過載監(jiān)控設(shè)備以及用于過載監(jiān)控的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于電系統(tǒng)(2)的過載監(jiān)控設(shè)備(1)，所述過載監(jiān)控設(shè)備(1)具有用于電流和/或電壓的測(cè)量裝置(6)，其中，設(shè)置有時(shí)間測(cè)量裝置(7)以及與所述測(cè)量裝置(6)和所述時(shí)間測(cè)量裝置(7)連接的分析處理裝置(8)，該分析處理裝置(8)設(shè)置用于由所述測(cè)量裝置(6)的測(cè)量值生成特征量并且借助所述測(cè)量值和/或所述特征量在應(yīng)用所述時(shí)間測(cè)量裝置(7)的時(shí)間數(shù)據(jù)的情況下檢測(cè)過載狀況。本發(fā)明還提出一種用于電系統(tǒng)(2)的過載監(jiān)控的方法，其中，確定所述電系統(tǒng)的電流和/或電壓的測(cè)量值；確定時(shí)間數(shù)據(jù)；基于所述測(cè)量值生成特征量；借助所述測(cè)量值和/或所述特征量在應(yīng)用所述時(shí)間數(shù)據(jù)的情況下檢測(cè)過載狀況。
【專利說(shuō)明】
過載監(jiān)控設(shè)備從及用于過載監(jiān)控的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于電系統(tǒng)的過載監(jiān)控設(shè)備W及一種用于電系統(tǒng)的過載監(jiān)控的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在許多電系統(tǒng)中，需要保護(hù)系統(tǒng)的部件或者整個(gè)系統(tǒng)W防止電過載。為此，例如在 低壓系統(tǒng)中W許多方式使用烙斷器。運(yùn)類保險(xiǎn)裝置具有獨(dú)特的I2t特征曲線，如其在圖1中 示出的那樣，或者具有連續(xù)的變化過程的電流/時(shí)間特性曲線，如其在圖2中示出的那樣。由 所述特性曲線可W看出，實(shí)際上不是斷路電流或斷路電流的大小對(duì)保險(xiǎn)裝置的斷路負(fù)責(zé)， 而是在定義的時(shí)間段期間供應(yīng)的功率對(duì)保險(xiǎn)裝置的斷路負(fù)責(zé)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 根據(jù)本發(fā)明提供一種用于電系統(tǒng)的過載監(jiān)控設(shè)備，該過載監(jiān)控設(shè)備具有用于電流 和/或電壓的測(cè)量裝置，其中，設(shè)置有時(shí)間測(cè)量裝置W及與所述測(cè)量裝置和所述時(shí)間測(cè)量裝 置連接的分析處理裝置，該分析處理裝置設(shè)置用于由所述測(cè)量裝置的測(cè)量值生成特征量并 且借助所述測(cè)量值和/或所述特征量在應(yīng)用所述時(shí)間測(cè)量裝置的時(shí)間數(shù)據(jù)的情況下檢測(cè)過 載狀況。
[0004] 所述電系統(tǒng)可W包括用于能量傳輸?shù)妮旊娋W(wǎng)如饋線、連接在該輸電網(wǎng)上的部件如 負(fù)載或負(fù)荷和/或開關(guān)元件或測(cè)量裝置。為了能夠最佳地監(jiān)控并且也保護(hù)全部、多個(gè)或單個(gè) 運(yùn)種部件，本發(fā)明提出將所述過載監(jiān)控設(shè)備的特征量和/或特征曲線與所述負(fù)載的特性和/ 或與所述能量傳輸網(wǎng)絡(luò)的可能性進(jìn)行匹配。運(yùn)允許最佳地保護(hù)所述電系統(tǒng)。本發(fā)明特別有 利地允許基于可自由定義的且可選地也可隨時(shí)間變化的特征量進(jìn)行監(jiān)控和/或斷路，其中， 所述特征量獨(dú)立于所述保護(hù)裝置如保險(xiǎn)裝置的幾何結(jié)構(gòu)(Geometrie),而是針對(duì)待監(jiān)控的 電系統(tǒng)最佳的。
[0005] 所述特征量有利地包括由電流、電壓、功率、能量W及運(yùn)些量的上升速度、導(dǎo)數(shù)、積 分和平均值組成的組中的至少一個(gè)值。對(duì)于"特征量"例如應(yīng)理解為上述的那些量，在此例 如可W由電流的測(cè)量值生成電流的特征量，其方式是，匹配或加工純測(cè)量值的時(shí)間分辨率 或者僅僅考慮特定時(shí)刻或時(shí)間區(qū)間。
[0006] 多個(gè)特征量可W構(gòu)成特征曲線或斷路曲線，其中，特征曲線的過渡可W是不連續(xù) 的。運(yùn)樣的特征曲線定義安全運(yùn)行區(qū)域與過載區(qū)域之間的界限，使得在達(dá)到特征曲線的情 況下采取保護(hù)措施。特征曲線的區(qū)域之間的過渡可W是不連續(xù)的。例如可W對(duì)不同的區(qū)域 考慮不同的特征量，所述區(qū)域可W時(shí)間相繼或者可W配屬給運(yùn)行狀態(tài)。由此，所述監(jiān)控可W 被調(diào)制到所述待監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際給定條件。
[0007] 在一種特別的實(shí)施方式中設(shè)置:在通向所述電系統(tǒng)的饋線中或在所述電系統(tǒng)的饋 線中設(shè)置有與所述分析處理裝置連接的分離元件，該分離元件能夠在檢測(cè)到過載狀況的情 況下被所述分析處理裝置激活W斷開所述饋線。所述分離元件，例如是功率開關(guān)如半導(dǎo)體 開關(guān)，允許從單純監(jiān)控過電流和功率到通過斷路進(jìn)行保護(hù)W防止過電流和功率的過渡。
[0008] 也可能的是:所述處理裝置布置在所述分離元件的輸出側(cè)和/或輸入側(cè)。根據(jù)使用 情形可W優(yōu)化所述位置。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式設(shè)置:半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)造為分離元件并構(gòu)造為測(cè) 量裝置，使得通過所述半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通電阻來(lái)測(cè)量電壓降。運(yùn)種增高的集成密度允許所 述監(jiān)控設(shè)備的小型化。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的用于電系統(tǒng)的過載監(jiān)控的方法基本上包括W下步驟：
[0011] -確定所述電系統(tǒng)的電流和/或電壓的測(cè)量值；
[0012] -確定時(shí)間數(shù)據(jù)；
[0013] -基于所述測(cè)量值生成特征量；
[0014] -借助所述測(cè)量值和/或所述特征量在應(yīng)用所述時(shí)間數(shù)據(jù)的情況下檢測(cè)過載狀況。
[0015] 存在如上所述的相同的優(yōu)點(diǎn)和修改?？蒞在應(yīng)用所述時(shí)間數(shù)據(jù)的情況下生成所述 特征量。
[0016] 有利地設(shè)置：由所述特征量求取斷路特征曲線，該斷路特征曲線具有多個(gè)區(qū)域，所 述多個(gè)區(qū)域具有不同的、被監(jiān)控的測(cè)量值和/或特征量。所述區(qū)域允許所述監(jiān)控和/或斷路 與所述待監(jiān)控系統(tǒng)的最佳的匹配。
[0017] 在所述特征量中可W包括所述電系統(tǒng)的時(shí)間變化。運(yùn)允許所述特征曲線和/或所 述特征量的動(dòng)態(tài)匹配。因此，例如可W攔截所述電系統(tǒng)的時(shí)間變化，而不使所述監(jiān)控得出錯(cuò) 誤結(jié)論。所W例如可W考慮在使用壽命上的變化，如磨損。
[0018] 可W在時(shí)間上并行地和/或針對(duì)特定運(yùn)行狀態(tài)地監(jiān)控多個(gè)特征量W用于所述檢 測(cè)。運(yùn)可W導(dǎo)致監(jiān)控矩陣和/或特征曲線場(chǎng)，其使得能實(shí)現(xiàn)多維監(jiān)控。
[0019] 本發(fā)明的有利的擴(kuò)展方案在從屬權(quán)利要求中敘述且在說(shuō)明中描述。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 借助附圖和后續(xù)說(shuō)明更詳細(xì)地闡述本發(fā)明的實(shí)施例。附圖示出：
[0021] 圖1示出具有已知保險(xiǎn)裝置的I2t特征曲線的圖表；
[0022] 圖2示出具有已知保險(xiǎn)裝置的電流/時(shí)間特征曲線的圖表；
[0023] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的用于電系統(tǒng)的過載監(jiān)控設(shè)備的示意圖；
[0024] 圖4示出具有所述過載監(jiān)控設(shè)備的多個(gè)測(cè)量值或者說(shuō)特征量的圖表；
[0025] 圖5示出具有所述過載監(jiān)控設(shè)備的另外的測(cè)量值或者說(shuō)特征量的圖表；
[0026] 圖6示出具有所述過載監(jiān)控設(shè)備的再另外的測(cè)量值或者說(shuō)特征量的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 在圖3中示出用于電系統(tǒng)2的過載監(jiān)控設(shè)備或者說(shuō)過載斷路設(shè)備1。所述電系統(tǒng)2包 括至少一個(gè)電饋線3W及負(fù)載或負(fù)荷4。在饋線3中例如W功率開關(guān)形式實(shí)現(xiàn)分離元件5。所 述功率開關(guān)例如可W實(shí)施為MOS陽(yáng)T或IGBT(insulated-gate bipolar transistor，絕緣柵 雙極型晶體管）。所述功率開關(guān)例如可W?？诘赜蓛蓚€(gè)反向串聯(lián)的MOSFET構(gòu)造。
[0028] 分離元件5可W是電系統(tǒng)2的組成部分，運(yùn)意味著，同樣監(jiān)控分離元件5,和/或分離 元件5可W是過載監(jiān)控設(shè)備1的組成部分。過載監(jiān)控設(shè)備1包括用于饋線3上的電流和/或電 壓的測(cè)量裝置6。所述測(cè)量裝置在此在分離元件5的輸出側(cè)一一也就是說(shuō)在分離元件5與負(fù) 載4之間示出。替代地，測(cè)量裝置6也可W布置在所述分離元件5的輸入側(cè)。也可能的是，設(shè)置 有兩個(gè)測(cè)量裝置6，其中，一個(gè)布置在輸入側(cè)，另一個(gè)布置在輸出側(cè)。
[0029] 過載監(jiān)控設(shè)備1還包括時(shí)間測(cè)量裝置7。時(shí)間測(cè)量裝置7允許時(shí)刻和/或時(shí)間區(qū)間的 絕對(duì)的和/或相對(duì)的確定。
[0030] 與測(cè)量裝置6連接有過載監(jiān)控設(shè)備1的分析處理裝置8, W便接收測(cè)量裝置6的測(cè)量 值。分析處理裝置8還與時(shí)間測(cè)量裝置7連接，W便接收時(shí)間信息。此外，分析處理裝置8與分 離元件5連接，W便控制該分離元件5。時(shí)間測(cè)量裝置7可W集成在分析處理裝置8中。尤其可 臥設(shè)置有在ASIC(anwendun邑sspezifische inte邑rierte 8〇11曰11：11]1邑，英子吾曰口口1;[0曰1:;[0]1- specific integrated Cir州it:專用集成電路)或微控制器中的集成。
[0031] 分析處理裝置8設(shè)置用于由測(cè)量裝置6的所述測(cè)量值生成特征量。所W例如可W由 在分析處理裝置8中的測(cè)量裝置6的電流測(cè)量值計(jì)算所述功率、所述電流的導(dǎo)數(shù)和/或積分。 此外，可W在考慮時(shí)間段或時(shí)刻的情況下計(jì)算所述測(cè)量值的特征量，其中，所述時(shí)間信息來(lái) 自時(shí)間測(cè)量裝置7。所W例如可W由電流測(cè)量值計(jì)算在不同時(shí)間段上的平均功率。
[0032] 分析處理裝置8由所述特征量可W確定特征曲線或斷路曲線。尤其可W通過分析 處理所述電流和/或所述功率的理想濾波器來(lái)確定斷路特征曲線形狀。理想濾波器是使信 噪比（英語(yǔ)Si即al to noise ratio,SNR)最佳化的濾波器。也可W通過分析處理多個(gè)理想 濾波器或所述電流和/或所述功率的時(shí)間變化的理想濾波器來(lái)確定所述斷路特征曲線形 狀。
[0033] W下借助圖4至6更詳細(xì)地描述對(duì)過電流和功率的監(jiān)控或者說(shuō)斷路。
[0034] 圖4示出具有電系統(tǒng)2的多個(gè)特征曲線的圖表，該電系統(tǒng)2具有高電容性部分，例如 白識(shí)燈。所述特征曲線相對(duì)于時(shí)間繪制。最上面的特征曲線A相應(yīng)于被測(cè)電流，位居第二的 特征曲線B相應(yīng)于功率，第S特征曲線討目應(yīng)于在S個(gè)時(shí)鐘周期(Takt)上的平均功率，第四 特征曲線D相應(yīng)于在五個(gè)時(shí)鐘周期上的平均功率，第五特征曲線E相應(yīng)于在十個(gè)時(shí)鐘周期上 的平均功率，最后的特征曲線F相應(yīng)于在二十個(gè)時(shí)鐘周期上的平均功率。
[0035] 在接通電流衰減之后，如在大約0.6毫秒(ms)時(shí)，W時(shí)鐘周期方式運(yùn)行負(fù)載。在本 例中，在大約1.8毫秒(ms)時(shí)存在故障情況或過載情況。既不能通過所述電流的絕對(duì)值(特 征曲線A)也不能通過瞬時(shí)功率(特征曲線B)或在=個(gè)、五個(gè)和十個(gè)時(shí)鐘周期上的平均功率 (特征曲線C、D、E)識(shí)別出錯(cuò)誤。只有對(duì)在二十個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間段上的功率進(jìn)行積分分析 處理，才使過載可見或者使過載能夠通過闊值或者說(shuō)特征曲線來(lái)分析處理(特征曲線F)。在 此，在運(yùn)種情況下，例如在使用針對(duì)電流的平均值設(shè)計(jì)的線路的地方，由于不利地選擇脈沖 間歇關(guān)系CPwls-路版剖姐is)可能出現(xiàn)功率的過載。如果僅僅考慮所述測(cè)量值，也 就是說(shuō)實(shí)際的電流變化過程，則檢測(cè)不到所述過載。只有通過合適的功率平均值成分(特征 曲線F)才可W檢測(cè)到所述過載狀況。在檢測(cè)到過載狀況的情形下，分析處理裝置8激活分離 元件5,使得負(fù)載或負(fù)荷4與饋線3斷開。
[0036] 圖5再次對(duì)比性地示出具有高電感性部分的另一個(gè)電系統(tǒng)2的六個(gè)特征曲線A至F。 在此，能夠識(shí)別到電流(特征曲線A) W及功率(特征曲線B)的緩慢上升。特征曲線C示出在二 十個(gè)時(shí)鐘周期上的平均功率的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，而特征曲線D示出在五個(gè)時(shí)鐘周期上的平均功率， 特征曲線E示出在10個(gè)時(shí)鐘周期上的平均功率，特征曲線F示出在二十個(gè)時(shí)鐘周期上的平均 功率。對(duì)于在圖5的特征曲線A至F中示出的運(yùn)行區(qū)域或時(shí)間區(qū)段不存在故障或過載。因此， 運(yùn)里示出的特征曲線例如可W被用作參考特征曲線。
[0037] 在圖6中示出類似于圖5的圖表的圖表。特征曲線A至F此時(shí)示出變化的接通特性， 例如由于通向負(fù)載的饋線內(nèi)的短路而引起了運(yùn)種接通特性?，F(xiàn)在取決于剩余線路長(zhǎng)度并由 此取決于線路電感地出現(xiàn)快速的電流上升和最大電流。在所示出的示例中，所述最大電流 (特征曲線A)和最大功率(特征曲線B)或平均功率(特征曲線D、E、F)都不是用于過載狀況的 明確標(biāo)志。只有電流上升速度或功率上升速度(特征曲線C)，在運(yùn)種情形下在二十個(gè)時(shí)鐘周 期上的平均功率的導(dǎo)數(shù)，才提供用于可靠的且足夠快的斷路需求的足夠的斷路判據(jù)。
[0038] 如上所述，時(shí)間分辨地考慮測(cè)量裝置6進(jìn)行的測(cè)量，并且使對(duì)所述測(cè)量量的分析處 理方法進(jìn)行的選擇或者說(shuō)對(duì)由所述測(cè)量量推導(dǎo)出的特征量進(jìn)行的選擇匹配于待監(jiān)控的電 系統(tǒng)2。此外，還可W定義例如用于接通過程、持續(xù)運(yùn)行或斷路過程的不同的區(qū)域或部分區(qū) 段。也可能的是:優(yōu)化用于待監(jiān)控的電系統(tǒng)2的不同部件的特征量或特征曲線。因此，例如可 能需要或希望在第一時(shí)刻保護(hù)所述開關(guān)或者說(shuō)分離元件5,運(yùn)最佳地通過分析處理所述電 流和電壓實(shí)現(xiàn)。在第二時(shí)刻可能重要的是保護(hù)饋線3,運(yùn)有利地通過監(jiān)控電流和時(shí)間實(shí)現(xiàn)。 與前兩個(gè)所述時(shí)刻并行地或也與第=時(shí)刻或時(shí)間區(qū)域并行地可能重要的是監(jiān)控所述電系 統(tǒng)的負(fù)載4。運(yùn)最佳地通過監(jiān)控基于所述電壓、所述電流和所述時(shí)間的特征量實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于電系統(tǒng)(2)的過載監(jiān)控設(shè)備，所述過載監(jiān)控設(shè)備具有用于電流和/或電壓的 測(cè)量裝置(6)，其特征在于，設(shè)置有時(shí)間測(cè)量裝置(7)以及與所述測(cè)量裝置(6)和所述時(shí)間測(cè) 量裝置(7)連接的分析處理裝置(8)，該分析處理裝置(8)設(shè)置用于由所述測(cè)量裝置(6)的測(cè) 量值生成特征量并且借助所述測(cè)量值和/或所述特征量在應(yīng)用所述時(shí)間測(cè)量裝置(7)的時(shí) 間數(shù)據(jù)的情況下檢測(cè)過載狀況。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過載監(jiān)控設(shè)備，其中，所述特征量包括由電流、電壓、功率、能 量以及這些量的上升速度、導(dǎo)數(shù)、積分和平均值組成的組中的至少一個(gè)值。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過載監(jiān)控設(shè)備，其中，多個(gè)特征量構(gòu)成特征曲線，其中，所 述特征曲線的過渡能夠是不連續(xù)的。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的過載監(jiān)控設(shè)備，其中，在所述電系統(tǒng)（2)的饋線 (3)中設(shè)置有與所述分析處理裝置(8)連接的分離元件(5)，該分離元件(5)能夠在檢測(cè)到過 載狀況的情況下被所述分析處理裝置(8)激活以斷開所述饋線(3)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的過載監(jiān)控設(shè)備，其中，所述測(cè)量裝置(6)布置在所述分離元件 (5)的輸出側(cè)和/或輸入側(cè)。6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的過載監(jiān)控設(shè)備，其中，半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)造為分離元件(5)并構(gòu) 造為測(cè)量裝置(6)，使得通過所述半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通電阻來(lái)測(cè)量電壓降。7. -種用于電系統(tǒng)(2)的過載監(jiān)控的方法，所述方法具有以下步驟： 確定所述電系統(tǒng)的電流和/或電壓的測(cè)量值； 確定時(shí)間數(shù)據(jù)； 基于所述測(cè)量值生成特征量； 借助所述測(cè)量值和/或所述特征量在應(yīng)用所述時(shí)間數(shù)據(jù)的情況下檢測(cè)過載狀況。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，由所述特征量求取斷路特征曲線，該斷路特征曲 線具有多個(gè)區(qū)域，所述多個(gè)區(qū)域具有不同的、被監(jiān)控的測(cè)量值和/或特征量。9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中，在所述特征量中包括所述電系統(tǒng)的時(shí)間變化。10. 根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在時(shí)間上并行地和/或針對(duì)特定運(yùn) 行狀態(tài)地監(jiān)控多個(gè)特征量以用于所述檢測(cè)。
【文檔編號(hào)】H02H3/44GK105940582SQ201480073667
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2014年11月27日
【發(fā)明人】W·席曼, R·魏因曼, J·朱斯
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