CN102315619A - 向保护设备供能的装置以及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及向保护设备供能的装置以及相关方法。一种改进的过载继电器(4)包括多个从其所保护的电路中汲取电力以对自身进行供电的电流互感器(28A，B，C)。电流互感器对电容器(36)充电，电容器(36)向处理器(44)供电并且能够向螺线管(52)供能以发起电路的中断。过载继电器进一步包括电容器分析电路(48)，电容器分析电路(48)检测电容器的运行参数，并使处理器判断电容器的能量储存能力何时已降低至预定阈值成为可能。在这样的判断的情况下，过载继电器可执行多种动作中的任何动作。

Description

向保护设备供能的装置以及相关方法

技术领域

所公开以及要求权利的内容总的来说涉及一种配置为向保护设备供能以断开电路的至少一部分的装置，特别涉及一种装置，该装置在其发起电路断开的能力已经降低到了预定阈值时执行预定的动作。

背景技术

多种类型的电路中断器是已知的。一种类型的电路中断器采用继电器的形式，该继电器包括电流测量电路，其采用多种算法判断在某些预定的过载场景中何时断开到大负载——例如电动机——的电力。这样的电路中断器可包括能量储存设备，例如电解电容器，以便给继电器的螺线管供电，该螺线管使得另一螺线管改变状态，从而导致接触器断开电路。虽然这样的电路中断器通常对于其期望达到的目的是有效的，但是这样的电路中断器尚非没有限制。

通常来说，电解电容器的能量存储能力可随时间劣化，并且高温可加速这种劣化。依赖于劣化程度，这样的电容器可能储存不足以向发起电路开路的螺线管供能的能量。而且，虽然某些过载情况可在极短的时间期限内发生，但是其他的过载情况可在几分钟或甚至几小时上发展，并且通常不希望装置突然停止操作，不管是由于到装置的电源已被断开还是由于装置已过热或其他故障。因此，期望解决这些以及其他在相关技术中已知的缺陷。

发明内容

相应的，一种采用过载继电器形式的改进装置包括若干个从其保护的电路中汲取电力的电流互感器以评估电路并且对自身供电。电流互感器对电容器充电，电容器向处理器供电，并且，能够向螺线管供能以将常闭触电组切换至开路情况，从而使得另一螺线管断开接触器，以将电路从负载断开。有利的是，过载继电器进一步包括电容器分析电路，其检测电容器的一个或多于一个的运行参数，并使过载继电器的处理器能够判断电容器的能量储存能力何时已降低至预定的阈值。在这样的判断的情况下，过载继电器可执行若干种预定动作中的任意动作，例如发送过载继电器或电容器本身应当在给定的时间段内更换的指示，或者通过使电容器给螺线管供能以断开电路。进一步有利的是，过载继电器包括可视化指示器，其包括能够提供过载继电器状态的可视化指示的LED。

由此，所公开以及要求权利的内容的一方面是提供一种改进的过载继电器，其是自供电的，并包括提供过载继电器状态指示的可视化指示器。

所公开以及要求权利的内容的另一方面是提供一种改进的过载继电器，其被配置为保护电路并且对其不能再保护电路的潜在可能提供指示。

所公开以及要求权利的内容的这些以及其他方面由改进的装置提供，该改进的装置被构造为向保护设备供能，从而至少发起电路的至少一部分的断开。该装置的一般性质可被描述为包括：储存设备，其被构造为储存能量以及释放至少一部分能量来为保护设备供能；检测系统，其与储存设备连接，并且被构造为检测储存设备的至少一第一运行参数，该参数可用于确定储存设备的能量储存能力，并且，响应于该装置对储存设备的能量储存能力已经降低至预定阈值的判断结果，该装置被构造为执行预定的动作。

所公开以及要求权利的内容的其他方面由一改进的方法提供，该方法指示对这样的装置进行更换的需要：其被构造为对保护设备供能以至少发起电路的至少一部分的断开。该方法的一般性质可以被描述为包括：在储存设备中储存能量，以使得至少一部分能量能被释放来给保护设备供能，检测储存设备的至少一第一运行参数，该参数可用于确定储存设备的能量储存能力，以及，响应于该装置对储存设备的能量储存能力已经降低至预定阈值的判断结果，执行预定的动作。

附图说明

结合附图，通过阅读说明书，可获得对所公开以及要求权利的内容的进一步的理解，在附图中：

图1是改进的过载继电器和其保护的电路的原理图；

图2是描述图1的改进过载继电器的某些方面的流程图；以及

图3是描述图1的改进过载继电器的另一些方面的另一流程图。

在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的部件。

具体实施方式

根据所公开以及要求权利的内容的改进的过载继电器4在图1中原理性地描述。过载继电器4监视并控制包括三相8A，8B以及8C——在下文中用标号8统称——的电路，三相8A，8B以及8C在电源12以及负载16之间延伸，负载16在所示出的示例性实施例中为电动机。该电路还包括可由人工操作的主开断器20以及由过载继电器4操作以断开电路的接触器装置24。

过载继电器4包括外壳26，在外壳26上设置有三个用于监视流经相8的电流并且用于给过载继电器4的至少一部分供电的电流互感器28A，28B以及28C，电流互感器28A，28B以及28C在下文中用标号28统称。在向过载继电器供电的过程中，由电流互感器28从相8汲取的电流被传送至升压调节器32，然后被传送至储存设备，该储存设备在这里的示例性实施例中采用电解电容器36的形式。由电流互感器28从相8汲取的电流被储存在电容器36中，于是，电容器36对过载继电器4的多种功能供电。

另外，电流互感器28和与处理器44连接的电流测量电路40连接。电流测量电路40使得处理器44能够监视相8的电流并在某些预定的情况下动作。处理器44具有多个并入其中的算法以将流经相8的电流的量评估为时间的函数，并被配置为在需要的时候中断电流。例如，处理器44可采用一算法，电流由此随着时间被监视为电动机温度的指示。作为示例，如果流经电路的电流对于足够的时间段处于足够的水平，处理器44可判断为负载16处于过热危险并将判断为电路应当被中断。

有利的是，过载继电器4进一步包括电容器分析电路48，其作为检测系统，检测电容器36的某些运行参数，例如电压。虽然图1原理性地示出了该电容器分析电路48电气插入在电容36和处理器44之间，应当明了，在不偏离本内容的情况下，也可采用其他的连接配置。电容器分析电路48的操作将在这里的其他地方更为详细地讨论。

过载继电器4进一步包括采用螺线管52的形式的保护设备，螺线管52为闭锁(latching)型。在某些预定的情况中，处理器44可使得螺线管52由电容器36供能以将一组常闭触点56切换至断开状态，并将一组常开触点60切换至闭合状态。由于螺线管52是闭锁型，来自电容器36的能量脉冲使得螺线管52改变状态，由此将常闭触点56以及常开触点60分别切换至其断开以及闭合的替代状态，不管来自电容器36的能量是否停止。也就是说，需要另一能量脉冲或者机械重置(mechanical reset)以使得螺线管52返回至其初始、即通常状态并且将常闭触点56以及常开触点60分别切换至其闭合以及断开的通常状态。

当螺线管52被供能并且将常开触点60切换至其闭合状态时，指示器64被供能，且指示器64可采用发光体、警报器等形式。当常闭触点56由螺线管52切换至其断开状态时，其中断通过常闭触点56流至接触器装置24的螺线管68的操作电流，并且操作电流的这种中断导致螺线管68改变状态并且操作接触器，接触器中断到负载16的电路。螺线管68为非闭锁型，这样由于常闭触点56被切换至其断开状态导致的到螺线管68的操作电流的中断使得螺线管68改变状态并中断电路。

有利的是，过载继电器4进一步包括指示器，在这里描述的示例性实施例中，该指示器为包括光源以及第二机械指示器的可视化指示器72。然而，应当明了，在不偏离本内容的情况下，作为替代的或作为附加的是，可视化指示器72可包括可听指示器元件。光源在这里所描述的示例性实施例中为LED 76，通过由电流互感器28从电路汲取的电流，LED 76由电容器36供电。第二指示器采用示例性的机械重置80的形式，其在螺线管52改变状态的时候在物理上移动。即，当螺线管52处于第一状态时，机械重置80处于第一物理位置，如图1中的实线原理性地所示。但是，如果螺线管52由电容器36供能且其状态被改变至第二状态，机械重置80物理上移动至另一位置，如标号82处的虚线所示，其能由技术人员可视地确定。

过载继电器4进一步包括与处理器44连接的通信接口84以及用户接口88，其使得与过载继电器4的交互成为可能。例如，作为示例，通信接口84可用于与远程设备——例如传感器或者计算机设备——进行信号通信。作为示例，用户接口88可被用于与远程计算机设备或者其他装置连接，以使技术人员与过载继电器4的交互成为可能，从而操作过载继电器4或者从过载继电器4接收数据，或者实现两者。

优选的是，LED 76能够对过载继电器4的多种状态中的任意状态提供可视化指示。例如，由于LED 76是自供电的，即，由通过由电流互感器28从电路的相8汲取的电流供电，在电容器36初始充电期间，LED 76将处于不发光状态，即，将会是黑的。也就是说，在电容器36储存的能量不足以给螺线管52供能时，LED 76将不发光，这是过载继电器4的一种状态。

一旦电容器36已经达到希望的充电水平并且已经储存了足以可靠地对螺线管52供能的能量，使得LED 76以第一预定方式闪烁。例如，作为示例，可使LED 76可每秒闪烁一次，以指示电容器36被充电且过载继电器4功能正常。这是过载继电器4的另一种状态。

依赖于来自电流测量电路40的输出，如果跳闸状态即将来临但尚未发生，处理器44可使得LED以第二预定方式闪烁。作为示例，可使LED 76每秒闪烁两次，这指示过载继电器4的又一种状态。

在处理器44使得电容器36对螺线管52供能并中断电路的情况下，由于电流并非正在流经相8且电容器36将会由于其对螺线管52的供能而已基本上被放电，类似地，LED 76将重新不发光。但是，由于机械重置80将移动至其第二位置，如标号82处所示，机械重置80的第二位置与处于不发光状态的LED 76的组合将指示过载继电器的再一状态。在这一点上，应当明了，LED 76的不发光状态与处于其第一位置(如图1中的标号80处所示)的机械重置80的组合将典型地用于指示过载继电器44的状态为：处于初始充电状态，且电容器36小于完全充满电。还应明了，过载继电器4的多种状态可经由通信接口84传送到另一设备。

进一步有利的是，电容器分析电路48可操作地用于确定电容器36的能量储存能力，以便在能量储存能力已下降至预定阈值时产生警报或者执行某些类型的预定动作。预定阈值将典型地为恰好高于对螺线管52供能需要的能量。也就是说，如果电容器36达到其对螺线管52供能的能力存在潜在问题的状态，执行预定的动作。

电容器分析电路48可以采用多种方式中的任何方式来对电容器36的能量储存能力进行评估。例如，电容器分析电路48可对电容器36进行部分放电并在所述至少部分放电过程中的一个或多于一个时刻检测电压。进一步举例而言，电容器分析电路48可使得电容器36充电至比其典型地被充到的能量储存水平大的能量储存水平，并可通过将电容器36的电压评估为时间的函数来评估电容器36维持额外电荷的程度。可以想到多种其他的方法，例如在不直接监视电容器36的任何特性的情况下发生电容器36评估的那些。确切地说，作为示例，电容器36的这种评估可包括对电容器36的其他因素的评估，例如电容器36已处于使用的持续时间、随着时间的环境温度、电容器的充电/放电周期次数等。

有利的是，如果电容器36被判断为具有已下降至预定阈值的能量储存能力，处理器44可触发可视化警报、可听警报或是两者，和/或通过通信接口84将信号发送到另一设备。作为附加或作为替代的是，处理器44可触发电容器36以对螺线管52供能并中断电路。另外，可触发LED 76闪烁或者以其他方式点亮，例如，举例而言，每秒闪烁三次。可以想到其他的预定动作。

应当明了，可在电容器36的能量储存能力已降低至预定阈值的判断中涉及处理器44或电容器分析电路48或二者。还可明了，在判断电容器36或者过载继电器4本身是否应当更换时可以采用其他标准。

响应于电容器36的能量储存能力已经降低至预定阈值的判断由过载继电器4采取的预定动作可以以多种方式中的任何方式解释。举例而言，可视化或者可听警报可指示在90天内或者在下一个计划维护周期中更换电容器36或过载继电器4的需求。或者，可采用通信接口84来向另一设备发送表示电容器36或者过载继电器4本身应当在90天内更换的警告的消息。进一步有利的是，处理器44可接收来自电流测量电路40的输入，以提供电容器36或过载继电器4本身应当被立即更换的进一步指示。在这样的场景中，在90天内更换的初始警报可在最初已被提供，但是负载16的温度状态以及由此可能的环境状态可能已被电流测量电路40判断为电容器36或者过载继电器4本身可能需要更为即时的更换。

LED 76被布置于外壳26上，但是也可布置于其他位置，或者，可采用远离外壳26以及布置在外壳26上的多种位置的多个LED的方式。由此，观察过载继电器4以及外壳26的技术人员可有利地确定过载继电器4的状态。

操作过载继电器4的改进方法在图2中一般性地描述。在104中，在例如为电容器36的储存设备中储存能量。在108中，执行电容器36上的分析操作，在112中，检测电容器36的一个或者多于一个的运行参数。如果在116中判断为电容器36的能量储存能力已经降低至预定阈值，在120中执行预定的动作。如本文在其他地方所提及的，这样的预定动作的示例可包括以下动作中的一个或者多于一个：可视化警报的触发、可听警报的触发、通过通信接口向另一设备传送信号以及对例如为螺线管52的保护设备供能。其他的预定动作也是显而易见的。

示出了过载继电器4的其他有利特点的另一流程图在图3中一般性地示出。在204中，例如可包括LED 76的可视化指示器是自供电的，例如通过采用电流互感器28从由过载继电器4保护的电路汲取电流。在208中，提供至少第一可视化指示，其表示过载继电器4的状态。如本文在其他地方所提及的，LED 76可以以多种方式中的任何方式闪烁，或者可不发光。当LED 76不发光时，机械重置80的状态可用于判断过载继电器4是否处于初始充电状态还是已经跳闸。将会明了，可视化指示可通过经由通信接口84提供至外部设备的进一步通信而得到补充。

尽管已经详细介绍了本发明的具体实施例，本领域技术人员将会明了，根据本公开的整体启示，可开发出对这些细节的多种修改或替代。相应地，所公开的特定配置仅仅是说明性的，而非对本发明的范围进行限制，本发明的范围由所附权利要求及其任何以及所有等价内容的全部广度给出。

附图标记：

4       过载继电器(装置)

8ABC    相(电路)

12      电源

16      负载(电动机)

20      主开断器

24      接触器装置

26      外壳

28ABC   CT

32      升压调节器

36      储存设备(电容器，储存能量)

40      电流测量电路

44      处理器

48      电容器分析电路(检测系统，检测运行参数电压)

52      螺线管(过载继电器，保护设备，闭锁型)

56      常闭触点(切换)

60      常开触点

64      指示器

68      螺线管(接触器装置，非闭锁型)

72      可视化指示器(可以是和/或为可听的)

76     发光源(LED)

80     第二指示器(机械重置)

84     通信接口

88     用户接口

Claims (14)

1.一种装置(4)，其被构造为对保护设备(52)供能，从而至少发起电路的至少一部分的开路，所述装置包括：

储存设备(36)，其被构造为储存能量以及释放至少一部分能量来为保护设备供能；

检测系统(48)，其与储存设备连接，并被构造为检测储存设备的至少第一运行参数，该参数能用于确定储存设备的能量存储能力；且

响应于所述装置做出的储存设备的能量存储能力已降低至预定阈值的判断，所述装置被构造为执行预定的动作。

2.权利要求1的装置，其中，所述装置被构造为执行作为预定动作的可视化警报(72)以及可听警报中的至少一个的触发。

3.权利要求1的装置，其中，所述装置被构造为执行作为预定动作的对保护设备的供能。

4.权利要求1的装置，其中，所述装置被构造为执行作为预定动作的通过通信接口(84)传送信号，该信号代表在预定的时间段内更换所述装置的至少一部分的需求。

5.权利要求4的装置，其中，所述装置被构造为通过通信接口传送另一信号，所述另一信号代表立即更换所述装置的至少一部分的需求。

6.权利要求1的装置，其中，储存设备为电容器(36)，且其中，检测系统被构造为检测作为所述至少第一运行参数的电容器电压。

7.权利要求6的装置，其中，检测系统被构造为至少部分地对电容器进行放电，且其中，检测系统被构造为在电容器的至少部分放电期间的一个或多于一个的时刻上检测电容器的电压，作为所述电容器电压。

8.一种指示更换一装置(4，36)的需求的方法，所述装置被构造为对保护设备(52)供能，从而至少发起电路的至少一部分的开路，该方法包括：

在储存设备(36)中储存能量，以便使得释放至少一部分能量对保护设备进行供能成为可能；

检测储存设备的至少第一运行参数，该参数能用于确定储存设备的能量储存能力；以及

响应于由所述装置做出的对储存设备的能量存储能力已经降低至预定阈值的判断，执行预定的动作。

9.权利要求8的方法，进一步包括执行作为预定动作的可视化警报(72)以及可听警报中的至少一个的触发。

10.权利要求8的方法，进一步包括执行作为预定动作的对保护设备的供能。

11.权利要求8的方法，进一步包括执行作为预定动作的通过通信接口(84)传送信号，该信号代表在预定的时间段内更换所述装置的至少一部分的需求。

12.权利要求11的方法，进一步包括通过通信接口传送另一信号，所述另一信号代表立即更换所述装置的至少一部分的需求。

13.权利要求8的方法，其中，储存设备为电容器(36)，且进一步包括检测作为所述至少第一运行参数的电容器电压。

14.权利要求13的方法，进一步包括：

至少部分地对电容器进行放电；以及

在所述至少部分放电期间的一个或多于一个的时刻上检测电容器的电压，作为所述电容器电压。

Images