0037]-旁路開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)器 [0038] -IGBT驅(qū)動(dòng)監(jiān)測(cè) [0039] -IGBT導(dǎo)通/關(guān)斷輸入
[0040] 在短路斷開的情況下，為了關(guān)斷IGBT，IGBT驅(qū)動(dòng)器單元將以兩步減小IGBT的柵極 電壓。這一行為避免了 IGBT兩端危險(xiǎn)的過電壓和S0A問題，尤其是在短路關(guān)斷時(shí)。關(guān)斷延時(shí) 大約為lys，在該時(shí)間內(nèi)柵極的電壓電平將是正常導(dǎo)通電壓的大約一半。
[00411旁路開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)器功能檢測(cè)旁路開關(guān)SW1是否閉合；其通過檢查IGBT兩端的電 壓進(jìn)行。SW1的狀態(tài)信息被轉(zhuǎn)發(fā)到處理單元，然后在短路情況下可以被用于IGBT的延遲關(guān)斷 指令。
[0042] IGBT驅(qū)動(dòng)器監(jiān)測(cè)器檢查驅(qū)動(dòng)器電路的供電電壓，其被轉(zhuǎn)發(fā)到處理單元。如果該電 壓過低，IGBT將處于關(guān)斷狀態(tài)，這在正常運(yùn)行中是故障情況。
[0043] IGBT導(dǎo)通/關(guān)斷輸入從處理單元接收導(dǎo)通/關(guān)斷指令。
[0044] 在另一個(gè)實(shí)施例中，交流斷路器還包括連接至處理單元的用戶接口。用戶接口例 如包括測(cè)試開關(guān)SW4和狀態(tài)指示器。用戶接口例如僅是具有一些LED的按鈕或撥動(dòng)開關(guān)以報(bào) 告MCB的狀態(tài)(上電/導(dǎo)通/關(guān)斷/故障等）。
[0045] 此外，交流斷路器可以包括連接至處理單元的通信接口，允許遠(yuǎn)程操作和監(jiān)測(cè)。通 信接口被用于將所有可能的數(shù)據(jù)發(fā)送到任何媒介(例如總線系統(tǒng)、因特網(wǎng)或RS485)，以有線 或無線(RF/IR)方式。
[0046] 注意，來自圖1示出的圖和這里描述的結(jié)構(gòu)是1極+N結(jié)構(gòu)(僅在該相中過電流和短 路保護(hù)）。在另一個(gè)實(shí)施例中，如果需要2極裝置，則包括第二旁路開關(guān)、過電壓保護(hù)、整流 橋、緩沖器、IGBT和IGBT驅(qū)動(dòng)器。其它實(shí)施例可以利用相關(guān)附加組件提供具有多極（例如3 相、3相+中性、甚至4相)的干線電源的更復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
[0047]在正常運(yùn)行時(shí)，本發(fā)明的斷路器處于導(dǎo)通狀態(tài)，這意味著所有負(fù)載被供電。如果負(fù) 載中的一個(gè)發(fā)生故障（例如故障電流、過電流或短路），斷路器將根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的行為和 斷開時(shí)間來斷開負(fù)載。然而在某些情況下，電源故障或負(fù)載的斷開可能是不期望的，且導(dǎo)致 過程擾動(dòng)或高成本。還要求和需要越來越多的不間斷配電，且系統(tǒng)故障往往是不能接受的。 不期望電源故障的例子有冰箱、辦公室(其中許多人因?yàn)闆]有干線電壓而不能工作）、數(shù)據(jù) 中心、交通信號(hào)燈等。并非在所有情況下維修技術(shù)員都能在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)。
[0048]如上所述，一般地說，它取決于發(fā)生了哪種類型的故障、斷路器的重合閘是否具有 任何意義。例如，如果由于例如雷擊在交通燈裝置中發(fā)生過高的通地漏泄，重合閘會(huì)是非常 有用的。在這種情況下，交通的風(fēng)險(xiǎn)被最小化，且維修技術(shù)員不需要出現(xiàn)。
[0049] 另一個(gè)例子是由于接通電子HF照明控制裝置(HF =高頻）導(dǎo)致的過高浪涌電流所 引起的故障。如果很多這樣的HF裝置被連接至一個(gè)斷路器，浪涌電流會(huì)是幾百安培，這可導(dǎo) 致斷路器的不期望的跳閘。在這種情況下，斷路器的自動(dòng)(軟啟動(dòng))重合閘也是非常有用的。
[0050] 在一個(gè)實(shí)施例中，重合閘嘗試包括首先閉合半導(dǎo)體開關(guān)元件（IGBT)，監(jiān)測(cè)可能的 短路或過電流情況，且僅當(dāng)不存在短路或過電流情況時(shí)，閉合旁路開關(guān)SW1。
[0051] 另一方面，還存在故障余留和持續(xù)的情況，例如絕緣故障。在這種情況下，重合閘 嘗試將直接地導(dǎo)致另一斷開。在另一個(gè)實(shí)施例中，處理單元被布置為在經(jīng)過預(yù)定次數(shù)的不 成功重合閘嘗試后停止重合閘嘗試。
[0052] 本發(fā)明實(shí)施例的交流斷路器提供了可編程且智能的重合閘方案的能力。對(duì)于術(shù)語 "智能重合閘行為"，其意味著:根據(jù)故障的類型，可以通過處理單元中的軟件算法選擇/改 變重合閘（間隔）時(shí)間。例如，如果過電流緩慢增加超過額定值，快速重合閘嘗試不會(huì)很成 功。同樣的情況適用于緩慢增加的故障電流。在這些情況下，對(duì)維修技術(shù)員發(fā)出預(yù)防警告信 號(hào)可能會(huì)更明智。在這些情況下，較長(zhǎng)時(shí)期之后的重合閘嘗試更為成功，因?yàn)楣收细淖兊臅r(shí) 間常數(shù)也很長(zhǎng)。在由于故障電流引起的故障情況下，存在人體直接接觸的風(fēng)險(xiǎn)。在這些情況 下，快速重合閘也將是不合理的。然而，在電容性故障電流(這可以從故障電流的相位角看 出）時(shí)，這不會(huì)是人體故障電流，在這種情況下，快速重合閘嘗試將是合理的。
[0053]換句話說，處理單元被布置為在斷路器的跳閘之前利用短路和過電流檢測(cè)單元監(jiān) 測(cè)實(shí)際負(fù)載電流I和負(fù)載電流增加速度dl/dt，
[0054] 且如果負(fù)載電流增加速度dl/dt低于或等于預(yù)設(shè)的閾值，選擇第一時(shí)間段作為預(yù) 定時(shí)間段，
[0055] 且如果負(fù)載電流增加速度dl/dt大于預(yù)設(shè)的閾值，選擇第二時(shí)間段作為預(yù)定時(shí)間 段，
[0056]第一時(shí)間段比第二時(shí)間段長(zhǎng)。
[0057]因此，在緩慢增加過電流/故障電流的情況下選擇較長(zhǎng)的第一時(shí)間段，而在例如脈 沖通地泄漏(雷擊)或過高浪涌電流的情況下選擇較短的第二時(shí)間段。
[0058]類似于上文已經(jīng)描述的微型斷路器實(shí)施例，同樣在漏電裝置實(shí)施例的情況下，重 合閘嘗試可以包括首先閉合半導(dǎo)體開關(guān)元件IGBT，監(jiān)測(cè)可能的故障電流情況，且僅當(dāng)不存 在故障電流時(shí)閉合旁路開關(guān)SW1。
[0059]在另一個(gè)實(shí)施例中，處理單元由此被布置為在斷路器跳閘之后利用故障電流檢測(cè) 和注入單元監(jiān)測(cè)測(cè)試電流和電壓，且如果故障電流被確定為電容性故障電流，選擇短的時(shí) 間段作為預(yù)定時(shí)間段。
[0060]在其他一些情況下，例如，當(dāng)面板不能被用戶（工業(yè)上，供具有心理缺陷的人使用 的房屋)接觸，遠(yuǎn)程重合閘選擇也是可以想象的。這可以由例如服務(wù)工程師在其通過本發(fā)明 斷路器實(shí)施例的通信接口或直接地從用戶得到故障消息之后完成。如果已編程，他可以看 到根據(jù)本發(fā)明的斷路器的記錄，且進(jìn)行分析并決定做出遠(yuǎn)程重合閘。如上面已經(jīng)描述的，交 流斷路器還可以包括連接至處理單元的通信接口。處理單元例如被布置為基于通過通信接 口接收的命令執(zhí)行重合閘嘗試。處理單元還可以被布置為通過通信接口向外部接收方發(fā)送 跳閘消息。在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，處理單元被布置為通過通信接口發(fā)送斷路器的記錄數(shù) 據(jù)。
[0061] 基于外部參數(shù)的重合閘方案也是可以想象的（即，基于通過通信接口接收的數(shù) 據(jù)）。例如，當(dāng)人們?cè)诮ㄖ镏谢蛱幱陬A(yù)編制的時(shí)間表時(shí)，在接地故障之后不會(huì)發(fā)生自動(dòng)重 合閘?；蛘呃缭谶M(jìn)行電氣系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，自動(dòng)重合閘功能被禁用。在本實(shí)施例中，處理單元 被布置為基于通過通信接口接收的外部數(shù)據(jù)執(zhí)行重合閘嘗試。
[0062] 對(duì)于很多負(fù)載類型和情況，有不同種類的重合閘方案。在本發(fā)明斷路器的系統(tǒng)體 系內(nèi)，很多方案能被編程作為預(yù)設(shè)或由終端用戶/服務(wù)工程師手動(dòng)地更改。
[0063] 在具體的實(shí)施例中，提供了需要在短路之后重合閘的情況。這是特殊情況，因?yàn)樵?這種情況下，重合閘是最關(guān)鍵的。傳統(tǒng)的MCB僅能斷開一些短路，之后短路必須被安裝者/月艮 務(wù)工程師更換。對(duì)于終端用戶來說，手動(dòng)地接通在現(xiàn)有的短路上的MCB也不是好的體驗(yàn)。雖 然沒有涉及個(gè)人危險(xiǎn)，但必須由MCB斷開的能量可能很高，這會(huì)導(dǎo)致令人不快/令人恐懼的 巨響和/或閃光。
[0064]如上所述，根據(jù)EN50557的自動(dòng)重合閘裝置(RCD)具有評(píng)估手段以在仍然存在短路 的情況下阻止不期望的重合閘。這將損壞ARD的MCB部分并且將顯著地降低ARD的壽命。由傳 統(tǒng)的MCB斷開短路也需要一些時(shí)間，達(dá)到幾毫秒是正常的，這也可能干擾其他負(fù)載或進(jìn)程， 可能額外地使配電板中的上游熔斷器和應(yīng)力電纜老化，以及使供電電源不必要地過載。
[0065]在本發(fā)明實(shí)施例的斷路器中，在現(xiàn)有的短路處的這一重合閘被不同地實(shí)現(xiàn)。本發(fā) 明的微型斷路器中的斷路器沒有可用的預(yù)評(píng)估手段，因此這也不會(huì)使重合閘延遲。如果處 理單元決定重合閘，首先IGBT將在干線電壓的過零點(diǎn)被閉合。如果短路仍然存在，其將立即 被短路檢測(cè)電路檢測(cè)到。根據(jù)預(yù)期的短路，其可以已經(jīng)在例如l〇〇ys以內(nèi)，因?yàn)樵摍z測(cè)電路 不僅測(cè)量實(shí)際的電流，而且測(cè)量dl/dldl/dt(負(fù)載電流增加速度)是負(fù)載電阻的量度。如果 處理單元識(shí)別出短路仍然存在，處理單元將在幾個(gè)y S內(nèi)關(guān)斷IGBT，因此自動(dòng)重合閘裝置的 總的"導(dǎo)通時(shí)間"僅至多達(dá)到大約例如l〇〇ys。另外，這一原理涉及的斷開能量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的 MCB機(jī)構(gòu)。注意，旁路繼電器SW1也仍然沒有閉合，因此也還沒有參與使短路重合閘。因此，在 本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供了交流斷路器，其中處理單元還被配置為利用短路和過電 流檢測(cè)單元檢測(cè)短路情況，且如果檢測(cè)到短路情況，通過如下方式執(zhí)行短路重合閘嘗試： [0066]-在干線電源的過零點(diǎn)閉合半導(dǎo)體開關(guān)元件IGBT;
[0067]-利用短路和過電流檢測(cè)單元(通過測(cè)量實(shí)際電流I和負(fù)載電流增加速度dl/dt)檢 測(cè)短路情況是否仍然存在，如果短路情況仍然存在，直接斷開半導(dǎo)體開關(guān)IGBT，或如果沒有 檢測(cè)到短路情況，進(jìn)一步繼續(xù)斷路器的重合閘嘗試。
[0068] 在另一個(gè)實(shí)施例中，交流斷路器還包括連接至處理單元且與半導(dǎo)體開關(guān)元件IGBT 熱接觸的溫度監(jiān)測(cè)單元，其中處理單元被布置為當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)元件IGBT的溫度高于預(yù)設(shè)的 溫度閾值時(shí)停止重合閘嘗試。因?yàn)镮GBT的溫度被不斷地監(jiān)測(cè)且混合開關(guān)能夠?qū)Χ搪纷龀鰯?shù) 千次的重合閘試驗(yàn)，這是非常健壯的解決方案。因?yàn)橹睾祥l試驗(yàn)的時(shí)間范圍是如此短(例如 小于lOOys )，其他負(fù)載不會(huì)被干擾，且干線配電網(wǎng)絡(luò)不會(huì)過載。
[0069] 注意，上述實(shí)施例也可以被應(yīng)用在如上所述的多極配置中。例如在3相系統(tǒng)（即4極 裝置)中，如果僅在單個(gè)極中檢測(cè)到接地故障或短路，可以僅使該極重合閘。
[0070] 上面已經(jīng)參考附圖中所示的多個(gè)示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明實(shí)施例。一些部件或 元件的修改和替換實(shí)施方式是可行的，并且這些修改和替換實(shí)施方式被包括在所附權(quán)利要 求所限定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種交流斷路器，包括： -用于將交流負(fù)載連接至干線電源的位于帶電供電接線端子(L輸Λ_)和帶電負(fù)載接線端 子〇4細(xì))之間的火線以及位于中性供電接線端子(Ν輸人)和中性負(fù)載接線端子(Ν輸i)之間的中 性線， -位于所述火線上的第一電流隔離開關(guān)(SW2)和旁路開關(guān)(SWl)，位于所述中性線上的 第二電流隔離開關(guān)(SW3)，以及 -并聯(lián)連接至所述旁路開關(guān)(SWl)的半導(dǎo)體開關(guān)元件(IGBT)， -被布置為控制所述第一電流隔離開關(guān)(SW2)和第二電流隔離開關(guān)(SW3)、所述旁路開 關(guān)(SWl)以及所述半導(dǎo)體開關(guān)元件（IGBT)的處理單元， 所述交流斷路器還包括： -連接至所述處理單元、用于檢測(cè)短路情況或過電流情況的短路和過電流檢測(cè)單元， 其中所述處理單元還被布置為 -在確定短路或過電流情況之后，通過斷開所述旁路開關(guān)（SWl)和半導(dǎo)體開關(guān)元件 (IGBT)使所述交流斷路器跳閘，以及 -在所述斷路器的跳閘后的預(yù)定時(shí)間段之后執(zhí)行重合閘嘗試，其中所述預(yù)定時(shí)間段取 決于導(dǎo)致斷路器跳閘的情況類型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流斷路器，其中重合閘嘗試包括 -首先閉合所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(IGBT)， -監(jiān)測(cè)可能的短路或過電流情況， 且僅當(dāng)不存在短路或過電流情況時(shí)，閉合所述旁路開關(guān)(SW1)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流斷路器，其中所述處理單元被布置為在所述斷路器跳 閘之前利用所述短路和過電流檢測(cè)單元監(jiān)測(cè)實(shí)際負(fù)載電流I和負(fù)載電流增加速度dl/dt， 且如果所述負(fù)載電流增加速度dl/dt低于或等于預(yù)設(shè)的閾值，選擇第一時(shí)間段作為預(yù) 定時(shí)間段， 且如果所述負(fù)載電流增加速度dl/dt大于所述預(yù)設(shè)的閾值，選擇第二時(shí)間段作為預(yù)定 時(shí)間段， 所述第一時(shí)間段比所述第二時(shí)間段長(zhǎng)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的交流斷路器，其中所述處理單元還被配置為利用所述短 路和過電流檢測(cè)單元檢測(cè)短路情況， 且如果檢測(cè)到短路情況，通過如下方式執(zhí)行短路重合閘嘗試： -在所述干線電源的過零點(diǎn)閉合所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(IGBT); -利用所述短路和過電流檢測(cè)單元檢測(cè)短路情況是否仍然存在，以及 -如果短路情況仍然存在，直接斷開所述半導(dǎo)體開關(guān)(IGBT); -如果沒有檢測(cè)到短路情況，進(jìn)一步繼續(xù)所述斷路器的重合閘嘗試。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的交流斷路器，其中所述交流斷路器還包括 -連接至所述處理單元用于確定故障電流情況的故障電流檢測(cè)和注入單元，所述故障 電流檢測(cè)和注入單元與所述火線和中性線電流隔離， 所述處理單元還被布置為在確定故障電流情況之后使所述交流斷路器跳閘。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流斷路器，其中重合閘嘗試包括 -首先閉合所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(IGBT)， -監(jiān)測(cè)可能的故障電流情況， 且僅當(dāng)不存在故障電流情況時(shí)，閉合所述旁路開關(guān)(SW1)。7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的交流斷路器，其中所述處理單元被布置為在所述斷路器跳 閘之后利用所述故障電流檢測(cè)和注入單元監(jiān)測(cè)測(cè)試電流和電壓， 且如果故障電流被確定為電容性故障電流，選擇短的時(shí)間段作為預(yù)定時(shí)間段。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的交流斷路器，其中所述處理單元被布置為在經(jīng)過 預(yù)定次數(shù)的不成功重合閘嘗試后停止重合閘嘗試。9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的交流斷路器，其中所述交流斷路器還包括連接至 所述處理單元的通信接口，且 所述處理單元被布置為基于通過所述通信接口接收的命令執(zhí)行重合閘嘗試。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的交流斷路器，其中所述處理單元被布置為通過所述通信接口 向外部接收方發(fā)送跳閘消息。11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的交流斷路器，其中所述處理單元被布置為通過所述通信 接口發(fā)送所述斷路器的記錄數(shù)據(jù)。12. 根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)所述的交流斷路器，其中所述處理單元被布置為基于 通過所述通信接口接收的外部數(shù)據(jù)執(zhí)行重合閘嘗試。13. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的交流斷路器，還包括連接至所述處理單元且與 所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(IGBT)熱接觸的溫度監(jiān)測(cè)單元， 其中所述處理單元被布置為當(dāng)所述半導(dǎo)體開關(guān)元件（IGBT)的溫度高于預(yù)設(shè)的溫度閾 值時(shí)停止重合閘嘗試。
【文檔編號(hào)】H02H3/02GK105934858SQ201480073775
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2014年12月4日
【發(fā)明人】R·尼霍夫
【申請(qǐng)人】伊頓工業(yè)(荷蘭)有限公司