[发明专利]用于切断载流线路中的故障电流的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于切断载流线路中的故障电流的设备。所述设备包括用于断开该线路的开关元件和至少一个用于触发这一断开操作的执行器。本发明此外还涉及一种借助载流线路中的开关元件来切断该线路中的故障电流的方法。

背景技术

这类用于切断故障电流(特别是短路电流)的设备通常设置在三相网络(尤其是三相供电网)中。此时，该设备具有三个开关元件。这类设备也可设置在配电网中，该配电网包含单独一个与一条中性导线相连的载流导线。此时，该设备可具有一个或两个开关元件。

出现短路时，这种设备的开关元件必须很早就使其开关触点断开，以便迅速形成对短路电流起限流作用的电弧电压。为此，需要对快速检测短路的算法、快速脱扣系统、电动断开力以及快速的电弧漂移(Bogenlaufen)加以充分利用。

将电流输向某一开关元件的相关开关触点的载流通路所采用的结构设计使得流经电流对该触点产生断开力。这种情况称为“电流断开力”。这种方案的优势在于，一旦出现大电流就能毫无延迟地瞬时产生断开力。然而，一般情况下仅凭电流断开力还不足以完全断开开关元件的触点。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于快速切断故障电流的设备，发生短路时，特别是已出现短路状况时，这种设备能够以简单、低成本的方式将相关载流线路快速断开。本发明的另一目的是提供一种快速切断故障电流的方法，这种方法同样具有上述优点。

在设备方面，本发明用来达成上述目的的解决方案是具有权利要求1所述特征的用于切断载流线路中的故障电流的设备。在方法方面，本发明用来达成上述目的的解决方案是具有权利要求10所述特征的用于切断载流线路中的故障电流的方法。从属权利要求涉及的是本发明的有利的改进方案。

本发明用于切断载流线路中的故障电流的设备包括用于断开该线路的开关元件和至少一个用于触发这一断开操作的执行器。此外，还设有用于检测所述开关元件中的电弧并在检测到电弧的情况下驱动所述执行器的装置。所述装置进而具有复数个用于对流经所述开关元件的电流进行测量的第一构件。所述装置最后还具有复数个用于对一个表示所述开关元件上的电压的值进行确定的第二构件。

本发明借助载流线路中的开关元件来切断该线路中的故障电流的方法，其步骤如下：

-测量流经所述开关元件的电流，

-确定一个可以表示所述开关元件上的电压的值，

-根据所述电流和所述表示电压的值来确定一额定值(Bemessungswert)，

-将该额定值与阈值进行比较，以及

-在比较结果的基础上触发所述开关元件断开所述线路。

所述开关元件可以是断路器(特别是低压用断路器)的一部分。为此，所述开关元件采用一种可以使流经电流对其触点产生断开力的设计。出现过电流或短路电流时，这样就可以使得触点彼此断开。此时会产生电弧，这个电弧尽管允许电流继续通过，但会限制电流强度。符合上述原理的开关(特别是断路器)包含一个或多个开关元件。

本发明建立在对流经线路及开关元件的电流进行测量的基础上。测量电流的方法多种多样。例如使用电流互感器测量电流。也可使用罗氏线圈。也可在分流电阻上测量电流。采用变压器式分接点(transformatorischerAbgriff)(即电流互感器或罗氏线圈)的优点是可实现与线路上可能存在的高电压的直流隔离。

此外，本发明还采用一个表示所述开关上的电压的值。将这个值与测得电流相结合来触发使得开关元件的触点断开的操作。举例而言，可根据电流和这个表示电压的值来确定一额定值。再将该额定值与阈值进行比较。一旦高于或低于这个阈值(视具体计算方法而定)，就会引发断开操作，例如使得闭锁装置脱扣。

因此，本发明的优点在于只需使用电变量就能确定脱扣标准。无需确定其他物理变量，例如电弧引起的压力增加等等。

举例而言，可将所述开关上的电功率的瞬时值作为所述额定值。当开关处于闭合状态时，功率几乎为零。但是当开关触点彼此轻微分开，从而引发电弧燃烧时，开关中会在一定的电弧电压下产生电流，这两个值随时间变化很大。众所周知，开关上所消耗的电功率是电流与表示电压的值的乘积。如果脱扣器采用这个功率的瞬时值(即该瞬时值与阈值的比较结果)作为脱扣标准，那么这个脱扣器就是基于功率的脱扣器。

作为替代方案，也可采用基于能量的脱扣器，具体实现方式是：根据至少两个时间点上的电流与表示电压的值的乘积之和来产生所述额定值。换言之就是将例如瞬时功率的多个(至少两个)值相加，由此得到开关的脱扣标准。对多个功率值进行积分运算所产生的值表示的是在电弧中发生转换的总能量。