CN106469620B - 功率开关和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率开关，具有至少一个线圈，所述线圈用于测量电路的电导体的电流，所述线圈连接到控制单元，所述控制单元将所测量的电流或其当量与第一电流极限值进行比较，并且在超过所述第一电流极限值的情况下，进行所述电路的断开。所述线圈的两个接线端经由串联电路彼此连接，所述串联电路具有在基本状态下断开的第一开关、电压源和电压指示器。所述控制单元被构造为，在低于第二电流极限值并且超过第一时间段的情况下，使所述第一开关在第二时间段内闭合，所述电压指示器将施加的电压与第一电压值进行比较，并且在超过所述第一电压值的情况下，输出关于所述线圈的正确性的信息。

Description

功率开关和方法

技术领域

本发明涉及一种具有用于进行电流测量的线圈的功率开关以及用于具有用于进行电流测量的线圈的功率开关的方法。

背景技术

功率开关作为开关设备和保护设备在电路中、特别是在多相电力系统中使用。特别地，它们在低压电网、即具有直至1000V交流电压或者1500伏直流电压的电压的电力系统中得到应用。功率开关特别地是用于从63安培或者100安培起的电流以及用于高达1000安培、6300安培或者10000安培的电流的开关。

功率开关对电路中的电流进行测量，并且在例如在电路中发生过载或者短路的情况下出现的超过电流极限值的情况下，将电路断开。

为了测量导体中的电流，经常使用线圈。特别是罗柯夫斯基线圈(Rogowskispule)得到了广泛应用。其也被称为罗柯夫斯基转换器或者罗柯夫斯基变换器。

如果功率开关中的用于测量电流的测量单元停止运行，则不再能够在电路中保证保护功能，因为不再能够确定过载和短路。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，在电路中保持保护功能。

从本发明的现有技术出发，上述技术问题通过具有根据本发明的特征的功率开关以及具有根据本发明的特征的方法来解决。

根据本发明设置为，在用于进行电流测量的线圈上可连接检查电压连同电压指示器。在此，例如由电压源产生的检查电压与电压指示器和待检查的线圈串联连接。根据本发明，当电流低于第二电流极限值，也就是说，相对地看起来非常小或者接近于零或者为零时，将该串联电路连接到线圈。例如，在可能针对高达10000安培的电流设计的断开的断路器中，该第二电流极限值可以处于10安培或者1安培。这里，500mA至20A或者甚至到80A的范围内的每一个值都是可以的。

此外，仅当在一定时间内没有测量到电流或者电流低于第二电流极限值时，对用于电流测量的线圈进行检查。在这种情况下，也就是说，当没有测量到电流时，容易想到用于进行电流测量的线圈断线的推测，出于安全原因，根据本发明要消除该断线，因此执行根据本发明的检查。如果用于进行电流测量的线圈正常工作，则在电压指示器上测量到大约与电压源的电压对应的电压减去由于线圈的线圈电阻产生的相对小的电压降。由此，可以在电压指示器上超过第一电压值的情况下，确定线圈的可工作性或者正确性。

如果线圈断开，则可能没有电流流过线圈，电路中断，并且电压指示器上可能没有电压。由此，确定线圈有故障，并且可以输出关于故障情况的存在的对应的信息。测量可以在短时间内进行，例如在毫秒范围内进行，以便确定线圈的断线。

本发明具有如下特别的优点：在功率开关正在运行时，特别是在没有测量到电流或者测量到非常小的电流时，可以对用于进行电流测量的线圈的可工作性进行检查。在此，是否一起并联连接将线圈的电流或电压作为测量参量进行评价的控制单元无关紧要。通常针对线圈的连接是高欧姆的，经常处于兆欧的范围内，因此没有电流或者非常小的电流流过其，这不对检查产生影响。

给出本发明的有利构造。

在本发明的一种有利构造中，线圈是罗柯夫斯基线圈。这具有如下特别的优点：由此可以在大电流和小电流中以及在宽的频率范围内特别好地测量电流。罗柯夫斯基线圈中的故障识别不是很简单，而利用根据本发明的方法可以特别容易地进行。

在本发明的一种有利构造中，在所述串联电路中设置在基本状态下断开的第二开关，使得所述串联电路以两极的方式连接到所述线圈以及从所述线圈断开。在其另一种构造中，所述第一开关的一个接线端连接到所述线圈的第一接线端，并且所述第二开关的一个接线端连接到所述线圈的第二接线端，并且串联连接的所述电压源连同所述电压指示器处于所述开关的另外两个接线端之间。这具有如下特别的优点：在基本状态下在线圈上不存在串联电路的单侧连接，其可能改变用于进行电流测量的线圈的对称性，由此电流测量的测量结果可能出现错误或者产生偏移。通常线圈连接到对称的差分输入端，由此在将模块单侧连接到线圈的情况下，对称性可能发生改变。

在本发明的一种有利构造中，所述电压源是直流电压源。这具有如下特别的优点：特别是由于由此能够使用简单的电压指示器，由此能够特别简单地实现。

在本发明的一种有利构造中，所述电压指示器具有施密特触发器。这具有如下特别的优点：由此能够简单地标准化地实现电压指示器。

在本发明的一种有利构造中，所述控制单元具有微处理器。这具有如下特别的优点：使得能够特别简单地通过固件定制来实现控制单元。

在本发明的一种有利构造中，所述控制单元具有高欧姆输入端，所述线圈连接到所述高欧姆输入端。这具有如下特别的优点：能够特别是不受影响地对线圈的故障进行检查，因为在控制单元上流过非常小的电流。

在本发明的一种有利构造中，还设置有连接到所述控制单元的输出单元，所述输出单元以光学、声学或/和无线的方式输出关于缺乏正确性的信息。这具有如下特别的优点：能够向操作者通知用于进行电流测量的线圈的断线或者故障。

在本发明的一种有利构造中，所述控制单元被构造为，在所述线圈有故障的情况下，进行所述电路的断开。这具有如下特别的优点：避免设备、例如低压开关设备不受保护地运行。

在本发明的一种有利构造中，所述第一或/和第二时间段能够参数化。这具有如下特别的优点：用户能够使功能非常灵活并且最佳地匹配于其应用。

在本发明的一种有利构造中，所述控制单元被构造为，在连接所述串联电路或者检查电压的情况下，阻止所述电路的断开。这具有如下特别的优点：在对线圈进行短时间的检查时，功率开关不会错误地断开或者触发电路。由于检查电压，控制单元可能错误地检测到电流流动，其可能导致不希望的触发。在连接了串联电路时，应当在串联电路、即检查电压的连接持续时间内，阻止断开或者触发。因为仅在短时间段内连接串联电路，因此这是合理的。

在本发明的一种有利构造中，所述第二电流极限值处于500mA至20A的范围内，或/和所述第一时间段处于5ms至50s的范围内，或/和所述第二时间段处于10微秒至10秒的范围内。已经证明，所提及的这些时间段对于本发明在功率开关中、特别是在断路器中的实际使用是特别有利的。

所有构造进一步以有利的方式形成本发明。

附图说明

结合下面结合附图详细说明的对实施例的描述，所描述的本发明的特性、特征和优点以及实现这些特性、特征和优点的方式和方法将更清楚、更易于理解。

根据附图详细说明本发明的实施例。在此：

图1示出了用于说明本发明的第一框图，

图2示出了用于说明本发明的另外的第二框图，

图3示出了用于说明本发明的另外的第三框图，

图4示出了用于说明本发明的流程图。

具体实施方式

图1示出了功率开关LS的一部分的一个片段，其具有用于测量未示出的电路的未示出的电导体的电流I的线圈L。线圈L的两端都连接到控制单元SE。线圈L提供与未示出的电导体的所测量的电流对应的电流或者电压。也就是说，线圈L提供代表所测量的电流的参量、即当量。测量的该参量由功率开关的控制单元SE进行分析，并且至少在超过第一电流极限值I1时，进行将未示出的电路断开。这通过具有符号Trip的箭头示出，通过其进行断开，例如通过未示出的断开装置，例如通过将电路断开的触点。

由线圈L提供的电流参量、例如与所测量的电流成比例的电压的采集，通常在控制单元SE中以高欧姆的方式进行。有利的是，线圈L是罗柯夫斯基线圈，利用其能够采集大的电流测量和频率范围的待测量的电流。

现在，根据本发明设置为，在线圈L的两个接线端上连接电压源U、有利的是例如具有3.3伏电压的直流电压源、电压指示器UII和第一开关S1的串联电路。开关S1在基本状态下是断开的，并且对于检查过程闭合。有利的是，还可以设置第二开关S2，其在基本状态下同样是断开的，其中，同时操作两个开关S1、S2。优选将开关布置在线圈接线端处。

如果在电路中没有测量到电流，则可以对线圈、例如罗柯夫斯基线圈进行检查。为此，根据图1，例如通过来自控制单元SE的信号，使两个开关S1、S2暂时闭合，并且通过电压指示器确定是否存在电压。如果该电压超过了第一电压值U1，所述第一电压值U1选择为使得其与电压源U减去通过线圈电阻的电压降减去可能的接触和导线电阻以及容差对应的电压，则用于进行测量的线圈正常运行并且无故障地工作。在其它情况下存在线圈故障，其妨碍电流测量，由此妨碍功率开关的正常工作。对应的信息或消息可以由连接到控制单元的输出单元A输出。其可以是光学信息(LED、灯)、声学信息(蜂鸣器)或/和例如通过无线电消息发出的无线信息。此外，在线圈存在断线时，控制单元可以进行电路的断开，由此电路不会没有保护。此外，在线圈不存在断线或者不缺少连续性期间，控制单元可以阻止再次接通功率开关。

在电压源的电压为3.3伏的情况下，电压值U1为2.1伏是可行的。此外，这具有如下优点：可以使用用于对电压电平进行分析的标准数字输入端。

特别是当没有检测到电流流动时，要进行检查或测量。经验表明，在这种情况下用于进行电流测量的线圈也可能存在断线。即，在一定时间段t1内低于一定电流值I2时，在可以是相对短的时间段t2内进行检查。

在此期间，控制单元可以阻止或者抑制功率开关的触发或者断开。例如控制装置SE进行检查过程，并且在同一时间段内抑制电路的断开。

图2示出了根据图1的图示，区别在于，开关S1、S2由其中实现控制器的一部分的电压指示器UII控制，以及控制单元SE具有测量单元ME和微处理器MP。测量单元ME执行不同功能的测量值转换，其例如可以是模拟前端，此外这里例如还可以执行模拟/数字转换。向微处理器MP馈送该测量单元ME的结果。

微处理器MP例如可以执行例如以固件实现的控制功能中的全部或者一部分。

图3示出了根据图2的布置，区别在于，测量单元ME作为独立的单元来实现，并且控制单元SE还提供检查电压，并且接管电压指示器的功能。对开关S1、S2的控制也由控制单元SE进行。

例如电压指示器可以直接由包含在控制单元中的微处理器的输入来实现，在存在大于2.1伏的电压的情况下，该输入从低变为高状态。在此，控制单元提供3.3伏的电压。

如果以固件运行的微处理器包含在控制单元中，则可以运行合适的固件算法，用于检查线圈的可工作性。

图4示出了这种算法的流程图。

在步骤100中，检查线圈、例如罗柯夫斯基线圈是否已经被标记为有故障。在肯定的情况下，该算法就以步骤200结束。在否定的情况下，其继续进行到步骤110，其中，检查电流是否低于第二电流极限值I2，例如在断开的断路器的情况下，小于10A。如果不是这种情况下，则该算法以步骤200结束。如果电流足够小，则其继续进行到步骤120，其中，进行检查过程并且施加检查电压。然后，在步骤130中，例如通过查询输入接线端来读取对应的电压信息。在步骤140中，结束检查电压连接。在步骤150中，检查是否达到了第一电压值U1或者输入接线端是否处于高电平。在肯定的情况下，在步骤190中，将线圈的故障计数值清零或者复位，并且该算法以步骤200结束。在否定的情况下，在步骤160中使故障计数值增加。也就是说，不立即通知故障，而是当指示线圈中的断线的故障、即缺少电压是重复性的或者多次出现时，才通知故障。然后，在步骤170中，检查故障计数值是否达到了例如为3的值，即检查出3次否定，从而线圈肯定存在故障。如果尚未达到该值，则该算法先以步骤200结束。如果故障计数值例如大于/等于3，则在步骤180中将线圈标记为有故障并且可以进行其它动作(触发功率开关、由输出单元输出关于故障的信息)。当该算法结束时，其可以再一次从开头开始。

下面，再一次简短地说明本发明。

控制单元SE被构造为，在低于第二电流极限值I2、例如1安培并且超过第一时间段t1、例如200ms时，在第二时间段、例如20ms内进行检查电压的连接，以确定线圈的可工作性。

由此能够对线圈进行连续性检查。连续性检查的结果由控制单元、例如通过控制单元的固件来确定。有利的是，该结果在非常短的时间内、例如在1ms内存在。

如果线圈正常工作并且在进行连续性检查的瞬间有电流流过待测量的电导体，则仅轻微地影响测量值。

如果线圈没有连续性，例如线圈的导线断裂，即存在故障，则例如可以执行可参数化的动作，例如可以进行电路的断开，即功率开关的触发。此外，例如可以激活例如借助LED或者显示器的光学指示，以指出故障。此外，例如可以借助通信单元向监视或/和管理系统通知故障。

虽然通过优选实施例进一步详细示出并描述了本发明，但是本发明不受所公开的示例限制，本领域技术人员可以得出其它变形，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种功率开关，具有至少一个线圈(L)，所述线圈用于测量电路的电导体的电流(I)，

所述线圈连接到控制单元(SE)，所述控制单元将所测量的电流(I)或其当量与第一电流极限值(I1)进行比较，并且在超过所述第一电流极限值的情况下，进行所述电路的断开，

其特征在于，

所述线圈的两个接线端经由串联电路彼此连接，所述串联电路具有在基本状态下断开的第一开关(S1)、电压源(U)和电压指示器(UII)，

以及所述控制单元(SE)被构造为，在对于第一时间段(t1)低于第二电流极限值(I2)的情况下，使所述第一开关(S1)在第二时间段(t2)内闭合，所述电压指示器(UII)将施加的电压与第一电压值(U1)进行比较，并且在超过所述第一电压值的情况下，输出关于所述线圈的无故障的信息。

2.根据权利要求1所述的功率开关，

其特征在于，

所述线圈是罗柯夫斯基线圈。

3.根据权利要求1所述的功率开关，

其特征在于，

在所述串联电路中设置在基本状态下断开的第二开关(S2)，使得所述串联电路以两极的方式连接到所述线圈以及从所述线圈断开。

4.根据权利要求3所述的功率开关，

其特征在于，

所述第一开关(S1)的一个接线端连接到所述线圈(L)的第一接线端，并且所述第二开关(S2)的一个接线端连接到所述线圈(L)的第二接线端，并且串联连接的所述电压源(U)连同所述电压指示器(UII)处于所述开关(S1,S2)的另外两个接线端之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率开关，

其特征在于，

所述电压源(U)是直流电压源。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的功率开关，

其特征在于，

所述电压指示器(UII)具有施密特触发器。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的功率开关，

其特征在于，

所述控制单元(SE)具有微处理器。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的功率开关，

其特征在于，

所述控制单元(SE)具有高欧姆输入端，所述线圈(L)连接到所述高欧姆输入端。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的功率开关，

其特征在于，

还设置有连接到所述控制单元(SE)的输出单元(A)，所述输出单元以光学、声学或/和无线的方式输出关于缺乏正确性的信息。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的功率开关，

其特征在于，

所述控制单元被构造为，在所述线圈有故障的情况下，进行所述电路的断开。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的功率开关，

其特征在于，

所述第一或/和第二时间段(t1,t2)能够参数化。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的功率开关，

其特征在于，

所述控制单元被构造为，在连接所述串联电路或者检查电压的情况下，阻止所述电路的断开。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的功率开关，

其特征在于，

所述第二电流极限值(I2)处于500mA至20A的范围内，或/和所述第一时间段(t1)处于5ms至50s的范围内，或/和所述第二时间段(t2)处于10微秒至10秒的范围内。

14.一种用于功率开关的方法，所述功率开关具有线圈(L)，所述线圈用于测量电路的电导体的电流(I)，

其中，将所测量的电流(I)或其当量与第一电流极限值(I1)进行比较，并且在超过所述第一电流极限值的情况下，进行所述电路的断开，

其特征在于，

在低于第二电流极限值(I2)并且超过第一时间段(t1)的情况下，对于第二时间段(t2)对与所述线圈串联的电压指示器连接检查电压，并且在超过第一电压值(U1)的情况下，在所述电压指示器处呈现关于所述线圈的可工作的信息。

15.根据权利要求14所述的用于功率开关的方法，

其特征在于，

所述连接以两极的方式进行。