CN114325210A - 用于识别故障电流传感器的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于识别电气设备中的故障电流传感器的方法，其中电气设备的电源至少部分由开关模式电源电路提供，该开关模式电源电路连接到至少一个电流传感器，该电流传感器对电气设施的相导体中的电流进行采样，该电源电路输送调节的电压，其中该方法包括以下步骤：‑确定(S100)开关模式电源的功率开关的开关占空比；‑分析(S102)所确定的开关占空比；‑如果开关占空比的行为代表至少一个电流传感器的故障，则识别(S104)故障状况。

Description

用于识别故障电流传感器的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于识别电气设备中故障电流传感器的方法和系统。

本发明更具体地涉及电气保护装置和/或电气测量装置的领域，例如在配电设施中使用的那些装置，特别是在用于分配AC电流的设施中的装置。

背景技术

这种电气装置通常与电气设施的一个或多个相导体相关联，以便例如能够在发生电气故障的情况下中断这些相导体中的电流流动。

以已知的方式，这些装置中的一些可以至少部分地由在相导体中流动的电流供电。这些装置被称为自动供电的。电气设备操作所需的电流可以例如通过电流传感器(例如安装在每个相导体周围的电流互感器)采样。因此，该设备不需要由专用供电线路或车载电池供电。也没有必要在相导体和电气设备之间建立直接的电连接。

这大大简化了设备的制造，以及其在电气设施中的组装。

这些自供电装置的缺点是，在电流传感器之一出现故障的情况下，该设备存在不能被正确供电的风险，这可能危及其正确操作，并可能造成不可接受的安全问题。

发明内容

本发明更具体地旨在通过提供用于识别电气设备(尤其是电气保护设备)中的故障电流传感器的装置和方法来克服这些缺点。

为此，本发明的一个方面涉及一种用于识别电气设备中的故障电流传感器的方法，其中电气设备的电源至少部分地由连接到至少一个电流传感器的开关模式电源电路提供，该至少一个电流传感器对电气设施的相导体中的电流进行采样，该电源电路输送调节的电压，其中该方法包括以下步骤：

确定开关模式电源的功率开关的开关占空比；

分析所确定的开关占空比；

如果开关占空比的行为代表至少一个电流传感器的故障，则识别故障状况。

借助于本发明，诊断装置允许检测电流传感器操作中的异常，该异常可能危及设备的正确操作。

根据有利的但非必要的方面，这种方法和系统可以单独地或者根据任何技术上允许的组合来结合一个或多个以下特征：

-开关占空比的分析包括将所确定的开关占空比与预定参考值进行比较。

-根据在相导体中流动的电流的幅度选择预定参考值。

-开关占空比的分析包括对占空比随时间的变化相对于过去值的历史的分析。

-通过无限脉冲响应滤波器进行随时间的变化的分析。

-开关占空比的分析包括将所确定的开关占空比与比较占空比的理论值进行比较，所述比较占空比的理论值使用通过一个或多个附加电流传感器测量的电流值来计算。

-所确定的占空比是在预定义时间段内(例如在对应于在相导体中流动的电流的多个周期的时间段内)进行平均的开关占空比的平均值。

-如果识别出故障状况，则会自动发出警报。

-电气设备是电气保护设备，例如断路器，并且其中如果识别出故障状况，则自动触发该设备。

用于识别故障传感器的方法还包括以下步骤：

-通过一个或多个附加电流传感器测量电气设施的一个或多个相导体中流动的总电流值；

-测量来自所述至少一个电流传感器的总电流，然后将测量的总电流值与通过一个或多个附加传感器测量的电流值进行比较；

-如果来自所述至少一个电流传感器的总电流值和通过一个或多个附加传感器测量的电流值之间的差异大于预定义阈值，则识别故障状况。

根据另一方面，一种电气设备包括：

-至少一个电流传感器，被设计为对电气设施的相导体中的电流进行采样，以及

-开关模式电源电路，连接到所述电流传感器，并被配置为输送用于给电气设备供电的调节电压。该电气设备包括诊断装置，该诊断装置被配置用于实施以下步骤：

-确定开关模式电源的功率开关的开关占空比；

-分析所确定的开关占空比；以及

-如果开关占空比的行为代表至少一个电流传感器的故障，则识别故障状况。

附图说明

根据以下仅作为示例并参考附图给出的电气保护或测量设备的一个实施方式的描述，将更好地理解本发明，并且本发明的其他优点将变得更加明显，附图中：

图1是与电气设施相关联的电气设备的简化示意电路图，该电气设备包括根据本发明实施例的诊断装置；

图2示意性地示出了图1中诊断装置的一个实施例；

图3是图1中诊断装置的操作方法的流程图；

图4是示出了在正常状态下图1中的诊断装置的操作期间电学量的变化的图；

图5是示出在图1中的诊断装置的另一操作阶段期间电学量的变化的图；

图6示意性地示出了图1中诊断装置的另一实施例。

具体实施方式

图1示出了电气设备(未示出)上的诊断装置2，电气设备例如是电气保护设备或电气测量设备。例如，电气设备可以是断路器。

电气设备被配置为与例如配电设施的电气设施4相关联。

电气设施包括被设计为承载AC电流的一个或多个相导体。

在所示的示例中，电气设施4包括用于承载三相电流的三相导体(表示为Ip1、Ip2和Ip3)以及中性导体(表示为IpN)，其在下文中将对应于相导体。

该示例是非限制性的，并且作为变型，相导体的数量可以不同。可以省略与中性IpN相关联的相导体。

该电气设备包括第一组电流传感器6，每个电流传感器耦合到相导体Ip1、Ip2、Ip3和IpN。

例如，电流传感器6是测量线圈(例如罗哥夫斯基(Rogowski)线圈)、或电流互感器、或任何其他类似类型的传感器。

根据一个示例性实施例，每个电流传感器6包括围绕相导体的芯和缠绕在芯周围的线圈，芯可以是磁性的或非磁性的(如罗哥夫斯基线圈的情况)，线圈的相对端形成电流传感器6的输出端子。

每个电流传感器6被配置成当该电流传感器6安装在其周围的相导体承载电流时输送电流。

这里，电流传感器6连接到电子处理电路8，电子处理电路8被配置用于分析由电流传感器6测量的电流。

例如，电子处理电路8允许设备实现用于监视和测量电气设施4中流动的电流的功能。

举例来说，电子处理电路8可以连接到电气设备的跳闸装置。

电气设备还包括第二组电流传感器10，这些电流传感器10中的每一个都耦合到所述相导体Ip1、Ip2、Ip3和IpN之一。

例如，电流传感器10是基于磁芯(例如电流互感器)的传感器，电流传感器6是罗哥夫斯基线圈。

该电气设备还包括开关模式电源电路12，其被配置用于输送电源电压，在下文中被称为“输出电压”，该电源电压用于使用来自电流传感器10的电流至少部分地向该电气设备供电。

换句话说，电流传感器10允许设备2由在相导体中流动的线路电流供电。

更具体地，电源电路12被配置用于至少为由电气设备提供的测量和/或监视和/或保护功能供电，例如为电气设备的跳闸装置供电。

例如，电源电路12可以包括功率转换器和/或滤波电路和/或整流器。

值得注意的是，电源电路12包括开关模式功率转换器，其被配置用于将在电流传感器10的输出处获得的AC电压转换成调节的电压，优选为DC电压。

有利地，电源电路12包括至少一个功率开关，例如功率晶体管。

例如，该功率开关的切换允许输出电压被整流，这将从下面理解。

在许多实施方式中，电源电路12包括多个这样的功率开关。

在下文中，为了简单起见，将只描述一个这样的功率开关。然而，应当理解，下文描述的实施例可以推广到电源电路12包括多个这样的功率开关的情况。

电源电路12还可以包括储能器，例如电容器，如下文所述。

一般来说，诊断装置2被配置用于识别电流传感器10之一的故障和/或电源电路12的故障。为此，诊断装置2可以基于来自电流传感器6和10的组的测量。

为此，根据图1中示意电路图所示的实施例，诊断装置2包括第二电子处理电路14(也称为控制电路)，其在此包括：

-第一处理模块18，被配置用于产生用于控制电源电路12的所述至少一个功率开关的控制信号，以及

-第二处理模块16，被配置用于计算电源电路12的操作的占空比，特别是电源电路12的所述至少一个晶体管的开关占空比。

实际上，由第二处理模块16计算的占空比可以取决于功率开关的开关频率。换句话说，计算出的占空比可以随时间变化。

例如，第二处理模块16可以直接根据来自第一处理模块18的控制信号确定占空比，例如通过测量该信号或者通过访问由第一处理模块18内部使用的用于产生控制信号的数据。

根据另一个示例，如下面参照图6所见，第二处理模块16可以测量流经所述功率开关的电流。该测量可以通过与所述功率开关串联连接的测量电阻(分流电阻)来进行。

在许多实施例中，第一处理模块18被编程用于控制功率开关，以便保持将电源电路12的输出电压调节在电压的参考值，或者作为变型，在电压的参考区间内。

换句话说，输出电压的调节由处理电路14(特别是由第一处理模块18)控制。处理电路14可以实现例如反馈回路的控制律。

例如，输出电压被调节为保持在接近或等于20伏的值。该示例性值是非限制性的，并且可以根据期望的应用来选择设定点电压的其他值。

诊断装置2还包括诊断模块20，诊断模块20被配置用于基于由第二处理模块16计算(或确定)的占空比来识别传感器的故障。

值得注意的是，由第二处理模块16计算的该占空比是设定点值，并且根据在电源电路12的输出处获得的电压变化来被有规律地重新计算。

优选地，诊断模块20被配置用于将由第二处理模块16计算的占空比与使用由第一组电流传感器6测量的值计算的理论占空比进行比较。理论占空比可以由处理电路8计算。

然而，也可以使用其他方法。

诊断模块20的操作将在下文中详细描述。

诊断装置2还包括警报模块22，例如被配置用于当由比较模块20执行的比较导致识别一个或多个电流传感器10的故障时发出警报。

根据示例，警报模块22可以被编程为激活设置在电气设备的前面板上的指示灯和/或在电气设备的人/机界面上显示消息，其中该界面可以包括显示屏或触摸屏。警报模块22还可以被配置用于例如通过有线电信链路或无线电电信链路向远程设备发送警报消息。

例如，警报模块22可以包括或连接到人/机界面、或网络设备、或射频通信设备(例如无线电发射机/接收机)、或无线电集线器或网络网关、或可编程逻辑控制器，并且还有许多其他示例。

除了关于存在故障的信息之外，由警报模块22产生的警报消息还可以包含关于故障性质的信息、或者关于正在发生故障的一个或多个电流传感器10的识别的信息。

在许多实施例中，处理电路14由一个或多个电子电路实现。

比较20和警报22功能也可以由电子电路实现，例如由与处理电路14相同的电子电路实现。作为变型，比较20和警报22功能可以通过软件手段来实现。

与第一组电流传感器6相关联的处理电路8也可以由与处理电路14相同的电子装置来实现。

根据示例性实施例，处理电路14包括处理器，例如可编程微控制器或微处理器。处理器耦合到计算机存储器，或者耦合到合适的计算机可读的任何数据存储介质，其包括可执行指令和/或软件代码，其被提供用于当处理器执行这些指令时实现根据本发明的方法。

根据变型，处理电路14可以包括用于处理信号的处理器(DSP)、或可重编程逻辑组件(FPGA)、或专用集成电路(ASIC)、或任何等效元件。

然而，可以使用其他架构来实现处理模块16和18。

图2示出了处理电路14的一个示例性实施例。

在一些实施例中，如下所述，电气设备可以包括电子控制电路，该电子控制电路在此带有附图标记30。

在图示的实施例中，电子控制电路30连接到电流传感器10的输出。对于每个电流传感器10，整流桥32连接到相应传感器10的输出。整流桥32的相应输出连接到公共点34。

例如，整流桥32形成电源电路12的一部分。

前面描述的功率开关(这里带有附图标记T2)也构成电源电路12的一部分。

功率开关T2连接在点34和电路30的电接地(在这里表示为GND)之间。

功率开关T2可以是晶体管，例如场效应晶体管。作为变型，可以使用其他技术，例如双极晶体管、隔离栅双极晶体管(IGBT)或继电器，并且还有许多其他示例。

在下文中，功率开关T2将被称为“晶体管T2”。

电子控制电路30还包括如前所述的处理器36，其集中了电气设备的所有数据处理功能。

例如，处理电路14以及模块20和22的功能在这里由电路30实现。然而，该示例是非限制性的，并且其他实施方式也是可能的。

此外，在所示的示例中，电路30可以实现其他功能，例如保护功能，例如用于控制设备的可分离电触点的打开，以中断电气设施4的相导体Ip1、Ip2、Ip3和IpN中的电流流动。然而，可以省略这些附加功能。

在许多实施例中，电子控制电路30包括形成连接到输入点的电源轨的导体。该电源轨在图2中表示为VMITOP。

公共点34连接到控制电路12的输出，其在这里连接到电路30的输入。

储能器Cm(电容器)连接在电源轨和接地GND之间。该储能器Cm可以根据输出电压随时间的变化而充电或放电。例如，这有助于将传感器10提供的电流转换成平滑的电源电压。

在所示的示例中，二极管D1连接到电源轨，以避免电流返回到晶体管T2，从而避免储能器Cm完全放电。

晶体管T2的控制电极连接到处理器36的第一输出，处理器36因此被配置用于将晶体管T2在其导通和截止状态之间切换。

一般来说，电源轨特别被配置用于向电气设备的至少一个或多个组件(例如处理器36)供电。

例如，如图2所示，处理器36的电源输入经由第二二极管D2、电阻器Rbo和电容器Cb连接到所述电源轨。

更准确地说，在所示的示例中，电阻器Rbo和二极管D2串联连接在电源轨和处理器36的辅助电源输入之间。电容器Cb连接在电阻器Rbo和接地GND之间。

在一些实施方式中，如图1所示，线圈38可以与第二功率开关T1串联连接。

线圈38例如是电磁致动器的线圈，该电磁致动器被配置用于切换电气设备，特别是用于移动可分离的电触点，以便中断相导体中的电流。

功率开关T1可以是晶体管，例如场效应晶体管。作为变型，可以使用其他技术，例如双极晶体管或隔离栅双极晶体管(IGBT)，或任何其他合适的技术。

这里，晶体管T1的控制电极连接到处理器36的另一个输出(表示为Trip)，用于在必要时将晶体管T1在其导通和截止状态之间切换。在导通状态下，晶体管T1允许电流流过线圈38。

然而，当电气设备不具有任何保护功能时，或者当致动器的控制由不同于处理器36的控制电路执行时，可以省略晶体管T1和线圈38。

在其他实施例中，电路30可以包括辅助电源电路，该辅助电源电路包括被设计成接收由外部电源提供的电源电压的辅助电源输入V_AUX。

当传感器10不能提供足以使处理器36正常操作的电压时，辅助电源电路允许处理器36被供电。

因此，辅助电源电路在装置2的电源中(特别是在处理器36的电源中)提供冗余。

优选地，辅助电源电路通过由处理器36控制的开关SW1连接到电源轨VMITOP(并因此连接到处理器36)。

例如，当检测到电源故障时，处理器36命令开关SW1闭合，以便将外部电源连接到电源轨V_AUX(应当理解，当电路20正常操作时，所述外部电源优选地与电源轨VMITOP断开连接)。

然而，辅助输入V_AUX是可选的，并且可以不连接到电源，或者甚至可以从装置2中省略。在这种情况下，装置2仍然可以包括连接到晶体管36的替代供电装置，例如电池。

然而，在许多实施例中，可以省略辅助电压输入V_AUX和辅助电路。

一般来说，借助于处理电路14的作用，电源轨和接地GND之间的输出电压被调节，换句话说，电源轨和接地GND之间的输出电压或多或少地保持恒定。

为此，模块14借助于测量系统来测量电源轨上存在的电压，该测量系统例如是包括连接在电源轨和接地GND之间的两个电阻器Ra和Rb的分压器桥。

例如，处理器36经由它的一个输入端子连接到这个分压器桥。

借助于该测量系统测量的电压在被处理器36处理之前，可以例如借助于模数转换器被转换成数字信号，模数转换器在这里被集成到处理器36中。

作为变型，通过该测量系统测量的电压可以保持模拟形式，至少一部分后续处理操作由诸如比较器的模拟电子组件执行。

图4和5分别示出了在电流传感器10正常操作的情况下和在电流传感器10之一发生故障的情况下，设备2中的电学量变化。

在图4中，第一曲线图50示出了来自电流传感器10的电流随时间(横坐标轴，以秒为单位标记的刻度)的变化。

更准确地说，曲线52对应于在点34测量的电流，即来自每个电流传感器10的电流总和的结果。

曲线54、55和56分别对应于在由整流桥32整流之后来自与相导体Ip1、Ip2和Ip3相关联的电流传感器10的每个电流。

可以观察到，在线路电流是频率为50Hz的正弦AC电流的情况下，示出相位Ip1、Ip2和Ip3中的三相AC电流的相位的曲线54、55和56具有20毫秒的周期，并且相对于彼此相移120度的相位角。与这些相导体相关联的三个电流传感器10正常操作。

对应于整流电流的曲线52表现出稳定的值，并且可能在电流的预定义值的间隔内轻微振荡(例如高达其最大幅度的10％或20％)。

曲线58示出了在电源电路12的输出处获得的调节电压。

曲线60示出了用于控制功率开关T2的控制信号的形式。

例如，控制信号可以采用两个不同的值：用于将晶体管T2切换到非导通状态的第一值(纵坐标轴上的值0)和用于将晶体管T2切换到导通状态的第二值(纵坐标轴上的值1)。

控制信号例如以可能变化的周期性在两个值之间振荡，该周期性取决于来自传感器10的电流值。应当理解，由处理模块18选择的占空比(例如定义为在第二值的每个周期期间经过的时间与该周期的总持续时间之间的比率)因此是由传感器10测量的电流的图像。

在示出的示例中，占空比大于或等于75％或等于80％，该示例不是限制性的，并且作为变型可以根据情况选择其他值。

从曲线58和60可以看出，当晶体管T2处于导通状态时，输出电压降低，而当晶体管T2处于截止状态时，输出电压58升高。

例如，输出电压58在截止状态下增加，这是由于储能器Cm处于再充电过程中的事实。相反，电压58在导通状态下降低，这是由于储能器Cm正在放电的事实，特别是由于存储的能量的一部分被消耗用于给装置2的有源电子组件(例如处理器36)供电的事实。

在这个示例中，由于调节，电压58保持在20伏和21伏之间的范围内。

图5示出了在电流传感器10之一出现故障并停止输送电流的情况下，同一装置2的类似曲线。

在所示的示例中，与相导体Ip2相关联的电流传感器10出现故障，然后不再输送任何电流。

在图5中，曲线图70示出了来自电流传感器10的电流随时间(横坐标轴，以秒为单位标记的刻度)的变化。

曲线图70的曲线72、74和76分别对应于图4中曲线图50的曲线52、54和56。

与之相对比，曲线图70不包括与曲线55相当的任何曲线，因为相应的电流传感器10已经发生故障并且不再产生任何电流。

结果，总电流(曲线72)具有较低的幅度，并且幅度变化大得多(例如高达最大幅度的50％或更多)。

为了补偿这种变化，同时继续提供输出电压的调节，处理模块18自动修改晶体管T2的开关参数，这对应于占空比的修改。实际上，应该理解，占空比是通过电阻器Ra和Rb形成的分压器桥测量的电源轨VMITOP的电压的图像上控制的调节闭环的操作电压的图像。

因此，从分别对应于曲线58和60的曲线78和80可以看出，占空比减小，以便允许输出电压保持与电流传感器10正常操作的正常情况(曲线60)中呈现的形式和幅度接近或甚至相同的形式和幅度。

通过监视晶体管T2的开关占空比(例如其值或其随时间的变化)，因此可以检测电流传感器10中故障的出现。

这个示例是为了说明的目的而给出的，并且不妨碍本发明的实施例被实现用于检测电流传感器中的其他类型的故障，例如多个电流传感器10中的同时故障，或者电流传感器10传递错误值。

现在参考图3描述诊断装置2的操作方法的一个示例。

最初，借助于电流传感器10，电气设备正在操作并从线路导体中流动的电流中汲取其电源的至少一部分。控制电路14通过用合适的控制信号控制一个或多个功率开关(T2)来调节由电源电路12输送的输出电压。

在步骤S100期间，装置2自动确定(这里通过第二处理模块16)用于控制电源电路12的占空比。步骤S100以及该方法可以被周期性地触发。

在步骤S102期间，模块20分析所确定的占空比，以便识别来自电流传感器10之一的故障。

在没有识别出故障状况的情况下，该方法然后停止，直到下一次执行步骤S100。

在相反的情况下，故障状况被认为被识别。

例如，在步骤S104期间，模块22产生警报消息。

可选地，在步骤S106期间，可以中断全部或部分电气设备的操作，例如通过将电气设备切换到电气断开状态，以避免不再能够检测设施中的电气故障的情况。实际上，电气设施4将不再受到保护。

例如，为此目的，可以向晶体管T1发送闭合命令，以便为致动器的线圈38供电，从而通过打开其电触点来触发电气设备。

作为变型，这些步骤可以以不同的顺序执行。可以省略某些步骤。在其他实施例中，所描述的示例不阻止其他步骤与所描述的步骤联合和/或顺序地实施。

一般来说，诊断模块20可以以各种方式配置，用于分析与功率开关的开关相关的数据(特别是晶体管T2的开关占空比)。

根据一种可能性，如前所述，可以使用关于开关占空比的信息直接执行分析(步骤S100)。

更一般地，也可以使用表示开关占空比的数字指数，例如开关占空比的平均值，或者任何其他适当的统计表示。

例如，代表占空比值的数值指数可以在步骤S100期间由第二处理模块16确定，例如通过在预定义持续时间内收集控制信号的多个样本，然后通过计算控制信号的平均值。因此，在步骤S102期间，该数值指数是分析(比较)的对象。

对在预定义时间段内(例如在对应于在相导体中流动的电流的多个周期的时段内)取得的一组值进行平均。

此外，如前所述，可以基于测量的电学量(例如在功率开关中流动的电流，或者在储能器Cm中采样的平均能量)来估计开关占空比。

就在步骤S102期间实施的分析而言，可以观察到，通常，如果电流传感器10之一有故障，则电源电路12的输入处的输入电流低于所有电流传感器10正常操作时的电流。实际上，在其他条件相同的情况下，电容器Cm将花费更长的时间来再充电。

此后，模块18将不得不修改开关参数，以便在预定义的设定点值处继续调节输出电压。这种变化会影响控制信号的形式，从而影响占空比。

在某些实施例中，在分析期间，可以将占空比与一个或多个参考值进行比较，以便确定一个或多个电流传感器10是否具有揭示故障的异常行为。

根据比较的结果，将识别故障状况或其他情况。例如，如果所确定的占空比与期望值有很大不同，则故障状况将被视为被识别。

例如，如果电流传感器10正常操作，可以根据电路12理论上应该接收的电流量来定义参考值。

可以根据在相导体中流动的电流的幅度从多个预定义参考值中选择参考值。

例如，预定义多个电流间隔，每个间隔都与参考值相关联。实践中，在操作期间，电流的幅度由电流传感器6或10测量，然后根据测量的幅度选择这些间隔中的一个，以便获得相应的参考值。

对于给定数量的电流传感器10，这些参考值可以来自由设备的构造者预先构造的表格，并且对应于例如通过校准获得的已知操作状态。

这些参考值和/或这些表格可以存储在处理电路14的存储器中。

可选地，该分析可以包括对于占空比随时间变化的分析，例如用于检测异常变化，该异常变化指示在电源2的输入处接收的电流量相对于历史值(先前时刻的占空比值)的改变。

这种对于随时间变化的分析可以通过由装置2实现的无限脉冲响应滤波器或递归脉冲滤波器来执行。

作为变型，可以使用机器学习系统(例如由学习阶段预编程的分类系统)来执行对于随时间变化的分析。

该系统可以由装置2实现，并且可以基于学习数据库，该学习数据库可以存储在装置2的存储器中，或者存储在可经由通信链路访问的远程数据库中。

根据其他实施例，分析可以考虑由第一组电流传感器6独立测量的电流值，或者甚至还考虑来自处理电路8以及间接来自这些相同传感器6的测量信息。

例如，模块20可以被配置用于将模块18确定的占空比与使用第一组电流传感器6测量的电流值计算的理论指数进行比较。

例如，理论指数的确定可以基于多个产品的制造来进行，每个产品被构造成代表生产公差(最小/最大产品)。在这些产品中的每一个中，一个或多个电源传感器的故障被强制或模拟，并且占空比的图像被记录。根据这些记录，根据测量的一个或多个电流值来产生可接受范围。占空比不在由此产生的范围内的装置被认为是有故障的，并产生警报信号。

这尤其有助于故障电流传感器的识别。

借助于本发明，根据各种实施例的诊断装置2允许检测电流传感器10之一中的操作异常，该异常可能危及电气设备的正确操作。

该检测例如通过简单地使用电气设备的现有架构(传感器和处理电路)并基于由控制电路进一步测量的信息来实现。

因此，与详细分析由每个电流传感器10测量的电学量相比，该检测更容易实现。

可选地，利用来自第一组传感器6和来自处理电路8的测量数据来进行比较允许对诊断进行细化，并且特别地允许识别正发生故障的一个或多个电流传感器10。

图6示出了图2中电路的另一个实施例。

在这个新的实施例中，电路30被电路90代替，该电路90的大部分与电路30是相似的，或者甚至是相同的，但是它与电路30的不同之处在于，它包括连接在晶体管T2和接地GND之间的测量电阻器(表示为R_shunt)，以及耦合到测量电阻器R_shunt的测量电路24。

该测量电路24和该测量电阻器R_shunt允许在晶体管T2处于导通状态时测量流过该晶体管T2的电流，从而获得由电流传感器10在公共连接点34处输送的总电流的图像。该电流在这里对应于分别由图3和4中的曲线52和72描绘的电流。

在该实施例中，诊断模块20被编程为通过将来自第二组传感器10(即用于电源的传感器)的电流与来自第一组电流传感器6(测量传感器)的电流进行比较、然后来自电流传感器6的电流的值和/或波形用作该比较的参考来检测故障状况。

因此，如果来自传感器10的电流不同于来自传感器6的参考电流(例如，如果幅度相对于参考值表现出大于预定义阈值的差异)，则诊断模块20识别该差异并自动确定第二组传感器10中的至少一个正在发生故障。

在某些变型中，测量电路24可以集成到处理电路8中，或者至少部分由处理电路8实现。

根据能够独立于前面描述的全部或部分实施例来实现的又一实施例，基于来自传感器10的电流和来自传感器6的电流的比较的故障检测方法可以用来代替前面描述的基于占空比分析的方法。

换句话说，然后仅通过来自传感器10的电流和来自传感器6的参考电流之间的比较来检测故障状况，而不是使用占空比。

在这种情况下，用于识别电流传感器的方法则包括以下步骤：

测量来自第一组传感器的电流传感器6的电流，以便获得参考电流的值；

测量来自第二组传感器的电流传感器10的电流；

将来自电流传感器10的电流与参考值进行比较；

如果来自电流传感器10的电流与参考值不同(例如大于预定义差异)，则识别故障状况。

这些步骤可以随着时间重复，例如周期性地或连续地重复。

上文描述的实施例或变型之一的任何特征可以在所描述的其他实施例和变型中实施。

Claims (11)

1.一种用于识别电气设备中的故障电流传感器的方法，其中电气设备的电源至少部分地由连接到至少一个电流传感器(10)的开关模式电源电路(12)提供，所述至少一个电流传感器对电气设施(4)的相导体中的电流进行采样，所述电源电路输送稳压电压(VMITOP)，其中所述方法包括以下步骤：

-确定(S100)开关模式电源的功率开关的开关占空比；

-分析(S102)所确定的开关占空比；

-如果开关占空比的行为代表至少一个所述电流传感器的故障，则识别(S104)故障状况。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述开关占空比的所述分析(S102)包括将所确定的开关占空比与预定参考值进行比较。

3.根据权利要求2所述的方法，其中根据在所述相导体中流动的电流的幅度选择所述预定参考值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述开关占空比(S102)的所述分析(S102)包括对所述占空比随时间的变化相对于过去值的历史的分析。

5.根据权利要求4所述的方法，其中通过无限脉冲响应滤波器进行对所述随时间的变化的所述分析。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述开关占空比的所述分析(S102)包括将所确定的开关占空比与比较占空比的理论值进行比较，所述比较占空比的理论值是基于通过一个或多个附加电流传感器(6)测量的电流值计算的。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所确定的占空比(S100)是在预定义时间段内进行平均的开关占空比的平均值，所述预定义时间段例如是对应于在相导体中流动的电流的多个周期的时间段。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中如果识别出故障状况，则自动发出警报(S104)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电气设备是电气保护设备，例如断路器，并且其中，如果识别出故障状况，则自动触发所述设备(S106)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中用于识别故障传感器的所述方法还包括以下步骤：

-通过一个或多个附加电流传感器(6)测量所述电气设施(4)的一个或多个相导体中流动的总电流值；

-测量来自所述至少一个电流传感器(10)的总电流，然后将测量的总电流值与通过所述一个或多个附加传感器(6)测量的电流值进行比较；

-如果来自所述至少一个电流传感器(10)的总电流值和通过所述一个或多个附加传感器(6)测量的电流值之间的差异大于预定义阈值，则识别故障状况。

11.一种电气设备，包括：

-至少一个电流传感器(10)，被设计成对电气设施(4)的相导体中的电流进行采样，以及

-开关模式电源电路(12)，连接到所述电流传感器，并且被配置为输送用于给所述电气设备供电的调节电压，

其中所述电气设备包括诊断装置(2)，所述诊断装置(2)被配置用于实施以下步骤：

-确定(S100)开关模式电源的功率开关的开关占空比；

-分析(S102)所确定的开关占空比；

-如果所述开关占空比的行为代表至少一个所述电流传感器的故障，则识别(S104)故障状况。

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