CN101640405B - 一种用于低压或中压装置的功率和控制单元 - Google Patents
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Abstract
一种用于低压或中压应用的功率和控制单元，能够可操作地耦合到低压或中压装置和具有跳闸电路监视的保护继电器。依据本发明用于低压或中压应用的功率和控制单元包括：二进制输入端，能够可操作地耦合到上述保护继电器；控制单元，可操作地耦合到所述二进制输入端并且能够可操作地耦合到所述低压或中压装置；故障和连续性检测单元，可操作地耦合到所述二进制输入端并且能被使能和禁止；使能单元，可操作地耦合到所述故障和连续性检测单元以及所述控制单元，并且能够可操作地耦合到所述低压或中压装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于低压或中压装置的功率和控制单元，其具有在性能和功能方面的改进特征。本发明的功率和控制单元便利地应用于低压或中压装置的跳闸电路。为了本申请的目的，术语“中压”指的是范围为1kV到50kV的应用，低压指的是范围为1kV以下的应用。
背景技术
用于功率和控制目的的电子设备便利地用于低压和中压装置(例如，断路器、接触器、断开器)以致动所述装置。功率和控制电子设备一般包括一些二进制输入端来获得状态信息和远程接收打开和关断低压或中压装置的命令。
这些二进制输入端通常为跳闸电路的一部分，所述跳闸电路包括产生跳闸命令的保护继电器。电子装置然后根据所述跳闸命令来操作装置。用于功率和控制目的的电子设备的二进制输入端通常也必须连接用于保护继电器的二进制输出端的跳闸电路监视功能。
跳闸电路监视功能被设计为当装置没有被供给能量时，检测由功率和控制电子设备(例如，线圈)控制的装置的连续性。通常，它能检测开路并产生指示命令链不工作的警报。因此，二进制输入端应该允许在正常操作中的最小电流流通以及电流流通应该被阻断以避免产生跳闸电路监视警报。
本领域已知的可使用的实现方式包括与二进制输入端并联的功率电阻器。但是这样的解决方案有许多的不利和缺点。
第一个不利，可以说是功率电阻器总是同二进制输入端并联。当二进制输入端由高电平控制电压驱动时，功率电阻器在功率和控制电子设备内部产生必须被耗散的高功率。
另一个不利是源自于为了减小功率消耗和热量，保持尽可能高的电阻值的事实。这产生了与某个继电器的跳闸电路监视功能的协同性的一些问题。
还有另一个不利是源自于这种解决方案仅允许检测跳闸电路监视继电器与功率和控制电子设备之间的电缆连接，而不允许检测功率和控制电子设备或者低压或中压装置中的故障的事实。
发明内容
因此本发明的目标是提供一种用于低压或中压装置的功率和控制单元来解决上述问题。
更具体地，本发明的目标是提供一种用于低压或中压装置的功率和控制单元，其具有在故障和连续性检测功能上的改进性能。
本发明的另一目标在于提供一种用于低压或中压装置的功率和控制单元，不仅能够检测连接故障，也能够检测功率和控制单元本身以及与之相关联的低压或中压装置中的故障。
本发明的另一个目标是提供一种用于低压或中压装置的功率和控制单元，可以容易并有效地与跳闸电路监视继电器连接。
本发明的另一个目标是提供一种用于低压或中压装置的功率和控制单元，允许使用标准开关触点，来代替镀金触点，以控制功率和控制单元的二进制输入端。
本发明还有一个目标是提供一种用于低压或中压装置的功率和控制单元，其能够被容易地制造并且成本具有竞争力。
因此，本发明涉及一种用于低压或中压应用的功率和控制单元，能够可操作地耦合到低压或中压装置和具有跳闸电路监视功能的保护继电器。
依据本发明的用于低压或中压应用的功率和控制单元包括：
二进制输入端，能够可操作地耦合所述保护继电器；
控制单元，可操作地耦合到所述二进制输入端并且能够可操作地耦合到所述低压或中压装置；
故障和连续性检测单元，可操作地耦合到所述二进制输入端并且能被使能和禁止；
使能单元，可操作地耦合到所述故障和连续性检测单元以及所述控制单元，并且能够可操作地耦合到所述低压或中压装置。
另一方面，本发明涉及用于低压或中压装置的跳闸电路，其包括：具有跳闸电路监视功能的保护继电器和具有上述特征的功率和控制单元。在依据本发明的跳闸电路中，所述功率和控制单元的二进制输入端可操作地连接到所述保护继电器的二进制输出端，而功率和控制单元可操作地连接到所述低压或中压装置。
这样，能够克服本领域所知的电子功率和控制单元以及跳闸电路的不利和缺点。具体来说，可操作地连接到二进制输入端的故障和连续性检测单元允许执行连接到功率和控制单元的低压或中压装置的连续性控制，以及检测功率和控制单元本身中的故障。
并且，在依据本发明的用于低压或中压应用的功率和控制单元中，功率耗散是有限的，接下来将作进一步的解释。
另外，故障和连续性检测功能的适当的驱动允许获得氧化物的燃烧功能，因此使得可以使用标准开关触点来控制功率和控制单元的二进制输入端。
附图说明
本发明的其他特征和优点将来自于依据本发明的用于低压或中压应用的功率和控制单元的优选但不唯一的实施例的描述，附图中提供了这些实施例的非限制性实例，其中：
图1为体据本发明的功率和控制单元以及跳闸电路的一般实施例框图；
图2为依据本发明的功率和控制单元以及跳闸电路的第一具体实施例的结构框图；
图3为依据本发明的功率和控制单元以及跳闸电路的第二具体实施例的结构框图，包括关于故障和连续性检测单元的电路的详细描述。
具体实施方式
关于图1，依据本发明用于低压或中压应用的功率和控制单元1可以被用于低压或中压装置2的跳闸电路，其包括具有跳闸电路监视功能3的保护继电器。因此，功率和控制单元1能够可操作地耦合到所述低压或中压装置2和所述具有跳闸电路监视功能3的保护继电器。
如附图所示，本发明的功率和控制单元1一般包括能够可操作地耦合到所述保护继电器的二进制输入端11；具体地，二进制输入端11可以与用于保护继电器的二进制输出端31的跳闸电路监视功能3连接。
本发明的功率和控制单元1还包括可操作地耦合到所述二进制输入端11并且能够可操作地耦合到所述低压或中压装置2的控制单元12(例如，微控制器)。
本发明的功率和控制单元1的一个特征在于这样的事实，即它包括可操作地耦合到所述二进制输入端11的能够被使能和禁止的故障和连续性的检测功能13。为了这个目的，功率和控制单元1还包括使能单元14，其可操作地耦合到故障和连续性检测单元13和所述控制单元12，并且能够可操作地耦合到所述低压或中压装置2。
优选地，如图2所示，使能单元14可操作地耦合到所述功率和控制单元1的内部自诊断功能141并且能够可操作地耦合到所述低压或中压装置的内部自诊断功能142。换句话说，使能单元接收关于功率和控制单元1和低压或中压装置的诊断状态的信息，以及基于所述信息，它能使能和禁止故障和连续性的检测功能13。
为了这个目的，所述使能单元14能便利地包括逻辑端口AND143，它的输入端连接到功率和控制单元1的所述内部自诊断功能141，并且可以连接到所述低压或中压装置2的所述内部自诊断功能142。这样，在故障被自诊断功能141和142检测到的情况下，适当的信号能被发送到故障和连续性检测功能13。
如图3所示，根据优选实施例，故障和连续性检测单元13包括低阻抗负载131(例如电阻)，其能够通过开关132同所述二进制输入端11并联连接。所述开关132可以是固态开关或者电机械开关。
优选地，通过逻辑端口AND133，开关132被驱动为ON或OFF位置。逻辑端口AND133的输入端同所述使能单元14和比较器134相连接，后者进而同所述二进制输入端11的输入电压Vin相连接。
故障和连续性检测单元13的电路使用二进制输入端11的输入电压Vin来区别发送给二进制输入端11的命令以及由跳闸电路监视功能3继电器驱动的电流。从动能的角度看，当所述二进制输入端11的输入电压Vin的数值达到预设电压阈值Vth_off时，开关132被驱动为OFF位置；类似地，当使能单元14发送作为从自诊断功能141和142接收的故障信号的结果的禁止信号时，开关132被驱动为OFF位置。
依据本发明的功率和控制单元1的优选实施例，延迟线135被插入到所述比较器134和所述逻辑端口AND133之间。这样允许完成将进一步描述的氧化物燃烧功能。
本发明的功率和控制单元1的另一可选实施例(图中未显示)，预见为当所述低阻抗负载131的温度增加到预设阈值以上时，开关132被驱动为OFF位置。
可选地，电流调节器可被使用来代替由负载131的温度所控制的开关132。用来调节功率耗散和保持负载温度在期望范围内。
上述功率和控制单元1便利地为低压或中压装置的跳闸电路的一部分，该跳闸电路也是本发明的一部分。
本发明的跳闸电路包括具有跳闸电路监视功能3的保护继电器。跳闸电路还包括功率和控制单元1，其二进制输入端11可操作地连接到所述保护继电器的二进制输出端31。所述功率和控制单元还可操作地连接到所述低压或中压装置2。
具体地，所述跳闸电路监视功能3能通过开关32同所述保护继电器的二进制输出端31并联连接，所述跳闸电路监视功能3也可操作地同报警器33连接。
当所述电路没有被提供能量时(即开关32打开)跳闸电路监视功能3通常被设计为检测低阻抗跳闸电路的连续性，像低压或中压装置中的螺线管和磁性执行机构。为了这个目的，当开关32打开时，跳闸电路监视3在跳闸电路中驱动小电流(跳闸电路监视电流Itcs)，典型地从几毫安到几十毫安。结果，当跳闸电路监视3被激活，螺线管和执行机构上的电压限制在几伏之内，并且功率耗散非常低。
然后，如上所述，故障和连续性检测单元13的电路使用二进制输入端11的输入电压Vin来区别发送给二进制输入端11的命令和由跳闸电路监视功能3继电器驱动的电流。因此，仅当输入电压Vin低于预设阈值Vth_off以及故障和连续性检测单元13的电路被使能单元14使能时，低阻抗负载131被并联连接到二进制输入端11。当输入电压Vin达到预设阈值Vth_off时，低阻抗负载131中的功率耗散能通过比较器134打开开关132来禁止电路而进行限制。另一种限制低阻抗负载131中的功率耗散的方法为当负载温度增加到超过预设阈值时断开电路。
在故障和连续性检测单元13的电路的操作条件下(即当负载131被并联连接到二进制输入端11)，连续电流被吸收，并且该电流仿真了在操作条件下的跳闸电路中的和被例如旁路释放线圈吸收的电流流通。如果电流不能流通，跳闸电路监视3产生警报33。
因此，故障和连续性检测单元13仅在需要时仿真低阻抗负载，并且当内部自诊断功能141和142在功率和控制单元1或者在低压或中压装置2中检测到故障时被禁止。
通常地，跳闸电路监视电流Itcs是静电流Iq和电路监视电流Ics之和。静电流Iq是二进制输入端11保持激活所需的最小电流，而电路监视电流Ics是执行所述跳闸电路的故障和连续性检测所需的电流。在这样的情况下，跳闸电路监视功能3在所述电路监视电流Ics中断时产生警报33。
故障和连续性检测单元13中使用的电路还允许执行氧化物燃烧功能，即从开关的非镀金开关触点(即常规的)烧掉氧化物。为了这个目的，延迟线135与比较器134相关联。这允许在输入电压已经达到阈值Vth_off时(或在使用温度控制时，在负载温度已经达到预设阈值后)，经过适当的延迟时间(例如10ms)后关断电流。延迟时间的适当选择，例如，大约10ms，允许燃烧在非镀金接触点上的氧化物。
从上述内容很清楚地知道，本发明中用于低压或中压应用的功率和控制单元1相对于已知类型的类似单元具有很多优点。
尤其是，用于低压或中压应用的功率和控制单元1允许不仅在连接中也在功率和控制单元本身以及与之相关联的低压或中压装置中执行故障和连续检测。
另一个重要优点是此功能仅在需要时执行，并且具有如现有技术的装置中的相关缺点的固定的连接电阻不再必要。
本发明的功率和控制单元可以通过将跳闸电路监视单元的电流工作范围与保持单元激活所需的最小电流以及执行跳闸电路监视功能所需的最大电流适当地相匹配，而简单地与现有的保护继电器连接。
并且，由于单元也具有氧化物燃烧功能，可以使用常规开关触点来代替镀金触点，可以降低成本并保持相同的性能。
本发明的功率和控制单元能够在低压和中压装置的跳闸电路(例如，断路器，接触器，断开器等)中便利应用，该跳闸电路也是本发明的一部分。
这样构思的用于低压或中压应用的功率和控制单元可能有很多种变形，均在本发明概念的范围之内。并且，此处所描述的所有组成元件，都可以由其它技术上等同元件来替代。在实践中，依据需要和技术发展水平，装置的元件材料和尺寸可以是任何类型。
Claims (15)
1.一种用于低压或中压应用的功率和控制单元(1)，能够可操作地耦合到低压或中压装置(2)和具有跳闸电路监视模块(3)的保护继电器，所述功率和控制单元(1)的特征在于它包括：
二进制输入端(11)，能够可操作地耦合到所述保护继电器；
控制单元(12)，可操作地耦合到所述二进制输入端(11)并且能够可操作地耦合到所述低压或中压装置(2)；
故障和连续性检测单元(13)，可操作地耦合到所述二进制输入端(11)并且能被使能和禁止；
使能单元(14)，可操作地耦合到所述故障和连续性检测单元(13)和所述控制单元(12)并且能够可操作地耦合到所述低压或中压装置(2)。
2.根据权利要求1的功率和控制单元(1)，其特征在于所述使能单元(14)可操作地耦合到所述功率和控制单元(1)的内部自诊断功能(141)并且能够可操作地耦合到所述低压或中压装置的内部自诊断功能(142)。
3.根据权利要求2的功率和控制单元(1)，其特征在于所述使能单元(14)包括第一逻辑端口AND(143)，其输入端被连接到所述功率和控制单元(1)的所述内部自诊断功能(141)并且能够连接到所述低压或中压装置的所述内部自诊断功能(142)。
4.根据上述权利要求中的一个的功率和控制单元(1)，其特征在于所述故障和连续性检测单元(13)包括低阻抗负载(131)，其能够通过开关(132)或者电流调节器与所述二进制输入端(11)并联连接。
5.根据权利要求4的功率和控制单元(1)，其特征在于所述开关(132)为固态开关或电机械开关。
6.根据权利要求4的功率和控制单元(1)，其特征在于所述开关(132)通过第二逻辑端口AND(133)被驱动为ON或OFF位置。
7.根据权利要求6的功率和控制单元(1)，其特征在于所述第二逻辑端口AND(133)的输入端被连接到使能单元(14)以及与所述二进制输入端(11)的输入电压(Vin)连接的比较器(134)。
8.根据权利要求7的功率和控制单元(1)，其特征在于延迟线(135)被插入在所述比较器(134)和所述第二逻辑端口AND(133)之间。
9.根据权利要求4的功率和控制单元(1)，其特征在于当所述二进制输入端(11)的输入电压(Vin)的值达到电压阈值(Vth_off)时，开关(132)被驱动为OFF位置。
10.根据权利要求4的功率和控制单元(1)，其特征在于当所述低阻抗负载(131)的温度增加到超过预设阈值时，开关(132)被驱动为OFF状态。
11.一种用于低压或中压装置(2)的跳闸电路，包括具有跳闸电路监视模块(3)的保护继电器和根据上述权利要求中的一个的功率和控制单元(1)，所述功率和控制单元(1)的二进制输入端(11)可操作地连接到所述保护继电器的二进制输出端，所述功率和控制单元(1)被可操作地连接到所述低压或中压装置(2)。
12.根据权利要求11的跳闸电路，其特征在于所述跳闸电路监视模块(3)能够通过开关(32)与所述保护继电器的二进制输出端(31)并联连接，所述跳闸电路监视模块(3)被可操作地连接到报警器(33)。
13.根据权利要求12的跳闸电路，其特征在于所述跳闸电路监视模块(3)当所述开关(32)打开时被激活。
14.根据权利要求13的跳闸电路，其特征在于当所述跳闸电路监视模块(3)被激活时，它在所述跳闸电路中驱动跳闸电路监视电流(Itcs)。
15.根据权利要求14的跳闸电路，其特征在于所述跳闸电路监视电流(Itcs)是静电流(Iq)和电路监视电流(Ics)之和，所述静电流(Iq)是二进制输入端(11)保持激活所需的电流，而所述电路监视电流(Ics)是执行所述跳闸电路的故障和连续性检测所需的电流，所述跳闸电路监视模块(3)当所述电路监视电流(Ics)被中断时产生警报(33)。
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Effective date of registration: 20180523 Address after: Baden, Switzerland Patentee after: ABB TECHNOLOGY LTD. Address before: Zurich Patentee before: ABB Transmit OY |
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