过流检测器的制作方法

过流检测器
1.本公开涉及根据权利要求1的上位概念部分的过流检测器。
2.文献中提出的大多数故障检测算法都是基于电流的阈值检查或组合的电流和电流上升速率分析，并且其中专门设计用于ac应用(具有欧姆感应行为)。使用这种故障检测算法的缺点是容易引起滋扰跳闸。由于峰值或电容性浪涌电流引起的电流信号的快速变化可能超过阈值或可能导致导出输出的高信号。在这两种情况下，结果都是不希望的跳闸。
3.也存在使用对电流采样进行积分的已知的过流检测方法。在瞬态电流的情况下，这种已知的电路对滋扰跳闸更为稳健，但在许多其他情况下，特别是在正常工作期间的特殊电流模式下，它们仍然容易引起滋扰跳闸。
4.本发明的目的是通过提供一种过流检测器来克服现有技术的缺点，该过流检测器可以具有低滋扰跳闸倾向和高灵活性以适于不同的(具体地，预定义的选择性)跳闸要求。
5.根据本发明，此目的通过权利要求1的特征来解决。
6.因此，该过流检测器具有低滋扰跳闸倾向和高灵活性，以适于不同的(具体地，预定义的选择性)跳闸要求。该过流检测器在瞬态电流的情况下也非常稳健，并且可以容易地适于对另外的异常电流模式做出反应。此外，可以将反应行为嵌入过流检测器，该反应行为不限于双金属的反应曲线。
7.从属权利要求进一步描述了本发明的优选实施方案。
8.参考附图来描述本发明。附图仅示出了优选的实施方案。
9.单个图示出了根据本发明的过流检测器的第一优选实施方案的作为过流保护开关的一部分的框图。
10.单个图示出了过流检测器1的优选实施方案，该过流检测器具有通过检测器1的至少一条电气线路2和至少一个传感器3，该至少一个传感器适于监测电气线路2中的电流并输出电流测量信号，该过流检测器进一步包括积分单元4，该积分单元适于对电流测量信号的连续值的预定义区间进行积分并输出积分器信号，该检测器1进一步包括比较器单元5，该比较器单元适于将积分器信号的值与阈值水平进行比较，并且在该积分器信号的值达到该阈值水平的情况下输出触发信号，其中该检测器1进一步包括阈值水平确定单元6，其中该阈值水平确定单元6的输入连接到传感器3，以接收实际电流测量信号，并且其中该阈值确定单元6的输出连接到比较器单元5，以向该比较器单元5提供阈值水平，并且该阈值水平确定单元6适于根据实际电流测量信号的值确定该阈值水平。
11.因此，该过流检测器1具有低滋扰跳闸倾向和高灵活性，以适于不同的(具体地，预定义的选择性)跳闸要求。该过流检测器在瞬态电流的情况下也非常稳健，并且可以容易地适于对另外的异常电流模式做出反应。此外，可以将反应行为嵌入过流检测器，该反应行为不限于双金属的反应曲线。
12.实际过流检测器1将电流的时间积分行为与实际电流值结合。实际电流值影响与判断长时间行为的跳闸标准相对应的触发值。电流的时间积分行为表示电流在较长时间内的行为。
13.在所描述的示例中，过流检测器1包括至少一条电气线路2。另选地，过流检测器1
还包括第二电气线路并且可以包括多条另外的电气线路。
14.过流检测器1可以是独立部件，包括用于连接电气线路2的壳体和夹具。
15.过流检测器1还可以将短路电流检测为特殊类型的过电流。
16.过流检测器1在dc过流检测方面具有特殊优势，但也可以实现用于ac应用。
17.在所述的示例中和根据唯一的图，过流检测器1是过流保护开关装置或断路器11的积分部分。过流检测器1的触发输出连接到断路器11的致动器9和/或开关或闭锁机构8，并且开关机构8连接到布置在电气线路2和另外的优选附加电气线路中的至少一对开关触件10。断路器11进一步包括夹具。
18.另选地，断路器11可以实现为混合断路器或固态断路器。
19.如前所述，过流检测器1包括监测电气线路2中的电流的第一电流传感器3。优选地，过流检测器1包括用于每条电气线路2的一个电流传感器3。
20.第一传感器3可以是任何类型的电流传感器3。电流传感器3输出电流测量信号。通常，传感器3输出模拟电流测量信号。在这种情况下，并且如唯一的图所示，传感器3的输出优选地连接到模数转换器或adc 12，以将电流测量信号转换为整数值。
21.根据优选的实施方案，实际的过流检测器1大多是以数字方式实现的。然而，也可以以模拟方式实现。
22.电流传感器3或adc 12的输出连接到积分单元4。积分单元4适于对电流测量信号的连续值的预定义区间进行积分并输出积分器信号。优选地，积分单元4利用移动窗口积分法来操作，并且该移动窗口包括电流测量信号的连续值的预定义区间。根据具体优选的实施方案，积分单元4嵌入包括fifo存储器或寄存器。积分单元4具体体现为微控制器的一部分。随后描述积分单元4的具体实施方案。
23.检测器1包括比较器单元5或跳闸单元，其适于将积分器信号的值与阈值水平进行比较。在积分器信号的值达到阈值水平的情况下，比较器单元5输出触发信号。
24.如果过流检测器1是断路器11的一部分，则比较器单元5连接到致动器9。触发信号将使致动器9操作闭锁机构8以打开触件10。在混合断路器或固态断路器的情况下，切断电气线路2的等效动作将由触发信号引起。
25.与阈值的值相对应的阈值水平由阈值水平确定单元6设定，该阈值水平确定单元是过流检测器1的一部分。阈值水平确定单元6的输入连接到传感器3或adc 12，以接收实际电流测量信号。阈值确定单元6的输出连接到比较器单元5，以向比较器单元5提供阈值水平。阈值水平确定单元6适于根据实际电流测量信号的值确定阈值水平。
26.根据第一优选实施方案，阈值水平确定单元6适于为高的实际电流测量信号设置高阈值水平。此设置使得检测器1能够达到针对瞬态电流的高稳健性以及用于检测短路电流的快速反应时间。
27.根据第二优选实施方案，阈值水平确定单元6适于针对大部分电流将阈值水平设置为恒定低值，而不管其确切值是否超过检测器1的标称保护电流。只有特殊值区间内或大于特殊值的电流将被除外。例如，对于低于检测器1的标称保护电流的一倍半的电流，将设置低阈值水平。通过排除具有特殊行为或具有在特殊电流值区间内或大于特殊值的值的电流，可以防止由操作过电流引起的滋扰跳闸。这种过电流可以例如由焊接机器引起。这种周期性过电流通常高至足以触发过流检测器1，但能量足够低，使得电气线路将不被损坏。因
此，不必将这些电气线路切断。通常，被除外的电流的实际值超过标称保护电流达量值的预定义整数倍，具体地为检测器1的标称保护电流的五倍和/或六倍和/或七倍和/或八倍。针对此类电流测量信号，将阈值水平设置为高于预定义量值数的值。
28.过流检测器1可以与固定长度的积分窗口一起使用。由于积分窗口的长度对过流检测器的时间行为或跳闸时间具有影响，因此灵活长度的积分窗口将是有利的。
29.根据第三优选的实施方案，检测器1进一步包括积分窗口确定单元7。积分窗口确定单元7的输入连接到传感器3，以接收实际电流测量信号。积分窗口确定单元7的输出连接到积分器单元4，以向积分器单元4提供积分窗口的长度。积分窗口确定单元7适于根据实际电流测量信号的值确定积分窗口的长度。
30.根据第四优选的实施方案，积分窗口确定单元7适于在实际电流测量信号值较小的情况下设置长积分窗口，并且在实际电流测量信号值较高的情况下设置短积分窗口。这对应于双金属的行为。在此之后，进一步特别优选的是，积分窗口确定单元7适于在实际电流测量信号的值低于检测器1的标称保护电流的一倍半的情况下设置大于2ms的积分窗口，并且在实际电流测量信号的值高于检测器1的标称保护电流的十倍的情况下设置短于300μs的积分窗口。这些特定值在实践使用中产生了良好结果。
31.根据第五优选的实施方案，积分窗口确定单元7适于针对所有实际测量信号值，将积分窗口设置为恒定低值，具体地低于500μs，实际值超过标称保护电流达量值的预定义整数倍(具体地，检测器1的标称保护电流的五倍和/或六倍和/或七倍和/或八倍)的电流测量信号除外，并且针对此类电流测量信号，将积分窗口设置为高值，具体地高于3ms。该实施方案结合了对高周期性工作电流的高稳健性，并且对所有其他电流都是敏感的。
32.根据另外的优选实施方案，建议将不同描述的实施方案结合。特别是通过使用比较器单元5中的微控制器，非常易于根据特殊需求实施跳闸特性。