CN104813556A - 具有测量仪器的开关装置 - Google Patents

具有测量仪器的开关装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104813556A
CN104813556A CN201380062012.0A CN201380062012A CN104813556A CN 104813556 A CN104813556 A CN 104813556A CN 201380062012 A CN201380062012 A CN 201380062012A CN 104813556 A CN104813556 A CN 104813556A
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
switching device
measurement
amplifier
controller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380062012.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104813556B (zh
Inventor
B·阿伦茨
W·施瓦茨
M·沙勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eaton Electrical IP GmbH and Co KG
Original Assignee
Eaton Electrical IP GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eaton Electrical IP GmbH and Co KG filed Critical Eaton Electrical IP GmbH and Co KG
Publication of CN104813556A publication Critical patent/CN104813556A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104813556B publication Critical patent/CN104813556B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G01R31/333—Testing of the switching capacity of high-voltage circuit-breakers ; Testing of breaking capacity or related variables, e.g. post arc current or transient recovery voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/083—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for three-phase systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/006—Calibration or setting of parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/10—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current additionally responsive to some other abnormal electrical conditions
    • H02H3/105—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current additionally responsive to some other abnormal electrical conditions responsive to excess current and fault current to earth
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45116—Feedback coupled to the input of the differential amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45336—Indexing scheme relating to differential amplifiers the AAC comprising one or more resistors as feedback circuit elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种开关装置，该开关装置具有电流互感器(12)、电流放大器(16)及控制器(20)，所述电流互感器(12)用于无电势测量待由开关装置切换的电流(22)，该电流互感器(12)的未整流的测量电流在输入端供给所述电流放大器(16)，该电流放大器(16)的输出电流在输入端供给所述控制器(20)，并且该开关装置配置成将供给的输出电流数字化并进行一次或多次有关功率的测量且输出测量结果。

Description

具有测量仪器的开关装置
技术领域
本发明涉及一种具有测量仪器的开关装置。
背景技术
美国专利文献US 5,940,257公开一种用于测量多相交流电的仪器，利用该仪器应可尽可能精确地测量交流电，从而能够有效测出针对多相交流电的配电系统中的接地故障并由此更准确地触发负荷隔离开关。测量仪器包括电流互感器，该电流互感器将流经配电系统的待监测线路的交流电转换成测量交流电。测量交流电借助整流电路转换成直流电，该直流电由充当差分放大器运行的运算放大器放大并流向控制器以便检测接地故障。
发明内容
本发明的目的是，提供一种开关装置，利用该开关装置能够进行单次或多次精确测量。
上述目的通过独立权利要求得以达成。本发明的其它设计方案参阅从属权利要求。本发明的基本概念在于，利用电流检测放大器将未整流的测量电流放大并设置控制器用于提供进一步处理。放大的测量电流包含待切换电流的幅值及电相信息，这些信息连同例如待切换电流的补充电压测量的其它信息可由控制器用于进行有关功率的测量。相较于常规方式，通过采用未整流的测量电流，以对测量电流整流的方式持续获得可用于各种有关功率测量的信息。举例而言，可通过在确定时间段内进行测量以及对能量或功率因数(cos phi)的测量来确定由待切换电流传输的功率。
本发明的实施方案涉及一种开关装置，该开关装置具有电流互感器、电流放大器及控制器，电流互感器用于无电势测量待由开关装置切换的电流，电流互感器的未整流的测量电流在输入端供给电流放大器，电流放大器的输出电流在输入端供给控制器，并且开关装置可这样配置：将供给的输出电流数字化并根据数字化的输出电流中所包含的信息以及其它信息进行一次或多次有关功率的测量且输出测量结果。测量结果的输出在此就本发明而言也可理解为由控制器本身对测量结果的处理，例如控制器通过评估或纳入测量结果而更有效地实施由其执行的主要功能。
开关装置可构造用于切换多种不同电相的电流并且每一电相分别包括各自的电流互感器，所述电流互感器带有处于下游的电流放大器，控制器可这样配置：将各电流放大器的输出电流数字化并进行一次或多次有关功率的测量且输出测量结果。
控制器可进一步配置成：对由电流互感器和/或电流放大器产生的测量容差进行校准。
电流放大器可包括差分放大器，在电流互感器的未整流的测量电流所流经的电阻上降低的电压在输入端施加于该差分放大器。
控制器可进一步配置用以利用在数字化的输出电流中所包含的信息进行故障电流的计算。计算得出的故障电流例如可由控制器评估，以便提高开关装置的防护功能。
此外，控制器还可配置用以执行开关装置的防护功能，特别是执行开关装置的防护功能取决于在数字化的输出电流中所包含的信息。控制器可例如设置且配置成主要用于执行开关装置的防护功能，进行有关功率的测量则作为辅助功能。所述测量也可由控制器来评估，以便更有效地执行开关装置的防护功能，例如更迅速地中断故障情况或在超出功率阈值情况下切断触点。
开关装置可以是三极或四极功率开关。
附图说明
本发明的其他优势及实施方案可参阅下面结合附图中所示实施例的相关描述。在说明书、权利要求书、摘要及附图中，采用下列附图标记列表中所用的术语及相关附图标记。
图1表示根据本发明的具有测量仪器的功率开关的实施例。
具体实施方式
在以下描述中，功能相同及功能一致的相同元件设有相同的附图标记。在下文中，绝对值仅供举例说明而并非旨在限定本发明的范围。
在图1中表示用于切换交流电22的功率开关10。在该附图中仅示出对于理解本发明所必须的电路元件。除设定的电路元件之外，仅出于清晰起见，诸如开关元件、开关元件的电磁驱动器及驱动控制器等在功率开关中常用的电路元件在图1中并未示出。
为了向功率开关供电，设置电流互感器12。电流互感器22由待切换的交流电22(一次电流)产生成正比的二次电流。理想地，在电流互感器12运行得当的情况下，一次电流与二次电流之间的相移角度近似于零。
电流互感器12的二次电流输送至桥式整流器14，该桥式整流器由二次电流生成直流电及直流电压Ub，以便向功率开关10的电路元件供电。
在桥式整流器14之前，通过二次电流所流经的测量电阻13产生与二次电流成正比的交流电压，该交流电压施加于集成电路16的运算放大器18的输入端，该集成电路16具有电流放大器，例如Maxim Integrated(160RioRobles,San Jose,CA95134,USA)生产的IC MAX9920。
在未采用相移元件的情况下，运算放大器18作为差分放大器使用，以便在保留待切换交流电22原始电相信息的同时放大施加的测量电流或相应的测量电压，从而用于进一步处理。
放大的测量电流输送至微控制器20，该微控制器20除用于执行功率开关10的防护功能以外还配置用于进行功率开关10中的测量任务。对此，设置存储在微控制器20的存储器中的固件，该固件将控制器20配置成其在执行防护功能之外还可进行不同的有关功率的测量，必要时，在执行防护功能的过程中应考虑所述测量的结果。
首先，由控制器20的模数转换器将供给微控制器20的放大测量电流数字化。倘若微控制器20采用了附加的电压测量的数据，则可进行不同的有关功率的测量，诸如功率测量、能量测量(在确定的时间段内观测)及功率因数测量(cos phi)。
在图1中所示的功率开关10设置用于切换单相交流电，但理论上可构造用于切换多相交流电，例如三相或四相(所谓的三极或四极功率开关)。为了能够在待切换多相交流电的情况下进行有关功率的测量，对于每一电相可分别设置各自的电流互感器12及各自的电流放大器16，即对于三相或四相，在功率开关中施放三或四个电流互感器及电流放大器。随后，各电流放大器的输出电流输向微控制器20，用于进行有关功率的测量。
有关功率的测量结果能够从微控制器20输出至例如监测单元、通过显示装置表示出来并且/或者用于功率开关10的功能控制(例如在超出或低于预定功率阈值或所测功率偏离预定功率范围的情况下切断交流电相)。如上所述，测量结果也能够用于提高微控制器20在功率开关中所执行的防护功能。此外，微控制器20可配置用于利用在数字化的输出电流中所包含的信息进行进一步计算，尤其是故障电流的计算。算出的故障电流可用于提高由微控制器20在功率开关10中执行的防护功能。
微控制器20可进一步通过相应的固件程序配置用于进行校准，以便减小由电流互感器12和/或电流放大器16产生的测量容差。举例而言，功率开关10可在校准模块中进行测量，在未施加交流电或施加一定交流电22的情况下，基于该测量的结果存储确定的校正值，所述校正值根据电流互感器12和/或电流放大器16的容差校正该测量结果与理想测量结果存在的偏差并且在进行有关功率的测量时在微控制器20正常工作状态下的其它测量中也应将所述校正值考虑在内。
本发明特别适合用于电流检测的开关装置，其功能范围能够扩展至有关功率的测量或能量测量。
附图标记列表
10  功率开关
12  电流互感器
13  测量电阻
14  桥式整流器
16  具有电流放大器的集成电路
18  运算放大器
20  微控制器
22  交流电

Claims (7)

1.一种开关装置，其具有：
电流互感器(12)，用于无电势测量待由所述开关装置切换的电流(22)；
电流放大器(16)，该电流放大器(16)在输入端供有所述电流互感器(12)的未整流的测量电流；
控制器(20)，该控制器(20)在输入端供有所述电流放大器(16)的输出电流，并且该控制器(20)配置成将供给的输出电流数字化并根据在数字化的输出电流中所包含的信息及其它信息进行一次或多次有关功率的测量且输出测量结果。
2.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于：
该开关装置被构造用于切换多种不同电相的电流并且每一电相分别包括各自的电流互感器，所述电流互感器带有处于下游的电流放大器，并且所述控制器配置成将各电流放大器的输出电流数字化并进行一次或多次有关功率的测量且输出测量结果。
3.根据权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于：
所述控制器进一步配置成对由电流互感器和/或电流放大器产生的测量容差进行校准。
4.根据上述权利要求中任一项所述的开关装置，其特征在于：
所述电流放大器(16)包括差分放大器，该差分放大器在输入端被提供所述电流互感器(12)的未整流的测量电流流经电阻而降低的电压。
5.根据上述权利要求中任一项所述的开关装置，其特征在于：
所述控制器(20)进一步配置用以利用在数字化的输出电流中所包含的信息进行故障电流的计算。
6.根据上述权利要求中任一项所述的开关装置，其特征在于：
所述控制器进一步配置用以执行所述开关装置的防护功能，特别是执行所述开关装置的防护功能取决于在数字化的输出电流中所包含的信息。
7.根据上述权利要求中任一项所述的开关装置，其特征在于：
该开关装置是三极或四极功率开关。
CN201380062012.0A 2012-11-27 2013-11-27 具有测量仪器的开关装置 Active CN104813556B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012111485 2012-11-27
DE102012111485.4 2012-11-27
PCT/EP2013/074899 WO2014083073A1 (de) 2012-11-27 2013-11-27 Schaltgerät mit einer messeinrichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104813556A true CN104813556A (zh) 2015-07-29
CN104813556B CN104813556B (zh) 2017-08-15

Family

ID=49674311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380062012.0A Active CN104813556B (zh) 2012-11-27 2013-11-27 具有测量仪器的开关装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9726728B2 (zh)
EP (1) EP2926426B1 (zh)
CN (1) CN104813556B (zh)
BR (1) BR112015012171A2 (zh)
WO (1) WO2014083073A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012220692B4 (de) * 2012-11-13 2019-05-29 Bender Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Prüfintervalls für eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung
US10067165B2 (en) * 2015-09-04 2018-09-04 Ford Global Technologies, Llc Isolated differential voltage probe for EMI noise source
CN106501761B (zh) * 2016-12-26 2023-07-21 烟台东方威思顿电气有限公司 三相智能电能表模拟检测系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4672501A (en) * 1984-06-29 1987-06-09 General Electric Company Circuit breaker and protective relay unit
CN88101164A (zh) * 1987-03-09 1988-09-21 默林·基尔英 含有零序电流检测电路的固态跳闸装置
EP1388920A2 (en) * 2002-08-09 2004-02-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Directional ground relay system
CN101813735A (zh) * 2009-02-24 2010-08-25 上海宝钢化工有限公司 一种配电系统接地检测装置及其接地故障判别方法
CN102170105A (zh) * 2011-05-03 2011-08-31 厦门士林电机有限公司 接地故障保护型电子式脱扣器

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5940257A (en) 1995-09-29 1999-08-17 Siemens Energy & Automation, Inc. Method and apparatus for alternating current monitoring with phase and magnitude measurement
US6385022B1 (en) 1999-06-03 2002-05-07 General Electric Company Method and apparatus for deriving power system data from configurable source points
US6417792B1 (en) * 2000-01-18 2002-07-09 Cirrus Logic, Inc. Single phase bi-directional electrical measurement systems and methods using ADCs
GB2460872B (en) * 2008-06-13 2010-11-24 Alertme Com Ltd Power consumption feedback systems
US8203814B2 (en) * 2009-08-31 2012-06-19 Eaton Corporation Electrical switching apparatus including a plurality of Rogowski coils and method of calibrating the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4672501A (en) * 1984-06-29 1987-06-09 General Electric Company Circuit breaker and protective relay unit
CN88101164A (zh) * 1987-03-09 1988-09-21 默林·基尔英 含有零序电流检测电路的固态跳闸装置
EP1388920A2 (en) * 2002-08-09 2004-02-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Directional ground relay system
CN101813735A (zh) * 2009-02-24 2010-08-25 上海宝钢化工有限公司 一种配电系统接地检测装置及其接地故障判别方法
CN102170105A (zh) * 2011-05-03 2011-08-31 厦门士林电机有限公司 接地故障保护型电子式脱扣器

Also Published As

Publication number Publication date
BR112015012171A2 (pt) 2017-07-11
US9726728B2 (en) 2017-08-08
CN104813556B (zh) 2017-08-15
EP2926426A1 (de) 2015-10-07
WO2014083073A1 (de) 2014-06-05
US20150301112A1 (en) 2015-10-22
EP2926426B1 (de) 2020-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20130285670A1 (en) Ground fault detection device, ground fault detection method, solar energy generator system, and ground fault detection program
US8254072B2 (en) Electrical load center
US20140239968A1 (en) Ground fault detection device, ground fault detection method, solar energy system, and ground fault detection program
US8896334B2 (en) System for measuring soft starter current and method of making same
US11009539B2 (en) Device and method for insulation monitoring including identification of a faulty outer conductor in a three-phase ungrounded power supply system
JP5832578B2 (ja) モータの絶縁抵抗劣化検出部の故障検出機能を備えたモータ駆動装置及び故障検出方法
WO2006044647A3 (en) Corrective device protection
RU2011134083A (ru) Анализ распределительной системы, использующий данные электросчетчиков
EP3071986B1 (en) Electricity meter with fault detection mechanism and fault detection method
US8164866B2 (en) Identification and protection of an aerospace AC-DC power system in the presence of DC content due to faulty loads
RU2011108297A (ru) Реле перегрузки
CN111194411A (zh) 用于测量预期短路电流的方法和设备
CN104813556A (zh) 具有测量仪器的开关装置
US10928428B2 (en) Measuring apparatus
US10707809B2 (en) Ground fault detection device
CN112703649A (zh) 用于控制电力系统的至少一个断路器的方法和装置
JP3624190B2 (ja) 直流用絶縁監視装置
EP2767839B1 (en) Root mean square detector and circuit breaker using the same
JP2005189012A (ja) 電力計測装置
US20150084616A1 (en) System and method of measuring power produced by a power source
KR101539398B1 (ko) 원격 자계감응형 선로 고장 표시기 및 이를 이용한 선로 고장 검출 방법
JP2008039549A (ja) 地絡検出装置
CN116888484A (zh) 用于在电网并行运行中检测附接到分离式中间回路上的直流电压源的绝缘电阻的方法和设备
CN103777118A (zh) 利用负序分量实现t接线路故障支路选择方法
KR101157125B1 (ko) 저항성 전류 검출 장치 및 검출 방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant