СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИЧИНЫ ПОТЕРИ НАПРЯЖЕНИЯ НА ВЫХОДЕ ВЫКЛЮЧАТЕТЯ, ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, СОДЕРЖАЩАЯ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ И ТАКОЙ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР
PROCESS FOR DETERMINING CAUSE OF LOSS OF TENSION DOWNSTREAM OF CIRCUIT BREAKER, AUXILIARY CIRCUIT BREAKER APPARATUS, ELECTRICAL SYSTEM INCLUDING CIRCUIT BREAKER AND AUXILIARY DEVICE OF THIS TYPE

Настоящее изобретение относится к способу определения причины потери напряжения на выходе выключателя при помощи вспомогательного прибора, при этом отсутствие напряжения на выходе выключателя соответствует размыканию выключателя или падению напряжения на входе выключателя ниже первого контрольного значения напряжения.
Настоящее изобретение относится также к вспомогательному прибору для электрического выключателя, при этом в разомкнутом положении выключатель выполнен с возможностью прерывать прохождение электрического тока в электрическом соединении, содержащем, по меньшей мере, один электрический проводник.
Настоящее изобретение относится также к электрической системе, содержащей электрический выключатель и такой вспомогательный прибор, соединенный с электрическим выключателем.
В области выключателей при размыкании выключателя необходимо идентифицировать тип неисправности, повлекшей за собой размыкание выключателя.
Так, из документа ЕР-А1-1065691 известно применение вспомогательного сигнального модуля для выключателя, содержащего первый переключатель, указывающий на замкнутое и разомкнутое состояние контактов выключателя, и второй переключатель, указывающий на взведенное состояние или на состояние срабатывания выключателя. Таким образом, после подключения вспомогательного модуля к выключателю переключатели могут взаимодействовать с механизмом выключателя и перемещаться в зависимости от состояния выключателя. Такой вспомогательный модуль позволяет узнать, разомкнулся ли выключатель вследствие ручного размыкания выключателя, при этом состояние выключателя называют в таком случае разомкнутым состоянием, или в результате наличия неисправности, такой как электрическая перегрузка на электрическом соединении, вызвавшая срабатывание выключателя, при этом состояние выключателя называют состоянием аварийного срабатывания. Когда выключатель находится в положении замыкания, состояние выключателя называют замкнутым состоянием.
Однако такой вспомогательный модуль позволяет лишь распознать состояние выключателя среди разомкнутого, замкнутого состояний или состояния аварийного срабатывания и не позволяет точно определить причину срабатывания электрического выключателя, то есть причину состояния срабатывания выключателя. Поэтому изобретение призвано предложить вспомогательный прибор для электрического выключателя и соответствующий способ, обеспечивающий оптимальный контроль электрического выключателя и, в частности, определение причины размыкания электрического выключателя, с которым соединен вспомогательный прибор.
В связи с этим объектом изобретения является способ определения причины потери напряжения на выходе выключателя при помощи вспомогательного прибора, при этом потеря напряжения на выходе выключателя соответствует размыканию выключателя или падению напряжения на входе выключателя ниже первого контрольного значения напряжения, при этом в разомкнутом положении выключатель выполнен с возможностью прерывать прохождение электрического тока в электрическом соединении, содержащем, по меньшей мере, один электрический проводник, при этом вспомогательный прибор содержит, по меньшей мере, один датчик тока, выполненный с возможностью измерения силы тока, проходящего в соответствующем электрическом проводнике, и первое средство обнаружения, выполненное с возможностью обнаружения потери напряжения на выходе выключателя, при этом способ содержит следующие этапы:
а) при помощи датчика тока или каждого датчика тока измеряют силу тока, проходящего в электрическом проводнике или каждом электрическом проводнике,
b) при помощи первого средства обнаружения обнаруживают потерю напряжения на выходе выключателя.
Согласно изобретению, способ дополнительно содержит следующий этап:
с) при помощи вспомогательного прибора и в зависимости от силы тока, измеренной датчиком тока или каждым датчиком тока, определяют причину обнаруженной потери напряжения, при этом упомянутую причину предпочтительно выбирают из группы, в которую входят: электрическая перегрузка, короткое замыкание и падение напряжения.
Благодаря изобретению, вспомогательный прибор выполнен с возможностью точно диагностировать причину потери напряжения на выходе выключателя в зависимости от измерения тока, проходящего в соответствующем электрическом проводнике или каждом электрическом проводнике. Таким образом, благодаря измерению тока, устройство определения может, например, определить, произошла ли потеря напряжения на выходе выключателя вследствие падения напряжения или короткого замыкания, или по причине тока перегрузки.
Согласно различным аспектам изобретения, способ определения причины потери напряжения на выходе выключателя имеет один или несколько следующих отличительных признаков, взятых отдельно или в любых технически возможных комбинациях:
- после этапа а) измерения и до этапа b) обнаружения вспомогательный прибор осуществляет следующий этап:
а2) в зависимости от значений силы тока, измеренных на этапе а), вычисляют нагрев второго или вторых средств обнаружения электрической перегрузки, при этом второе или вторые средства обнаружения входят в состав выключателя;
- после этапа а2) вспомогательный прибор осуществляет следующие этапы:
а3) сравнивают вычисленное значение нагрева с первым пороговым значением, и
а4) генерируют тревожный сигнал, если вычисленное значение нагрева превышает первое пороговое значение;
- после этапа а2) вспомогательный прибор осуществляет следующие этапы:
а3ʹ) сравнивают вычисленное значение нагрева с первым пороговым значением и с вторым пороговым значением, меньшим первого порогового значения, и
а4ʹ) генерируют тревожный сигнал, начиная с момента, когда вычисленное значение нагрева превышает первое пороговое значение и пока вычисленное значение нагрева превышает второе пороговое значение;
- после этапа b) обнаружения, если потеря напряжения на выходе выключателя была обнаружена первым средством обнаружения, вспомогательный прибор осуществляет в ходе этапа с) определения следующий этап:
с1) сравнивают вычисленное значение нагрева с третьим пороговым значением для обнаружения первой причины потери напряжения на выходе выключателя, при этом третье пороговое значение превышает первое пороговое значение;
- после этапа а) измерения и до этапа b) обнаружения вспомогательный прибор осуществляет следующий этап:
а5) вычисляют максимальное значение из значений силы тока, измеренных в течение определенного промежутка времени;
- после этапа b) обнаружения, если потеря напряжения на выходе выключателя была обнаружена первым средством обнаружения, вспомогательный прибор осуществляет в ходе этапа с) определения следующий этап:
с2) сравнивают максимальное значение тока с четвертым пороговым значением для обнаружения второй причины потери напряжения на выходе выключателя;
- после этапа с) определения вспомогательный прибор осуществляет следующий этап:
d) передают сообщение, содержащее первый элемент данных, соответствующий присутствию напряжения на выходе выключателя, и второй элемент данных, соответствующий причине потери напряжения на выходе выключателя, в концентратор.
Объектом изобретения является также вспомогательный прибор для электрического выключателя, при этом в разомкнутом положении выключатель выполнен с возможностью прерывать прохождение электрического тока в электрическом соединении, содержащем, по меньшей мере, один электрический проводник, при этом вспомогательный прибор содержит, по меньшей мере, один датчик тока, выполненный с возможностью измерения силы тока, проходящего в соответствующем электрическом проводнике, и первое средство обнаружения, выполненное с возможностью обнаружения потери напряжения на выходе выключателя, при этом потеря напряжения на выходе выключателя соответствует размыканию выключателя или падению напряжения на входе выключателя ниже первого контрольного значения напряжения. Согласно изобретению, вспомогательный прибор содержит устройство определения причины потери напряжения на выходе выключателя в зависимости от силы тока, измеренной датчиком тока или каждым датчиком тока, при этом упомянутую причину предпочтительно выбирают из группы, в которую входят: электрическая перегрузка, короткое замыкание и падение напряжения.
Согласно другим предпочтительным аспектам изобретения, вспомогательный прибор имеет один или несколько следующих отличительных признаков, взятых отдельно или в любых технически возможных комбинациях:
- выключатель содержит входную клемму тока и выходную клемму тока для каждого электрического проводника, при этом первое средство обнаружения содержит, по меньшей мере, один датчик напряжения, выполненный с возможностью измерения напряжения подаваемого на соответствующую выходную клемму выключателя, при этом первое средство обнаружения выполнено с возможностью обнаружения потери напряжения на выходе выключателя, если напряжение, измеренное датчиком напряжения, меньше второго контрольного порогового значения напряжения в течение определенного интервала времени;
- выключатель содержит входную клемму тока и выходную клемму тока для каждого электрического проводника, при этом первое средство обнаружения содержит, по меньшей мере, один датчик напряжения, выполненный с возможностью измерения напряжения, подаваемого на соответствующую выходную клемму выключателя, при этом первое средство обнаружения выполнено с возможностью вычисления производной измеренного напряжения и обнаружения потери напряжения на выходе выключателя, если производная, вычисленная первым средством обнаружения, меньше контрольного значения в течение заранее определенного контрольного времени.
- выключатель содержит, по меньшей мере, одно второе средство обнаружения, выполненное с возможностью обнаружения электрической перегрузки, при этом вспомогательный прибор содержит первое средство вычисления, выполненное с возможностью вычисления нагрева второго или каждого второго средства обнаружения в зависимости от силы тока, измеренной датчиком тока или каждым датчиком тока, при этом устройство определения выполнено с возможностью определения причины потери напряжения на выходе выключателя в зависимости от упомянутого вычисленного нагрева;
- вспомогательный прибор содержит второе средство вычисления, выполненное с возможностью вычисления максимального значения из значений силы тока, измеренных в течение заранее определенного промежутка времени, при этом устройство определения выполнено с возможностью определения причины потери напряжения на выходе выключателя в зависимости от максимального значения из измеренных значений силы тока;
- вспомогательный прибор содержит третье средство вычисления, выполненное с возможностью вычисления электрической мощности и электрической энергии в каждом соответствующем проводнике на основании значений силы тока и напряжения, измеренных соответственно датчиком тока или каждым датчиком тока и датчиком напряжения или каждым датчиком напряжения, при этом вспомогательный прибор содержит устройство связи, выполненное с возможностью передачи измеренных значений силы тока и напряжения и вычисленных значений энергии и мощности в концентратор.
Объектом изобретения является также электрическая система, содержащая электрический выключатель и вспомогательный прибор, при этом в разомкнутом положении выключатель выполнен с возможностью прерывать прохождение электрического тока в электрическом соединении, содержащем, по меньшей мере, один электрический проводник. Согласно изобретению, вспомогательный прибор является описанным выше вспомогательным прибором.
Изобретение и его другие преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 - схематичный вид электрической системы согласно первому варианту выполнения, содержащей электрический выключатель и вспомогательный прибор, электрически соединенный с упомянутым выключателем.
Фиг. 2 - очень схематичный вид вспомогательного прибора, показанного на фиг.1.
Фиг. 3 - блок-схема способа определения причины потери напряжения на выходе выключателя, показанного на фиг. 1, в соответствии с изобретением.
Фиг. 4 - система двух кривых, показывающих нагрев, вычисляемый вспомогательным прибором, в зависимости от времени для двух разных значений силы тока, проходящего в электрическом проводнике, с которым соединен выключатель, показанный на фиг. 1.
Фиг. 5 - система двух кривых, показывающих, при размыкании выключателя, показанного на фиг. 1, с одной стороны, ток, проходящий в электрическом проводнике, с которым соединен выключатель, в зависимости от времени и, с другой стороны, напряжение, измеряемое на выходе выключателя на электрическом проводнике, в зависимости от времени.
Фиг. 6 - система трех кривых, показывающих в зависимости от времени и в момент потери напряжения на выходе выключателя, показанного на фиг. 1, напряжение, измеренное в трех разных точках измерения внутри вспомогательного прибора, показанного на фиг. 2.
Фиг. 7 - схематичный вид электрической системы согласно второму варианту выполнения изобретения, содержащей четырех полюсный электрический выключатель и вспомогательный прибор, электрически соединенный с упомянутым выключателем.
Показанная на фиг. 1 электрическая система 10 соединена с первым электрическим проводником 12 и со вторым электрическим проводником 14, при этом проводники 12, 14 принадлежат к электрической сети 16 и предназначены для питания электрической нагрузки 18.
Электрическая система 10 выполнена с возможностью установления связи через беспроводную линию связи с концентратором 20 данных.
Электрическая система 10 содержит электрический выключатель 22, такой как электромеханический выключатель, и вспомогательный прибор 24, электрически соединенный с выключателем 22. Вспомогательный прибор 24 закреплен, например, под выключателем 22.
Электрическая система 10 содержит направляющую 25, на которой механически закреплен выключатель 22.
Первый проводник 12 является, например, фазным проводником или проводником положительного постоянного потенциала.
Второй проводник 14 является нейтральным проводником или проводником контрольного постоянного потенциала.
Первый проводник 12 и второй проводник 14 образуют электрическое соединение 16.
Концентратор 20 данных соединен через линию данных, такую как радиоэлектрическая линия, с устройством 27 визуализации 27, для отображения, в частности, информации, касающейся работы выключателя 22 и передаваемой вспомогательным прибором 24. Концентратор 20 содержит первое устройство связи 28 и первую радиоэлектрическую антенну 30.
Электрический выключатель 22 сам по себе известен и выполнен с возможностью прерывания прохождения электрического тока в первом проводнике 12 и/или во втором проводнике 14, в частности, при наличии электрической неисправности на первом проводнике 12 или на втором проводнике 14.
Выключатель 22 содержит выходное механическое устройство 32, показанное на фиг. 1, при этом выходное механическое устройство 32 выполнено подвижным между рабочим положением и выключенным положением, соответствующим прерыванию прохождения тока в проводниках 12 и 14 после размыкания выключателя 22. Выходное механическое устройство 32 установлено подвижно с возможностью перемещения в выключенное положение в случае перегрузки на первом или втором проводниках 12, 14 или ручного размыкания электрического выключателя 22.
Выключатель 22 содержит, по меньшей мере, одно не показанное средство обнаружения, такое как биметаллическая пластинка, выполненное с возможностью обнаружения электрической перегрузки на первом проводнике 12 или на втором проводнике 14 и называемое также средством обнаружения перегрузки.
Электрический выключатель 22 является, например, магнитотермическим выключателем, выполненным с возможностью прерывания прохождения тока в первом и/или втором проводниках 12, 12 за счет термического действия в случае перегрузки или за счет магнитного действия в случае короткого замыкания.
Выключатель 22 содержит первую 34 и вторую 36 входные клеммы тока и первую 38 и вторую 40 выходные клеммы тока, при этом первые входные и выходные клеммы 34, 38 связаны с первым электрическим проводником 12, а вторые входные и выходные клеммы 36, 40 связаны со вторым электрическим проводником 14.
В разомкнутом положении выключатель 22 прерывает прохождение электрического тока I через электрическое соединение 16. Как правило, потеря напряжения на выходе выключателя 22 происходит, когда он находится в разомкнутом положении или вследствие падения напряжения на входе выключателя 22 ниже первого контрольного значения напряжения. Первое контрольное значение напряжения находится в пределах, например, между 0 вольт и 50 вольт. Присутствие напряжения на выходе выключателя вытекает из замкнутого положения выключателя, то есть когда упомянутый выключатель пропускает ток через электрическое соединение 16 и когда напряжение на входе выключателя превышает первое контрольное напряжение.
Вспомогательный прибор 24 содержит датчик 44 тока и датчик 46 напряжения, блок 48 обработки, устройство 50 электрического питания, регулятор 51 напряжения, устройство 52 накопления электрической энергии, второе устройство 53 связи и вторую радиоэлектрическую антенну 54.
Дополнительно, в случае переменного тока, вспомогательный прибор 24 содержит не показанный датчик дифференциального тока, выполненный с возможностью измерения дифференциального тока между первым проводником 12 и вторым проводником 14.
Устройство 27 визуализации содержит не показанный экран отображения и не показанные средства отображения данных, поступающих от концентратора 20 данных.
Первое устройство 28 связи выполнено с возможностью передачи данных во вспомогательный прибор 24 через первую антенну 30 и с возможностью установления радиоэлектрической связи со вспомогательным прибором 24.
Выходное механическое устройство 32 само по себе известно и называется также ручкой 32 взвода выключателя 22.
Ручка 32 взвода выполнена подвижной между своим рабочим положением, соответствующим замкнутому состоянию выключателя 22, и выключенным положением, соответствующим разомкнутому состоянию выключателя 22 в случае ручного перемещения ручки 32 или состоянию срабатывания выключателя 22 в случае перегрузки или короткого замыкания в первом 12 и/или втором 14 проводниках.
Ручка 32 взвода позволяет повторно взводить выключатель 22 после срабатывания, то есть переводит выключатель 22 из его разомкнутого состояния или состояния срабатывания в его замкнутое состояние, чтобы ток мог опять проходить в первом 12 и втором 14 проводниках. Ручка 32 позволяет также размыкать вручную выключатель 22.
Датчик 44 тока, показанный на фиг. 2, сам по себе известен и выполнен с возможностью измерения силы тока I, проходящего в первом электрическом проводнике 12. Например, датчик 44 тока является датчиком тока фазы и в этом случае содержит, например, тор Роговского, шунт или датчик с эффектом Холла. В дальнейшем ток и сила тока будут иметь одинаковое обозначение I.
Дополнительно вспомогательный прибор 24 содержит не показанный второй датчик тока, выполненный с возможностью измерения тока, проходящего во втором электрическом проводнике 14.
Датчик 46 напряжения сам по себе известен и выполнен с возможностью измерения первого напряжения V1, подаваемого между первой выходной клеммой 38 и второй выходной клеммой 40. В частности, датчик 46 напряжения позволяет измерять первое напряжение V1 на выходе выключателя 22 на уровне первого электрического проводника 12.
Блок 48 обработки содержит процессор 58, средство 59 обнаружения, выполненное с возможностью обнаружения потери напряжения на выходе выключателя 22 и называемое также средством 59 обнаружения потери напряжения на выходе выключателя 22, и запоминающее устройство 60, связанное с процессором 58, как показано на фиг. 2.
Средство 59 обнаружения потери напряжения на выходе выключателя 22 и средство обнаружения перегрузки будут называться в дальнейшем соответственно первым средством 59 обнаружения и вторым средством обнаружения.
Устройство 50 электрического питания выполнено с возможностью отбора части электрической энергии, передаваемой на электрические проводники 12, 14, для питания электрической энергией вспомогательного прибора 24.
Регулятор 51 напряжения позволяет адаптировать напряжение, выдаваемое источником 50 электрического питания, до значения напряжения, приемлемого для блока 48 обработки и для устройства 53 связи. Регулятор 51 является, например, преобразователем постоянного напряжения в постоянное, который выдает постоянное напряжение 3,3 В.
Устройство 52 накопления электрической энергии выполнено с возможностью накопления части электрической энергии, выдаваемой источником 50 электрического питания, когда выключатель 22 замкнут, и отдает накопленную электрическую энергию после потери напряжения на выходе выключателя 22.
Показанное на фиг. 2 устройство 52 накопления является конденсатором, значение емкости которого зависит, кроме всего прочего, от среднего электрического потребления вспомогательного прибора 24 и от напряжения питания, которое необходимо подать во второе устройство 53 связи и в блок 48 обработки.
Второе устройство 53 связи выполнено с возможностью приема данных, поступающих от концентратора 20 данных и, в частности, от первого устройства 28 связи и от первой радиоэлектрической антенны 30, и установления радиоэлектрической связи с концентратором 20. Второе устройство 53 связи выполнено с возможностью генерирования сообщения М1, содержащего данные, поступающие от блока 48 обработки, и последующей передачи через вторую антенну 54 сообщения М1 в концентратор 20 данных.
Предпочтительно устройства 28, 53 связи и радиоэлектрические антенны 30, 54 соответствуют протоколу связи ZIGBEE или ZIGBEE GREEN POWER, основанному на стандарте IEEE-802.15.4.
В варианте устройство 53 связи выполнено с возможностью установления связи с концентратором 20 данных через не показанную проводную связь.
Вторая радиоэлектрическая антенна 54 выполнена с возможностью передачи и приема данных на первую радиоэлектрическую антенну 30 и от этой антенны.
max
max
Процессор 58 содержит первую программу 62 вычисления нагрева θ второго средства обнаружения в зависимости от силы тока I, измеряемой датчиком 44 тока. Процессор 58 содержит также вторую программу 64 вычисления максимального значения I измеренной силы тока, называемого также максимальной силой тока I, в течение заранее определенного промежутка времени Т1.
Процессор 58 содержит первую программу 65 сравнения нагрева θ с первым пороговым значением S1.
Дополнительно, первая программа 65 сравнения выполнена с возможностью сравнения нагрева θ, с одной стороны, с первым пороговым значением S1 и, с другой стороны, со вторым пороговым значением S2, меньшим первого порогового значения S1. Первое пороговое значение S1 фиксируют таким образом, чтобы оно соответствовало нагреву θ второго средства обнаружения, когда через него проходит ток, составляющий между 60% и 90% номинального тока выключателя 22, тогда как второе пороговое значение S2 составляет между 80% и 95% первого порогового значения S1.
Первое средство 59 обнаружения выполнено с возможностью обнаружения потери напряжения на выходе выключателя 22, если первое напряжение V1, измеренное датчиком 46 напряжения, меньше второго контрольного значения напряжения Vref в течение заранее определенного интервала времени Т2. Например, второе контрольное значение напряжения Vref меньше 20% номинального напряжения сети 16.
В варианте первое средство 59 обнаружения выполнено с возможностью измерения колебания напряжения, измеряемого датчиком 46 напряжения. Для измерения колебания первое средство 59 обнаружения выполнено с возможностью вычисления производной измеряемого напряжения. Так, если производная, например, в вольтах на миллисекунду (В/мс), вычисленная первым средством 59 обнаружения, меньше контрольного значения, например, составляет между 1% и 10% номинального напряжения выключателей 22, то есть между 2,3 В/м си 23 В/мс при номинальном напряжении 230 В, в течение заранее определенного контрольного времени Т3, первое средство обнаружения выполнено с возможностью обнаружить потерю напряжения на выходе выключателя 22. Предпочтительно контрольное время Т3 составляет между 5 мс и 20 мс.
Запоминающее устройство 60 выполнено с возможностью хранения приложения 66 определения причины обнаруженной потери напряжения на выходе выключателя в зависимости от силы тока, измеренной датчиком 44 тока. Запоминающее устройство 60 выполнено также с возможностью хранения программы 68 выборки силы тока I, измеряемой датчиком 44 тока, и первого напряжения V1, измеряемого датчиком 46 напряжения. Запоминающее устройство 60 выполнено также с возможностью хранения выборок силы тока I, измеряемой датчиком 44 тока, и первого напряжения V1, измеряемого датчиком 46 напряжения, а также значений электрической мощности и энергии, вычисляемых при помощи процессора 58 на основании измеряемых значений силы тока I и первого напряжения V1.
max
Приложение 66 определения выполнено с возможностью определения причины потери напряжения на выходе выключателя, обнаруженной первым средством 59 обнаружения, в зависимости от силы тока I, измеряемой датчиком 44 тока. Приложение 66 определения содержит вторую программу 74 сравнения вычисленного нагрева θ с третьим пороговым значением S3 и третью программу 76 сравнения максимального значения Iизмеренной силы тока с четвертым пороговым значением S4. Третье пороговое значение S3 устанавливают по значению нагрева θ, соответствующему току, составляющему между 100% и 120% номинального тока выключателя 22, тогда как четвертое пороговое значение S4 составляет от 3-х до 10-кратного значения номинального тока выключателя 22.
В варианте приложение 66 определения содержит также не показанную третью программу вычисления времени, в течение которого вычисленный нагрев θ превышает третье пороговое значение S3. В этом варианте приложение 66 определения содержит не показанную четвертую программу сравнения. Четвертая программы сравнения выполнена с возможностью сравнения времени, вычисленного третьей программой вычисления, с контрольным временем.
max
Дополнительно приложение 66 определения содержит не показанную программу датировки превышения или превышений третьего S3 и четвертого S4 пороговых значений соответственно нагревом θ и максимальным значением I измеряемой силы тока.
Вторая программа 74 сравнения выполнена с возможностью сравнения нагрева θ с третьим пороговым значением S3, чтобы определить первую причину потери напряжения на выходе выключателя 22. В частности, первая причина потери напряжения на выходе выключателя 22 соответствует электрической перегрузке, и ее обнаруживают, если нагрев θ превышает третье пороговое значение S3.
max
max
Третья программа 76 сравнения выполнена с возможностью сравнения вычисленной максимальной силы тока I с четвертым пороговым значением S4, чтобы определить вторую причину потери напряжения на выходе выключателя 22, отличную от первой причины потери выходного напряжения. В частности, вторая причина потери напряжения на выходе выключателя 22 соответствует присутствию тока короткого замыкания на первом проводнике 12, и ее обнаруживают, если максимальная сила тока I превышает четвертое пороговое значение S4.
max
Если после потери напряжения на выходе выключателя 22 третье S3 и четвертое S4 пороговые значения не превышены соответственно нагревом θ и максимальной силой тока I, значит, обнаружена третья причина потери напряжения на выходе выключателя, отличная от первой и второй причин. Третья причина является падением напряжения и соответствует ручному размыканию выключателя 22 или падению или отключению напряжения, подаваемого на входные клеммы 34, 36.
Третье пороговое значение S3 превышает первое пороговое значение S1 и второе пороговое значение S2. Первое пороговое значение S1 превышает второе пороговое значение S2.
Сообщение содержит первый элемент данных STATUT, соответствующий состоянию выключателя 22, то есть отсутствию или потере напряжения на выходе выключателя 22 или замкнутому состоянию под напряжением выключателя. Предпочтительно причину потери напряжения на выходе выключателя 22 выбирают из группы, в которую входят: электрическая перегрузка, короткое замыкание и падение напряжения.
Первый элемент данных STATUT может принимать два разных значения, первое значение ON и второе значение OFF. Первое значение ON в данном случае соответствует замкнутому положению выключателя 22, а второе значение OFF - потере напряжения на выходе выключателя 22.
Когда определенной причиной потери напряжения на выходе выключателя 22 является падение напряжения, по сути причина потери выходного напряжения соответствует ручному размыканию или отключению или падению напряжения, подаваемого на входные клеммы 34, 36, до значения ниже первого контрольного значения напряжения.
Дополнительно сообщение содержит измеренные и вычисленные значения силы тока I и первого напряжения V1, а также соответствующие значения энергии и мощности.
Далее со ссылками на фиг. 3 следует описание работы электрической системы 10 в соответствии с изобретением.
В представленном примере вспомогательный прибор 24 содержит только один датчик 44 тока вокруг первого проводника 12. Таким образом, в рамках описанного ниже способа причина потери напряжения на выходе выключателя 22 зависит от тока, проходящего в первом проводнике 12, и ток, проходящий во втором проводнике 14, не учитывается. В варианте, как будет описано ниже, вокруг второго проводника 14 располагают дополнительный датчик тока.
На первоначальном этапе 100 электрическую систему 10 подсоединяют к первому 12 и второму 14 электрическим проводникам, на которые подают напряжение, то есть через них проходит ток для питания электрической нагрузки 18.
Затем на следующем этапе 102 при помощи датчиков тока 44 и напряжения 46 регулярно измеряют силу тока I и первое напряжение V1.
На следующем этапе 104 вспомогательный прибор 24 при помощи процессора 58 вычисляет электрическую энергию и мощность в выключателе 22 на основании значений тока I и первого напряжения V1, измеренных на этапе 102. На этапе 106 второе устройство 53 связи периодически передает второе сообщение М2 с заранее определенным периодом Р. Второе сообщение М2 содержит измеренные значения тока I и первого напряжения V1, а также вычисленные электрическую энергию и мощность и элемент данных STATUT, соответствующий либо потере напряжения на выходе выключателя 22, либо замкнутому состоянию выключателя 22. Затем на этапе 108 первая программа 62 вычисления вычисляет нагрев θ на основании измеренных значений силы тока I.
N
N-1
N
N
N
На этапе 108 для вычисления нагрева θ первая программа 62 вычисления вычисляет квадрат измеренного значения силы тока I. Затем квадрат значения силы тока I фильтруют при помощи фильтра низких частот типа RC. Первая программа 62 вычисления применяет следующее уравнение фильтрации согласно индексу N выборки измеренного тока I: θ=θ×A+I×I×B, при А+В=1, где А и В являются коэффициентами значения между 0 и 1. Последнее значение θ вычисленного нагрева θ используют затем для этапов, следующих после этапа вычисления 108.
Выбор коэффициентов А и В зависит от частоты выборки тока I, измеряемого датчиком 44 тока, и от константы времени, соответствующей истекшему времени. Истекшее время является временем, необходимым току I заранее определенной силы для прохождения в проводнике 12, пока первое средство 59 обнаружения не обнаружит перегрузку и не подаст команду на размыкание выключателя 22. Вычисленный таким образом нагрев θ позволяет смоделировать кривую термического срабатывания выключателя 22. Значения А и В можно регулировать таким образом, чтобы моделируемая кривая срабатывания соответствовала вышеупомянутой константе времени. Коэффициенты А и В зависят также от физических характеристик второго средства обнаружения. На фиг. 4 первая кривая 109 отображает изменение нагрева θ в зависимости от времени для тока, измеренного датчиком 44 тока, значение которого равно 1,3 номинального значения In тока, который может проходить через выключатель 22. Вторая кривая 110 отображает изменение нагрева θ в зависимости от времени для тока, измеренного датчиком 44 тока, значение которого равно 2-кратной величине номинального значения In тока. Таким образом, отмечается, что, чем больше измеренный ток, тем быстрее увеличивается значение нагрева θ и тем быстрее оно становится больше третьего порогового значения S3, показанного горизонтальной линией 111.
На этапе 112 первая программа 65 сравнения сравнивает вычисленный нагрев θ с первым пороговым значением S1.
max
Если вычисленный нагрев θ меньше первого порогового значения S1, то на этапе 114 вторая программа 64 вычисления вычисляет максимальное значение I силы тока, измеренной в течение промежутка времени Т1, то есть на основании значений тока I, измеренных в течение промежутка времени Т1 перед этапов 114 вычисления. Предпочтительно промежуток времени Т1 составляет между 60 миллисекунд (мс) и 160 мс.
Если вычисленный нагрев θ превышает первое пороговое значение S1, то блок 48 обработки осуществляет этап 116, во время которого он генерирует тревожный сигнал, который передает во второе устройство 53 связи, которое затем передает тревожный сигнал в концентратор 20.
Дополнительно, как показано на фиг. 3, посредством использования следующего символа:
на этапе 112 первая программа 65 сравнения сравнивает также нагрев θ с вторым пороговым значением S2. Тревожный сигнал генерируют и передают с момента, когда нагрев θ становится больше первого порогового значения S1 и пока значение нагрева θ превышает второе пороговое значение S2. Таким образом, в ходе этапа 112 происходит гистерезисная работа с вторым пороговым значением S2, предпочтительно составляющим между 80% и 95% первого порогового значения S1. Затем после этапа 116 блок 48 обработки осуществляет этап 114.
В варианте этапы 112 и 116 осуществляют параллельно способу определения причины потери напряжения на выходе выключателя 22. В частности, в этом варианте после этапа 108 переходят непосредственно на этап 114, и этапы 112 и 116 повторяют несколько раз с заранее определенным периодом повторения.
После этого в ходе этапа 117 первое средство 59 обнаружения обнаруживает потерю напряжения на выходе выключателя 22 на основании значений первого напряжения V1, измеренных датчиком 46 напряжения. В частности, первое средство 59 обнаружения обнаруживает потерю напряжения на выходе выключателя 22, если первое напряжение V1, измеренное датчиком 46 напряжения, меньше второго контрольного значения напряжения Vref в течение интервала времени Т2. Предпочтительно интервал времени Т2 составляет между 5 мс и 10 мс.
В не показанном варианте во время этапа 117 первое средство 59 обнаружения обнаруживает потерю напряжения на выходе выключателя 22, измеряя колебание напряжения, измеряемого датчиком 46 напряжения. Чтобы измерить колебание, первое средство 59 обнаружения вычисляет производную измеренного напряжения, и, если производная, вычисленная первым средством 59 обнаружения, меньше контрольного значения, например, составляет между 1% и 10% номинального напряжения выключателей 22 в течение заранее определенного контрольного времени Т3, первое средство 59 обнаружения обнаруживает потерю напряжения на выходе выключателя 22.
Если первое средство 59 обнаружения обнаруживает, что выключатель 22 находится в замкнутом положении под напряжением, то на этапе 118 первый элемент данных STATUT принимает первое значение ON, и блок 48 обработки возвращается на этап 102.
max
Если первое средство 59 обнаружения обнаруживает потерю напряжения на выходе выключателя 22, блок 48 обработки осуществляет следующий этап 120, в ходе которого третья программа 76 сравнения сравнивает максимальную силу тока I, вычисленную на этапе 112, с четвертым пороговым значением S4, чтобы определить вторую причину потери напряжения на выходе выключателя 22.
max
Если вычисленная максимальная сила тока I превышает четвертое пороговое значение S4, то на этапе 122 блок 48 обработки фиксирует второй элемент данных DEFAUT на значение короткого замыкания. В этом случае причиной обнаруженной потери напряжения на выходе выключателя 22 является наличие тока короткого замыкания на уровне первого проводника 12. После этапа 122 блок 48 обработки осуществляет этап 124, в ходе которого второе устройство 53 связи передает в концентратор 20, по меньшей мере, первый элемент данных STATUT и второй элемент данных DEFAUT, чтобы оператор мог идентифицировать при помощи устройства 27 визуализации причину потери напряжения на выходе выключателя 22.
max
Если на этапе 120 вычисленная максимальная сила тока I меньше четвертого порогового значения S4, то на этапе 126 вторая программа 74 сравнения сравнивает нагрев θ, вычисленный на этапе 108, с третьим пороговым значением S3, чтобы определить первую причину потери напряжения на выходе выключателя 22. Если вычисленный нагрев θ превышает третье пороговое значение S3, то на этапе 128 блок 48 обработки фиксирует второй элемент данных DEFAUT на значение перегрузки, и идентифицированной неисправностью, повлекшей за собой потерю напряжения на выходе выключателя, является электрическая перегрузка на первом проводнике 12. После этапа 128 блок 48 обработки осуществляет этап 124 при помощи устройства связи.
В случае, когда последнее значение вычисляемого нагрева θ меньше третьего порогового значения S3, то блок 48 обработки осуществляет этап 130, во время которого он устанавливает элемент данных DEFAUT на значение 0, что соответствует ручному размыканию второго механического устройства 32 или отключению напряжения на первой и второй входных клеммах 34, 36.
Затем после этапа 130 блок 48 обработки осуществляет этап 124.
Дополнительно, в случае электрического оборудования, содержащего несколько электрических систем 10 и, следовательно, несколько вспомогательных приборов 24, каждый вспомогательный прибор 24 осуществляет этап 124 в три разных произвольных момента, чтобы повысить шансы приема первых сообщений М1, передаваемых в концентратор 20.
Предпочтительно интервал времени Т2 составляет между 5 мс и 10 мс, чтобы блок 48 обработки имел достаточно времени для обнаружения короткого замыкания и для передачи сообщения М1 на этапе 124. Кроме того, наличие короткого интервала времени Т2 позволяет обнаруживать микроскопические прерывания в работе сети 16 и измерять, таким образом, качество напряжения, выдаваемое распределителем электрической энергии, управляющим сетью 16.
Благодаря изобретению, оператор узнает причину потери напряжения на выходе выключателя и принимает решения о необходимых действиях по ремонту в зависимости от этой причины.
Тревожный сигнал позволяет информировать оператора, что электрическая нагрузка 18 является высокой, например, порядка 80% максимальной нагрузки, допустимой для выключателя 22, и что, если нагрузка повысилась, выключатель 22 может перейти в разомкнутое положение. Кроме того, использование двух разных пороговых значений S1, S2 позволяет избежать случайных переходов между передачей тревожного сигнала и остановкой этой передачи и наоборот.
Если датчик 44 тока является линейным датчиком, таким как тор Роговского, шунт или любое другое средство, динамика измерения улучшается, что позволяет улучшить определение причины обнаруженного срабатывания.
Кроме того, вспомогательный прибор 24 в соответствии с изобретением можно подсоединять электрически и механически к выключателю 22, не внося в последний каких-либо изменений. Благодаря этому, вспомогательный прибор 24 легче устанавливать на уже существующих выключателях.
max
Промежуток времени Т1, в течение которого вычисляют максимальную силу тока I, составляет между 60 мс и 160 мс, чтобы в случае, когда электрической нагрузкой является двигатель, поддерживающий напряжение обратной электродвижущей силы после размыкания выключателя 22, приводящего к отключению напряжения на проводниках 12, 14, при этом промежуток времени Т1 является достаточно продолжительным, чтобы можно было обнаружить пик измеряемого тока I, связанный с коротким замыканием.
На фиг. 5 показаны третья кривая 300, соответствующая току, проходящему через выключатель 22, в зависимости от времени и четвертая кривая 302, характеризующая напряжение между выходными клеммами 38, 40 выключателя 22. На кривой 300 отмечается пик силы тока, соответствующий короткому замыканию.
max
max
max
Когда ток I имеет нулевое значение силы тока, значит выключатель 22 разомкнут. Однако на кривой 302 видно, что, когда выключатель 22 разомкнут и когда ток равен нулю, то есть для времени 0,04 секунды, напряжение не является нулевым и снижается постепенно после размыкания выключателя 22. Измеренное напряжение не является нулевым по причине обратной электродвижущей силы, создаваемой нагрузкой 18 типа двигателя. Таким образом, после отключения, производимого выключателем 22, первое напряжение V1, измеряемое между выходными клеммами 38, 40, не исчезает моментально. Первое напряжение V1 поддерживается в не равном нулю значении обратной электродвижущей силой нагрузки 18 типа двигателя в течение определенного времени порядка 60 мс. Следовательно, первое средство 59 обнаружения обнаруживает размыкание выключателя 22 за время, превышающее 0,04с. Таким образом, чтобы вычислить максимальное значение силы тока I после размыкания выключателя 22, необходимо вычислять максимальную силу тока I в течение времени, составляющего между 60 миллисекунд 160 миллисекунд, чтобы обнаружить пик тока, соответствующий максимальному току, который появляется во время короткого замыкания. Если промежуток времени Т1 является слишком коротким, то на этапе 117 будет обнаружена потеря напряжения в сети, и значение I, вычисленное на этапе 112, не будет соответствовать току короткого замыкания.
Кроме того, во время этапа 117 значение первого напряжения V1, рассматриваемое для сравнения, измеряют между первым проводником 12 и вторым проводником 14. Это позволяет почти моментально обнаружить падение напряжения и, следовательно, потерю напряжения на выходе выключателя 22. Таким образом, интервал времени Т2 составляет между 5 мс и 10 мс, чтобы получить оптимальный компромисс между скоростью обнаружения падения напряжения на выходе выключателя 22 и определением микроскопических отключений напряжения, выдаваемого сетью 16.
Форма первого напряжения V1 показана на фиг. 6 на пятой кривой 306 в виде штрих-пунктирной линии. Первое напряжение V1 принимает нулевое значение после размыкания выключателя 22, показанного первой вертикальной пунктирной линией 311.
В варианте для осуществления этапа 117 второе контрольное напряжение сравнивают с вторым напряжением V2, измеряемым на клеммах устройства 52 накопления, как показано на фиг. 2. Второе напряжение V2 показано на фиг. 6 шестой кривой 312. Однако в этом варианте необходим дополнительный аналого-цифровой вход, что приводит к дополнительным расходам при выборе процессора 58.
В другом варианте для осуществления этапа 117 сравнивают второе контрольное напряжение Vref с третьим напряжением V3, измеряемым на выходе регулятора 51 и питающим блок 48 обработки. Третье напряжение V3 показано на фиг. 6 в виде седьмой кривой 314. Учитывая, что вспомогательный прибор 24 содержит устройство 52 накопления, время обнаружения падения напряжения V3 является длинным, например, порядка 40-50 мс, так как оно зависит от времени разрядки устройства накопления.
Благодаря изобретению, можно надежно узнавать причину потери напряжения на выходе выключателя 22, благодаря датчику 44 тока и обработке измеряемых значений тока I. Таким образом, благодаря измерению тока I, приложение 66 определения может определить, связана ли потеря напряжения на выходе выключателя 22 с током короткого замыкания в проводнике 12 или с ручным размыканием, или с отключением или падением напряжения на входных клеммах 34, 36 выключателя 22.
В представленном выше варианте, в котором вспомогательный прибор 24 содержит дополнительный датчик тока, выполненный с возможностью измерения тока, проходящего через второй проводник 14, вспомогательный прибор может определять причину потери напряжения на выходе выключателя в зависимости от токов, проходящих через каждый из электрических проводников 12, 14. В этом варианте значения тока, измеряемые каждым датчиком тока, обрабатываются отдельно, и способ определения потери напряжения на выходе выключателя 22 в основном остается таким же, как и описанный выше, за исключением того, что способ осуществляют для каждого электрического проводника 12, 14. Затем, концентратор 20 может установить причину потери напряжения на выходе выключателя и определить, на каком электрическом проводнике 12, 14 появилась электрическая неисправность в случае, когда причиной потери выходного напряжения является перегрузка или короткое замыкание.
В варианте выключатель связан со средством дифференциального срабатывания, и датчик дифференциального тока позволяет измерить степень утечки в выключателе 22 и передать тревожный сигнал в концентратор 20 данных в случае риска дифференциального срабатывания средства дифференциального срабатывания. Точно так же, датчик дифференциального тока позволяет определить, было ли срабатывание задано средством дифференциального срабатывания.
На фиг. 7 представлен второй вариант выполнения изобретения, где элементы, аналогичные описанные первому варианту выполнения, имеют такие же обозначения, и их описание опускается.
Согласно второму варианту выполнения, ток, циркулирующий в электрическом соединении 16, является трехфазным током, и электрическое соединение 16 содержит три электрических проводника фазы 12 и один электрический проводник нейтрали 14.
При этом электрическая система 10 содержит четыре выключателя 22, образующих четырех полюсный выключатель и соединенных с вспомогательным прибором 20.
В этом случае вспомогательный прибор 20 содержит три датчика 44 тока фазы, при этом каждый датчик 44 тока фазы связан с соответствующим проводником фазы 12.
При этом приложение 66 определения выполнено с возможностью определения причины обнаруженной потери напряжения на выходе выключателя на одном из полюсов выключателя 22 в зависимости от каждого из значений силы тока, измеренных датчиками 44 тока фазы.
Работа этого второго варианта выполнения для каждого проводника фазы 12 аналогична работе, описанной для одного проводника фазы 12, и ее описание опускается.
Преимущества этого второго варианта выполнения идентичны преимуществам первого варианта выполнения.
В целом изобретение можно применять как для однофазного выключателя, выполненного с возможностью соединения с одним проводником фазы и с одним проводником нейтрали, как было указано в первом варианте выполнения, так и для трехфазного выключателя, выполненного с возможностью соединения с тремя проводниками фазы, или для четырехполюсного выключателя, соединенного с тремя проводниками фазы и с одним проводником нейтрали, как было указано во втором варианте выполнения. В случае однофазного и четырех полюсного выключателей во время размыкания выключателя, в зависимости от рассматриваемого применения, проводник нейтрали отключается, и проходящий по нему ток прерывается, или же проводник нейтрали не отключается и проходящий по нему ток не прерывается.