用于确定电路开关装置的脱扣范围的方法和系统与流程

本发明涉及用于确定电路开关装置的脱扣范围的方法和系统。

背景技术：

1、本发明涉及电气设施的安全领域，尤其涉及在设施中出现电气故障时切断电源，通常称为断路。

2、众所周知，在由供电网络供电的电气设施中会出现各种故障，并且会危及该设施中连接的设备的安全，或者甚至在某些情况下会对操作者造成火灾风险或身体危险。

3、电气设备的安全性通过使用开关装置来保证，开关装置通常被称为断路器，其配置为在检测到超过额定电流阈值的电流之后非常快速地切断电力。

4、传统上，开关装置包括固定触点和移动触点，移动触点设计成在断开位置和闭合位置之间移动，在断开位置，移动触点与固定触点分离，因此切断电流流动，在闭合位置，移动触点抵靠固定触点，电流流动是可能的。该开关装置还包括开关脱扣机构和复位杆，该开关脱扣机构使开关装置的触点转换到断开位置。

5、在包含开关装置的壳体的表面上，操作者通常可以接触到复位杆，并且复位杆可以在三个位置之间移动，这三个位置分别是:“断开”位置(对应于触点的断开位置)、“脱扣”位置(对应于断开动作后触点的断开)和“闭合”位置(对应于触点的闭合位置)。由操作者手动地将杆从“断开”位置转换到“闭合”位置，反之亦然，并且通过触发开关动作自动地从“闭合”位置转换到“脱扣”位置。

6、包括磁热模块的紧凑型塑壳断路器，也称为mccb，是特别已知的。如果电路过载，热保护会触发断电。如果负载出现故障，导致短路电流，磁性保护会触发电路的快速切换。

7、这种开关设备出现的一个问题是知道是什么导致了电功率的切断被触发。

8、特别是，如果脱扣的原因是过载故障或短路故障，知道杆何时处于“脱扣”位置是有用的，因为要采取的纠正措施和操作者的安全风险根据情况而不同。

9、大多数基于磁热保护模块的开关装置不提供关于脱扣原因的信息。

10、存在允许识别脱扣原因的电子脱扣装置；然而，需要提出一种识别脱扣原因的较便宜的方法，同时提出一种除了磁热脱扣装置之外的功能。

技术实现思路

1、因此，需要确定开关装置的脱扣范围，以便能够指示所述范围，从而提高电气设施和在断路动作后进行干预的操作者的安全性。

2、脱扣范围分别包括:

3、-由操作员控制的正常脱扣，例如通过操作杆从闭合位置转换到断开位置；

4、-由于由电气设施供电的至少一个负载发生电力过度消耗而导致过载脱扣；

5、-由于开关装置中出现电气故障(例如短路)而导致的故障脱扣。

6、脱扣范围与根据额定电流阈值定义的截止电流范围相关。

7、本发明的目的是确定开关装置的脱扣范围，并将其指示给操作者。

8、为此，根据一个方面，本发明提出了一种用于确定电路开关装置的脱扣范围的方法，该电路开关装置设计成向包括至少一个负载的电气设施供电，该开关装置具有断开位置和闭合位置，在断开位置，电流在所述电路中的流动被切断，在闭合位置，电流在所述电路中流动，在控制之后或者在检测到在所述开关装置中流动的截止电流之后，触发从闭合位置到断开位置的转换，该截止电流具有超过额定电流阈值的水平。

9、该方法通过电子计算模块来实现，该电子计算模块配置成从集成到所述开关装置中的至少一个振动传感器接收数据，并且该方法在操作阶段包括以下步骤:

10、-在转换到所述断开位置之后，基于来自所述至少一个振动传感器的数据，以给定的采样频率，在选定的采集周期内获得至少一个时间振动信号(temporal vibrationsignals)，

11、-对于每个时间振动信号，将时间振动信号转换成在时间-频率表示空间中表示的频谱图，

12、-选择频谱图的预定特征子集，称为操作特征子集，

13、-应用由监督机器学习参数化的预测模型，在所述参数化预测模型的输入端提供所述操作特性子集的值，以便获得对应于截止电流估计值的类别，

14、-作为截止电流的估计值和所述额定电流阈值的函数，在以下各项中确定开关装置的脱扣范围:通过控制的正常脱扣、在电气设施的至少一个负载的电力过度消耗之后的过载脱扣、以及在短路之后的脱扣。

15、有利地，所提出的方法可以用于基于由集成到开关装置中的振动传感器获得的信号来估计截止电流，这允许由此推断出开关装置的脱扣范围。

16、根据本发明的用于确定脱扣范围的方法可以独立地或者根据所有可接受的组合具有以下一个或多个特征。

17、确定开关装置的脱扣范围包括将截止电流的估计值与额定电流阈值进行比较，并且

18、-当所述截止电流的估计值低于额定电流阈值时，脱扣是正常脱扣，

19、-当所述截止电流的估计值高于额定电流阈值并且低于额定电流阈值乘以预定倍增因子时，脱扣是过载脱扣，并且

20、-当所述截止电流的估计值高于额定电流阈值乘以所述倍增因子时，脱扣是故障脱扣。

21、该方法还包括在开关装置的人机界面上显示与所确定的脱扣范围相关的指示。

22、至少一个时间振动信号的获得包括在开关装置脱扣之后应用预定持续时间的时间偏移。

23、该方法包括在所述操作阶段之前的学习阶段，包括

24、-采集多个时间振动信号，每个时间振动信号与截止电流的已知值相关联，

25、-将每个时间振动信号转换成频谱图，并将所述频谱图和截止电流的相关值存储在学习频谱图库中。

26、学习阶段还包括递归特征消除步骤，包括递归地应用以下步骤:

27、a)学习所述预测模型的参数，在输入端采用所计算的频谱图的学习特征子集中的特征值，所述预测模型被参数化以基于所述学习特征子集中的特征值提供到与电流的估计值相关联的类别的分类，

28、b)相对于来自预测模型的结果，评估所述学习特征子集中每个特征的重要性分数，

29、c)从所述学习特征子集中消除具有最低重要性分数的特征，

30、d)更新学习特征子集并重复步骤a)至d),直到学习特征子集为空。

31、该方法还包括根据在所述学习特征子集中消除特征的顺序，通过重要性等级获得特征的等级，并选择预定数量n个具有最高重要性等级的特征，以便形成操作特征子集的步骤。

32、该方法还包括优化当获得待处理的时间振动信号时要应用的采样频率、采集周期和时间偏移。

33、根据另一方面，本发明涉及一种包括软件指令的计算机程序，当由可编程电子计算模块执行时，该软件指令实现如上文简要描述的用于确定电路开关装置的脱扣范围的方法。

34、根据另一方面，本发明涉及一种用于确定脱扣范围的系统，该系统包括开关装置，该开关装置包括至少一个振动传感器和电子计算模块，该电子计算模块配置成实施如上文简要描述的用于确定脱扣范围的方法。

35、有利的是，根据所有设想的变型，用于确定脱扣范围的系统配置成实施如上文简要描述的用于确定电路开关装置的脱扣范围的方法。