本發(fā)明涉及一種可操作地連接在干線電源線和下游斷路器(或分支裝置)之間的選擇性斷路器，該選擇性斷路器包括在電源線中的旁路開關、與該旁路開關并聯(lián)連接的受控半導體開關、旁路開關斷開檢測電路和短路檢測電路，用于根據(jù)開關特性控制該旁路開關和半導體開關。

背景技術(shù)：

歐洲專利EP-A-2320535公開了一種包括短路功能的限流斷路器，其在第一次短路檢測之后的設定時間段后重新閉合。如果然后該短路故障再次被檢測到，則使用控制單元來使用隔離器斷開電路。還公開了一種用于限制在上游斷路器的輸入線路和配備有下游斷路器和/或分開式接觸器的輸出線路之間的電路中的電流循環(huán)的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明尋求提供一種具有短路和過電流保護功能的自動斷路器的改進實現(xiàn)方案。

根據(jù)本發(fā)明，提供了根據(jù)上述前序部分的選擇性斷路器，其中，選擇性斷路器的開關特性是可編程的(例如取決于下游斷路器的可能/實際行為)，并且其中選擇性斷路器的短路電流額定值基本上等于所述下游斷路器的短路電流額定值。這允許使用成本效益更好的斷路器設計作為選擇性斷路器，其具有類似于下游斷路器的功率、電流和關斷特性。在選擇性斷路器和下游斷路器之間的線路的優(yōu)化保護(非常低的允許通過能量/I²t)成為可能，且選擇性斷路器和下游斷路器之間的I²t的差異很小。進一步的實施例和相關聯(lián)的優(yōu)點在從屬權(quán)利要求中描述，并且在本發(fā)明的實施例的以下詳細描述中進一步詳細地示出。

附圖說明

下面將參考附圖使用多個示例性實施例更詳細地討論本發(fā)明，其中：

圖1示出了在本發(fā)明實施例中應用的斷路器的示意圖；

圖2示出了與多個下游斷路器組合的選擇性斷路器的應用的示意圖；

圖3示出了短路電流相對于時間的關系圖，其中針對圖2的電路具有兩種可能的情況；

圖4示出了用于測量圖1的斷路器中的參數(shù)的局部示意框圖。

具體實施方式

在電氣設備中，小型斷路器(MCB)被用作安全裝置。模制外殼式斷路器(MCCB)具有類似的功能，并應用于更高功率的應用。在其它應用中，也使用剩余電流裝置(RCD)。本發(fā)明實施例的選擇性斷路器涉及全部這些類別的可商購的裝置，特別是其操作模式。

圖1示出了用于本發(fā)明實施例中的斷路器的實施例的框圖。(交流)斷路器包括在帶電電源連接端子Lin和帶電負載連接端子Lout之間的火線，以及在中性電源連接端子Nin和中性負載連接端子Nout之間的中性線，用于將(AC和/或DC)負載連接到干線電源(AC)。斷路器包括火線中的第一電流分離開關SW2和旁路開關SW1、中性線中的第二電流分離開關SW3、與旁路開關SW1并聯(lián)連接的半導體開關元件IGBT，以及被布置為控制第一電流分離開關SW2、第二電流分離開關SW3、旁路開關SW1和半導體開關元件IGBT的處理單元。該交流斷路器還包括電源單元(圖1中的電源和電壓測量模塊的一部分)，其連接到帶電電源連接端子(Lin)和中性電源連接端子(Nin)，并且連接到處理單元和交流斷路器的其它部件，用于向其提供電操作功率。

(交流)斷路器還可以包括連接到處理單元的短路和過電流檢測單元，用于確定短路情況或過電流情況(例如，使用圖1中標記為電流測量模塊中的火線中的分流電阻R1，其連接到故障電流檢測和注入模塊)。該處理單元還布置成通過在確定短路或過電流情況之后斷開旁路開關SW1和半導體開關元件IGBT來使交流斷路器跳閘，并且在斷路器跳閘之后的預定時間段之后執(zhí)行重新閉合的嘗試，其中所述預定時間段取決于(例如，可編程的)導致斷路器跳閘的情況的類型。

在另一組實施例中，所述交流斷路器還包括連接到所述處理單元的故障電流檢測和注入單元，用于確定故障電流情況，該故障電流檢測和注入單元與所述火線和中性線電流分離(例如使用如圖1中故障電流檢測模塊中所示的線圈L1和變壓器)。該處理單元還布置成在確定故障電流情況之后使交流斷路器跳閘。

在圖1所示的實施例中，半導體開關元件包括整流橋D1-D4和絕緣柵雙極型晶體管IGBT的組合。整流橋D1-D4的交流端子與旁路開關SW1并聯(lián)連接，整流橋D1-D4的直流端子與絕緣柵雙極型晶體管IGBT的發(fā)射極端子和集電極端子連接。處理單元連接到布置在火線中的電流測量單元，并且布置成在檢測到短路和/或過載的情況下，控制旁路開關SW1、第一和第二電流分離開關SW2、SW3以及絕緣柵雙極型晶體管IGBT的導通狀態(tài)。通過處理單元對旁路開關SW1和第一和第二電流分離開關SW2、SW3的斷開和閉合的控制是使用如圖1的框圖中所示的連接到處理單元的各個繼電器驅(qū)動器來實現(xiàn)的。定時可以由處理單元通過使用實時時鐘(RTC)來執(zhí)行，實時時鐘被示為圖1的框圖中的處理單元的內(nèi)部組件。

整流橋D1-D4是需要的，因為IGBT僅在一個方向(晶體管)導通。它必須承載與IGBT相同的電流，所以也是短路。另一種解決方案是使用具有串聯(lián)二極管的“反并聯(lián)”IGBT(以承載IGBT的截止狀態(tài)中的反向電壓)，但是這將使得整個電路更復雜和昂貴。

基于本技術(shù)的現(xiàn)狀，其它半導體的解決方案是不可能的。存在具有非常低的溝道電阻的FET，但是這些FET不能用作兼顧高電壓/高電流的類型。三端雙向可控硅和晶閘管也不能使用，因為它們只能在過零點關閉并且這花費太多時間。在短路的情況下，它們不能被輕易地強制關閉，并且最終將爆炸。GTO(門極關斷晶閘管)和IGCT(集成門極換流晶閘管)需要大量的能量來保持它們處于ON狀態(tài)和轉(zhuǎn)換成OFF。驅(qū)動電路也將更加復雜。

處理單元被布置為接納測量輸入、計算軟件和輸出信號邏輯和驅(qū)動。大多數(shù)時間關鍵的過程可以通過EPLD或邏輯端口實現(xiàn)，但大多數(shù)該功能可以集成在μP(微處理器)中。包括在處理單元中且在必要時在下面更詳細地解釋的主要功能是：

-干線電壓測量(通過電源和電壓測量模塊)。

-干線電流測量和計算過電流特性(用于替換雙金屬過電流保護)。

-干線電壓和電流同步。

-用于MCB中不同組件(例如IGBT和分流電阻R1)的溫度測量。

-用于繼電驅(qū)動器的驅(qū)動邏輯(包括存儲電容器的能量監(jiān)視器)。

-與IGBT驅(qū)動器單元、用戶接口和通信接口通信。

-編程/預置接口，用于(過)電流特性和校準過程的編程。

-在電源中斷的情況下的數(shù)據(jù)內(nèi)部存儲(例如接觸狀態(tài)，用于過電流保護的干線電流歷史)，使用例如非易失性存儲器(NVM)。

電流測量由分流器完成。在一個實施例中，電流測量單元包括在火線中的分流電阻R1和被布置為測量分流電阻R1兩端電壓的短路和過電流檢測單元。分流器是這個應用的最合邏輯的選擇，因為其精度和線性度優(yōu)于其它組件。此外，其尺寸小，價格/可用性合理。一種替代方案是羅柯夫斯基(Rogowski)線圈，其在大范圍和大電流應用中也是精確的。缺點是羅柯夫斯基線圈大得多以及輸出信號低得多，這使得用于短路保護和(小)電流/能量測量的集成/組合設計更加困難。分流電阻R1的值必須選擇為使得在額定負載電流下耗散低，例如分流電阻R1必須能夠在短時間內(nèi)承受短路電流，例如

短路和過電流檢測可以使用必須足夠快地檢測短路的模擬或數(shù)字電路來實現(xiàn)。它還必須足夠精確以感測出小的負載電流以用于能量測量目的。一種合理的解決方案是運算放大器電路或集成(模擬ASIC)電路，但是具有高采樣率的數(shù)字電路也是可能的。

另一實施例的交流斷路器還包括連接到處理單元和該絕緣柵雙極型晶體管的控制輸入的IGBT驅(qū)動單元，其中IGBT驅(qū)動單元被布置成以兩階段式過程關斷該絕緣柵雙極型晶體管。該IGBT驅(qū)動單元還可以被布置為監(jiān)測IGBT兩端的電壓。

第二電流分離電路(在圖1所示的實施例中的電流分離2)包括用于在處理單元和IGBT驅(qū)動單元之間的通信的一個或多個光耦合器。此外，可以在IGBT驅(qū)動器單元內(nèi)提供小的電流分離的SMPS，以向IGBT驅(qū)動電路供電，因為這個驅(qū)動電路比起斷路器的其它電路部分來說處于另一個電勢。

該IGBT驅(qū)動單元包含以下功能(可能作為單獨的電路)：

-IGBT的兩級輸出驅(qū)動器

-IGBT的集電極-發(fā)射極電壓的電壓(去飽和)監(jiān)視器

-旁路開關狀態(tài)監(jiān)視器

-IGBT驅(qū)動監(jiān)視器

-IGBT ON/OFF輸入

為了在短路斷開的情況下關閉IGBT，IGBT驅(qū)動單元將以兩個步驟降低IGBT的柵極電壓。這個動作既避免了IGBT兩端的危險過電壓也避免了SOA問題，特別是在短路關斷時。關斷延遲約為1μs；在這個時候，柵極的電壓電平將是正常導通電壓的大約一半。

旁路開關狀態(tài)監(jiān)視功能檢測旁路開關SW1是否閉合；這是通過檢測IGBT兩端的電壓來實現(xiàn)的。SW1的狀態(tài)信息被轉(zhuǎn)發(fā)到處理單元，然后可以在短路的情況下用于IGBT的延遲關斷命令。

IGBT驅(qū)動監(jiān)視器檢測驅(qū)動電路的電源電壓，這個被轉(zhuǎn)發(fā)到處理單元。如果這個電壓太低，則IGBT將處于關斷狀態(tài)，并且這是在正常運行中的故障情況。

IGBT ON/OFF輸入從處理單元接收ON/OFF命令。

在另一實施例中，交流斷路器還包括連接到處理單元的用戶接口。用戶接口例如包括測試開關SW4和狀態(tài)指示器。用戶接口例如是只有一個按鈕或帶有一些LED的撥動開關，以指示MCB的狀態(tài)(加電/ON/OFF/故障等)。

此外，交流斷路器可以包括連接到處理單元的通信接口，允許遠程操作和監(jiān)視。該通信接口用于將所有可能的數(shù)據(jù)發(fā)送到任何介質(zhì)(例如總線系統(tǒng)、因特網(wǎng)或RS485)，有線或無線(RF/IR)。

注意，在圖1中示出并且在此描述的配置是單極+N配置(在該階段中僅過流和短路保護)。如果需要雙極裝置，則在另一實施例中包括第二旁路開關、過電壓保護、整流橋、IGBT和IGBT驅(qū)動器。具有多個電極(例如3相、3相+中性或甚至4相)的干線電源的更復雜的配置還可以通過具有相關附加組件的其它實施例來適配。

此外，還可以設想使用所描述的斷路器的直流應用，其中火線和中性線將是正極和負極，或者正極和地線。在這種情況下，可能需要進一步的修改，以使斷路器適合于直流電流使用，例如通過修改圖1所示的實施例的電源和電壓測量模塊。并且，該選擇性斷路器的開關特性的編程將針對直流應用被特別調(diào)整。

圖2示出了選擇性分層結(jié)構(gòu)的模塊安排，其中選擇性斷路器10連接在干線電源線和一個或多個(在這個例子中為四個)下游斷路器11之間。每個下游斷路器11(或分支裝置)保護在下游側(cè)連接到其上的一個或多個負載。選擇性斷路器10包括供電線路中的旁路開關SW1和與旁路開關SW1并聯(lián)連接的受控半導體開關IGBT，如上面參考圖1所述。此外，提供旁路開關關斷檢測電路和短路檢測電路，用于根據(jù)開關特性控制旁路開關SW1和半導體開關IGBT。該選擇性斷路器10的開關特性是可編程的，并且例如取決于下游斷路器11的可能/實際行為。該選擇性斷路器10的短路電流額定值基本上等于下游斷路器11的短路電流額定值。

注意，在圖2所示的實施例中，選擇性斷路器10和下游斷路器11在結(jié)構(gòu)和功能上類似。換句話說，選擇性斷路器包括與下游斷路器相同的組件，即它們具有相同的設計，具有相同的部分和相同的功能特性。然而，使用處理單元，斷路器10、11各自的開關特性都可以被適配。

除了在參考圖1所描述的示例中存在的元件之外，還提供了圖2中的另外的實施例，其具有旁路開關、并聯(lián)半導體開關和在中性線中的相關聯(lián)的電路(混合開關)，以及在中性線中的用于直接測量中性線中的電流的分流電阻。

一般來說，本發(fā)明實施例涉及具有下游(分支)MCB 11的選擇性過電流保護特性的選擇性斷路器10(小型斷路器MCB，模制外殼式斷路器MCCB或剩余電流裝置RCD)。MCB/RCD 10具有長壽命和許多短路/過流斷開能力。該特性是完全可編程的。所提出的選擇性MCB/RCD 10也可以與常規(guī)MCB/RCD或保險絲組合使用。

選擇性MCB/RCD 10具有與正常下游(或分支)MCB/RCD 11完全相同的分層結(jié)構(gòu)，但是其行為不同，因為它具有不同的預編程設置(即開關特性)。由于選擇性MCB/RCD是通過對標準化產(chǎn)品進行編程而制成的，客戶可以靈活地更改參數(shù)以獲得優(yōu)化的安裝。顯著的優(yōu)點是在短路情況下選擇性MCB/RCD 10的允許通過能量比在常規(guī)解決方案(具有配電網(wǎng)絡壓力較小優(yōu)點的常規(guī)解決方案)中低得多。

常規(guī)的選擇性MCB需要承載(不中斷)下游MCB的短路電流。在正常的短路情況下，這個上游/選擇性MCB不被促動，因為下游MCB將中斷該短路。如果由于某種原因該下游MCB沒有打開或者在上游和下游MCB之間的線路中存在短路的情況下，上游/選擇性MCB將斷開該短路。該選擇性MCB于是用作下游MCB的備用保護。

常規(guī)上游選擇性MCB的問題在于，它必須能夠斷開比下游MCB更高(得多)的短路。這意味著必須選擇高于下游MCB的短路額定值。因此，常規(guī)的選擇性MCB具有特殊的結(jié)構(gòu)，包括重觸頭、更大的電弧室和(機械)觸頭的延遲觸發(fā)機構(gòu)。這使得常規(guī)的選擇性MCB昂貴，因而基礎保險絲常常被使用。

通過本發(fā)明的選擇性MCB 10的性質(zhì)和系統(tǒng)分層，不需要特殊的結(jié)構(gòu)，因此克服了這些缺點。由于相同的原因，也可以容易地并入選擇性RCD功能。

圖3示出了對于使用本發(fā)明實施例的兩種不同情況(即最差情況系統(tǒng)限制選擇性操作模式和正常選擇性操作模式)下，作為時間函數(shù)的短路電流的曲線圖。一般來說，選擇性斷路器10可在正常操作模式或系統(tǒng)限制選擇性模式中操作，其中在正常操作模式中，選擇性斷路器10被布置(例如通過編程)成晚于下游斷路器11斷開，并且其中在系統(tǒng)限制選擇性模式中，選擇性斷路器10被布置(例如通過編程)以實施重新連接嘗試。

在最壞情況系統(tǒng)限制選擇性操作模式中，選擇性斷路器10和支路斷路器11都具有相等的預期短路能力，例如10kA，這是MCB設計的最大允許短路能力。測試環(huán)境是最壞情況，所以是最大的。10kA rms且短路起始角為90°。MCB 10、11都處于ON位置，并且在正常的穩(wěn)定運行中發(fā)生短路。在正常操作模式中，旁路開關SW1閉合。這種情況反映在圖3的上部的線條中：

在t＝0時，短路發(fā)生在90°；那么可以描述以下時刻：

1、此時，MCB 10、11都獨立地檢測到顯著的過電流并決定打開它們的旁路開關SW1。IGBT并聯(lián)電路總是正常地導通(ON)。

2、此時，兩個MCB 10、11的旁路開關SW1打開觸點；短路電流將被IGBT接管或換向至IGBT。在該時間點附近或之前的某刻，兩個MCB 10、11也都決定了短路嚴重以至于必須斷開(基于I²t的決定，即能量的測量)。然而，在這一時刻，旁路開關SW1還沒有足夠的接觸距離，因此兩個MCB10、11的IGBT都將等待接觸斷開延遲時間。

3、此時，旁路開關SW1具有足夠的接觸間隙，并且一個MCB 10將通過斷開IGBT(正常的短路斷開序列)來斷開短路。因為MCB 10、11(在本實施例中)都沒有相互通信，所以定時從未精確地協(xié)調(diào)；總有一個是最快的。在第一個MCB 10斷開短路之后，另一個MCB 11也將很快跟隨并且也斷開負載。在時刻3之后，負載中剩余的短路能量將被也并聯(lián)連接到旁路開關SW1的變阻器吸收，并且電流將減小到0A。

在這種情況之后，MCB 10、11都已經(jīng)斷開了其負載側(cè)，分支MCB 11還將斷開電流分離開關SW2、SW3(見圖1)。選擇性MCB 10斷開而分支MCB 11不斷開的情況是不可能的，因為打開MCB 10、11的決定時刻出現(xiàn)在最快的MCB 10斷開短路之前。

下一步是選擇性MCB 10被編程，使得其嘗試在干線電壓的下一個過零點重新閉合。該重新閉合將通過再次閉合IGBT和測量負載電流來開始。如果這仍然太高，它將再次斷開IGBT。由于旁路開關SW1尚未閉合，第二次重新斷開將快得多，并且具有低得多的通過能量I²t。如果短路由分支MCB11斷開，則選擇性MCB 10可以在其它分支MCB 11和負載不會注意到該電壓中斷的時段內(nèi)再次重新閉合?；蛘咴诟话愕拇朕o中，在系統(tǒng)限制選擇性模式中，選擇性斷路器10被編程為在選擇性斷路器10切斷之后在干線電源的下一個過零點執(zhí)行重新閉合嘗試。

在實踐中，通常不會達到這種最壞情況系統(tǒng)限制選擇性操作模式。在選擇性斷路器10和分支斷路器11之間有些許米的布線的情況下，由于環(huán)路阻抗，分支MCB之后的短路電流將較低。然而，選擇性斷路器10仍然必須能夠直接在配電面板負載線處斷開短路，這可以是上述最壞情況的短路電流。

在正常選擇性操作模式中，只有分支斷路器11將打開并斷開短路。選擇性斷路器10將保持閉合。因此，可以將這種情況與已存在的選擇性過電流保護解決方案進行比較。在該模式中，斷路器10、11都具有相同或不同的預期短路能力(分支斷路器11總是具有相同或更低的短路額定值)。測試環(huán)境不是最壞的情況，因此例如10kA rms且短路起始角為30°的短路。在不是最差的情況下，dI/dt參數(shù)低于最差情況選擇性模式，所以定時不太關鍵，并且旁路開關SW1不再是時間關鍵的因素。

選擇性和下游斷路器10、11都處于ON的位置，并且短路在正常穩(wěn)定運行中發(fā)生。在正常操作模式中，旁路開關SW1閉合。這種情況2反映在圖3的下部線條中。

在t＝0時，短路發(fā)生在例如30°；那么可以描述以下時刻：

1、此時，MCB 10、11都獨立地檢測到顯著的過電流并決定打開它們的旁路開關SW3。IGBT并聯(lián)電路總是正常導通(ON)。在具有較低短路額定值的分支MCB 11的情況下，它將在較早階段中的檢測顯著的過電流并且已經(jīng)打開其旁路開關SW3也是可能的。

2、此時，兩個MCB 10、11的旁路開關SW3打開觸點；短路電流將被IGBT接管或者換向至IGBT。在具有較低短路額定值的分支MCB 11的情況下，這些觸點也可能在較早階段已經(jīng)斷開。

3、在這一時刻，兩個MCB 10、11的旁路開關SW1具有足夠的接觸距離，并且MCB 10、11都準備好通過打開IGBT來切斷短路電流。然而這還沒有完成，因為用于選擇性和分支MCB 10、11的預定的I²t值還沒有達到。在具有較低短路額定值的分支MCB 11的情況下，這個時刻6在一個更早的階段到達也是可能的。

4、基于分支MCB 11的I²t設置，這將通過打開IGBT來斷開短路。該I²t設置低于選擇性MCB 10的I²t設置(其被設置為例如電路設計的最大允許值)。

5、在這一時刻，選擇性MCB 10本來會達到其I²t設置，但是該短路已經(jīng)被分支MCB 10斷開。在一段時間之后，選擇性MCB 10將再次閉合旁路開關SW1。

注意，選擇和分支MCB 10、11可以具有相同預期短路額定值但不同的I²t斷開設置。具有較低預期短路額定值的分支MCB 11通常具有較低的I²t設置。通?？梢酝ㄟ^電子檢測使I²t檢測非常準確。

圖3所示的時段9和10對于選擇性和分支MCB 10、11來說都是相等的。這是用于打開旁路開關SW1的時間延遲，包括為恒定值的充足的接觸距離。旁路開關SW1的這個總打開時間(電氣+機械+接觸打開距離延遲)是用于預期短路斷開額定值的主要因素。

注意，從“最壞情況系統(tǒng)限制選擇性模式”到“正常選擇性操作模式”的變化是自動完成的并且由選擇性斷路器和下游斷路器10、11的操作算法獨立地控制。如果短路的dI/dt斜率越來越小，就會存在不需要斷開選擇性MCB10的短路的情況，因為分支MCB 11已經(jīng)斷開而選擇性MCB 10仍然低于最大的最壞情況系統(tǒng)限制。因此換句話說，選擇性斷路器10被布置成基于干線電源線中的dI/dt測量來選擇正常選擇性或系統(tǒng)限制選擇性操作模式。

為了具有由短路斷開所涉及的能量的可靠值，I²t值通常被用作參數(shù)。能量通常為E＝U*I*t；所以E＝I*R*I*t；所以E＝I²*R*t。由于在保險絲或斷路器的情況下，R低且恒定，這個被忽略且因此可以假設能量相對于I²t值呈線性。

可以通過包含乘法器(I*I＝I²)和積分器網(wǎng)絡的電子電路進行I²t檢測，該積分器網(wǎng)絡在時間上對I²值進行積分。

在圖4中，所示的可能的框圖是決定旁路開關斷開(OFF)檢測(來自于圖3的點1和4)和短路斷開檢測(在最壞情況系統(tǒng)限制選擇性操作模式的點2以及正常選擇性操作模式的點7和8下描述)的檢測時刻。負載電流使用分流阻抗21(也見圖1)測量，放大器22連接在該阻抗兩端。放大器22的輸出通過整流器23整流(在火線上的交流的情況下)。然后這個信號被引導到旁路開關關斷檢測模塊24和短路電流檢測模塊25的輸入。在這些(功能)模塊中，該信號與用于幅度、隨時間的改變(dI/dt)和/或能量(I²t)的閾值等級進行比較，并且取決于斷路器10、11的具體實現(xiàn)/編程被合計來提供輸出信號。通過該原理，可以自由選擇用于檢測短路的幅度、dI/dt和I²t值的最佳組合?！芭月烽_關關斷檢測”模塊24和“短路檢測”模塊25是圖1的“短路和過電流檢測”模塊的一部分。輸出連接到圖1的處理模塊。一般來說，選擇性斷路器10(以及可能還有下游斷路器11)的開關特性基于能量參數(shù)(I²t驅(qū)動的)的測量、電流幅度的測量和/或電流隨時間的變化(dI/dt)。

上述過程適用于短路情況。選擇性斷路器10和下游或分支斷路器11之間的協(xié)作比正常過載情況下更加具有時間關鍵性。在過載情況下，還必須保證分支斷路器11總是較早地斷開。特別是當將類似設計的兩個斷路器(見圖1和圖2)用作選擇性斷路器10和分支斷路器11時，可以將選擇性斷路器10和分支斷路器11之間的過載設定保持低差別。原則上(精確的電流測量和過載的軟件rms計算)，公差比使用現(xiàn)有技術(shù)的雙金屬解決方案時小得多。

通過選擇兩個斷路器10、11的額定電流值之間的至少小但適當?shù)木嚯x，來保證在選擇性斷路器10和分支斷路器11之間的過電流的選擇性。這可以容易地通過額定電流值以及兩個斷路器10、11的過載特性編程。

注意，在具有多于一個分支斷路器11的網(wǎng)絡中，在選擇性斷路器10和分支斷路器11的額定電流值之間總是存在差異。然而，由于“同時因素”，通常不通過相加分支斷路器11的額定電流來獲得選擇性電流。并非所有分支都完全被加載，因此常常將分支斷路器11的總功率相加并乘以例如0.6以獲得選擇性斷路器10的功率額定值。

斷開過載的時間段很長，所以旁路開關SW1斷開的時間延遲不是問題。注意，在電源中斷或臨時關斷(OFF)情況下，本發(fā)明的斷路器10、11可以將過載歷史數(shù)據(jù)存儲在NVM(非易失性存儲器)中，并且通過實時時鐘(RTC)它將在電源接通(ON)后再次考慮過載歷史數(shù)據(jù)。

因為用于(智能)斷路器10、11的電源接通程序不同于常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)的斷路器，在接通電源時或在干線電源中斷之后斷開短路或過載的行為也是不同的。

在未供電的情況下，選擇性和下游斷路器10、11都是完全斷開的(電隔離的)。內(nèi)部電源連接在斷路器的線路側(cè)(見圖1)，并且因此能夠在接通負載之前給處理模塊供能。實際上，智能斷路器的上電時間為例如500ms。在上電(對于第一次或在電源中斷之后)時，首先選擇性斷路器10將被供電并接通。如果在另一個500ms后沒有短路，分支斷路器11也將接通其負載。

如果一接通選擇性斷路器10后就檢測到選擇性斷路器10和分支斷路器11之間的短路，則根據(jù)正常的短路斷開過程，選擇性斷路器10將立即再次斷開。如果一接通分支電路斷路器11后就檢測到分支斷路器11之后的短路，則根據(jù)上述情況1和2進行斷開協(xié)作。

手動或通過遠程控制接通的支路斷路器11在其被供電和完全可操作之前不會閉合其觸點，所以如果選擇性斷路器10處于OFF狀態(tài)，則不可能強制支路斷路器11接通。

該智能斷路器分層結(jié)構(gòu)還能夠與其它類型的斷路器或保險絲正確地協(xié)作，即下游斷路器可以是常規(guī)類型的斷路器，例如保險絲、自動斷路器等。如果選擇性斷路器10是在本發(fā)明的實施例中討論的類型，下游常規(guī)分支斷路器或保險絲的I²t參數(shù)必須較低以保證正確的協(xié)作。然而，一般來說，常規(guī)MCB和熔絲的I²t高得多，因為它們中斷短路電流較慢。這種緩慢的斷開行為會對電纜和供電網(wǎng)絡造成壓力。還有，為了檢測過載情況，常規(guī)斷路器和保險絲相對不精確，所以必須選擇一個在選擇性斷路器10和常規(guī)斷路器或保險絲的過載設置之間的較大的距離。

在另一實施例中，還提供故障電流檢測功能。在常規(guī)的選擇性MCB中，通常沒有提供接地故障檢測功能，這本應是附加的裝置。然而對于本發(fā)明的選擇性和下游斷路器10、11，非常容易通過分層結(jié)構(gòu)(具有或不具有選擇性)來包含接地故障功能。該產(chǎn)品將是“智能MCB/RCD(組合MCB和RCD或帶有過電流保護的剩余電流斷路器，RCBO)”。

如果在現(xiàn)有技術(shù)方案中必須保證選擇性和分支RCD之間的接地故障選擇性，則額定接地故障敏感度IΔn總是存在差異。如果分支RCD具有30mA的IΔn，則選擇性RCD將為100mA或300mA。除此之外，選擇性RCD還需要比標準RCD的致動時間更長的非致動時間。因為常規(guī)的選擇型RCD具有另一種操作特性并且不能在所有情況下使用，所以它們具有不同的類型標記“S型”。

當然，通過本發(fā)明智能MCB/RCD 10、11的層級結(jié)構(gòu)，這種標準化的“S型”可以完全集成在選擇性版本中，但是還有其它更多的可能性。

類似于短路斷路原理，選擇性和下游RCD 10、11可以具有相同的一般類型額定值，例如，IΔn＝30mA。然而，選擇性RCD 10在比分支RCD 11更高的故障電流下跳閘；例如分支RCD 11在20mA下跳閘而選擇性RCD 10在25mA下跳閘。另外，可以使選擇性RCD 10的時間延遲稍微長于分支RCD11的時間延遲(但是在標準的界限內(nèi))。在這種情況下，選擇性RCD 10斷開而分支RCD 11不斷開的情況保證是不可能的。通常，通過在如上所述的“智能MCB/RCD”中使用的電子檢測可以使得故障電流檢測非常準確。通常，選擇性斷路器10具有基本上類似于下游斷路器11的接地故障額定值的接地故障靈敏度，以及高于下游斷路器11的電流閾值的電流閾值。此外，選擇性斷路器10可具有比下游斷路器11的接地故障時間延遲更長的接地故障時間延遲。

在極少的選擇性RCD 10還是關斷的情況下，對其進行編程以使得它在一段時間后嘗試以預編程的試驗次數(shù)重連接也是可能的。如果接地故障仍然存在，它將在標準的時間限制內(nèi)再次直接關斷。這不應該被任何標準禁止，因為它也可以手動重新連接(通過操作肘桿)。注意，在另一分支RCD 11中存在穩(wěn)定故障電流的情況下，選擇性差異方法不再起作用。然而，在這種情況下，可以采取多種措施。例如，將這種存在的穩(wěn)定故障電流報警給維護工程師或(臨時)自動增加該選擇性差異。在存在穩(wěn)定電容性接地故障的情況下，也可以通過識別相位差來忽略該情況。

因為本發(fā)明的智能MCB/RCD 10、11具有通信裝置(通信接口，見圖1)，所以它們具有關于接地漏電狀態(tài)的持續(xù)接觸是可能的。如果分支RCD 11注意到穩(wěn)定故障電流(和相位角)，則可以將其傳送到選擇性RCD 10。選擇性RCD 10收集所有數(shù)據(jù)并將其與自己測量的故障電流進行比較。通過這個比較，智能RCD 10可以計算所測量的故障電流是來自一個或多個分支RCD11，還是歸因于分支RCD 11和選擇性RCD 10之間的線路的某處。實際上，分支RCD應當僅斷開這個后者的故障電流。

通常，選擇性斷路器可以被布置為檢測在選擇性斷路器10和下游斷路器11之間的線路中是否存在接地故障和/或短路故障。

選擇性斷路器11可以被編程為根本不打開，而是僅通過通信端口向維護工程師報告故障電流。在某些情況下，電源斷開可能比接受(暫時的)故障電流更加危險或昂貴。當根據(jù)標準不是必須使用選擇性或備份RCD時，這種可能性是特別有利的，但是維護工程師接收關于配電網(wǎng)絡“健康性”的持續(xù)的質(zhì)量信息。

本發(fā)明實施例還可以用于實現(xiàn)選擇性斷路器10的自適應短路特性，即在操作期間根據(jù)用于經(jīng)由電源線饋電的電源來編程用于短路的關斷特性。選擇性斷路器10被布置成根據(jù)連接到選擇性斷路器的干線電源來改變開關特性。干線電源可以是變壓器(如通常使用的)、不間斷電源UPS、發(fā)電機等。這在例如數(shù)據(jù)中心(其中所有機架和服務器的不間斷供電都非常重要)中是特別有利的。在這種情況下，通常使用來自公共干線的正常供電(通過變壓器供電)，以及UPS(靜態(tài)的或旋轉(zhuǎn)的)和發(fā)電機。在多個級別提供短路保護，重要的是保證了對于每個這樣類型的電源的考慮到下游斷路器11的選擇性。在正常的變壓器饋電公共電源中，可能出現(xiàn)比在UPS(例如基于電池的)或發(fā)電機的情況下高得多的短路電流，并且當開關時，可能不能保證選擇性：如果對于機架的斷路器的斷開特性針對公共電源，則在短路情況下切換到UPS或發(fā)電機時，該斷路器將響應較慢，因為短路電流將較低。因此，短路將存在更長的時間，并且機架將失去電源更長時間，從而對機架中的服務器的連續(xù)性構(gòu)成更大的威脅(有時服務器沒有電源的狀態(tài)只能持續(xù)10-20ms)。在本發(fā)明的一個實施例中，從公共電源到UPS的切換可以通過信號被發(fā)送到選擇性斷路器10，允許斷路器10的短路特性改變到對于實際使用的電源的最佳設置。同樣對于其它情況(例如：從例如太陽能或風力的可再生能源供電)，可以(自動地)選擇最佳短路特性。

這種(自動)適配選擇性斷路器的短路特性在其它情況下也是有利的。例如，可以分析由選擇性斷路器10和分支斷路器11保護的網(wǎng)絡和負載，并相應地適配短路特性。通常，在潛在的短路功率中可能出現(xiàn)大差異，源阻抗和來自中壓變壓器的電纜長度是其中的因素。通常選擇比絕對必須的高得多的潛在短路功率，然而這導致在短路情況下釋放的能量不必要地高(火災危險)，且公共電源因此中斷太長時間?？梢允褂脺y量裝置來允許對(潛在的)短路功率進行現(xiàn)場測量，并且使用這種測量可以適當?shù)貙x擇性斷路器10進行編程。測量裝置甚至可以直接耦合到通信接口，允許在運行期間的自適應。一般來說，選擇性斷路器可以被布置成在運行期間測量現(xiàn)場短路功率，并且相應地改變開關特性，其可能是自動的。

在另一實施例中，選擇性斷路器在安全領域具有其它優(yōu)點，特別是當維修人員需要在具有電氣設備的封閉空間(房間)中工作時。在檢測到人在設備附近時(例如，當進入外殼時)，選擇性斷路器的關斷特性適配到較低的電流水平。于是在實際短路情況下被釋放的潛在能量降低，從而提高安全水平。一般來說，選擇性斷路器還布置成根據(jù)對人的存在的檢測來改變關斷特性。

本發(fā)明的實施例提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)示例的選擇性斷路器的若干優(yōu)點和益處：

選擇性和分支MCB 10、11之間的線路的優(yōu)化保護(非常低的通過能量/I²t)，其在選擇和分支MCB 10、11之間具有非常小的I²t差。

選擇性和分支RCD之間的優(yōu)化的接地故障保護，其在選擇性和分支RCD之間具有小的故障電流靈敏度差異。

選擇性MCB/RCD和分支MCB/RCD間的電源線的非常短的中斷時間，其他負載不會注意到該中斷時間。通過預設參數(shù)重新閉合選擇性MCB。

選擇性和分支MCB/RCD的標準化(等同)設計；定制/現(xiàn)場可編程的選擇性功能。

集成的和可編程的MCB/RCD特性；每個單獨的裝置可以被編程為MCB選擇性和/或RCD選擇性。

將選擇性MCB功能與選擇性RCD功能組合。

對維護工程師的和智能MCB/RCD之間的通信系統(tǒng)。

選擇性RCD能夠收集分支RCD穩(wěn)態(tài)故障電流信息，并且通過將其與其自己的測量進行比較，它可以識別故障位于哪里(分支RCD之后還是分支和選擇性RCD之間)。通過該信息，選擇性RCD可以決定是否必須斷開或忽略該故障電流。

上面已經(jīng)參照附圖所示的多個典型示例描述了本發(fā)明的實施例。一些部件或元件的修改和替代實施方式是可能的，這些修改和替代實施方式均包括在如所附權(quán)利要求中限定的保護范圍內(nèi)。