CN101809704A - 在断路器中对显示背景照明的控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种断路器，具有电子过电流保护脱扣器，该脱扣器从通过断路器监测的供电网获得供电，断路器具有：电流传感器；整流器；存储电容器和短路开关；断开单元；用于测量所要监测的供电网的运行参数的测量装置；对所检测到的测量值进行处理的电子电路；至少一个通过断开单元控制的电磁脱扣器，用于使断路器的带电的功率触点脱扣；和用来显示出所检测的和/或处理过的测量值的电子显示装置。设计规定：断路器的显示装置(6)从通过断路器监测的供电网获得供电，并且由通过断路器监测的供电网供电的电子装置(10)，借助于电子可控制的开关(9)，取决于在电子装置(10)的测量装置中检测到的测量值来控制电子显示装置(6)的背景照明(6)的接通和断开，该电子显示装置从通过断路器监测的供电网获得供电。本发明还涉及一种用于控制断路器的显示装置的背景照明的接通和断开的方法。

Description

在断路器中对显示背景照明的控制

技术领域

本发明涉及一种具有过电流脱扣器的机电断路器，尤其是低压断路器，该断路器配备有显示器用来显示出运行参数、特征值和故障信号，正如在权利要求1的前序部分中所定义的那样。

背景技术

电网由高压电网和由其分支出的低压电网组成，这些电网在交流电的情况下达到大约1000V的电压值，而在直流电的情况下达到1500V的电压值。已知了具有电子过电流保护脱扣器的低压断路器，其在英语缩写ACB(空气断路器)中描述为所谓的常开的(offene)断路器。另一种类似装置是常闭的(geschlossener)断路器或者整体式断路器，其英语缩写为MCCB(塑壳断路器)。低压断路器在低压配电设备中既起到开关作用，又起到保护功能。借助于一种电子电路来测量和评定流过断路器的电流。根据这些值可以保护用户电网防止产生短路和过载。例如通过电磁的或者热的脱扣器(该脱扣器操纵一些带电的开关触点)来实现断路器的脱扣。

低压断路器包含断开单元，其操纵电磁脱扣器，该脱扣器在确定有故障的情况下使断路器的带电的功率触点分开。在该断开单元(英语称为：electronic trip unit，ETU)中例如通过可调整电阻还调整了断路器的断开动作，并且首先根据所测量的电流参数和电压参数，如其数值那样地，但在有些应用情况下也在它们之间的相位角上，来识别故障情况，并操纵断路器用于分开其带电的功率触点。

以多种多样的样式和方式检测的电参数值常常表示于一个屏幕上，例如一个LCD监视器上，用来监测断路器的功能。这里重要的是：断路器的过电流开关的功能，正当在过低流动的工作电流的情况下存在有临界供电状况时，由于没有什么干扰而失真，这就是说例如：每个附加的电子仪器，如LCD-显示器的供电不允许取自要测量的信号。如果在相对低的工作电流时突然出现一种大的短路电流，那么断路器的断开单元就识别出并触发断开过程，这个过程必须立即利用在存储电容器中可用的电能来操纵，并且是还在大的短路电流使得存储电容器加载到更高的电能值之前，而如果等候的话，则这可能会持续过长。因此传统的解决办法只是通过外部辅助电源来为LCD显示器连同其所属的用于产生信号的电子电路提供供电。然而由此这样就产生了附加的投入以用于在安置断路器的位置上提供适合的，独立的电源，而这对于投资和维护来说产生了附加的费用，并且意味着附加的技术上的故障源。为此必须要准备有电池或者发电机、附加的电子电路、信号接口等等。

发明内容

因此，本发明的目的在于，鉴于上面所提到的问题，能够从所要监测的电网对一种用于断路器的过电流保护脱扣器的屏幕显示器进行供电，而并不因此而影响断路器的功能、也就是说其过电流保护脱扣器的功能和特别是断开单元在临界的、缺电状况时的功能。

本发明的这个目的利用根据权利要求1的特征部分中所述的特征来实现。

在本发明的一种优选实施方式中，断路器包括电子过电流保护脱扣器，该脱扣器从通过断路器监测的供电网获得供电，断路器还包括：电流传感器；整流器；存储电容器和短路开关；断开单元；用于测量所要监测的供电网的运行参数的测量装置；对所检测到的测量值进行处理的电子电路；至少一个通过断开单元控制的电磁脱扣器，用于使断路器的带电的功率触点脱扣；和用来显示出所检测的和/或处理的测量值的电子显示装置，断路器这样地改进设计，从而使断路器的显示装置从通过断路器监测的供电网获得供电，并且通过断路器监测的供电网供电的电子装置，借助于电子可控制的开关，取决于在电子装置的测量装置中检测的测量值来控制电子显示装置的背景照明的接通和断开，该背景照明从通过断路器监测的电网获得供电。通过只是断开显示装置的背景照明使该附加的显示装置的最大耗电负载断开，以防止出现危险的情况，然而显示装置本身仍保持工作，并可以在必要时总还显示出重要的检测到的参数值，而且是在即使没有背景照明的情况下，这是因为例如一种LCD(液晶)显示器单独通过周围的光就可以实现至少单色的显示。

在本发明的另一种设计方案中，根据本发明的断路器这样改进设计，从而在断路器的测量装置中检测到在存储电容器上的电压电平，该测量装置将至少一个检测到的、在测量装置的电子电路中的测量值与至少一个规定的阈值进行比较并进行处理，并产生控制信号用于电子可控制的开关的接通或断开。存储电容器的电压电平正比地反映了断路器的存储电容器的供电储备状态，并因此可以直接用作为对比值以用于与一个规定的阈值进行比较。一个这样的所要检测的电压电平既可以直接模拟地在一个比较电路中进行分析评估，也可以通过D/A转换器事先数字化。

在本发明的另一种可替换的设计方案中，根据本发明的断路器这样地改进设计，从而在断路器的测量装置中至少检测以下两个参量之一：短路开关的开关频率和/或开关持续时间，在测量装置的电子电路中所检测到的测量值与至少一个规定的阈值进行比较并进行处理，并产生控制信号用于电子可控制的开关的接通或断开。短路晶体管的开关特性同样也反映了断路器的供电储备状态，并因此可以可替换地也用作为比较值以用于与一个规定的阈值进行比较，其中然而为此需要一种智能的电子分析评估。短路开关切换到短路状态越频繁和/或越长久，那么所要监测的电流就越大，并且因此存储电容器的预加载就越完全。如果短路开关更长久地或者持久地断开(offen)，那就意味着：所要监测的、在带电的电网中的电流变小了，并且对应地，存储电容器的负载状态处于一个更低的水平。因此可以计算出，存储电容器达到了临界供电储备状态。

在本发明的另一种设计方案中，根据本发明的断路器这样地改进设计，从而用于控制显示装置的背景照明的接通和断开的规定的阈值的电平相当于一种最小的、但通过由断路器所要监测的供电网对断路器的存储电容器还充足地储备供电的情况。通过规定这种电平值，在电紧缺时只是为需要的情况，在出现故障时保护供电储备，以防止由于显示照明而造成耗电。

在本发明的另一种设计方案中，根据本发明的断路器这样改进设计，从而电子装置借助于电子可控制的开关，取决于所检测到的测量值来控制整个显示装置连同其图像信号处理电子装置的接通和断开。在一些应用中有利的是：不仅，如以前显示装置的背景照明那样，而且附属的图形处理电子电路也作为耗电负载被断开，以便在存储电容器的能量储备值低时开拓(erschlieβen)断路器的另外的储备。这种断开也可以设计为一种附加的、在第二阶段中要实施的断开。

在本发明的另一种设计方案中，根据本发明的断路器这样地改进设计，从而电子可控制的开关设计成电子的、基于半导体工艺技术的开关元件。这种开关设计成半导体元件可以简单直接地实现对在电子电路环境中的开关进行控制，并且不会有磨损的机械部件。

在本发明的另一种设计方案中，根据本发明的断路器这样改进设计，即断路器是低压断路器。本发明的特征当然也可以应用在与低压范围不同的另外的电压范围中，然而会有某些特定的伴随着的技术情况，因此尤其是对于应用在低压范围中来说，使本发明的优点特别好地发挥作用。

在本发明的另一种设计方案中，根据本发明的断路器这样地改进设计，即显示装置是LCD(液晶)屏幕。液晶屏幕的应用随之带来重要的优点，即在背景照明断开时也还可以读取显示，只要是在有足够的环境光的情况下，也就是说例如在黑暗中即使用一个手电筒进行照明也足以读出显示。

在本发明的另一种设计方案中，根据本发明的断路器这样地改进设计，即显示装置是任意结构型式的电子屏幕。这尤其是在这种情况下，即总归如上面所实施地，在本发明的一种设计方案中，除了屏幕的背景照明之外也使处理图形的电子电路断开，那么就是有利的。

在本发明的另一种设计方案中，根据本发明的断路器这样改进设计，即除了利用开关要断开的显示装置的背景照明之外可断开地连接了另外的附加的耗电负载。本发明可以使其它的耗电负载连接于一个断路器上，并从所要监测的电网供给电能，而并不影响到在缺电工作状态下断路器的运行，这是因为这些负载与断路器的背景照明一起都被及时地断开了。

采用上面所述的根据本发明的特征提出了一种根据本发明的方法，该方法用来控制根据前述实施例中任一个所述的断路器的显示装置的背景照明的接通和断开，从而使得，在电子装置中至少检测到一个属于由所要监测的电网得到的供电系统的参数特征值，对该参数特征值与至少一个规定的阈值相比较地进行处理，并产生输出信号，利用该输出信号使电子可控制的开关，取决于所检测的测量值接通或断开并通过该开关使与该开关串联的显示装置的背景照明接通或断开，从而使得，当断路器的存储电容器的一种过低的供电储备被确定为比较结果时，则使显示装置的背景照明断开；而相反，当断路器的一种充足的供电被确定为比较结果时，则使显示装置的背景照明接通。在本方法的一种优选的改进设计方案中，在电子装置中检测至少一个参数值的步骤就是检测存储电容器的电压电平。在本方法的另一种优选的改进设计方案中，在电子装置中检测至少一个参数值的步骤就是检测以下两个参数中的至少一个：短路开关的开关频率和/或开关持续时间。

利用本发明的实现了的特征可以实现一种低压断路器，其没有外部的辅助供电也可以对连接于其供电系统的显示装置供给电能，而在供电储备低时不会影响到在由于取电用于下级的仪器而出现干扰时断开过程的实施。这提高了所采用的低压断路器的可靠性和经济性。

附图说明

以下参照附图按照两个优选的实施例对本发明进行详细的说明。附图所示为：

图1：按照技术背景所述的具有显示装置的低压断路器的示意性视图；

图2：具有对存储电容器的电压电平进行检测的装置的根据本发明的低压断路器的示意性视图；

图3：具有对短路晶体管的开关状态进行检测的装置的根据本发明的低压断路器的示意性视图。

具体实施方式

图1中可以见到按照技术背景所述的、具有显示装置6，6’的传统的低压断路器8的示意性视图。

一种用作为电流传感器的电流互感器1利用其初级线圈，例如连接在所要监测的电网中(未示出)并通过优选利用铁芯中转的电磁耦合在其次级线圈中提供一个正比于初级电网电流的、在电流强度上降低的电流。此外还使数值上降低了的次级电流在整流器单元2中转换成成比例的、整流过的直流电流，并以这种形式同时提供给断路器8的其它电路部分，作为它们的供电和作为测量信号。连接上的存储电容器3接收了一种与其电容和所施加电压成比例的电荷，并使该电荷保持作为一种供电储备。因为在所要监测的电网中的电流经受了很大的波动，因此整流过的次级电流和施加在断路器的负载上的电压也都经受了与其成比例的很大波动，然而这会损害到电子元件的功能。因此断路器的这种实施方式具有调节元件，它们起到一种电源部分的作用并且限制流动的直流电流。这通过电子电路7来实现，该电子电路具有测量装置以用来测量所要监测的供电网的运行参数。例如测量装置7检测施加在存储电容器3上的电压，并将其与一个内部规定的阈值进行比较，并在超过阈值时使开关4转换到短路，其持续时间与信号成比例计算出，经过该开关则可以使漏泄的(ausleichender)过电流流出。以流动的直流电流的形式的、从所要监测的电网经过电流互感器1达到存储电容器3上的电能越多，那么电子电路7使短路开关4转换到短路就越频繁，转换时间就越大，并因此将存储电容器的电压电平调节到一个(波动的)最大水平。短路开关4在优选实施方式中设计为开关晶体管或者所述的短路晶体管，并且使得通过它导出的多余电能例如经过未示出的电阻转变成热并使之导出。

在以这种方式波动的、但调节限制于一个最大值的电源3上连接上电子的断开电路5，在该电路中根据断路器的结构型式对到达的信号进行一种或多或少复杂的分析评估。例如电压和相位角的前沿可以在电流和电压之间测量并由此得出结论：是否在所要监测的电网里存在有由于短路引起的故障情况。如果确定了有故障情况，那么断开电路5就能触发断路器的一个立刻的断开过程。在这瞬间，从存储电容器3里调用电能储备并输送给断路器的电磁脱扣器(未示出)，该脱扣器必须实施相对长的机械功，以便使其带电的功率触点(未示出)最快地相互分开。通过断开电路5来识别故障情况是如此地有效，以至于该结果出现地要早于由于大的短路电流引起的能量推动也能够在故障情况下给存储电容器3充电，当其之前没有完全充满时。因此如果一个相对低的工作电流流动并且突然出现故障情况，那么存储电容器的电能储备确实是很宝贵的。当工作电流较低时，尽管短路开关4总是断开着，仍使存储电容器3充电到一个较低的电压水平，并且因此包含有较少存储的电能。这种减少的存储电能但必须在发生故障情况时足以供电给断开电路5，并且能够给断路器的电磁脱扣器在足够的时间间隔里输送足够的电能，以便使该脱扣器能可靠地实现其重要的保护功能，并且通过断开其功率触点快速而完全地中断所要监测的电网。

由于这种原因和对于这样的故障情况来说通常使所有附加的仪器，如为了进行监测而接入的显示装置6，6’只是通过独立附加的电源，如电池、发电机(未示出)等等来运行。因此具有屏幕6和图像处理电子电路6’的显示装置并不连接于断路器的供电系统。这此外还意味着：在显示装置的断开电路5和图像处理电子电路6’之间的信号传输必须有一个使两个电路电脱开的接口。总之，其缺点是对于显示装置6，6’的附加独立的供电来说成本高而且维护费用高。

在图2中示出了一种根据本发明的低压断路器的优选实施方式的示意性视图，其具有如同图1所述的传统结构型式的断路器的很大程度上结构型式相同的组成部件，因此以下对于这些相同型式的组成部分的、有利于根据本发明的特征的功能就不再重新叙述。

根据本发明，显示装置6，6’连接于断路器8的电源，也就是说连接于存储电路器3，与断路器的其它电负载并联，其中图像处理电子电路6’在图2中未反映，但可以理解为永久并联于存储电容器3。

根据本发明的一种优选实施方式，只是显示装置的背景照明6可以通过与其串联的开关9可断开地连接于通过存储电容器3的供电系统。附加的电子电路10并联于存储电容器3，并利用在其中实施的测量装置来检测存储电容器3的电压电平。存储电容器3的电压电平是一种正比于其电能储备状态的参数值，因此通过将该电压电平与一个规定的阈值进行比较可以确定存储电容器3的最小的电能储备，其必须只是保留于断路器以用于在出现故障情况时触发断开过程。如果存储电容器3的电能储备降到规定的阈值之下，那么电子电路10就产生控制信号用于使开关9断开，因此使利用其通过存储电容器3连接于供电系统的显示装置的背景照明6断开。背景照明消耗相对多的电能，并因此是最大的附加的耗电设备，相反，图像处理电子电路6’则需要较少电能，因此可以继续保持被供电。当优选应用LCD-显示器作为显示装置时，只要周围环境的光线情况许可，那么其甚至在没有背景照明的情况下也可以读出。

开关9在一种优选的实施方式中作为一种半导体开关而实现，以便能对它实行特别简单的电控制，并且是无磨损的，但当然也可以具有另外一种结构形式，例如象一种继电器。

在电子电路10中对存储电容器3的电压电平的检测和处理既可以以模拟技术也可以以数字技术来进行。

以所述的样式和方式，电子电路10在低于存储电容器3的一个预调的最小电能储备状态时，使一个接上的，从所要监测的电网供电的显示装置的强力供电的背景照明6断开，从而然后将存储电容器3的总的保留的电能储备单独提供给在故障情况下必须可靠实施的断开过程。

在图3中示出了一种根据本发明的低压断路器的另一种优选实施方式的示意性视图，其具有如同在图1中所述的通常结构型式的断路器的、很大程度上结构型式相同的组成部分，因此以下对于这些组成部分的、有利于根据本发明的特征的功能不再重新叙述。

本发明的这种另外的优选的实施方式同样也如同前面按图2所述的实施方式那样，具有：电子电路10，该电子电路控制开关9；和与该控制开关串联的显示装置的背景照明6，该背景照明也从所要监测的电网供给运行电能。

与图2所述实施方式的区别仅在于：如何在电子电路10中获得控制信号以用来接通和断开显示装置的背景照明6。

电路10在其输入端得到短路晶体管4的开关信号，该开关信号在电子电路7中产生。该信号传输以下信号：使过电流保护接通的频率和持续时间，这就是说，开关4保持短路越频繁和越长，那么能量过剩就越大，该能量过剩由所要监测的电网经过电流传感器1而被馈入断路器8中。根据对开关4的开关频率和开关持续时间的分析评估，必要时考虑到对由电路7和短路晶体管4组成的电网部分的特性曲线的认识，可以在电路10中推断出存储电容器3的电能储备状况。如果这样求出的电能储备作为比较值，那么所有其它的，如在图2所示的实施方式中那样，这就是说使求出的电能储备值与一个规定的阈值比较，并由这种比较产生要输出的控制信号用来控制开关9。如果存储电容器3的电能储备降低到规定的阈值之下，那么电子电路10就产生控制信号用于使开关9断开，因而使利用其串联于经过存储电容器3的供电系统的显示装置的背景照明6断开。

求出存储电容器3的电能储备状态的这种可替换的实施方式对于低压断路器的一些应用来说，相比于按图2所示的更简单的变体来说是有利的。

以所述的样式和方式，当低于存储电容器3的预调的最小电能储备状态时，电子电路10就断开连接上的、由所要监测的电网供给工作电能的显示装置的强力供电的背景照明6，因此然后存储电容器3的整个保留下来的电能储备被单独提供给在出现故障情况下需要可靠地实施的断开过程。

本发明的优选实施例的视图的精确度不应该被解释为有限制性，并且通过处于平均水平的专业技术人员就可以实施本发明的变型和变体，而该专业技术人员并没有为此而偏离本发明的在从属权利要求中所限定的保护范围。

Claims (13)

1.一种断路器，具有电子过电流保护脱扣器，所述脱扣器从通过所述断路器监测的供电网获得供电，所述断路器具有：电流传感器；整流器；存储电容器和短路开关；断开单元；用于测量所要监测的所述供电网的运行参数的测量装置；对所检测到的测量值进行处理的电子电路；至少一个通过所述断开单元控制的电磁脱扣器，用于使所述断路器的带电的功率触点脱扣；和用来显示出所检测的和/或处理的测量值的电子显示装置，其特征在于，所述断路器的所述显示装置(6)从通过所述断路器监测的所述供电网获得供电，并且通过所述断路器监测的所述供电网供电的电子装置(10)，借助于电子可控制的开关(9)，取决于在所述电子装置(10)的测量装置中检测的测量值来控制电子显示装置(6)的背景照明(6)的接通和断开，所述背景照明(6)从通过所述断路器监测的所述供电网获得供电。

2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，在所述断路器的所述测量装置(10)中检测到在所述存储电容器(3)上的电压电平，所述测量装置(10)将至少一个检测到的、在所述测量装置的电子电路(10)中的测量值与至少一个规定的阈值进行比较并进行处理，并产生控制信号用于所述电子可控制的开关(9)的接通或断开。

3.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，在所述断路器的所述测量装置(10)中至少检测以下两个参数之一：所述短路开关(4)的开关频率和/或开关持续时间，在所述测量装置的电子电路(10)中所检测到的测量值与至少一个规定的阈值进行比较并进行处理，并产生控制信号用于所述电子可控制的开关(9)的接通或断开。

4.根据权利要求2或3所述的断路器，其特征在于，用于控制所述显示装置(6)的所述背景照明的接通和断开的所述规定的阈值的所述电平相当于一种最小的、但通过由所述断路器所要监测的所述供电网对所述断路器的所述存储电容器还充足地储备供电的情况。

5.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，其特征在于，所述电子装置(10)借助于所述电子可控制的开关(9)，取决于所述检测到的测量值来控制整个所述显示装置连同其图像信号处理电子装置的接通和断开。

6.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，其特征在于，所述电子可控制的开关(9)设计成电子的、基于半导体工艺技术的开关元件。

7.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，其特征在于，所述断路器是低压断路器。

8.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，其特征在于，所述显示装置(6)是LCD(液晶)屏幕。

9.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，其特征在于，所述显示装置(6)是任意结构型式的电子屏幕。

10.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，其特征在于，除了利用所述开关(9)要断开的显示装置的所述背景照明(6)之外至少可断开地连接了另外一个附加的耗电负载。

11.一种用于控制一种根据前述权利要求中任一项所述的断路器的显示装置的背景照明的接通和断开的方法，其特征在于，在电子装置(10)中至少检测到一个属于由所要监测的电网得到的供电系统的参数特征值，将所述参数特征值与至少一个规定的阈值相比较地进行处理，并产生输出信号，利用所述输出信号使电子可控制的开关(9)，取决于所检测的测量值接通或断开并通过所述开关使与所述开关串联的显示装置的所述背景照明(6)接通或断开，从而使得，当所述断路器的存储电容器(3)的一种过低的储备供电被确定为比较结果时，则使所述显示装置的所述背景照明(6)断开；而当所述断路器的所述存储电容器(3)的一种充足的储备供电被确定为比较结果时，则使所述显示装置的所述背景照明(6)接通。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述电子装置(10)中检测至少一个参数值的步骤就是检测所述存储电容器的电压电平。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述电子装置(10)中检测至少一个参数值的所述步骤就是检测以下两个参数中的至少一个：短路开关(4)的开关频率和/或开关持续时间。

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