配电设备、包括这种配电设备的设施和电保护方法

摘要

配电设备包括含有主要断路装置(8)的主要部分(5),含有至少一个辅助断路装置(12)的至少一个辅助部分(11)、和连接在主要和辅助部分之间的配电线(7)。辅助部分包括辅助控制装置,如果流入所述断路装置的电流低于预置断开电流阈值就能够使所述至少一个辅助断路装置断开。分布式电设施包括至少一个这样的器件。用于配电设备的电保护方法包括在检测到故障之后,当流入辅助断路装置的电流低于预置断开电流阈值时这些装置的断开步骤(54,63)。

说明书

                        技术领域

本发明涉及配电设备，所述配电设备包括连接输入电线的输入端、和与输入端相连接并且含有被设计成供应电负载的配电馈线的电保护装置，所述保护装置包括：

主要部分，包括与连接输入电线的输入端相连接的主要断路装置、和控制主要断路装置的断开和闭合的主要控制装置，和

与主要部分的主要断路装置相连接的配电线。

本发明还涉及包括输入电线、与输入电线相连接的配电设备、和连接在配电设备与电器或负载之间的配电线的设施。本发明还涉及配电设备的电保护方法。

                          背景技术

已知的配电设备一般包括在上面配有主电路断路器的配电盘，主电路断路器通过上行线路与输入线相连接和通过下行线路与分电路断路器或保险丝相连接，以保护供应负载的配电线或电流输出插座。

包括通过中央保护单元控制断开或闭合的遥控继电器的断路器或开关可以取代分电路断路器。文件EP 0,096,601和DE 3,111,255描述了这种类型的设备。

在文件FR 2,688,951中，主电路断路器是固态电子开关，和馈线通过隔离继电器相连接。主电路断路器也可以是限流型的，象文件EP 0,834,975所描述的那一种那样。

在已知的设施中，这些配电设备可以是级联连接的。在这种情况中，断路器额定值一般是逐步降低的，以实现设备之间的可选择性。可选择性也可以通过利用区段选择联锁装置连接配电设备或它们的断路器得到提高。

现有技术设备的状态是不能使电系统设施易于管理。此外，在难以接近的分布式设施中，含有可靠性和耐用性非常高的断路装置是有利的。

                          发明内容

本发明的目的是提供可靠性和耐用性提高了的和使电设施易于管理的配电设备、包括这种配电设备的设施、和提高可靠性和电保护故障管理的电保护方法。

在根据本发明的设备中，所述保护装置包括至少一个与主要部分分离的辅助部分，所述辅助部分包括至少一个辅助断路装置和命令至少一个辅助断路装置断开和闭合的辅助控制装置，所述至少一个辅助断路装置与所述配电线和与至少一条配电馈线相连接，如果流入所述断路装置的电流低于预置的断开电流阈值，那么，所述辅助控制装置使所述至少一个辅助断路装置断开。

在优选实施例中，主要控制装置包括检测主要故障电流的第一检测装置和在预置的第一时间内命令主要断路装置断开的第一控制装置，当第一主要故障电流阈值被代表流入主要断路装置的电流的信号超过时，所述主要检测装置检测主要故障。

有利的做法是，主要控制装置在具有预置第二间隔的时间延迟之后和在检测到主要故障之后命令主要断路装置断开。

最好，预置第一时间延迟的最大值是十毫秒(10ms)。

最好，主要部分包括与连接输入电线的输入端相连接和与主要断路装置串联的联动断路器(tie breaker)。

有利的做法是，主要断路装置是含有有源半导体的断路装置。

有利的做法是，辅助控制装置包括检测流入至少一个辅助断路装置的次故障电流的第二检测装置、和如果已经检测到次故障和如果流入所述断路装置的电流低于预置断开电流阈值就命令所述至少一个辅助断路装置断开的第二控制装置，当第二次故障电流阈值被代表流入所述至少一个辅助断路装置的电流的信号超过时，所述第二检测装置检测次故障。

最好，检测流入至少一个辅助断路装置的次故障电流的第二检测装置包括检测与流入所述至少一个辅助断路装置的至少一根导线的至少一个电流相对应的极故障(polar fault)的装置。

最好，检测流入至少一个辅助断路装置的次故障电流的第二检测装置包括检测流入所述至少一个辅助断路装置的至少二根导线的地故障电流的装置。

有利的做法是，至少一个辅助断路装置是电磁继电器。辅助断路装置可以包括含有电源部件的断路装置。

在特定的实施例中，配电设备包括通信线，和至少一个辅助部分包括含有与通信线相连接的通信装置的辅助控制装置，所述通信装置能够接收闭合至少一个辅助断路装置的闭合信息。

有利的做法是，配电设备包括中央单元，所述中央单元与通信线相连接，接收状态信息和命令至少一个辅助断路装置断开和/或闭合。

有利的做法是，主要控制装置包括与通信线相连接接收控制信号的通信装置。

在特定的实施例中，辅助控制装置在通信线上发送其特性与信息通信信号不同的优先信号，当在辅助断路装置提供的馈线中检测到电故障时命令主要断路装置断开，和当在故障之后已经命令辅助断路装置断开时，命令主要断路装置闭合，主要控制装置包括检测所述优先信号和根据所述优先信号的存在命令主要断路装置断开和闭合的装置。

最好，把至少一个辅助部分安排在积木式配电或连接盒中。

有利的做法是，把至少一个辅助部分安排在积木式自动化通信模块中，所述辅助部分的辅助控制装置包括电保护功能和命令辅助断路装置的通信和自动控制功能。

最好，把包括至少两根导线的配电线、包括至少两根导线的通信线、和包括至少一根导线的接地电线安排在包括至少五根导线的扁平电缆中。

根据本发明的电设施包括输入电线、与输入电线相连接的配电设备、和连接在配电设备与电器或负载之间的配电线，配电设备是如上所定义的、含有与输入电线相连接的主要部分和与配电线相连接的至少一个辅助部分的配电设备。

根据本发明的电保护方法包括：

检测主要断路装置中的电故障的第一步骤；

检测通过配电线与主要断路装置相连接的辅助断路装置中的电故障的第二步骤；

时间延迟步骤；

主要断路装置的断开步骤；

在第二检测步骤检测到故障之后，当流入这些装置的电流低于预置断开电流阈值时，辅助断路装置的断开步骤；

在预置时间延迟之后，主要断路装置的第一闭合步骤；

在优选实施例中，该方法包括：

通过在连接在辅助断路装置和主要断路装置之间的通信线上发送优先断开命令信号命令的主要断路装置的第二断开步骤，所述优先信号是在检测到流入辅助断路装置中的故障电流时发送的；

在结束所述优先信号步骤的发送之后主要断路装置的第二闭合步骤。

在另一个实施例中，根据本发明的电保护方法包括：

检测通过配电线和通信线与主要断路装置相连接的辅助断路装置中的电故障的第一步骤；

在所述通信线上开始发送命令主要断路装置断开的优先断开命令信号的步骤；

通过在所述通信线上发送所述优先断开命令信号命令的主要断路装置的第一断开步骤；

在第一检测步骤检测到故障之后，当流入这些装置的电流低于预置断开电流阈值时，辅助断路装置的第二断开步骤；

结束优先断开命令信号的发送的步骤；和

在结束优先断开命令信号步骤的发送之后，主要断路装置的闭合步骤。

                          附图说明

通过对附图所示的和只作为非限制性例子给出的本发明的特定实施例作如下描述，本发明的其它优点和特征将更加清楚，在附图中：

图1表示包括本发明的特征的配电设备的图形；

图2表示根据本发明实施例的配电设备的主要部分的图形；

图3表示根据本发明实施例的配电设备的辅助部分的图形；

图4A、4B和4C表示根据本发明第一实施例的配电设备中的信号；

图5A、5B、5C和5D表示根据本发明第二实施例的配电设备中的信号；

图6表示根据本发明实施例的设备和设施的图形；

图7表示根据本发明实施例的电设施的布局；

图8表示根据本发明实施例的第一电保护方法；和

图9表示根据本发明实施例的第二电保护方法。

                       具体实施方式

图1所示的配电设备包括使输入线2与含有供应电负载的馈线4的电保护装置3相连接的电连接输入端1。这些电保护装置包括通过主要断路器6与输入端1相连接的主要部分5和配电线7。主要部分5包括主要断路装置8，串联在输入端1与配电线7之间，接通或断开配电线7中的电流；和主要控制电路9，与所述主要断路装置8相连接，命令所述设备8断开和闭合。安排在与主要断路装置8相连接的至少一根导线上的至少一个电流传感器10供应代表流入设备8的电流Ip的信号。

配电线7提供与主要部分分离的至少一个辅助部分11，所述至少一个辅助部分11包括至少一个辅助断路装置12和命令至少一个辅助断路装置12断开和闭合的至少一个辅助控制电路13。所述至少一个辅助断路装置12与配电线7和与至少一根配电馈线4相连接。至少一个电流传感器14被安排在与辅助断路装置相连接的至少一根导线上，供应代表流入所述辅助断路装置12的电流的信号。

当辅助断路装置是含有电触点的设备，例如，继电器时，最好通过防止触点受到磨损来提高可靠性和延长寿命。当辅助部分分布在设施的几个地方上和难以接近时，这个优点尤为重要。

当流入的这个装置电流低于预置断开电流阈值时，辅助控制电路13就命令或允许辅助断路装置断开。因此，当发生电故障时，控制电路13通过电流传感器14检测必须断开的辅助断路装置，然后等待主要断路装置断开，以限制流入所述辅助设备的电流。接着，当电流下降到低于预置断开电流阈值时，控制电路就向与故障有关的辅助断路装置发出断开命令。通过以这种方式的动作，辅助电路触点受到保护，因此，提高了可靠性和延长了寿命。

主要控制电路9包括用于确定主要故障电流的装置，和在流过辅助断路装置的故障电流已经下降之后，在足以让这个辅助断路装置断开的预置第一时间内命令主要断路装置断开。这个时间还应该足够短，不致于由于电流中断使电路的工作受到干扰。例如，第一时间间隔的值可以是10毫秒(ms)。有利的做法是，在具有预置第二间隔的时间延迟之后命令主要断路电路断开，使辅助控制电路能够检测到故障的存在，以便随后命令辅助断路装置断开。

在另一个实施例中，配电设备包括通信线15，用于连接被安排在至少一个辅助部分中，和尤其在中央通信单元16和主要部分中的通信电路。在辅助部分中，尤其在电故障已经被排除之后，通信电路可以从至少一个辅助断路装置接收闭合信息。中央单元可以接收状态信息和命令至少一个辅助断路装置闭合和/或断开。

主要部分5的控制电路9包括与通信线15相连接接收控制信号的通信电路。有利的做法是，当在辅助断路装置提供的馈线中检测到故障时，辅助控制电路13在通信线上发送其特性与传统通信信号不同的特定优先信号Sp，命令主要断路装置8断开。当在故障之后已经命令辅助断开设备断开时，特定优先信号Sp还命令主要闭合装置闭合。因此，主要控制电路9包括用于检测所述特定优先信号和根据所述特定优先信号的存在命令主要断路装置断开和闭合的装置。

图2显示了包括主要控制电路9的主要部分5的简化方块图。电流传感器10向比较器17供应代表流入主要断路装置8的至少一根导线的电流Ip的信号。将这个信号与参考阈值18相比较。如果发生了电故障，那么就超过阈值，和比较器命令时间延迟T1的断开延迟设备19，使辅助控制电路能够检测故障。然后，延迟动作电路20在使辅助断开电路能够断开的时间T2内命令主要断路装置断开。时间T1最好小于1毫秒和时间T2最好小于10毫秒。电路18和19可以以相反的次序排列，对装置8的控制效果是相同的。

图2所示的电路9包括通信电路21，使主要断路装置能够根据在通信线上发送的控制信息或根据特定优先信号Sp在线上的存在接受命令。因此，当辅助控制电路发送的信号Sp存在于线上时，装置8在所述信号Sp的整个间隔内都是断开的。

图3显示了包括辅助控制电路13和辅助断路装置12的辅助部分11的简化方块图。装置12是包括电触点22的电磁继电器。电流传感器14向比较器23供应代表辅助电流Is的信号，如果电流Is低于预定断开阈值，那么比较器23就允许继电器12断开。这个阈值是通过参考单元24供给比较器23的。为检测故障的存在，第二比较器25接收代表电流Is的信号并将该信号与参考部分26所表示的故障阈值相比较。当超过故障阈值时，比较器25把断开命令发送到存储电路247。然后，如果存储了断开命令和如果电流下降到低于断开阈值，那么，与比较器23和与存储电路27相连接的命令电路28就命令继电器断开。在某些情况中，辅助断路装置12还可以包括尤其用于调节电流或电压或用于调整亮度或改变速度的、含有电源部件的器件。

在图3所示的实施例中，辅助控制电路包括通信电路29，与通信线15和与比较器25之类检测电故障的装置相连接。当检测到故障时，它在通信线15上发送特定优先信号Sp，命令主要断路装置8断开。在发送信号Sp期间，电流不断下降或中断，一旦传感器14检测的电流下降到低于断开阈值，就可以命令辅助断路装置12断开。

通信电路29还可以为与尤其安排在中央通信单元16或主要部分3中的其它通信装置通信的用途服务。在这种情况中，电路29可以发送来自不同辅助断路装置的状态信息、和/或与流入馈线的电流的值有关的信息。电路29还可以接收尤其由中央通信单元或主要部分发送的、辅助断路装置的闭合或断开命令。

图2和3所示的图形是显示控制电路所执行的功能的象征性实施例。这些电路可以以其它形式实现。尤其可以把它们集成在微处理器中、微控制器中、包括模拟电路、数字电路和/或模拟-数字转换器的器件中。控制电路9和13可以具有信号处理功能和电保护和解扣功能。例如，rms(均方根)或峰值电流处理功能和长延迟、短延迟、瞬时、和/或地保护解扣功能。

图4A、4B和4C显示了根据第一实施例的装置的工作曲线。在图4A中，两条曲线30和31表示由检测主要电流Ip的电流传感器10和检测辅助电流Is的电流传感器14检测的短路电流，和曲线32表示连续的预测短路电流。图4B表示主要断路装置8的控制和图4C表示辅助断路装置12的控制。

在时刻t1，辅助断路装置中电流Is超过辅助控制电路13中电故障的检测阈值S3。然后，在时刻t2，电流Ip超过主要控制电路9中电故障的电流检测阈值S1。在短间隔的时间延迟T1之后，在时刻t3，命令主要断路装置断开和辅助断路装置保持闭合。然后，在时刻t4，辅助电流Is下降到低于断开阈值S2，命令辅助断路装置断开。当辅助断路装置已经断开时，在时刻t5，命令主要断路装置闭合。因此，对发生故障的馈线的供电被中断，而辅助断路装置的触点没有受到任何磨损。时刻t3和t5之间的、对主要断路装置的供电被中断了的时间间隔T2很短，不会干扰电设施的工作。供电中断时间短于AC(交流电)主要电源系统的一个全波长。有利的做法是，供电中断时间大约是一个半波长，即大约从8毫秒到10毫秒。

图5A、5B、5C和4D显示了根据第二实施例的装置的工作曲线。在图5A中，两条曲线30和31表示由检测主要电流Ip的电流传感器10和检测辅助电流Is的电流传感器14检测的短路电流。图5B表示可以发送通信信号33和特定优先信号Sp的通信线15上的信号。图5C表示主要断路装置8的命令和图5D表示辅助断路装置12的命令。

在时刻t10，辅助电流Is超过辅助控制电路13中电故障的检测阈值S3。然后，电路13促成通信线15上的信号Sp，和中断通信信号帧33。主要控制电路5检测特定优先信号Sp和命令主要断路装置8断开。电流Ip和Is不断下降，然后在时刻t11，控制电路13检测到下降到低于断开阈值S2的电流Is。然后命令出现故障的辅助断路装置12断开。接着在时刻t12，当装置12已经断开时，中断信号Sp，和主要控制电路命令主要断路装置闭合。然后再次发送通信信号帧33。

特定优先信号Sp具有与通信信号帧33不同的特性。它可以是，例如，幅度与帧信号不同的DC(直流)电压。有利的做法是，信号Sp可以具有与如图5B所示的通信信号脉冲相反的极性。

在第二实施例中，也可以把配电设备设计成以第一实施例所述的工作模式工作。所检测的故障电流可以是短路、过载和/或接地故障电流。

在图6所示的图形中，主要部分5包括连接在输入端1和主要断路装置8之间的联动断路器6。主要断路装置8是有源半导体器件。在这个实施例中，配电线电路7包括两根导线，通信线15包括两根导线，和接地电线34包括一根导线。最好，配电线导线、通信线导线和地线导线被安排在包括至少五根导线的扁平电缆35中。扁平电缆35可以通过适当的连接或接线盒39连接。

辅助部分11可以形成积木式自动化系统通信模块的组成部分。在这种情况中，控制电路13可以包括电保护功能、和命令辅助断路装置的通信和自动控制功能。可以把辅助部分11安排在配电或连接盒中。

图7所示的辅助部分11包括极电流传感器14和差分或地故障保护电流传感器36。馈线4通过配电线37供应如光源、电流插座、加热电器、或电机之类的电负载38。

辅助断路装置12最好是包括电触点的电磁继电器，这些继电器可以是双稳态型的，具有一个稳态闭合位置和一个稳态断开位置。

图7显示了能够把根据本发明实施例的特征包括进来的电设施的布局。辅助部分11可以位于难以接近的地方，譬如，天花板上。

图8所示的流程图表示配电设备或电设施的第一种电保护方法，配电设备或电设施包括含有主要断路装置的主要部分、含有辅助断路装置的至少一个辅助部分、和主要部分与辅助部分之间的配电线。

在这种方法中，在第一步骤50，主要控制电路可以检测流入主要断路装置的电流中的电故障。在步骤51，短间隔的时间延迟T1使辅助部分能够对故障加以考虑。在步骤52，辅助断路装置中的故障电流的辅助控制电路可以检测电故障。在步骤53，主要断路装置断开，以限制或暂时中断辅助断路装置中的电流。然后，在步骤54，当流入发生故障的辅助断路装置的电流低于断开电流阈值S2时，命令这个设备断开。在步骤55，在时间延迟T2之后，命令辅助断路装置闭合。这个时间可能取决于，例如，辅助断路装置的断开时刻。在步骤56，可以指示辅助断路装置馈线中的故障。可以把这样的指示记录在主要部分中，或在通信线上将其从辅助部分或主要部分发送到中央通信单元。在步骤57，如果在辅助断路装置已经断开之后故障仍然存在，或如果辅助断路装置不存在故障电流，那么命令主要断路装置断开。如果辅助部分的馈线上的故障已被排除，那么，可以命令辅助断路装置闭合，重新让电流通过。有利的做法是，可以通过通信线从中央通信单元或主要部分发送命令。

图9所示的流程图表示配电设备或电设施的第二种电保护方法，配电设备或电设施包括含有主要断路装置的主要部分、含有辅助断路装置的至少一个辅助部分、和主要部分与辅助部分之间的配电线和通信线。

在这种方法中，在第一步骤60，辅助控制电路可以检测流入辅助断路装置的电流中的电故障。当检测到故障时，在步骤61，在通信线上发送特定优先信号Sp，命令主要断路装置断开。只要信号Sp存在，在步骤62，主要断路装置就一直保持断开。然后，在步骤63，当辅助断路装置中的电流Is低于断开阈值S2时，命令这个断路装置断开。接着，当断路装置已经断开时，步骤64标记发送优先信号Sp已经结束了。在步骤65，接着重新闭合主要断路装置和重新供电。

在步骤66，可以在通信线上发送代表辅助断路装置的状态，尤其是因电故障而断开之后处在断开位置的设备的状态的信息。在这个信息中，还可以标识解扣或断开的原因，尤其是短路、过载、地漏电流、或紧急停止命令。在步骤67，可以在通信线上发送辅助断路装置闭合命令。这个命令尤其与电故障已被排除之后辅助断路装置的闭合有关。

图8和9所示的方法可以独立执行，也可以结合成单种方法。配电设备和设施可以含有根据第一种方法执行的部分、根据第二种方法执行的部分和/或根据这两种方法的组合执行的部分。