TWI545861B - 用於供能給保護元件之設備及相關方法 - Google Patents

Description

用於供能給保護元件之設備及相關方法

本發明所揭示及主張的概念大體上係關於一種被配置成用於供能給一保護元件以便張開一電路中至少一部分的設備；而且更明確地說，本發明係關於一種在其起始該電路之開路的能力下降至預設臨界值時實施預設動作的設備。

目前已知有各種類型的電路斷流器(circuit interrupter)。其中一種類型電路斷流器的形式為包含一電流測量電路的繼電器(relay)，該電流測量電路會運用各種演算法在特定的預定過載情形下決定何時要中斷送往一大額負載(例如，馬達)的電力連接。此等電路斷流器可能包含一能量儲存元件(例如，電解質電容器)，用以供能給一繼電器的螺線管，其會導致另一螺線管改變狀態而讓一接觸器中斷該電路。此等電路斷流器大體上雖然已經可有效地達成它們的預期目的；不過，此等電路斷流器卻非毫無限制。

一般的理解係，電解質電容器的能量儲存功能會隨著時間衰退，而且高溫會讓此衰退加速。端視衰退的程度而定，此電容器儲存的能量數額可能不足以供能給起始該電路之開路的螺線管。又，雖然特定的過載情況可能係在極短的時間週期中出現；但是，其它的過載情況卻會發生數分鐘，甚至數小時。而且，不論是因為連接至儀器的電源供應器已經中斷，或者是因為儀器過熱或故障，儀器通常都不希望瞬間停止操作。因此，本發明希望可以解決相關技術中已知的前述和其它缺點。

據此，本發明提供一種具有過載繼電器形式之經改善的設備，其包含數個比流器(current transformer)，它們會從其保護的電路處吸取電力，以便評估該電路並且還會為自己供電。該等比流器會為一電容器充電，該電容器會供電給一處理器，並且能夠供能給一螺線管，用以將一組正常為CLOSED的接點觸變為OPEN的狀況，以便讓另一螺線管張開一接觸器，用以中斷該電路和一負載的連接。其優點係，該過載繼電器進一步包含一電容器分析電路，其會偵測該電容器的一或多項操作參數並且讓該過載繼電器的一處理器判斷該電容器的能量儲存功能何時下降至預設臨界值。倘若作出此判斷的話，該過載繼電器便會實施數種預設動作中的任何動作，例如，發送一指示信號指示應該在給定的時間週期中置換該過載繼電器或是該電容器本身或是讓該電容器供能給該螺線管以便中斷該電路。該過載繼電器的進一步優點還包含一視覺指示器，其包含一能夠提供該過載繼電器之狀態的視覺指示符的LED。

據此，本文所揭示及主張之概念的一觀點係提供一種經改善的過載繼電器，其會自我供電並且包含一提供該過載繼電器之狀態指示符的視覺指示器。

本文所揭示及主張之概念的另一項觀點係提供一種經改善的過載繼電器，其會被配置成用以保護一電路並且提供一指示符指示其可能沒有能力保護該電路。

本文所揭示及主張之概念的前述與其它觀點係由一種經改善的設備來提供，該設備會被建構成用以供能給一保護元件，以便至少起始張開一電路中的至少一部分。該設備的一般特性可被描述為包含：一儲存元件，其會被建構成用以儲存能量並且用以釋放該能量的至少一部分以便供能給該保護元件；一偵測系統，其會連接該儲存元件並且被建構成用以偵測該儲存元件的至少一第一操作參數，該至少一第一操作參數可用來判斷該儲存元件的能量儲存功能；以及響應於該設備判斷該儲存元件的能量儲存功能已經下降至預設的臨界值，該設備會被建構成用以實施一預設的動作。

本文所揭示及主張之概念的其它觀點係由一種用以指示需要置換一設備的經改善的方法來提供，該設備會被建構成用以供能給一保護元件，以便至少起始張開一電路中的至少一部分。該方法的一般特性可被描述為包含：將能量儲存在一儲存元件之中，以便能夠釋放該能量的至少一部分用以供能給該保護元件；偵測該儲存元件的至少一第一操作參數，該至少一第一操作參數可用來判斷該儲存元件的能量儲存功能；以及響應於該設備判斷該儲存元件的能量儲存功能已經下降至預設的臨界值以實施一預設的動作。

根據本文所揭示及主張之概念的一種經改善的過載繼電器4概略描繪在圖1中。該過載繼電器4會監視並控制一包括三個相位8A、8B、以及8C(下文中統一以數字8來表示)的電路，它們會延伸在一電源12以及一負載16之間，在圖中所示的示範性實施例中，該負載16係一電馬達。該電路還包含：一能夠手動操作的主要分離器20；以及一接觸器設備24，其係由該過載繼電器4來操作，用以中斷該電路。

該過載繼電器4包括一殼體26，其上設置著三個比流器28A、28B、以及28C(下文中統一以數字28來表示)，它們係被用來監視流過該等相位8的電流並且用以供電給該過載繼電器4中的至少一部分。在供電給該過載繼電器中，由該等比流器28從該等相位8處所吸取的電流會被傳送至一升壓穩壓器32並且接著被傳送至一儲存元件，在本文的示範性實施例中，該儲存元件的形式為一電解質電容器36。由該等比流器28從該等相位8處所吸取的電流會被儲存在該電容器36之中，其接著會供電給該過載繼電器4的各項功能。

該等比流器28還會額外連接一電流測量電路40，該電流測量電路40會連接一處理器44。該電流測量電路40會促成該處理器44監視該等相位8之中的電流並且在特定的預設情況中採取動作。該處理器44之中併入多種演算法，以便以時間為函數來估算流經該等相位8的電流的數額，而且其會被配置成用以在必要時中斷該電路。舉例來說，該處理器44可能會運用一種隨著時間流逝來監視電流的演算法作為馬達之溫度的指示符。倘若流經該電路的電流在一段足夠的時間週期中都在足夠的位準處的話，那麼，舉例來說，處理器44可能會判定該負載16有過熱的危險並且決定應該中斷該電路。

優點係，該過載繼電器4還進一步包括一電容器分析電路48，其會充當一偵測系統，用以偵測該電容器36的特定操作參數，例如，它的電壓。圖1雖然概略顯示該電容器分析電路48以電氣方式被設置在該電容器36以及該處理器44之間；不過，應該瞭解的係，亦可以運用其它連接排列方式，其並不會脫離本發明的概念。下文中將會更詳細地討論該電容器分析電路48的操作。

該過載繼電器4還進一步包括一保護元件，其形式係一種鎖存類型的螺線管52。在特定的預定情況中，該處理器44會讓該螺線管52由電容器36來供能，用以將一組正常為CLOSED的接點56觸變為OPEN的狀況並且用以將一組正常為OPEN的接點60觸變為CLOSED的狀況。因為該螺線管52係一種鎖存類型，所以，不論來自該電容器36的能量是否停止，來自該電容器36的一能量脈衝都會讓該螺線管52改變狀態並且因而分別將正常為CLOSED的接點56以及正常為OPEN的接點60觸變為它們的OPEN以及CLOSED交替狀況。也就是，需要另一能量脈衝或是一機械性重置方能讓該螺線管52返回其原始狀態(也就是，正常的狀態)並且分別將正常為CLOSED的接點56以及正常為OPEN的接點60觸變為它們的CLOSED以及OPEN正常狀況。

當該螺線管52被供能並且將該等正常為OPEN的接點60觸變為它們的CLOSED狀況時，一指示器64便會被供能，而且該指示器64的形式可能係一種光、一種警報器、...等。當該等正常為CLOSED的接點56被該螺線管52觸變為它們的OPEN狀況時，其會中斷經由該等正常為CLOSED的接點56流到該接觸器設備24之螺線管68的操作電流，而中斷該操作電流則會導致該螺線管68改變狀態並且操作該接觸器，該接觸器則會中斷連接至該負載16的電路。螺線管68為非鎖存類型，因此，因為被觸變為它們之OPEN狀況的該等正常為CLOSED的接點56的關係而中斷流往該螺線管68的操作電流會導致該螺線管68改變狀態並且中斷該電路。

該過載繼電器4的進一步優點係還包括：一指示器，在本文中所示的示範性實施例中，該指示器係一視覺指示器72，其包括一發光源；以及一次要機械式指示器。然而，應該瞭解的係，該視覺指示器72亦可能包含或者額外包含一聽覺指示器器件，其並不會脫離本發明的概念。在本文中所示的示範性實施例中，該發光源係一LED 76，其係從該等比流器28吸取自該電路的電流中由該電容器36來供電。該次要指示器的形式係一示範性機械式重置器80，當該螺線管52改變狀態時該機械式重置器80實際上會移動。也就是，當該螺線管52處於第一狀態時，該機械式重置器80便處於第一實體位置中，如圖1中的實體線概略所示。然而，倘若該螺線管52被該電容器36供能並且因而改變狀態成第二狀態的話，該機械式重置器80實際上便會移到另一位置，如數字82處的虛線所示，技術人員能夠利用視覺的方式來確認。

該過載繼電器4還進一步包括一通信介面84以及一使用者介面88，它們會連接該處理器44而促成和該過載繼電器4進行互動。舉例來說，該通信介面84能夠被用來傳送信號至一遠端元件(例如，一感測器或是一電腦元件)。該使用者介面88能夠被用來連接一遠端電腦元件或是其它設備，用以讓技術人員和該過載繼電器4進行互動，舉例來說，以便操作該過載繼電器4或是從該過載繼電器4處接收資料或是兩者兼之。

其優點係，該LED 76會提供該過載繼電器4中複數個狀態中任何狀態的視覺指示符。舉例來說，因為該LED 76會自我供電，也就是，由該等比流器28從該電路之該等相位8處所吸取的電流來供電，所以，該LED 76在該電容器36的初始充電期間係處於不發光狀況，也就是，黯淡。也就是說，當該電容器36在其中儲存的能量不足以供能該螺線管52時該LED 76便不會發光，其為該過載繼電器4的其中一種狀態。

一旦電容器36達到所希的電量位準並於其中儲存足夠的能量用以可靠地供能給該螺線管52時，該LED 76便會以第一種預設的方式閃爍。舉例來說，該LED 76可能會每秒閃爍一次，用以指示該電容器36已經充電並且指示該過載繼電器4的功能正確。此為該過載繼電器4的另一種狀態。

端視來自該電流測量電路40的輸出而定，倘若某種錯誤情況即將發生但尚未發生的話，該處理器44可能會讓該LED以第二種預設的方式閃爍。舉例來說，該LED 76可能會每秒閃爍兩次，其係指示該過載繼電器4的又一種狀態。

倘若該電容器36因該處理器44而供能給該螺線管52並且中斷該電路的話，該LED 76可能會因為電流沒有流經該等相位8以及該電容器36供能給該螺線管52而實質上已經放電的關係而再次不發光。然而，因為該機械性重置器80會移到其第二位置，如數字82處所示，所以，該機械性重置器80的第二位置結合處於不發光狀況的LED 76將會指示該過載繼電器4的再一種狀態。就此方面來說，應該瞭解的係，LED 76的不發光狀況結合處於其第一位置中的機械性重置器80(如圖1中數字80處所示)通常係指示該過載繼電器4的狀態處於該電容器36並未完全充電的初始充電情況中。另外，還應該瞭解的係，該過載繼電器4的該等各種狀態皆能夠透過通信介面84被傳送至另一元件。

進一步的優點係，該電容器分析電路48可操作用以判斷該電容器36的能量儲存功能，以便在該能量儲存功能下降至預設臨界值時產生警報或是實施某種類型的預設動作。該預設臨界值通常就在用以供能給該螺線管52所需要的能量數額之上。也就是，倘若該電容器36抵達其供能給該螺線管52的能力可能為不確定的情況的話，該預設動作便會被實施。

該電容器分析電路48會以任何各式各樣的方式來評估該電容器36的能量儲存功能。舉例來說，該電容器分析電路48可能會部分放電該電容器36並且在該至少部分放電過程期間進行一或多次電壓偵測。以進一步範例來說，該電容器分析電路48可能會讓該電容器36在大於其一般會被充電的能量儲存位準處被充電並且可能會藉由評估該電容器36的電壓和時間的函數來評估該電容器36保持該額外電量的程度。亦可以採用多種其它方法，例如，評估該電容器36但卻不直接監視該電容器36的任何特徵的方法。確切地說，此種評估電容器36的方式可能涉及評估其它因素，例如，舉例來說，該電容器36有作用的時間持續長度、隨著時間變化的環境溫度、該電容器36的充電/放電循環的次數...等。

優點係，倘若該電容器36經判定其能量儲存功能已經下降至預設臨界值的話，該處理器44便會觸發一視覺警報、一聽覺警報、或是兩者，及/或可能會在通信介面84上傳送一信號給另一元件。除此之外，該處理器44可能會觸發該電容器36，用以供能給該螺線管52並且中斷該電路。再者，該LED 76亦可能會被觸發而閃爍；或者以另一種方式發光，例如，舉例來說，每秒閃爍三次。亦可以採用其它預設的動作。

應該瞭解的係，該處理器44或是該電容器分析電路48或是兩者皆能夠判斷該電容器36的能量儲存功能是否已經下降至該預設臨界值。另外，還應該瞭解的係，亦可以運用其它準則來判斷該電容器36或是該過載繼電器4本身是否應該被置換。

該過載繼電器4響應於該電容器36的能量儲存功能是否已經下降至預設臨界值的判斷結果所採取的預設動作可以任何各式各樣的方式來詮釋。舉例來說，該視覺或聽覺警報可能指示需要在九十天內或是在下一次的排定維修循環中置換該電容器36或該過載繼電器4。或者，可以運用該通信介面84將代表應該在九十天內置換該電容器36或該過載繼電器4本身之警示的信息傳送給另一元件。進一步的優點係，該處理器44能夠接收來自該電流測量電路40的輸入，用以提供進一步的指示符，指示該電容器36或該過載繼電器4本身應該立刻被置換。於此情況中，在九十天中進行置換的初始警示可能會先被提供，但是負載16的溫度條件(以及可能的環境條件)卻可能會被該電流測量電路40判定為必須立刻置換該電容器36或該過載繼電器4本身。

該LED 76雖然係被設置在殼體26之上；但是，其亦可被設置在其它地方；或者，該LED 76的形式亦可能為被設置在該殼體26上許多位置中以及遠離該殼體26的複數個LED。因此，審視該過載繼電器4以及該殼體26的技術人員便能夠有利地確認該過載繼電器4的狀態。

在圖2中大體上描繪的係一種操作該過載繼電器4的經改善的方法。在104處，能量會被儲存在一儲存元件(例如，電容器36)之中。在108處，會對該電容器36實施一分析作業，並且會在112處偵測該電容器36的一或多項操作參數。在116處，倘若經判定該電容器36的能量儲存功能已經下降至預設臨界值的話，那麼便會在120處實施一預設的動作。如本文中其它地方所提，此預設動作的範例包含觸發一視覺警報、觸發一聽覺警報、在一通信介面上傳送一信號給另一元件、以及供能給一保護元件(例如，螺線管52)。其它的預設動作亦相當顯見。

圖3中所示的係大體上描繪該過載繼電器4的其它有利特點的另一流程圖。在204處，一視覺指示器(例如，其包含LED 76)會自我供電，例如，運用該等比流器28從受到該過載繼電器4保護的電路處吸取電流。在208處會提供至少一第一視覺指示符，其代表該過載繼電器4的狀態。如本文中其它地方所提，該LED 76能夠以任何各式各樣的方式閃爍或者可能不發光。當該LED 76不發光時，可以利用該機械式重置器80的狀況來判斷該過載繼電器4究竟係在初始充電狀況中或者是已經發生錯誤。應該瞭解的係，可以透過通信介面84將進一步的通信提供給一外部元件來增補該等視覺指示符。

本文雖然已經詳細說明本發明的特定實施例；不過，熟習本技術的人士便會明白，可以遵照本發明的全部教示內容來對此等細節進行各種修正以及變更。據此，本文所揭示的特殊配置僅為解釋性，而並非要限制本發明的範疇。本發明的範疇係由隨附的完整申請專利範圍及其任何與全部的等效範圍來定義。

4．．．過載繼電器(設備)

8A,8B,8C．．．相位(電路)

12．．．電源

16．．．負載(馬達)

20．．．主要分離器

24．．．接觸器設備

26．．．殼體

28A,28B,28C．．．比流器

32．．．升壓穩壓器

36．．．儲存元件(電容器，儲存能量)

40．．．電流測量電路

44．．．處理器

48．．．電容器分析電路(偵測系統，偵測操作參數電壓)

52．．．螺線管(過載繼電器，保護元件，鎖存類型)

56．．．正常為CLOSED的接點(觸變)

60．．．正常為OPEN的接點

64．．．指示器

68．．．螺線管(接觸器設備，非鎖存類型)

72．．．視覺指示器(及/或聽覺指示器)

76．．．發光源(LED)

80．．．次要指示器(機械式重置器)

84．．．通信介面

88．．．使用者介面

配合隨附的圖式來閱讀本發明的實施方式便能夠進一步瞭解本文所揭示及主張的概念，其中：

圖1所示的係一經改善的過載繼電器以及一其所保護的電路的概略圖式；

圖2所示的係圖1之經改善的過載繼電器的特定觀點的流程圖；以及

圖3所示的係圖1之經改善的過載繼電器的其它觀點的另一流程圖。

在本說明書中，相同的元件符號代表相同的元件。

4．．．過載繼電器(設備)

8A,8B,8C．．．相位(電路)

12．．．電源

16．．．負載(馬達)

20．．．主要分離器

24．．．接觸器設備

26．．．殼體

28A,28B,28C．．．比流器

32．．．升壓穩壓器

36．．．儲存元件(電容器，儲存能量)

40．．．電流測量電路

44．．．處理器

48．．．電容器分析電路(偵測系統，偵測操作參數電壓)

52．．．螺線管(過載繼電器，保護元件，鎖存類型)

56．．．正常為CLOSED的接點(觸變)

60．．．正常為OPEN的接點

64．．．指示器

68．．．螺線管(接觸器設備，非鎖存類型)

72．．．視覺指示器(及/或聽覺指示器)

76．．．發光源(LED)

80．．．次要指示器(機械式重置器)

84．．．通信介面

88．．．使用者介面

Claims (14)

1. 一種被建構成用以供能給一保護元件(52)之設備(4)，以便至少起始張開一電路中的至少一部分，該設備包括：一儲存元件(36)，其會被建構成用以儲存能量並且用以釋放該能量的至少一部分以便供能給該保護元件；一偵測系統(48)，其會連接該儲存元件並且被建構成用以偵測該儲存元件的至少一第一操作參數，該至少一第一操作參數可用來判斷該儲存元件的能量儲存功能；以及響應於該設備判斷該儲存元件的能量儲存功能已經下降至預設的臨界值，該設備會被建構成用以實施一預設動作。
2. 如申請專利範圍第1項的設備，其中，該設備會被建構成用以實施觸發一視覺警報(72)以及一聽覺警報中的至少其中一者作為該預設動作。
3. 如申請專利範圍第1項的設備，其中，該設備會被建構成用以實施供能給該保護元件作為該預設動作。
4. 如申請專利範圍第1項的設備，其中，該設備會被建構成用以實施於一通信介面(84)上傳送一代表需要在預設的時間週期裡面置換該設備之至少一部分的信號作為該預設動作。
5. 如申請專利範圍第4項的設備，其中，該設備會被建構成用以於該通信介面上傳送代表需要立刻置換該設備之至少一部分的另一信號。
6. 如申請專利範圍第1項的設備，其中，該儲存元件係一電容器(36)，且其中，該偵測系統會被建構成用以偵測該電容器的電壓作為該至少第一操作參數。
7. 如申請專利範圍第6項的設備，其中，該偵測系統會被建構成用以至少部分放電該電容器，且其中，該偵測系統會被建構成用以在該電容器之至少部分放電期間一或多次偵測該電容器的電壓作為該電容器的電壓。
8. 一種用以指示需要置換一設備(4，36)的方法，該設備會被建構成用以供能給一保護元件(52)，以便至少起始張開一電路中的至少一部分，該方法包括：將能量儲存在一儲存元件(36)之中，以便釋放該能量的至少一部分用以供能給該保護元件；偵測該儲存元件的至少一第一操作參數，該至少一第一操作參數可用來判斷該儲存元件的能量儲存功能；以及響應於該設備判斷該儲存元件的能量儲存功能已經下降至預設的臨界值以實施一預設動作。
9. 如申請專利範圍第8項的方法，其進一步包括實施觸發一視覺警報(72)以及一聽覺警報中的至少其中一者作為該預設動作。
10. 如申請專利範圍第8項的方法，其進一步包括實施供能給該保護元件作為該預設動作。
11. 如申請專利範圍第8項的方法，其進一步包括實施於一通信介面(84)上傳送一代表需要在預設的時間週期裡面置換該設備之至少一部分的信號作為該預設動作。
12. 如申請專利範圍第11項的方法，其進一步包括於該通信介面上傳送代表需要立刻置換該設備之至少一部分的另一信號。
13. 如申請專利範圍第8項的方法，其中，該儲存元件係一電容器(36)，並且進一步包括偵測該電容器的電壓作為該至少第一操作參數。
14. 如申請專利範圍第13項的方法，其進一步包括：至少部分放電該電容器；以及在該至少部分放電期間一或多次偵測該電容器的電壓作為該電容器的電壓。