本發(fā)明涉及一種具有用于進(jìn)行電流測量的線圈的功率開關(guān)以及用于具有用于進(jìn)行電流測量的線圈的功率開關(guān)的方法。

背景技術(shù)：

功率開關(guān)作為開關(guān)設(shè)備和保護(hù)設(shè)備在電路中、特別是在多相電力系統(tǒng)中使用。特別地，它們在低壓電網(wǎng)、即具有直至1000V交流電壓或者1500伏直流電壓的電壓的電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用。功率開關(guān)特別地是用于從63安培或者100安培起的電流以及用于高達(dá)1000安培、6300安培或者10000安培的電流的開關(guān)。

功率開關(guān)對電路中的電流進(jìn)行測量，并且在例如在電路中發(fā)生過載或者短路的情況下出現(xiàn)的超過電流極限值的情況下，將電路斷開。

為了測量導(dǎo)體中的電流，經(jīng)常使用線圈。特別是羅柯夫斯基線圈(Rogowskispule)得到了廣泛應(yīng)用。其也被稱為羅柯夫斯基轉(zhuǎn)換器或者羅柯夫斯基變換器。

如果功率開關(guān)中的用于測量電流的測量單元停止運(yùn)行，則不再能夠在電路中保證保護(hù)功能，因?yàn)椴辉倌軌虼_定過載和短路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，在電路中保持保護(hù)功能。

從本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，上述技術(shù)問題通過具有根據(jù)本發(fā)明的特征的功率開關(guān)以及具有根據(jù)本發(fā)明的特征的方法來解決。

根據(jù)本發(fā)明設(shè)置為，在用于進(jìn)行電流測量的線圈上可連接檢查電壓連同電壓指示器。在此，例如由電壓源產(chǎn)生的檢查電壓與電壓指示器和待檢查的線圈串聯(lián)連接。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)電流低于第二電流極限值，也就是說，相對地看起來非常小或者接近于零或者為零時，將該串聯(lián)電路連接到線圈。例如，在可能針對高達(dá)10000安培的電流設(shè)計(jì)的斷開的斷路器中，該第二電流極限值可以處于10安培或者1安培。這里，500mA至20A或者甚至到80A的范圍內(nèi)的每一個值都是可以的。

此外，僅當(dāng)在一定時間內(nèi)沒有測量到電流或者電流低于第二電流極限值時，對用于電流測量的線圈進(jìn)行檢查。在這種情況下，也就是說，當(dāng)沒有測量到電流時，容易想到用于進(jìn)行電流測量的線圈斷線的推測，出于安全原因，根據(jù)本發(fā)明要消除該斷線，因此執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的檢查。如果用于進(jìn)行電流測量的線圈正常工作，則在電壓指示器上測量到大約與電壓源的電壓對應(yīng)的電壓減去由于線圈的線圈電阻產(chǎn)生的相對小的電壓降。由此，可以在電壓指示器上超過第一電壓值的情況下，確定線圈的可工作性或者正確性。

如果線圈斷開，則可能沒有電流流過線圈，電路中斷，并且電壓指示器上可能沒有電壓。由此，確定線圈有故障，并且可以輸出關(guān)于故障情況的存在的對應(yīng)的信息。測量可以在短時間內(nèi)進(jìn)行，例如在毫秒范圍內(nèi)進(jìn)行，以便確定線圈的斷線。

本發(fā)明具有如下特別的優(yōu)點(diǎn)：在功率開關(guān)正在運(yùn)行時，特別是在沒有測量到電流或者測量到非常小的電流時，可以對用于進(jìn)行電流測量的線圈的可工作性進(jìn)行檢查。在此，是否一起并聯(lián)連接將線圈的電流或電壓作為測量參量進(jìn)行評價的控制單元無關(guān)緊要。通常針對線圈的連接是高歐姆的，經(jīng)常處于兆歐的范圍內(nèi)，因此沒有電流或者非常小的電流流過其，這不對檢查產(chǎn)生影響。

給出本發(fā)明的有利構(gòu)造。

在本發(fā)明的一種有利構(gòu)造中，線圈是羅柯夫斯基線圈。這具有如下特別的優(yōu)點(diǎn)：由此可以在大電流和小電流中以及在寬的頻率范圍內(nèi)特別好地測量電流。羅柯夫斯基線圈中的故障識別不是很簡單，而利用根據(jù)本發(fā)明的方法可以特別容易地進(jìn)行。

在本發(fā)明的一種有利構(gòu)造中，在所述串聯(lián)電路中設(shè)置在基本狀態(tài)下斷開的第二開關(guān)，使得所述串聯(lián)電路以兩極的方式連接到所述線圈以及從所述線圈斷開。在其另一種構(gòu)造中，所述第一開關(guān)的一個接線端連接到所述線圈的第一接線端，并且所述第二開關(guān)的一個接線端連接到所述線圈的第二接線端，并且串聯(lián)連接的所述電壓源連同所述電壓指示器處于所述開關(guān)的另外兩個接線端之間。這具有如下特別的優(yōu)點(diǎn)：在基本狀態(tài)下在線圈上不存在串聯(lián)電路的單側(cè)連接，其可能改變用于進(jìn)行電流測量的線圈的對稱性，由此電流測量的測量結(jié)果可能出現(xiàn)錯誤或者產(chǎn)生偏移。通常線圈連接到對稱的差分輸入端，由此在將模塊單側(cè)連接到線圈的情況下，對稱性可能發(fā)生改變。

在本發(fā)明的一種有利構(gòu)造中，所述電壓源是直流電壓源。這具有如下特別的優(yōu)點(diǎn)：特別是由于由此能夠使用簡單的電壓指示器，由此能夠特別簡單地實(shí)現(xiàn)。

在本發(fā)明的一種有利構(gòu)造中，所述電壓指示器具有施密特觸發(fā)器。這具有如下特別的優(yōu)點(diǎn)：由此能夠簡單地標(biāo)準(zhǔn)化地實(shí)現(xiàn)電壓指示器。

在本發(fā)明的一種有利構(gòu)造中，所述控制單元具有微處理器。這具有如下特別的優(yōu)點(diǎn)：使得能夠特別簡單地通過固件定制來實(shí)現(xiàn)控制單元。

在本發(fā)明的一種有利構(gòu)造中，所述控制單元具有高歐姆輸入端，所述線圈連接到所述高歐姆輸入端。這具有如下特別的優(yōu)點(diǎn)：能夠特別是不受影響地對線圈的故障進(jìn)行檢查，因?yàn)樵诳刂茊卧狭鬟^非常小的電流。

在本發(fā)明的一種有利構(gòu)造中，還設(shè)置有連接到所述控制單元的輸出單元，所述輸出單元以光學(xué)、聲學(xué)或/和無線的方式輸出關(guān)于缺乏正確性的信息。這具有如下特別的優(yōu)點(diǎn)：能夠向操作者通知用于進(jìn)行電流測量的線圈的斷線或者故障。

在本發(fā)明的一種有利構(gòu)造中，所述控制單元被構(gòu)造為，在所述線圈有故障的情況下，進(jìn)行所述電路的斷開。這具有如下特別的優(yōu)點(diǎn)：避免設(shè)備、例如低壓開關(guān)設(shè)備不受保護(hù)地運(yùn)行。

在本發(fā)明的一種有利構(gòu)造中，所述第一或/和第二時間段能夠參數(shù)化。這具有如下特別的優(yōu)點(diǎn)：用戶能夠使功能非常靈活并且最佳地匹配于其應(yīng)用。

在本發(fā)明的一種有利構(gòu)造中，所述控制單元被構(gòu)造為，在連接所述串聯(lián)電路或者檢查電壓的情況下，阻止所述電路的斷開。這具有如下特別的優(yōu)點(diǎn)：在對線圈進(jìn)行短時間的檢查時，功率開關(guān)不會錯誤地?cái)嚅_或者觸發(fā)電路。由于檢查電壓，控制單元可能錯誤地檢測到電流流動，其可能導(dǎo)致不希望的觸發(fā)。在連接了串聯(lián)電路時，應(yīng)當(dāng)在串聯(lián)電路、即檢查電壓的連接持續(xù)時間內(nèi)，阻止斷開或者觸發(fā)。因?yàn)閮H在短時間段內(nèi)連接串聯(lián)電路，因此這是合理的。

在本發(fā)明的一種有利構(gòu)造中，所述第二電流極限值處于500mA至20A的范圍內(nèi)，或/和所述第一時間段處于5ms至50s的范圍內(nèi)，或/和所述第二時間段處于10微秒至10秒的范圍內(nèi)。已經(jīng)證明，所提及的這些時間段對于本發(fā)明在功率開關(guān)中、特別是在斷路器中的實(shí)際使用是特別有利的。

所有構(gòu)造進(jìn)一步以有利的方式形成本發(fā)明。

附圖說明

結(jié)合下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明的對實(shí)施例的描述，所描述的本發(fā)明的特性、特征和優(yōu)點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)這些特性、特征和優(yōu)點(diǎn)的方式和方法將更清楚、更易于理解。

根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。在此：

圖1示出了用于說明本發(fā)明的第一框圖，

圖2示出了用于說明本發(fā)明的另外的第二框圖，

圖3示出了用于說明本發(fā)明的另外的第三框圖，

圖4示出了用于說明本發(fā)明的流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了功率開關(guān)LS的一部分的一個片段，其具有用于測量未示出的電路的未示出的電導(dǎo)體的電流I的線圈L。線圈L的兩端都連接到控制單元SE。線圈L提供與未示出的電導(dǎo)體的所測量的電流對應(yīng)的電流或者電壓。也就是說，線圈L提供代表所測量的電流的參量、即當(dāng)量。測量的該參量由功率開關(guān)的控制單元SE進(jìn)行分析，并且至少在超過第一電流極限值I1時，進(jìn)行將未示出的電路斷開。這通過具有符號Trip的箭頭示出，通過其進(jìn)行斷開，例如通過未示出的斷開裝置，例如通過將電路斷開的觸點(diǎn)。

由線圈L提供的電流參量、例如與所測量的電流成比例的電壓的采集，通常在控制單元SE中以高歐姆的方式進(jìn)行。有利的是，線圈L是羅柯夫斯基線圈，利用其能夠采集大的電流測量和頻率范圍的待測量的電流。

現(xiàn)在，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置為，在線圈L的兩個接線端上連接電壓源U、有利的是例如具有3.3伏電壓的直流電壓源、電壓指示器UII和第一開關(guān)S1的串聯(lián)電路。開關(guān)S1在基本狀態(tài)下是斷開的，并且對于檢查過程閉合。有利的是，還可以設(shè)置第二開關(guān)S2，其在基本狀態(tài)下同樣是斷開的，其中，同時操作兩個開關(guān)S1、S2。優(yōu)選將開關(guān)布置在線圈接線端處。

如果在電路中沒有測量到電流，則可以對線圈、例如羅柯夫斯基線圈進(jìn)行檢查。為此，根據(jù)圖1，例如通過來自控制單元SE的信號，使兩個開關(guān)S1、S2暫時閉合，并且通過電壓指示器確定是否存在電壓。如果該電壓超過了第一電壓值U1，所述第一電壓值U1選擇為使得其與電壓源U減去通過線圈電阻的電壓降減去可能的接觸和導(dǎo)線電阻以及容差對應(yīng)的電壓，則用于進(jìn)行測量的線圈正常運(yùn)行并且無故障地工作。在其它情況下存在線圈故障，其妨礙電流測量，由此妨礙功率開關(guān)的正常工作。對應(yīng)的信息或消息可以由連接到控制單元的輸出單元A輸出。其可以是光學(xué)信息(LED、燈)、聲學(xué)信息(蜂鳴器)或/和例如通過無線電消息發(fā)出的無線信息。此外，在線圈存在斷線時，控制單元可以進(jìn)行電路的斷開，由此電路不會沒有保護(hù)。此外，在線圈不存在斷線或者不缺少連續(xù)性期間，控制單元可以阻止再次接通功率開關(guān)。

在電壓源的電壓為3.3伏的情況下，電壓值U1為2.1伏是可行的。此外，這具有如下優(yōu)點(diǎn)：可以使用用于對電壓電平進(jìn)行分析的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸入端。

特別是當(dāng)沒有檢測到電流流動時，要進(jìn)行檢查或測量。經(jīng)驗(yàn)表明，在這種情況下用于進(jìn)行電流測量的線圈也可能存在斷線。即，在一定時間段t1內(nèi)低于一定電流值I2時，在可以是相對短的時間段t2內(nèi)進(jìn)行檢查。

在此期間，控制單元可以阻止或者抑制功率開關(guān)的觸發(fā)或者斷開。例如控制裝置SE進(jìn)行檢查過程，并且在同一時間段內(nèi)抑制電路的斷開。

圖2示出了根據(jù)圖1的圖示，區(qū)別在于，開關(guān)S1、S2由其中實(shí)現(xiàn)控制器的一部分的電壓指示器UII控制，以及控制單元SE具有測量單元ME和微處理器MP。測量單元ME執(zhí)行不同功能的測量值轉(zhuǎn)換，其例如可以是模擬前端，此外這里例如還可以執(zhí)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換。向微處理器MP饋送該測量單元ME的結(jié)果。

微處理器MP例如可以執(zhí)行例如以固件實(shí)現(xiàn)的控制功能中的全部或者一部分。

圖3示出了根據(jù)圖2的布置，區(qū)別在于，測量單元ME作為獨(dú)立的單元來實(shí)現(xiàn)，并且控制單元SE還提供檢查電壓，并且接管電壓指示器的功能。對開關(guān)S1、S2的控制也由控制單元SE進(jìn)行。

例如電壓指示器可以直接由包含在控制單元中的微處理器的輸入來實(shí)現(xiàn)，在存在大于2.1伏的電壓的情況下，該輸入從低變?yōu)楦郀顟B(tài)。在此，控制單元提供3.3伏的電壓。

如果以固件運(yùn)行的微處理器包含在控制單元中，則可以運(yùn)行合適的固件算法，用于檢查線圈的可工作性。

圖4示出了這種算法的流程圖。

在步驟100中，檢查線圈、例如羅柯夫斯基線圈是否已經(jīng)被標(biāo)記為有故障。在肯定的情況下，該算法就以步驟200結(jié)束。在否定的情況下，其繼續(xù)進(jìn)行到步驟110，其中，檢查電流是否低于第二電流極限值I2，例如在斷開的斷路器的情況下，小于10A。如果不是這種情況下，則該算法以步驟200結(jié)束。如果電流足夠小，則其繼續(xù)進(jìn)行到步驟120，其中，進(jìn)行檢查過程并且施加檢查電壓。然后，在步驟130中，例如通過查詢輸入接線端來讀取對應(yīng)的電壓信息。在步驟140中，結(jié)束檢查電壓連接。在步驟150中，檢查是否達(dá)到了第一電壓值U1或者輸入接線端是否處于高電平。在肯定的情況下，在步驟190中，將線圈的故障計(jì)數(shù)值清零或者復(fù)位，并且該算法以步驟200結(jié)束。在否定的情況下，在步驟160中使故障計(jì)數(shù)值增加。也就是說，不立即通知故障，而是當(dāng)指示線圈中的斷線的故障、即缺少電壓是重復(fù)性的或者多次出現(xiàn)時，才通知故障。然后，在步驟170中，檢查故障計(jì)數(shù)值是否達(dá)到了例如為3的值，即檢查出3次否定，從而線圈肯定存在故障。如果尚未達(dá)到該值，則該算法先以步驟200結(jié)束。如果故障計(jì)數(shù)值例如大于/等于3，則在步驟180中將線圈標(biāo)記為有故障并且可以進(jìn)行其它動作(觸發(fā)功率開關(guān)、由輸出單元輸出關(guān)于故障的信息)。當(dāng)該算法結(jié)束時，其可以再一次從開頭開始。

下面，再一次簡短地說明本發(fā)明。

控制單元SE被構(gòu)造為，在低于第二電流極限值I2、例如1安培并且超過第一時間段t1、例如200ms時，在第二時間段、例如20ms內(nèi)進(jìn)行檢查電壓的連接，以確定線圈的可工作性。

由此能夠?qū)€圈進(jìn)行連續(xù)性檢查。連續(xù)性檢查的結(jié)果由控制單元、例如通過控制單元的固件來確定。有利的是，該結(jié)果在非常短的時間內(nèi)、例如在1ms內(nèi)存在。

如果線圈正常工作并且在進(jìn)行連續(xù)性檢查的瞬間有電流流過待測量的電導(dǎo)體，則僅輕微地影響測量值。

如果線圈沒有連續(xù)性，例如線圈的導(dǎo)線斷裂，即存在故障，則例如可以執(zhí)行可參數(shù)化的動作，例如可以進(jìn)行電路的斷開，即功率開關(guān)的觸發(fā)。此外，例如可以激活例如借助LED或者顯示器的光學(xué)指示，以指出故障。此外，例如可以借助通信單元向監(jiān)視或/和管理系統(tǒng)通知故障。

雖然通過優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)示出并描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不受所公開的示例限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以得出其它變形，而不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。