用于保護用電器的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于保護用電器（2）的裝置（1），其具有包括兩條導線（101，102）的第一電流路徑（100），并且具有用于測定用電器（2）面臨的過載的監(jiān)控裝置。為了能夠測定用電器（2）面臨的過載而提出，所述監(jiān)控裝置包括第一測溫單元（18）、評估單元（4）和在第一電流路徑（100）的兩條導線（101，102）之間建立導電連接的第一儀用互感器（10），其中，所述第一測溫單元（18）與第一儀用互感器（10）電流隔離，并且能檢測第一儀用互感器（10）的溫度，其中，所述評估單元（4）能夠借助檢測的第一儀用互感器（10）的溫度測定第一儀用互感器（10）的根據(jù)時間的升溫狀況，并且評估單元能通過對所測定的第一儀用互感器（10）的根據(jù)時間的升溫狀況的評估測定用電器（2）上面臨的過載。
【專利說明】用于保護用電器的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于對用電器進行過載保護，特別是熱過載保護的裝置和方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在這里特別是將電動機(例如異步電機)、電纜和/或?qū)Ь€視為用電器。用電器上的熱過載由過高的電流、例如由電動機上的機械過載形成或由電動機的單條或兩條導電路徑(相)失效而引起的。在這個過程中，用電器發(fā)生不期望的溫度變化，這最終可能導致用電器的損壞。
[0003]為了測定用電器面臨的熱過載，大部分情況下都是將裝置集成到為用電器提供電能的導電路徑中，從而能夠借助于這些裝置探測面臨的熱過載。在此可以進行單相也或者多相的監(jiān)控，也就是說，可以監(jiān)控用電器的一個單個的導電路徑(一個相)，但是也可以監(jiān)控多個導電路徑(多個相)。
[0004]相應(yīng)的裝置對應(yīng)每個需要進行監(jiān)控的導電路徑具有一個電流路徑，通過該電流路徑引導通過該導電路徑完成的能量供應(yīng)。因此，借助于電流路徑用電器的電能傳導經(jīng)過該裝置。借助于該裝置的控制裝置監(jiān)控電流路徑的電流，從而能夠探測用電器面臨的過載。這類裝置例如是過載繼電器或者斷路器。對于下游的用電器而言，斷路器除了能夠通過A脫扣器進行熱過載保護，還能夠通過N脫扣器進行短路保護。
[0005]在本申請中，特別是要為用電器(例如，發(fā)動機、導線、變壓器和發(fā)電機)提供過載保護。
[0006]對用于測定用電器熱過載的裝置提出了不同的要求:
[0007]-該裝置應(yīng)該盡可`能地不僅能夠監(jiān)控AC電流還能監(jiān)控DC電流，使得不僅能夠監(jiān)控AC用電器的過載，還能監(jiān)控DC用電器的過載。
[0008]-該裝置應(yīng)該具有盡可能大的設(shè)定范圍。設(shè)定范圍就是能夠?qū)τ秒娖鞯墓ぷ麟娏鬟M行監(jiān)控的范圍。它受到工作電流上限、和工作電流下限Iu的界定(Itj到1?)。借助于裝置上的設(shè)定器(例如設(shè)定螺栓)能夠?qū)徇^載脫扣器設(shè)定至用電器的相應(yīng)的額定電流，從而能夠有目標地對下游需要進行監(jiān)控的用電器進行監(jiān)控。
[0009]-該裝置應(yīng)該產(chǎn)生盡可能少的損耗功率。
[0010]-該裝置應(yīng)該在需要監(jiān)控的電流路徑和探測過載的監(jiān)控裝置之間具有盡可能簡單的電流隔離裝置。
[0011 ]-該裝置應(yīng)該具有熱記憶。也就是說如果發(fā)現(xiàn)用電器面臨的熱過載，就需要中斷對用電器的電流輸送，直到確保用電器已經(jīng)冷卻。因此應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)在測定熱過載以后不會立即接通用電器。
[0012]在用電器面臨熱過載時，在用電器的一些導電路徑(相)中出現(xiàn)增高的電流上升。因此，在用電器上游的、用于監(jiān)控用電器的熱過載的裝置可以通過監(jiān)控其導電路徑探測并評估這種增高的電流上升。為此可以運用不同的測量原理。因此可以借助于該裝置的不同的監(jiān)控裝置測定面臨的過載。[0013]通常對應(yīng)用電器的每個需要監(jiān)控的相在相應(yīng)的電流路徑上，用于探測用電器的過載的監(jiān)控裝置包括雙金屬脫扣器、電流轉(zhuǎn)換器或者分流器。
[0014]在借助于雙金屬脫扣器進行監(jiān)控時，將需要監(jiān)控的電流路徑與雙金屬脫扣器如下地耦合，即，使得通過電流上升能夠讓雙金屬脫扣器升溫，并且最終讓雙金屬脫扣器的一部分發(fā)生空間上的轉(zhuǎn)向。這種轉(zhuǎn)向被探測并且被進一步評估。借助于雙金屬脫扣器不僅能夠測定直流電的情況也能夠測定交流電的情況。雙金屬脫扣器的典型設(shè)定范圍在I到1.6。雙金屬脫扣器的缺點在于，它會產(chǎn)生很高的損耗功率。相反，在雙金屬脫扣器中能夠低消耗地實現(xiàn)熱記憶和各個導電路徑(相)之間的電流隔離。
[0015]在借助于電流轉(zhuǎn)換器進行監(jiān)控時，當前的電流轉(zhuǎn)換器測定其電流路徑的相應(yīng)電流，使得評估單元能夠進一步分析電流，并且最終能夠探測面臨的過載。這種測量方法的缺點在于，不能檢測DC電流的情況。設(shè)定范圍在I至10，并且損耗功率低。然而通過電流轉(zhuǎn)換器本身不能復制熱記憶。
[0016]在借助于分流器進行監(jiān)控時，分流器集成在電流路徑中，從而能夠通過它分接代表電流的電壓。通過接下來分析施加在分流器上的電壓可以測定面臨的熱過載。借助于分流器測量法能夠檢測AC/DC電流的情況。設(shè)定范圍通常在I到4。借助于分流器進行的測量法的缺點在于，通過在分流器上分接電壓不能復制熱記憶，并且只有在耗費很大的情況下才有可能電流隔離各個相。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的一個目的在于，提供一種裝置以及一種方法，利用它們能夠測定用電器面臨的過載。特別是借助于該裝置不僅要能夠監(jiān)控直流電，也要能夠監(jiān)控交流電。此外優(yōu)選地還要能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控裝置與需要監(jiān)控的電流路徑的簡單的電流隔離。
[0018]該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置得以實現(xiàn)，也就是通過一種用于保護用電器的裝置來實現(xiàn)，該裝置具有包括兩條導線的第一電流路徑，并且具有用于測定用電器面臨的過載的監(jiān)控裝置，其中，監(jiān)控裝置包括第一測溫單元、評估單元和在第一電流路徑的兩條導線之間建立導電連接的第一儀用互感器，其中，第一測溫單元與第一儀用互感器電流隔離，并且第一測溫單元能檢測第一儀用互感器的溫度，其中評估單元能借助于檢測到的第一儀用互感器的該溫度測定第一儀用互感器的升溫狀況，并且能通過對測定的第一儀用互感器的升溫狀況的評估測定用電器上面臨的過載，該目的還通過根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法來實現(xiàn)，也就是通過一種保護用電器的方法來實現(xiàn)，其中，裝置包括具有兩條導線的第一電流路徑和用于測定用電器面臨的過載的監(jiān)控裝置，其中監(jiān)控裝置包括第一測溫單元、評估單元和在第一電流路徑的兩條導線之間建立導電連接的第一儀用互感器，其中第一測溫單元與第一儀用互感器電流隔離，并且第一測溫單元對第一儀用互感器的溫度檢測至少兩次，并且評估單元借助于檢測到的第一儀用互感器的溫度測定第一儀用互感器的升溫狀況，并且能通過對測定的第一儀用互感器的升溫狀況的評估測定用電器上面臨的過載。
[0019]本發(fā)明的有利改進方案在從屬權(quán)利要求2至12中提供。
[0020]電流路徑特別是用于為用電器供應(yīng)能量的饋電線的一部分。饋電線也稱為主電流路徑或者相。在用電器(例如電動機)主動運行時，與時間有關(guān)的電動機電流穿流過電流路徑，并且因此穿過第一儀用互感器，該電動機電流在第一儀用互感器中依據(jù)電流電平和電流通過時間使得第一儀用互感器按定義地升溫(受電流影響的升溫)。在用電器面臨過載時，第一儀用互感器的熱狀況不同于用電器在標準運行時的熱狀況。特別是在面臨過載時，與標準工作狀態(tài)相比在第一儀用互感器處存在升高的溫度。這導致第一儀用互感器的特征性的升溫狀況，其能從評估單元方面測定并被評估。通過評估單元，特別是能進行對測定的第一儀用互感器溫度在時間上進行分析，從而能夠從中識別出用電器面臨的過載。在這種情況下，優(yōu)選地以定義的時間間隔評估第一儀用互感器的升溫狀況。
[0021]儀用互感器的升溫狀況特別是指第一儀用互感器處的測溫位置的根據(jù)時間的溫度變化或者在兩個或更多測溫位置之間的溫差(例如第一儀用互感器溫度和基準溫度之間的溫差)根據(jù)時間的變化。通過兩個測溫位置的溫度或溫差的這種根據(jù)時間的變化，即升溫狀況，能推斷出根據(jù)時間的電流變化曲線。借助于這種根據(jù)時間的電流變化曲線，能再推斷出用電器過載狀態(tài)。
[0022]優(yōu)選地，在評估單元中按照時間來檢測測溫位置、確定可能出現(xiàn)的溫差、確定根據(jù)時間的溫度變化并推斷出根據(jù)時間的電流變化曲線或過載狀態(tài)。
[0023]通過第一測溫單元能檢測第一儀用互感器的溫度并將該溫度提供給評估單元。評估單元優(yōu)選地能通過對檢測到的溫度在時間上的分析和/或借助于附加的基準溫度測定第一儀用互感器的升溫狀況，通過第一測溫單元在裝置內(nèi)部或外部檢測所述的基準溫度。因此，根據(jù)對測定的第一儀用互感器升溫狀況的分析，通過評估單元能測定用電器的面臨的過載。
[0024]利用本發(fā)明實現(xiàn)的優(yōu)點在于，借助于這種裝置或借助于這種方法不僅能夠檢測AC電流的情況，也能夠檢測DC電流的情況。因此能夠在AC和DC用電器中測定面臨的過載。此外，還可以實現(xiàn)相對于雙金屬測量法更好的設(shè)定范圍。也可以實現(xiàn)熱記憶，因為在面臨過載時第一儀用互感器劇烈升溫，從而能夠借助于第一儀用互感器的溫度并且因此通過冷卻第一儀用互感器了解用電器的散熱狀況。
[0025]在本發(fā)明的有利實施方式中，評估單元能根據(jù)對測定的第一儀用互感器的極熱狀況與儲存在評估單元中的基準值的比較測定用電器面臨的過載。
[0026]第一測溫單元設(shè)計用于將溫度傳輸給評估單元，從而使評估單元能夠測定第一儀用互感器的升溫狀況。因為基準值儲存在評估單元中，能通過將測定的當前升溫狀況與基準值進行比較推斷出用電器的當前運行狀態(tài)(評估)。如果面臨過載，則存在比額定工作狀態(tài)更高的電流并從而存在更高的溫度。升高的溫度導致第一儀用互感器的特征性的升溫狀況，能通過與儲存的基準值進行比較來識別所述溫度。
[0027]通過基準值，特別是能根據(jù)通過第一儀用互感器的電流表示第一儀用互感器的升溫狀況在時間上的特征，從而能夠識別出用電器的過載。因此，能通過對測定的第一儀用互感器的升溫狀況與基準值進行比較來區(qū)分第一儀用互感器的由額定工作狀態(tài)決定的升溫狀況和由面臨的過載決定的升溫狀況。
[0028]在本發(fā)明的另一種有利實施方式中，評估單元能在測定用電器面臨過載時發(fā)出報警信號，特別是電報警信號。通過所述報警信號特別是能控制裝置的開關(guān)元件的開關(guān)設(shè)定。通過開關(guān)元件能直接控制輔助電流回路或主電流回路(用電器的能量供給引線)。
[0029]如果開關(guān)元件控制輔助電流回路，那么打開或者閉合開關(guān)元件，從而驅(qū)控通斷主電流回路的開關(guān)設(shè)備(例如接觸器)。該通斷主電流回路的開關(guān)設(shè)備緊接著斷開主電流回路，從而中斷通往用電器的電流，并且因此避免用電器上的過載。
[0030]如果開關(guān)元件控制主電流回路，那么就打開開關(guān)元件，從而中斷通往用電器的電流，并且因此避免用電器上的過載。
[0031]如果是三相的用電器，就優(yōu)選地通過測定該裝置的僅一個電流路徑上面臨的過載(并且因此是在用電器的僅一個相上面臨的過載)來通過裝置斷開用電器的所有相，從而阻止通往用電器的電流。
[0032]在本發(fā)明的另一種有利的實施方式中，第一測溫單元包括第一和第二溫度感應(yīng)器，其中第一溫度感應(yīng)器能檢測第一儀用互感器的溫度并且第二溫度感應(yīng)器能檢測基準溫度。
[0033]優(yōu)選地以這種方式設(shè)計評估單元，即該評估單元現(xiàn)在能借助于檢測到的第一儀用互感器溫度和基準溫度測定并最終評估第一儀用互感器的升溫狀況。
[0034]通過在評估單元中將檢測到的第一儀用互感器溫度與同時檢測到的基準溫度進行比較，能進一步排除作為主要誤差原因的外部溫度影響。所以，能通過評估單元測定僅由電流決定的、表示用電器過載特征的第一儀用互感器升溫狀況。
[0035]在用電器面臨過載時，在第一儀用互感器處存在相對于用電器(例如電動機)的額定運行升高的電流和因此而升高的溫度。所以，第一溫度感應(yīng)器檢測由電流決定的升高的溫度。通過第二溫度感應(yīng)器測定例如裝置中的溫度作為基準溫度，從而能夠通過將第一溫度感應(yīng)器的溫度與第二溫度感應(yīng)器的基準溫度相比較測定第一儀用互感器的由電流決定的升溫狀況。通過這種方式能排除的是，所測定的第一儀用互感器升溫狀況不涉及裝置中第一儀用互感器因環(huán)境溫度升高而產(chǎn)生的升溫，而是涉及由電流決定的第一儀用互感器升溫。在對第一儀用互感器的升溫狀況進行分析時，特別是能在時間上對第一儀用互感器溫度進行評估，也就是說在時間上對第一儀用互感器的升溫進行評估。
[0036]因此，通過比較第一和第二溫度感應(yīng)器的溫度能識別出，因為當前的流過儀用互感器的發(fā)動機電流是否產(chǎn)生了由電流決定的第一儀用互感器升溫，該升溫表示用電器面臨的過載的特征。
[0037]優(yōu)選地通過裝置中的第二溫度感應(yīng)器測量溫度來達到基準溫度。
[0038]優(yōu)選地同時利用第一和第二溫度感應(yīng)器檢測溫度。
[0039]通過第一和第二溫度感應(yīng)器能優(yōu)選地通過評估單元測定約為4開爾文的溫差。
[0040]因此能測定根據(jù)時間的第一儀用互感器升溫狀況(由電流決定的升溫)，該升溫狀況通過流過第一儀用互感器的電流顯示出來并表示用電器過載的特征。
[0041]第一儀用互感器優(yōu)選地在用電器的額定運行中具有大約60-100°C的溫度。相反，在用電器過載最大時，在儀用互感器處能存在600-700 V的溫度。
[0042]在本發(fā)明的另一種有利的實施方式中，第一溫度感應(yīng)器與第一儀用互感器間隔最大為2mm。
[0043]在本發(fā)明的另一種有利的實施方式中，以這種方式設(shè)計監(jiān)控裝置，即為了根據(jù)時間測定第一儀用互感器的升溫狀況至少對第一儀用互感器的溫度檢測兩次。
[0044]只要通過裝置額外檢測基準溫度(存在第二溫度感應(yīng)器)，則為了測定第一儀用互感器的升溫狀況優(yōu)選地至少同時對第一儀用互感器的溫度和基準溫度檢測兩次。[0045]在本發(fā)明的另一種有利的實施方式中，以這種方式設(shè)計監(jiān)控裝置，即為了測定第一儀用互感器的升溫狀況而以固定定義的時間間隔重復檢測第一儀用互感器的溫度，然后進行評估。
[0046]只要通過裝置額外檢測基準溫度(存在第二溫度感應(yīng)器)，則為了測定第一儀用互感器的升溫狀況優(yōu)選地同時檢測第一儀用互感器的溫度和基準溫度。
[0047]在本發(fā)明的另一種有利的實施方式中，在第一溫度感應(yīng)器和第一儀用互感器之間布置有絕緣層。由此，能確保第一溫度監(jiān)控裝置與第一儀用互感器的可靠的電流隔離。此夕卜，能通過絕緣層使溫度感應(yīng)器與相應(yīng)的儀用互感器進行良好地熱耦合。優(yōu)選地將絕緣層用作溫度感應(yīng)器的載體。所述絕緣層例如是電路板材料FR4、漆、玻璃、云母或陶瓷。
[0048]在本發(fā)明的另一種有利的實施方式中，裝置還包括具有兩條導線的第二電流路徑，其中，監(jiān)控裝置還包括第二測溫單元和在第二電流路徑的兩條導線之間建立導電連接的第二儀用互感器，其中第二測溫單元與第二儀用互感器電流隔離，并且第二測溫單元能檢測第二儀用互感器的溫度，從而使評估單元能借助于檢測到的第二儀用互感器溫度測定用電器面臨的過載。
[0049]為此，第二測溫單元包括第三溫度感應(yīng)器，第三溫度感應(yīng)器能測定第二儀用互感器的溫度，從而使評估單元能測定由電流決定的第二儀用互感器升溫狀況。通過對在時間上對所測定的第二儀用互感器溫度進行評估來通過評估單元測定第二儀用互感器的升溫狀況。在這種情況下，優(yōu)選地額外、特別是同時地測定基準溫度(例如通過第一測溫單元的第二溫度感應(yīng)器測定的基準溫度)并進行分析，從而仍然不考慮(例如由環(huán)境溫度引起)“不由電流絕決定的”升溫。通過評估測定的升溫狀況能識別出用電器面臨的過載。
[0050]在本發(fā)明的另一種有利的實施方式中，裝置還具有包括兩條導線的第三電流路徑，其中，監(jiān)控裝置還包括第三測溫單元和在第三電流路徑的兩條導線之間建立導電連接的第三儀用互感器，其中第三測溫單元與第三儀用互感器電流隔離，并且第三測溫單元能檢測第三儀用互感器的溫度，從而使評估單元能借助于檢測到的第三儀用互感器溫度測定用電器面臨的過載。
[0051]為此，第三測溫單元包括第四溫度感應(yīng)器，第四溫度感應(yīng)器能測定第三儀用互感器的溫度，從而使評估單元能測定由電流決定的第三儀用互感器升溫狀況。通過在時間上對第三儀用互感器溫度進行分析來通過評估單元測定第三儀用互感器的升溫狀況。在這種情況下，優(yōu)選地額夕卜、特別是同時測定基準溫度(例如通過第一測溫單元的第二溫度感應(yīng)器測定的基準溫度)并進行評估，從而仍然不考慮(例如由環(huán)境溫度引起)“不由電流絕決定的”第三儀用互感器的升溫。通過評估測定的升溫狀況能識別出用電器面臨的過載。
[0052]能按照第一測溫單元設(shè)計第二和/或第三測溫單元，也就是說:
[0053]-每個測溫單元能分別有兩個溫度感應(yīng)器，
[0054]-溫度感應(yīng)器與相應(yīng)測量單元最大間距能為2_，和/或
[0055]-能在溫度感應(yīng)器與相應(yīng)儀用互感器之間布置絕緣層，
[0056]-等等。
[0057]同樣能考慮的是，第一和/或第二和/或第三測溫單元包括其它溫度感應(yīng)器，從而能準確地測定所屬儀用互感器的升溫狀況。優(yōu)選地，直接測量分別具有兩個溫度感應(yīng)器的相應(yīng)儀用互感器的溫度，從而能夠通過評估單元測定儀用互感器的升溫狀況。[0058]在本發(fā)明的另一種有利的實施方式中，以這種方式設(shè)計相應(yīng)的溫度感應(yīng)器，即溫度感應(yīng)器根據(jù)當前的溫度進入特征性的狀態(tài)。該溫度感應(yīng)器特別是熱電偶(例如熱電偶金屬絲)、取決于溫度的半導體(例如二極管、正溫度系數(shù)半導體元件)或電阻溫度計(例如PT100、PT1000)。例如如果使用二極管作為溫度感應(yīng)器，則能根據(jù)對二級管電壓的測量推斷出當前的溫度。所以，第一儀用互感器的溫度變化將導致二級管溫度變化，該二極管溫度變化導致電壓變化。
[0059]在本發(fā)明的另一種有利的實施方式中，第一儀用互感器和可能存在的第二和/或第三儀用互感器分別是具有取決于溫度的特性的電阻。
[0060]優(yōu)選地，儀用互感器具有恒定的損耗功率和特征性的升溫曲線。該儀用互感器是分流器。
[0061]為評估單元提供相應(yīng)的儀用互感器的一部分升溫狀況作為基準值，使得它能夠通過將測定的升溫狀況與基準值進行比較識別出面臨的過載。因此，能完成對測定的升溫狀況的評估。在與基準值進行比較時，特別是要考慮相應(yīng)儀用互感器在定義的時間間隔內(nèi)的升溫狀況。于是，能以定義時間間隔對測定的相應(yīng)儀用互感器的溫度進行評估。如果儀用互感器和測溫單元的所屬溫度感應(yīng)器被設(shè)計為相同的，則能將用于儀用互感器的基準值設(shè)計為相同的。
[0062]在本發(fā)明的另一種有利的實施方式中，裝置是開關(guān)設(shè)備，特別是過載繼電器或斷路器(例如發(fā)動機保護開關(guān)、設(shè)備保護開關(guān))。
[0063]所述的裝置特別是與用電器分散地布置的，也就是說，它不是用電器的組成部分(例如電動機)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0064]以下借助附圖中示出的實施例對本發(fā)明和本發(fā)明的設(shè)計方案做進一步描述和說明。圖中示出:
[0065]圖1是具有監(jiān)控裝置的第一電流路徑的示意圖，和
[0066]圖2是用于保護用電器的裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0067]圖1示出具有監(jiān)控裝置的第一電流路徑的示意圖。所示的電路路徑是用于保護下游的用電器的裝置的組成部分。借助于監(jiān)控裝置能夠測定用電器面臨的過載。為此將該裝置集成到用電器的電流路徑中。如果例如該用電器是三相的三相電機，那么所示的電流路徑和監(jiān)控裝置就具有至少一個三相電機的饋電線(相)。
[0068]第一電流路徑包括第一條導線101和第二條導線102。監(jiān)控裝置包括第一測溫單元18、評估單元4和第一儀用互感器10。第一測溫單元18包括第一溫度感應(yīng)器11、第二溫度感應(yīng)器12，其中，能利用第一溫度感應(yīng)器11檢測第一儀用互感器10的溫度，并且能利用第二溫度感應(yīng)器12檢測基準溫度。以這種方式安置第二溫度感應(yīng)器12，即相對于第一溫度感應(yīng)器11而言檢測另一個測量點(另一個測溫位置)，從而能測定由第一儀用互感器10的電流決定的升溫。第一和第二溫度感應(yīng)器11，12分別是半導體，特別是二極管，從而通過測量其電壓能推斷出當前溫度。[0069]第一和第二溫度感應(yīng)器11，12檢測出的溫度被提供給評估單元4，從而使這個評估單元能夠測定第一儀用互感器10的由電流決定的升溫。通過對第一和第二溫度感應(yīng)器11，12檢測到的溫度在時間上進行評估，實現(xiàn)了測定第一儀用互感器10的由電流決定的升溫，并且因此測定第一儀用互感器10的由電流決定的升溫狀況。借助于溫度感應(yīng)器11，12和評估單元4特別是在從-10°C到200°C范圍內(nèi)能測定第一儀用互感器10的大約10開爾文的升溫。
[0070]第一儀用互感器10布置在第一電流路徑的第一條導線101和第二條導線102之間，使得電流能夠從第一條導線101經(jīng)過第一儀用互感器10流向第二條導線102。因為通過第一條導線101和第二條導線102實現(xiàn)對下游的用電器的能量供應(yīng)，所以電流在下游的用電器運行期間流經(jīng)第一儀用互感器10。依據(jù)下游的用電器當前的運行狀態(tài)，在第一儀用互感器10上存在一定的電流電平。依據(jù)第一儀用互感器10上的電流電平和電流通過時間，實現(xiàn)了第一儀用互感器10的定義的升溫狀況。所以，第一儀用互感器10具有特征性的升溫狀況。如果用電器即將熱過載，那么在第一儀用互感器10上存在增高的電流電平。因此，通過由評估單元4以定義的時間間隔評估檢測的第一儀用互感器10的升溫狀況，能夠推導出下游的用電器當前的狀態(tài)。在額定運行時，第一儀用互感器10上通常存在大約60到100°C的溫度。然而，如果用電器上發(fā)生過載，就可能由于增高的電流而在第一儀用互感器10上出現(xiàn)高達700°C的溫度。
[0071]因此，通過監(jiān)控第一儀用互感器10的溫度能夠探測用電器面臨的過載。為此，測溫單元18包括兩個溫度感應(yīng)器11，12。第一溫度感應(yīng)器11與第一儀用互感器10間隔最大為2mm，并且能檢測其溫度。在第一溫度感應(yīng)器11和第一儀用互感器10之間布置絕緣層15，從而確保兩個構(gòu)件的電流隔離。
[0072]第一溫度感應(yīng)器11檢測第一儀用互感器10的溫度，第二溫度感應(yīng)器12同時檢測裝置內(nèi)部的基準溫度，從而使評估單元4能夠根據(jù)檢測到的溫度(第一儀用互感器10的溫度和基準溫度)測定第一儀用互感器10的由電流決定的升溫狀況。第一和第二溫度感應(yīng)器
11,12在這個實施例中安置為在空間上與第一儀用互感器分離(大于0.05mm)。另外,第二溫度感應(yīng)器12與第一溫度感應(yīng)器11至少相距4mm，所以能通過評估單元4計算第一儀用互感器10的由電流決定的升溫狀況。然而同樣地能考慮的是，第二溫度感應(yīng)器12在相對于第一溫度感應(yīng)器11而言的第一儀用互感器10的另一個測量點檢測第一儀用互感器10的溫度，從而能測定第一儀用互感器10的升溫狀況。
[0073]第一儀用互感器10是金屬電阻(分流器)，它具有特征性的升溫狀況。為評估單元4提供第一儀用互感器10的特征性的升溫狀況作為基準值，從而借助于將特別是以定義的時間間隔測定的第一儀用互感器10的當前溫度與基準值進行比較，使得評估單元能夠推導出用電器的當前的負載情況。因此，評估單元4可以連續(xù)不斷地監(jiān)控體現(xiàn)電流電平和電流通過時間的第一儀用互感器10的特征值，從而能夠借助于第一儀用互感器10的當前的升溫狀況并且因此借助于其熱狀態(tài)推導出對電動機或?qū)Ь€的保護。因此可以監(jiān)控的是，在下游的用電器上是否面臨著過載。
[0074]在圖1中僅通過監(jiān)控裝置監(jiān)控了一個相。然而也可以考慮的是，在多相用電器中，每個相或者至少有兩個相分別包括一個測溫單元。
[0075]溫度感應(yīng)器11，12能夠以很高的分辨率、例如大約4開爾文來測量溫度。以這種方式能夠在溫差很小并且因此儀用互感器10的電阻值很小的情況下工作。由此能夠鑒于電流下限顯著地向下擴大測量范圍，使得設(shè)定范圍例如能夠相對于雙金屬解決方案顯著擴大。在雙金屬解決方案中必要溫度的典型值例如是50開爾文的過溫。而在借助于第一儀用互感器10實現(xiàn)的解決方案中，10開爾文以下的升溫就足夠了。因此能夠?qū)崿F(xiàn)大于I到4的設(shè)定范圍。
[0076]在時間上對第一儀用互感器10的由電流決定的升溫狀況進行的評估在很大程度上與頻率無關(guān)，因此適用于對于AC和DC應(yīng)用。
[0077]圖2示出用于保護用電器2的裝置I的示意圖。在這個實施例中，該裝置I是能夠用來監(jiān)控用電器2、也就是三相的電動機的斷路器I。斷路器I為此中間連接在用電器2的供電系中，從而能夠借助于斷路器I監(jiān)控用電器2的三個相。
[0078]為了能夠?qū)嗦菲鱅集成到用電器2的供電系中，其具有輸入側(cè)的連接裝置106，206,306并且具有輸出側(cè)的連接裝置107，207，307。因此，在斷路器I中，用電器2的各個相電流隔離。通過第一電流路徑100構(gòu)成第一相，通過第二電流路徑200構(gòu)成第二相，并通過第三電流路徑300構(gòu)成用電器2的第三相。通過第一電流路徑100的開關(guān)元件105，能為第一相切斷流向用電器2的能量流。通過第二電流路徑200的開關(guān)元件205，能為第二相切斷流向用電器2的能量流。通過第三電流路徑300的開關(guān)元件305，能為第三相切斷流向用電器2的能量流。通過開關(guān)鎖3完成對開關(guān)元件105，205，305的控制。
[0079]開關(guān)鎖3與評估單元4以及與第一電流路徑100的短路脫扣器103、第二電流路徑200的短路脫扣器203和第三電流路徑300的短路脫扣器303相連接。
[0080]借助于相應(yīng)電流路徑100，200，300的短路脫扣器103，203，303，能在各個電流路徑并從而在用電器2的各個相中檢測出現(xiàn)的短路，從而能在檢測短路時禁止向用電器2輸送能量。為此，由短路脫扣器103，203，303向開關(guān)鎖3發(fā)出相應(yīng)的信號，從而使這個開關(guān)鎖能夠斷開開關(guān)元件105，205，305。
[0081]另外，過載繼電器I具有可以用來探測用電器2面臨的過載的控制裝置。為此，第一電流路徑，正如已經(jīng)在圖1中所示的那樣，包括第一條導線101和第二條導線102。在第一條導線101和第二條導線102之間布置著第一儀用互感器10，它在兩條導線101和102之間建立導電連接。第一儀用互感器10特別是具有與溫度無關(guān)的特性的金屬電阻。依據(jù)第一電流路徑100中的當前的電流電平和電流通過時間，第一儀用互感器10具有特定的升溫狀況。
[0082]第一儀用互感器10的溫度可以借助于第一測溫單元的第一溫度感應(yīng)器11檢測出。第一測溫單元的第一溫度感應(yīng)器11檢測出的溫度被提供給評估單元4。第一儀用互感器10和第一溫度感應(yīng)器11之間的電絕緣層51在第一溫度感應(yīng)器11和第一儀用互感器10之間形成電流隔離。第一測溫單元還包括第二溫度感應(yīng)器12，第二溫度感應(yīng)器測量斷路器I內(nèi)部的基準溫度。其檢測到的溫度同樣地被提供給評估單元4。第一溫度感應(yīng)器11檢測與第二溫度感應(yīng)器12不同的另一個測量點的溫度，從而能夠在用電器2的有源運行中通過第一和第二溫度感應(yīng)器11，12同時檢測溫度來測定第一儀用互感器由電流決定的升溫。所以評估單元能通過比較第一測溫單元的第一溫度感應(yīng)器11和第二溫度感應(yīng)器12的溫度來測定第一儀用互感器10的特征性的升溫狀況，然后進行評估。
[0083]用電器2的第二相的能量供應(yīng)經(jīng)過第二電流路徑200導向。第二電流路徑200同樣具有第一條導線201和第二條導線202。在第一和第二導線201和202之間布置了第二儀用互感器20，它確保第一條導線201和第二條導線202之間的電連接。第二儀用互感器20也和第一電流路徑100的第一儀用互感器10—樣是定義的電阻，它依據(jù)當前的電流量和當前的電流通過時間處于特征性的熱狀態(tài)。第二儀用互感器20的溫度分布可以借助于第二測溫單元的第三溫度感應(yīng)器21測定來。第三溫度感應(yīng)器21借助于絕緣層25與第二儀用互感器20電流隔離。通過將第二溫度感應(yīng)器12檢測的溫度與第三溫度感應(yīng)器21檢測的溫度進行比較，評估單元能測定第二儀用互感器20的當前升溫。因此，能評估第二儀用互感器20的升溫狀況。
[0084]用電器2的第三相的能量供應(yīng)經(jīng)過第三條電流路徑300導向，從而同樣能夠監(jiān)控第三相的過載情況。第三電流路徑300具有第一條導線301和第二條導線302。在第一和第二導線301和302之間布置了第三儀用互感器30，它電連接第一和第二條導線301，302。因此，經(jīng)過第三電流路徑300的電流流經(jīng)第三儀用互感器30。依據(jù)第三相上的電流電平和電流通過時間，在第三儀用互感器30上出現(xiàn)特征性的受電流影響的升溫狀況。為了測定受電流影響的升溫狀況，檢測出第三儀用互感器30的溫度。能借助于第三測溫單元的第四溫度感應(yīng)器31測定第三儀用互感器30的溫度并提供給評估單元4。在第四溫度感應(yīng)器31和第三儀用互感器30之間布置絕緣層35，從而使第四溫度感應(yīng)器31與第三儀用互感器30電流隔離。
[0085]因此，各個電流路徑100，200，300分別具有儀用互感器10，20，30，其根據(jù)施加的電流電平和電流通過時間發(fā)生特征性的受電流影響的升溫。根據(jù)在時間上對相應(yīng)的儀用互感器10，20，30的溫度的監(jiān)控，能分析相應(yīng)的儀用互感器10，20，30根據(jù)時間的升溫狀況。通過與第二溫度感應(yīng)器12的基準溫度進行額外比較，能減少對測定的儀用互感器10，20，30的溫度的關(guān)于儀用互感器10，20，30由溫度決定的升溫的評估。
[0086]同樣能考慮的是，替代測定相應(yīng)儀用互感器10，20，30的升溫狀況，借助于將所述儀用互感器溫度與第二溫度感應(yīng)器12的檢測出的基準溫度進行比較，通過在時間上對檢測到的第一、第三和/或第四溫度感應(yīng)器11，21，31的溫度進行評估來實現(xiàn)測定相應(yīng)的儀用互感器10，20，30的升溫狀況，而不需通過第二溫度感應(yīng)器測得的基準溫度。然而，在這種情況下，無法排除儀用互感器10，20，30的升溫，所述的升溫不是由流過儀用互感器10，20，30的電流決定的(例如環(huán)境溫度)。
[0087]所以，能借助于測定的由電流決定的儀用互感器10，20，30升溫推斷出相應(yīng)電流路徑中的當前電流，從而推斷出用電器2的當前運行狀態(tài)，這是因為在面臨過載時，用電器各相中存在升高的電流。
[0088]評估單元4已知第一、第二和第三儀用互感器10，20，30的升溫狀況，并且將其存儲作為基準值。所以，評估單元4能通過將各個儀用互感器10，20，30的由電流決定的升溫狀況，特別是以定義的時間間隔，與基準值進行比較測定用電器2面臨的過載并采取相應(yīng)的對策。在其中對相應(yīng)儀用互感器10，20，30的升溫狀況進行評估的時間間隔優(yōu)選地根據(jù)相應(yīng)傳的感器10，20，30的當前溫度選定。在測定用電器2面臨的過載時，評估單元4向開關(guān)鎖3發(fā)出報警信號，從而將開關(guān)元件105，205，305斷開并且因此禁止流向用電器的能量流。通過這種方式能避免用電器2由于過載受到熱損壞。
[0089]通過對儀用互感器10，20，30的升溫狀況的評估測定用電器2的熱過載，由此使得儀用互感器10，20，30同樣也有熱記憶，從而在熱過載之后不可能會立即意外地接通用電器。只有在儀用互感器10，20，30經(jīng)歷了定義的冷卻以后，用電器2才能重新接通到供電網(wǎng)上，從而再次為其供電。同樣地通過評估單元4實現(xiàn)通過分析儀用互感器10，20，30的溫度來測定用電器必要的冷卻。為此也為評估單元4提供散熱基準值。
[0090]圖2中示例性地借助于斷路器I描述了用于監(jiān)控用電器2的熱過載的裝置I。同樣地，裝置I例如可以是過載繼電器。在這種情況下，可能不存在短路脫扣器103，203和303以及可能情況下的開關(guān)鎖3及其要控制的開關(guān)元件105，205，305。
[0091]溫度感應(yīng)器11，12，21，31分別是半導體，特別是二極管，從而能借助于對其電壓的分析測定溫度感應(yīng)器上的溫度。為了提高測量精度，也可以在儀用互感器10，20，30上安置多個溫度感應(yīng)器。同樣也可以考慮的是，將第二溫度感應(yīng)器12安置在裝置I外部。
[0092]也可以將必須確保受到熱過載保護的導線視為用電器2。
[0093]裝置I和特別是監(jiān)控裝置的一個很大的優(yōu)點在于，能夠輕松地實現(xiàn)各相(電流路徑100，200，300)之間的電流隔離以及相應(yīng)溫度感應(yīng)器11，21，31與電流路徑100，200，300之間的電流隔離。
【權(quán)利要求】
1.一種用于保護用電器(2)的裝置(1)，所述裝置具有包括兩條導線(101，102)的第一電流路徑(100)和用于測定所述用電器(2)面臨的過載的監(jiān)控裝置，其特征在于，所述監(jiān)控裝置包括第一測溫單元(18)、評估單元(4)和在所述第一電流路徑(100)的兩條導線(101，102)之間建立導電連接的第一儀用互感器(10)，其中，所述第一測溫單元(18)與所述第一儀用互感器(10)電流隔離，并且所述第一測溫單元能檢測所述第一儀用互感器(10)的溫度，其中，所述評估單元(4)能借助于檢測到的所述第一儀用互感器(10)的該溫度測定所述第一儀用互感器(10)的根據(jù)時間的升溫狀況，并且所述評估單元能通過對測定的所述第一儀用互感器(10)的所述根據(jù)時間的升溫狀況的評估測定所述用電器(2)上面臨的過載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(1)，其中，所述評估單元(4)根據(jù)對測定的所述第一儀用互感器(10)的所述升溫狀況與儲存在所述評估單元(4)中的基準值的比較能測定所述用電器(2)上面臨的過載。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(I)，其中，所述評估單元(4)在測定所述用電器(2 )上面臨所述過載時能發(fā)出報警信號，特別是電報警信號。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(1)，其中，所述第一測溫單元(18)包括第一溫度感應(yīng)器和第二溫度感應(yīng)器(11，12 )，其中所述第一溫度感應(yīng)器(11)能檢測所述第一儀用互感器(10)的溫度，并且所述第二溫度感應(yīng)器(12)能檢測基準溫度，其中，所述評估單元(4)能借助于檢測到的所述第一儀用互感器(10)的該溫度和所述基準溫度測定和評估所述第一儀用互感器(10)的所述升溫狀況。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置(1)，其中，所述第一溫度感應(yīng)器(11)與所述第一儀用互感器(10)的間隔最大為2_。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求4至5中任一項所述的裝置(1)，其中，在所述第一溫度感應(yīng)器`(11)和所述第一儀用互感器`(10)之間布置有絕緣層(15)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(1)，其中，所述監(jiān)控裝置設(shè)計為，使得為了根據(jù)時間測定所述第一儀用互感器(10)的所述升溫狀況而對所述第一儀用互感器(10)的溫度檢測至少兩次。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(I)，其中，所述監(jiān)控裝置設(shè)計為，使得為了根據(jù)時間測定所述第一儀用互感器(10)的所述升溫狀況而以固定定義的時間間隔重復檢測所述第一儀用互感器(10)的溫度。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(1)，所述裝置具有包括兩條導線(201，202)的第二電流路徑(200)，其中所述監(jiān)控裝置還包括第二測溫單元和在所述第二電流路徑(200)的兩條導線(201，202)之間建立導電連接的第二儀用互感器(20)，其中所述第二測溫單元與所述第二儀用互感器(20)電流隔離，并且所述第二測溫單元能檢測所述第二儀用互感器(20)的溫度，從而使所述評估單元(4)能夠借助于檢測到的所述第二儀用互感器(20)的該溫度測定所述用電器(2)上面臨的過載。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(1)，所述裝置具有包括兩條導線(301，`302 )的第三電流路徑(300 )，其中所述監(jiān)控裝置還包括第三測溫單元和在所述第三電流路徑(300)的兩條導線(301，302)之間建立導電連接的第三儀用互感器(30)，其中所述第三測溫單元與所述第三儀用互感器(30)電流隔離，并且所述第三測溫單元能檢測所述第三儀用互感器(30)的溫度，從而使所述評估單元(4)能夠借助于檢測到的所述第三儀用互感器(30)的該溫度測定所述用電器(2)上面臨的過載。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(I)，其中，所述第一儀用互感器(10)和如果存在的第二儀用互感器和/或第三儀用互感器(20，30)分別是具有定義的升溫曲線的電阻。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(I)，其中，所述裝置(I)是開關(guān)設(shè)備，特別是過載繼電器或斷路器。
13.一種用于保護用電器(2)的方法，其中，所述裝置(I)包括具有兩條導線(101，102)的第一電流路徑(100)和用于測定所述用電器(2)面臨的過載的監(jiān)控裝置，其特征在于，所述監(jiān)控裝置包括第一測溫單元(18)、評估單元(4)和在所述第一電流路徑(100)的兩條導線(101，102)之間建立導電連接的第一儀用互感器(10)，其中，所述第一測溫單元(18)與所述第一儀用互感器(10)電流隔離，并且所述第一測溫單元對所述第一儀用互感器(10)的溫度檢測 至少兩次，并且所述評估單元(4)能借助于檢測到的所述第一儀用互感器(10)的該溫度測定所述第一儀用互感器(10)的根據(jù)時間的升溫狀況，并且所述評估單元通過對所測定的所述第一儀用互感器(10)的所述根據(jù)時間的升溫狀況的評估能測定所述用電器(2)上面臨的過載。
【文檔編號】H02H7/08GK103797674SQ201180073422
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月16日
【發(fā)明者】安德烈亞斯·克拉奇馬赫, 西格弗里德·諾伊曼, 烏韋·韋斯 申請人:西門子公司