CN101911416B - 用于自动断路器的电子保护单元以及相关过程 - Google Patents

Abstract

包括控制单元和用于向所述控制单元提供电源的主要和辅助电源级的电子保护单元。辅助供电电源级包括适合于响应于在输入端接收到的光辐射而生成辅助供电电源电压的电子装置。在另一方面，本发明还涉及在紧急情况下管理电源线的电子保护单元的过程。

Description

用于自动断路器的电子保护单元以及相关过程

本发明涉及用于自动断路器的电子保护单元以及相关过程。

具体而言，本发明涉及电子保护单元，并涉及允许在紧急情况下获取关于电源线的操作状态的信息的过程。

在自动断路器上使用电子保护单元是已知的。

电子保护单元是适合于通过特定传感器来检测电源线的工作状况的设备，并在发生故障或过载的情况下，生成用于跳闸适合于中断所述电源线的自动断路器的跳闸命令。

除执行上文所提及的检测和命令功能之外，电子保护单元还可以提供关于电源线的工作状态的各种类型的信息。

此信息，例如，对于诊断故障是有用的，其可用性会在不同的模型之间有变化。

在最简单的类型的电子单元中，在实践中，可用信息，包括由操作员通过警告界面(即，“短路”或“过载”警告旗)所提供的可视指示。虽然这些警告界面具有即使在没有供电电源的情况下也能存储故障的类型的指示的优点，但是，提供到操作员的信息从数量和质量的观点来看在某种程度上是有限的。

有能够管理复杂的数据集合的更先进的电子单元可用，数据集合可以被转换成提供给操作员的完整而清晰的信息，这些信息可以，例如，涉及网络频率、相电流或相电压的幅值(带有，例如当发生故障时记录的实时数据，或统计数据)，或渐进的故障次数或跳闸操作的次数，中断的电流或中断的功率值等等。此信息也可以从对所有可用的数据(例如，关于以前的故障的统计数据，断路器的剩余使用寿命的估计，所谓的热记忆的模拟等等)的复杂的处理操作获得。

在这些先进的电子单元中，通过各种类型的警告界面，优选情况下，通过字母数字或图形显示，给操作员提供了可用信息。

在给定了它们的相对复杂性的情况下，这些现代电子单元消耗相当大的电能，并且为了运转要求适当的电力供应电源级别。

对这些设备的供电一般是通过从在其上面安装了自动断路器的同一电源线(直接供电电源)或从外部电力供应电源(间接供电电源)提供适当的技术装备而获得的。

不幸的是，在没有直接和间接供电电源的情况下(例如，在断路器跳闸之后或简单地，在断电的情况下)，这些现代的电子单元就不能运转，特别是，无法提供涉及电源线的工作状态的指示。

很明显，在其中关于电源线的状态的信息对操作员最有用处的那些操作情况下，即，在发生故障之后，产生此缺点。

为克服这些缺点，引入了专利申请EP1589628中所描述的类型的电子保护单元。

此电子单元配备有备份电子电路，适当地被设计成在正常操作期间蓄积某一量的电力，并在当没有供电电源时，使用此蓄积的电力，为电子保护单元供电。

然而，这种技术解决方案具有缺点，即仅限于在从供电电源被切断那一刻开始之后的预定的时间段，保证给电子保护单元的电力以及由此对可用信息的访问。

然而，在电子单元位于艰难的环境条件的情况下，操作员可能会在超过如上所述的备用电路的停止运转周期的相对比较长的时间段之后，才能到达电源线对它进行检测。在此情况下，关于电源线的状态的信息将完全无法访问。

本发明的主要目的是提供用于自动断路器的电子保护单元和可用来解决如上所述的缺点的相关过程。

此目的是通过根据权利要求1的用于自动断电器的电子保护设备来实现的。

根据本发明的电子单元，在其最一般的定义中，包括辅助供电电源级，该辅助供电电源级配备有能够将外部光辐射转换为辅助电力的电子装置，辅助电力可以用于电子保护单元的部分或完全操作。

此光辐射可以由操作员以非常简单的方式提供，例如，通过用光源照射该电子单元的外表面，例如，利用变电站(或面板)中存在的照明系统，或利用日光，或使用手电筒。

因此，可以在任何环境情况下，也在长时间的不存在主供电电源之后，至少部分地激活根据本发明的电子单元。

因此，操作员在任何时间都可以根据要求访问关于线的状态的信息，而不必一定必须考虑任何备用电路的停止运转时间。

在其另一方面，本发明还涉及根据权利要求15所述的在紧急情况下管理电子保护单元的过程。

通过对根据本发明的电子保护单元的优选的但是非排他性的实施例的描述，进一步的特征和优点应该变得更加显而易见，描述是通过说明性的，非限制性的示例并借助于各个附图给出的，其中：

-图1是根据本发明的电子保护单元的结构的示意框图；

-图2是根据本发明的电子保护单元的辅助供电电源级的一部分的示意框图；

-图3是包括根据本发明的电子保护单元的自动断路器的视图；以及

-图4是关于构成本发明的再一个方面的检测过程的框图。

参考如上所述的附图，本发明涉及用于自动断路器的电子保护单元1。

图3示出了安装在低电压自动断路器200(例如，用于低于1kVac或1.5kVdc的操作电压)上的电子单元1。当然，电子单元1也可以安装在其他类型的断路器上(例如，带有不同的操作电压)，或者也可以位于相对于要控制的断路器的远程位置。

电子单元1适于通过适当的电流传感器80，检测低电压电源线90(单相的或多相类型，即，三相)的工作状况，并在必要时，向自动断路器200发送跳闸命令TC，以便中断电源线90。

电子单元1包括(图1)控制单元3，优选情况下，该控制单元3配备有微控制器35、一个或多个报警装置，例如，显示器36和/或LED(发光二极管)类型的电子装置37，并带有通信接口38，例如，用于从远程设备60(即，其他电子保护单元)接收/向其传输数据的串行端口。

提供了主供电电源级10，以在电源线90的正常操作情况下为电子单元1供电。

术语“正常工作状态”是指可以从电源线90，从外部电力供应电源和/或从任何电子备用电路吸入电力以便为电子单元1供电的任何操作情况。

级10可以包括一个或多个直接供电电源设备101，例如，适合于从电源线90吸入为电子单元1供电所需的电力的一个或多个电流和/或电压变换器。

级10还可以包括至少一个间接供电电源设备102，例如，适合于从不同于电源线90的外部电力供应电源(未示出)吸入电力的连接器。

为管理级10的操作，优选情况下，在控制单元3中提供了用于管理电子单元1的主供电电源的电子级30A。

优选情况下，级30A包括一个或多个电子备用电路39(例如，包括一个或多个备份电容)。

提供了备用电路39，以保证在供电电源设备101-102不工作的情况下主供电电源在预定时间段内的连续性。

优选情况下，备用电路39由一个或多个电子使能电路33进行控制，而这些电子使能电路33又相应地由第二电子驱动装置进行驱动，而优选情况下，这些第二电子驱动装置包括适当的第二计算机化装置34，例如，一个或多个软件程序、代码、模块和/或例程，它们可以由数字处理设备，优选情况下是微控制器35来执行。

电子保护单元1还配备有适合于在紧急情况下为电子电源1供电的辅助供电电源级20。

术语“紧急情况”是指由于某种原因不再能从电源线90，从外部电力供应电源和/或从任何备用装置吸入电力以便为电子单元1供电的任何操作情况。

辅助供电电源级20包括(图1-2)适合于响应于在输入端接收到的传入的光辐射Λ_IN而生成辅助供电电源电压V_AUX的电子装置201-202。

光辐射Λ_IN可以，例如，通过日光或通过由操作员所使用的，例如，手电筒之类光源所产生的光辐射来代表。

优选情况下，所述电子装置包括适合于在输出端生成光伏转换电流I_IN的电子光伏转换级201，所述光伏转换电流I_IN的强度取决于在输入端接收到的光辐射Λ_IN的强度。

优选情况下，电子级201包括优选情况下被置于电子单元1的外表面110上的一个或多个电池和/或光伏模块211(图3)，以便有效地接收光辐射Λ_IN。

在电子级201的下游，优选情况下，提供了电子调节级202，适合于为辅助供电电源电压V_AUX提供稳定级别。优选情况下，还存在电子检测级450，优选情况下，包括一个或多个电流传感器(例如，电阻分流器)，以提供表示电流的强度I_IN的数据350。

优选情况下，电子级202包括适合于处理来自电子级201的电流信号I_IN的电子输入电路221。优选情况下，电子电路221包括构成升压配置的电容C1和电感L1，以便稳定从输入电流I_IN的可变值开始的电压V_AUX。

在电子电路221的下游提供了电子开关电路222，适合于在输出端生成开关电流I_OUT，其平均值取决于电流I_IN的趋势。

向包括存储电容C2的电子输出电路224发送电流I_OUT，可以从该电路的末端吸入辅助供电电源电压V_AUX。

优选情况下，还提供了电子反馈电路223，其中包括电阻分压器R1-R2，以便给电子电路222提供关于电压V_AUX的趋势的反馈信号V_F。

为管理供电电源级20，优选情况下，控制单元3包括电子级30B，以管理辅助供电电源。

优选情况下，电子级30B包括一个或多个电子电源开关电路31和用于驱动电子电路31的第一电子驱动装置。

优选情况下，第一电子驱动装置包括合适的第一计算机化装置32，例如，一个或多个软件程序、代码、模块和/或例程，它们可以由数字处理设备，优选情况下，由微控制器35来执行。

电子级30B的主要功能是根据通过辅助供电电源级20变得可用的电力，允许执行控制单元3的一个或多个操作功能F₁-F_N。

假定这些功能F₁-F_N的执行一定要求某一输入电力，优选情况下，每一功能都是根据通过电子级450检测到的光伏转换电流I_IN的强度来选择的。

作为备选地，这些功能中的每一个功能都可以根据可以通过电子电路223检测的开关电流I_OUT的强度来选择。

优选情况下，功能F₁-F_N包括关于电源线90的工作状态的预定信息集合I₁-I_M的至少一个查看功能F_I。

优选情况下，可以查看的信息的集合呈现可以根据可用的电力(因此，电流I_IN所呈现的级别)来选择的不同的信息内容。

在最简单的情况下，当电流I_IN相对比较低时，功能F_I涉及查看关于检测到的故障的类型和/或关于由电子单元1执行的操作的类型的一系列发光警告I₁。为此目的，电子级30B可以直接激活LED设备37(图2-3)，而无需涉及微控制器35。

如果可用的辅助电力较高，则功能F_I可以涉及通过由微控制器35所控制的显示器36来查看其他信息集合I₂-I_M。例如，信息集合I₂可以包括相对低级别的信息(即，执行的操作的类型或检测到的故障的类型的字母数字指示)，而当可用的电源增大时可以选择的集合I₃-I_M，可以逐步呈现越来越完整并且清晰的信息，直到包括在电子单元1的正常操作期间可用的全部信息。

作为备选地，也是在电流I_IN相对低的情况下，功能F_I可以涉及查看多个信息集合I₁-I_M，只要优选情况下采用连续的查看方案，例如，根据循环I₁-I₂-...-I_M。

当然，电子级30B可以相对于信息集合I₁-I_M的查看功能F_I，启用不同类型的功能。

也是根据可用的电力的级别来启用的这些功能，可以具有相对于功能F_I的相同或不同的优先级，并且，可以，例如，从简单地激活微控制器35的时钟以激活控制单元3的特定部分(例如，LED设备37、显示器36和/或通信接口38)，直到完整地恢复控制单元3的操作。

此外，在有足够的辅助电源可用的情况下，操作员可以采取措施，以最适当的方式重新配置电子单元1的操作参数和功能。

作为备选地，也可以根据可用的电力，按顺序启用功能F₁-F_N。

现在将比较详细地描述电子单元1的操作。

在正常工作状态下，电子单元1由主供电电源级10来进行供电。

在此操作情况下，辅助级20可以与如上所述的主供电电源级10并行地提供电力(例如，通过手电筒或通过将电子单元1暴露于变电站中，或面板上存在的光，或暴露于日光辐射)。

这确定了辅助供电电源电压V_AUX的生成。

根据可用的电力的级别，电子级30B启用控制单元3的某些功能F₁-F_N，甚至执行它的功能的完整的恢复。

具体而言，操作员可以查看关于电源线90的工作状态的信息集合I₁-I_M。

查看的信息的复杂性/清晰度和可以启用的功能随着可用的电源的级别而增大，直到查看了在电子保护单元1的正常操作期间可以获得的全部信息和启用了全部功能。

当可用的电源的级别允许激活最低级别的功能时，通过采用连续的查看/启用方案，例如，根据循环I₁-I₂-...-I_M或F₁-F₂-...-F_N，可以获得查看的信息和可以启用的功能的完整的清晰度。

从上文可以看出，本发明还涉及用于管理电源线90的电子保护单元的过程500，特别是在紧急情况下，用于获取关于所述电源线的工作状态的信息。

优选情况下，过程500包括利用光辐射源Λ_IN，照射电子单元1的至少一部分的第一步骤501。

然后，提供步骤502，将如此提供的光辐射转换为辅助供电电源电压V_AUX，以为电子单元1供电。

最后，可以提供步骤503，以根据可以通过如此提供的光辐射的转换而获得的电力的级别，来执行电子单元1的操作功能F₁-F_N。

这些功能包括用于查看关于电源线90的工作状态的预定信息集合I₁-I_M的至少一个功能F_I，每一个集合I₁-I_M都是根据通过所提供的光辐射的如上所述的转换变得可用的电力的级别来选择的。

参考如图1-4所示的实施例描述了电子单元1。

所有都在本发明的范围内的实施例的变体，都是可能的。

例如，可以提供多个查看功能F_I1-F_IM，其中每一个功能都专门用于查看对应的信息组I₁-I_M。

此外，电子级30A和30B可以集成在连接供电电源级10，20和控制单元3的单一电子接口30中。

优选情况下，电子接口30可以包括不同于微控制器35的专用微控制器(未示出)。在此情况下，所描述的计算机化装置32和34可以驻留在此专用微控制器中(并在其中执行)。

最后，电子电路224的存储电容C2可以是备用电路39的其中一个备份电容，以便获得电子单元1的电路组件的更大的集成。

在电子单元1的又一实施例中，数字处理设备35可以替换为一组根据更多传统技术生产的模拟电子电路。

此外，如上所述的第一和第二电子驱动装置可以包括(作为如上所述的计算机化装置32-34的补充或替代)一个或多个模拟类型的电子电路。

在实践中可以看出，根据本发明的电子保护单元和相关过程如何实现目的和目的集。

事实上，根据本发明的电子保护单元在任何时刻并在紧急情况下(永久地或临时地)易于管理或激活，并可以相当简便地获得关于受控制的电源线的工作状态的信息。

可以获得的信息的完整性可以由操作员，通过适当地调节在输入端接收到的光辐射的强度来间接地选择。

在有足够高级别的电力可用的情况下，操作员还可以采取措施在必要时重新配置控制单元的功能和/或操作参数。

因此，根据本发明的电子保护单元特别适用于艰难的环境的情况下(例如，远离主要公路)或适用于其中可以预料操作员难以检测电源线的状态的操作情况下(例如，在隧道内)。

从上文可以看出，根据本发明的电子保护单元提供了在工业水平并以竞争性的成本容易生产的特别简单的结构。

如此构思的电子保护单元可以接受很多进一步的修改和变体，所有的修改和变体都在发明构思的范围内。此外，所有的细节都可以替换为其他技术上等效的东西。

Claims (13)

1.一种用于自动断路器(100)的电子保护单元(1)，包括控制单元(3)、适合于向所述控制单元提供电力的主供电电源级(10)和辅助供电电源级(20)，所述辅助供电电源级包括适合于响应于在输入端接收到的光辐射(Λ_IN)而生成辅助供电电源电压(V_AUX)的电子装置(201，202)，其特征在于，所述控制单元包括管理所述辅助供电电源的电子级(30B)，所述电子级响应于在输入端接收到的所述辅助供电电源电压(V_AUX)，允许执行所述控制单元的一个或多个功能(F₁-F_N)，所述功能中的一个或多个功能都是根据通过所述辅助供电电源级变得可用的电力的级别来选择的。

2.如权利要求1所述的电子保护单元，其特征在于，所述辅助供电电源级包括：

适合于响应于在输入端接收到的所述光辐射而在输出端生成光伏转换电流(I_IN)的电子光伏转换级(201)；以及

适合于为所述辅助供电电源电压提供稳定级别的电子调节级(202)。

3.如权利要求2所述的电子保护单元，其特征在于，所述电子光伏转换级包括一个或多个光伏电池和/或模块(211)。

4.如权利要求2所述的电子保护单元，其特征在于，所述电子调节级包括：

适合于在输入端接收所述光伏转换电流的电子输入电路(221)；以及

适合于在输出端生成开关电流(I_OUT)的电子开关电路；以及

适合于在输入端接收所述开关电流并在输出端生成所述辅助供电电源电压的电子输出电路；以及

适合于给所述电子开关电路提供相对于所述辅助供电电源电压的趋势的反馈信号(V_F)的电子反馈电路。

5.如权利要求2所述的电子保护单元，其特征在于，所述辅助供电电源级还包括适合于提供表示所述光伏转换电流的数据(350)的电子检测级(450)。

6.如权利要求1所述的电子保护单元，其特征在于，所述功能包括用于查看关于电源线(90)的操作状态的区别的预定信息集合(I₁-I_M)的至少一个功能(F_I)，所述预定信息集合中的一个或多个都是根据通过所述辅助供电电源级变得可用的电力的级别来选择的。

7.如权利要求6所述的电子保护单元，其特征在于，它包括用于查看所述预定信息集合中的一个或多个的一个或多个报警装置(36，37)。

8.如权利要求1所述的电子保护单元，其特征在于，所述用于管理辅助供电电源的电子级包括：

一个或多个电子电源开关电路(31)；以及

适合于驱动所述电子电源开关电路的第一电子驱动装置(32)。

9.如权利要求8所述的电子保护单元，其特征在于，所述第一电子驱动装置包括能够由数字处理设备执行的第一计算机化装置(32)。

10.如权利要求9所述的电子保护单元，其特征在于，所述第一计算机化装置(32)能够由所述电子控制单元上的微控制器(35)来执行。

11.如权利要求1所述的电子保护单元，其特征在于，它包括用于管理所述电子保护单元的主供电电源的电子级(30A)，所述用于管理所述电子保护单元的主供电电源的电子级和所述用于管理所述电子保护单元的辅助供电电源的电子级集成在单一电子连接接口(30)中。

12.一种自动断路器，其特征在于，它包括如权利要求1所述的电子保护单元。

13.一种用于在紧急情况下管理电源线(90)的自动断路器(100)的电子保护单元(1)的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

-利用光辐射(Λ_IN)照射(501)所述电子保护单元(1)的至少一部分(211)；以及

-将所述光辐射转换(502)为辅助供电电源电压(V_AUX)，以为所述电子保护单元供电；

-允许(503)执行所述电子保护单元的一个或多个功能(F₁-F_N)，所述功能包括用于查看关于所述电源线的操作状态的区别的预定信息集合的至少一个功能(F_I)，所述预定信息集合中的一个或多个(I₁-I_M)都是根据通过所述光辐射的转换变得可用的电力的级别来选择的。

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