直流过电流检测器

技术领域

本公开涉及一种直流过电流检测器，其中至少一条电线从检测器的源端子穿过检测器到达检测器的负载端子，所述检测器包括：至少一个第一传感器，其用于监测电线中的电流并输出电流测量信号，至少一个电流方向传感器，其用于在从源端子到负载端子的第一方向和从负载端子到源端子的第二方向之间区分电线中电流的电流方向，并输出电流方向信号，比较器单元，其适于将所述电流测量信号的实际值与阈值标准进行比较，并且在所述电流测量信号的值达到所述阈值标准的情况下在触发输出处输出触发信号。

背景技术

现代的直流电网包括多个电负载以及分布式发电机。许多负载可能包含电容器或逆变器并存储能量。能量在现代电网中可能以不同的方向流动。特别是如果故障发生在直流电网的子段中，则所有其他段将电流馈送到故障位置。这些电流以所谓的反向方向在电网的某些部分中流动。这些电流可能足够高，从而导致断路器意外跳闸。。

发明内容

本发明的一个目的是通过提供一种过电流检测器来克服现有技术的缺陷，该过电流检测器具有低的误跳闸趋势和高的灵活性以适应于不同的，特别是预定的选择性跳闸要求。

根据本发明，这一目的通过以下特征解决：

直流过电流检测器，其中至少一条电线从检测器的源端子穿过检测器到达检测器的负载端子，所述检测器包括：

-至少一个第一传感器，其用于监测电线中的电流并输出电流测量信号，

-至少一个电流方向传感器，其用于在从源端子到负载端子的第一方向和从负载端子到源端子的第二方向之间区分电线中电流的电流方向，并输出电流方向信号，

-比较器单元，其适于将所述电流测量信号的实际值与阈值标准进行比较，并且在所述电流测量信号的值达到所述阈值标准的情况下在触发输出处输出触发信号，

其中，所述检测器还包括阈值标准单元，阈值标准单元的输入连接到用于接收实际电流方向的电流方向传感器，并且阈值标准单元的输出连接到比较器单元，为比较器单元提供阈值标准，并且阈值标准单元适于在实际电流沿第一方向流动的情况下确定第一阈值标准，并且在实际电流沿第二方向流动的情况下确定第二阈值标准。

结果，直流过电流检测器具有低的误跳闸趋势和高的灵活性以适应于不同的，特别是预定的选择性跳闸要求。在反向电流的情况下，它也非常坚固。

以下描述本发明的其它优选实施例：

优选地，所述第一阈值标准包括第一触发时间延迟，并且所述第二阈值标准包括第二触发时间延迟，并且所述第一触发时间延迟与所述第二次触发时间延迟不同。

优选地，所述第二触发时间延迟长于所述第一触发时间延迟。

优选地，所述第一触发时间延迟在0s至10μs的范围内选择。

优选地，所述第二触发时间延迟在50μs至100ms的范围内选择，尤其是100μs或200μs或500μs或1ms或2ms或20ms或50ms。

优选地，所述第一传感器还连接至所述阈值标准单元，并且所述阈值标准单元适于基于所述电流测量信号的实际值确定所述第二触发时间延迟的持续时间。

优选地，所述阈值标准单元适于针对所述电流测量信号的第一值确定第二触发时间延迟的第一值，并针对所述电流测量信号的第二值确定第二触发时间延迟的第二值，其中如果所述电流测量信号的第一值大于所述电流测量信号的第二值，则第二触发时间延迟的第一值大于第二触发时间延迟的第二值。

优选地，所述第一阈值标准包括第一阈值电流，所述第二阈值标准包括第二阈值电流，并且所述第二阈值电流高于所述第一阈值电流。

优选地，所述电流方向传感器被实施为包括至少一个分流器和/或一个霍尔效应传感器。

本发明的另一方面提供一种直流过电流保护开关，其包括根据上述的直流过电流检测器，其中所述检测器的触发输出至少间接地连接到闩锁机构和/或所述开关的控制单元。

附图说明

参考附图描述本发明。这些附图仅示出了本发明的优选实施例。

唯一的附图示出了根据本发明的作为过电流保护开关的一部分的过电流检测器的第一优选实施例的框图。

具体实施方式

唯一的附图显示了直流过电流检测器1的优选实施例，其中至少一条电线2从检测器1的源端子7穿过检测器1到达检测器1的负载端子12，检测器1包括：

-至少一个第一传感器3，其用于监测电线2中的电流并输出电流测量信号，

-至少一个电流方向传感器4，其用于在从源端子7到负载端子12的第一方向14和从负载端子12到源端子7的第二方向15之间区分电线2中电流的电流方向，并输出电流方向信号，

-比较器单元5，其适于将电流测量信号的实际值与阈值标准进行比较，并且在电流测量信号的值达到阈值标准的情况下在触发输出13处输出触发信号。

检测器1还包括阈值标准单元6，阈值标准单元6的输入连接到用于接收实际电流方向的电流方向传感器4，并且阈值标准单元6的输出连接到比较器单元5，为比较器单元5提供阈值标准，并且阈值标准单元6适于在实际电流沿第一方向14流动的情况下确定第一阈值标准，并且在实际电流沿第二方向15流动的情况下确定第二阈值标准。

结果，直流过电流检测器1具有低的误跳闸趋势和高的灵活性以适应于不同的，特别是预定的选择性跳闸要求。在反向电流的情况下，它也非常坚固。

术语过电流检测器1、检测器1和直流过电流检测器1作为同义词使用。

实际的过电流检测器1对于流过它们的电流的不同方向具有不同的行为。

在所描述的实例中，过电流检测器1包含至少一条电线2。可选地，过电流检测器1还包含第二电线，并且可以包含许多其他电线。电线2连接至源端子7以连接至用于提供电力的电源，并且连接至负载端子12以连接至用于电力消耗的电负载。

过电流检测器1可以是独立的组件。然而，直流过电流检测器1尤其是直流过电流保护开关11的一部分。

过电流检测器1还可以被实施为将短路电流检测为特殊类型的过电流。

过电流检测器1被实现用于直流电应用。

在所描述的实例中并且根据唯一的附图，过电流检测器1是过电流保护开关装置或断路器11的组成部分。过电流检测器1的触发输出13连接到断路器11的致动器9和/或开关或闩锁机构8，并且开关机构8连接到布置在电线2中的至少一对开关触头10和进一步优选的附加电线。断路器11还包括夹具。

可选地，断路器11可以被实现为混合断路器或固态断路器。在电子控制的断路器包括控制单元的情况下，触发输出13连接到控制单元。

如前所述，过电流检测器1包括监视电线2中的电流的第一传感器3或电流传感器3。优选地，过电流检测器1包括用于每条电线2的一个第一传感器3。

第一传感器3可以是任何类型的电流传感器3。电流传感器3输出电流测量信号。通常，第一传感器3输出模拟电流测量信号。在这种情况下，第一传感器3的输出优选地连接到模数转换器或ADC，以将电流测量信号转换为整数值。根据优选实施例，实际的过电流检测器1主要是数字地实现的。然而，也可以将其实现为模拟。

直流电线2中的电流可具有以下任一流动方向：

-从源端子7到负载端子12。这是电流的通常方向或正常方向，称为第一方向14。

-从负载端子12到源端子7。这就是所谓的反向方向。在实际情况下，

它被称为第二方向15。

检测器1包括至少一个电流方向传感器4，以区分电流方向，并输出指示电流方向的电流方向信号。

根据优选实施例，电流方向传感器4被实施为包括至少一个分流器和/或一个霍尔效应传感器。两种类型的传感器都可以区分电流的方向，因为测量信号的极性指示电流的方向。电流方向传感器4也可以实施为包括其他类型的传感器。

检测器1包括比较器单元5或跳闸单元，其适于将电流测量信号的实际值与阈值标准进行比较。在电流测量信号的值达到阈值标准的情况下，比较器单元5在触发输出13处输出触发信号。

如果过电流检测器1是断路器11的一部分，则比较器单元5连接到致动器9。触发信号将使致动器9操作闩锁机构8以打开触头10。在混合或固态断路器的情况下，触发信号将导致切断电线2的等效动作。

比较器单元5所使用的阈值标准在所有情况下都不是固定的或恒定的。阈值标准关于检测到的电流方向是不同的。检测器1包括阈值标准单元6，其适于在实际电流沿第一方向14流动的情况下确定第一阈值标准，并且在实际电流沿第二方向15流动的情况下确定第二阈值标准。

阈值标准单元6的输入连接到电流方向传感器4，用于接收实际电流方向。阈值标准单元6的输出连接到比较器单元5，向比较器单元5提供阈值标准。

阈值标准单元6可以以不同的方式并且根据不同的功能来体现。优选地，阈值标准单元6包括微控制器或微处理器，或者被体现为微控制器或微处理器的一部分。阈值标准单元6还包括或连接到存储单元。

阈值标准包含触发时间延迟和阈值电流。不同的阈值标准可包含不同的触发时间延迟和/或不同的阈值电流。

阈值电流是必须由电线2中的电流值达到或激励的电流值。达到阈值电流可启动计数器或计时器。

触发时间延迟是电流值仍达到或激发阈值电流值要等待的时间跨度。

如果阈值电流在触发时间延迟结束时仍达到或激励阈值标准，则达到阈值标准。在这种情况下，比较器单元5输出触发信号。

根据优选实施例，阈值电流关于电流的方向是不同的。优选地，第一阈值标准包括第一阈值电流，并且第二阈值标准包括第二阈值电流。根据该实施例，第二阈值电流高于第一阈值电流。特别地，第二阈值电流的值至少是第一阈值电流的值的两倍。反向方向上电流的阈值电流比正常方向上流动的电流的阈值电流高。

根据特别优选的实施例，第一阈值标准包括第一触发时间延迟，并且第二阈值标准包括第二触发时间延迟。第一触发时间延迟不同于第二触发时间延迟。不同的触发时间延迟有效地导致了沿不同方向流动的电流的不同行为。

在这种关联中，优选的是第二触发时间延迟长于第一触发时间延迟。这是在电流反向流动的情况下防止误跳闸的有效方法。

优选地，第一触发时间延迟在0s至10μs的范围内选择。

优选地，第二触发时间延迟在50μs至100ms的范围内选择，尤其是100μs或200μs或500μs或1ms或2ms或20ms或50ms。

第一和第二触发时间延迟的不同的持续时间可以作为不可改变的两个不同的值实施到阈值标准单元6中。

在这种情况下，建议进行设置操作，在该设置操作中，在实际环境中对检测器1进行训练，直到跳闸标准满足本地要求为止。检测器1可以包括所谓的设置模式。

根据优选实施例，阈值标准单元6能够定义、选择或确定第一和/或第二触发时间延迟的持续时间。由于第一触发时间延迟的持续时间几乎为零，因此将特别确定第二触发时间延迟的持续时间。

建议将第一传感器3进一步连接到阈值标准单元6，并且阈值标准单元6适于基于或根据电流测量信号的实际值确定第二触发时间延迟的持续时间。这有助于确保可以避免误跳闸。

与该实施例相关联，进一步建议阈值标准单元6适于针对电流测量信号的第一值确定第二触发时间延迟的第一值，并针对电流测量信号的第二值确定第二触发时间延迟的第二值，其中如果电流测量信号的第一值大于电流测量信号的第二值，则第二触发时间延迟的第一值大于第二触发时间延迟的第二值。这意味着反向方向的高电流具有更长的第二触发时间延迟。反向方向的电流越高，跳闸的风险就越高。长的触发延迟时间有效降低这种风险。

根据另一优选实施例，直流过电流保护开关11被实施为包括电流限制的混合或固态断路器。该特征将被实施以限制浪涌电流。但是，在这种情况下，也可以使用它来限制电流，以免误跳闸。

以下是用于理解和解释实际公开内容的原理。

通常以不定冠词“一个(one,a,an)”介绍特征。因此，除非上下文中另有说明，否则“一个(one,a,an)”不应被理解为数字词。

结合词“或”应解释为包括性的，而不是排他性的。除非上下文另外指出，否则“A或B”还包括“A和B”，其中“A”和“B”代表任何特征。

除非本发明的公开内容另有所指，否则在几个实施例中，借助于排序数字词，例如“第一”、“第二”或“第三”，特别地区分特征X或对象Y。特别地，在权利要求中具有排序数字词的特征X或对象Y并不意味着由该权利要求覆盖的本发明的实施例必须具有另一特征X或另一对象Y。

对于值的范围，包括端点，除非上下文另有规定。