CN102763187A - 防止功率高峰的组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种保护单元，包括保护模块(20)，该模块包括具有操作功率阈度的至少一个可变电阻(1)。连接到保护模块(20)的开关设备(21)包括脱扣机构(24)、互连到用于打开触头的脱扣装置(24)的机械致动所述模块的装置(33)。断开装置包括热断开装置，该热断开装置包括：断开低于第一电流水平(I1)的电流的第一功率阈度(S1)；断开在第一和第二中间电流水平(I2A，I2B)之间的电流的第二功率阈度(S2)；断开高于第三电流水平(I3)的电流的第三功率阈度(S3)。三个断开阈低于操作功率阈度。

Description

防止功率高峰的组件

技术领域

本发明涉及过压保护单元，其包括过压保护模块，该过压保护模块包括至少一个具有最大操作功率阈度的可变电阻。电气开关设备包括用于连接到待保护线路的输入、由脱扣机构控制的主触头、以及连接到过压保护模块的输出。所述模块的机械致动装置互连到脱扣装置以致动主触头的打开。过压保护单元包括用于在所述可变电阻达到它的最大操作功率水平以前指令脱扣机构的断开装置。

背景技术

已知将包括设置有非线性电压可变元件的电涌限制器的过压保护装置与由促动机构促动的开关装置相关联。电涌限制器和电气开关装置串联连接。

称为避雷器的电涌限制器集成过压保护部件，例如，可变电阻、充气火花隙或者突变二极管。每个过压保护部件包括它自己的寿命结束模式，其取决于使用的技术。

特别地，对于可变电阻，现有技术描述两种不同的寿命结束模式。第一寿命结束模式在于与泄漏电流流动通过可变电阻有关的生热。总的来说，当可变电阻的老化加速时该泄漏电流及时增大。另一恶化模式在于可变电阻的快速短路。该类型的失效发生在存在雷击或者超过部件的功率容量的电力系统的工业过压的情形下。

如在文献EP1607995中描述的，电开关装置可以采取分别对应电触头的打开状态和闭合状态的脱扣位置和闭合位置。脱扣电路与致动机构协作以使得断开装置的触头运动到打开状态，特别是在电涌限制器特别地在所述非线性元件的寿命结束时遭到损坏的情形下。电涌限制器明显包括连接到热分离器的可变电阻。在操作错误之后在可变电阻的温度升高太多的情形下，热分离器的熔融直接作用在致动机构上并使得电开关装置的电触头打开。热分离器被布置在可变电阻以及由间接传导所致的热量的环境中。

间接传导指的是，流动通过可变电阻的电流并不流动通过热分离器。直接传导指的是，电流流动通过热分离器。

特别地，由间接传导的热分离器加热的使用有时具有缺点。根据用于形成分离器的材料的选择以及根据用于形成分离器的材料的体积，必须校准热分离器。热分离器一般被校准以在泄放电流流动通过其中的可变电阻的温度升高之后熔融。但是，该同一热分离器并没有设计来当在雷击后可变电阻生热时熔融。如果在雷击之后热分离器熔融导致电涌限制器不能用于将来的雷击，该后一情形是不期望的。

当接地故障发生或者在公共配电网上执行减载荷时如果在电力系统上存在短暂的过压，在避雷器中散发的能量会是高的并且快速导致过压保护部件遭到破坏。这些发生在电力系统上的短暂过压在此及后称作TOV。由TOV导致的故障电流还使得可变电阻生热，其可由热分离器进行检测。故障电流的量值在该情形下比在与可变电阻的老化有关的泄漏电流的情形下大许多。该热分离器因此理论上必须相对短时间常数(数秒)地进行操作以抵消TOV的影响并具有相对长时间常数(数分钟，或者甚至数小时)以抵消产生弱的泄放电流的可变电阻故障。而且，该热分离器在存在雷击的情形下必须不工作。

当前，如在专利申请FR284678中描述的，某些电磁脱扣装置使得当短路电流流动通过过压保护部件时这些部件能够受到保护。为了执行避雷功能，同时保证当25kA的雷电电流流动通过设备时在设备端子处小于2.5kV的电压，有必要最小化串联连接的过压保护部件以及断开装置的总阻抗以为了不增大整个装置的保护电压。

如果总阻抗太高以使得避雷保护电压高于2.5kV，那么与避雷器并联的敏感负载不能正确地被保护而免于电弧危险。

如果脱扣范围广泛并且特别地如果期望通过低强度的电流，典型地从几安培到几十安培的电流，进行脱扣，那么电磁脱扣装置是完全不适合的。出于示例目的，保护装置必须从30安培脱扣以保证与热保护的重叠区。在没有重叠的情形下，可以使得过压保护部件短路而该故障不会被保护装置检测到。对于电磁脱扣装置，例如包括闸刀的致动器，可以观察到，安培/圈（螺旋圈数）的值非常大，因此与最大可能的阻抗值不相容以能够符合保护电压标准。

现有检测系统并不保证无论涉及的工作模式如何以及故障电流的强度如何可变电阻都不短路。因此，当可变电阻短路时，在过压保护部件的端子之间形成电弧。如果设备的短路电流水平非常高(典型地，高于50kArms)，那么关于该电弧的影响是大的。特别地，在雷电保护部件位于其中的壳体中产生的与电弧有关的过压力能够达到高于壳体的机械耐受水平的值。因此，壳体会被破坏并且导致与电气设备的其他部分的外部电弧闪络。而且，即使短路电流的量值由与避雷器关联的断路器进行限制，线路上连接的断路器(或者保险丝)仍会检测到该短路电流并使得断路器打开。该不期望的打开会导致在整个电气设备上的配电损失。

发明内容

因此，本发明的目的是消除现有技术中的问题以提出一种过压保护单元。

根据本发明的保护单元的断开装置包括第一热断开装置，该第一热断开装置包括第一断开功率阈度以防止可变电阻遭受低于第一电流水平的称作弱电流的电流。第二电子断开装置包括第二断开功率阈度以防止可变电阻遭受在第一和第二中间电流水平之间的称作中等电流的电流。机械断开装置包括第三断开功率阈度以防止可变电阻遭受高于第三电流水平的称作强电流的电流。三个断开功率阈度低于最大操作功率阈度。

根据优选实施例，第一电流水平高于或等于第一中间电流水平，第二中间电流水平严格地高于第一中间电流水平，第二中间电流水平高于或等于第三电流水平。

机械地连接到可变电阻的第一热断开装置优选地包括第一热分离器，在可变电阻的过热作用于机械致动装置的情形下第一热分离器熔融，所述第一热分离器包括第一熔融时间常数和第一熔融温度。第一装置包括第二热分离器，在可变电阻的过热作用于机械致动装置的情形下，第二热分离器熔融，所述第二热分离器包括第二熔融时间常数和第二熔融温度，第二熔融温度高于第一熔融温度，第一熔融时间常数高于第二熔融时间常数。

第一热断开装置有利地包括提供位移力的柔性装置，该位移力用于将驱动装置从第一加载位置位移到脱扣位置，驱动装置从而由第一和第二热分离器机械地保持在在加载位置，两个热分离器中的一个的熔融释放驱动装置的运动。

根据变体模式，第一热分离器和第二热分离器分别施加第一和第二保持力在驱动装置上，所述保持力以串联方式施加在驱动装置上，从而热分离器的熔融相继导致取消保持力中的一个以及释放驱动装置的运动。

根据另一变体模式，第一热分离器和第二热分离器分别施加第一和第二保持力在驱动装置上，所述保持力以并行方式施加在驱动装置上，从而热分离器的熔融相继导致两个保持力中的一个的取消、另一保持力的取消以及驱动装置的运动。

根据优选实施例，所述第二电子断开装置包括连接到处理装置的电流测量装置。

根据优选实施例，所述第三断开装置包括与其中集成有电触头的电气开关设备的熄弧沟相关联的活塞。

优选地，当存在称作强电流的电流的情形下由于电触头的推斥发生压力波时，所述活塞运动，活塞的运动指令脱扣机构。

附图说明

其它的优点和特征将从以下在附图中示出、仅以非限制性例子目的给出的本发明的特定实施例的描述变得更加清楚、明显，其中：

图1示出根据本发明的优选实施例的保护单元的示意性视图；

图2和3示出根据图1的保护单元的示意性视图；

图4示出根据图1的过压保护单元的保护模块的透视图；

图5、6和7示出根据图4的保护模块的操作的细节视图；

图8示出根据图4的保护模块的实施例的侧视图；

图9示出根据图4的保护模块的实施例的透视图；

图10示出根据图1的保护单元的开关设备的机械脱扣装置和脱扣机构的透视图；

图11示出根据图10的机械脱扣装置的详细透视图；

图12示出代表根据图1的保护单元的保护水平的时间/电流曲线图；

图13示出在特别地与存在TOV相关的快速温度升高的情形下保护模块的温度曲线图；

图14示出在雷击情形下保护模块的温度曲线图；

图15示出在慢的温度升高的情形下保护模块的温度曲线图。

具体实施方式

如图1、2和3所示，根据本发明的过压保护单元100包括用于经由机械致动装置33连接到电气开关设备21的至少一个保护模块20。

作为如图3所示的示例性实施例，过压保护单元包括四极开关设备21。所述保护单元100的保护模块20然后包括分别连接到开关设备21的极的四个可变电阻1。

根据特定实施例，根据本发明的过压保护单元100用于一方面连接到至少一个电流线，另一方面接地。根据未示出的另一特定实施例，根据本发明的过压保护单元100用于连接在相和中性之间。例如，如图1所示，根据本发明的过压保护单元100用于一方面经由开关设备21的至少第一连接端子22连接到至少一个电流线，另一方面经由保护模块20的至少一连接器6接地。

电气开关设备21包括用于连接到待保护的线路的至少一个第一连接端子22和用于连接到过压保护模块20的连接端子B至少一个第二连接端子25A。开关设备21包括由脱扣机构24控制的主触头。脱扣装置24，27用于与过压保护模块20的机械致动装置33互连。

根据本发明的一个实施例，开关设备21包括与所述至少一个第一连接端子22电连接的第一连接电极62和与所述至少一个第二连接端子25A电连接的第二可动电极23。

第一电触头定位在第一连接电极62上，第二电触头定位在第二可动电极23上。当电触头闭合时，可动电极23与连接电极62接触。

开关设备21进一步包括脱扣机构24。所述机构设计来被促动以使得可动电极23运动并且机械地使得电触头永久地打开。

开关设备21被校准以传送10/350或者8/20类型的雷电波电流而脱扣机构24并不致动。开关设备21的校准事实上被执行得以使得脱扣机构24在10/350或者8/20类型的雷电波电流情形下当能量低于由过压保护部件支持的最大能量时保留锁定。每当雷电波电流流动通过脱扣机构24时，脱扣机构24事实上并不使得触头总是打开。而且，开关设备21还被校准以致动脱扣机构24以及使得触头永久地打开以便改变短路电流。

脱扣功率阈度直接依赖于10/350或者8/20类型的雷电波电流，对此，并不期望触头打开。

保护装置包括至少一个熄弧沟70，用于熄灭电弧。所述至少一个熄弧沟70包括设计用于冷却电弧然后熄灭电弧的消电离作用鳍71。

根据未示出的开关设备21的替代实施例，所述设备包括至少一个单极相单元，其也称作盒。每个单极相单元执行单一极的中断。所述单元有利地为由模制塑料形成的平坦外壳的形式，具有两个分开某一距离的平行的大的面板。外壳由两部分形成，这两部分优选地镜像对称，通过任何适当的方法在它们的大的面板上固定到彼此。单极相单元包括罩在外壳中的中断机构。中断机构优选地为旋转双中断类型的。中断机构包括围绕转销旋转的动接触桥。可动接触桥安装为浮在旋转杆上，旋转杆具有罩住所述接触桥的横向开口的壳体。所述桥在杆的两侧上凸出。所述旋转杆配合在相单元外壳的两个侧表面之间。可动接触桥包括在每个端部的接触条。相单元包括一对静触头。每个静触头用于与动接触桥的接触条协作。第一静触头用于经由线路侧接触条连接到电流线。第二静触头用于连接到过压保护模块。所述桥安装为在打开位置和电流流动位置之间枢转，在所述打开位置中，接触条与静触头分隔开，在所述电流流动位置中，它们接触每一静触头。接触桥的接触条优选地关于转销对称地布置。单极相单元包括用于熄灭电弧的两个熄弧沟。每个熄弧沟开口到接触桥的接触条和静触头之间的开口体积上。每个熄弧沟由两个侧面板、与开口体积间隔开的后面板、靠近静触头的底部面板和顶部面板界定。每个熄弧沟包括彼此通过猝灭气体交换空间间隔开的至少两个消电离作用鳍的堆。

根据本发明的实施例，保护模块20包括至少一个过压保护部件，该过压保护部件包括连接到保护模块20的连接端子25B的至少一个端子和连接到所述模块的连接器6的第二端子。根据如图1所示的第一示例性实施例，过压保护部件可以包括可变电阻1。根据未示出的第二实施例，过压保护部件可以包括与火花隙串联的可变电阻。

所述至少一个可变电阻1具有最大操作功率阈度，超过该阈度，后者的操作不再能够保证。该操作阈度在图12的时间/电流曲线图P1上示出。

根据替代实施例，所述保护模块20优选地包括用于与开关设备21协作的错误防止装置。错误防止装置例如包括用于接合位于开关装置21中的凹型缺口(未示出)的突起35。

根据本发明的优选实施例的保护单元100包括协同三级断开系统，其保证无论诱发模式以及故障电流强度如何，过压保护部件都不会短路。这样，如图12所示，过压保护单元100包括用于在所述过压保护部件1抵达它的最大操作功率水平之前控制脱扣机构24的断开装置。

根据本发明的实施例，保护单元100包括第一热断开装置。保护模块20的所述至少一个可变电阻1机械地连接到可动驱动装置10。连接到机械致动装置33的所述驱动装置用于在可变电阻1的操作故障的情形下致动开关设备21的脱扣机构24。

所述至少一个可变电阻1通过第一热分离器P1机械地连接到可动驱动装置10。第一热分离器P1在可变电阻过热的情形下的熔融释放可动驱动装置10的运动。驱动装置10的运动用于作用于机械致动装置33并使得开关设备21的电触头23打开。

如图5-7所示，根据本发明的优选实施例，第一热分离器P1一方面固定到可变电阻1，另一方面固定到可动驱动装置10的枢转臂11。枢转臂11在称作加载位置的第一操作位置由第一热分离器P1机械地固定。柔性装置12施加位移力Fd在枢转臂11上。位移力Fd用于致使枢转臂11在第一热分离器P1熔融的情形下运动到第二操作位置。第一热分离器P1施加第一保持力Fr1在驱动装置10上。第一热分离器P1的熔融使得第一分离器P1和枢转臂11之间的机械连接中断。在位移力Fd的作用下，第一保持力Fr1是零，所述臂围绕转销13从加载位置旋转到称作脱扣位置的第二操作位置。转销13的转动作用在机械致动装置33上。

所述第一热分离器P1包括第一熔融温度T1和第一熔融时间常数σ1。

第一热分离器P1的第一熔融温度T1被确定以低于在第一热分离器P1的位置采取的在保护模块20的外壳的外表面的位置处所能承受的最大温度TmaxB。在外壳的外表面位置所能承受的最大温度通常由额定值固定。该温度例如等于120摄氏温度。在为外壳内部的第一热分离器P1位置处发生的该最高温度使得能够建立用于确定第一熔融温度T1的第一标准。

第一热分离器P1的第一熔融温度T1进一步被确定以使得低于在操作故障情形下由可变电阻10达到的最大加热温度。操作故障例如与可变电阻的老化有关，老化导致开始短路。可变电阻的该过热使得能够建立确定第一熔融温度T1的第二标准。

这两个标准的组合使得能够确定第一熔融温度T1。作为示例性实施例，第一熔融温度T1具有等于125加减15摄氏度的值。

熔融时间常数指的是，表征在系统操作调节下被研究的系统抵达熔融温度的速度的每一次的均匀的量。时间常数通常与被研究系统对瞬时干扰的响应有关。熔融时间常数σ1事实上依赖于保护模块20的结构，特别地依赖于第一热分离器P1关于可变电阻的位置、用于形成所述分离器的材料属性，以及它的整体结构。

如图14所示，在雷击情形下，布置在保护装置的外壳中的第一热分离器P1的温升在大约25秒的时间后达到最高温度。第一曲线C1代表第一热分离器P1的温升曲线，第二曲线C2代表第二热分离器P2的温升曲线。根据需要，第一热分离器P1在雷击情形下并不达到它的熔融温度T1。第三曲线C3理论上代表在雷击情形下，特别地在10/350类型的雷击情形下，可变电阻的生热。第一熔融时间常数σ1例如等于5秒。

如图5-7所示，根据本发明的特定变体，第一热分离器P1由塑料制成的销形成。由柔性装置12经由驱动装置10的枢转臂11施加的位移力Fd因此在所述销上施加剪切力。根据未示出的替代实施例，由柔性装置施加的位移力Fd可以施加牵引力在所述销上。

作为示例性实施例，第一热分离器P1的加热优选由间接传导产生。根据未示出的替代实施例，第一热分离器P1的加热由直接传导产生，其中电流流动通过可变电阻1，然后流动通过第一热分离器。

根据本发明的优选实施例，可变电阻1由第二热分离器P2连接到驱动装置10。

在可变电阻1的过热情形下第二热分离器P2的熔融释放可动驱动装置10的位移。驱动装置10的运动用于作用于机械致动装置33上并导致开关设备21的电触头23的打开。

如图5-7所示，根据本发明的优选实施例，第二热分离器P2一方面固定到可变电阻，另一方面固定到可动驱动装置10的枢转臂11。枢转臂11在加载位置由第二热分离器P2机械地固定。柔性装置12施加位移力Fd在枢转臂11上。在第二热分离器P2熔融的情形下，位移力Fd用于致使枢转臂11运动到第二操作位置。第二热分离器P2施加第二保持力Fr2在驱动装置10上。第二热分离器P2的熔融使得第二分离器P2和枢转臂11之间的机械连接中断。由于位移力Fd的作用，所述臂围绕转销13从加载位置旋转到脱扣位置。转销13的转动作用在机械致动装置33上。

所述第二热分离器P2包括第二熔融温度T2和第二熔融时间常数σ2。

第二热分离器P2的第二熔融温度T2依赖于三个标准。首先地，所述第二熔融温度T2被确定以使得低于由可变电阻1支持的最大操作温度TmaxV。最大容忍温度TmaxV是部件的内在特性并且例如等于260摄氏度。

第二热分离器P2的第二熔融温度T2进一步被确定以高于在雷击，特别地10/350类型的雷击，的情形下由可变电阻达到的加热温度。

最后，第二热分离器P2的第二熔融温度T2被确定为以低于在TOV故障后可变电阻1的加热温度。

这三个标准的组合使得第二熔融温度T2能够被确定。

作为示例性实施例，第二熔融温度T2具有等于195正负25摄氏度的值。

如图14所示，在雷击情形下，布置在保护模块20的外壳中的第二热分离器P2的温升在大约5秒的时间后达到最高温度。第一曲线C1代表第一热分离器P1的温升曲线，第二曲线C2代表第二热分离器P2的温升曲线。第三曲线C3理论上代表在雷击情形下，特别地在10/350类型的雷击情形下，可变电阻的加热。根据需要，在雷击情形下，如同第一分离器P1，第二热分离器P2并不达到它的熔融温度T2。出于示例的目的，第二熔融时间常数σ2等于1秒。

作为示例性实施例，第二热分离器P2的生热优选由间接传导产生。根据未示出的替代实施例，第二热分离器P2的加热由间接导电产生，其中电流流动通过可变电阻1，然后流动通过第二热分离器。

根据本发明的发展模式，第二热分离器P2为低温度焊接。如图5、6和7所示，作为制造例子，第一热分离器P1的热销接合在金属支架中。所述金属支架通过第二热分离器P2的低温焊点连接到可变电阻1。

这样，根据本发明的优选实施例，第二熔融温度T2高于第一熔融温度T1，第一熔融时间常数σ1高于第二熔融时间常数σ2。出于示例的目的，第一熔融时间常数σ1至少高第二熔融时间常数σ2五倍。

如图5-7所示的示例性实施例，每个枢转臂11包括孔16，通过转销13以可拆卸的方式固定的驱动指状件14定位在该孔中。枢转臂11在热分离器P1、P2分离的情形下的运动使得原压靠在所述臂的孔16的一个边缘上布置的驱动指状件14运动。分别布置在其它枢转臂的孔中的驱动指状件14在孔中自由运动，所述其它臂保持固定。

如图8和9所示的示例性实施例，机械致动装置33包括平动导引的致动臂35。转销13的转动运动导致致动臂35要么直接平动，要么经由杆36间接平动。在一端，致动臂35包括关于保护装置的外壳凸出的凸出物。该凸出物34用于致动开关设备21的脱扣杆(未示出)。

根据本发明的过压保护模块20在可变电阻1快速过热的情形下的操作如下。快速过热与TOV的出现特别相关。出于示例的目的，图13中的第一曲线C1表示第一热分离器P1的加热曲线，第二曲线C2表示第二热分离器P2的加热曲线。在TOV的情形下，第二热分离器P2由于它的低熔融时间常数σ2将快速加热。第二热分离器P2的加热的第二曲线C2将快速达到第二熔融温度T2。同时，如在图13的第一曲线C1上所示的，第一热分离器P1的温度升高相对较小。在实践中，第一热分离器P1在第二热分离器抵达它的熔融温度T2时远没有达到它的熔融温度。

根据本发明的过压保护模块20在可变电阻1慢慢加热的情形下的操作如下。出于示例目的，图15中的第一曲线C1表示第一热分离器P1的加热曲线，第二曲线C2表示第二热分离器P2的加热曲线。两个热分离器P1，P2将缓慢加热。两个热分离器P1，P2的加热曲线的第一和第二曲线C1，C2大致平行，或者甚至相同。第一热分离器P2的生热的第一曲线C1将在保护模块的外壳已经达到它的最大可接受的温度TmaxB以前抵达第一熔融温度T1。

由于两热分离器P1，P2的该串联组合，保护模块20的热保护对于快速瞬变现象和对于较慢的现象都适用。而且，热分离器的操作保证装置在雷击情形下不脱扣。

根据第一发展模式，第一和第二热分离器P1，P2的保持力以串行方式施加在驱动装置10上。热分离器的熔融相继导致保持力Fr1，Fr2中一个的取消和驱动装置的运动。两个保持力Fr1，Fr2分别大于位移力Fd的强度。

根据第二发展模式，第一和第二热分离器P1，P2的保持力以串行模式施加在驱动装置10上。热分离器中的一个的熔融相继导致两保持力Fr1，Fr2中的一个的取消、然后是另一个保持力Fr1，Fr2的取消、以及最后是驱动装置10的运动。保持力Fr1，Fr2分别小于位移力Fd的强度。

根据第一热断开装置的另一替代实施例，可以仅保持第一热分离器P1。在这种情况中，过压保护部件的热保护将在由于该部件老化所致的小量值的泄漏电流的情形下正确执行。但是，在由TOV产生的更大量值的故障电流的情形下，热分离器P1不够足够快地防止过压保护部件的短路。在操作中的该限制可以由图12中的没有被断开线覆盖的区域来表示。该限制可以通过增大第二电子断开装置的敏感度而最小化。虽然如此，为了增大灵敏度，有必要增大主电路上的安培-圈的大小。但是，该选项构成相反方向的步骤以降低整个装置的保护电压。

根据第一热断开装置的另一替代实施例，可以仅保持第一热分离器P2。在这种情况中，对TOV的保护将正确执行。但是，在可变电阻由于泄漏电流所致的缓慢加热的情形下，不能保证装置的外部部分上的温度不超过额定值允许的限制。那么，一个选择可以是，降低热分离器T2的熔融温度T2以期望降低后者的熔融。但是，执行该选择的固有的危险是导致在大量值的雷击(典型地25kA10/350μs)的情形下热分离器T2熔融。

根据本发明的一个实施例，保护单元包括第二电子断开装置。所述电子断开装置包括连接到电子处理装置50的至少一个电流传感器51。

根据如图3所示的特定实施例，四个电流传感器分别用于测量在四个可变电阻1的每一个中流动的电流。而且，使用的传感器提供能量以供应给电子处理装置50以及提供测量信号，从而使得脱扣阈度能够被检测。电子处理装置设置在输出上，具有由电流传感器充电的电容。该电容用于在当脱扣阈度被超过时给电磁致动器供电。当电磁致动器被致动时，它通过释放锁闩而使得脱扣机构24打开。

根据一优选实施例，第二电子断开装置包括连接到处理装置50的电流测量装置51。这些测量装置优选地为能够从二次绕组提供能量的电磁线圈。当电流在主电路中流动时，这些电磁线圈积累能量，从而给连接到二次电路的电容充电。当电子处理装置检测到脱扣阈度被超过时，存储在电容中的能量释放到电磁致动器中。该电磁致动器然后通过释放锁扣系统而使得机构24脱扣。

第二电子装置对于获得足够的灵敏度以致使断路器从30A的低强度开始脱扣以及最小化避雷器的总阻抗是必需的。

根据本发明的一个实施例，保护单元包括第三机械断开装置。如图1、10和11所示，第三机械断开装置包括经由猝灭气体管72连接到熄弧沟70的内部空间的击打器60。在熄弧沟70中的过压力导致击打器60的瞬时运动。击打器的运动用于致动脱扣机构24以使得电触头打开。根据一示例性实施例，击打器60包括能够围绕旋转轴Y旋转的旋转臂。在猝灭气体管72内部产生的过压力使得旋转臂转动。所述臂的一端致动开关设备的脱扣杆，从而使得电触头23打开。

更一般地说，期望防止在任何情况下，尤其是在产生比可变电阻的电力能力更高的雷电电流(25kA10/350μs)的情形下，防止可变电阻短路。该电流导致触头的强力的推斥以及足够的压力升高致使机构通过活塞脱扣。在这种情况中，可变电阻的破坏和机械断开装置的脱扣是同时的。该操作模式防止电力供应系统的线路侧保护的脱扣。根据本发明的发展模式，过压力导致击打器位移，这直接作用于脱扣机构24，从而保证在超过过压保护部件的承载能力的大量值的雷击的情形下的非常快速的保护。

机械断开装置具有三个操作模式。

第一个操作模式为防止过压保护部件遭受在电力系统中发生的大量值的短时过压电流。在大量值的TOV的情形下，机械断开装置使得可变电阻能够非常快速地得到保护以防止可变电阻遭到破坏以及短路。

第二操作模式为在产生超过过压保护部件的最大功率容量的超过25kA的雷电电流的大量值的雷击情形下保护过压保护部件。在这个操作情形中，可变电阻会被破坏，但是机械断开装置将同时能够执行机构的解锁以及触头的打开。通过该第二操作模式，可以观察到，尽管过压保护部件被破坏，但是短路电流以几乎瞬时的方式被限制以使得短路的影响将非常大幅地降低。例如，位于电线上游(up-line)的保护断路器将不会脱扣。

关于由第一热断开装置和第二电子断开装置执行的保护，第三保护模式执行冗余安全功能。如果，不管断开装置组的级联如何，可变电阻被破坏并产生短路，那么机械断开装置事实上作为最后的保护工作以脱扣机构并致使触头打开。出于示例的目的，如果过压保护部件受到数次重复的雷击，过压保护部件的该短路能够发生。

如图12所示，保护单元100的三个断开装置以协同方式操作以为了保证过压保护部件，例如可变电阻，无论在什么诱发模式下以及不管故障电流的强度如何都不会短路。换句话说，断开装置能够在所述可变电阻1抵达它的最大操作功率水平前控制脱扣机构24。

断开装置的第一热断开装置包括第一断开功率阈度S1以保护可变电阻1应付低于第一电流水平I1的称作弱电流的电流。如图12所示，第一热断开装置的该脱扣阈度示出在第一个时间/电流脱扣曲线Pt上。

第二电子断开装置包括第二断开功率阈度S2以保护可变电阻应付在第一和第二中间电流水平I2A，I2B之间的称作中等电流的电流。如图12所示，第二电子断开装置的该脱扣阈度示出在第二时间/电流脱扣曲线Pe上。

第三机械断开装置包括第三断开功率阈度S3以保护可变电阻应付高于第三电流水平I3的称作强电流的电流。如图12所示，第三机械断开装置的该脱扣阈度示出在第三时间/电流脱扣曲线Pm上。

三个电力断开阈S1，S2，S3低于过压保护部件的最大操作功率阈度。过压保护部件的所述最大操作功率阈度示出在操作曲线P1上。

为了保证过压保护部件的有效保护以及尽可能限制所述部件的短路危险，优选三个断开装置的各曲线Pt，Pe，Pm具有重叠区域(区域A和区域B)。这样，根据如图12所示的本发明的实施例，第一电流水平I1高于或等于第一中间电流水平I2A，第二中间电流水平I2B严格地高于第一中间电流水平I2A，第二中间电流水平2B高于或等于第三电流水平I3(I2A<=I1；I2B>I2A；I3<=I2B)。

如图12所示，保护单元必须从30A开始脱扣，从而通过由第一热断开装置执行的热保护保证重叠区域(区域A)。事实上，在没有重叠区域(区域A)的情形下，过压保护部件可能短路，而该故障不会被断开装置中的一个检测到。

而且，第二电子断开装置并不增大保护单元的总阻抗，因此并不增大整个装置的保护电压。避雷器功能因此通过保证当雷电电流25kA流动通过组件时在组件端子处小于2.5kV的电压而得以保证。

这样，保护单元包括具有三级的协同断开系统，该系统的操作示意性地示出在图12中。

保护单元的三个断开装置以同时和/或协同方式操作以为了在过压保护部件的整个操作范围提供过压保护部件的保护。过压保护部件的短路危险将由断开装置中的一个系统性地检测。

第一热断开装置的作用是双重的。第一作用是保证可变电阻的加热不会通过热传导导致装置的外部部分过度的热升高。热断开装置的第二功能是防止可变电阻由于缓慢加热而被破坏。可以观察到，该热断开的操作速度通过结构限制到相对于30A的故障电流1秒。该第一电流水平I1限定第一热断开装置的最大操作极限。

根据如图12所示的保护单元的优选实施例，第二电子断开装置用于对低于第一电流水平I1的较低电流值进行操作。在代表第一热断开装置的脱扣阈度的曲线Pt和代表第二电子断开装置的脱扣阈度的曲线Pe之间的第一重叠区域(区域A)事实上被形成以考虑这两个串联连接的断开装置的离差。该第一中间电流水平I2A限定第二电子断开装置的最小操作极限。第二电子断开装置的特征操作点因此设置为0.5秒内20A。而且，第二电子断开装置的操作范围使得过压保护部件能够得到直到3500A小于3.5ms的时间的保护。该第二中间电流水平I2B限定第二电子断开装置的最大操作极限。在超过该第二中间电流水平I2B的情形下，第三机械断开装置提供保护。

如前，在代表第二电子断开装置的脱扣阈度的曲线Pe和代表第三电子断开装置的脱扣阈度的曲线Pm之间的第二重叠区域(区域B)被形成以考虑这两个串联连接的断开装置的离差。

第三电子断开装置因此被调节以针对3000A的电流(点I3)小于4ms地操作。出于示例性的目的，预应力弹簧可以用于该目的。该第三电流水平I3限定第三机械断开装置的最小操作极限。考虑到第三电流水平I3的值，第三电子断开装置用于超过3000A的全部的故障电流。在超过可变电阻的最大功率容量的超过25kA的雷电电流的特定情形下，这些第三电子断开装置还用于瞬间脱扣机构。

总的来说，对于三个断开装置的每一个，单独检查对于小于25kA10/350μs的雷电电流没有操作发生。

Claims (9)

1.一种过压保护单元，包括：

过压保护模块(20)，其包括具有最大操作功率阈度的至少一个可变电阻(1)；

电气开关设备(21)，其包括用于连接到待保护线路的输入(22)、由脱扣机构(24)控制的主触头(23)、以及连接到所述过压保护模块(20)的输出(25A)，所述模块的机械致动装置(33)互连到脱扣装置(24，27)以致动主触头(23)的打开；

用于在所述可变电阻抵达它的最大操作功率水平之前控制所述脱扣机构(24)的断开装置；

其特征在于，所述断开装置包括：

第一热断开装置，其包括第一断开功率阈度(S1)以保护可变电阻免于低于第一电流水平(I1)的称作弱电流的电流；

第二电子断开装置，其包括第二断开功率阈度(S2)以保护可变电阻免于在第一和第二中间电流水平(I2A，I2B)之间的称作中等电流的电流；以及

第三机械断开装置，其包括第三断开功率阈度(S3)以保护可变电阻免于高于第三电流水平(I3)的称作强电流的电流；

所述三个功率断开阈度(S1，S2，S3)低于最大操作功率阈度。

2.如权利要求1所述的保护单元，其特征在于，所述第一电流水平(I1)高于或等于第一中间电流水平(I2A)，所述第二中间电流水平(I2B)严格地高于第一中间电流水平(I2A)，第二中间电流水平(I2B)高于或者等于第三电流水平I3(I2A<=I1；I2B>I2A；I3<=I2B)。

3.如权利要求1或者2所述的保护单元，其特征在于，机械地连接到可变电阻的所述第一热断开装置包括：

第一热分离器(P1)，在可变电阻的过热作用于机械致动装置(33)的情形下该第一热分离器(P1)熔融，所述第一热分离器(P1)包括第一熔融时间常数(σ1)和第一熔融温度(T1)，

第二热分离器(P2)，在可变电阻(1)的过热作用于机械致动装置(33)的情形下所述第二热分离器(P2)熔融，所述第二热分离器(P2)包括第二熔融时间常数((2)和第二熔融温度(T2)，第二熔融温度(T2)高于第一熔融温度(T1)，第一熔融时间常数(σ1)高于第二熔融时间常数(σ2)。

4.如权利要求3所述的保护单元，其特征在于，所述第一热断开装置包括提供用于将驱动装置(10)从第一加载位置移动位移到脱扣位置的柔性装置(12)，所述驱动装置(10)由所述第一和第二热分离器(P1，P2)机械地保持在加载位置，两个热分离器中的一个的熔融释放所述驱动装置(10)的运动。

5.如权利要求4所述的保护单元，其特征在于，所述第一热分离器(P1)和第二热分离器(P2)分别施加第一和第二保持力(Fr1，Fr2)在驱动装置(10)上，所述保持力以串行方式施加在所述驱动装置(10)上，热分离器的熔融相继导致所述保持力(Fr1，Fr2)中的一个的取消以及驱动装置(10)的释放运动。

6.如权利要求5所述的保护单元，其特征在于，第一热分离器(P1)和第二热分离器(P2)分别施加第一和第二保持力(Fr1，Fr2)在驱动装置(10)上，所述保持力以并行方式施加在驱动装置(10)上，热分离器的熔融相继导致两保持力(Fr1，Fr2)中的一个的取消、另一个保持力(Fr1，Fr2)的取消以及驱动装置(10)的运动。

7.如前述权利要求中任一项所述的保护单元，其特征在于，所述第二电子断开装置包括连接到处理装置的电流测量装置。

8.如前述权利要求中任一项所述的保护单元，其特征在于，所述第三断开装置包括与电触头集成在其中的电气开关设备(21)的熄弧沟相关联的活塞。

9.如权利要求9所述的保护单元，其特征在于，当由于在存在称作强电流的电流的情形下电触头的推斥而发生压力波时，所述活塞移动，活塞的该运动指令脱扣机构(24)。

Images