CN108122721A - 具有测试按钮的电气保护设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电气保护设备，包括能够由微控制器MCU执行的至少一个所谓的第一或主要电气保护功能，以及称为测试按钮(3)的按钮，所述按钮旨在由用户致动以引起至少一个所谓的第二电气功能的测试的实施，该测试的实施旨在引起保护设备D的跳闸。该设备的特征在于，其包括用于根据施加在测试按钮上的各种类型的动作，以旨在执行所谓的第三功能的至少一个动作汇集该测试按钮(3)的致动的器件，这些动作由微控制器MCU检测，该微控制器的目的是给出命令以执行上述所谓的第三功能的其中之一或者上述所谓的第二功能的其中之一的测试。

Description

具有测试按钮的电气保护设备
技术领域
本发明涉及一种电气保护设备，包括能够由微控制器执行的至少一个所 谓的第一或主要电气保护功能，以及称为测试按钮的按钮，所述按钮旨在由 用户致动以引起至少一个所谓的第二电气功能的测试的实施，该测试的实施 旨在引起保护设备的跳闸。
背景技术
电气保护设备，通常称为AFDD断路器(该术语是“电弧故障检测装置” 的缩写，表示该设备执行电弧检测功能)，其包括与容纳电弧检测功能的模 块相关联的断路器，已知电弧可能发生在有故障的导体或连接中，并且易于 产生显著的局部热量(AFDD功能)。这些AFDD断路器中的一些还结合有 差动保护功能。
这些设备在正面具有称为测试按钮的按钮，使得当按压它时，可以发起 设备的电弧检测功能或差动功能的测试。如果测试结果为正，则执行设备的 跳闸。
借助位于保护设备正面的跳闸杠杆，可以确定跳闸来自断路器还是来自 AFDD模块。当跳闸来自断路器时，前述杠杆位于跳闸位置，并且通过AFDD 模块的可视窗口可见的指示器指示设备的非跳闸位置。相反，当涉及因为 AFDD模块的跳闸时，杠杆和指示器指示跳闸位置。
在将差动保护集成到现有的AFDD模块中的情况下，无法区分RCD跳 闸原因(即，由差动保护功能产生，RCD为“剩余电流装置”的缩写)和电弧 的检测后AFDD跳闸原因，因为两个功能在同一个18mm的块中执行。
因此，在当前的AFDD设备中，为了恢复关于跳闸原因的信息的精确项， 需要从配电板上拆下设备并将其***到专用的载体上，使其可以与计算机建 立通信。
现在，当将多项保护功能集成到同一个模块时，能够以简单的方式定义 引起设备跳闸的故障类型是至关重要的，以便能够发起对跳闸原因的快速调 查，并因此在电气安装中纠正跳闸原因。
对于希望使用设备的用户(电工，或者甚至个人客户)来说，确定这些 信息必须是简单的。
发明内容
本发明解决了这些问题，并且提供了一种配备有测试按钮和解码智能 (微控制器)的电气保护设备，使得可以以简单的方式添加具有用户附加价 值的按需功能，诸如传达设备的上一次跳闸原因的功能。
为此目的，本发明的主题是前述类型的电气保护设备，该设备的特征在 于，其包括用于根据施加在测试按钮上的各种类型的动作，以旨在执行所谓 的第三功能的至少一个动作汇集该测试按钮(3或PTT)的致动的器件，这 些动作由微控制器(MCU)检测，该微控制器的目的是给出命令以执行上述 所谓的第三功能的其中之一或者上述所谓的第二功能的其中之一的测试。
根据一个特定的特征，所谓的第一或主要电气功能包括短路检测功能或 其他电气过载检测功能。
根据另一个特征，该至少一个所谓的第二功能是包含在包括差动保护功 能、电弧检测功能或者DC差动故障检测功能的群组中的功能的其中一个， 例如，B型RCD功能。
根据另一个特征，该至少一个所谓的第三功能是，包含在包括信息传递 动作项、用于测试差动功能而不跳闸的功能、以及当设备是B型RCD的情 况下的所谓AC级测试功能的群组中的其中一个功能。
根据另一个特征，前述信息项是关于设备上一次跳闸原因的信息项，该 信息项由微控制器储存。
根据另一个实施方式，电气保护设备包括差动保护功能，前述信息项是 由差动保护所检测到的接地漏电的值。
根据另一个特征，用于传递前述信息项的所谓的第一器件包括所谓的第 一LED或者其他无线连接。
根据另一个特征，前述LED能够发射编码的发光信号，其代码对应于 要传递的信息项的类型。
根据另一个特征，上一次跳闸原因，是包含在包括差动故障检测、串联 电弧检测、并联电弧检测、由于过压引起的故障检测或来自设备内部的故障 检测的群组中的原因的其中一个。该来自内部的故障可能因此包括微控制器 中的计算单元的缺陷或闪存的损坏。
根据另一个特征，测试按钮上的各种类型的动作包括在给定时间窗口内 的长按压和/或短按压和/或双短按压，和/或先前序列的给定数量或组合。例 如，在不到二十秒钟内的四个双按压。
根据另一个特征，通过长按压的测试按钮的致动具有通过微控制器发出 命令以执行用于校准时间的所谓的第二功能中的其中一个的测试的效果，而 通过双短按压的测试按钮的致动具有执行前述所谓的第三功能的至少其中 一个的效果。发送用于校准时间的该命令以使得可以避免不必要地加压该功 能所涉及的电气元件。
根据另一个特征，在给定的时间窗口内通过给定数量的短双按压的测试 按钮的致动，以发送序列来重置(RESET)内部存储器。
根据一个特定的特征，该设备包括用于通知用户施加在测试按钮上并由 微控制器检测的动作的类型的所谓第二器件，以及用于用户通过测试按钮的 新的致动来确知请求的动作的器件。
根据一个特定的特征，所谓的第二信息器件包括所谓的第二LED，其能 够根据微控制器所检测到的内容以两种不同的闪光在测试按钮致动之后闪 烁预定的持续时间，当用户致动上述确知器件时在该持续时间内闪烁被中断。
根据一个特定的特征，所谓的第一LED和/或所谓的第二LED位于设备 的正面。
根据一个特定的特征，该电气保护设备是包括电弧检测功能的差动断路 器。
根据另一个特征，该设备包括与结合了电弧检测功能的差动保护模块相 关联的断路器模块。
附图描述
然而，本发明的其他优点和特征将在以下参照附图进行的详细描述中变 得更加清楚明显，附图仅以示例的方式给出，其中：
图1是根据本发明的一个特定实施方式的AFDD-RCD差动断路器的透 视图；
图2是示出了在断路器或与其横向相关联的AFDD模块的微控制器和测 试按钮之间建立根据本发明的连接的电路图；
图3a是示出了根据本发明的一个特定实施方式的断路器的操作的示图；
图3b是示出了根据本发明的实施方式的另一模式的断路器的操作的示 图，其具有更大的测试覆盖范围；
图4是示出了在通过微控制器检测在测试按钮上的两个短按压时驱动 LED的电路图；
图5是示出了在通过微控制器检测在测试按钮上的长按压时的差动保护 测试的电路图；
图6至图9是示出了根据测试按钮的致动的各种类型的AFDD-RCD断 路器的操作的时序图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个特定的实施方式的所谓的AFDD-RCD差 动断路器D，所述设备包括与所谓的AFDD-RCD模块2相关联的断路器模 块1。应该注意的是，在下文中，术语“AFDD”的添加表示设备包括所谓的“电 弧检测”功能，而术语“RCD”的添加表示设备执行“差动保护”功能。
以本身已知的方式，断路器模块1在发生短路或在被保护的电路中发生 电气过载时，执行电气保护的所谓的第一主要功能，而如果发生在故障导体 或连接中可能出现的电弧的情况下，所谓的AFDD-RCD模块2执行电气保 护的所谓的第二功能，以及差动保护的所谓的第二功能。上述主要功能是通 过与检测上述故障的器件配合的微控制器MCU来执行的，以这种方式以打 开上述触点。
这两个模块1、2一体地容纳在壳体B中，或者通过将分别对应于两个 模块MCB和AFD的两个壳体结合形成，该组件在其正面包括按钮3，称为 测试按钮，其旨在被致动以发起用于测试电弧检测功能或者差动功能、或者 两个功能的序列。
该断路器D在其正面包括能够在断路器D的触点闭合的位置以及所述 触点打开的位置之间移位的杠杆M，从一个位置到另一个位置的改变能够由 用户手动执行，或者当在要保护的电路中发生电气故障时自动执行。所谓的 AFDD-RCD模块2在其正面具有能够显示媒介的可视窗口4，所述媒介根据 AFDD-RCD模块的跳闸或非跳闸状态而改变颜色。
根据本发明，该设备包括用于根据施加在测试按钮上的各种类型的动作 以至少一个动作汇集(pooling)该测试按钮3的致动的器件，所述至少一个 动作旨在执行所谓的第三功能，这些动作由微控制器MCU检测，后者的目 的是为了给出命令以执行上述所谓的第三功能或者上述所谓的第二功能之 一的测试。
因此，根据本发明，在给定时间窗口内为了发起特定的动作，用于执行 所谓的主要保护功能的微控制器被用于检测按钮上的各种类型的动作，诸如 长按压、短按压、或双短按压、或给定数量的短双按压，或是这些序列的给 定数量或先前序列的给定组合。
根据一个特定的实施方式，通过长按压的测试按钮(3或PTT)的致动 具有通过微控制器MCU发出命令以执行所谓的第二功能中的其中一个的效 果，而通过双短按压的测试按钮3的致动具有执行前述所谓的第三功能的至 少其中一个的效果。
根据本发明的一个特定的实施方式，所谓的第二功能是差动保护功能， 而所谓的第三功能是用于传达关于设备的上一次跳闸原因的信息项的功能。
因此，在通过快速双按压致动测试按钮时，由微控制器储存的上一次跳 闸原因的传递经由LED7被传递给用户，闪光数量代表了设备的上一次跳闸 原因。长按压测试按钮时，发送RCD测试序列，在属于AFDD RCD模块的 差动故障检测装置的合并环面(summingtorus)中产生差动电流。
因此，在该实施方式中，不需要为了获得关于上次跳闸原因的信息项而 添加第二按钮，从而导致成本和体积的减少。对于等价成本，因此增加了对 于用户具有高附加价值的功能以调查故障，并确定跳闸的确切原因。
因此，在小体积的产品上，不需要重新考虑产品的整个设计，本发明使 得可以使用并适配所安装的功能，即，连接到微控制器MCU的按钮3，以 便增加对用户具有高附加值的功能。
下文将参考图3a描述根据上述实施方式的电气保护设备的详细操作。
在设备的使用位置，按钮被停用(i)。在正面在按钮PTT处第一次致动 (a)持续时间大于50ms时，与微控制器MCU建立连接，使得后者知道按 钮被按压。按压该按钮导致在微控制器MCU的输入上的高逻辑电压(图2)。
然后在按钮上执行第二个动作。
取决于在按钮上施加的动作的类型，嵌入在微控制器中的状态机器使得 可以选择要运行的两个动作之一。
当在第一种情况下，用户执行两次快速按压(b)和(c)，每次持续时 间介于0和0.5s之间，并且彼此隔开的最小持续时间为5s，微控制器在检测 到这两次快速按压之后，发送命令到LED以产生包括对应于导致设备跳闸 的上一类故障的一序列的闪光的发光信号，关于这种类型的故障的信息项记 录在微控制器中。在此之后，按钮再次变为未激活(i)。
因此，如图4所示，当检测到两次短按压(短按压的持续时间小于0.5s， 两次按压之间的持续时间为5s)时，由微控制器发起并驱动LED一序列的 闪光。然后按钮再次变为未激活。
在相反的情况下，当用户在按钮的上执行持续时间超过1秒的长按压(d) 时，微控制器发出用于通过模拟100ms左右故障电流执行所谓的RCD测试 的序列，这足以触发RCD保护。然后按钮再次变为未激活(i)。
根据第三种可能性，用户施加持续时间在0.5s和1s之间的压力(e)， 而且在这种情况下，按钮再次变为未激活。
因此，根据该实施方式，按钮的持续时间大于1s的长激活通过将电阻 器定位在相极和中性极之间发送接地漏电保护的测试。
按钮的两次短激活持续时间小于0.5s，两次激活之间的时间间隔为5s， 该两次短激活用以下代码发出指示储存在闪存中的上一次跳闸信息项的序 列：
1次闪烁：不记录跳闸原因，使产品的正确操作能够得到验证。
2次闪烁：在接地漏电之后跳闸。
3次闪烁：发生并联电弧后跳闸。
4次闪烁：发生串联电弧后跳闸。
5次闪烁：过压后跳闸。
6次闪烁：内部故障后跳闸。
LED的激活持续时间将有利地为100ms，而两次闪烁之间的LED的非 活动持续时间将有利地为1s。
如图5所示，在检测到长时间按压时，在圆环T中的相极P与中性极N 之间产生归一化的差动电流，从而使RCD保护跳闸。
在该特定的实施方式中，差动电流的产生涉及MOS晶体管S，但是也 可以涉及晶闸管6，例如用于与由微控制器的输出(RCDTEST)驱动的设备 的主要保护相关联的电路跳闸。
根据本发明的断路器的另一个实施方式，后者如图3b所示的操作，该 操作模式具有更大的测试覆盖范围。该操作模式与图3a中描述的相同，除 了，在测试按钮上检测到长时间按压以及发起用于测试RCD功能的序列之 后，电弧检测功能测试和MCU的自我测试在向传感器中注入用于测试RCD 功能的电流之前执行。
图6、7、8和9示出了说明根据本发明的实施方式的一个特定模式的断 路器的操作的时序图，其中，执行发送序列以激活RCD测试电路的所谓的 第二功能，和两个所谓的第三功能，即，一方面发送用于传递关于断路器的 跳闸原因的信息项的序列，另一方面发送用于清除内部存储器的序列。
如图6所示，所谓的第二功能的实施需要通过两个连续的短按压来致动 测试按钮，每个短按压最长持续时间T1在时间窗口T6内(在时间窗口内， 两个短按压必须被执行，以发起用于传递信息项的序列)。在两次短按压的 序列之后，LED在大于T4的时间段T5内发射持续时间为T4的闪光。
如图7所示，发送序列以激活测试电路的所谓的第三功能的实施需要长 时间按压在按钮上大于T2的持续时间。在持续时间T3内，执行用于测试差 动保护的电路的激活，并且可以看出，在长按压所需的最小持续时间T2之 后，在长按压的持续时间期间，该激活开始。在该期间T3的后半期期间， 开始致动器的控制，该控制旨在引起设备的跳闸。
如图8所示，执行小于T1的持续时间的短按压然后大于T2的持续时间 的长按压，导致RCD测试电路在上述长按压开始之后的最小周期T2>T1之 后激活，并且导致以与之前关于图7所述相同的方式的断路器的跳闸。
如图9所示，根据该特定的实施方式的设备在时间窗口T7内执行了四 次短双击之后，还执行所谓的第三功能以重置(RESET)内部存储器，在该 时间窗口期间，检测到该四个短双击的序列，以发起清除存储区的特定的动 作，存储区中储存了跳闸原因的历史记录。每次双重按压的两次短按压必须 在时间窗口T6内进行。当执行第一次双重按压时，发起用于通过LED传递 信息项的序列。每个短按压最长持续时间为T1。在最小时间窗口T7内执行一系列四个双重按压序列之后，发送清除内部存储器的命令，并且激活LED 的快速闪烁的序列以向用户表示，当闪烁停止时，内部存储器在T8的持续 时间结束时被清除。
将会注意到的是，上面给出的所有数字持续时间值仅通过指示和示例的 方式给出。
将会注意到的是，有利地，LED可以在两个短按压之间被激活，以便使 用者能够确定产品的状态。
将会注意到的是，代替使LED 7闪烁的是，可以经由无线连接发起信息 项的传递。根据本发明的电气保护设备还可以包括用于使用户能够确知所请 求的动作的器件。因此，例如，一旦微控制器MCU检测到动作(两个短的 压力施加或一个长的压力施加)，则取决于微控制器MCU已经检测到的内容， LED以两种不同的闪光在确定的持续时间闪烁，并且，在LED的闪烁期间， 用户必须在按钮PTT上按压一次以确认该动作与他所需的相符。
在测试按钮上的动作的汇集可以被扩展为除了上一次跳闸原因的传递 以外的动作，例如在没有TRIP的情况下运行保护VIGI的测试。因此，两次 短按压会发起没有TRIP的测试动作，而一次长按压会发起有TRIP的测试。
此外，在B型RCD设备上，两次短按压会发起AC级测试，而长按压 会发起DC差动故障检测测试等。
本发明适用于配备有测试按钮和解码智能(微控制器)的任何电气保护 设备，其中期望添加具有为用户增值的按需功能。将会注意到的是，为了以 低成本提高现有产品的功能，还可以增加一个尽可能小的具有微控制器的简 单电子板。
当然，本发明不限于所描述和示出的实施方式，这些实施方式仅作为示 例给出。
相反，本发明包括所述器件的所有技术等同物及其组合，只要这些器件 是根据其精神实施的。

Claims (17)

1.一种电气保护设备包括能够由微控制器执行的至少一个所谓的第一或主要电气保护功能，以及称为测试按钮的按钮，所述按钮旨在由用户致动以引起至少一个所谓的第二电气功能的测试的实施，该测试的实施旨在引起保护设备的跳闸，
其特征在于，其包括，用于根据施加在测试按钮上的各种类型的动作，以旨在执行所谓的第三功能的至少一个动作汇集该测试按钮(3或PTT)的致动的器件，这些动作由微控制器(MCU)检测，该微控制器的目的是给出命令以执行上述所谓的第三功能的其中之一或者上述所谓的第二功能的其中之一的测试。
2.根据权利要求1所述的电气保护设备，其特征在于，所谓的第一或主要电气功能包括短路检测功能或其他电气过载检测功能。
3.根据权利要求1或2所述的电气保护设备，其特征在于，至少一个所谓的第二功能是包含在包括差动保护功能、电弧检测功能或者DC差动故障检测功能的群组中的功能的其中一个。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电气保护设备，其特征在于，至少一个所谓的第三功能是，包含在包括信息传递动作的项、用于测试差动功能而不跳闸的功能、以及在设备是B型RCD的情况下的所谓的AC级测试功能的群组中的其中一个。
5.根据权利要求4所述的电气保护设备，其特征在于，前述信息项是关于设备上一次跳闸原因的信息项，该信息项由微控制器MCU储存。
6.根据权利要求4所述的电气保护设备，其特征在于，该设备包括差动保护功能，前述信息项是由差动保护所检测到的接地漏电的值。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的电气保护设备，其特征在于，用于传递上述信息项的所谓的第一器件包括所谓的第一LED(7)或者其他无线连接。
8.根据权利要求7所述的电气保护设备，其特征在于，上述LED能够发射编码的发光信号，其代码对应于要传递的信息项的类型。
9.根据权利要求5所述的电气保护设备，其特征在于，设备上一次跳闸原因，是包含在包括通过检测器件的差动故障检测、串联电弧检测、并联电弧检测、由于过压引起的故障的检测或来自设备内部的故障的检测的群组中的原因的其中一个，所述跳闸原因由微控制器MCU储存。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电气保护设备，其特征在于，测试按钮能够根据由微控制器(MCU)检测到以及施加在测试按钮(3或PTT)上的各种类型的动作而被致动，这些各种类型的动作包括在给定的时间窗口内的长按压和/或短按压和/或双短按压，和/或先前序列的给定数量或组合。
11.根据权利要求10所述的电气保护设备，其特征在于，其包括用于调节微控制器的器件，以使得通过长按压的测试按钮(3或PTT)的致动具有通过微控制器发出命令以执行用于校准时间的所谓的第二功能中的其中一个的测试的效果，而通过双短按压的测试按钮的致动具有执行前述所谓的第三功能的至少其中一个的效果。
12.根据权利要求10所述的电气保护设备，其特征在于，其包括用于调节微控制器的器件，使得在给定的时间窗口内通过给定数量的短双重按压的测试按钮的致动，向内部存储器发送RESET序列。
13.根据前述权利要求中任一项所述的电气保护设备，其特征在于，其包括用于通知用户施加在测试按钮(3或PTT)上并由微控制器MCU检测的动作的类型的所谓第二器件，以及用于用户通过测试按钮的新的致动来确知请求的动作的器件。
14.根据权利要求13所述的电气保护设备，其特征在于，所谓的第二信息器件包括所谓的第二LED，其能够根据微控制器MCU所检测到的内容以两种不同的闪光在测试按钮(3或PTT)致动之后闪烁预定的持续时间，当用户致动上述确知器件时在该持续时间内闪烁被中断。
15.根据权利要求7或14所述的电气保护设备，其特征在于，所谓的第一LED和/或所谓的第二LED位于设备的正面。
16.根据前述权利要求中任一项所述的电气保护设备，其特征在于，该电气保护设备是包括电弧检测功能的差动电路断路器D。
17.根据权利要求15所述的电气保护设备，其特征在于，其包括与结合了电弧检测功能的差动保护模块(2)相关联的断路器模块(1)。
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