具有自測試能力的交流斷路器的制造方法
【專利摘要】一種執(zhí)行具有多個(gè)功能塊的交流斷路器的自測試的方法。處理單元連接至第一和第二電流隔離開關(guān)(SW2,SW3)、旁路開關(guān)(SW1)和半導(dǎo)體開關(guān)元件(IGBT)，且被配置為對于所述多個(gè)功能塊的每一個(gè)執(zhí)行所述斷路器的自測試，其中所述多個(gè)功能塊的每一個(gè)的測試的順序和定時(shí)在所述處理單元中被編程且在所述處理單元的控制下執(zhí)行。當(dāng)在所述功能塊的任何一個(gè)中檢測到故障狀態(tài)時(shí)進(jìn)入所述斷路器的故障模式。
【專利說明】
具有自測試能力的交流斷路器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及交流斷路器，例如漏電斷路器(R⑶)或微型斷路器(MCB)。更具體地，本 發(fā)明涉及執(zhí)行交流斷路器的自測試的方法，該斷路器包括用于將交流負(fù)載連接至電力網(wǎng)電 源的在火線供電接線端子和火線負(fù)載接線端子之間的火線，以及在中性供電接線端子和中 性負(fù)載接線端子之間的中性線。
【背景技術(shù)】
[0002] 市場上有售具有自測試能力的RCD。然而這些裝置通常大且昂貴或僅測試整個(gè)裝 置的功能的一部分。大多機(jī)械部件如觸點(diǎn)、脫扣器、機(jī)械裝置沒有被測試。已知最可靠的自 測試RCD具有雙重機(jī)械裝置，且當(dāng)測試包括觸點(diǎn)和機(jī)械部件的第一 RCD時(shí)通過第二RCD橋接 第一R⑶部件。然而這種方案(例如如歐洲專利申請EP-A-1 916 691中描述的）昂貴且龐大。
[0003] 已知的另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的斷路器來自美國專利公開US2002/181175,其公開了具 有自測試能力的數(shù)字故障斷續(xù)器(或接地故障斷路器GCFI)。提供了控制器，其定期地?cái)嚅_ 斷路器的觸點(diǎn)，且監(jiān)視連接至斷路器的負(fù)載兩端的電壓以檢查該觸點(diǎn)已斷開。然而，GCFI的 其他部件或功能沒有被測試。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種具有故障安全自測試能力的交流斷路器，以及操作這種 斷路器的方法。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明，提供了根據(jù)上述前文定義的方法，其中斷路器具有多個(gè)功能塊，該多 個(gè)功能塊至少包括：
[0006]-旁路開關(guān)功能塊，其包括在火線上的旁路開關(guān)和相關(guān)的操作電路；
[0007] -第一電流隔離功能塊，其包括在火線上的第一電流隔離開關(guān)和相關(guān)的操作電路；
[0008] -第二電流隔離功能塊，其包括在中性線上的第二電流隔離開關(guān)和相關(guān)的操作電 路；以及
[0009] -半導(dǎo)體開關(guān)功能塊，其包括并聯(lián)連接至旁路開關(guān)的半導(dǎo)體開關(guān)元件。該斷路器還 包括連接至第一和第二電流隔離開關(guān)、旁路開關(guān)和半導(dǎo)體開關(guān)元件的處理單元，且該方法 包括對于多個(gè)功能塊的每一個(gè)執(zhí)行斷路器的自測試，其中該多個(gè)功能塊的每一個(gè)的測試的 順序和定時(shí)在處理單元中被編程且在該處理單元的控制下執(zhí)行，并且當(dāng)在任一功能塊中檢 測到故障狀態(tài)時(shí)進(jìn)入斷路器的故障模式。
[0010]這允許提供用于自測試交流斷路器的方法，其定期地自動執(zhí)行功能測試。這個(gè)方 法實(shí)施例也允許機(jī)械部件和觸點(diǎn)被測試。負(fù)載功率不被中斷(對負(fù)載是顯著的）或被干擾。 如果斷路器通報(bào)一個(gè)問題，則存在不同的可能情景，這取決于具體要求。
【附圖說明】
[0011 ]下面將使用多個(gè)示例性實(shí)施例參考所附的附圖更加詳細(xì)討論本發(fā)明，其中
[0012] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的交流斷路器的方框圖；
[0013] 圖2示出了圖1的交流斷路器的繼電器驅(qū)動器的實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 漏電斷路器(RCD)或微型斷路器(MCB)形式的交流斷路器是安全相關(guān)的產(chǎn)品，其保 護(hù)功能甚至必須被保證使用多年。R⑶制造商規(guī)定了測試按鈕由終端用戶定期致動，然而， 這在實(shí)際中經(jīng)常沒有做到。特別是因?yàn)殡妷邯?dú)立的RCD具有敏感和低能量機(jī)構(gòu)部件，多年沒 有使用/致動之后，它們往往不起作用。定期進(jìn)行現(xiàn)場檢驗(yàn)顯示，高達(dá)甚至超過5 %的RCD是 有缺陷的。用于過電流和短路保護(hù)的MCB在許多情況下(例如住宅使用)根本不進(jìn)行測試。沒 有專業(yè)的測試設(shè)備，這也是很不容易實(shí)現(xiàn)的，并且由非專業(yè)人員執(zhí)行MCB測試甚至是不被允 許的。另外，開關(guān)觸點(diǎn)的質(zhì)量也不被檢查，然而在某些短路斷開之后，這通常不再是可接受 的。壞觸點(diǎn)可以引起內(nèi)部過熱。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明交流斷路器的實(shí)施例的性質(zhì)和系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，定期地測試所有的子電 路，這是完全MCB和RCD功能的100%自檢。如果這種斷路器的處理單元通報(bào)一個(gè)問題，則存 在不同的可能情景，這取決于客戶要求。
[0016] 在圖1的框圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的斷路器的實(shí)施例。交流斷路器包括用于將交 流負(fù)載連接至電力網(wǎng)電源AC的在火線供電接線端子Lin和火線負(fù)載接線端子Lout之間的火 線，以及在中性供電接線端子Nin和中性負(fù)載接線端子Nout之間的中性線。斷路器包括在火 線上的第一電流隔離開關(guān)SW2和旁路開關(guān)SW1，在中性線上的第二電流隔離開關(guān)SW3,以及并 聯(lián)連接至旁路開關(guān)SW1的半導(dǎo)體開關(guān)元件IGBT，以及被配置為控制第一和第二電流隔離開 關(guān)SW2和SW3、旁路開關(guān)SW1和半導(dǎo)體開關(guān)元件的處理單元。
[0017] 交流斷路器還包括連接至火線供電接線端子(Lin)和中性供電接線端子(Nin)，以 及連接至并用于提供電運(yùn)行功率至處理單元和交流斷路器的其他組件的供電單元（圖1中 的供電和電壓測量塊的部分）。斷路器也可以在斷路器的輸入側(cè)(火線和中性供電接線端子 Lin，Nin)具有專用的電壓測量單元，作為圖1中的供電和電壓測量塊的一部分，或可選擇地 作為單獨(dú)的塊。另外，斷路器可以在其負(fù)載側(cè)具有電壓測量塊，即靠近火線和中性負(fù)載接線 端子Lout、Nout連接。如圖1的實(shí)施例所示，這個(gè)第二電壓測量單元通過另一電流隔離塊連 接至處理單元。
[0018] 可選地提供了連接至處理單元的短路和過電流檢測單元，用于判斷短路情況或過 電流情況(例如使用在圖1中標(biāo)記為電流測量的塊中的火線上的分流電阻R1)。處理單元還 被配置為在確定短路或過電流情況之后，通過斷開旁路開關(guān)SW1和半導(dǎo)體開關(guān)元件IGBT使 交流斷路器跳閘。交流斷路器還可以包括連接至處理單元、用于確定故障電流情況的故障 電流檢測和注入單元，該故障電流檢測和注入單元與火線和中性線電流隔離(例如使用圖1 中的故障電流測量塊中所指示的線圈L1和變壓器）。處理單元還被配置為在確定故障電流 情況之后使交流斷路器跳閘。
[0019] 在圖1所示的實(shí)施例中，半導(dǎo)體開關(guān)元件包括整流橋D1-D4和絕緣柵雙極型晶體管 IGBT的組合。整流橋D1-D4的交流端子并聯(lián)連接至旁路開關(guān)SW1，且整流橋D1-D4的直流端子 連接至絕緣柵雙極型晶體管IGBT的發(fā)射極端子和集電極端子。
[0020] 如上所述，處理單元連接至布置在火線上的電流測量單元，且被配置為在檢測到 短路狀態(tài)的情況下，控制旁路開關(guān)SW1，第一和第二電流隔離開關(guān)SW2、SW3,以及絕緣柵雙極 型晶體管IGBT的導(dǎo)通狀態(tài)。使用在圖1的框圖中所示的、連接至處理單元的各自的繼電器驅(qū) 動器，實(shí)現(xiàn)了通過處理單元對斷開和閉合旁路開關(guān)SW1、第一和第二電流隔離開關(guān)SW2、SW3 的控制。
[0021]所示出的用于旁路開關(guān)SW1的這種繼電器驅(qū)動器的實(shí)施例作為控制與旁路開關(guān) SW1相關(guān)的旁路繼電器的操作電路。在圖2的電路實(shí)施例中，旁路開關(guān)繼電器是雙穩(wěn)態(tài)磁閂 型繼電器。不需要能量來將其保持在斷開或?qū)ㄎ恢?。該繼電器具有一個(gè)線圈，且由短電流 脈沖驅(qū)動。
[0022]在上面的電路中，由去能電容器C1(通過Η橋晶體管/FET T1和T4)給出導(dǎo)通指令。 由去能電容器C2(通過Η橋晶體管/FET Τ2和Τ3)給出斷開指令。
[0023] 分離的導(dǎo)通和斷開指令儲能電容器的優(yōu)點(diǎn)是，可以以非?？斓男蛄薪o出這些指 令。這減少了導(dǎo)通和斷開/斷開和導(dǎo)通之間的時(shí)間。在某些情況下，這個(gè)時(shí)間是至關(guān)重要的， 例如在以下情況:例如通過手動開關(guān)導(dǎo)通MCB。首先，IGBT將開始導(dǎo)通，并將負(fù)載連接至線電 壓。經(jīng)過一段時(shí)間（當(dāng)沒有短路檢測），旁路繼電器也將導(dǎo)通。這是正常的導(dǎo)通過程(參見上 面的描述）。
[0024] 如果在旁路繼電器導(dǎo)通指令后就立即檢測到短路，則立即終止該旁路繼電器導(dǎo)通 指令并給出斷開指令。這在旁路繼電器的銜鐵已經(jīng)正在移向?qū)ㄎ恢玫那闆r下也是可行 的。
[0025] 通過這種層次結(jié)構(gòu)/過程，在由于正常旁路繼電器導(dǎo)通過程的時(shí)間范圍中的短路 導(dǎo)致的罕見的斷開指令的情況中，沒有額外的延遲。
[0026]在另一個(gè)實(shí)施例中，交流斷路器還包括并聯(lián)連接至旁路開關(guān)SW1的過電壓保護(hù)元 件VDR。該過電壓保護(hù)元件或過電壓保護(hù)可變電阻VDR在短路斷開之后保護(hù)橋式二極管D1-D4和IGBT以防止出現(xiàn)太高的過電壓。在斷開之后，（感應(yīng)）負(fù)載中仍然可能剩余很多能量并 導(dǎo)致高的峰值電壓。這個(gè)高的峰值電壓被可變電阻VDR吸收。當(dāng)然，斷開的時(shí)間范圍越短(較 快的旁路接觸器），電力網(wǎng)負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中的剩余能量越小，且可變電阻VDR的吸收能量越小。 [0027]在另一個(gè)實(shí)施例中，交流斷路器還包括連接至絕緣柵雙極型晶體管IGBT的集電極 和發(fā)射極端子的緩沖電路C、R2和D5。該緩沖電路是標(biāo)準(zhǔn)的RCD緩沖電路，以在關(guān)斷IGBT期間 使電壓箝位。在關(guān)斷后緩沖電路就立即開始箝位且可變電阻VDR在大約900V。兩者獲取歸因 于電力網(wǎng)負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中的剩余能量的吸收能量的一部分。
[0028]整流橋D1-D4是需要的，因?yàn)镮GBT僅在一個(gè)方向（晶體管）導(dǎo)通。它必須輸送與IGBT 相同的電流，短路也是如此。另一個(gè)方案是使用具有串聯(lián)二極管的"反向并聯(lián)" IGBT(以在 IGBT的斷開狀態(tài)中輸送反向電壓），但是這將使得整個(gè)電路更復(fù)雜和昂貴。
[0029] 在當(dāng)前的技術(shù)下，其他半導(dǎo)體方案是不可能的。存在具有非常低的溝道電阻的 FET，但是它們不可同時(shí)用作高電壓/高電流類型。不能使用雙向晶閘管和晶閘管，因?yàn)樗鼈?只能夠在過零點(diǎn)關(guān)斷且這會占用太多時(shí)間。在短路情況下，它們不容易被強(qiáng)制關(guān)斷并最終 將毀壞。GT0(可關(guān)斷晶閘管）和IGCT(集成門極換流晶閘管）需要大量能量以使得它們保持 在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷。而且驅(qū)動電路將更復(fù)雜。
[0030] 處理單元被配置為具有測量輸入、計(jì)算軟件、輸出信號邏輯和驅(qū)動器。通過EPLD或 邏輯端口可以實(shí)現(xiàn)大多數(shù)時(shí)間嚴(yán)格的進(jìn)程，但是大多數(shù)功能可以集成在μΡ(微處理器）。包 括在處理單元中且必要的情況下下文將更詳細(xì)地解釋的主要功能有：
[0031] -電力網(wǎng)電壓測量(通過電源和電壓測量塊）。
[0032] -電力網(wǎng)電流測量和計(jì)算過電流特性(用于代替雙金屬過電流保護(hù)）。
[0033]-電力網(wǎng)電壓和電流同步。
[0034] -MCB中不同組件(例如IGBT和分流電阻R1)的溫度測量。
[0035]-繼電器驅(qū)動器的驅(qū)動邏輯(包括儲能電容器的能量監(jiān)測）。
[0036]-與IGBT驅(qū)動單元、用戶界面和通信接口通信。
[0037]-用于編程(過)電流特性和校準(zhǔn)程序的編程/預(yù)置接口。
[0038]-在電力中斷情況下數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲(例如接觸狀態(tài)、過電流保護(hù)的電力網(wǎng)電流歷 程)。
[0039] 通過分流器完成電流測量。在一個(gè)實(shí)施例中，電流測量單元包括在火線上的分流 電阻R1和布置為測量分流電阻R1兩端的電壓的短路和過電流檢測單元。對本申請來說，分流器 是最合邏輯的選擇，因?yàn)槠渚_度和線性度優(yōu)于其他裝置。而且其體積小，價(jià)格/有效性合理。 另一種是羅氏線圈，羅氏線圈在很寬的范圍內(nèi)以及在大電流應(yīng)用中也是精確的。缺點(diǎn)是羅氏線 圈更大、輸出信號更低，這使得用于短路保護(hù)和(小)電流/能量測量的集成/組合設(shè)計(jì)更加困 難。必須選擇分流電阻R1的阻值，以使得在額定負(fù)載電流下具有低功耗，例如45A/l_dQ.2W。 分流電阻R1必須能在短時(shí)間承受短路電流，例如丨.5!<Α/100μΩ/1.5η?δ? 225\ν70.34?Η 耳。
[0040] 可以采用模擬或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)短路和過電流檢測，該模擬或數(shù)字電路必須足夠快 以檢測到短路。在能量測量中，其也必須足夠精確以感測小負(fù)載電流。運(yùn)放電路或集成(模 擬ASIC)電路是合乎邏輯的方案，但是具有高采樣率的數(shù)字電路也是可以的。
[0041] 另一個(gè)實(shí)施例的交流斷路器還包括連接至處理單元和絕緣柵雙極型晶體管的控 制輸入的IGBT驅(qū)動單元，其中IGBT驅(qū)動單元被配置為在兩階段處理中斷開絕緣柵雙極型晶 體管。IGBT驅(qū)動單元還可以被配置為監(jiān)測IGBT兩端的電壓。
[0042]第二電流隔離電路（圖1所示實(shí)施例中的電流隔離2)包括用于在處理單元和IGBT 驅(qū)動單元之間通信的一個(gè)或多個(gè)光耦元件。在IGBT驅(qū)動單元內(nèi)也可以提供小的電流隔離的 SMPS以對IGBT驅(qū)動器電路供電，因?yàn)檫@個(gè)驅(qū)動器電路比起斷路器的其他電路器件位于另一 個(gè)電壓電位。
[0043] IGBT驅(qū)動單元包含以下功能(可能作為單獨(dú)的電路）：
[0044] -IGBT的兩階段輸出驅(qū)動器
[0045] -IGBT集電極-發(fā)射極電壓的電壓(去飽和)監(jiān)視器
[0046]-旁路開關(guān)狀態(tài)監(jiān)視器
[0047] -IGBT驅(qū)動器監(jiān)視器
[0048] -IGBT導(dǎo)通/關(guān)斷輸入
[0049]在短路斷開情況下，為了關(guān)斷IGBT，IGBT驅(qū)動單元將在兩個(gè)階段中減小IGBT的柵 極電壓。這個(gè)行為避免了 IGBT兩端危險(xiǎn)的過電壓和S0A問題，尤其在短路關(guān)斷時(shí)。關(guān)斷延時(shí) 大約lys，柵極的電壓電平在這個(gè)時(shí)間內(nèi)將大約是正常導(dǎo)通電壓的一半。
[0050]旁路開關(guān)狀態(tài)監(jiān)視器功能檢測旁路開關(guān)SW1是否閉合;這是通過檢查IGBT兩端的 電壓進(jìn)行的。SW1的狀態(tài)信息被轉(zhuǎn)發(fā)到處理單元，然后可以被用于在短路情況下的IGBT的延 遲關(guān)斷指令。
[0051] IGBT驅(qū)動器監(jiān)視器檢查驅(qū)動器電路的供電電壓，這被轉(zhuǎn)發(fā)到處理單元。如果這個(gè) 電壓太低，IGBT將處于關(guān)斷狀態(tài)，在正常操作中這是故障情況。
[0052] IGBT導(dǎo)通/關(guān)斷輸入從處理單元接收導(dǎo)通/關(guān)斷指令。
[0053] 在另一個(gè)實(shí)施例中，交流斷路器還包括連接至處理單元的用戶界面。用戶界面例 如包括測試開關(guān)SW4和狀態(tài)指示器。例如用戶界面僅是具有一些LED的按鈕或撥動開關(guān)以標(biāo) 識MCB的狀態(tài)(上電/導(dǎo)通/關(guān)斷/故障等）。
[0054] 此外，交流斷路器可以包括連接至處理單元的通信接口，允許遠(yuǎn)程操作和監(jiān)視。通 信接口被用于將所有可能的數(shù)據(jù)發(fā)送到任何介質(zhì)(例如總線系統(tǒng)、因特網(wǎng)或RS485)、有線或 無線(RF/IR)。
[0055]注意，從圖1示出的圖和這里描述的結(jié)構(gòu)是1電極+N結(jié)構(gòu)（僅過電流和短路保護(hù)在 該相中）。在另一個(gè)實(shí)施例中，如果需要2電極裝置，則包括第二旁路開關(guān)、過電壓保護(hù)、整流 橋、緩沖電路、IGBT和IGBT驅(qū)動器。具有相關(guān)附加裝置的進(jìn)一步實(shí)施例可以包括具有多電極 (例如3相、3相+中性、或甚至4相)的電力網(wǎng)電源的更復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
[0056]當(dāng)在專業(yè)應(yīng)用（例如工業(yè)或商業(yè)）中使用RCD或MCB時(shí)，它通常是由服務(wù)技術(shù)員通過 施加故障或過電流至斷路器來檢查。這種測試必須定期進(jìn)行，以確保保護(hù)功能的最大程度 的可用性。在私人/住宅使用中，通過測試按鈕可以測試R⑶，但是MCB(過流/短路保護(hù)裝置） 根本不能進(jìn)行測試。服務(wù)技術(shù)員的測試始終是受限制的測試，且只能為那一刻證明正確的 功能。這個(gè)測試不能保證斷路器在(不久的)將來也起作用。越經(jīng)常檢查，斷路器發(fā)生故障的 風(fēng)險(xiǎn)越低，但是這當(dāng)然是昂貴且耗費(fèi)大量勞動的。如果必須檢查全部斷路器功能，必須包括 結(jié)構(gòu)和電子電路的所有部件，甚至是用于電流隔離功能的機(jī)械觸點(diǎn)。在本發(fā)明斷路器實(shí)施 例中（不論在MCB還是R⑶版本中），在不同塊的部件中完成100%自檢查。針對這個(gè)額外的功 能，這樣做是不會有高系統(tǒng)負(fù)載，并且客戶也將不會注意該裝置是否在自測試。通過選擇使 用FMEA(故障模式影響分析)定義的獨(dú)立的電路定義測試塊。它們不是在相同時(shí)刻和頻率進(jìn) 行測試，而是以可編程的和/或智能的順序(通過使用風(fēng)險(xiǎn)分析定義)進(jìn)行測試。
[0057] 本發(fā)明體現(xiàn)在執(zhí)行交流斷路器(例如以MCB或RCD的形式）的自測試的許多方法中。 該斷路器包括(也參見圖1和上面的描述)用于將交流負(fù)載連接至電力網(wǎng)電源的在火線供電 接線端子Lin和火線負(fù)載接線端子Lout之間的火線，以及在中性供電接線端子Nin和中性負(fù) 載接線端子Nout之間的中性線，以及多個(gè)功能塊。多個(gè)功能塊至少包括旁路開關(guān)功能塊，其 包括在火線上的旁路開關(guān)SW1和相關(guān)的操作電路;第一電流隔離功能塊，其包括在火線上的 第一電流隔離開關(guān)SW2和相關(guān)的操作電路;第二電流隔離功能塊，其包括在中性線上的第二 電流隔尚開關(guān)SW3和相關(guān)的操作電路；以及半導(dǎo)體開關(guān)功能塊，其包括并聯(lián)連接至芳路開關(guān) SW1的半導(dǎo)體開關(guān)元件IGBT。對于旁路開關(guān)SW1和電流隔離開關(guān)，相關(guān)的操作電路可以通過 繼電器和繼電器驅(qū)動器(例如參見圖2和上面的描述)來實(shí)現(xiàn)。該斷路器還包括連接至第一 和第二電流隔離開關(guān)SW2和SW3、旁路開關(guān)SW1和半導(dǎo)體開關(guān)元件IGBT的處理單元。本發(fā)明方 法實(shí)施例包括對于多個(gè)功能塊的每一個(gè)執(zhí)行斷路器的自測試，其中多個(gè)功能塊的每一個(gè)的 測試的順序和定時(shí)在處理單元中被編程且在處理單元的控制下執(zhí)行，且當(dāng)在功能塊的任何 一個(gè)中檢測到故障狀態(tài)時(shí)進(jìn)入斷路器的故障模式。進(jìn)入故障模式可以包括故障信號傳輸、 操作或預(yù)防動作的故障安全原則，以及例如包括在處理單元的控制下，控制第一和第二電 流隔離開關(guān)(SW2，SW3)斷開（即斷開連接至斷路器的負(fù)載），或可選擇地控制所有開關(guān)SW1、 SW2、SW3和IGBT斷開。在另一個(gè)實(shí)施例中，交流斷路器還包括連接至處理單元的通信接口， 且進(jìn)入故障模式包括通過通信接口發(fā)送故障消息。另外，或可選擇地，發(fā)送故障消息還包括 提供可視和/或口述的警告信號，例如使用在圖1的實(shí)施例的用戶界面中的LED。
[0058] 進(jìn)入故障模式的這些類型可以被應(yīng)用于與如上所述的功能塊相關(guān)的下面子電路 的任何一個(gè)。在非常高的容忍度的情況下或當(dāng)必須保證不間斷電源對連接至斷路器的負(fù)載 供電時(shí)，存在在一定時(shí)期內(nèi)（可編程的）只使用通信接口或用戶界面選項(xiàng)的可能性。使用一 個(gè)實(shí)施例，也可以執(zhí)行再測試循環(huán)，其中執(zhí)行自測試還包括在進(jìn)入故障模式之前執(zhí)行具有 故障狀態(tài)的功能塊的再測試。
[0059]
[0060]
[0061]
[0062] 測試實(shí)施例也可以被描述如下：
[0063] 多個(gè)功能塊還包括連接至處理單元的短路和過電流檢測功能塊，且處理單元還被 配置為通過在火線中注入預(yù)定的電流(例如使用由處理單元控制的電流注入電路)來執(zhí)行 短路和過電流檢測功能塊的自測試。
[0064] 多個(gè)功能塊包括連接至處理單元的故障電流檢測功能塊，且處理單元還被配置為 通過在火線中注入預(yù)定的電流(更具體地在檢測線圈L1中，使用被圖1所描述的處理單元控 制的故障電流注入電路），執(zhí)行故障電流檢測功能塊的自測試。
[0065] 在另一個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行旁路開關(guān)功能塊的自測試包括在正常操作期間，在一段 小于大約l〇ms時(shí)間里斷開旁路開關(guān)SW1，且監(jiān)測半導(dǎo)體開關(guān)元件兩端的電壓。當(dāng)斷開旁路開 關(guān)SW1時(shí)，IGBT接收該電流，從而允許也測量IGBT兩端的電壓。
[0066] 另外地或可替代地，執(zhí)行第一或第二電流隔離開關(guān)功能塊的自測試包括在正常操 作期間，在一段小于大約l〇ms時(shí)間里斷開第一或第二電流隔離開關(guān)SW2、SW3,且監(jiān)測火線負(fù) 載接線端子(Lout)和中性負(fù)載接線端子(Nout)之間的電壓。注意，隨后測試第一和第二電 流隔離開關(guān)功能塊。另外，電流隔離開關(guān)SW2和SW3具有高速導(dǎo)通和關(guān)斷性能，并且使用低于 l〇ms電源中斷的定時(shí)，通常連接至被測試的斷路器的負(fù)載不會注意到電源故障。
[0067] 執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)功能塊的自測試包括在其中旁路開關(guān)SW1被斷開的期間，在短時(shí) 間內(nèi)（例如2_5ms)斷開半導(dǎo)體開關(guān)元件IGBT，且監(jiān)測火線負(fù)載接線端子Lout和中性負(fù)載接 線端子Nout之間的電壓。執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)功能塊的自測試可以在電力網(wǎng)電源的正半周期和 負(fù)半周期內(nèi)執(zhí)行，這允許測試在圖1所示的實(shí)施例中的整流橋的所有二極管。
[0068] 在斷路器的測試中也可以包括另外的功能塊：
[0069]
[0070] 在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)功能塊還包括電源，該電源連接至交流斷路器的元件用于 向其提供運(yùn)行功率，且處理單元被配置為連續(xù)地執(zhí)行電源的自測試。
[0071] 在另一個(gè)實(shí)施例中，處理單元被配置為以連續(xù)的方式執(zhí)行處理單元自身的自測 試。
[0072] 對于電源和處理單元的測試，通過緩沖電容器Η橋臂驅(qū)動器(參見圖2和上面描述） 的設(shè)計(jì)，在不存在電源(的一個(gè))或處理單元故障的情況下，也可以保證故障安全動作(切斷 電流隔離開關(guān)SW2、SW3或所有開關(guān)）。此外，在這些子測試中，在非常高的容忍度的情況下， 則存在僅在一定時(shí)間周期內(nèi)（可編程的）只使用通信接口和/或用戶界面執(zhí)行動作的可能 性。
[0073] 最后，在測試中也可以包括通信接口，使用作為對通信接口來說是公知的測試方 法。
[0074]
[0075] 值得注意的是，上述塊不會在相同時(shí)間和相同頻率下進(jìn)行測試。對于一些塊，故障 風(fēng)險(xiǎn)較高，例如在電源和處理單元中的故障，必須立即進(jìn)入裝置故障模式和(至少是）負(fù)載 的斷開。這些塊必須被持續(xù)地監(jiān)視，因?yàn)榫彌_電容器Η橋臂驅(qū)動器只有有限的時(shí)間能夠斷開 所有開關(guān)SW1"_SW3,以使得電源和處理單元具有持續(xù)的故障安全行為。
[0076]對于其他電路/功能塊，持續(xù)的測試是不可能的（例如開關(guān)SW1…SW3)，而這些必須 被定期地測試。頻率可以被編程，且可以取決于各種參數(shù)，例如：
[0077] ?負(fù)載電流(在低負(fù)載電流情況下，期望負(fù)載的較低干擾）
[0078] ?晝/夜時(shí)間
[0079] ?事件，例如短路之后
[0080] ?溫度
[0081] ?壽命(例如使用10年之后，測試頻率可以增加）
[0082] ?長時(shí)間MCB/R⑶不使用/關(guān)斷位置
[0083] ?電力網(wǎng)中斷很長時(shí)間之后
[0084] ?當(dāng)故障發(fā)生時(shí)的過程風(fēng)險(xiǎn)(例如醫(yī)療應(yīng)用）
[0085] 通過遠(yuǎn)程控制的自測試請求，也可以根據(jù)服務(wù)技術(shù)員的請求完成。而且結(jié)果（好/ 壞性能)可以通過通信接口進(jìn)行傳送。
[0086]注意，在一個(gè)故障開關(guān)SW1"_SW3情況下，總是存在可用的備份負(fù)載斷開開關(guān)(對于 旁路開關(guān)SW1:第一電流隔離開關(guān)SW2;對于第一電流旁路隔離開關(guān)SW2:旁路開關(guān)SW1和IGBT 的組合;對于第二電流旁路隔離開關(guān)SW3:第一電流隔離開關(guān)SW2)。
[0087]如果檢測出故障或測量的參數(shù)(接近/達(dá)到)超出容忍度，MCB/RCD狀態(tài)將改變?yōu)檠b 置故障模式。在嚴(yán)重問題的情況下，這將立即導(dǎo)致負(fù)載的斷開連接和所有開關(guān)和IGBT的斷 開。這種故障模式也將被顯示（例如通過LED)在斷路器的前面，且通知給通信接口（如果這 仍然是可能的）。
[0088] 根據(jù)發(fā)現(xiàn)的故障的性質(zhì)，對MCB/RCD的暫時(shí)的偏差/故障的接受度進(jìn)行編程也是可 能的，例如在關(guān)斷負(fù)載比缺少保護(hù)功能（例如醫(yī)療應(yīng)用或交通燈)更危險(xiǎn)的情況下。暫時(shí)不 關(guān)斷負(fù)載的另一個(gè)原因可能是這將導(dǎo)致大的過程干擾或成本，或者是仍有可用的第二備份 保護(hù)的情況。特別是當(dāng)通過通信接口可能有錯誤通信時(shí)，以及在可接受的時(shí)間內(nèi)有可用的 專業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)時(shí)。
[0089] 內(nèi)部故障處理方案也可以被用在負(fù)載故障情形的情況下。例如如果在沒有規(guī)定故 障電流保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)中檢測到恒定的故障電流，出于如上述同樣的原因，可以編程以暫時(shí)接 受這種情況。甚至有可能出現(xiàn)在通過本發(fā)明斷路器(MCB或RCD變形）的實(shí)施例的處理單元中 編程的智能檢測算法的情況下的特定的負(fù)載問題，這個(gè)特定的負(fù)載被識別，且通過其他開 關(guān)裝置被斷開。
[0090] 參考附圖中所示的一些示例性實(shí)施例，上面已經(jīng)描述了本發(fā)明實(shí)施例。一些裝置 或元件的修改和替換實(shí)施是可能的，并且包括在所附權(quán)利要求所限定的保護(hù)范圍中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種執(zhí)行交流斷路器的自測試的方法，所述斷路器包括： -用于將交流負(fù)載連接至電力網(wǎng)電源的在火線供電接線端子(Lin)和火線負(fù)載接線端 子(Lout)之間的火線，以及在中性供電接線端子(Mn)和中性負(fù)載接線端子(Nout)之間的 中性線， -多個(gè)功能塊，所述多個(gè)功能塊至少包括： -旁路開關(guān)功能塊，其包括在所述火線上的旁路開關(guān)(SWl)和相關(guān)的操作電路； -第一電流隔離功能塊，其包括在所述火線上的第一電流隔離開關(guān)(SW2)和相關(guān)的操作 電路； -第二電流隔離功能塊，其包括在所述中性線上的第二電流隔離開關(guān)(SW3)和相關(guān)的操 作電路；以及 -半導(dǎo)體開關(guān)功能塊，其包括并聯(lián)連接至所述旁路開關(guān)（SWl)的半導(dǎo)體開關(guān)元件 (IGBT)， -連接至所述第一和第二電流隔離開關(guān)（SW2，SW3)、所述旁路開關(guān)（SWl)和所述半導(dǎo)體 開關(guān)元件（IGBT)的處理單元， 所述方法包括： -對于所述多個(gè)功能塊中的每一個(gè)執(zhí)行所述斷路器的自測試，其中所述多個(gè)功能塊中 的每一個(gè)的測試的順序和定時(shí)在所述處理單元中被編程且在所述處理單元的控制下執(zhí)行， 以及 -當(dāng)在所述功能塊的任何一個(gè)中檢測到故障狀態(tài)時(shí)進(jìn)入所述斷路器的故障模式。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中進(jìn)入所述故障模式包括控制所述第一和第二電流 隔離開關(guān)(SW2，SW3)斷開，或可選擇地控制所有開關(guān)(SWl，SW2，SW3，IGBT)斷開。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述交流斷路器還包括連接至所述處理單元的 通信接口，且進(jìn)入所述故障模式包括經(jīng)由所述通信接口發(fā)送故障消息。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中發(fā)送故障消息還包括提供可視的和/或口述的警告 信號。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中執(zhí)行所述自測試還包括在進(jìn)入所述故 障模式之前執(zhí)行具有故障狀態(tài)的功能塊的再測試。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中執(zhí)行所述旁路開關(guān)功能塊的所述自測 試包括在正常操作期間，在一段小于大約IOms的時(shí)間里斷開所述旁路開關(guān)(SWl)，且監(jiān)測所 述半導(dǎo)體開關(guān)元件兩端的電壓。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中執(zhí)行所述第一或第二電流隔離開關(guān)功 能塊的所述自測試包括在正常操作期間，在一段小于大約IOms的時(shí)間里斷開所述第一或第 二電流隔離開關(guān)(SW2，SW3)，且監(jiān)測所述火線負(fù)載接線端子(Lout)和所述中性負(fù)載接線端 子(Nout)之間的電壓。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一和第二電流隔離開關(guān)功能塊隨后被測試。9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法，其中執(zhí)行所述半導(dǎo)體開關(guān)功能塊的所述自 測試包括在其中所述旁路開關(guān)(SWl)被斷開的期間，在短時(shí)間內(nèi)斷開所述半導(dǎo)體開關(guān)元件 (IGBT)，且監(jiān)測所述火線負(fù)載接線端子(Lout)和所述中性負(fù)載接線端子(Nout)之間的電 壓。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中執(zhí)行所述半導(dǎo)體開關(guān)功能塊的所述自測試在所述 電力網(wǎng)電源的正半周期和負(fù)半周期內(nèi)執(zhí)行。11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述多個(gè)功能塊還包括連接至所述 處理單元的短路和過電流檢測功能塊， 且其中所述處理單元還被配置為通過在所述火線中注入預(yù)定的電流，來執(zhí)行所述短路 和過電流檢測功能塊的自測試。12. 根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述多個(gè)功能塊包括連接至所述處 理單元的故障電流檢測功能塊， 且其中所述處理單元還被配置為通過在所述火線中注入預(yù)定的電流，來執(zhí)行所述故障 電流檢測功能塊的自測試。13. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述多個(gè)功能塊還包括電源，其連接 至所述交流斷路器的元件并用于向該元件提供運(yùn)行功率，且 其中所述處理單元被配置為連續(xù)地執(zhí)行所述電源的自測試。14. 根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述處理單元被配置為以連續(xù)的方 式執(zhí)行所述處理單元自身的自測試。15. -種被構(gòu)造和被配置為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的方法的交流斷路 器。
【文檔編號】H01H83/04GK105934810SQ201480074128
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2014年12月4日
【發(fā)明人】R·尼霍夫
【申請人】伊頓工業(yè)(荷蘭)有限公司