專利名稱：用于監(jiān)視中壓或高壓系統(tǒng)的導(dǎo)體中的放電過程的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種用于監(jiān)視中壓或高壓系統(tǒng)的導(dǎo)體中的放電過程的裝 置，其具有至少一個(gè)適合于采集在導(dǎo)體中流動(dòng)的電流的換能器，其中，該 至少 一個(gè)換能器與用于監(jiān)視放電過程的監(jiān)視裝置連接。
背景技術(shù)：
這種裝置例如由WO02/061904A1公開。其用作所謂的》文電器監(jiān)一見 (Ableitermonitoring )，其中，對(duì)在中壓或高壓系統(tǒng)的導(dǎo)體中流動(dòng)的電流進(jìn)
行監(jiān)視。
從放電器監(jiān)視的角度來看，對(duì)這種電流沖擊(Stromst6J3e )的記錄和分 析是極其重要的。不過，待監(jiān)視的放電過程極少出現(xiàn)并且持續(xù)時(shí)間極其短 暫。電流沖擊的典型的半峰值時(shí)間小于100ps。其出現(xiàn)是不可預(yù)見的。對(duì)該 過程的采集要求高性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，特別是涉及到數(shù)字化、定量化以及 分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，擴(kuò)展本文開始部分所述類型的裝置。要 提供一種對(duì)于放電過程的監(jiān)視裝置，該裝置可以保持在一種省電的被動(dòng)模 式中，直到要記錄放電過程。在這種情況下，該裝置應(yīng)該能加速(hochfahren ) 到主動(dòng)模式，以便可以記錄放電過程，即使該放電過程僅僅持續(xù)極其短暫 的時(shí)間。即使放電過程已經(jīng)處于監(jiān)視裝置的"喚醒階段"甚至在該階段的末尾 已經(jīng)結(jié)束了，仍然可以記錄該完整的放電過程。
在本文開始部分所述類型的裝置中，上述技術(shù)問題通過本發(fā)明的解決 如下地體現(xiàn)在換能器和該裝置的監(jiān)視裝置之間設(shè)置脫扣器，在導(dǎo)體中流 動(dòng)的門限電流被超出的條件下，該脫扣器將監(jiān)視裝置從不適合于監(jiān)視的被 動(dòng)模式轉(zhuǎn)換到適合于監(jiān)視的主動(dòng)模式；并且在換能器和監(jiān)視裝置之間設(shè)置
至少一個(gè)儲(chǔ)存電路，該儲(chǔ)存電路存儲(chǔ)待監(jiān)視和/或待記錄的放電電流。因此，本發(fā)明的一個(gè)基本特征是用于待記錄的放電電流的存儲(chǔ)電路， 在該存儲(chǔ)電路中 一直存儲(chǔ)一個(gè)與通過導(dǎo)體流動(dòng)的電流對(duì)應(yīng)的信號(hào)，直到監(jiān) 視裝置從"待機(jī)"運(yùn)行被加速到主動(dòng)的狀態(tài)。這樣，在存儲(chǔ)電路中所存儲(chǔ)的信 號(hào)被記錄。
在本發(fā)明的第一擴(kuò)展中，所述脫扣器與第一換能器連接，而所述^f諸存 電路與第二換能器連接。也就是說，設(shè)置了兩個(gè)單獨(dú)的換能器，它們被耦 合到所述導(dǎo)體上并且相互獨(dú)立地為脫扣器以及存儲(chǔ)電路提供電流信號(hào)。至 少一個(gè)換能器被構(gòu)造為電流互感器。該電流互感器可以具有鐵心。至少一 個(gè)換能器也可以被構(gòu)造為無鐵的磁場(chǎng)探測(cè)器。
所述4諸存電路可以具有至少 一 個(gè)電阻和至少 一 個(gè)電容。
此外，可以在所述換能器和儲(chǔ)存電路之間設(shè)置整流器。在此，該整流
器可以是橋式整流器、特別是全波整流器(Zweiwegegleichrichter)。它也可 以是半波整流器。
此外，在所述換能器和儲(chǔ)存電路之間設(shè)置保護(hù)電路。在所述儲(chǔ)存電路 和監(jiān)視裝置之間也可以設(shè)置保護(hù)電路。
所述監(jiān)視裝置也可以與能夠用來在記錄了放電電流之后使儲(chǔ)存電路放 電的i史電電3各連4妾。
最后，所述監(jiān)視裝置可以具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器和與該模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接的基 準(zhǔn)，以便能夠按照簡(jiǎn)單并且公知的方式來記錄待記錄的放電電流。
利用該實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)了下列不同的優(yōu)點(diǎn)
這樣構(gòu)造用于監(jiān)視放電過程的裝置并且特別是存儲(chǔ)電路，使得其不需 要任何的供電電壓并且由此沒有任何電流消耗。這點(diǎn)支持了在放電器監(jiān)視 中省電可能性的目標(biāo)。
該裝置始終準(zhǔn)備就緒并且沒有延遲。即使放電電流持續(xù)極其短暫的時(shí) 間，也可以將其可靠地采集。這點(diǎn)是對(duì)偶爾出現(xiàn)并且不能預(yù)測(cè)的放電過程 進(jìn)行可靠監(jiān)視和采集的前提條件。
這樣構(gòu)造存儲(chǔ)電路，使得其與監(jiān)視裝置獨(dú)立。這點(diǎn)為將監(jiān)視裝置轉(zhuǎn)換 到期望的"省電"模式提供了前提條件。
存儲(chǔ)電路可以承擔(dān)對(duì)電流沖擊脈沖的存儲(chǔ)，直到監(jiān)視裝置已經(jīng)結(jié)束了 其從"省電，，模式到正常運(yùn)行狀態(tài)的加速并且可以執(zhí)行進(jìn)一步的處理了 。這點(diǎn) 是對(duì)于下列情況的重要前提條件監(jiān)視裝置可以轉(zhuǎn)換到所希望的省電的"省電"模式，而沒有可能采集不到部分放電過程的危險(xiǎn)。
這樣構(gòu)造優(yōu)選地作為電阻-電容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的存儲(chǔ)電路，使得該網(wǎng)絡(luò)對(duì) 待采集信號(hào)已經(jīng)可以進(jìn)行預(yù)處理。可以根據(jù)電阻電容比值如下地設(shè)計(jì)該預(yù)
處理形成待采集信號(hào)的峰值或者平均值。必要時(shí)，也可以設(shè)置兩個(gè)用于 峰值以及用于平均值的單獨(dú)電路。提供該"模擬計(jì)算的，，預(yù)處理減少了通過監(jiān) 視裝置的計(jì)算上的進(jìn)一步處理。這點(diǎn)有助于進(jìn)一步優(yōu)化該裝置的電流消耗。 放電過程僅僅是非常少地出現(xiàn)，并且也只有短暫的持續(xù)時(shí)間。出于這 個(gè)原因，僅僅在整個(gè)時(shí)間的極小的部分需要監(jiān)視裝置。就采集放電過程來 說，空閑時(shí)間幾乎是100% 。這樣構(gòu)造帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及基準(zhǔn)的監(jiān)視裝置， 使得其在不被需要的時(shí)間內(nèi)可以轉(zhuǎn)換到"省電"模式。這意味著對(duì)電流需 求的優(yōu)化。由此，為實(shí)現(xiàn)用于監(jiān)視放電過程的自供電的和經(jīng)濟(jì)的裝置，創(chuàng) 造了前提條件。
本發(fā)明為電流的監(jiān)視提供了固定的和緊湊的設(shè)備，該設(shè)備被設(shè)置在放 電器上。出于經(jīng)濟(jì)上的原因，該設(shè)備優(yōu)選具有獨(dú)立的自供電。該供電可以 是電池或者太陽(yáng)能電池；也可以考慮從放電器漏電流中供電。因此，具有 優(yōu)勢(shì)的是，可以省電地運(yùn)行監(jiān)視設(shè)備(即，所謂的"Intelligent and energy-self-sufficient sensor system,智能和自供能傳感器系統(tǒng)")。
不需要設(shè)備持久的主動(dòng)狀態(tài)，該主動(dòng)狀態(tài)即使在采用省電的開關(guān)電路 (微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等)的條件下也消耗許多電流。因此，將提出的 裝置轉(zhuǎn)換到省電的被動(dòng)模式、即"省電"模式，也就是其中設(shè)備具有最小 的能量消耗(電流為數(shù)nA)的"待機(jī)"運(yùn)行。
根據(jù)不同的電路類型，為了將監(jiān)視裝置從其被動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到主動(dòng)狀態(tài) 的加速時(shí)間(即"Wake- Up-Zeit,喚醒時(shí)間，，)在50ps至毫秒范圍的區(qū)域中。 所需要的模擬電路部件，例如監(jiān)視設(shè)備的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)，大多需要非 常多的時(shí)間用于加速以及進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的過渡(Einschwingen )。
如解釋的那樣，這種類型的裝置處于省電模式，并且在出現(xiàn)放電過程 時(shí)才必須被"喚醒"，因此需要一定的時(shí)間來到達(dá)完全的運(yùn)行準(zhǔn)備就緒；不 過，根據(jù)本發(fā)明，這種類型的裝置是不成問題的，而且盡管放電過程典型 地僅持續(xù)短暫時(shí)間還是能夠完全地采集。


圖1中示出了本發(fā)明的一種實(shí)施例。
該圖示意性地示出了 一種用于監(jiān)視中壓或高壓系統(tǒng)的導(dǎo)體中的放電過 程的裝置，包括其部件。
具體實(shí)施例方式
圖1中可以看到中壓或高壓系統(tǒng)的導(dǎo)體1。如果出現(xiàn)放電過程，則電流
I通過導(dǎo)體l流動(dòng)。與導(dǎo)體l電感耦合的電流互感器2采集該電流I并且將 其轉(zhuǎn)換為模擬的電壓信號(hào)。利用該電壓信號(hào)對(duì)脫扣器5 (觸發(fā)電路)供電。 如果電流I超過一個(gè)預(yù)定的門限、即門限電流Is,則脫扣器5產(chǎn)生一個(gè)主動(dòng) 的觸發(fā)信號(hào)15。該觸發(fā)信號(hào)15將監(jiān)視裝置4從"待機(jī)"或者說"省電"模 式中喚醒，并且監(jiān)視裝置4轉(zhuǎn)換到主動(dòng)的、完全準(zhǔn)備運(yùn)行的狀態(tài)，在該狀 態(tài)中其可以記錄放電電流；也就是說，在監(jiān)視裝置4中進(jìn)行加速和初始化。
在該實(shí)施例中，觸發(fā)信號(hào)15被送至監(jiān)視裝置4的具有中斷能力的輸入 端16上。監(jiān)視裝置4本身具有一個(gè)高效的微控制器。示出了一個(gè)集成的模 數(shù)轉(zhuǎn)換器13以及為此所需的模擬基準(zhǔn)14 (基準(zhǔn)電壓)。
電流沖擊I不僅影響到電流互感器2，而且還同時(shí)影響到第二換能器3, 后者在本例被構(gòu)造為無鐵的磁場(chǎng)探測(cè)器。也可以將換能器3構(gòu)造為帶有鐵 心的電流互感器。在導(dǎo)體1中流動(dòng)的電流I產(chǎn)生一個(gè)圍繞該導(dǎo)體1的成正比 的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)由換能器3采集并且轉(zhuǎn)換成一個(gè)成正比的電流Ip。
該電流Ip通過整流器9被整流，并且被送至存儲(chǔ)電路6,該存儲(chǔ)電路 被構(gòu)造為電阻-電容網(wǎng)絡(luò)。在該實(shí)施例中作為橋式整流器(全波整流器) 構(gòu)造的整流器9，也可以被構(gòu)造為半波整流器。在采用兩個(gè)具有相反整流的 分開的采集電路的條件下，可以區(qū)分正的和負(fù)的電流沖擊。
在存儲(chǔ)電路6中包含的電阻7和電容8，確定該存儲(chǔ)電^各的充電以及^: 電時(shí)間常數(shù)，并且由此確定在電容8上通過電流Ip引起的電壓的高度。也 就是說，在存儲(chǔ)電路6中存在的電容8起到存儲(chǔ)元件的作用。
電容8上的電壓被送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器13。在監(jiān)視裝置4執(zhí)行并結(jié)束了其 加速以及初始化之后，其立刻開始借助于模數(shù)轉(zhuǎn)換器13對(duì)電容8上的電壓 進(jìn)行數(shù)字化。所獲得的數(shù)字化后的電壓值可以被用于在本身公知的放電器 監(jiān)視的意義上的進(jìn)一步處理。
如果記錄了放電過程，則可以利用放電電路12將電容8迅速放電，其中，如所示出的那樣，放電電路12的激活由監(jiān)視裝置4進(jìn)行。由此，存儲(chǔ) 電路6為重新存儲(chǔ)放電過程作好準(zhǔn)備(對(duì)采集的再次準(zhǔn)備就緒)。
也可以離散地構(gòu)造所示出的監(jiān)視裝置4，即，由一個(gè)控制器和一個(gè)外部 模數(shù)轉(zhuǎn)換器13以及所屬的基準(zhǔn)14組成。
為了防止過電壓，設(shè)置了保護(hù)電路10和11，它們被設(shè)置在整流器9 和存儲(chǔ)電路6之間以及在存儲(chǔ)電路6和監(jiān)視裝置4之間。保護(hù)電路10和11 分別應(yīng)該保護(hù)其后的電路部件免受過電壓。不過，對(duì)于放電過程的采集來 說保護(hù)電路IO、 ll不是必須的，它們只是用于提高裝置的魯棒性。
與本實(shí)施例不同，也可以將換能器2和3綜合為一個(gè)唯一的換能器。
如所解釋的那樣，在存儲(chǔ)電路6中設(shè)置的電阻7和電容8確定存儲(chǔ)電 路6的、即電網(wǎng)的充電以及放電時(shí)間常數(shù)，并且由此確定電容8上的電壓 高度。通過對(duì)電阻7和電容8的值進(jìn)^f亍不同配置，可以如下地改變對(duì)^:電 過程的采集，使得其采集電流沖擊I的峰值("Peak-Hold")或者平均值 ("Average")。也可以并行地建立兩個(gè)采集，以便采集兩個(gè)值。也就是說，在 這種情況下例如設(shè)置兩個(gè)平行設(shè)置的存儲(chǔ)電路6。
在帶有所屬開關(guān)部件13、 14的監(jiān)視裝置4已經(jīng)開始對(duì)在電容8上的電 壓進(jìn)行數(shù)字化之后，也可以將該電壓在時(shí)間上采樣的意義上周期地?cái)?shù)字化。 在采樣間隔恒定并已知的條件下，從中形成在放電器監(jiān)視的意義上分析電 壓值的其它可能性。
一方面，可以如下地確定放電過程的持續(xù)時(shí)間假定從主動(dòng)的觸發(fā)信 號(hào)15直到對(duì)電容8上的電壓進(jìn)行首次數(shù)字化的時(shí)間是已知并恒定的(系統(tǒng) 固有的)?？梢源_定在識(shí)別電容8上的電壓衰退前和由此電流沖擊I衰退前 的采樣的數(shù)量。
間，計(jì)算對(duì)于放電器監(jiān)視感興趣的能量當(dāng)量(Energie汪quivalent),也就是說， 在放電過程期間放電器必須接收多少能量(該能量基本決定其老化)。
存儲(chǔ)電路6的如下能力獨(dú)立于監(jiān)視裝置4自給自足地工作以及利用 電容8存儲(chǔ)所采集的信號(hào)，直到監(jiān)視裝置4的加速結(jié)束，極大地筒化了對(duì) 用于帶有其組件13和14的監(jiān)視裝置4的開關(guān)電路的選擇。因此，通常來 說是關(guān)鍵的加速時(shí)間、特別是模擬電路部件的加速時(shí)間，在對(duì)合適的開關(guān) 電路進(jìn)行選擇時(shí)不再是排除標(biāo)準(zhǔn)了。在選擇監(jiān)視裝置的組件時(shí)，可以將注意力更多地;改到?jīng)Q定計(jì)算性能的其它特性上。
采用以具有積分特性的電容8形式的儲(chǔ)存器元件，優(yōu)選地完善了換能 器3的微分特性，該換能器在本實(shí)施例中被實(shí)現(xiàn)為電感性工作的磁場(chǎng)探測(cè) 器，以便形成在放電器中流動(dòng)的電流沖擊I的模擬映射(Abbild)。這點(diǎn)優(yōu) 選地支持了如下的概念在監(jiān)視裝置4的外部對(duì)待采集的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。
監(jiān)視裝置4在其加速之后才開始對(duì)電容8上的電壓進(jìn)行數(shù)字化的事實(shí) 具有如下的另外優(yōu)點(diǎn)當(dāng)該數(shù)字化開始之時(shí)，在放電器1中的充滿能量的 電流沖擊I已經(jīng)開始衰退。在放電過程中可能的電流沖擊能夠到達(dá)100 kA 的范圍。因此其與高的電場(chǎng)相關(guān)聯(lián)，后者可能干擾電子器件、例如敏感的 模數(shù)轉(zhuǎn)換。對(duì)處理在時(shí)間上進(jìn)行分級(jí)，巧妙地避免了否則由于對(duì)干擾的耦 合(EMV)造成的充滿能量的電流沖擊的不可避免的影響。換能器3與監(jiān) 視裝置4(包括部件13和14)的空間分離，不允許該裝置的期望的經(jīng)濟(jì)性， 因?yàn)樵谶@種情況下不再可能是優(yōu)選的緊湊結(jié)構(gòu)了。不過，由于已經(jīng)解釋的 工作方式，這點(diǎn)不會(huì)為所提出的技術(shù)方案帶來任何問題。
參考標(biāo)記清單
1導(dǎo)線
2換能器
3哨 A。 鄰
4監(jiān)視裝置
5脫扣器
6存儲(chǔ)電路
7電阻
8電容
9整流器
10保護(hù)電路
11保護(hù)電路
12放電電路
13模數(shù)轉(zhuǎn)換
14基準(zhǔn)
15觸發(fā)信號(hào)16 能夠中斷的輸入端
I 電流
Is 門限電流
Ip 成正比的電 流
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)視中壓或高壓系統(tǒng)的導(dǎo)體(1)中的放電過程的裝置，其具有至少一個(gè)適合于采集在該導(dǎo)體(1)中流動(dòng)的電流(I)的換能器(2，3)，其中，該至少一個(gè)換能器(2，3)與用于監(jiān)視放電過程的監(jiān)視裝置(4)連接，其特征在于，在所述換能器(2，3)和監(jiān)視裝置(4)之間設(shè)置脫扣器(5)，在該導(dǎo)體(1)中流動(dòng)的門限電流(IS)被超出的條件下，該脫扣器將所述監(jiān)視裝置(4)從不適合于監(jiān)視的被動(dòng)模式轉(zhuǎn)換到適合于監(jiān)視的主動(dòng)模式；并且在所述換能器(2，3)和監(jiān)視裝置(4)之間設(shè)置至少一個(gè)儲(chǔ)存電路(6)，該儲(chǔ)存電路存儲(chǔ)要由該監(jiān)視裝置(4)監(jiān)視和/或記錄的放電電流(I)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述脫扣器(5)與第一 換能器(2)連接，而所述儲(chǔ)存電路(6)與第二換能器(3)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)換能器(2) 被構(gòu)造為電流互感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述電流互感器具有鐵
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)換能器(3) 被構(gòu)造為無鐵的磁場(chǎng)探測(cè)器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述儲(chǔ)存 電路(6)具有至少一個(gè)電阻(7)和至少一個(gè)電容(8)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在所述換 能器(3)和儲(chǔ)存電路(6)之間設(shè)置整流器(9)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述整流器(9)是橋式 整流器、特別是雙全波整流器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述整流器(9)是單半 波整流器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在所述換 能器(3)和儲(chǔ)存電路(6)之間設(shè)置保護(hù)電路(10)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在所述儲(chǔ)存電路(6)和監(jiān)視裝置(4)之間設(shè)置保護(hù)電路(11)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述監(jiān) 視裝置(4)與能夠用來使得所述儲(chǔ)存電路(6)放電的放電電路(12)連接。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述監(jiān) 視裝置(4)具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器(13)和與該模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接的基準(zhǔn)(l4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)視中壓或高壓系統(tǒng)的導(dǎo)體(1)中的放電過程的裝置，其具有至少一個(gè)適合于采集在該導(dǎo)體(1)中流動(dòng)的電流(I)的換能器(2，3)，其中，該至少一個(gè)換能器(2，3)與用于監(jiān)視放電過程的監(jiān)視裝置(4)連接。為了能夠省電地監(jiān)視即使是極其短暫的放電過程，按照本發(fā)明，在所述換能器(2，3)和監(jiān)視裝置(4)之間設(shè)置脫扣器(5)，在該導(dǎo)體(1)中流動(dòng)的門限電流(I_S)被超出的條件下，該脫扣器將所述監(jiān)視裝置(4)從不適合于監(jiān)視的被動(dòng)模式轉(zhuǎn)換到適合于監(jiān)視的主動(dòng)模式；并在所述換能器(2，3)和監(jiān)視裝置(4)之間設(shè)置至少一個(gè)儲(chǔ)存電路(6)，該儲(chǔ)存電路存儲(chǔ)要由監(jiān)視裝置(4)監(jiān)視和/或記錄的放電電流(I)。
文檔編號(hào)H02H3/04GK101622764SQ200880006906
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2008年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月1日
發(fā)明者拉斯·克林貝爾, 沃爾特·奧克斯勒 申請(qǐng)人:西門子公司