CN110073562B - 过电流与短路探测器 - Google Patents

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Abstract

一种特别是用于保护开关设备(2)的过电流和/或短路探测器(1)，其具有至少一个用于记录电流信号的电流传感器(3)和至少一个评价单元(5)，所述电流传感器在至少一个电流路径(4)中具有预设时间分辨率，在所述过电流和/或短路探测器方面，本发明提出，所述评价单元(5)构建为：测定所述电流信号的预设急剧上升的第一时间点，以及产生所述第一时间点至第二时间点的所述电流信号的电流值的时间积分，以及在预设时间间隔中，特别是基本上连续地将由所述积分的一个相应值与所述电流信号的相应值构成的值对与至少一个预设极限条件进行比较，在所述极限条件被所述值对超过的情况下，将过电流和/或短路消息输出至所述过电流和/或短路探测器(1)的输出端(11)。

Description

过电流与短路探测器
技术领域
本发明涉及一种过电流和/或短路探测器。
背景技术
在过电流和/或短路识别方面公开过所谓的“2-D locus curves”。除某个特定时间点上的电流瞬时值以外，该方案还将其一阶时间导数纳入评价。此外还公开过所谓的“3-D locus curves”，其还将二阶时间导数纳入评价。
这些已知的算法或其电路技术上的实施方案的缺点在于，它们会将没有问题的事件或电流特性曲线探测为过电流和/或短路电流，从而造成不必要的脱扣。特别是在涉及电容起动电流或者其他特别是急剧的电流峰值时，它们会探测到过电流和/或短路，并造成不必要的断网。这类断网可能造成生产过程的中断和数据损失。这类断网还可能造成复杂的服务或维护操作，其中电工寻找但找不到断网原因，因为该原因存在于保护开关设备中而电网和连接电网的设备正常工作。在操作安全的设备被错误识别成故障源的情况下，这些设备还可能由此而被替换掉。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供本文开篇所述类型的一种过电流和/或短路探测器，以便克服前述缺点，从而实现安全且不会造成误脱扣的过电流和/或短路探测。
本发明提供一种特别是用于保护开关设备的过电流和/或短路探测器，其具有至少一个用于记录电流信号的电流传感器和至少一个评价单元，所述电流传感器在至少一个电流路径中具有预设时间分辨率，其特征在于，所述评价单元构建为：
测定所述电流信号的预设急剧上升的第一时间点，以及
产生所述第一时间点至第二时间点的所述电流信号的电流值的时间积分，以及
在预设时间间隔中，特别是基本上连续地将由所述积分的一个相应值与所述电流信号的相应值构成的值对与至少一个预设极限条件进行比较，以及
在所述极限条件被所述值对超过的情况下，将过电流和/或短路消息输出至所述过电流和/或短路探测器的输出端。
通过本发明就能实施某种过电流和/或短路探测，这种过电流和/或短路探测利用瞬态过程来避免误探测、能够可靠识别出过电流和/或短路，并且易于实现。从而提高电网可用性。并能减轻故障搜寻的复杂度。
本发明还涉及一种具有所述过电流和/或短路探测器的保护开关设备。
本发明还提供一种用于进行过电流和/或短路探测的方法，其中在电流路径中以预设时间分辨率记录电流信号，其中
测定所述电流信号的预设急剧上升的第一时间点，其中
产生所述第一时间点至第二时间点的所述电流信号的电流值的时间积分，其中
在预设时间间隔中，特别是基本上连续地将由所述积分的一个相应值与所述电流信号的相应值构成的值对与至少一个预设极限条件进行比较，且其中
在所述极限条件被所述值对超过的情况下，输出过电流和/或短路消息。
该方法达成上述目的并具有此前所主张的优点。
优选地，所述第二时间点最大处于所述第一时间点后的电网频率的时间段后。
优选地，所述极限条件如下：(∫i–y0)2/a2+(i-x0)2/b2≤1。
本发明还提供一种保护开关设备，具有至少一个从所述保护开关设备的第一端子延伸至所述保护开关设备的第二端子的电流路径，其特征在于，所述保护开关设备具有上述的过电流和/或短路探测器，以及，所述保护开关设备构建为，根据所述过电流和/或短路探测器的过电流和/或短路消息而断开所述电流路径。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细说明，附图中仅示例性呈现优选实施方式。图中：
图1为本发明的过电流和/或短路探测器的框图；
图2为本发明的保护开关设备的框图；以及
图3为本发明的值对分布连同图示极限条件的示意图。
具体实施方式
图1示出特别是用于保护开关设备2的过电流和/或短路探测器1，其具有至少一个用于记录电流信号的电流传感器3和至少一个评价单元5，该电流传感器在至少一个电流路径4中具有预设时间分辨率。
过电流和/或短路探测器1用于监控至少一个电流路径4或电导体。过电流和/或短路探测器1特别是也可以针对多个预设电流路径4而构建。
过电流和/或短路探测器1针对每个电流路径具有至少一个电流传感器3，其概括而言可构建为分流器、霍尔传感器和/或福斯特探针或者其他传感器。电流传感器3构建为记录电流时间曲线，并且具有预设时间分辨率。本发明是对电流的时间特性进行分析并且检测瞬态过程，因而优选地，电流传感器3具有好于或小于125μs的时间分辨率，就数字电流传感器3而言相当于8kHz的采样率。特别优选地，采样率至少为20kHz，相当于50μs的时间分辨率。
过电流和/或短路探测器1还具有评价单元5，其与电流传感器3以通信技术，特别是电路技术的方式连接。评价单元5优选包括微控制器，其中该评价单元也可以纯粹构建在硬件中或者借助某个可编程逻辑电路而构建。
评价单元5构建为，测定电流信号的预设急剧上升的第一时间点。为此而产生相应导数，其表明上升的陡度。即求得所谓的Slew Rate(转换率)。将上升陡度与极限值进行比较。如果上升陡度超过极限值，则视为可能存在过电流和/或短路，并且对电流特性曲线进行进一步分析。在此情形下，随着出现可能的过电流和/或短路而启动计时器。将相关时间点定义为第一时间点。
随后，评价单元5产生第一时间点至其后的第二时间点的电流信号的电流值的时间积分。根据较佳方案，该第二时间点最大处于该第一时间点后的电网频率的时间段后。亦即，在电网频率为50Hz时，第二时间点最大为第一时间点后20ms。针对所选情形而言，第一与第二时间点间的间隔也可以更大。
评价单元5不断地进一步产生积分。在相应时间段上，将某个特定时间段过后的积分的相应值与该电流信号的值结合成一个值对。由评价单元5将这个值对与至少一个预设极限条件进行比较。
优选连续地产生该值对并将其与极限条件进行比较，其中特定而言，根据电流传感器3的采样率进行这项比较。
图3为该值对的可能的值的图示。所绘示的呈现为气旋状的曲线组由多个曲线构成，其中实施为所谓Locus Curve(轨迹曲线)的每个曲线均为电流特性曲线。各单个曲线均处于环绕式椭圆内部，因而这些单个曲线是允许或容许的电流特性曲线。
图3中X轴上绘示的是某个特定时间点上的电流值i，其标准化为待监控设备的额定电流IN的峰值，约为16A。Y轴上绘示的是相应值i的积分，其标准化为通过正弦波的额定电流IN积分，其中ω按已知方式为电网频率。
极限条件特别是如下：
(∫i–y0)2/a2+(i-x0)2/b2≤1
这个等式定义了椭圆12。图3中绘示了这一点。
亦即，在将这个值对与极限条件进行比较时，测定该值对在图形中是否处于该椭圆的内部或以外。如果该值对在出现可能的过电流和/或短路事件期间总是处于该椭圆或极限条件内部，则不存在过电流和/或短路。参考符号10表示不存在过电流和/或短路的值对的一个例子。一旦该值对脱离该椭圆并且破坏或不再满足该极限条件，则存在过电流和/或短路。参考符号9表示存在短路的值对的一个例子。
在极限条件被该值对，也就是被两个值的组合超过或破坏的情况下，过电流和/或短路探测器1将过电流和/或短路消息输出至该过电流和/或短路探测器1的输出端11。为此，评价单元5与输出端11连接。输出端11既可以采用电气也可以采用机械实施方案。
在一种用于进行过电流和/或短路探测的方法方面，相应地在电流路径4中以预设时间分辨率记录电流信号，其中采用以下做法：
-测定所述电流信号的预设急剧上升的第一时间点，其中
-产生所述第一时间点至第二时间点的所述电流信号的电流值的时间积分，其中
-在预设时间间隔中，特别是基本上连续地将由所述积分的一个相应值与所述电流信号的相应值构成的值对与至少一个预设极限条件进行比较，且其中
-在所述极限条件被所述值对超过的情况下，输出过电流和/或短路消息。
关于过电流和/或短路探测器1的相应阐述适用于各项方法步骤的优选实施特征。
图2为保护开关设备2的框图。图中仅示出单独一个电流路径4，其从保护开关设备2的第一端子6延伸至保护开关设备2的第二端子7，其中保护开关设备2也可以具有更多的电流路径4和端子6、7。
保护开关设备2具有本发明的过电流和/或短路探测器1。保护开关设备2构建为，根据过电流和/或短路探测器1的过电流和/或短路消息而断开电流路径4。为此，保护开关设备2具有相应的断开单元8，其可以借助闭锁装置和机械触点、借助混合开关技术来构建或者构建为纯固态断路器。
过电流和/或短路探测器1与断路器8连接。

Claims (8)

1.一种过电流和/或短路探测器(1)，其具有至少一个用于记录电流信号的电流传感器(3)和至少一个评价单元(5)，所述电流传感器在至少一个电流路径(4)中具有预设时间分辨率，其特征在于，所述评价单元(5)构建为：
测定所述电流信号的预设急剧上升的第一时间点，以及
产生所述第一时间点至第二时间点的所述电流信号的电流值的时间积分，以及
在预设时间间隔中，将由所述积分的一个相应值与所述电流信号的相应值构成的值对与至少一个预设极限条件进行比较，以及
在所述极限条件被所述值对超过的情况下，将过电流和/或短路消息输出至所述过电流和/或短路探测器(1)的输出端(11)。
2.根据权利要求1所述的过电流和/或短路探测器(1)，其特征在于，所述第二时间点最大处于所述第一时间点后的电网频率的时间段后。
3.根据权利要求1所述的过电流和/或短路探测器(1)，其特征在于，所述极限条件如下：(∫i–y0)2/a2+(i-x0)2/b2≤1。
4.根据权利要求1所述的过电流和/或短路探测器(1)，其特征在于，所述过电流和/或短路探测器(1)用于保护开关设备(2)。
5.根据权利要求1所述的过电流和/或短路探测器(1)，其特征在于，在预设时间间隔中，连续地将由所述积分的一个相应值与所述电流信号的相应值构成的值对与至少一个预设极限条件进行比较。
6.一种保护开关设备(2)，具有至少一个从所述保护开关设备(2)的第一端子(6)延伸至所述保护开关设备(2)的第二端子(7)的电流路径(4)，其特征在于，所述保护开关设备(2)具有根据权利要求1至5中任一项所述的过电流和/或短路探测器(1)，以及，所述保护开关设备(2)构建为，根据所述过电流和/或短路探测器(1)的过电流和/或短路消息而断开所述电流路径(4)。
7.一种用于进行过电流和/或短路探测的方法，其中在电流路径(4)中以预设时间分辨率记录电流信号，其中
测定所述电流信号的预设急剧上升的第一时间点，其中
产生所述第一时间点至第二时间点的所述电流信号的电流值的时间积分，其中
在预设时间间隔中，将由所述积分的一个相应值与所述电流信号的相应值构成的值对与至少一个预设极限条件进行比较，且其中
在所述极限条件被所述值对超过的情况下，输出过电流和/或短路消息。
8.根据权利要求7所述的用于进行过电流和/或短路探测的方法，其特征在于，在预设时间间隔中，连续地将由所述积分的一个相应值与所述电流信号的相应值构成的值对与至少一个预设极限条件进行比较。
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