CN102841254A - 系统供电的相位比较设备 - Google Patents

Abstract

为了检查在装备了VPIS（1，1’）的两个中压装备单元之间的相位匹配，能够使用相位比较器（10）。比较器（10）的连接器（16）被插入两个VPIS（1，1’）的端子（3，3’）以便获得代表在其中流动的电压的信号，并且部件（14）比较信号以在其中观察到失配的情况下点亮LED（18）。根据本发明，比较器（10）的连接器（16）适合于能够用于不同代的两个VPIS（1，1’），例如具有不同的连接端子（3，3’）。比较器（10）借助于VPIS（1，1’）的可用电压信号被直接供电，并且已经开发二极管（18）的电力提供管理部件（30）以便满足二极管（18）发光时的安全条件，而不管少量的可用能量。

Description

系统供电的相位比较设备

技术领域

本发明涉及比较器，用于为例如范围从3到40kV以及50Hz或60Hz的电力系统检查相位匹配，尤其是检查两个中压装备单元之间的相位匹配。更具体地，本发明涉及相位指示器的能量的优化管理以最小化其消耗，和/或涉及相位比较器的优化管理以进一步经由它们连接的电压指示设备来使能系统供电。本发明也涉及比较器的连接器，以使得能够在其中电压指示器不具有相同的输出特征的情况中的更简单的使用。

背景技术

在中压（medium-voltage，MV）装备中，为了检查系统是否缺乏电压或处于充电的状态（live state），配备了符合IEC标准61243的电压检测器。为了提供关于装备单元的主电路的电压状态的信息，这些检测器与电压存在指示系统（Voltage Presence Indicating System，VPIS）关联，该系统的操作由IEC标准61958定义。

如在图1中示意表示的，VPIS 1借助于指示器2来指示在相位A、B、C的每个上的电压的存在。同时，代表该电压的信号可从VPIS的端子3访问，通常端子3和指示器2一样在VPIS的同一前面板上并且面对着指示器2。从端子3可用的电压由电容桥4分压并且较低，电容桥4由在配电盘（cubicles）中存在的套管电容器形成。

端子3可以连接到外部系统。特别是，为了确认在两个MV装备单元之间的相位关系，两个VPIS 1被共同耦合到也适用上述标准IEC 61958的相位比较器5。包括与端子3互补的端子6的相位比较器5被连接两个MV配电盘的VPIS 1的前面板，以检查在配电盘的每个相位A、B、C之间的直接对应性，以便例如在为了MV电力系统重新配置的目的而执行两个配电盘之间的连接时避免各相位交叉。按平常的方式，比较器5的端子6位于从比较设备5的机壳的面板（优选是小的侧面板）延伸的线缆7的末端。

比较器5的电子系统能够单独地或结合频率偏移来检测相位偏移。它产生与两个输入信号之间的相位差成比例的输出信号。不管其性质，除其他以外，该输出信号被发送到相位差指示部件8以通知用户并且防止任何问题。

就由相位比较器5发送的信息的暗示而言，相位比较器5必须遵守严格的证明条件。具体而言，如果在相对地电压之间的相位差大于30°（这个阈值能够根据设想的用途通过制造商和用户之间的共同约定来修改）则必须显示“相位失配”。相位失配的指示必须由有效信号执行足够的时间：只要比较器5是连接的，则正如最小指示关注利用发射的信号发光8次（这是固定不变的），或对应于每秒至少一次闪烁。此外，相位比较器5的某些指示必须不受由连接点提供的信号之间的差异的影响，例如这很可能源于服务电压之间的差异或VPIS 1的结构公差。因此，相位比较器5的电子装置复杂并且需要大量的能量。

为了使这些条件得到满足，传统的解决方案包括使用电池，其对电路和相位比较器5的指示器供电。这种类型的解决方案的固有缺点是检查电池的充电状态。

事实上，最好该相位比较器不依赖于外接电源，例如，通过来自VPIS的信号来激活它，但是这也受到其内部消耗的极大制约。那么可用于比较器5的供电电流非常低，约几个微安。然而，比较器5的电子装置通常沉重而复杂，与如下类型的电源并不兼容：例如参见US 6 087 856、CA 2 290 862或US 6 300 803。因此，比较器的电力和发光的管理必须进行优化。

此外，期望比较器5能够适应集成在MV变电站中的几代VPIS 1。但是，的确显现出在前面板上可用的连接器3在VPIS之间会不同，尤其当VPIS具有不同的接线端子时。通常有机械适配器，可用于使得比较设备的端子能够与VPIS的端子耦合；和/或有电子适配器，使得源自VPIS并且被发送到比较部件的信号的形状能够被标准化。但是该解决方案仍然繁重。

发明内容

除其他优点以外，本发明的目的是减轻现有相位比较器的某些缺点。具体地，根据其特征之一，本发明涉及一种相位比较设备，其中连接部件使能对两个不同类型的VPIS的处理，而无需使用辅助设备。本发明也涉及一种相位比较设备，其中告警二极管的发光的管理被优化以使能系统供电。

具体地，本发明涉及一种相位比较设备，其中到外部源的连接部件被加倍从而使能两个不同类型的端子上的连接，因此连接不同范围的VPIS类型的两个电压指示器。

具体地，比较设备包括：用于获得代表两个相位电压的信号的第一和第二部件，有利地，该两个相位电压与电子处理系统关联；用于比较代表相位电压的第一和第二信号的部件；以及用于指示比较结果的部件，例如发光二极管。用于获得代表相位电压的信号的部件中的每个包括两个连接端子和线缆，在线缆的每端提供有与所述连接端子的每个互补的连接端子。线缆能够被安装束缚在设备的机壳上。

在优选实施例中，用于获得代表相位电压的信号的同一个部件的连接端子在机械上不同，用于获得代表信号的两个部件相同。端子可在机壳的一侧上对准，最好与指示结果的部件相对。

有利地，根据本发明的具有发光二极管的相位比较设备包括依靠代表相位电压的信号的二极管的电力提供和管理部件，所述部件被设计为以间歇方式为该二极管供电。优选提供电压整流部件。

为了确保间歇供电，电力提供和管理部件优选地包括用于中断二极管（例如晶体管）和能量存储部件（如电容器）的供电电压的部件，根据在存储部件中存储的能量来命令用于中断的部件。电力提供和管理部件最好是电子设备，所述部件的电子电路的组件被选择来定义供电步骤。

二极管的供电步骤优选包括在存储部件充电到至少充电值之前，以交替和迭代方式跟随的步骤：在第一时段期间的发光，在此期间用于中断的部件处于闭合位置并且存储部件部分放电以对二极管供电；以及在第二时段期间的重新充电，在此期间用于中断的部件处于断开位置并且存储部件重新充电到充电值。为了确保二极管的持续发光，第二时段具有小于50ms的持续时间。

附图说明

根据在附图中表示的本发明的特定实施例的随后描述，其他特征和优点将变得更清楚明了，其中实施例仅作为说明给出且无意为限制的示例。

图1（已经描述）图示具有两个VPIS的相位比较器的使用。

图2示出根据本发明的适合于两个不同VPIS的相位比较器的优选实施例。

图3表示根据本发明的实施例的比较器和指示器的指示LED的发光阶段。

图4示出根据本发明的实施例的LED的电力提供管理电路的实施例。

具体实施方式

根据本发明的比较器10使得能够经由VPIS 1的前面板在输出3的适当位置处实现连接，该输出3指示在两个中压装备单元的每个相位上电压的存在。按照平常的方式，相位比较设备10包括机壳12，其包括电子比较部件14（优选是印刷电路卡），该电子比较部件14经由整流部件16接收代表两个源（origin）的相位的信号，并且如果在两个输入信号之间观察到差异（例如30°以上的差异），则给出对应于告警部件18的触发的信号作为结果。

根据本发明的比较部件14可以使用不同的现有系统，并且具有三态且具有JK触发器、吉尔伯特（Gilbert）乘法器或XOR门的比较设备能够被根据本发明的解决方案所关注。当代表对应于显示超过30°的角失配的电压的相位的两个信号被通信至此时，印刷电路卡14最好包括用于借助于电子整流电路给出通过在缓冲电容器中积累足够的能量而触发的结果的部件。

具体地，由比较部件14的处理产生的信号被发送到指示器18，其在比较为正时（即，相位失配时）点亮。指示器18优选为单个灯，仅在检测到故障的情况下发光，但是根据比较可用的结果和可用的电源，可以有几个指示器灯和/或有发光颜色的修改和/或另外的可听告警。

为了获得比较部件14的代表相位的两个输入信号，比较设备10被提供有两个连接部件16，它们装备有能够插入VPIS 1中的每个的端子3的端子以提供信号到比较部件14。由于根据本发明的相位比较器10具有通过VPIS1的自动供电，所以代表经由比较器10的连接部件16获得的相位的信号在输入比较部件14之前被处理。具体地，每个输入16与源自VPIS 1的信号的电子匹配系统20关联。此外（仍见图4），二极管电桥被安装用于全波整流级，以使得能够提供相位比较器10的校正操作所需的DC电源。有利地，该整流级使得能够进行两个输入信号之间的比较。当执行整流时，如果两个相位匹配，则输出和电源信号是零，或非常弱，不足以为指示器灯18供电。

经常发生的是相位需要被比较的MV配电盘已经被单独安装和/或来自不同的制造商。具体地，集成在这些配电盘中的VPIS 1、1’能够是不同的一代并且经由不兼容的连接器3、3’提供不同形式的信号。在本发明的优选实施例中，比较设备10适合于两种类型的VPIS 1、1’，尤其适用于两代的VPIS V1和VPIS V2-VPI6240x。

为此目的，到VPIS 1、1’的连接端子从比较设备10的机壳12中分离。机壳12相反被提供有与优选的两代VPIS 1、1’的端子类似的连接端子22、22’，优选地处于同一面板上并且用于整流部件16中的每个。具体地，对于代表相位的信号的每个输入，比较设备10包括类似于第一代的VPIS 1的端子3的第一端子22，例如是在套管的底部具有触点（cantact）的类型的端子，以及包括类似于第二代的VPIS 1’的端子3’的第二端子22’，例如是在套管的侧部具有触点的类型的端子。

信号传输借助于线缆24执行，其中线缆24的两端被提供有不同的端子26、26’，分别适用于第一代端子3、22和第二代端子3’、22’。线缆24首先在一端连接到要分析的VPIS 1、1’，剩余的端子26，26’通过适当的端子22’、22而连接到比较设备10。为了符合处理条件，可以注意到，如果适当的话，则比较设备10的每个端子22、22’因此与对应于其他类型的端子的VPIS 1’、1的电子处理系统20’、20关联。

在一个有利的实施例中，通过线缆金属扣眼的整合或其他固定系统使得线缆24被束缚在机壳12中。

因此，可以通过这种解决方案将相位比较器10连接在不同代的VPIS设备1、1’上，在每个配置（两个第一版本的VPIS 1，两个第二版本的VPIS1’，以及第一版本的VPIS 1与第二版本的VPIS 1’）中，其连接器和/或电子设备是不同的，而无需任何额外的机械和/或电子适配器类型的附件，并且不需要通过旋转选择开关或微开关或任何其他机电元件来选择电子设备。

源自VPIS 1、1’、发送到相位比较设备10的信号被处理以提供对应于故障指示部件18的触发信号的结果。根据本发明，用户信息主要通过发光二极管或LED18的发光来实现。LED优选为红色并且位于相位比较器10上连接部件16的相对侧。

考虑到弱控制电流可用，LED18的发光借助于用作控制开关的晶体管28来进行。此外，为了最小化所需的能量，使用视网膜后滞现象，LED18只以脉冲方式发光：如果两个连续的发光时段由小于40或50毫秒的消光分离，则发光对于人眼来说看起来未中断。因此提供LED18的电力提供管理部件30。

为了能够为其余的电子电路执行足够的电荷累积，并且由于从自身在套管电容器4、4’上供电的VPIS 1、1’中提取的弱电流，能量存储部件32被用在二极管电桥的输出上。特别是，存储部件是大约C₃₂=22nF的电容器。

根据本发明的比较器因此包括用于管理LED 18的发光的部件，使它能够在三个步骤中进行，如图3所示：

-预充电步骤A，使得能量存储部件32能够被注满以便有足够的能量可用于暗中点亮LED18，但是不用清空它们；

-很短的LED发光的步骤B；

-重新充电存储部件32的步骤C，以便有足够的能量可用于暗中点亮LED18，但是不用清空它们。

计算每个步骤的持续时间从而优化设备10的功耗。具体而言，根据本发明，存储部件32在发光步骤B期间不完全放电，以缩短重新充电阶段，并确保较短的占空比。这种选择使得有可能操纵视网膜的后滞以达到指示器18的不间断发光的错觉。存储部件32的用于点亮LED18所需的能量的完全的重新充电实际上需要约150毫秒，这是比视网膜后滞时段更长。

此外，根据本发明的比较器10的管理系统30的组件被形成所需尺寸，以能够很容易地适配于闪烁设备，然后进行不同步骤的持续时间的修改。例如，根据所需的闪烁频率进行调整，重新充电可超过50毫秒。

在图4中图示根据本发明的来自比较器的信号的电子处理电路的优选实施例。

当根据本发明的比较设备10被连接到VPIS 1、1’时，能量存储部件32的电荷是零。在第一步骤A期间，电容器32，其与由二极管类型的用于中断的部件34控制的电路并联，将充电直到达到齐纳电压为止，例如优选实施例的10V。只要该电压没有达到电容器32的电平，二极管34中并且因此在其余电路中的电流仍然为零。该预充电步骤A持续大约150ms，之后达到所需的电压并且齐纳二极管34导通。

然后，电流能够在由二极管34控制的电路中和电阻器36中流动，引起NPN晶体管28的基极的偏置。对于几乎是立即的该偏置，优选使用具有大约300的增益的晶体管28，其能够通过增加几百微安的基极电流而被偏置。电容器32然后经由图4的右侧分支放电到LED18（步骤B）。不再是二极管34承受约10伏的电压，而是点亮的LED18。

LED18最好具有LST67K类型，这考虑了其高亮度性能。有利地，并联连接电阻器18’以防止任何光电二极管效应。由于对于给定为1.7到2.2伏的电压降其典型的直流是从2至20mA，所以限流电阻器38与NPN晶体管28关联，其尺寸被规定为能承受在电容器32的端子处的电压与由LED18和NPN晶体管28产生的电压降之间的差，即370欧姆，对应标准化值R₃₈=392Ω。

在LED 18的导电步骤B期间，在大约2V的电压降情况下，流动着比在电容器32上之前经历的电流大很多的电流（20mA比对总是低于1mA的电流）。至于本发明的目的是实现电路的系统供电以防止这些“功率消耗”阶段，具有PNP晶体管40的电路被使用。一旦LED18导通，则在其端子处的电压降被反映在该晶体管40的基极，这几乎立即经由其电阻器42偏置，由此导通PNP晶体管40。存储部件32然后具有两条放电路径，一个经由LED18，另一个经由PNP晶体管40，使能缓冲电容器44的充电。

该双放电电路将继续存在，直到在LED18的端子处流动的电压降（即2V）变得小于PNP晶体管40的电压（对硅P/N节通常为0.6V）和缓冲电容器44的充电电压之和为之。换句话说，一旦缓冲电容器44的端子处的电压达到1.4V，则LED18不再被导通并因此关闭。该步骤B的持续时间（在所示情况中大约为20μs）与在LED18的导通状态中的电压降相联系并且以对存储部件32放电的RC电路44、46的组件的尺寸为条件。

在LED18的发光步骤B期间，能量被储存在缓冲电容器44中，然后它被移除。但是LED18的断开造成PNP晶体管40的基极的去极化，并且缓冲电容器44放电到并联的电阻器48，直至存储的电荷被用光为止。

与该放电相应，步骤C包括存储部件32的重新充电，实际上其电荷在先前步骤B中已被部分转移到缓冲电容器44中。在所示示例中，存储电容器32的端子处的电压也因此从10.2V下降到6.6V。由于电容器32部分填充，所以重新充电步骤C比最初步骤A短，但它利用同一充电电路来执行，因此具有相同的梯度。

这两种现象，即缓冲电容器44对电阻器48的放电和存储电容器32的充电，在第三步骤C期间同时发生。因此选择组件32、44、48的尺寸以使得每个的结果同步。此外，由于在充电完成后（意味着LED 18导通）再次执行步骤B，缓冲电路44、48的组件的尺寸被规定以使得第三重新充电步骤C对应于视网膜后滞的持续时间，从而然后用户具有LED 18被持续点亮的错觉。对于原色（如红色），该后滞时间大约是40至50毫秒，这比合成色略低。

因此，在该示例中，当R₄₈=1.5MΩ和C₄₄=10nF，我们处于τ=15ms的理论值。在实践中，选择比该时间常量的三倍略多的时间来放电97%：缓冲电容器44的放电阶段维持52ms，我们从1.4得到0.04V。

对于电路中的其他元件，电阻器42、36、46以及电容器32，各值通过如下事实限定：即存储部件32同时从6.8V变化到10.2V，具有和第一步骤A相同的梯度。然后可以根据相对于设备10的响应时间（例如用于闪烁设备的指示器灯18的第一发光时间）的需求来修改该值。

事实上，如果没有考虑预充电步骤A，则LED18每50ms只被点亮20μs，然后看到20mA的电流脉冲流动。利用8μA的平均电流，因此维持连续点亮LED18的错觉。但是根据技术特点，所使用的LED对于20mA仅能够按小于1s的脉冲的方式使用并且只响应于具有100mA的最大值和至少0.005的脉冲周期的脉冲。根据本发明的解决方案使得周期低12.5倍，而同时维持电流等于指示的最低值。因此，消耗大幅减少，这使能自主电源。

根据本发借助于不同的选择，特别是通过明智地利用视网膜后滞的信号的脉冲的选择，而非持续为LED18供电，在三个连续的预充电/发光/重新充电步骤中进行的选择，而没有在发光阶段完全清空贮存器，以及规定在电路的不同元件的尺寸的选择而不管在不同的步骤中组件的重叠，高闪烁频率与低所需功率组合，因此符合由VPIS的指示信号直接可用的电源可以用于相位比较器10。特别是，已取得以下特点：

因此，根据本发明的相位比较器呈现以下特点：

-它符合现行标准;

-其电子产品被设计为呈现超低消耗;

-这是自主的和系统供电的;

-它可以用于具有两个不同类型的连接器的VPIS。

虽然已参考具有单个故障发光二极管的相位比较设备描述了本发明，但是它无意限制于此。可以关注其他元件，尤其是比较器能够被提供有其他可听信号类型的告警部件，比较部件进一步能够提供两个不同的信号以根据观察到的相位差为两个指示部件供电。

具体而言，描述的电力提供管理模式适合用在VPIS。对于这样的相位指示设备，代表经由套管电容器4、4’获得的电压的信号被输入到具有阈值的比较部件（而不是整流部件14）。源自比较部件的信号按相同方式被输入到电力提供管理部件30。

根据本发明的相位比较器可以进一步与机械适配器关联，其包括信号匹配电子设备以管理不同于由可逆线缆调度和管理的那些的其他范围的VPIS。根据本发明的比较器也可以处在几个阶段，具有在由电子部件和选择开关调度的两个电力系统电压电平之间的选择，选择开关可以被旋转或另外在每个连接信道上选择电压。

Claims (17)

1.一种相位比较设备（10），包括机壳（12）、用于获得代表第一相位电压的信号的第一部件（16）、用于获得代表第二相位电压的信号的第二部件（16）、代表第一和第二相位电压的信号的比较部件（14）和用于指示比较结果的部件（18），其特征在于，用于获得代表相位电压的信号的部件（16）中的每个包括不同类型的两个连接端子（22,22’）和线缆（24），在线缆的每端提供有与所述部件（16）的连接端子（22,22’）中的每个互补的连接端子（26,26’）。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，用于获得代表相位电压的信号的同一个部件的连接端子（22,22’）在机械上不同。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，每个连接端子（22,22’）与使得数据能够被提供给比较部件（14）的电子处理系统（20,20’）关联。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，用于获得代表信号的第一和第二部件（16）相同。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，用于获得代表信号的第一和第二部件（16）的连接端子（22,22’）在该设备的机壳（12）的一侧上对准。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，线缆（24）通过固定系统而被安装束缚在机壳（12）上。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，用于获得代表相位电压的信号的同一个部件的连接端子（22,22’）在机械上不同，用于获得代表信号的第一和第二部件（16）相同，并且每个连接端子（22,22’）与使得数据能够被提供给比较部件（14）的电子处理系统（20,20’）关联。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，线缆（24）通过固定系统而被安装束缚在机壳（12）上。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，用于获得代表信号的第一和第二部件（16）的连接端子（22,22’）在该设备的机壳（12）的一侧上对准。

10.根据权利要求1到9中的一个所述的设备，其中，用于指示比较结果的部件（18）包括位于机壳（12）的一侧上的发光二极管，连接端子（22,22’）位于机壳（12）的另一侧、最好是相对侧。

11.根据权利要求10所述的设备，包括依靠代表相位电流的信号的二极管（18）的电力提供和管理部件（30），所述部件（30）被设计来以间歇方式为该二极管（18）供电，分离二极管（18）的两个发光时段的第二时段具有小于50毫秒的持续时间。

12.根据权利要求11所述的设备，包括全波整流部件。

13.根据权利要求10所述的设备，其中，电力提供和管理部件（30）包括用于中断二极管（18）和能量存储部件（32）的供电电流的部件（28），根据存储部件（32）中的可用的能量来命令用于中断的所述部件（28）。

14.根据权利要求13所述的设备，其中，存储部件（32）由电容器形成，并且用于中断的部件（28）是晶体管。

15.根据权利要求13所述的设备，其中，电力提供和管理部件被设计为，在存储部件（32）已经被充电到至少充电值（C₃₂）之后，根据如下迭代步骤执行二极管（18）的供电：

-在第一时段期间的发光（B），在此期间导通用于中断的部件（28）并且存储部件（32）部分放电以对二极管（18）供电；

-在第二时段期间的重新充电（C），在此期间没有导通用于中断的部件（28）并且存储部件（32）重新充电到充电值（C₃₂）。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，电力提供和管理部件（30）是电子设备，所述部件的电子电路的组件被设计来定义供电步骤。

17.根据权利要求16所述的设备，其中，存储部件（32）由电容器形成，并且用于中断的部件（28）是晶体管。

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