防止功率高峰的組件的制作方法

專利名稱：防止功率高峰的組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及過壓保護單元，其包括過壓保護模塊，該過壓保護模塊包括至少一個具有最大操作功率閾度的可變電阻。電氣開關設備包括用于連接到待保護線路的輸入、由脫扣機構控制的主觸頭、以及連接到過壓保護模塊的輸出。所述模塊的機械致動裝置互連到脫扣裝置以致動主觸頭的打開。過壓保護單元包括用于在所述可變電阻達到它的最大操作功率水平以前指令脫扣機構的斷開裝置。
背景技術：
已知將包括設置有非線性電壓可變元件的電涌限制器的過壓保護裝置與由促動機構促動的開關裝置相關聯。電涌限制器和電氣開關裝置串聯連接。稱為避雷器的電涌限制器集成過壓保護部件，例如，可變電阻、充氣火花隙或者突 變二極管。每個過壓保護部件包括它自己的壽命結束模式，其取決于使用的技術。特別地，對于可變電阻，現有技術描述兩種不同的壽命結束模式。第一壽命結束模式在于與泄漏電流流動通過可變電阻有關的生熱。總的來說，當可變電阻的老化加速時該泄漏電流及時增大。另一惡化模式在于可變電阻的快速短路。該類型的失效發生在存在雷擊或者超過部件的功率容量的電力系統的工業過壓的情形下。如在文獻EP1607995中描述的，電開關裝置可以采取分別對應電觸頭的打開狀態和閉合狀態的脫扣位置和閉合位置。脫扣電路與致動機構協作以使得斷開裝置的觸頭運動到打開狀態，特別是在電涌限制器特別地在所述非線性元件的壽命結束時遭到損壞的情形下。電涌限制器明顯包括連接到熱分離器的可變電阻。在操作錯誤之后在可變電阻的溫度升高太多的情形下，熱分離器的熔融直接作用在致動機構上并使得電開關裝置的電觸頭打開。熱分離器被布置在可變電阻以及由間接傳導所致的熱量的環境中。間接傳導指的是，流動通過可變電阻的電流并不流動通過熱分離器。直接傳導指的是，電流流動通過熱分離器。特別地，由間接傳導的熱分離器加熱的使用有時具有缺點。根據用于形成分離器的材料的選擇以及根據用于形成分離器的材料的體積，必須校準熱分離器。熱分離器一般被校準以在泄放電流流動通過其中的可變電阻的溫度升高之后熔融。但是，該同一熱分離器并沒有設計來當在雷擊后可變電阻生熱時熔融。如果在雷擊之后熱分離器熔融導致電涌限制器不能用于將來的雷擊，該后一情形是不期望的。當接地故障發生或者在公共配電網上執行減載荷時如果在電力系統上存在短暫的過壓，在避雷器中散發的能量會是高的并且快速導致過壓保護部件遭到破壞。這些發生在電力系統上的短暫過壓在此及后稱作T0V。由TOV導致的故障電流還使得可變電阻生熱，其可由熱分離器進行檢測。故障電流的量值在該情形下比在與可變電阻的老化有關的泄漏電流的情形下大許多。該熱分離器因此理論上必須相對短時間常數(數秒)地進行操作以抵消TOV的影響并具有相對長時間常數(數分鐘，或者甚至數小時)以抵消產生弱的泄放電流的可變電阻故障。而且，該熱分離器在存在雷擊的情形下必須不工作。
當前，如在專利申請FR284678中描述的，某些電磁脫扣裝置使得當短路電流流動通過過壓保護部件時這些部件能夠受到保護。為了執行避雷功能，同時保證當25kA的雷電電流流動通過設備時在設備端子處小于2. 5kV的電壓，有必要最小化串聯連接的過壓保護部件以及斷開裝置的總阻抗以為了不增大整個裝置的保護電壓。如果總阻抗太高以使得避雷保護電壓高于2. 5kV，那么與避雷器并聯的敏感負載不能正確地被保護而免于電弧危險。如果脫扣范圍廣泛并且特別地如果期望通過低強度的電流，典型地從幾安培到幾十安培的電流，進行脫扣，那么電磁脫扣裝置是完全不適合的。出于示例目的，保護裝置必須從30安培脫扣以保證與熱保護的重疊區。在沒有重疊的情形下，可以使得過壓保護部件短路而該故障不會被保護裝置檢測到。對于電磁脫扣裝置，例如包括閘刀的致動器，可以觀 察到，安培/圈(螺旋圈數)的值非常大，因此與最大可能的阻抗值不相容以能夠符合保護電壓標準。現有檢測系統并不保證無論涉及的工作模式如何以及故障電流的強度如何可變電阻都不短路。因此，當可變電阻短路時，在過壓保護部件的端子之間形成電弧。如果設備的短路電流水平非常高(典型地，高于50kArms)，那么關于該電弧的影響是大的。特別地，在雷電保護部件位于其中的殼體中產生的與電弧有關的過壓力能夠達到高于殼體的機械耐受水平的值。因此，殼體會被破壞并且導致與電氣設備的其他部分的外部電弧閃絡。而且，即使短路電流的量值由與避雷器關聯的斷路器進行限制，線路上連接的斷路器(或者保險絲)仍會檢測到該短路電流并使得斷路器打開。該不期望的打開會導致在整個電氣設備上的配電損失。

發明內容
因此，本發明的目的是消除現有技術中的問題以提出一種過壓保護單元。根據本發明的保護單元的斷開裝置包括第一熱斷開裝置，該第一熱斷開裝置包括第一斷開功率閾度以防止可變電阻遭受低于第一電流水平的稱作弱電流的電流。第二電子斷開裝置包括第二斷開功率閾度以防止可變電阻遭受在第一和第二中間電流水平之間的稱作中等電流的電流。機械斷開裝置包括第三斷開功率閾度以防止可變電阻遭受高于第三電流水平的稱作強電流的電流。三個斷開功率閾度低于最大操作功率閾度。根據優選實施例，第一電流水平高于或等于第一中間電流水平，第二中間電流水平嚴格地高于第一中間電流水平，第二中間電流水平高于或等于第三電流水平。機械地連接到可變電阻的第一熱斷開裝置優選地包括第一熱分離器，在可變電阻的過熱作用于機械致動裝置的情形下第一熱分離器熔融，所述第一熱分離器包括第一熔融時間常數和第一熔融溫度。第一裝置包括第二熱分離器，在可變電阻的過熱作用于機械致動裝置的情形下，第二熱分離器熔融，所述第二熱分離器包括第二熔融時間常數和第二熔融溫度，第二熔融溫度高于第一熔融溫度，第一熔融時間常數高于第二熔融時間常數。第一熱斷開裝置有利地包括提供位移力的柔性裝置，該位移力用于將驅動裝置從第一加載位置位移到脫扣位置，驅動裝置從而由第一和第二熱分離器機械地保持在在加載位置，兩個熱分離器中的一個的熔融釋放驅動裝置的運動。根據變體模式，第一熱分離器和第二熱分離器分別施加第一和第二保持力在驅動裝置上，所述保持力以串聯方式施加在驅動裝置上，從而熱分離器的熔融相繼導致取消保持力中的一個以及釋放驅動裝置的運動。根據另一變體模式，第一熱分離器和第二熱分離器分別施加第一和第二保持力在驅動裝置上，所述保持力以并行方式施加在驅動裝置上，從而熱分離器的熔融相繼導致兩個保持力中的一個的取消、另一保持力的取消以及驅動裝置的運動。根據優選實施例，所述第二電子斷開裝置包括連接到處理裝置的電流測量裝置。根據優選實施例，所述第三斷開裝置包括與其中集成有電觸頭的電氣開關設備的熄弧溝相關聯的活塞。優選地，當存在稱作強電流的電流的情形下由于電觸頭的推斥發生壓力波時，所述活塞運動，活塞的運動指令脫扣機構。


其它的優點和特征將從以下在附圖中示出、僅以非限制性例子目的給出的本發明的特定實施例的描述變得更加清楚、明顯，其中圖I示出根據本發明的優選實施例的保護單元的示意性視圖；圖2和3示出根據圖I的保護單元的示意性視圖；圖4示出根據圖I的過壓保護單元的保護模塊的透視圖；圖5、6和7示出根據圖4的保護模塊的操作的細節視圖；圖8示出根據圖4的保護模塊的實施例的側視圖；圖9示出根據圖4的保護模塊的實施例的透視圖；圖10示出根據圖I的保護單元的開關設備的機械脫扣裝置和脫扣機構的透視圖；圖11示出根據圖10的機械脫扣裝置的詳細透視圖；圖12示出代表根據圖I的保護單元的保護水平的時間/電流曲線圖；圖13示出在特別地與存在TOV相關的快速溫度升高的情形下保護模塊的溫度曲線圖；圖14示出在雷擊情形下保護模塊的溫度曲線圖；圖15示出在慢的溫度升高的情形下保護模塊的溫度曲線圖。
具體實施例方式如圖1、2和3所示，根據本發明的過壓保護單元100包括用于經由機械致動裝置33連接到電氣開關設備21的至少一個保護模塊20。作為如圖3所示的示例性實施例，過壓保護單元包括四極開關設備21。所述保護單元100的保護模塊20然后包括分別連接到開關設備21的極的四個可變電阻I。根據特定實施例，根據本發明的過壓保護單元100用于一方面連接到至少一個電流線，另一方面接地。根據未示出的另一特定實施例，根據本發明的過壓保護單元100用于連接在相和中性之間。例如，如圖I所示，根據本發明的過壓保護單元100用于一方面經由開關設備21的至少第一連接端子22連接到至少一個電流線，另一方面經由保護模塊20的至少一連接器6接地。
電氣開關設備21包括用于連接到待保護的線路的至少一個第一連接端子22和用于連接到過壓保護模塊20的連接端子B至少一個第二連接端子25A。開關設備21包括由脫扣機構24控制的主觸頭。脫扣裝置24，27用于與過壓保護模塊20的機械致動裝置33互連。根據本發明的一個實施例，開關設備21包括與所述至少一個第一連接端子22電連接的第一連接電極62和與所述至少一個第二連接端子25A電連接的第二可動電極23。
第一電觸頭定位在第一連接電極62上，第二電觸頭定位在第二可動電極23上。當電觸頭閉合時，可動電極23與連接電極62接觸。開關設備21進一步包括脫扣機構24。所述機構設計來被促動以使得可動電極23運動并且機械地使得電觸頭永久地打開。開關設備21被校準以傳送10/350或者8/20類型的雷電波電流而脫扣機構24并不致動。開關設備21的校準事實上被執行得以使得脫扣機構24在10/350或者8/20類型的雷電波電流情形下當能量低于由過壓保護部件支持的最大能量時保留鎖定。每當雷電波電流流動通過脫扣機構24時，脫扣機構24事實上并不使得觸頭總是打開。而且，開關設備21還被校準以致動脫扣機構24以及使得觸頭永久地打開以便改變短路電流。脫扣功率閾度直接依賴于10/350或者8/20類型的雷電波電流，對此，并不期望觸頭打開。保護裝置包括至少一個熄弧溝70，用于熄滅電弧。所述至少一個熄弧溝70包括設計用于冷卻電弧然后熄滅電弧的消電離作用鰭71。根據未示出的開關設備21的替代實施例，所述設備包括至少一個單極相單元，其也稱作盒。每個單極相單元執行單一極的中斷。所述單元有利地為由模制塑料形成的平坦外殼的形式，具有兩個分開某一距離的平行的大的面板。外殼由兩部分形成，這兩部分優選地鏡像對稱，通過任何適當的方法在它們的大的面板上固定到彼此。單極相單元包括罩在外殼中的中斷機構。中斷機構優選地為旋轉雙中斷類型的。中斷機構包括圍繞轉銷旋轉的動接觸橋。可動接觸橋安裝為浮在旋轉桿上，旋轉桿具有罩住所述接觸橋的橫向開口的殼體。所述橋在桿的兩側上凸出。所述旋轉桿配合在相單元外殼的兩個側表面之間。可動接觸橋包括在每個端部的接觸條。相單元包括一對靜觸頭。每個靜觸頭用于與動接觸橋的接觸條協作。第一靜觸頭用于經由線路側接觸條連接到電流線。第二靜觸頭用于連接到過壓保護模塊。所述橋安裝為在打開位置和電流流動位置之間樞轉，在所述打開位置中，接觸條與靜觸頭分隔開，在所述電流流動位置中，它們接觸每一靜觸頭。接觸橋的接觸條優選地關于轉銷對稱地布置。單極相單元包括用于熄滅電弧的兩個熄弧溝。每個熄弧溝開口到接觸橋的接觸條和靜觸頭之間的開口體積上。每個熄弧溝由兩個側面板、與開口體積間隔開的后面板、靠近靜觸頭的底部面板和頂部面板界定。每個熄弧溝包括彼此通過猝滅氣體交換空間間隔開的至少兩個消電離作用鰭的堆。根據本發明的實施例，保護模塊20包括至少一個過壓保護部件，該過壓保護部件包括連接到保護模塊20的連接端子25B的至少一個端子和連接到所述模塊的連接器6的第二端子。根據如圖I所示的第一示例性實施例，過壓保護部件可以包括可變電阻I。根據未示出的第二實施例，過壓保護部件可以包括與火花隙串聯的可變電阻。所述至少一個可變電阻I具有最大操作功率閾度，超過該閾度，后者的操作不再能夠保證。該操作閾度在圖12的時間/電流曲線圖Pl上示出。根據替代實施例，所述保護模塊20優選地包括用于與開關設備21協作的錯誤防止裝置。錯誤防止裝置例如包括用于接合位于開關裝置21中的凹型缺口(未示出)的突起35。根據本發明的優選實施例的保護單元100包括協同三級斷開系統，其保證無論誘發模式以及故障電流強度如何，過壓保護部件都不會短路。這樣，如圖12所示，過壓保護單元100包括用于在所述過壓保護部件I抵達它的最大操作功率水平之前控制脫扣機構24的斷開裝置。根據本發明的實施例，保護單元100包括第一熱斷開裝置。保護模塊20的所述至少一個可變電阻I機械地連接到可動驅動裝置10。連接到機械致動裝置33的所述驅動裝置用于在可變電阻I的操作故障的情形下致動開關設備21的脫扣機構24。所述至少一個可變電阻I通過第一熱分離器Pl機械地連接到可動驅動裝置10。
第一熱分離器Pi在可變電阻過熱的情形下的熔融釋放可動驅動裝置10的運動。驅動裝置10的運動用于作用于機械致動裝置33并使得開關設備21的電觸頭23打開。如圖5-7所示，根據本發明的優選實施例，第一熱分離器Pl —方面固定到可變電阻1，另一方面固定到可動驅動裝置10的樞轉臂11。樞轉臂11在稱作加載位置的第一操作位置由第一熱分離器Pl機械地固定。柔性裝置12施加位移力Fd在樞轉臂11上。位移力Fd用于致使樞轉臂11在第一熱分離器Pl熔融的情形下運動到第二操作位置。第一熱分離器Pl施加第一保持力Frl在驅動裝置10上。第一熱分離器Pl的熔融使得第一分離器Pl和樞轉臂11之間的機械連接中斷。在位移力Fd的作用下，第一保持力Frl是零，所述臂圍繞轉銷13從加載位置旋轉到稱作脫扣位置的第二操作位置。轉銷13的轉動作用在機械致動裝置33上。所述第一熱分離器Pl包括第一熔融溫度Tl和第一熔融時間常數σ I。第一熱分離器Pl的第一熔融溫度Tl被確定以低于在第一熱分離器Pl的位置采取的在保護模塊20的外殼的外表面的位置處所能承受的最大溫度TmaxB。在外殼的外表面位置所能承受的最大溫度通常由額定值固定。該溫度例如等于120攝氏溫度。在為外殼內部的第一熱分離器Pl位置處發生的該最高溫度使得能夠建立用于確定第一熔融溫度Tl的第一標準。第一熱分離器Pl的第一熔融溫度Tl進一步被確定以使得低于在操作故障情形下由可變電阻10達到的最大加熱溫度。操作故障例如與可變電阻的老化有關，老化導致開始短路。可變電阻的該過熱使得能夠建立確定第一熔融溫度Tl的第二標準。這兩個標準的組合使得能夠確定第一熔融溫度Tl。作為示例性實施例，第一熔融溫度Tl具有等于125加減15攝氏度的值。熔融時間常數指的是，表征在系統操作調節下被研究的系統抵達熔融溫度的速度的每一次的均勻的量。時間常數通常與被研究系統對瞬時干擾的響應有關。熔融時間常數σ I事實上依賴于保護模塊20的結構，特別地依賴于第一熱分離器Pl關于可變電阻的位置、用于形成所述分離器的材料屬性，以及它的整體結構。如圖14所示，在雷擊情形下，布置在保護裝置的外殼中的第一熱分離器Pl的溫升在大約25秒的時間后達到最高溫度。第一曲線Cl代表第一熱分離器Pl的溫升曲線，第二曲線C2代表第二熱分離器P2的溫升曲線。根據需要，第一熱分離器Pl在雷擊情形下并不達到它的熔融溫度Tl。第三曲線C3理論上代表在雷擊情形下，特別地在10/350類型的雷擊情形下，可變電阻的生熱。第一熔融時間常數σI例如等于5秒。如圖5-7所示，根據本發明的特定變體，第一熱分離器Pl由塑料制成的銷形成。由柔性裝置12經由驅動裝置10的樞轉臂11施加的位移力Fd因此在所述銷上施加剪切力。根據未示出的替代實施例，由柔性裝置施加的位移力Fd可以施加牽引力在所述銷上。作為示例性實施例，第一熱分離器Pl的加熱優選由間接傳導產生。根據未示出的替代實施例，第一熱分離器Pl的加熱由直接傳導產生，其中電流流動通過可變電阻1，然后流動通過第一熱分離器。根據本發明的優選實施例，可變電阻I由第二熱分離器Ρ2連接到驅動裝置10。在可變電阻I的過熱情形下第二熱分離器Ρ2的熔融釋放可動驅動裝置10的位移。驅動裝置10的運動用于作用于機械致動裝置33上并導致開關設備21的電觸頭23的打開。如圖5-7所示，根據本發明的優選實施例，第二熱分離器Ρ2 —方面固定到可變電阻，另一方面固定到可動驅動裝置10的樞轉臂11。樞轉臂11在加載位置由第二熱分離器Ρ2機械地固定。柔性裝置12施加位移力Fd在樞轉臂11上。在第二熱分離器Ρ2熔融的情形下，位移力Fd用于致使樞轉臂11運動到第二操作位置。第二熱分離器Ρ2施加第二保持力Fr2在驅動裝置10上。第二熱分離器P2的熔融使得第二分離器P2和樞轉臂11之間的機械連接中斷。由于位移力Fd的作用，所述臂圍繞轉銷13從加載位置旋轉到脫扣位置。轉銷13的轉動作用在機械致動裝置33上。所述第二熱分離器P2包括第二熔融溫度T2和第二熔融時間常數σ 2。 第二熱分離器P2的第二熔融溫度T2依賴于三個標準。首先地，所述第二熔融溫度T2被確定以使得低于由可變電阻I支持的最大操作溫度TmaxV。最大容忍溫度TmaxV是部件的內在特性并且例如等于260攝氏度。第二熱分離器P2的第二熔融溫度T2進一步被確定以高于在雷擊，特別地10/350類型的雷擊，的情形下由可變電阻達到的加熱溫度。最后，第二熱分離器P2的第二熔融溫度T2被確定為以低于在TOV故障后可變電阻I的加熱溫度。這三個標準的組合使得第二熔融溫度T2能夠被確定。作為示例性實施例，第二熔融溫度T2具有等于195正負25攝氏度的值。如圖14所示，在雷擊情形下，布置在保護模塊20的外殼中的第二熱分離器P2的溫升在大約5秒的時間后達到最高溫度。第一曲線Cl代表第一熱分離器Pl的溫升曲線，第二曲線C2代表第二熱分離器P2的溫升曲線。第三曲線C3理論上代表在雷擊情形下，特別地在10/350類型的雷擊情形下，可變電阻的加熱。根據需要，在雷擊情形下，如同第一分離器Pl，第二熱分離器P2并不達到它的熔融溫度T2。出于示例的目的，第二熔融時間常數σ 2等于I秒。作為示例性實施例，第二熱分離器Ρ2的生熱優選由間接傳導產生。根據未示出的替代實施例，第二熱分離器Ρ2的加熱由間接導電產生，其中電流流動通過可變電阻1，然后流動通過第二熱分離器。
根據本發明的發展模式，第二熱分離器P2為低溫度焊接。如圖5、6和7所示，作為制造例子，第一熱分離器Pl的熱銷接合在金屬支架中。所述金屬支架通過第二熱分離器P2的低溫焊點連接到可變電阻I。這樣，根據本發明的優選實施例，第二熔融溫度T2高于第一熔融溫度Tl，第一熔融時間常數σ I高于第二熔融時間常數02。出于示例的目的，第一熔融時間常數σ I至少高第二熔融時間常數σ 2五倍。如圖5-7所示的示例性實施例，每個樞轉臂11包括孔16，通過轉銷13以可拆卸的方式固定的驅動指狀件14定位在該孔中。樞轉臂11在熱分離器Ρ1、Ρ2分離的情形下的運動使得原壓靠在所述臂的孔16的一個邊緣上布置的驅動指狀件14運動。分別布置在其它樞轉臂的孔中的驅動指狀件14在孔中自由運動，所述其它臂保持固定。如圖8和9所示的示例性實施例,機械致動裝置33包括平動導引的致動臂35。轉銷13的轉動運動導致致動臂35要么直接平動，要么經由桿36間接平動。在一端，致動臂35包括關于保護裝置的外殼凸出的凸出物。該凸出物34用于致動開關設備21的脫扣桿 (未示出)。根據本發明的過壓保護模塊20在可變電阻I快速過熱的情形下的操作如下。快速過熱與TOV的出現特別相關。出于示例的目的，圖13中的第一曲線Cl表示第一熱分離器Pl的加熱曲線，第二曲線C2表示第二熱分離器Ρ2的加熱曲線。在TOV的情形下，第二熱分離器Ρ2由于它的低熔融時間常數σ 2將快速加熱。第二熱分離器Ρ2的加熱的第二曲線C2將快速達到第二熔融溫度Τ2。同時，如在圖13的第一曲線Cl上所示的，第一熱分離器Pl的溫度升高相對較小。在實踐中，第一熱分離器Pl在第二熱分離器抵達它的熔融溫度Τ2時遠沒有達到它的熔融溫度。根據本發明的過壓保護模塊20在可變電阻I慢慢加熱的情形下的操作如下。出于不例目的，圖15中的第一曲線Cl表不第一熱分離器Pl的加熱曲線，第二曲線C2表不第二熱分離器Ρ2的加熱曲線。兩個熱分離器Pl，Ρ2將緩慢加熱。兩個熱分離器Pl，Ρ2的加熱曲線的第一和第二曲線C1，C2大致平行，或者甚至相同。第一熱分離器P2的生熱的第一曲線Cl將在保護模塊的外殼已經達到它的最大可接受的溫度TmaxB以前抵達第一熔融溫度Tl。由于兩熱分離器P1，P2的該串聯組合，保護模塊20的熱保護對于快速瞬變現象和對于較慢的現象都適用。而且，熱分離器的操作保證裝置在雷擊情形下不脫扣。根據第一發展模式，第一和第二熱分離器Pl，P2的保持力以串行方式施加在驅動裝置10上。熱分離器的熔融相繼導致保持力Frl，Fr2中一個的取消和驅動裝置的運動。兩個保持力Frl，Fr2分別大于位移力Fd的強度。根據第二發展模式，第一和第二熱分離器Pl，P2的保持力以串行模式施加在驅動裝置10上。熱分離器中的一個的熔融相繼導致兩保持力Frl，Fr2中的一個的取消、然后是另一個保持力Frl，Fr2的取消、以及最后是驅動裝置10的運動。保持力Frl，Fr2分別小于位移力Fd的強度。根據第一熱斷開裝置的另一替代實施例，可以僅保持第一熱分離器P1。在這種情況中，過壓保護部件的熱保護將在由于該部件老化所致的小量值的泄漏電流的情形下正確執行。但是，在由TOV產生的更大量值的故障電流的情形下，熱分離器Pl不夠足夠快地防止過壓保護部件的短路。在操作中的該限制可以由圖12中的沒有被斷開線覆蓋的區域來表示。該限制可以通過增大第二電子斷開裝置的敏感度而最小化。雖然如此，為了增大靈敏度，有必要增大主電路上的安培-圈的大小。但是，該選項構成相反方向的步驟以降低整個裝置的保護電壓。根據第一熱斷開裝置的另一替代實施例，可以僅保持第一熱分離器P2。在這種情況中，對TOV的保護將正確執行。但是，在可變電阻由于泄漏電流所致的緩慢加熱的情形下，不能保證裝置的外部部分上的溫度不超過額定值允許的限制。那么，一個選擇可以是，降低熱分離器T2的熔融溫度T2以期望降低后者的熔融。但是，執行該選擇的固有的危險是導致在大量值的雷擊(典型地25kA10/350ys)的情形下熱分離器T2熔融。根據本發明的一個實施例，保護單元包括第二電子斷開裝置。所述電子斷開裝置包括連接到電子處理裝置50的至少一個電流傳感器51。根據如圖3所示的特定實施例，四個電流傳感器分別用于測量在四個可變電阻I的每一個中流動的電流。而且，使用的傳感器提供能量以供應給電子處理裝置50以及提供 測量信號，從而使得脫扣閾度能夠被檢測。電子處理裝置設置在輸出上，具有由電流傳感器充電的電容。該電容用于在當脫扣閾度被超過時給電磁致動器供電。當電磁致動器被致動時，它通過釋放鎖閂而使得脫扣機構24打開。根據一優選實施例，第二電子斷開裝置包括連接到處理裝置50的電流測量裝置51。這些測量裝置優選地為能夠從二次繞組提供能量的電磁線圈。當電流在主電路中流動時，這些電磁線圈積累能量，從而給連接到二次電路的電容充電。當電子處理裝置檢測到脫扣閾度被超過時，存儲在電容中的能量釋放到電磁致動器中。該電磁致動器然后通過釋放鎖扣系統而使得機構24脫扣。第二電子裝置對于獲得足夠的靈敏度以致使斷路器從30A的低強度開始脫扣以及最小化避雷器的總阻抗是必需的。根據本發明的一個實施例，保護單元包括第三機械斷開裝置。如圖1、10和11所示，第三機械斷開裝置包括經由猝滅氣體管72連接到熄弧溝70的內部空間的擊打器60。在熄弧溝70中的過壓力導致擊打器60的瞬時運動。擊打器的運動用于致動脫扣機構24以使得電觸頭打開。根據一示例性實施例，擊打器60包括能夠圍繞旋轉軸Y旋轉的旋轉臂。在猝滅氣體管72內部產生的過壓力使得旋轉臂轉動。所述臂的一端致動開關設備的脫扣桿，從而使得電觸頭23打開。更一般地說，期望防止在任何情況下，尤其是在產生比可變電阻的電力能力更高的雷電電流(25kA10/350ys)的情形下，防止可變電阻短路。該電流導致觸頭的強力的推斥以及足夠的壓力升高致使機構通過活塞脫扣。在這種情況中，可變電阻的破壞和機械斷開裝置的脫扣是同時的。該操作模式防止電力供應系統的線路側保護的脫扣。根據本發明的發展模式，過壓力導致擊打器位移，這直接作用于脫扣機構24，從而保證在超過過壓保護部件的承載能力的大量值的雷擊的情形下的非常快速的保護。機械斷開裝置具有三個操作模式。第一個操作模式為防止過壓保護部件遭受在電力系統中發生的大量值的短時過壓電流。在大量值的TOV的情形下，機械斷開裝置使得可變電阻能夠非常快速地得到保護以防止可變電阻遭到破壞以及短路。
第二操作模式為在產生超過過壓保護部件的最大功率容量的超過25kA的雷電電流的大量值的雷擊情形下保護過壓保護部件。在這個操作情形中，可變電阻會被破壞，但是機械斷開裝置將同時能夠執行機構的解鎖以及觸頭的打開。通過該第二操作模式，可以觀察到，盡管過壓保護部件被破壞，但是短路電流以幾乎瞬時的方式被限制以使得短路的影響將非常大幅地降低。例如，位于電線上游(up-line)的保護斷路器將不會脫扣。關于由第一熱斷開裝置和第二電子斷開裝置執行的保護，第三保護模式執行冗余安全功能。如果，不管斷開裝置組的級聯如何，可變電阻被破壞并產生短路，那么機械斷開裝置事實上作為最后的保護工作以脫扣機構并致使觸頭打開。出于示例的目的，如果過壓保護部件受到數次重復的雷擊，過壓保護部件的該短路能夠發生。如圖12所示，保護單元100的三個斷開裝置以協同方式操作以為了保證過壓保護部件，例如可變電阻，無論在什么誘發模式下以及不管故障電流的強度如何都不會短路。換句話說，斷開裝置能夠在所述可變電阻I抵達它的最大操作功率水平前控制脫扣機構24。
斷開裝置的第一熱斷開裝置包括第一斷開功率閾度SI以保護可變電阻I應付低于第一電流水平Il的稱作弱電流的電流。如圖12所示，第一熱斷開裝置的該脫扣閾度示出在第一個時間/電流脫扣曲線Pt上。第二電子斷開裝置包括第二斷開功率閾度S2以保護可變電阻應付在第一和第二中間電流水平I2A，I2B之間的稱作中等電流的電流。如圖12所示，第二電子斷開裝置的該脫扣閾度示出在第二時間/電流脫扣曲線Pe上。第三機械斷開裝置包括第三斷開功率閾度S3以保護可變電阻應付高于第三電流水平13的稱作強電流的電流。如圖12所示，第三機械斷開裝置的該脫扣閾度示出在第三時間/電流脫扣曲線Pm上。三個電力斷開閾SI，S2，S3低于過壓保護部件的最大操作功率閾度。過壓保護部件的所述最大操作功率閾度示出在操作曲線Pl上。為了保證過壓保護部件的有效保護以及盡可能限制所述部件的短路危險，優選三個斷開裝置的各曲線Pt，Pe，Pm具有重疊區域(區域A和區域B)。這樣，根據如圖12所示的本發明的實施例，第一電流水平Il高于或等于第一中間電流水平I2A，第二中間電流水平I2B嚴格地高于第一中間電流水平I2A，第二中間電流水平2B高于或等于第三電流水平I3(I2A〈=I1 ；I2B>I2A ；I3<=I2B)。如圖12所示，保護單元必須從30A開始脫扣，從而通過由第一熱斷開裝置執行的熱保護保證重疊區域(區域A)。事實上，在沒有重疊區域(區域A)的情形下，過壓保護部件可能短路，而該故障不會被斷開裝置中的一個檢測到。而且，第二電子斷開裝置并不增大保護單元的總阻抗，因此并不增大整個裝置的保護電壓。避雷器功能因此通過保證當雷電電流25kA流動通過組件時在組件端子處小于
2.5kV的電壓而得以保證。這樣，保護單元包括具有三級的協同斷開系統，該系統的操作示意性地示出在圖12中。保護單元的三個斷開裝置以同時和/或協同方式操作以為了在過壓保護部件的整個操作范圍提供過壓保護部件的保護。過壓保護部件的短路危險將由斷開裝置中的一個系統性地檢測。
第一熱斷開裝置的作用是雙重的。第一作用是保證可變電阻的加熱不會通過熱傳導導致裝置的外部部分過度的熱升高。熱斷開裝置的第二功能是防止可變電阻由于緩慢加熱而被破壞。可以觀察到，該熱斷開的操作速度通過結構限制到相對于30A的故障電流I秒。該第一電流水平Il限定第一熱斷開裝置的最大操作極限。根據如圖12所示的保護單元的優選實施例，第二電子斷開裝置用于對低于第一電流水平Il的較低電流值進行操作。在代表第一熱斷開裝置的脫扣閾度的曲線Pt和代表第二電子斷開裝置的脫扣閾度的曲線Pe之間的第一重疊區域(區域A)事實上被形成以考慮這兩個串聯連接的斷開裝置的離差。該第一中間電流水平I2A限定第二電子斷開裝置的最小操作極限。第二電子斷開裝置的特征操作點因此設置為0.5秒內20A。而且，第二電子斷開裝置的操作范圍使得過壓保護部件能夠得到直到3500A小于3. 5ms的時間的保護。該第二中間電流水平I2B限定第二電子斷開裝置的最大操作極限。在超過該第二中間電流水平I2B的情形下，第三機械斷開裝置提供保護。
如前，在代表第二電子斷開裝置的脫扣閾度的曲線Pe和代表第三電子斷開裝置的脫扣閾度的曲線Pm之間的第二重疊區域(區域B)被形成以考慮這兩個串聯連接的斷開
裝置的離差。第三電子斷開裝置因此被調節以針對3000A的電流(點13)小于4ms地操作。出于示例性的目的，預應力彈簧可以用于該目的。該第三電流水平13限定第三機械斷開裝置的最小操作極限。考慮到第三電流水平13的值，第三電子斷開裝置用于超過3000A的全部的故障電流。在超過可變電阻的最大功率容量的超過25kA的雷電電流的特定情形下，這些第三電子斷開裝置還用于瞬間脫扣機構。總的來說，對于三個斷開裝置的每一個，單獨檢查對于小于25kA10/350y s的雷電電流沒有操作發生。
權利要求
1.一種過壓保護單元，包括 過壓保護模塊(20)，其包括具有最大操作功率閾度的至少一個可變電阻(I)； 電氣開關設備(21)，其包括用于連接到待保護線路的輸入(22)、由脫扣機構(24)控制的主觸頭(23)、以及連接到所述過壓保護模塊(20)的輸出(25A)，所述模塊的機械致動裝置(33)互連到脫扣裝置(24，27)以致動主觸頭(23)的打開； 用于在所述可變電阻抵達它的最大操作功率水平之前控制所述脫扣機構(24)的斷開裝置； 其特征在于，所述斷開裝置包括 第一熱斷開裝置，其包括第一斷開功率閾度(SI)以保護可變電阻免于低于第一電流水平(Il)的稱作弱電流的電流； 第二電子斷開裝置，其包括第二斷開功率閾度(S2)以保護可變電阻免于在第一和第二中間電流水平(I2A，I2B)之間的稱作中等電流的電流；以及 第三機械斷開裝置，其包括第三斷開功率閾度(S3)以保護可變電阻免于高于第三電流水平(13)的稱作強電流的電流； 所述三個功率斷開閾度(SI，S2，S3)低于最大操作功率閾度。
2.如權利要求I所述的保護單元，其特征在于，所述第一電流水平(Il)高于或等于第一中間電流水平(I2A)，所述第二中間電流水平(I2B)嚴格地高于第一中間電流水平(I2A)，第二中間電流水平(I2B)高于或者等于第三電流水平I3(I2A〈=I1 ;I2B>I2A;I3〈=I2B)。
3.如權利要求I或者2所述的保護單元，其特征在于，機械地連接到可變電阻的所述第一熱斷開裝置包括 第一熱分離器(P1)，在可變電阻的過熱作用于機械致動裝置(33)的情形下該第一熱分離器(Pl)熔融，所述第一熱分離器(Pl)包括第一熔融時間常數(σ I)和第一熔融溫度(Tl)， 第二熱分離器(Ρ2)，在可變電阻(I)的過熱作用于機械致動裝置(33)的情形下所述第二熱分離器(Ρ2)熔融，所述第二熱分離器(Ρ2)包括第二熔融時間常數((2)和第二熔融溫度(Τ2)，第二熔融溫度(Τ2)高于第一熔融溫度(Tl)，第一熔融時間常數(σ I)高于第二熔融時間常數(σ2)。
4.如權利要求3所述的保護單元，其特征在于，所述第一熱斷開裝置包括提供用于將驅動裝置(10)從第一加載位置移動位移到脫扣位置的柔性裝置(12)，所述驅動裝置(10)由所述第一和第二熱分離器(Pl，Ρ2)機械地保持在加載位置，兩個熱分離器中的一個的熔融釋放所述驅動裝置(10)的運動。
5.如權利要求4所述的保護單元，其特征在于，所述第一熱分離器(Pl)和第二熱分離器(Ρ2)分別施加第一和第二保持力(Frl，Fr2)在驅動裝置(10)上，所述保持力以串行方式施加在所述驅動裝置(10)上，熱分離器的熔融相繼導致所述保持力(Frl，Fr2)中的一個的取消以及驅動裝置(10)的釋放運動。
6.如權利要求5所述的保護單元，其特征在于，第一熱分離器(Pl)和第二熱分離器(P2)分別施加第一和第二保持力(Frl，Fr2)在驅動裝置(10)上，所述保持力以并行方式施加在驅動裝置(10)上，熱分離器的熔融相繼導致兩保持力(Frl，Fr2)中的一個的取消、另一個保持力(Frl，Fr2)的取消以及驅動裝置(10)的運動。
7.如前述權利要求中任一項所述的保護單元，其特征在于，所述第二電子斷開裝置包括連接到處理裝置的電流測量裝置。
8.如前述權利要求中任一項所述的保護單元，其特征在于，所述第三斷開裝置包括與電觸頭集成在其中的電氣開關設備(21)的熄弧溝相關聯的活塞。
9.如權利要求9所述的保護單元，其特征在于，當由于在存在稱作強電流的電流的情形下電觸頭的推斥而發生壓力波時，所述活塞移動，活塞的該運動指令脫扣機構(24)。
全文摘要
本發明涉及一種保護單元，包括保護模塊(20)，該模塊包括具有操作功率閾度的至少一個可變電阻(1)。連接到保護模塊(20)的開關設備(21)包括脫扣機構(24)、互連到用于打開觸頭的脫扣裝置(24)的機械致動所述模塊的裝置(33)。斷開裝置包括熱斷開裝置，該熱斷開裝置包括斷開低于第一電流水平(I1)的電流的第一功率閾度(S1)；斷開在第一和第二中間電流水平(I2A，I2B)之間的電流的第二功率閾度(S2)；斷開高于第三電流水平(I3)的電流的第三功率閾度(S3)。三個斷開閾低于操作功率閾度。
文檔編號H02H9/04GK102763187SQ201080064270
公開日2012年10月31日 申請日期2010年11月16日 優先權日2009年12月18日
發明者C.查伯特, E.多梅簡 申請人:施耐德電器工業公司