TWI441401B - 用於監視設備溫度之保護裝置與方法 - Google Patents

Description

用於監視設備溫度之保護裝置與方法

本發明係關於用於監視設備之設備溫度的保護裝置，特別是用於監視變壓器、電動機或是發電機的設備溫度，其具有申請專利範圍第1項之前言部分的特徵。

這種保護裝置係由ZIEHL industrie－elektronik GmbH公司所販售，產品名稱為MSF 220V/VU。該習知保護設備係配備有用於輸入一設備溫度受測變數的一溫度受測變數輸入，該溫度受測變數輸入具有與其相連接的一控制裝置，該控制裝置具有用於輸出一冷卻或是風扇啟動信號的一控制輸出。當一指定冷卻啟動溫度值已被超過時，該控制裝置便產生該冷卻啟動信號以啟動連接至輸出側的一風扇。如果該設備溫度超過一指定關閉溫度值，則產生用於關閉該設備的一關閉信號。

本發明所基於之目的為明確限定一保護裝置，其可顯示出一已改善保護響應，特別是可防止由於在一冷卻模式之情形中的過熱所造成之設備損害的可能性。

本發明為達成該目的，係藉由具有一控制裝置的一保護裝置，其係在該冷卻啟動信號已產生時，改變成為操作的一冷卻模式，而在該操作的冷卻模式中，其可額外地檢查該設備溫度是否超過該冷卻模式所指定的一極限溫度值，其小於關閉溫度值。如果該極限溫度值被超過，則將產生該關閉信號。

本發明之保護裝置的一基本優點為，其亦能夠可靠地於一冷卻模式(例如一風扇模式)期間操作。這是因為發明人發現在一冷卻模式期間於該被冷卻設備之內會產生一非常不穩定的溫度分配。這有時會造成該設備的局部過熱(例如在該設備內)，即使該受測設備溫度仍然低於允許無須一冷卻裝置而可用於操作的一指定關閉溫度值亦可。為了克服這個問題，發明人提出使用不同的關閉溫度值，亦即用於無須冷卻之操作的一值及用於具備冷卻之操作的一較低值。在一冷卻模式期間，本發明因此在設備溫度上產生相較於無須冷卻之操作期間更低的關閉信號。

所使用之該冷卻裝置可以是一風扇，例如其係由該冷卻啟動信號所控制，在此情形下，該冷卻啟動信號因此形成一風扇啟動信號。

較佳者，該控制裝置之形態可使得當該冷卻啟動信號已被產生時，在其改變成為該操作之冷卻模式之前，其首先切換成為一觀察模式而持續一段指定時間。這個改變所產生的優點為，當一冷卻裝置已被開啟時，一新的低極限溫度值並不會被立刻使用，而是在一延遲之後，並且這可防止該設備被立即關閉；舉例來說，當該極限溫度值被設定成低於該冷卻啟動溫度值之時。當該冷卻裝置已被開啟時，該觀察模式因此提供時間給該設備使其首先冷卻，其可防止該設備被過早關閉。

較佳者，該控制裝置之形態可使得在該觀察模式期間，當該冷卻模式已被開啟時，即使該設備溫度首先降低，則其產生一警示信號接著再度升高。這是因為這樣一個溫度曲線顯示出一錯誤，其係因為，如果該設備上的負載維持相同，便可假設當該冷卻裝置已被開啟時，該設備溫度持續降低至其新的可接受操作值以及保持於該值。

為了防止設備損害，在該觀察模式期間，即使當該冷卻模式已被開啟時，該設備溫度首先降低接著再度升高，並在如此進行之中仍然高於該極限溫度值，則可較佳地產生該關閉信號。亦可以在該觀察模式期間，即使當該冷卻模式已被開啟時，該設備溫度首先降至低於該極限溫度值，接著再度升至高於該極限溫度值，則產生該關閉信號。

亦可考慮為優點者為，當該段指定時間已渡過時，如果該設備溫度仍然超過該極限溫度值，則控制裝置首先產生一警示信號。經由實施例，假設該設備溫度接著仍然超過該極限溫度值，則其只在一等待相位已渡過之後才產生該關閉信號。

關於測量正確性的一高準位，可考慮為優點者為，如果該控制裝置形成評估間隔，在評估間隔中，被施加於輸入側的該設備溫度受測變數皆為平均值。在此情況下，該等待相位之長度可較佳地對應此一評估間隔的長度。

此外，該控制裝置亦可為一形態使得－即使可能在該段指定時間已渡過之前－一旦該設備溫度降至低於一指定轉換溫度值，則其從該觀察模式切換至該操作的冷卻模式。

該指定轉換溫度值可較佳地低於極限溫度值。經由實施例，該指定轉換溫度值對應於一指定冷卻模式警示溫度值加上一指定磁滯值。或者，該指定轉換溫度值亦可等於該極限溫度值。

較佳者，當已改變為該操作的冷卻模式時，如果該設備溫度超過該冷卻模式警示溫度值，則控制裝置產生一警示信號。

對於最大操作可靠度來說，可考慮為優點者為，如果在其操作的各個模式中，一旦該設備溫度超過用於無須冷卻之正常模式的該指定關閉溫度值時，則該控制裝置產生該關閉信號。

亦可考慮為優點者為，如果在其操作的各個模式中，一旦該設備溫度超過用於無須冷卻之正常模式的一指定原則警示值時，則該控制裝置產生一警示信號。

經由實施例，該極限溫度值可被設定成低於該冷卻啟動溫度值：在此情形中，當該冷卻裝置已被開啟時，該設備溫度因此需要降低至低於此極限溫度值，以防止該設備被關閉。

本發明亦關於一種用於監視一設備之設備溫度的方法，特別是用於監視一變壓器、一電動機或是一發電機的設備溫度，其中該方法包含一設備溫度受測變數，其可指示受測之該設備溫度，且當該設備溫度已超過一指定冷卻啟動溫度值時，便會產生一冷卻啟動信號，且當一指定關閉溫度值(大於該冷卻啟動溫度值)被超過時，便會產生用於關閉該設備的一關閉信號。

與本發明一致，所提供者為，當已產生該冷卻啟動信號時，不管是否具有一插入的觀察模式，對於操作的一冷卻模式來說皆具有一開關，利用該操作的冷卻模式所包括的一額外檢查以決定該設備溫度是否超過該冷卻模式所指定的一極限溫度值(其係小於該關閉溫度值)。如果已超過該極限溫度值，接著便可產生該關閉信號。

為了本發明方法的優點以及為了本發明方法的優勢改進，參考上述說明係以與本發明之該保護裝置有關的方式來進行。

第1圖顯示一保護裝置10，其具有一溫度受測變數輸入E10，該溫度受測變數輸入E10係連接於一溫度測量裝置，諸如連接於一熱敏電阻R(例如PT100型的電阻)。溫度受測變數輸入E10具有與其相連接的一溫度變換裝置20，其可以包括諸如一電流源30以及一下行類比/數位轉換器。

溫度變換裝置20的一輸出A20具有與其相連接的一控制裝置50，其係經由三個控制輸出S50A、S50B及S50C而連接於一輸出裝置60。經由實施例，輸出裝置60係為一繼電裝置，其中繼電輸出A60A、A60B及A60C形成保護裝置10的輸出。

控制裝置50使用其溫度變換裝置20以測量一電子設備100的一設備溫度T，其中為了繪製上的清楚起見，第1圖僅以圖示方式顯示。為了這個目的，溫度變換裝置20評估由電阻R所形成之溫度受測變數M，並且輸出一溫度受測值T'，該溫度受測值T'對應於設備100的設備溫度T。

為了形成溫度受測值T'，電流源30產生一恆定電流I，諸如其係流經電阻R並產生一溫控電壓降U，這個溫控電壓降U會被類比/數位轉換器40所獲得，其使用它以形成數位溫度受測值T'。

數位溫度受測值T'係被發送至控制裝置50，控制裝置50係由諸如一可程式化微處理器配置所形成。用於程式化控制裝置50的一或多個控制程式係儲存於一記憶晶片110之中，諸如記憶晶片110係連接於控制裝置50。

控制裝置50評估由溫度變換裝置20所供應之數位溫度受測值T'的時間曲線，並輸出指示設備100中之任何錯誤的信號K1、K2及K3。由控制裝置50所形成之這些信號中之一信號為一冷卻啟動信號，其形態為一風扇啟動信號K1，其如果控制裝置50確認設備100的設備溫度T已經變得極大而使得一外部風扇150應該被使用於冷卻設備100的情形下，可由邏輯0切換至邏輯1。信號K2為一警示信號，其指示設備100的設備溫度T已經到達一臨界範圍。在此上下文裡，警示信號K2係僅用於標示這種狀況；警示信號K2尚未關閉設備100。

第三信號K3係為一關閉信號，其係若設備溫度T已經到達設備100可能受損以及必須關閉該設備的一溫度範圍的情況下，由控制裝置50產生。

第2~6圖係藉由實施例而於下述用以說明控制裝置50如何程式化及操作。

第2圖顯示在設備溫度T持續上升的一設備錯誤的情況下，作為時間t之函數的設備溫度T的曲線。在這樣一種情形下，控制裝置50將證實溫度T超過一指定冷卻啟動溫度值(諸如一指定風扇啟動溫度值TL)。在此情形中，其輸出側產生具有邏輯1的風扇啟動信號K1，以啟動連接於繼電裝置60之中繼輸出A60A的風扇150。

關於第2圖所示之實施例，現在假設即使開啟風扇150，設備100的設備溫度T仍因為一內部錯誤而持續上升，且風扇中的切換並不會有影響。在此情形下，設備溫度T將超過一指定原則警示值TW，其為控制裝置50所確認。在此情形下，控制裝置50的輸出側將首先產生具有一邏輯1的警示信號K2，且將經由繼電裝置60而在繼電裝置60之中繼輸出A60B上指出此信號。設備100的一使用者因此能夠確認已經升高的危險狀態且亦能夠以手動方式開始改正測量。這亦可應用到的情形還包括，設備100係操作於過載並且外部風扇150不提供或是只提供不充足的冷卻。

如果設備100的設備溫度T現在進一步上升並到達一指定關閉溫度值TA，接著控制裝置50會於其控制輸出S50C上產生關閉信號K3，並且將其經由繼電裝置60的中繼輸出A60C而傳送至外側。如果關閉信號K3出現，則設備100使會被立即關閉。

以下使用第3圖以說明若設備100未出錯並且在風扇150開啟之後才被冷卻時，保護裝置10係如何操作。設備溫度T的時間曲線係顯示於第3圖中。可以看出，在時間t＝2*t1之後，設備溫度T超過風扇啟動溫度值TL，以啟動風扇150的風扇操作；開啟風扇150將會減少設備溫度T。在第3圖所示的實施例中，設備溫度T接著到達低於一風扇警示溫度值TWL的一非臨界值。經由實施例，現在假設，在時間t＝4.5*t1時，設備100會出錯或過載，且設備溫度T會上升。

溫度接著將會再次超過指定風扇操作警示溫度值TWL，在此情形下，控制裝置50的控制輸出S50B產生具有一邏輯1的警示信號K2。一旦該溫度超過操作之風扇模式所指定的一極限溫度值TAL，關閉信號K3使會由一邏輯0而被切換成一邏輯1，使得設備100經由繼電裝置60的中繼輸出A60C而被關閉。

由第3圖可看出，相較於第2圖所示之操作的正常模式期間，關閉信號K3係於操作之風扇模式期間產生一更早的時間點或是更低的溫度。這是因為在低於一指定轉換溫度值的一降低之後，其藉由實施例，對應指定風扇操作警示溫度值TWL，－可能加上一指定磁滯值HWL－，控制裝置50由其操作之正常模式切換成操作的一風扇模式，並且因為此一轉換減少被指定用來產生警示信號K2及關閉信號K3的溫度門檻值。在第2圖所示之操作的正常模式中，只有當原則警示值TW被超過時才會產生警示信號K2，並且只有當關閉溫度值TA被超過時才會產生關閉信號K3。相比之下，在操作之風扇模式期間的相關開始門檻值係較低，這是因為當較低的風扇操作警示溫度值TWL被超過時才會實際產生警示信號K2，且當指定極限溫度值TAL被超過時(其係低於關閉溫度值TA)才會實際產生關閉信號K3。

在第3圖所示的實施例中，經由實施例可假設，當風扇150已被開啟時，設備溫度T快速地降至低於風扇操作警示溫度值TWL，並且因此啟動操作的風扇模式。然而，在一設備出錯的事件或是在不允許的過載操作之事件中，亦可能發生的情形為設備溫度T完全不會降至低於此風扇操作警示溫度值TWL或是不會足夠快速地降至低於該值。為了也要偵測這樣一種操作狀況，第1圖所示之較佳的控制裝置50亦會提供一觀察模式，它的時序係處於第2圖所示之操作的正常模式以及第3圖所示之操作的風扇模式之間，以下將以更為詳細的方式對第4圖至第6圖進行說明。

第4圖顯示一出錯狀況或是不允許的過載操作，其中即使當風扇150已被開啟且設備溫度T首先降低，它在其後仍然會再次升高並且保持在介於風扇啟動溫度值TL及風扇操作警示溫度值TWL之間的一溫度範圍內。為了避免控制裝置50在這樣一種溫度曲線的事件之中保持於觀察模式，當一段指定時間tS已經過去時，控制裝置50便會從觀察模式切換至操作的風扇模式，其中較低值TWL和TAL係用以初始警示信號K2並關閉信號K3以取代相對高值TW和TA。在第4圖所示之實施例中，當該段時間tS已經過去，由於設備溫度係高於風扇操作警示溫度值TWL，控制裝置50接著在其控制輸出S50B上產生具有邏輯1的警示信號K2。

第5圖係用以說明一操作狀況，其中當風扇150已被開啟時，設備溫度T首先持續地下降直到時間T＝4*t1。在此情形中，雖然設備溫度T低於極限溫度TAL，它仍然超過風扇操作警示溫度值TWL，在某一時間上設備溫度T之升高在下降至TWL以下以前，由控制裝置50確認，其接著切換至操作的風扇模式，並且在時間T＝5*t1，在其控制輸出S50B產生具有一邏輯1的警示信號K2。如果後續在設備溫度T中進一步有一上升至高於風扇操作所指定的極限溫度值TAL，接著控制裝置50在其輸出S50C上產生關閉信號K3，以關閉設備100。在第5圖所示之實施例中，存在由觀察模式變成操作之風扇模式的一改變，並且一旦控制裝置50證實設備溫度T並未降至低於指定轉換溫度值(其已被注意到係對應於風扇操作警示溫度值TWL，可能加上一指定磁滯值HWL，並且設備溫度T係升至高於TAL，而無視風扇已被開啟)時，因此便可接著產生警示信號K2及關閉信號K3。在第5圖所示之實施例中，操作的風扇模式因此不會於時間控制下啟動，如第4圖之實施例所示，而是以設備溫度T的性質上與數量上的曲線為基礎：具體來說，一旦控制裝置50確認風扇操作引發溫度降至低於TAL且溫度於其後會再次升高，由觀察模式變成操作之風扇模式的轉換便會發生。

第6圖再次顯示控制裝置50之操作的一實施例，其中如果設備100的設備溫度T並未在指定時間tS之內降至低於指定轉換溫度值T時，觀察模式便會改變成操作的風扇模式。在此情形中，如果設備溫度T係高於風扇操作警示溫度值TWL，控制裝置50便產生具有一邏輯1的警示信號K2。如果設備溫度T亦高於極限溫度值TAL，如第6圖之實施例所示，接著控制裝置50(不論是立即或是利用一段延遲t＝t1)亦會產生具有一邏輯1的關閉信號K3。

第2至6圖所示之溫度圖用來說明第1圖所示之保護裝置10的操作之各種不同的可能模式。在此上下文下，需要注意的是這些應該僅被當作實施例來了解。不論在操作的正常模式以及操作的風扇模式之間是否具有一觀察模式、以及從觀察模式改變成操作風扇模式之轉換發生了幾次，皆不影響第1圖所示之保護裝置10的基本原則。惟一重要的是，當冷卻裝置已開啟，便會在相較於不具有冷卻操作之操作的正常模式更低的溫度下立即或是於一較晚時間後(亦即在一觀察模式之後，諸如：由於取代關閉溫度TA，所以在冷卻或是風扇操作期間內(立即或是於一較晚時間後)使用一較低極限溫度值TAL<TA)產生關閉信號K3。

10．．．保護裝置

20．．．溫度變換裝置

30．．．電流源

40．．．類比/數位轉換器

50．．．控制裝置

60．．．繼電裝置

100．．．設備

150．．．風扇

S50A、S50B、S50C．．．控制輸出

A20．．．溫度變換裝置之輸出

A60a－c．．．保護裝置之輸出

E10．．．溫度受測變數輸入

K1．．．風扇啟動信號

K2．．．警示信號

K3．．．關閉信號

TWL．．．風扇操作警示溫度

TAL．．．極限溫度值

TL．．．風扇啟動溫度值

TW．．．原則警示值

TA．．．關閉溫度值

HWL．．．磁滯值

t．．．時間

T．．．設備溫度

M．．．溫度受測變數

T'．．．溫度受測值

U．．．電壓降

I．．．電流

R．．．電阻

t1．．．評估間隔

tS．．．指定段時間

本發明係藉由所附圖示及實施例進行說明，其中：第1圖顯示基於本發明之保護裝置的一實施例；及第2~6圖顯示第1圖所示保護裝置之操作之發明模式的例舉實施例之更為詳盡說明中，隨時間而變化的曲線。

K1．．．風扇啟動信號

K2．．．警示信號

K3．．．關閉信號

TWL．．．風扇操作警示溫度

TAL．．．極限溫度值

TL．．．風扇啟動溫度值

TW．．．原則警示值

TA．．．關閉溫度值

t．．．時間

T．．．設備溫度

t1．．．評估間隔

Claims (16)

1. 一種用於監視一設備(100)之設備溫度(T)的保護裝置(10)，特別是用於監視一變壓器、一電動機或一發電器的設備溫度，- 具有一溫度受測變數輸入(E10)，用於輸入一指示該設備溫度(T)之設備溫度受測變數(M)，以及連接至該溫度受測變數輸入(E10)的一控制裝置(50)；- 其中該控制裝置(50)具有一控制輸出(S50a)，用於輸出一冷卻啟動信號(K1)，且其形態可使得當該設備溫度(T)超過一指定冷卻啟動溫度值(TL)時，其產生該冷卻啟動信號(K1)，並且當一指定關閉溫度值(TA)被超過時，其產生一關閉信號(K3)以關閉該設備，其中該關閉溫度值大於該冷卻啟動溫度值(TL)；其特徵在於：- 該控制裝置(50)之形態使得當該冷卻啟動信號(K1)已被產生時，其可改變成為操作的一冷卻模式；- 其中，在操作的冷卻模式中，其額外地檢查該設備溫度(T)是否超過該冷卻模式所指定的一極限溫度值(TAL)，其中該極限溫度值係小於該關閉溫度值(TA)，以及若該極限溫度值(TAL)被超過，則產生該關閉信號(K3)。
2. 如申請專利範圍第1項之保護裝置，其中該控制裝置(50)之形態可使得當該冷卻啟動信號(K1)已被產生時，在其 改變為操作的冷卻模式之前，首先切換成為一觀察模式而持續一段指定時期(tS)。
3. 如申請專利範圍第2項之保護裝置，其中該控制裝置之形態可使得在該觀察模式期間，當該冷卻模式已被開啟時，如果該設備溫度(T)首先降低並且接著再度升高，則其產生一警示信號(K2)。
4. 如申請專利範圍第3項之保護裝置，其中該控制裝置之形態可使得在該觀察模式期間，即使當該冷卻模式已被開啟時該設備溫度(T)首先降低，如果其接著再度升高並在如此進行之中仍然高於該極限溫度值(TAL)，則其產生該關閉信號(K3)。
5. 如申請專利範圍第3或4項之保護裝置，其中該控制裝置之形態可使得在該觀察模式期間，即使當該冷卻模式已被開啟時該設備溫度首先降至低於該極限溫度值(TAL)，如果其接著再度升至高於該極限溫度值(TAL)，則其產生該關閉信號(K3)。
6. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之保護裝置，其中該控制裝置之形態可使得當該段指定時間(tS)已渡過時，如果該設備溫度(T)仍然超過該極限溫度值(TAL)，則首先產生一警示信號(K2)，且若該設備溫度(T)接著仍然超過該極限溫度值(TAL)，則其只在一等待相位已渡過之後才產生該關閉信號(K3)。
7. 如申請專利範圍第6項之保護裝置，其中該等待相位之長度對應於該控制裝置中一評估間隔(t1)的長度。
8. 如申請專利範圍第2項之保護裝置，其中該控制裝置之形態可使得-即使可能在該段指定時間(tS)渡過之前-一旦該設備溫度(T)降至低於一指定轉換溫度值(TWL+HWL,TWL)，則其從該觀察模式切換至操作的該冷卻模式。
9. 如申請專利範圍第8項之保護裝置，其中該指定轉換溫度值(TWL+HWL)低於該極限溫度值(TAL)。
10. 如申請專利範圍第9項之保護裝置，其中該指定轉換溫度值(TWL+HWL)對應於一指定冷卻模式警示溫度值(TWL)加上一指定磁滯值(HWL)。
11. 如申請專利範圍第8項之保護裝置，其中該指定轉換溫度值等於該指定冷卻模式警示溫度值(TWL)。
12. 如申請專利範圍第10或11項之保護裝置，其中該控制裝置之形態可使得當其已改變為操作的冷卻模式時，如果該設備溫度(T)超過該冷卻模式警示溫度值(TWL)，則其產生一警示信號(K2)。
13. 如申請專利範圍第1~4項及9~11項中任一項之保護裝置，其中在操作的每一模式中，一旦該設備溫度(T)超過該指定關閉溫度值(TA)時，則該控制裝置產生該關閉信號(K3)。
14. 如請專利範圍第1~4項及9~11項中任一項之保護裝置，其中在操作的每一模式中，一旦該設備溫度(T)超過一指定原則警示值(TW)時，則該控制裝置產生一警示信號(K2)。
15. 如申請專利範圍第1~4項及9~11項中任一項之保護裝 置，其中該極限溫度值(TAL)可被設定成低於該冷卻啟動溫度值(TL)。
16. 一種用於監視一設備(100)之設備溫度(T)的方法，特別是用於監視一變壓器、一電動機或一發電機的設備溫度，其中，- 測量該設備溫度(T)；- 當一指定冷卻啟動溫度值(TL)已超過時，產生一冷卻啟動信號(K1)；且- 當一指定關閉溫度值(TA)已超過時，產生用於關閉該設備的一關閉信號(K3)，其中該指定關閉溫度值(TA)大於該冷卻啟動溫度值(TL)；其特徵在於- 當該冷卻啟動信號(K1)已產生時，切換至操作的一冷卻模式，其中操作的該冷卻模式包括一額外檢查以決定該設備溫度(T)是否超過該冷卻模式所指定的一低於該關閉溫度值(TA)之極限溫度值(TAL)，且如果超過該極限溫度值(TAL)，則產生該關閉信號(K3)。