[发明专利]用于断路器的外部直流过电流电子跳闸单元

说明书

本发明涉及用于断路器的外部直流过电流电子跳闸单元，公开了一种直流断路器和一种控制触头的闭合状态和断开状态的方法。直流断路器包括：至少一个触头，其配置为耦接在直流电源和直流负载之间。直流断路器包括热磁跳闸电路和电子跳闸电路。电子跳闸电路响应于所感测到的在处于闭合状态的触头中流动的直流电流的水平，用以累积感测直流电流的总时间的指示。将感测直流电流的总时间的累积的指示与预定值或预定水平进行比较，响应于累积的指示超过预定值或预定水平，使得触头从闭合状态转换为断开状态。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年6月2日提交的美国临时申请No.62/344,444的优先权，其全部内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种建立在例如快速运输列车上的直流(DC)断路器，更具体地，涉及一种用于以时域依赖方式来控制直流断路器的闭合状态和断开状态的设备和方法。

背景技术

快速运输系统广泛用于大量旅客运输。铁路客运列车DC辅助子系统由电压通常在24伏和110伏之间变化的低压电源(LVPS)供电。在紧急情况下也可以使用电池来支持重要和基本的负载。相对于交流(AC)电源来说，使用DC电源的优点是无需任何AC至DC转换就可以在负载附近分布变频驱动。航空器、载人飞行器、船、商业和工业建筑物以及数据中心中的DC辅助子系统和DC配电正在得到广泛研发。由于与AC系统相比，DC系统缺乏标准，所以DC系统中的故障保护仍然是广泛关注的问题。

铁路车辆中断路器通常优于保险丝，这是因为后者所显示出的热疲劳不能被远程控制、不能在维护期间提供容易隔离电路的手段、并且需要被更换。广泛应用于铁路车辆的断路器包括热磁跳闸电路。这种断路器的额定值被选择为足够高，以避免在紧急情况和最高工作温度条件时错误跳闸。然而，在寒冷的温度条件下，特别是在室外快速运输系统中，热磁跳闸电路(特别是在热区域中)的有效性降低。此外，可用的故障电流容差通常是有限的。由于包括热磁跳闸电路的市售断路器的跳闸曲线的额定值和容差，在短路(例如，低压母线的正极线和负极线之间的短路)期间，跳闸曲线可能将落入热区中，使得故障可能会持续数秒钟，从而导致危险状况。

发明内容

本文公开了一种断路器，其包括现有技术的热磁跳闸电路和根据本文所述示例在电子跳闸电路的控制下操作的并联跳闸线圈的组合。使用电子跳闸电路与热磁跳闸电路相结合，相比于仅使用热磁跳闸电路，有助于快速检测故障电流和更快速地断开断路器的一个或多个触头。热磁跳闸电路和电子跳闸电路的组合增加了断路器抵御电压母线上出现的故障状况的保护性能。

现在将在以下编号的条款中描述和阐述本发明的各种优选和非限制性实施例：

条款1：一种直流断路器包括配置成耦接在直流电源和直流负载之间的至少一个触头。热磁跳闸电路能够根据第一时间-电流曲线操作，所述第一时间-电流曲线限定：第一时间-电流区域(1TCR)，其中，起始状态为闭合状态的触头响应于触头暴露于1TCR中的电流和时间的组合而保持在闭合状态，以及第二时间-电流区域(2TCR)，其中，起始状态为闭合状态的触头响应于触头暴露于2TCR中的电流和时间的组合而转换为断开状态。电子跳闸电路能够根据第二时间-电流曲线操作，所述第二时间-电流曲线限定：第三时间-电流区域(3TCR)，其中，起始状态为闭合状态的触头响应于触头暴露于3TCR中的电流和时间的组合而保持在闭合状态，以及第四时间-电流区域(4TCR)，其中，起始状态为闭合状态的触头响应于触头暴露于4TCR中的电流和时间的组合而转换为断开状态。电流和时间的每个组合包括直流电流在触头中流动的总时间和在总时间内在触头中流动的直流电流的水平。

条款2：根据条款1所述的直流断路器，其中，至少1TCR的一部分和4TCR的一部分重叠，并且具有共同的时间-电流对或时间-电流点。