專(zhuān)利名稱(chēng)：具有電容器組監(jiān)控器的中壓斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)操作并且具有電容器組監(jiān)控器單元的中壓斷路器。特別地，本發(fā)明涉及這樣一種中壓斷路器，該中壓斷路器具有電容器組監(jiān)控器單元以檢測(cè)用于存儲(chǔ)能量來(lái)激勵(lì)磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)而使用的電容器組中的一個(gè)或多個(gè)電容器的故障。對(duì)于本申請(qǐng)而言，術(shù)語(yǔ)中壓是指范圍在1kV與52kV之間的應(yīng)用，但是術(shù)語(yǔ)斷路器總體指開(kāi)關(guān)設(shè)備如斷路器、接觸器以及類(lèi)似的設(shè)備。

背景技術(shù)：
中壓斷路器使用磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)以執(zhí)行斷路器的開(kāi)啟與閉合操作在本領(lǐng)域中已經(jīng)廣為所知。在這樣的系統(tǒng)中，磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)通常工作連接到斷路器的動(dòng)觸點(diǎn)。磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)由適合的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中存儲(chǔ)的能量驅(qū)動(dòng)，由此給予斷路器的動(dòng)觸點(diǎn)所希望的動(dòng)作(開(kāi)啟或者閉合)。
現(xiàn)今，存儲(chǔ)能量以用于這些目的最廣泛使用的系統(tǒng)之一是電容器組，其包括并聯(lián)連接的一個(gè)或多個(gè)電容器。這些電容器作為能量存儲(chǔ)器工作，且能夠在短時(shí)期內(nèi)(典型地是少于100ms，即執(zhí)行斷路器的有關(guān)操作所需要的時(shí)間周期)供給高電流。
然而，眾所周知的是電容器會(huì)遭受某些缺點(diǎn)，特別是主要由以下因素造成的電容器性能下降或損失 ——電壓極性反轉(zhuǎn)； ——過(guò)壓； ——過(guò)熱； ——波紋過(guò)電流； ——振動(dòng)、濕度以及其它次要的過(guò)載因素； ——電容器壽命自然終結(jié)。
在正常使用條件下，由于環(huán)境條件或者波紋過(guò)電流導(dǎo)致的過(guò)熱是電容器壽命減少的第一原因。如一些電容器制造商的操作說(shuō)明書(shū)所報(bào)告的，在標(biāo)稱(chēng)溫度之上增加12℃會(huì)降低50％的電容器的工作壽命。
當(dāng)用作磁性操動(dòng)斷路器的能量存儲(chǔ)器時(shí)，電容器的一個(gè)或多個(gè)特性的下降或損失會(huì)損害磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，由此導(dǎo)致不完全的或者失敗的開(kāi)關(guān)操作，從而對(duì)系統(tǒng)造成潛在的嚴(yán)重后果。
現(xiàn)今，用作斷路器中的能量存儲(chǔ)器的電容器組的控制單元具有電壓監(jiān)視系統(tǒng)以監(jiān)視電容器的電荷。實(shí)際上，已知類(lèi)型的控制單元僅監(jiān)視電容器電壓，其并不檢測(cè)和指示是否有足夠的電荷來(lái)操作磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)。換句話(huà)說(shuō)，如果控制單元檢查到充電電路輸出端上的預(yù)定電壓(如80伏特)，其則假設(shè)有足夠的能量來(lái)操作。但是，如果電容器出故障且不能夠提供操作所需要的電流，磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)將不能執(zhí)行所要求的操作，由此造成潛在的有害結(jié)果。


發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供中壓斷路器，其中防止或者至少減少上述缺點(diǎn)。
更具體地，本發(fā)明的目的是提供中壓斷路器，其具有能夠檢測(cè)電容器組的可操作性條件的電容器組監(jiān)控器。
作為進(jìn)一步的目的，本發(fā)明旨在提供一種中壓斷路器，其減少由電容器組的不正確狀態(tài)導(dǎo)致故障的風(fēng)險(xiǎn)。

具體實(shí)施例方式 因此，本發(fā)明涉及一種中壓斷路器(CB)，該中壓斷路器包括至少一對(duì)觸點(diǎn)，其相互可耦合和可去耦合以進(jìn)行開(kāi)啟/閉合操作；磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)工作連接到所述觸點(diǎn)中的至少之一并且由電容器組驅(qū)動(dòng)，該電容器組包括提供能量給所述磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)以執(zhí)行所述開(kāi)啟/閉合操作的一個(gè)或多個(gè)電容器。還具有用于管理開(kāi)啟/閉合操作以及總體控制整個(gè)斷路器的控制設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的中壓CB，其特征在于包括所述電容器組的監(jiān)控設(shè)備，所述監(jiān)控設(shè)備測(cè)量所述電容器組系統(tǒng)的等效串聯(lián)電阻和/或電容。
因此，不同于其中僅檢測(cè)電容器電壓的已知系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明的斷路器配置了電容器組監(jiān)控設(shè)備，該電容器組監(jiān)控設(shè)備通過(guò)測(cè)量所述電容器組系統(tǒng)的等效串聯(lián)電阻和/或電容來(lái)檢測(cè)電容器的工作壽命狀態(tài)。所測(cè)量的等效串聯(lián)電阻和/或電容的值與對(duì)應(yīng)的初始值(由校準(zhǔn)標(biāo)稱(chēng)或預(yù)定)比較，以便檢查等效串聯(lián)電阻增加和/或電容減少。依據(jù)應(yīng)用和電容器組的特性，可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)閾值(如校準(zhǔn)時(shí)測(cè)量的初始電容和/或等效串聯(lián)電阻值的百分比)，由此在測(cè)量值落在預(yù)設(shè)的閾值之外時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)誤差。
對(duì)于本發(fā)明的目的而言，等效串聯(lián)電阻是表示電容器和與電容串聯(lián)連接的連接器及線(xiàn)路的全部損失的單個(gè)電阻。
特別的，根據(jù)本發(fā)明的中壓CB配置了電容器組監(jiān)控設(shè)備，其中所述的等效串聯(lián)電阻的測(cè)量基于在已知電阻器負(fù)載施加之前和之后對(duì)電容器電壓的測(cè)量。
實(shí)際應(yīng)用中，已知的電阻器負(fù)載插入到電路中且等效串聯(lián)電阻的測(cè)量基于下面的關(guān)系式 ESR＝(V_capacitor_before-V_capacitor_after)/I_load， 其中 ESR是等效串聯(lián)電阻， V_capacitor_before是電阻器負(fù)載插入前的電容器電壓， V_capacitor_after是電阻器負(fù)載插入后的電容器電壓，以及 I_load是電阻器負(fù)載上流過(guò)的電流。
將檢測(cè)到的ESR值同等效串聯(lián)電阻的初始參考值比較，在比較結(jié)果顯示出在預(yù)定閾值之上的等效串聯(lián)電阻的增加的情況下，可產(chǎn)生信號(hào)誤差。
優(yōu)選地，電阻器負(fù)載插入后的電壓測(cè)量應(yīng)當(dāng)非?？斓貓?zhí)行以防止電容器放電的影響。換句話(huà)說(shuō)，一插入電阻器負(fù)載就要有一個(gè)即刻被檢測(cè)到的壓降以便根據(jù)以上關(guān)系式確定等效串聯(lián)電阻。
相關(guān)于電容測(cè)量，可以方便地基于在施加了已知電阻器負(fù)載后對(duì)電容器電壓降下固定的壓降所經(jīng)過(guò)的時(shí)間的測(cè)量。
實(shí)際應(yīng)用中，一旦電阻器負(fù)載插入電路，電容器組的監(jiān)控設(shè)備就測(cè)量達(dá)到預(yù)定的壓降所需的時(shí)間。電容值可以基于下面的公式計(jì)算 C＝Q/V 以及，由以上關(guān)系式導(dǎo)出， C＝ΔQ/ΔV 及，引入基本充電定律 C＝I_load＊Δt/ΔV， 其中 C是電容值， I_load是電阻器負(fù)載上流過(guò)的電流， ΔV是固定的壓降，以及 Δt是電容器電壓降下固定壓降經(jīng)過(guò)的時(shí)間。
還有，由以上可得到 C＊ΔV＝I_load＊Δt 且， Δt＝C＊(ΔV/I_load) 在小壓降下，負(fù)載電流可以視為恒定。例如，如果80V是標(biāo)稱(chēng)的電容器電壓，0.5V的壓降(ΔV)對(duì)應(yīng)于0.625的標(biāo)稱(chēng)電壓，那么在電流測(cè)量中有同樣的變化結(jié)果。從以上給出的關(guān)系式，如果壓降(ΔV)與負(fù)載電流(I_load)恒定，那么電容測(cè)量值直接與經(jīng)過(guò)的時(shí)間成比例。一般而言，壓降(ΔV)應(yīng)該最小化以便防止電容器組中的能量浪費(fèi)并維持其性能以向磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供足夠的能量來(lái)執(zhí)行整個(gè)循環(huán)開(kāi)啟/閉合/開(kāi)啟(OCO操作)。
優(yōu)選地，應(yīng)該選擇電阻器負(fù)載以便最小化電容的測(cè)量時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的中壓CB的優(yōu)選實(shí)施方式，監(jiān)控設(shè)備包括用于執(zhí)行校準(zhǔn)功能和對(duì)等效串聯(lián)電阻和/或電容的初始值進(jìn)行測(cè)量的裝置。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)安裝了監(jiān)控設(shè)備時(shí)，將執(zhí)行對(duì)等效串聯(lián)電阻和/或電容的初始值的第一次測(cè)量，以便得到參考值用于等效串聯(lián)電阻和/或電容的后續(xù)計(jì)算。
優(yōu)選地，如果檢測(cè)到下面條件中的至少之一，不執(zhí)行校準(zhǔn)測(cè)得的ESR高于預(yù)定值(如100mΩ)和/或測(cè)得的電容值低于先前設(shè)置的標(biāo)稱(chēng)值的預(yù)定百分比(如25或30％)。
在根據(jù)本發(fā)明的中壓CB中，可以以預(yù)定頻率和/或相應(yīng)于預(yù)定條件而自動(dòng)執(zhí)行對(duì)所述的等效串聯(lián)電阻和/或電容的測(cè)量。例如在預(yù)定時(shí)間(如24小時(shí))后和/或當(dāng)電容器電壓達(dá)到預(yù)定值時(shí)，可以重復(fù)進(jìn)行電容器組檢查和等效串聯(lián)電阻和/或電容的計(jì)算。
優(yōu)選地，當(dāng)啟動(dòng)斷路器的開(kāi)啟或閉合操作時(shí)，停止對(duì)等效串聯(lián)電阻和/或電容的測(cè)量。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)控制設(shè)備識(shí)別到進(jìn)行斷路器操作時(shí)(即當(dāng)電流流過(guò)磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí))則中斷測(cè)量操作。在這種情況，不評(píng)估測(cè)得的數(shù)據(jù)且在斷路器的開(kāi)啟或閉合操作完成后，測(cè)量操作自動(dòng)重新開(kāi)始。
根據(jù)本發(fā)明的中壓CB的優(yōu)選的實(shí)施方式，監(jiān)控設(shè)備包括用于設(shè)置所述等效串聯(lián)電阻和/或電容的一個(gè)或多個(gè)閾值的裝置。根據(jù)該實(shí)施方式，基于等效串聯(lián)電阻的增加和/或電容的減少，監(jiān)控設(shè)備允許管理用于故障檢測(cè)的至少一個(gè)、優(yōu)選地兩個(gè)閾值。例如第一閾值可以設(shè)置成相應(yīng)于等效串聯(lián)電阻的50％的增加和/或電容的25％的減少，而第二閾值可以設(shè)置成相應(yīng)于等效串聯(lián)電阻的100％的增加和/或電容的25％的減少。
取決于電容器的特點(diǎn)及預(yù)期的應(yīng)用(如斷路器，接觸器，.....)，閾值的個(gè)數(shù)和數(shù)值當(dāng)然可以不同。
在根據(jù)本發(fā)明的中壓CB可能的實(shí)施方式中，所述監(jiān)控設(shè)備集成在所述控制設(shè)備中。優(yōu)選地，根據(jù)替代實(shí)施方式，監(jiān)控設(shè)備與所述控制設(shè)備分離。根據(jù)該后面的實(shí)施方式，通過(guò)使監(jiān)控設(shè)備與斷路器的控制設(shè)備和電容器組連接，可以對(duì)現(xiàn)有的斷路器進(jìn)行升級(jí)。
從以上的描述可以看到，相對(duì)于由常規(guī)類(lèi)型的磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)操作的斷路器，本發(fā)明的斷路器具有很多優(yōu)點(diǎn)。
特別地，為了檢測(cè)電容器特性的下降或損失，電容器組的可操作性和狀態(tài)被置于控制之下。特別地，通過(guò)測(cè)量等效串聯(lián)電阻和/或電容，可以檢測(cè)到電容器的工作壽命狀態(tài)，因此防止或至少最小化斷路器的故障或誤操作的危險(xiǎn)。
如上構(gòu)想的中壓斷路器和電子保護(hù)控制單元可以進(jìn)行許多改進(jìn)且獲得幾種變型，所有的改進(jìn)和變型都在本發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)。而且，此處描述的所有構(gòu)件可以由其它技術(shù)上等效的元件代替。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)需要和現(xiàn)有技術(shù)狀況，部件材料和設(shè)備尺寸可以有任意特性。
權(quán)利要求
1.一種中壓斷路器(CB)，包括至少一對(duì)觸點(diǎn)，其相互可耦合和去耦合以進(jìn)行開(kāi)啟/閉合操作；磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其工作連接到所述觸點(diǎn)中的至少之一；電容器組，其包括提供能量給所述磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)以執(zhí)行所述開(kāi)啟/閉合操作的一個(gè)或多個(gè)電容器；以及控制設(shè)備，所述中壓斷路器(CB)的特征在于包括所述電容器組的監(jiān)控設(shè)備，所述監(jiān)控設(shè)備測(cè)量所述電容器組系統(tǒng)的等效串聯(lián)電阻和/或電容。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中壓CB，其特征在于，所述等效串聯(lián)電阻的測(cè)量基于在施加已知電阻器負(fù)載之前和之后對(duì)電容器電壓的測(cè)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的中壓CB，其特征在于，所述等效串聯(lián)電阻測(cè)量基于以下關(guān)系式
ESR＝(V_capacitor_before-V_capacitor_after)/I_load，
其中，ESR是等效串聯(lián)電阻，V_capacitor_before是電阻器負(fù)載插入之前的電容器電壓，V_capacitor_after是電阻器負(fù)載插入之后的電容器電壓，I_load是所述電阻器負(fù)載上流過(guò)的電流。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的中壓CB，其特征在于，所述電容測(cè)量基于在施加已知電阻器負(fù)載之后對(duì)電容器電壓降下固定的壓降所經(jīng)過(guò)時(shí)間的測(cè)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的中壓CB，其特征在于，所述等效串聯(lián)電阻測(cè)量基于以下的關(guān)系式
C＝I_load＊Δt/ΔV，
其中，C是電容值，I_load是所述電阻器負(fù)載上流過(guò)的電流，ΔV是固定的壓降，Δt是為電容器電壓降下固定的壓降所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至7中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的中壓CB，其特征在于，選擇所述電阻器負(fù)載以便最小化所述電容的測(cè)量時(shí)間。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的中壓CB，其特征在于，所述監(jiān)控設(shè)備包括執(zhí)行校準(zhǔn)功能和測(cè)量等效串聯(lián)電阻和/或電容的初始值的裝置。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的中壓CB，其特征在于，以預(yù)定頻率和/或相應(yīng)于預(yù)定條件而自動(dòng)執(zhí)行對(duì)所述的等效串聯(lián)電阻和/或電容的測(cè)量。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的中壓CB，其特征在于，當(dāng)啟動(dòng)斷路器的開(kāi)啟或閉合操作時(shí)，停止對(duì)所述等效串聯(lián)電阻和/或電容的測(cè)量。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的中壓CB，其特征在于，所述監(jiān)控設(shè)備包括用于設(shè)置所述等效串聯(lián)電阻和/或電容的一個(gè)或多個(gè)閾值的裝置。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的中壓CB，其特征在于，所述監(jiān)控設(shè)備集成在所述控制設(shè)備中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至10中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的中壓CB，其特征在于，所述監(jiān)控設(shè)備與所述控制設(shè)備分離。
全文摘要
一種中壓斷路器，包括至少一對(duì)觸點(diǎn)，其相互可耦合和去耦合以進(jìn)行開(kāi)啟/閉合操作；磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其工作連接到觸點(diǎn)中的至少之一；電容器組，其包括提供能量給磁性操動(dòng)機(jī)構(gòu)以執(zhí)行開(kāi)啟/閉合操作的一個(gè)或多個(gè)電容器；以及控制設(shè)備，所述中壓斷路器還包括電容器組的監(jiān)控設(shè)備，該監(jiān)控設(shè)備測(cè)量電容器組系統(tǒng)的等效串聯(lián)電阻和/或電容。
文檔編號(hào)H01H3/28GK101552143SQ20091013267
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月4日
發(fā)明者加布里埃萊·蘇阿爾迪, 馬西莫·布雷夏尼 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司