專利名稱：故障電流保護開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有用于檢測電氣供電網(wǎng)和系統(tǒng)分離單元內(nèi)部的故障電流的單元的故障電流保護開關(guān)。
由于在供電網(wǎng)中越來越多的應(yīng)用變頻器、開關(guān)式電源、功率電子單元或此類的，在加強的范圍內(nèi)應(yīng)考慮非正弦形的泄漏電流。雖然在諸如FI開關(guān)的傳統(tǒng)的故障電流檢測系統(tǒng)中純的正弦信號不引起故障電流，但是帶有諧波的信號和信號的非諧波疊加在當前用于故障電流檢測的模擬電子設(shè)備中導(dǎo)致不利的效應(yīng)如整流、解調(diào)、諧振和濾波特性等，該效應(yīng)除了針對故障檢測裝設(shè)的電子電路裝置的一定的復(fù)雜性之外還負面影響斷路特性并因而可導(dǎo)致?lián)p害安全。因此，解調(diào)效應(yīng)、耦合電容器和諧振效應(yīng)或此類的是傳統(tǒng)的故障電流保護開關(guān)的不可預(yù)言的斷路特性的原因。
因而本發(fā)明的任務(wù)在于，給出一種故障電流保護開關(guān)，其也在非純正弦形的故障電流情況下顯示可預(yù)言的觸發(fā)特性。
本發(fā)明的其他任務(wù)在于，使得寬頻率范圍的故障電流的檢測成為可能。
此外，本發(fā)明的任務(wù)在于，可調(diào)用在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的故障電流的連續(xù)的判斷。
根據(jù)本發(fā)明由此可達到，用于檢測故障電流的單元包含與供電網(wǎng)可耦合的用于真實地記錄故障電流的裝置和與系統(tǒng)分離單元連接的用于表示該故障電流的頻譜特性的故障電流單元。
以這種方式，故障電流不僅更多地按其有效值被評價，而且作為信號被觀察，該信號的頻率部分借助信號分析的數(shù)學(xué)方法被供應(yīng)。根據(jù)由此得到的結(jié)果可執(zhí)行允許的最大值的精確的監(jiān)視，并因此引起故障電流保護開關(guān)的可預(yù)言的觸發(fā)。
利用有意義的開銷故障電流的觀察方法通過數(shù)字信號處理成為可能。在本發(fā)明的其它方案中可規(guī)定，用于檢測故障電流的單元還包含用于采樣和量化故障電流的單元、優(yōu)選地模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在信號處理路徑的哪個位置上進行模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，可視信號處理的結(jié)構(gòu)而不同，數(shù)字信號處理器尤其適用這種實現(xiàn)。
為了避免在模數(shù)轉(zhuǎn)換器中錯誤采樣的信號，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案用于檢測故障電流的單元還包含反混淆濾波器(Anti-Aliasing-Filter)。
本發(fā)明的另一個實施方案在于，用于信號分離地記錄故障電流的裝置通過弗爾斯特探針(Foerster-Sonde)來構(gòu)成，其輸出端與調(diào)節(jié)器單元連接，該調(diào)節(jié)器單元將施加在弗爾斯特探針的輸出端上的輸出信號補償為零。
在此，弗爾斯特探針的輸出信號用作調(diào)節(jié)器單元的調(diào)節(jié)量，其任務(wù)在于，將該輸出信號補償為零。以這種方式真實反映故障電流。
為了使弗爾斯特探針的磁性材料交替地進入飽和區(qū)，可在本發(fā)明的另一個方案中裝設(shè)用于預(yù)磁化弗爾斯特探針的調(diào)制器?，F(xiàn)在可如下識別故障電流信號，該故障電流信號導(dǎo)致磁性材料的偏離控制，因為該故障電流信號通過預(yù)磁化被設(shè)置。
也可采用其他類型的探針作為探針，該探針能夠，真實地表達故障電流。因而不限于一般性可在本發(fā)明的擴展方案中規(guī)定，用于真實地記錄故障電流的裝置通過分流器、霍爾元件或由磁元件和霍爾元件的組合來構(gòu)成。
為了分析故障電流的頻率部分，從時間域到象函數(shù)(Bildbereich)的轉(zhuǎn)換是必需的。因而本發(fā)明的另一個實施方案在于，故障電流分析單元至少包含一個濾波器單元和一個轉(zhuǎn)換單元，其中在該裝置中為了真實地記錄故障電流構(gòu)成的故障電流信號從時間域向象函數(shù)、優(yōu)選地向頻率域是可轉(zhuǎn)換的。
通過濾波器單元首先考慮測量值計算時故障電流上的低頻振蕩的部分。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方案規(guī)定，所述至少一個濾波器單元通過具有低通特性的濾波器單元構(gòu)成，該濾波器單元的輸出端與信號評價單元、優(yōu)選地與用于計算被濾波的故障電流信號的有效值的單元連接；該轉(zhuǎn)換單元與頻譜評價單元、優(yōu)選地與用于計算頻譜的有效值的單元連接；并且信號評價單元的輸出端和頻譜評價單元的輸出端與求和單元的輸入端連接而求和單元的輸出端與最大值監(jiān)視裝置連接，該最大值監(jiān)視裝置連接在系統(tǒng)分離單元上，該最大值監(jiān)視裝置在超過可預(yù)定的極限值時操作系統(tǒng)分離單元。
傅立葉變換、尤其是以快速傅立葉變換的變換方式已經(jīng)得到集成電路支持。因而本發(fā)明的另一種實施方案可在于，該轉(zhuǎn)換單元通過傅立葉變換單元、尤其是離散傅立葉變換單元構(gòu)成。
但是在本發(fā)明范圍內(nèi)也可有意義地應(yīng)用其他的數(shù)學(xué)變換方法。本發(fā)明的優(yōu)選的變體在于，轉(zhuǎn)換單元通過加博(Gabor)轉(zhuǎn)換單元或小波轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成，關(guān)于故障電流信號的頻譜的時間特性的說明使得該轉(zhuǎn)換單元成為可能。
本發(fā)明的另一種安排在于，在轉(zhuǎn)換單元的輸出端與頻譜評價單元的輸入端之間連接關(guān)聯(lián)單元，其與用于存儲至少一個比較頻譜的單元連接。
通過與標志正常狀態(tài)的特征的比較頻譜的比較，超過最大值的閾值可在一定的頻率域。
本發(fā)明的另一個實施方案在于，轉(zhuǎn)換單元的輸出端可連接在信號配置單元的輸入端上，該信號配置單元與用于存儲至少一個比較頻譜的單元的存儲輸入端以及與所述至少一個用于調(diào)節(jié)濾波系數(shù)的濾波器單元的輸入端連接。
在信號配置單元中，在關(guān)聯(lián)單元中該比較所必需的信號被處理和分析。此外該信號配置單元使得可以影響濾波器單元的濾波系數(shù)。
本發(fā)明的另一個變體在于，所述至少一個濾波器單元由具有帶通特性的兩個或多個并聯(lián)的濾波器單元構(gòu)成，該濾波器單元具有用于調(diào)節(jié)濾波系數(shù)的輸入端且其輸出端分別通過信號評價單元與求和單元的輸入端連接，而求和單元的輸出端與最大值監(jiān)視裝置連接，該最大值監(jiān)視裝置連接在系統(tǒng)分離單元上，該最大值監(jiān)視裝置在超過可預(yù)定的極限值時操作系統(tǒng)分離單元；而且轉(zhuǎn)換單元與信號配置單元連接，其輸出端與用于調(diào)節(jié)濾波系數(shù)的輸入端是可連接的。
借助具有帶通特性的兩個或多個濾波器單元針對故障電流信號的感興趣的整個頻率域被覆蓋。濾波系數(shù)借助轉(zhuǎn)換單元被確定。在調(diào)節(jié)該系數(shù)之后故障電流監(jiān)視借助時間域中的濾波器單元發(fā)生。
此外本發(fā)明涉及一種用于供電網(wǎng)的故障電流監(jiān)視的方法，其中只要由故障電流測量導(dǎo)出的故障電流測量值的超過最大值被確定，就操作系統(tǒng)分離單元。
開頭所述的本發(fā)明的任務(wù)根據(jù)本發(fā)明由此解決，該故障電流真實地被反映，該真實的故障電流信號從時間域轉(zhuǎn)換到頻率域并且由所得出的頻譜或者計算故障電流測量值的部分值和/或至少一個用于濾波真實的故障電流信號的低通濾波器的濾波系數(shù)的調(diào)節(jié)被確定，其中由所述至少一個低通濾波器的輸出信號計算故障電流測量值或其部分值。
通過評價作為具有頻譜的信號的故障電流避免故障電流保護開關(guān)的故障出發(fā)。
下面根據(jù)在附圖中示出的實施例深入解釋本發(fā)明。在此示出

圖1本發(fā)明的故障電流保護開關(guān)的實施方案的框圖；圖2根據(jù)圖1的故障電流保護開關(guān)的簡化框圖；圖3本發(fā)明的另一個變體的簡化框圖；圖4如圖1的故障電流保護開關(guān)的配置運行的示意圖；圖5如圖1的故障電流保護開關(guān)的正常運行的示意圖和圖6本發(fā)明的故障電流保護開關(guān)的另一個實施方案的框圖的部分。
在圖1中示意性地示出普通的電氣供電網(wǎng)40，其未示出的用戶的入口通過系統(tǒng)分離單元20可被中斷。只要在供電網(wǎng)40中超過可預(yù)定的故障電流測量值的故障電流開始流動，就操作系統(tǒng)分離單元20并由此阻止傷人。這樣的故障電流的出現(xiàn)通過檢測故障電流的單元42來監(jiān)視。
根據(jù)本發(fā)明用于檢測故障電流42的單元包含用于真實地記錄故障電流1、41的裝置，其與供電網(wǎng)40是可耦合的并在本發(fā)明范圍內(nèi)以不同方式構(gòu)成。
在根據(jù)圖1的實施例中用于真實地記錄故障電流的裝置通過弗爾斯特探針41來構(gòu)成，該弗爾斯特探針的輸出端與調(diào)節(jié)器單元1連接，該調(diào)節(jié)器單元補償施加在弗爾斯特探針41的輸出端上的輸出信號至零。調(diào)節(jié)器單元1包含PID調(diào)節(jié)器43，其調(diào)節(jié)量通過弗爾斯特探針41的輸出信號構(gòu)成。通過補償弗爾斯特探針41的輸出信號在PID調(diào)節(jié)器43的輸出端上產(chǎn)生故障電流的真實的反映，其作為故障電流信號被繼續(xù)處理。
但是作為用于真實地記錄故障電流的裝置也可應(yīng)用其他裝置，譬如分流器、霍爾元件或由磁元件和霍爾元件的組合。在此所應(yīng)用的調(diào)節(jié)器類型如在前述的針對弗爾斯特探針41的應(yīng)用情況中的一樣同樣不遭受限制。以這種方式實現(xiàn)的故障電流的真實的反映允許在十分寬的頻率域內(nèi)檢測故障電流，譬如從0Hz、也就是直流直至約20kHz。
為了預(yù)磁化弗爾斯特探針41設(shè)置有調(diào)制器44使得，弗爾斯特探針41的磁性材料交替地進入飽和區(qū)。這可通過合適的信號發(fā)生器發(fā)生，該信號發(fā)生器與弗爾斯特探針41的線圈連接。形成頻譜，由于譬如由方波信號導(dǎo)出，所以該頻譜只取消非偶數(shù)諧波?，F(xiàn)在故障電流信號導(dǎo)致磁性材料的另外的控制，這接著導(dǎo)致偶數(shù)諧波的出現(xiàn)。在弗爾斯特探針41處譬如引起用于判斷故障信號的二次諧波(偶數(shù)諧波)。此處接著二次諧波借助PID調(diào)節(jié)器43補償至零，以這樣獲得故障電流信號的真實的反映。
與PID調(diào)節(jié)器43連接的校正單元45與布置在弗爾斯特探針41的范圍內(nèi)的溫度測量探針46連接并測量其溫度。以這種方式可進行弗爾斯特探針41的溫度過程的補償。
為了判斷故障電流信號，根據(jù)本發(fā)明用于檢測故障電流的單元42還包含用于表示故障電流頻譜特征的故障電流分析單元100，其與系統(tǒng)分離單元20連接。
為了避免在迄今公知的故障電流開關(guān)處出現(xiàn)的困難，故障電流不是只由簡單的超過閾值確定，而是考慮不同的頻率部分處理為依賴于時間的信號，由該信號組成所述信號。在執(zhí)行了故障電流信號的數(shù)學(xué)分析之后可進行合適的反映作為分析的結(jié)果。
原理上由用于檢測故障電流的單元42導(dǎo)出的故障電流信號或者模擬地或者數(shù)字地被繼續(xù)處理。實際上最好首先執(zhí)行模擬的故障電流信號向數(shù)字故障電流信號的轉(zhuǎn)換，以將評價該故障電流信號的開銷保持在盡可能地小，由此根據(jù)本發(fā)明的故障電流保護開關(guān)的小型化是可能的。
從PID調(diào)節(jié)器43獲得的、真實的故障信號在圖1中被輸送給與PID調(diào)節(jié)器43的輸出端連接的具有可變的放大系數(shù)的放大器2，該放大器譬如通過校正單元45可被影響，以使得弗爾斯特探針41的溫度補償通過放大系數(shù)成為可能。
在放大器2的輸出端上一個用于采樣和量化故障電流的單元以模數(shù)轉(zhuǎn)換器3的形式被連接，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬的故障電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。該轉(zhuǎn)換可視本發(fā)明的故障電流保護開關(guān)的結(jié)構(gòu)也在信號路徑的另一個位置上發(fā)生。
為了避免采樣誤差，此外在模數(shù)轉(zhuǎn)換器3中裝設(shè)一個由現(xiàn)有技術(shù)公知的反混淆濾波器。
放大器2可選擇地作為信號放大單元裝設(shè)在圖1中示出的位置上，但是該放大器也可根據(jù)軟件通過在模數(shù)轉(zhuǎn)換器3中數(shù)字化的故障電流信號與系數(shù)相乘來實現(xiàn)，其中考慮譬如弗爾斯特探針41的溫度過程的系數(shù)。
按照模數(shù)轉(zhuǎn)換器3數(shù)字化的故障電流信號一方面被輸送給濾波器路徑50而另一方面被輸送給轉(zhuǎn)換路徑51，其中粗略地說在故障電流信號的低頻部分的濾波器路徑50中、譬如在小于400Hz的范圍內(nèi)，和在故障電流信號的高頻部分的轉(zhuǎn)換路徑51中、譬如在高于400Hz的范圍內(nèi)被處理。出于該目的，故障電流分析單元至少包含一個濾波器單元15和一個轉(zhuǎn)換單元5，其中在用于真實地記錄故障電流的裝置中構(gòu)成的故障電流信號從時間域轉(zhuǎn)換到象函數(shù)、優(yōu)選地轉(zhuǎn)換到頻率域。
圖2示出圖1中示出的故障電流保護開關(guān)的簡化框圖。在濾波器路徑50中應(yīng)用的所述一個或多個濾波器可通過在下面還說明的配置運行的計算與所測量的故障電流信號的現(xiàn)實相匹配。在轉(zhuǎn)換路徑51中所測量的故障電流信號的更高的信號頻率通過數(shù)學(xué)變換來處理。
可替換地也可采用多個平行的濾波器路徑151、152、…、15n，如在圖3中所示的那樣，其總共覆蓋一定的頻率范圍。在根據(jù)圖1的實施例中濾波器單元通過具有低通特性的濾波器單元15來配置，其輸出端與信號評價單元連接，該信號評價單元在圖1中作為用于計算所濾波的故障電流信號的有效值16的單元來實現(xiàn)。作為通帶范圍可執(zhí)行譬如0Hz至400Hz，其中具有低通特性的濾波器單元15的輸入端與模擬轉(zhuǎn)換器3的輸出端連接。優(yōu)選地該濾波器單元15實施為數(shù)字濾波器，可在其中選擇地也進行故障電流信號的采樣和量化，并對此放棄模擬變換器3。濾波器單元15的模擬配置也是可能的，如下面所說明的那樣，但是該濾波器單元的自動調(diào)節(jié)也同樣有困難。在圖1中通過調(diào)節(jié)輸入端進行濾波器單元15的自動調(diào)節(jié)，其與信號配置單元7連接。
與濾波器單元15的輸出端連接的用于計算有效值16的單元計算數(shù)字化的和所濾波的故障電流信號的有效值并將其輸出到其輸出端上，該輸出端與求和單元14的輸入端連接。在該位置上濾波器路徑結(jié)束并匯入求和單元14，該求和單元14的輸出端與最大值監(jiān)視裝置17連接，該最大值監(jiān)視裝置通過邏輯或器件18連接在系統(tǒng)分離單元20上，該最大值監(jiān)視裝置17在超過可預(yù)定的極限值時操作系統(tǒng)分離單元20。由此用戶與供電網(wǎng)40分離。
信號評價單元16可在另一個本發(fā)明的變體中配置為用于計算峰值的單元或配置為用于計算平均值的單元或此類的。但是由于目前通用的是，應(yīng)將故障電流極限值確定為有效值，所以在根據(jù)圖1的實施例中信號評價單元實現(xiàn)為用于計算有效值的單元。
在轉(zhuǎn)換路徑51中首先布置一個放大器4，其輸入端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器3的輸出端連接而其輸出端與轉(zhuǎn)換單元5的輸入端連接，該轉(zhuǎn)換單元將故障電流信號從時間域轉(zhuǎn)換到頻率域。
放大器4在圖1中支配控制輸入，通過該控制輸入其放大系數(shù)(以及在放大器2處)通過校正單元45被匹配。這種影響可能性被排除或在另一個位置上規(guī)定。在根據(jù)圖1的實施例中轉(zhuǎn)換單元通過傅立葉變換單元5、尤其是離散傅立葉變換單元構(gòu)成，其優(yōu)選地借助快速傅立葉變換(FFT)來實現(xiàn)。在此時間信號被轉(zhuǎn)換為頻譜。
但是也可應(yīng)用其他的轉(zhuǎn)換方法，以致該轉(zhuǎn)換單元同樣好地通過拉普拉斯變換單元、尤其是離散拉普拉斯變換單元來構(gòu)成。該拉普拉斯變換表達了傅立葉變換的一般化，其離散形式表示z變換，其他可執(zhí)行的可能性有加博變換、以及小波變換，該變換使得做出關(guān)于故障電流信號的頻譜的時間特性的說明成為可能。在傅立葉變換時可沒有關(guān)于信號頻譜的時間特性的說明。
在根據(jù)圖1的實施例中，轉(zhuǎn)換開關(guān)60被裝設(shè)在傅立葉變換單元5的輸出端上，該轉(zhuǎn)換開關(guān)在其正常位置中畫出，該正常位置對應(yīng)于本發(fā)明的故障電流保護開關(guān)的正常運行。在轉(zhuǎn)換單元5的輸入端與頻譜評價單元11的輸入端之間連接關(guān)聯(lián)單元8，該關(guān)聯(lián)單元與用于存儲至少一個比較頻譜的單元12連接。
在傅立葉變換單元5中示出的信號被輸送給與其連接的關(guān)聯(lián)單元8，其中執(zhí)行當前故障電流信號的頻譜與一個或多個所存儲的頻譜的比較。
通過關(guān)聯(lián)單元8轉(zhuǎn)換單元5與頻譜評價單元連接，該頻譜評價單元在圖1中被配置為用于計算頻譜的有效值的單元11，其輸出端與求和單元14的另一個輸入端連接。
轉(zhuǎn)換開關(guān)60的第二位置對應(yīng)于本發(fā)明的故障電流保護開關(guān)的配置運行。在配置運行期間，轉(zhuǎn)換單元5的輸出端連接到信號配置單元7的輸入端上，該信號配置單元與用于存儲至少一個比較頻譜的單元12的存儲輸入端連接。
轉(zhuǎn)換開關(guān)60的配置運行位置(未在圖1中示出)配置運行(圖4)用于校準本發(fā)明的故障電流保護開關(guān)和檢測根據(jù)運行的可能的信號頻譜。對此在供電網(wǎng)40中進行負載變化，方法是譬如連接在供電網(wǎng)上的不同的用戶被激活和去活。在配置運行期間在正常運行期間出現(xiàn)的故障電流的頻譜被測量，而且在考慮所適用的標準時存儲在實際信號存儲器9中，該實際信號存儲器連接在信號配置單元7與用于存儲比較頻譜的單元12之間。
由于在測量比較頻譜時可發(fā)生誤差，通過該誤差的出現(xiàn)可發(fā)生超過譬如在標準中確定的所允許的最大值，所以在最大值表10中最大可容忍的標準值被存儲，引入該標準值用于計算實際的比較值，該比較值在比較存儲單元12中用作該比較的基礎(chǔ)。實際信號存儲器9和最大值表10可被包含在比較存儲單元12。
在比較存儲單元12中無論如何存儲有效的比較值，該比較值針對該比較被引入。該比較值通過限制實際信號存儲器9中所存儲的頻譜由最大值表10中的依賴于標準的值構(gòu)成。
存放在比較存儲單元12中的值在正常運行中用于與由轉(zhuǎn)換路徑51算出的頻譜比較并為此用于調(diào)節(jié)濾波器路徑50中的具有低通特性的數(shù)字濾波器15，該數(shù)字濾波器通常也可由多個具有帶通特性的并聯(lián)的濾波器組成(圖3)。該調(diào)節(jié)通過信號配置單元7進行，在該信號配置單元中處理和分析在傅立葉變換單元5中轉(zhuǎn)換的信號以及確定針對具有低通特性的數(shù)字濾波器15的濾波系數(shù)的修改的參數(shù)。
如果在配置運行中發(fā)生超過信號頻譜的最大允許值，則比較存儲單元12執(zhí)行系統(tǒng)分離單元20的緊急觸發(fā)。對此目的，比較存儲單元12的緊急觸發(fā)輸出端與邏輯或器件18連接。因此阻止，一方面引入用于比較的不標準的值，另一方面缺陷裝置繼續(xù)運行。向控制單元19發(fā)出一個信號，該控制單元接著中斷配置運行。
此外控制單元19由PID調(diào)節(jié)器43、信號配置單元7、外部操作元件26和外部PC25的值輸出校正系數(shù)和控制命令，該值通過圖形用戶界面(GUI)在系統(tǒng)上存取。針對用戶也存在可能性，即在來自相應(yīng)的標準和低通濾波器15的濾波參數(shù)的所允許的極限值的范圍內(nèi)手動修改比較值。
控制單元19的另一個功能在于控制轉(zhuǎn)換開關(guān)60，通過該轉(zhuǎn)換開關(guān)可在配置運行與正常運行之間轉(zhuǎn)換。因為頻率分辨和可達到的帶寬，不同運行類型的采樣率和測量期利用轉(zhuǎn)換開關(guān)60的轉(zhuǎn)換同樣匹配。
轉(zhuǎn)換開關(guān)60的正常運行位置(圖1中示出)在正常運行(圖5)中，連續(xù)測量故障電流信號并輸送給濾波器路徑50和轉(zhuǎn)換路徑51。具有低頻的信號部分由濾波器15通過或?qū)?yīng)于所調(diào)節(jié)的濾波系數(shù)被衰減。具有高頻的信號部分在轉(zhuǎn)換路徑51中通過傅立葉變換單元5轉(zhuǎn)換為頻譜，該頻譜在關(guān)聯(lián)單元8中與在配置運行中被測量并在比較存儲單元12中存儲的值比較。當前測量的故障電流信號的頻譜和比較頻譜之間的區(qū)別在關(guān)聯(lián)單元8的輸出端被輸出，該輸出信號的有效值在頻譜評價單元11中被計算而且在求和單元14中被增加到通過用于計算有效值的單元16評價的低通信號。在求和單元14的輸出端上連接的最大值監(jiān)視裝置17決定觸發(fā)并也許操作系統(tǒng)分離單元20。
所有濾波器任務(wù)(除了反混淆濾波器功能)、有效值的計算(RMS)、數(shù)學(xué)變換、頻譜比較和最大值監(jiān)視如在功能塊100中實現(xiàn)的那樣可在集成的數(shù)字信號處理器(DSP)、ASIC或微控制器(μC)中進行。
與最大值監(jiān)視裝置17連接的通信單元13使得監(jiān)視配置-和正常運行以及在正常運行中所算出的值和普通的系統(tǒng)參數(shù)譬如通過現(xiàn)代的和其他接口、譬如以太網(wǎng)連接、無線電模塊或此類的成為可能。
如果譬如發(fā)生超過最大值，則供電網(wǎng)40的用戶通過操作開關(guān)20被分開并向通信單元13轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)的信號，該單元在最簡單的情況下可是LED或加法器。
此外，導(dǎo)致超過最大值的值不斷地向通信單元13輸出，以能從外部實施對裝置連續(xù)監(jiān)視。
在圖1中在傅立葉變換單元5的輸出端與關(guān)聯(lián)單元8的輸入端之間布置可選的校正功能單元6，該校正功能單元執(zhí)行關(guān)于系統(tǒng)函數(shù)h(x)的操作，諸如構(gòu)成絕對值、頻譜的乘方或虛數(shù)部分的分解。
在關(guān)聯(lián)單元8中當前所測量的頻譜與在配置運行中所測量的和在比較存儲單元12中所存儲的值比較。該比較在所示出的根據(jù)圖1的實施例中由簡單的減法組成，但是也可通過另外的相關(guān)函數(shù)進行。兩個在關(guān)聯(lián)單元中比較的信號的不同性的大小被算出。
在本發(fā)明的在圖6中示出的另一個變體中，整個頻率范圍通過并聯(lián)的具有帶通特性的濾波器單元101、102…、10n來覆蓋，以致可由濾波器單元101、102…、10n的輸出的相加得到故障電流信息。
轉(zhuǎn)換部分只用于算出濾波系數(shù)。用于調(diào)節(jié)濾波器單元101、102…、10n的濾波系數(shù)的輸入端與相應(yīng)的信號配置單元7的輸出端連接，該信號配置單元與轉(zhuǎn)換單元5保持連接。濾波器單元101、102…、10n的輸出端分別通過信號評價單元116與求和單元114的輸入端連接而求和單元114的輸出端與連接在系統(tǒng)分離單元20上的最大值監(jiān)視裝置17連接。最大值監(jiān)視裝置在超過可預(yù)定的極限值時操作系統(tǒng)分離單元20。在正常運行中圖6中示出的實施方案因此只運行在時間域中。
本發(fā)明的主題也是一種用于監(jiān)視供電網(wǎng)40的故障電流的方法，其中只要確定由故障電流測量導(dǎo)出的故障電流測量值超過最大值，就操作系統(tǒng)分離單元20。
首先真實地反映故障電流，真實的故障電流信號從時間域轉(zhuǎn)換到頻率域并由所得出的頻譜或者計算故障電流測量值的部分值和/或確定調(diào)節(jié)至少一個低通濾波器的濾波系數(shù)用于濾波真實的故障電流信號，其中由所述至少一個低通濾波器的輸出信號極端故障電流測量值或其部分值。
權(quán)利要求
1.故障電流保護開關(guān)，具有用于檢測電氣供電網(wǎng)和系統(tǒng)分離單元內(nèi)的故障電流的單元，其特征在于，所述用于檢測故障電流的單元包含與所述供電網(wǎng)(40)可耦合的用于真實地記錄故障電流(1、41)的裝置和與所述系統(tǒng)分離單元(20)連接的用于表示故障電流頻譜特征的故障電流分析單元(100)。
2.如權(quán)利要求1所述的故障電流保護開關(guān)，其特征在于，所述用于檢測故障電流的單元還包含用于采樣和量化故障電流的單元、優(yōu)選地模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)。
3.如權(quán)利要求2所述的故障電流保護開關(guān)，其特征在于，所述用于檢測故障電流的單元還包含反混淆濾波器。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的故障電流保護開關(guān)，其特征在于，所述用于真實地記錄故障電流的裝置通過弗爾斯特探針(41)構(gòu)成，該弗爾斯特探針的輸出端與調(diào)節(jié)器單元(43)連接，該調(diào)節(jié)器單元將施加在弗爾斯特探針(41)的輸出端上的輸出信號補償為零。
5.如權(quán)利要求4所述的故障電流保護開關(guān)，其特征在于，用于預(yù)磁化所述弗爾斯特探針(41)的調(diào)制器(44)被裝設(shè)。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的故障電流保護開關(guān)，其特征在于，所述用于真實地記錄故障電流的裝置通過分流器、霍爾元件或由磁元件和霍爾元件的組合來構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的故障電流保護開關(guān)，其特征在于，所述故障電流分析單元(100)包含至少一個濾波器單元(15，101、102、...、10n；151、152、...、15n)和轉(zhuǎn)換單元(5)，其中在用于真實地記錄故障電流(1、41)的裝置中構(gòu)成的故障電流信號從時間域可轉(zhuǎn)換到象函數(shù)、優(yōu)選地頻域。
8.如權(quán)利要求7所述的故障電流保護開關(guān)，其特征在于，所述至少一個濾波器單元通過具有低通特性的濾波器單元(15)構(gòu)成，該濾波器單元的輸出端與信號評價單元(16)、優(yōu)選地用于計算所濾波的故障電流信號的有效值的單元連接；轉(zhuǎn)換單元(5)與頻譜評價單元(11)、優(yōu)選地用于計算頻譜的有效值的單元連接；而且信號評價單元(16)的輸出端和頻譜評價單元(11)的輸出端與求和單元(14)的輸入端連接而求和單元(14)的輸出端與最大值監(jiān)視裝置(17)連接，該最大值監(jiān)視裝置連接在所述系統(tǒng)分離單元(20)上，該最大值監(jiān)視(17)裝置在超過可預(yù)定的極限值時操作該系統(tǒng)分析單元(20)。
9.如權(quán)利要求8所述的故障電流保護開關(guān)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換單元通過傅立葉變換單元(5)、尤其是離散傅立葉變換單元構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求8所述的故障電流保護開關(guān)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換單元通過拉普拉斯變換單元、尤其是離散拉普拉斯變換單元構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求8所述的故障電流保護開關(guān)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換單元通過加博變換單元或小波變換單元構(gòu)成，關(guān)于故障電流信號的頻譜的時間特性的說明使得該轉(zhuǎn)換單元成為可能。
12.如權(quán)利要求8至11之一所述的故障電流保護開關(guān)，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)換單元(5)的輸出端與頻譜評價單元(11)的輸入端之間連接關(guān)聯(lián)單元(8)，該關(guān)聯(lián)單元與用于存儲至少一個比較頻譜(12)的單元連接。
13.如權(quán)利要求2所述的故障電流保護開關(guān)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換單元(5)的輸出端可連接在信號配置單元(7)的輸入端上，該信號配置單元與用于存儲至少一個比較頻譜(12)的單元的存儲輸入端以及與所述用于調(diào)節(jié)濾波系數(shù)的至少一個濾波器單元(15)的輸入端連接。
14.如權(quán)利要求1至6之一所述的故障電流保護開關(guān)，其特征在于，所述至少一個濾波器單元通過具有帶通特性的兩個或多個并聯(lián)的濾波器單元(101、102、...、10n)構(gòu)成，該濾波器單元具有用于調(diào)節(jié)濾波系數(shù)的輸入端，而且其輸出端分別通過信號評價單元(116)與求和單元(114)的輸入端連接，而該求和單元(114)的輸出端與連接在系統(tǒng)分離單元(20)上的最大值監(jiān)視裝置(17)連接，該最大值監(jiān)視裝置在超過可預(yù)定的極限值時操作所述系統(tǒng)分離單元(20)；所述轉(zhuǎn)換單元(5)與信號配置單元(7)連接，其輸出端與用于調(diào)節(jié)濾波系數(shù)的輸入端是可連接的。
15.用于供電網(wǎng)的故障電流監(jiān)視的方法，其中只要確定由故障電流測量導(dǎo)出的故障電流測量值超過最大值，就操作系統(tǒng)分離單元，其特征在于，所述故障電流真實地被構(gòu)成，真實地故障電流信號從時間域轉(zhuǎn)換到頻域并由所得出的頻譜或者計算故障電流測量值的部分值和/或確定調(diào)節(jié)用于濾波所述真實地故障電流信號的至少一個低通濾波器(15，101、102、...、10n；151、152、...、15n)的濾波系數(shù)，其中由所述至少一個低通濾波器(15，101、102、...、10n；151、152、...、15n)的輸出信號計算故障電流測量值或其部分值。
全文摘要
故障電流保護開關(guān)，具有用于檢測電氣供電網(wǎng)(40)和系統(tǒng)分離單元(20)內(nèi)的故障電流的單元，其中用于檢測故障電流的單元包含與所述供電網(wǎng)(40)可耦合的用于真實地記錄故障電流(1、41)的裝置和與所述系統(tǒng)分離單元(20)連接的用于表示故障電流頻譜特征的故障電流分析單元(100)。
文檔編號H02H3/00GK1656659SQ03812407
公開日2005年8月17日 申請日期2003年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月27日
發(fā)明者M·科赫, G·里青格爾 申請人:莫勒自動系統(tǒng)公司