CN102891048A - 具有可验证的电流互感器的开关和验证电流互感器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有可验证的电流互感器的开关和用于验证开关的电流互感器的方法，其中开关触点通过开关机构彼此分离来断开开关，测量互感器被布置在导体上并且产生与交流电流对应的模拟测量电压，触发单元被施加以测量电压，分别将从测量电压导出的电流与电流条件相比较并且在满足该电流条件的情况下通过开关机构触发开关触点的分离，以及换能器输出换能器电压并且在换能器上连接整流器电路，并且触发单元与单稳态触发器相连接。开关装置在达到预定的电容器电压的情况下分别短路整流器电路，只要在通过单稳态触发器的时间常数确定的时间内从换能器量取信号，单稳态触发器就保持置位，并且单稳态触发器的输出端上的电平用于验证换能器的功能。

Description

具有可验证的电流互感器的开关和验证电流互感器的方法

技术领域

本发明涉及一种具有可验证的电流互感器的开关，特别是用于低压的功率开关，以及一种用于验证开关的电流互感器的方法。

背景技术

开关、特别是以低压的功率开关形式的开关是公知的并且用于中断流过导体的交流电流。开关用于将电流分配到电气开关设备以及用于其保护。开关具有开关触点，该开关触点通过开关机构彼此分离来断开开关。在导体上布置的电流互感器以空心线圈（罗戈夫斯基线圈，Rogowskispule）形式用作测量互感器并且产生与交流电流对应的模拟测量电压，其中导体用做初级绕组。根据测量电压在持续不断的过载的情况下或者在短路的情况下取决于参数地以及取决于特性曲线地触发开关。为此，电子触发单元被施加以测量电压并且将其与预定的阈值相比较，在其超过时触发开关触点的分离。

对于触发单元的电源（自身电源）采用同样布置在导体上的换能器（大多为铁芯互感器）。电源的可靠性极大地取决于换能器。换能器的导线中断或接触问题可以导致开关保护功能的完全崩溃。

在换能器上连接了给电容器充电的整流器电路，该电容器向电源馈电，其中开关装置在达到预定的电容器电压（额定电压）的情况下分别短路整流器电路，以便使其大致保持恒定。

在三相电网中由换能器流出的电流被例如借助围绕零序导体输入端扩展的三相电流桥式整流器来整流。在这种情况下，电路围绕零序导体星形中性点扩展。作为能量存储器在此采用电容器。在达到电容器额定电压的情况下开关装置（例如以并联连接的功率晶体管的形式）短路换能器并且阻止其进一步上升。

在该电路方案中每个单独的换能器的电流对于每个通道不能区分地分析。由此也不能确定哪个换能器输入端提供能量或者哪个不提供能量，特别是因为在三相电流桥式整流器中均衡电流在换能器之间流动。

在公知的电源中不利的是，不能连续地检查换能器。不能识别并报告可能的损坏以及由此开关不工作，从而设备运营商不能立即更换换能器或开关。

由DE 690 13 683 T2已经公开了一种用于电气设备的过电流继电器，该过电流继电器根据变压器类型具有用于电子器件、特别是触发单元的电源的换能器。除了换能器还存在由电流感应电阻（Stromfühlwiderstand）构成的测量互感器。换能器被连接到整流器电路，该整流器电路向电容器充电到预定的电压。此外，该过电流继电器还具有单稳态触发器，经由电子电路向该单稳态触发器输送由换能器量取的信号。在单稳态触发器上连接在过载时提供过载信号的“与”门。该“与”门的过载信号触发促使晶体管开关导通的单稳态触发器，以便触发过电流继电器。使用单稳态触发器来产生足够长的脉冲并且由此分别确保过电流继电器的触发，因为“与”门的脉冲长度并不总是足够的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提出一种用于验证开关的为电源所使用的换能器的方法以及一种具有换能器的可验证性的开关，从而确保了开关的保护功能。

关于开关的解决方案在于：单稳态触发器的输入端连接到换能器的一个极；换能器电压置位单稳态触发器；分别设置直至单稳态触发器复位的预定时间；以及单稳态触发器的输出端上的电平被用于验证换能器的功能。

关于方法的解决方案在于：单稳态触发器被连接到电流互感器的一个极；单稳态触发器分别由换能器电压置位并且分别在预定的时间之后复位；以及为了验证电流互感器使用在单稳态触发器的输出端上的电平，其中（至少分别短时的）存在的电平指示了电流互感器的正确功能。

优选地建议该电平作为可数字处理的信号被输出。

附图说明

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

图1示意性示出了用于开关的触发单元的电源。

具体实施方式

图1示出了开关S的触发单元ETU的电源1（仅示意性示出），该开关S是用于低压的功率开关。开关S用于中断电气的三相交流电流I1、I2、I3，其中所有三个相导体L都通过开关S延伸。

开关S用于将电流分配到电气开关设备以及用于其保护。开关S具有开关触点，该开关触点通过开关机构彼此分离来断开开关S。在导体L上布置的空心线圈（罗戈夫斯基线圈，Rogowskispule）用作测量互感器并且产生与交流电流对应的模拟测量电压，其中导体分别用做初级绕组。根据测量电压在持续不断的过载的情况下或者在短路的情况下取决于参数地以及取决于特性曲线地触发开关S。电子触发单元ETU具有微处理器MP，向其施加以测量电压并且将该测量电压与预定的阈值相比较，在超过该阈值时触发开关触点的分离。

对于触发单元ETU的电源1，铁芯互感器作为换能器2a、2b、2c分别布置在相关的导体上。

在铁芯互感器上对于每一相分别连接桥式整流器作为整流器电路G1、G2、G3。桥式整流器并联连接并且共同给缓冲电容器C充电，该缓冲电容器C向电源1馈电，其中作为特殊开关装置SE的晶体管Q在达到预定的电容器电压的情况下分别短路整流器电路，电容器电压通过这种方式保持恒定。

也就是一般来说量取一个信号，其用于识别由换能器2a、2b、2c（铁芯互感器）流出的电流。每个初级电流导致换能器2a、2b、2c中的次级电流并且由此导致可由整流器电路G1、G2、G3（桥式整流器）可导出的信号。该信号被用于识别每个换能器2a、2b、2c是否提供电流。该信号的振幅和脉冲-间歇比取决于换能器2a、2b、2c的初级电流或次级电流的幅度以及短路晶体管的时钟控制（通过过电流释放器的电流消耗以及缓冲电容器C的当前填充率（Füllgrad）来确定）。

将可后触发的单稳态触发器M1、M2、M3（单稳态触发电路，monostabileKippstufe）的输入端经由二极管D1、D2、D3分别连接到各个换能器2a、2b、2c的一个极，以便采集所量取的难以评估的信号，其中换能器电压将单稳态触发器M1、M2、M3（周期地）置位到预定的高电平（输出电压）。也就是解决方案在于，将所量取的信号（必要时在进一步整理、放大以及借助比较器进行限制之后）传导到可后触发的单稳态触发器的触发器输入端。只要从换能器2a、2b、2c有规律地导出信号，单稳态触发器的输出端就一直保持有效（高电平）。如果这些信号由于缺乏电流通过换能器消失，例如通过电线断裂或其它缺陷，则输出端在通过单稳态触发器的时间常数确定的时间之后无效，即最晚在预定的时间之后（复位）设置到其低电平。也就是，在单稳态触发器的输出端上的高电平分别指示了相关的换能器2a、2b、2c的正确功能。

数字地采集可后触发的单稳态触发器M1、M2、M3的输出信号（低电平，高电平）并且与（罗戈夫斯基线圈的）测量电压一起进一步处理。对换能器电流的分析借助单稳态触发器M1、M2、M3取决于振幅和设定的曲线形状来进行。非正弦形的换能器电流（其出现脉冲形）也由于单稳态触发器的后触发性也通过短脉冲导致可靠的验证。

因此，单稳态触发器的两个电平可以被数字地处理并且为了进一步处理合适地无需中间级地被直接连接到触发单元ETU的微处理器MP。

替换地，也可以将显示器简单地连接到单稳态触发器的输出端，该显示器在最简单的情况下具有发光二极管作为发光元件，其分别显示单稳态触发器的输出端上的高电平。

Claims (3)

1.一种开关（S），用于中断流过导体的交流电流，其中所述导体引导穿过所述开关（S），

具有开关触点，所述开关触点通过开关机构彼此分离来断开所述开关（S），

具有测量互感器，所述测量互感器被布置在导体上并且产生与交流电流对应的模拟测量电压，

具有电子触发单元（ETU），所述电子触发单元被施加以所述测量电压，分别将从所述测量电压导出的电流与电流条件相比较并且在满足该电流条件的情况下通过开关机构触发所述开关触点的分离，以及

具有在所述导体上根据铁芯互感器类型而布置的换能器（2a，2b，2c），所述换能器输出换能器电压并且在所述换能器上连接了整流器电路（G1，G2，G3），该整流器电路向电容器（C）充电到预定的电容器电压，所述电容器向所述触发单元（ETU）的电源（1）馈电，并且所述触发单元与单稳态触发器（M1，M2，M3）相连接，该单稳态触发器的输出端取决于所述换能器（2a，2b，2c）的运行由相应于换能器电压的信号分别置位到预定的电平，

其特征在于，

开关装置（SE）在达到预定的电容器电压的情况下分别短路所述整流器电路（G1，G2，G3），

只要在通过单稳态触发器的时间常数确定的时间内从换能器量取信号，所述单稳态触发器（M1，M2，M3）就保持置位，并且所述单稳态触发器（M1，M2，M3）的输出端上的电平用于验证所述换能器（2a，2b，2c）的功能。

2.一种用于验证开关（S）的电源（1）的换能器（2a，2b，2c）的方法，

其中，所述换能器（2a，2b，2c）被布置在导体上并且产生与流过所述导体的交流电流对应的模拟互感器电压，并且其中，所述开关（S）

-具有开关触点，所述开关触点通过开关机构彼此分离来断开所述开关（S），

-具有测量互感器，所述测量互感器被布置在导体上并且产生与交流电流对应的模拟测量电压，

-包括电子触发单元（ETU），所述电子触发单元被施加以所述测量电压，分别将从所述测量电压导出的电流与电流条件、特别是预定的电流阈值相比较，并且在满足该电流条件的情况下、特别是在超出所述电流阈值的情况下通过开关机构触发所述开关触点的分离，以及

-具有在所述换能器（2a，2b，2c）上连接的整流器电路（G1，G2，G3），该整流器电路向所连接的电容器（C）充电到预定的电容器电压，所述电容器向所述触发单元（ETU）的电源（1）馈电，

其中，将相应于所述换能器电压的信号输出到单稳态触发器（M1，M2，M3），其在所述单稳态触发器（M1，M2，M3）的输出端上由所述信号置位到预定的电平，并且

其中，所述电平取决于所述换能器（2a，2b，2c）的运行，

其特征在于，

在达到预定的电容器电压的情况下分别短路所述整流器电路（G1，G2，G3），

只要在通过单稳态触发器的时间常数所确定的时间内从换能器量取信号，所述单稳态触发器（M1，M2，M3）就一直保持置位，并且将所述电平用于验证所述换能器（2a，2b，2c）。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述电平作为可数字处理的信号输出。

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