專利名稱：獲取被監(jiān)測電流波形的過流斷路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶保護(hù)模塊的過流斷路裝置，用于依據(jù)電流/時(shí)間特征線和各獲取的被監(jiān)測電流的波形向電路斷路器發(fā)出控制信號，以斷開電路斷路器的開關(guān)觸點(diǎn)。
背景技術(shù)：
這種如在US5,600,527中描述的過流斷路裝置的任務(wù)是，避免由于過載對電線和耗電器的損壞。如果電流及其持續(xù)時(shí)間超過彼此所屬的極限值時(shí)，保護(hù)模塊使斷路器中的開關(guān)觸點(diǎn)斷開，并由此切斷被保護(hù)的電流回路。
在確定所提及的電流/時(shí)間特征線時(shí)認(rèn)為，被保護(hù)的對象或運(yùn)行設(shè)備，如電纜或電機(jī)，由固定頻率的交流電供電，并且電流是正弦形的。但是在電力供應(yīng)網(wǎng)中存在著具有非線性特性的耗電器，它們會造成電流波形的失真。電流中的諧波含量(THD＝Total Harmonic Distortion，總諧波失真)，也就是頻率大于電網(wǎng)基本頻率(50或60赫茲)的電流的含量，可以用于度量這種失真的程度。電力設(shè)備的某些部分，特別是電纜，與根據(jù)電纜的歐姆阻抗上的電流有效值計(jì)算出來的負(fù)荷相比，會由于這些諧波含量而發(fā)出更多的熱量。在這種情況下，只有將電路斷路器的過流斷路裝置的斷路延遲調(diào)節(jié)到相當(dāng)?shù)椭禃r(shí)才能實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。
但是，這樣的調(diào)節(jié)只用于一次性出現(xiàn)的諧波含量，如果例如在電網(wǎng)中運(yùn)行其它耗電器，則必須重新進(jìn)行適應(yīng)。在根據(jù)US5,600,527所述的電路斷路器中斷路觸發(fā)的成功實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)地考慮獲取的電流波形，即諧波含量。所獲取的電流諧波含量(THD)也同時(shí)顯示給用戶。
但實(shí)際情況表明，耗電器和電纜對諧波的靈敏度可能有很大的差別，因此可能會出現(xiàn)這樣的情形，即這種對當(dāng)時(shí)諧波含量的自動(dòng)考慮對于某個(gè)給定的運(yùn)行設(shè)備(電纜，電機(jī)，其它耗電器)來說是過低或過高的，因而使過流斷路裝置響應(yīng)過早或過晚。

發(fā)明內(nèi)容
據(jù)此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，更好地考慮被監(jiān)測電流的諧波含量，并由此提高運(yùn)行設(shè)備的安全性。
根據(jù)本發(fā)明，上述技術(shù)問題是這樣解決的，在過流斷路裝置的保護(hù)模塊中加入一個(gè)載荷靈敏度的調(diào)節(jié)裝置，用于考慮在各出現(xiàn)的電流波形影響下的被保護(hù)電路的特性。
載荷靈敏度表示一個(gè)系數(shù)，過流斷路裝置的持續(xù)時(shí)間延遲(Langzeitverzoegerung)的大小要與該系數(shù)相乘。如果載荷靈敏度系數(shù)等于1，則意味著預(yù)先給定的或標(biāo)準(zhǔn)的電流/時(shí)間特征線不經(jīng)修改而直接使用。與此相反，當(dāng)被監(jiān)測電流中出現(xiàn)諧波時(shí)，載荷靈敏度小于1。該項(xiàng)載荷靈敏度系數(shù)為過流斷路裝置的用戶提供了一個(gè)非常直觀可靠的輔助工具，用于修正對過流斷路裝置的調(diào)節(jié)。例如，給定“載荷靈敏度＝0.9”，則斷路延遲被減小10％，目的是考慮由諧波引起的運(yùn)行設(shè)備的附加溫升。
按照本發(fā)明的一項(xiàng)改進(jìn)，調(diào)節(jié)系數(shù)“載荷靈敏度”可以通過兩個(gè)同樣直觀并因此便于用戶可靠操作的參數(shù)來進(jìn)行規(guī)范。為此調(diào)節(jié)裝置備有分開的調(diào)節(jié)器，其中一個(gè)調(diào)節(jié)器用于確定由電流波形決定的諧波含量的極限值，超過該極限值時(shí)斷路延遲將受到影響，另外一個(gè)調(diào)節(jié)器用于確定斷路延遲與諧波含量的相關(guān)程度。
為了確定諧波含量和載荷靈敏度的大小，本發(fā)明可以提供一個(gè)獨(dú)特的電路單元，該單元以電流的采樣值作為輸入?yún)⒘?，其中，保護(hù)模塊則由所得到的載荷靈敏度的大小控制。作為這種電路的一種變化，電路單元得到經(jīng)保護(hù)模塊預(yù)處理后的電流采樣值。
另外，利用本發(fā)明還可以實(shí)現(xiàn)一種特別簡單的電路構(gòu)造，保護(hù)模塊利用微處理器的一個(gè)子程序計(jì)算諧波含量，作為工作流程的一步，其計(jì)算結(jié)果用于確定持續(xù)時(shí)間延遲的過流斷路。


下面將借助附圖所示實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1用圖表表示斷路延遲與被監(jiān)測電流中的諧波含量之間的相互關(guān)系。
圖2以圖解形式直觀地表示具有圖1所述功能的帶過流斷路裝置的電路斷路器。
圖3用框圖直觀地表示電子過流斷路器的基本構(gòu)造。
圖4和圖5表示不同的用于計(jì)算諧波含量的電路單元。
圖6表示一種保護(hù)模塊，它處理包括斷路時(shí)間與諧波含量的相關(guān)性在內(nèi)的全部保護(hù)任務(wù)。
具體實(shí)施例方式
在圖1的圖表中示出了依賴于被監(jiān)測電流中諧波含量，被稱為載荷靈敏度(LE)的參量。載荷靈敏度LE定義了一個(gè)修正參數(shù)，過流的響應(yīng)值(即持續(xù)時(shí)間延遲)要與該參數(shù)相乘。如果LE小于1，則意味著過流斷路裝置在小于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)斷開電路斷路器。對于一個(gè)給定的電流(平均值或有效值)，斷路延遲將因此而減小。
載荷靈敏度LE由兩個(gè)互不相關(guān)的可調(diào)節(jié)的參數(shù)A和B確定，這兩個(gè)參數(shù)向用戶直觀地描述了被保護(hù)設(shè)備的特征。參數(shù)A確定，電流中的諧波含量超過多大值時(shí)必須減小斷路延遲，即降低載荷靈敏度。在圖1中，該參數(shù)由一條用A標(biāo)識的線條標(biāo)記。
另外，參數(shù)B確定斷路延遲與諧波含量的相關(guān)程度，它在圖1中被定義為特征線的傾角。其中，較小傾角表示運(yùn)行設(shè)備受諧波影響小，而較大傾角則表示諧波對運(yùn)行設(shè)備有較大影響。
作為其三個(gè)例子，表示三種不同的特性分明的運(yùn)行設(shè)備。在第一個(gè)例子中假設(shè)了一種“對諧波不敏感運(yùn)行設(shè)備”。根據(jù)前面的論述，該設(shè)備的載荷靈敏度在諧波含量的整個(gè)觀測范圍內(nèi)等于1，即，用戶將參數(shù)A調(diào)節(jié)到最高值A(chǔ)1，對參數(shù)B可以不進(jìn)行設(shè)置，但也可以提示性地設(shè)置為0(沒有傾角)。
下一個(gè)例子是一種“對諧波敏感運(yùn)行設(shè)備”，這種設(shè)備對應(yīng)一個(gè)極限值A(chǔ)2和一個(gè)不為零的傾角B2。運(yùn)行設(shè)備的靈敏度通過圖1中A2的位置和傾角B2的大小來表達(dá)。
第三個(gè)例子假設(shè)了一種“對諧波極其敏感運(yùn)行設(shè)備”，任何諧波含量都會引起載荷靈敏度LE的降低。這意味著參數(shù)A3＝0，參數(shù)B3則或大或小地不為零。
圖2以剖面形式表示一個(gè)低壓電路斷路器1，從中可以清楚地了解其中的功能性聯(lián)系。在電路斷路器1中，驅(qū)動(dòng)裝置3控制開關(guān)接觸系統(tǒng)2的斷開及閉合。為驅(qū)動(dòng)裝置3設(shè)置了一個(gè)包含多項(xiàng)功能組的過流斷路裝置4。電流轉(zhuǎn)換器5獲取流經(jīng)電路斷路器的電流，其測量值提供給過流斷路裝置。保護(hù)模塊6依據(jù)諧波含量并根據(jù)載荷靈敏度LE的標(biāo)準(zhǔn)確定斷路延遲的大小，據(jù)此驅(qū)動(dòng)裝置3斷開開關(guān)接觸系統(tǒng)2。載荷靈敏度的標(biāo)準(zhǔn)則由用戶借助前述的參數(shù)A和B在調(diào)節(jié)裝置9的調(diào)節(jié)器7和8上選擇。
圖3以基本模塊形式表示了連接在電流轉(zhuǎn)換器5后面的用于信號預(yù)處理的電路單元10，模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器11，以及前面提及的保護(hù)模塊6，從中可以清楚地看出過流斷路裝置4新功能的細(xì)節(jié)。如公知的那樣，保護(hù)模塊6輸入多個(gè)參數(shù)12。在各種不同的通道或斷路方式中有在現(xiàn)有關(guān)聯(lián)中特別重要的持續(xù)時(shí)間延遲13，其被作為子單元詳細(xì)地表示在圖3的下面部分。持續(xù)時(shí)間延遲單元13可以輸入一系列不同的參數(shù)，還特別受電路單元14的影響。電路單元14依據(jù)輸入的采樣值計(jì)算電流的諧波含量，計(jì)算結(jié)果還同時(shí)在顯示單元15上顯示。通過連接單元16可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)考慮在其它位置或在過流斷路器4中其它處理過程得到的用于斷開電路斷路器1的計(jì)算結(jié)果。
圖4以簡化形式再次表示，依靠與輸入到保護(hù)模塊6同樣的采樣值，在電路單元14中實(shí)現(xiàn)諧波含量計(jì)算。圖5表示了這種電路結(jié)構(gòu)的一種變化，修改后的電路單元17處理已經(jīng)在保護(hù)模塊6中預(yù)處理過的采樣值，計(jì)算載荷靈敏度LE。
圖6表示了第三種，但不是最后一種，計(jì)算諧波含量的可能性，諧波含量的計(jì)算也可以通過一個(gè)修改的保護(hù)模塊18實(shí)現(xiàn)，該模塊在內(nèi)部考慮載荷靈敏度。當(dāng)保護(hù)任務(wù)不是很復(fù)雜，因而保護(hù)模塊中微處理器的計(jì)算能力足夠完成附加任務(wù)時(shí)，可以采用這種解決方案。另一方面，從簡化總體結(jié)構(gòu)的目的出發(fā)，依據(jù)圖6的方案也可以用于復(fù)雜的保護(hù)任務(wù)，這時(shí)需要使用具有較高計(jì)算能力的微處理器。
權(quán)利要求
1.一種帶有保護(hù)模塊(6；18)的過流斷路裝置(4)，用于依據(jù)電流/時(shí)間特征線和各獲取的被監(jiān)測電流(I)的波形向電路斷路器(1)發(fā)出控制信號，以斷開電路斷路器(1)的開關(guān)觸點(diǎn)(2)，其特征在于，為了考慮在各出現(xiàn)的電流波形影響下的被保護(hù)電路的特性，為過流斷路裝置(4)的保護(hù)模塊(6；18)設(shè)置了載荷靈敏度(LE)的調(diào)節(jié)裝置(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過流斷路裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(9)有分開的調(diào)節(jié)器(7，8)，其中，一個(gè)調(diào)節(jié)器用于確定由電流(I)的波形決定的諧波含量(THD)的極限值(A)，超過該極限值時(shí)斷路延遲將受到影響；另外一個(gè)調(diào)節(jié)器(9)用于確定斷路延遲與諧波含量(THD)的相關(guān)程度(B)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過流斷路裝置，其特征在于，為了確定諧波含量和載荷靈敏度(LE)，設(shè)置了一種獨(dú)特的電路單元(14；17)，該單元以電流的采樣值作為輸入?yún)⒘?，保護(hù)模塊(6)則由所獲取的載荷靈敏度(LE)的大小控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過流斷路裝置，其特征在于，將電流采樣值經(jīng)保護(hù)模塊(6)預(yù)處理后輸入到所述電路單元(17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過流斷路裝置，其特征在于，所述保護(hù)模塊(18)利用微處理器的一個(gè)子程序計(jì)算諧波含量(THD)，作為工作流程的一步，其計(jì)算結(jié)果用于確定持續(xù)時(shí)間延遲的過流斷路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電路斷路開關(guān)(1)，它包含一個(gè)帶保護(hù)模塊(6)的過流斷路裝置(4)，保護(hù)模塊的持續(xù)時(shí)間延遲受被監(jiān)測電流中包含的諧波含量影響。為了控制斷路延遲與諧波含量的相關(guān)性，本發(fā)明提供了一種調(diào)節(jié)裝置(9)，用戶通過它確定參數(shù)A和B。其中一個(gè)參數(shù)(A)是電流中諧波含量的極限值，在超過該極限值時(shí)斷路延遲將被減小。斷路延遲與諧波含量的相關(guān)程度則通過另一個(gè)參數(shù)(B)來選擇。
文檔編號H02H3/50GK1524329SQ02808762
公開日2004年8月25日 申請日期2002年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月23日
發(fā)明者杰弗里－C·米茲納, 杰弗里-C 米茲納 申請人:西門子公司