TW512566B - Electronic trip unit with user-adjustable sensitivity to current spikes - Google Patents

Description

512566 A7 ________ B7k 五、發明說明（1 ) 發明背景 本發明係一般有關斷路器（breaker)跳脫單兀。更明 確地’本發明係有關一種具有對於電流尖峰可調整靈敏度 的電子跳脫單元。 於電子斷路斷電器中之電子跳脫單元的使用是眾所周 知。跳脫單元可被用以，於眾多用途中，提供對於電分佈 電路之短路保護。於此種能力·中，跳脫單元於分佈系統之 電力線中取樣電流以檢測一短路。假如檢測到一短路，則 跳脫單元便提供一跳脫信號至一啓動裝置，例如一跳脫螺 線管（solenoid )，於斷路器中。於接收跳脫信號時，啓動 裝置分離斷路器中之一對接點以開啓分佈電路並保護分佈 電路以不受短路所引發之損害。 電子跳脫單元之結構亦是已知的。電子跳脫單元通常 包括電壓及/或電流感應器，其提供指示電力線信號之類 比信號。類比信號係藉由一 A ./ D (類比/數位）轉換器 而被轉換爲數位信號，其係由一信號處理器所處理。電子 跳脫單元進一步包含R A Μ (隨機存取記憶體）、R〇Μ (唯讀記憶體）且亦可包含E E P ROM (電子可抹除可 程式唯讀記憶體），其均介面與信號處理器。 爲了檢測分佈電路中之短路，跳脫單元監督電力線中 之電流的峰値（peaks )。通常，跳脫單元比較電力線中之 電流與某臨限値。例如，此臨限値可能是斷路器之額定電 流的七倍。假如電力線中之電流超過此臨限値，其指示一 短路，則跳脫單元產生跳脫信號。 -4 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 512566 A7 B7____ 五、發明說明（2 ) 圖1顯示基本頻率之一電流波形。於所示之波形中， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 電流峰値高於臨限値且，因而，此波形指示電路中之一短 @ ° 一跳脫單元將產生一跳脫信號假如圖1之波形被檢測 到時。然而，圖2顯示一電流波形，其具有由高諧波內容 或雜訊所引發之電流尖峰。此電流尖峰可能引發斷路器跳 脫’即使其中無短路存在時。由這些電流尖峰所引發之跳 脫可能是一麻煩事。 已有嘗試克服此問題，藉由使用處理演算法以過濾出 電流尖峰。雖然此嘗試非常適用於某些應用，例如驅動系 統（其中電流尖峰經常產生），但是對於其他應用而言仍 是有問題的，例如高頻系統（例如，4 Ο Ο Η z之系統或 者電阻性負載電路），其中使用者需要跳脫單元跳脫以回 應此電流尖峰。 發明槪述 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於本發明之一示範實施例中，一種具有對於電流尖峰 之使用者可調式靈敏度的電子跳脫單元包括一微處理器， 其被配置以接收指示電分佈電路中之電流的線路信號。微 處理器比較線路信號與一預先決定的臨限値。假如線路信 號超過臨限値時，則微處理器便遞增一峰値計數。一使用 者可調式開關被設置以提供一限制値給微處理器。當峰値 計數達到此限制値時，一跳脫信號便由微處理器所產生。 電流尖峰之使用者可調式靈敏度是有利的，因爲其容許使 用者調節（tailor )跳脫單元之靈敏度至一特定的應用。例 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 512566 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（3 ) 如’其容許使用者減低應用（例如驅動系統）之靈敏度， 其中電流尖峰經常產生。反之，使用者可增加應用，例如 局頻系統（如4 Ο Ο Η z系統或電阻性負載電路）之靈敏 度’其中最大靈敏度是需要的。 圖形簡述 本發明如今將參考伴隨之圖形而僅依範例方式來被說 明，其中： 圖1爲基本頻率之一電流波形； 圖2爲具有電流尖峰之一電流波形； 圖3爲一電力分佈電路之一槪略方塊圖； 圖4爲具有本發明之一電子跳脫單元的斷路器之一槪 略方塊圖； 圖5爲本發明之一短路保護程式的流程圖； 圖6爲一具有多數樣本於每半週期之基本頻率的電流 波形； 圖7爲依據本發明之一具有電流尖峰且具有多數樣本 於每半週期的電流波形，；及 圖8爲本發明之短路保護之另一種方法的流程圖。 主要元件對照 10 分佈電路 12 電源 14 上游斷路器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -6- -------------------I--訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 512566 A7 B7 五、發明說明 (4 ) 16,20 下游斷路器 18 負載 20 斷路器 22 跳脫單元 24 啓動裝置 26 接點 28 外殼 30 使用者可調式開關 32 電流感應器 33, 35, 41 線路 34 類比至數位轉換器 36 微處理器 37 電源供應 38, 40 匯流排 42-48 暫存器 50 唯讀記憶體 51 通訊I/O埠 發明之詳細敘述 參考圖3，一電力分佈電路被一般地顯示爲1>〇。分 佈電路1 0包括一電源1 2、一上游斷路器1 4、一下游 斷路器1 6及至少一相應之負載1 8。任何數目之具有相 應負載之額外的下游斷路器2 0可被包含。將領悟到其斷 路器1 4、1 6及20可以是類似的結構。 ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） — ！#--------1T---------i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 512566 A7 __ B7 五、發明說明（5 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 參考圖4，一斷路器之一般槪圖被顯示爲2 〇。斷路 器2 〇包括一跳脫單元2 2、啓動裝置2 4、及接點2 6 ’其均被安裝於外殼2 8之內。接點2 6形成分佈電路 1 〇之部分且被機械地連接至啓動裝置2 4。啓動裝置 2 4被設置以接收來自跳脫單元2 2之一跳脫信號，其跳 脫單元2 2被電連接至分佈電路1 0。於接收跳脫信號時 ’啓動裝置2 4分離接點2 6以阻止電流之流動於分佈電 路1 0之一部分。 跳脫單元2 2包括一使用者可調式開關3 0、一電流 感應器3 2、一類比至數位（A/D )轉換器3 4、一微 處理器3 6、及一電源供應3 7。電源供應3 7通常被饋 送自電流感應器3 2之副側（secondary )。電流感應器 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 3 2藉由一線路3 3而被電連接至分佈電路1 0且提供類 比信號（其指示分佈電路1 〇中之電流量度）至A / D轉 換器3 4，經由一線路3 5。A / D轉換器3 4將類比信 號轉換至一數位線信號且提出數位線信號，經由匯流排 3 8，至微處理器3 6。電源供應3 7藉由線路3 3而被 電連接至分佈電路1 0以提供操作電力至A / D轉換器 3 4、開關3 0、及微處理器3 6，經由一線路4 1。 使用者可調式開關3 0被設置以提供一指示限制値之 信號，經由匯流排4 0，至微處理器3 6。例如，使用者 可調式開關3 0可爲一二元碼之十進位（B C D )編碼的 開關，其容許斷路器之使用者改變其提供給微處理器3 6 之限制値。另一方面，使用者可調式開關3 0可包括一跨 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐）~" 512566 A7 ------B7 五、發明說明（6 ) 搭（jumper )位元或者一使用者可選擇的選項於永久性記 憶體，例如R〇Μ (唯讀記憶體）5 0，中。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 微處理器3 6包括多數暫存器4 2 - 4 8及其內之 R0M5 0。R0M5 0包含跳脫單元應用碼，例如，主 要功能I刃體，包含起始參數、開機（b ο 〇 t )碼、及一 短路保護演算法。多數暫存器4 2 - 4 8包括一暫存器 4 8以儲存由A / D轉換器3 4所提供之線路信號、一暫 存器4 2以儲存由開關3 0所提供之限制値、及暫存器 4 4與4 6以由微處理器3 6用來執行短路保護演算法。 將領悟其R A Μ (隨機存取記憶體）、E E P R 〇 Μ (電 子可抹除可程式唯讀記憶體）或任何其組合可被微處理器 3 6所利用於記憶體之目的，如同習知者。E E P R〇Μ 江包含，例如，應用碼之操作參數。亦將領悟其R〇Μ 5 0可位於微處理器3 6外部，如已知者。此外，於跳脫 單元2 2內之通訊可被提供透過一通訊I/O璋5 1。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 參考圖5，短路保護演算法（程式）被應用至分佈電 路1 0中之電力線的每個階段。此程式最好是被起始自啓 動時之開機碼，方塊5 2，並立刻繼續至方塊5 4。於方 塊5 4，程式將一儲存於暫存器4 4中之樣本計數碼重設 至零。程式繼續至方塊5 6，其中一儲存於暫存器4 6中 之峰値計數値被重設至零。於方塊5 8，程式遞增暫存器 4 4中之樣本計數値。程式接著等待一預定的取樣週期’ 於方塊6 0，並接著繼續至方塊6 2，其中有一暫存器 4 8中之線路信號被取樣。取樣週期爲一儲存於R〇Μ ____ 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） " 512566 A7 B7____ 五、發明說明（7 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 5 0中之參數且等於分佈電路1 0中之電流頻率的半週期 之一分數。例如，取樣週期可爲半週期時間的八分之一。 因此，線路信號被取樣八次於每半週期（參見，例如’圖 6 及 7 )。 於方塊6 4，程式比較儲存於暫存器4 8中之線路信 號與儲存於R〇Μ 5 0中之一臨限値（例如，額定電流之 七倍）。假如線路信號，其指示分佈電路1 0中之電流位 準，係小於臨限値，則程式便繼續至方塊6 6。於方塊 6 6，程式比較暫存器4 4中之樣本計數値與一儲存於 R0M5 0中之最大樣本値。最大樣本値等於分佈電路中 之電流頻率之每半週期的樣本數目。使用上述之範例’則 最大樣本値將爲八。假如暫存器4 4中之樣本計數値小於 最大樣本値，則程式便繞回至方塊5 8，其中它遞增樣本 計數暫存器4 4中之値（以繼續取樣相同的半週期）°假 如樣本計數等於最大値，則程式便繞回至方塊5 4 ’其中 程式將暫存器4 4中之樣本計數値重設至零（以開始一新 的半週期）。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 再次參考方塊6 4，假如儲存於暫存器4 8中之線路 信號大於儲存於R〇Μ 5 〇中之臨限値’則程式便繼續至 方塊68，其中程式遞增暫存器46中之峰値計數値。於 方塊7 0，程式比較暫存器4 6中之峰値計數値與暫存器 4 2中之峰値限制値。假如峰値計數値小於峰値限制値’ 則程式便繼續至方塊6 6，其中’如上所述’相同的半週 期被再次取樣或者開始取樣一新的半週期。假如峰値計數 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X297公釐） 512566 A7 __ B7 五、發明說明（8 ) 値等於峰値限制値，則程式便繼續至方塊7 2，其中程式 起始一跳脫信號。程式接著終止於方塊7 4。 圖6及7顯示每半週期取樣八次之一電流信號的範例 。圖6代表一具有五個線路信號（樣本）超過臨限値之半 週期。於圖5之短路檢測演算法中，假如儲存於暫存器 4 2中之峰値限制値，如由使用者可調式開關3 0所設定 者，爲五或更少，則圖6中所顯示之半週期將致使斷路器 跳脫。假如設定至六或更高，則斷路器將不會跳脫。圖7 代表一具有兩個線路信號（樣本）超過臨限値之半週期。 於此例中，假如使用者設定峰値限制爲三或更大，則斷路 器將不會跳脫。如這些範例中所顯示，使用者可藉由調整 開關3 0以調整對於電流尖峰之跳脫單元的靈敏度。 另一方面，圖8中所示之短路保護演算法（程式）可 被應用至分佈電路1 0中之電力線的每個階段。程式最好 是被起始自啓動時之開機碼，方塊7 6，並立刻繼續至方 塊7 8。於方塊7 8，程式取樣暫存器4 8中之線路信號 。程式接著繼續至方塊8 0，其中程式將儲存於暫存器 4 8中之線路信號轉移至暫存器4 6並接著繼續至方塊 82。於方塊82，程式等待一預定之取樣週期，並接著 前進至方塊8 4，其中暫存器4 8中之一新的線路信號被 取樣。取樣週期爲儲存於R0M5 0中之一參數且等於分 佈電路1 0中之電流頻率的半週期之一分數。例如，取樣 週期可爲半週期時間的八分之一，以致線路信號被取樣八 次於每半週期。 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線丨▲ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 512566 A7 __B7 五、發明說明（9 ) 於方塊8 6，程式計算介於暫存器4 6中的先前線路 信號與暫存器4 8中的目前線路信號之間的數量差異。此 差異被比較與由使用者可調式開關3 0所提供之限制値並 儲存於暫存器4 2中。例如，限制値可等於額定電流之七 倍。假如此差異大於限制値，則程式繞回至方塊8 0。假 如差異小於限制値，則程式繼續至方塊8 8，其中暫存器 4 8中之線路信號被比較與一儲存於R0M5 0中之已知 的臨限値（例如，額定電流之七倍）。假如暫存器4 8中 之線路信號小於臨限値，則程式便繞回至方塊8 0。假如 暫存器4 8中之線路信號大於臨限値，則程式便繼續至方 塊9 0，其中程式起始一跳脫信號。程式接著終止於方塊 9 2° 圖8之短路保護演算法使用兩個接續樣本之上升率以 檢測電流尖峰。假如上升率太陡峭（亦即，假如介於電流 與先前線路信號之間的數量差異大於限制値），則此表示 一電流尖峰。使用者可藉由使用開關3 0以調整限制値來 調整對於電流尖峰之跳脫單元的靈敏度。假如使用者想要 高的靈敏度，則使用者可調整開關3 0以增加限制値。靈 敏度可藉由減低限制値而被減小。 圖5及8之短路保護演算法可進一步包括一啓動（ power-up)特徵，其設定跳脫單元至高齡敏度於啓動期間 並減低靈敏度於運作狀態期間。此特徵，例如，可被使用 於其伺服電驅動馬達之分佈系統的部分上。另一方面，開 關3 0可包含一設定特徵，其將調整跳脫單元以使用於 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) tr---------線—赢 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^066 A7 五、發明說明（10 ) 4 〇 OH Z之應用，其中最大靈敏度是需要的。 上述本發明之跳脫單元容許斷路器之使用者調整對於 電流尖峰之跳脫單元的靈敏度。此特徵容許使用者減低應 用之靈敏度，例如驅動系統，其中電流尖峰被產生，並容 許使用者增加應用之靈敏度，例如高頻系統，其中最大靈 敏度是需要的。 所有上述之限制、設定或臨限均可被儲存於永久性記 憶體或者一 E E PROM，其可藉著經由通訊I /〇埠 5 1以下載所要的設定而被改變。此將包含遠端地下載類 資料，當單元被連接至一系統電腦（未顯示）時，無論爲 直接透過電話線或者任何其他適當的連接。同樣理想的是 此類E E P R Ο Μ包括一快取記憶體，藉以此類資料被快 取，如習知技術者。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） *· — n I ϋ 1 ί ϋ 1 一 ϋ ϋ «ϋ n ϋ β.— I ϋ ^1 1 ϋ ϋ ^1 ϋ ϋ I n ϋ «ϋ n I ϋ ^1 -

Claims (1)

1. 512566 91，9. 0Ϊ A8 B8 C8 D8 / 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 々、申請專利範圍 」 附件一 A ··第8911〇4彳5號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國91年9月4日修正 1 · 一種電子跳脫單元之保護方法，包括： 選擇一限制値； 感應一電信號以提供一指不電信號之電特性的感應信 號； 比較該感應信號與一臨限値； 遞增一峰値計數當該感應信號超過該臨限値時；及 產生一跳脫信號當該峰値計數達到該限制値時。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該選擇該限 制値之步驟包括使用一*開關（3 0 )以選擇該限制値。 3 ·如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括： 於電信號之每半週期多次感應電信號。 4 ·如申請專利範圍第3項之方法，進一步包括： 於電信號之每半週期重設峰値計數。 5 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該電特性包 括電流。 6 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該選擇該限 制値之步驟進一步包括設定該限制値至峰値計數之第一數 目於一起始半週期期間，在分佈電路被啓動之後，並接著 於此之後自動增加該限制値至峰値之一第二數目。 7 · —種電子跳脫單元，包括： - 一開關（3 0 )以選擇一限制値； (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

   本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） 512566 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8々、申請專利範圍 一感應器（3 2 )以感應一電信號來提供一指示電信 號之電特性的感應信號； 一信號處理器（3 6 )以回應該電信號，並具有記憶 體（5 0 )以儲存包含程式信號之信號，該程式信號係界 定一可執行程式以： 比較該感應信號與一臨限値； 遞增一峰値計數當該感應信號超過該臨限値時；及 產生一跳脫信號當該峰値計數達到該限制値時。 8 ·如申請專利範圍第7項之電子跳脫單元，其中該 開關包括一二元碼之十進位編碼的開關。 9 .如申請專利範圍第7項之電子跳脫單元，其中該 開關包括一跨搭（j ump e r )位元選項。 1 〇 ·如申請專利範圍第7項之電子跳脫單元，其中 該開關包括一永久性記憶體之選項。 1 1 ·如申請專利範圍第7項之電子跳脫單元，其中 該程式信號進一步界定該可執行程式以多次感應電信號於 電信號之每半週期。 1 2 ·如申請專利範圍第7項之電子跳脫單元，其中 該程式信號進一步界定該可執行程式以重設峰値計數於電 信號之每半週期。 1 3 .如申請專利範圍第7項之電子跳脫單元.，進一 步包括： 一通訊埠（5 1 )以通連該電子跳脫單元外部之信號 至該信號處理器（3 6 )以利遠端地設定至少該臨限値與 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項存填寫本頁) •装· 訂 512566 8 8 8 8 ABCD 六、申請專利乾圍 該開關之一，藉此遠端地設定其遠端地選擇該限制値之該 開關。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 4 ·如申請專利範圍第7項之電子跳脫單元，其中 該程式信號進一步界定該可執行程式以設定該限制値至峰 値計數之第一數目於一起始半週期期間，在分佈電路被啓 動之後，並接著於此之後自動增加該限制値至峰値之第二 數目。 1 5 ·如申請專利範圍第7項之電子跳脫單元，其中 該電子跳脫單元係使用於一選擇性系統中。 1 6 . —種電子跳脫單元之保護方法，包括： 選擇一限制値； 感應一電信號以提供相應的第一及第二感應信號，其 每個均指示電信號之一電特性； 比較該第一與第二感應信號以決定該電特性之一上升 率； 比較該上升率與該限制値以檢測該電特性中之一尖峰 •，及 產生一跳脫信號以回應該尖峰之檢測。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 7 .如申請專利範圍第1 6項之方法，其中該選擇 該限制値之步驟包括使用一開關（3. 0 )以選擇該限制値 0 1 8 ·如申請專利範圍第1 6項之方法，其中該選擇 該限制値之步驟進一步包括設定該限制値至峰値計數之第 一數目於一起始半週期期間，在分佈電路被啓動之後’並 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 512566 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 接著於此之後自動增加該限制値至峰値之一第二數目。 1 9 ·如申請專利範圍第1 6項之方法，其中該電特 性包括電流。 2 0 · —種電子跳脫單元，包括： ' 一開關（3 0 )以選擇一限制値； 一感應器（3 2 )以感應一電信號來提供第一及第二 感應信號，其每個感應信號均指示電信號之一電特性；及 一信號處理器（3 6 )以回.應該電信號，並具有記憶 體（5 0 )以儲存包含程式信號之信號，該程式信號係界 定一可執行程式以： 比較該第一與第二感應信號以決定該電特性之一上升 率， 比較該上升率與該限制値以檢測該電特性中之一尖峰 ，及 產生一跳脫信號以回應該尖峰之檢測。 2 1 _如申請專利範圍第2 0項之電子跳脫單元，其 中該開關包括一二元碼之十進位編碼的開關。 2 2 .如申請專利範圍第2 0項之電子跳脫單元，其 中該開關包括一跨搭位元選項。 2 3 .如申請專利範圍第2 0項之電子跳脫單元，其 中該開關包括一永久性記憶體之選項。 2 4 ·如申請專利範圍第2 0項之電子跳脫單元，其 中該電特性包括電流。 2 5 ·如申請專利範圍第2 0項之電子跳脫單元，進 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 512566 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 一步包括： 一通訊埠（5 1 )以通連該電子跳脫單元外部之信號 至該信號處理器（3 6 )以利遠端地設定至少該臨限値與 該開關之一，藉此遠端地設定其遠端地選擇該限制値之該 開關。 2 6 ·如申請專利範圍第2 0項之電子跳脫單元，其 中該程式信號進一步界定該可執行程式以設定該限制値至 峰値計數之第一數目於一起始半週期期間，在分佈電路被 啓動之後，並接著於此之後自動增加該限制値至峰値之第 二數目。 2 7 .如申請專利範圍第2 0項之電子跳脫單元，其 中該電子跳脫單元係使用於一選擇性系統中。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝. 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇χ297公釐） -5-