低压断路器和故障电弧识别单元的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于低压交流电路的低压断路器、一种根据权利要求3的前序部分的用于低压交流电路的故障电弧识别单元以及一种根据权利要求9的前序部分的用于对低压交流电路进行故障电弧识别的方法。

背景技术：

1、断路器是一种保护设备，其功能与保险装置类似。断路器监视借助导体流经该断路器的电流，并且当超过保护参数、诸如电流边界值或电流-时间段边界值时(即，当存在针对一定的时间段的电流值时)，中断到能量汇点或耗电器的电流或能量流，这被称为触发。所设置的电流边界值或电流-时间段边界值是对应的触发原因。中断例如通过断开断路器的触点来实现。

2、特别是对于低压电路、低压设备或低压电网，依据电路中所规定的电流大小，存在不同类型的断路器。在本发明的意义上，断路器尤其是指如其在低压设备中针对63至6300安培的电流、特别是额定电流或最大电流所使用的开关。更具体地，封闭式断路器用于63至1600安培的电流、特别是125至630或1200安培的电流。敞开式断路器特别地用于630至6300安培的电流、更具体地1200至6300安培的电流。

3、敞开式断路器也被称为空气断路器，简称acb，并且封闭式断路器也被称为塑壳断路器或紧凑型断路器，简称mccb。

4、低压是指直至1000伏的交流电压或1500伏的直流电压的电压。更具体地，低压特别是指大于具有50伏的交流电压或120伏的直流电压的值的小电压的电压。

5、在本发明的意义上，断路器尤其是指具有用作控制单元的电子触发单元(也称为电子脱扣器(electronic trip unit)，简称etu)的断路器。

6、在低压交流电路或低压设备或低压电网中，短路通常与出现故障电弧、例如并联或串联的故障电弧有联系。特别是在强功率的配电设备和开关设备中，在没有足够快速地进行关断的情况下，这些故障电弧可能导致对运行部件、设备部件或整个开关设备的灾难性损坏。为了避免能量供应的持续较长且大面积的故障并减少人身伤害以及一般损失，必须在几毫秒内识别和消除这种故障电弧，特别是强电流或并联的故障电弧。能量供应设备的传统保护系统不能提供满足必要的时间要求的可靠保护。

7、在此所指的并非例如在电气开关中、特别是在触点上出现的开关电弧。

8、故障电弧是指例如在电路中或设备中发生电气故障时出现的电弧。例如，该故障电弧可能是由于短路或连接不良而造成的。

9、如果电流在有故障的相导体中流动，该相导体例如具有例如由于挤压而导致的减小的横截面，则由于载流能力的降低，由此这导致不允许的加热，并且作为其结果必要时导致导体熔化并导致串联故障电弧。如果出现与另外的相导体的(快速)短路(fastkurzschluss)，则这被称为并联故障电弧。并联故障电弧例如可能是由于绝缘材料的老化或相导体之间存在导电污染而引起的。并联故障电弧可以出现在两个不同的相导体之间、相导体(l)与接地导体(pe)之间或相导体与中性导体(n)之间。在许多情况下，由于串联电弧、例如由于不专业的工作或接触装置的尺寸不正确也会产生并联电弧。如果电弧具有并联故障电弧和串联故障电弧的特性，则这被称为复合故障电弧。

10、通常，故障电弧导致导体与设备部件之间的导电故障连接。

11、目前存在识别故障电弧的不同可能性。一种可能性在于，通过分析特征特性来从测得的电压值和电流值中识别出故障电弧。这通常通过借助微处理器对电压值和电流值进行分析或者执行对应的计算来实现。为了可靠地识别故障电弧或避免识别中的错误，对于许多算法必须存在相位准确的电压值和电流值，由此虽然没有故障电弧也不会继续导致中断低压电路。

12、电压通常利用电压传感器来确定，该电压传感器通常相位准确地工作。迄今为止，为了确定电流，已经使用测量电阻(所谓的分流器)。在此，测量已知电阻上的电压，并由此确定电流。由此提供了对电流大小的相位准确的确定。然而，测量电阻具有如下缺点，即在该测量电阻上出现与电流大小成比例的巨大损耗功率。特别是在强电流的低压交流电网中，该损耗功率不能忽略。

13、另一方面，存在罗戈夫斯基线圈来确定电流大小。该罗戈夫斯基线圈提供与微分电流成比例的电压。通过对该电压进行积分可以确定电流大小。罗戈夫斯基线圈具有如下缺点，即所确定的电流大小是相位不准确的。这是由于罗戈夫斯基线圈的线圈的漏磁场电感引起的。然而，罗戈夫斯基线圈具有如下优点，即其具有电势隔离、高耐流强度和较小的结构尺寸。关于这点，de 10 2010 011 023a1公开了一种三极或四极低压断路器，其具有用作电流传感器的罗戈夫斯基线圈。此外，fr 3 059 783 a1公开了一种用于制造针对断路器的测量传感器的方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，特别地对于低压断路器和故障电弧识别单元，能够使用罗戈夫斯基线圈来确定相位准确的电流值，尤其是以用于故障电弧识别。

2、该技术问题通过具有权利要求1的特征的低压断路器、具有权利要求3的特征的故障电弧识别单元或具有权利要求9的特征的方法来解决。

3、根据本发明提出了一种用于低压交流电路的装置、特别是低压断路器或故障电弧识别单元，其具有：

4、-至少一个用于确定低压交流电路的导体的电流大小的罗戈夫斯基线圈、特别是用于所有导体的罗戈夫斯基线圈，其输出模拟电压(p1)，该模拟电压是导体的电流大小的等效量。

5、对于低压断路器，设置了：

6、-带有触点的中断单元，用于中断低压交流电路，

7、-带有微处理器的电子触发单元，其与至少一个罗戈夫斯基线圈和中断单元连接，该电子触发单元被设计为在超过相导体的电流边界值和/或电流-时间段边界值的情况下，促使低压交流电路中断。

8、对于故障电弧识别单元，设置了：

9、-至少一个用于确定低压交流电路的导体(11)的电压大小的电压传感器()、特别是用于每个导体的电压传感器，

10、-具有微处理器，该微处理器利用所确定的低压交流电路的电流大小和电压大小执行故障电弧识别，并且在超过至少一个边界值时输出故障电弧识别信号。

11、根据本发明，装置被设计为使得罗戈夫斯基线圈(或每个罗戈夫斯基线圈)(分别)与模拟积分器连接，在该模拟积分器之后(分别)跟随有模数转换器，该模数转换器(分别)将积分后的模拟电压(分别)转换为数字信号，该数字信号(分别)被微处理器进一步处理，使得对由罗戈夫斯基线圈和连接在罗戈夫斯基线圈下游的组件(特别是模拟积分器)所产生的相移进行补偿，从而确定相位正确的电流值，该相位正确的电流值用于识别故障情况以保护低压交流电路，特别是用于故障电弧识别。

12、这具有特别的优点，即可以利用所述优点将罗戈夫斯基线圈特别地用于识别故障电弧，其中，由于对相移进行了补偿，也可以使用将简单的算法来进行故障电弧识别，或者算法在此提供可靠的结果，并且避免对待保护的低压电路的错误中断。

13、在从属权利要求中说明了本发明的有利的设计方案。

14、在本发明的一种有利的设计方案中，在罗戈夫斯基线圈与模数转换器之间设有放大器。特别地，在此可以设置差分放大器，以便执行对幅度的提高。这具有特别的优点，即除了可以进行对电流值的相位准确的确定之外，还可以进行幅度适当或幅度准确的调整。

15、在本发明的一种有利的设计方案中，在罗戈夫斯基线圈或积分器的下游连接滤波器，或者在模数转换器的上游连接滤波器。这具有特别的优点，即可以对模拟信号进行滤波，以便抑制干扰分量或者实现对待进行模数转换的信号的更好的频率限制。

16、在本发明的一种有利的设计方案中，罗戈夫斯基线圈的特征在于互感、漏磁场电感和绕组电阻；模拟积分器具有至少一个电阻-电容器装置，其具有合成的电容和合成的电阻。这具有特别的优点，即除了选择罗戈夫斯基线圈的主要参量之外，还可以提供模拟积分器的特别简单的实现方式。

17、在本发明的一种有利的设计方案中，借助互感、漏磁场电感、合成的电容以及由绕组电阻和合成的电阻构成的和，从数字信号中计算出相位正确的电流值。这具有特别的优点，即能够利用几个重要的值、例如至少2个值来实现对相位准确的电流值的确定。

18、在本发明的一种有利的设计方案中，导体的电流大小的相位正确的数字电流值通过以下公式来计算：

19、

20、这具有特别的优点，即给出了对于相位准确或相位正确的电流值的特殊的计算可能性。

21、根据本发明，还要求保护一种类似的方法，

22、-其中，确定低压交流电路的至少一个导体的电压值，

23、-其中，利用罗戈夫斯基线圈确定低压交流电路的至少一个导体的电流值，其中罗戈夫斯基线圈输出模拟电压，该模拟电压是导体的电流大小的等效量，

24、-将电压值和电流值馈送到微处理器，微处理器被设计为执行故障电弧识别，并且在超过至少一个边界值的情况下输出故障电弧识别信号。根据本发明，对模拟电压进行积分并且进行进一步处理，使得对由罗戈夫斯基线圈和积分器以及必要时由另外的组件所产生的相移进行补偿，从而确定并使用相位正确的电流值，以进行故障电弧识别。

25、所有设计方案，无论是以依赖的形式与权利要求1、3或9相关，还是仅与权利要求的各个特征或特征组合相关，都导致对罗戈夫斯基线圈的使用的改进，特别是对于故障电弧的确定。