用于电子跳闸单元的宽范围电流监测系统和方法技术方案

本申请提供了一种电路中断器(4)，包括：无源积分通道(32)，所述无源积分通道(32)被构造成接收来自di/dt电流传感器(30)的输出信号，并基于所述输出信号生成第一信号输出；有源积分通道(34)，所述有源积分通道(34)被构造成接收来自所述di/dt电流传感器(30)的所述输出信号，并基于所述输出信号生成与由所述di/dt电流传感器接收的一次电流成比例的第二信号输出。响应于所述一次电流被确定为大于阈值水平，基于所述第一信号输出，提供电路保护功能；响应于所述一次电流被确定为小于或等于所述阈值水平，基于所述第二信号输出，提供电流计量和电路保护功能；以及基于所述第一信号输出将种子电流值提供至所述有源积分器。

Wide range current monitoring system and method for electronic tripping unit

The present application provides a circuit interrupter (4), including: a passive integral channel (32), which is constructed to receive an output signal from the di/dt current sensor (30), and generates a first signal output based on the output signal; an active integral channel (34), and the active integral channel (34) is configured to be received. The output signal from the di/dt current sensor (30) is produced and generates a second signal output proportional to the primary current received by the di/dt current sensor based on the output signal. In response to the one current is determined to be greater than the threshold level, the circuit protection function is provided based on the first signal output; in response to the one current is determined to be less than or equal to the threshold level, the current metering and circuit protection function is provided based on the second signal output, and the first letter is based on the first letter. The output of the signal provides the seed current value to the active integrator.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电子跳闸单元的宽范围电流监测系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2015年8月31日提交的美国专利申请序号14/840,272的优先权和权益，该申请通过引用被并入本文中。
所公开的构思一般涉及电路中断器，并且更具体地涉及在使用电子跳闸单元的可配置电路中断器中宽范围的电流监测的系统和方法。
技术介绍
诸如电路中断器具体是(例如模制外壳类型的)断路器之类的电力开关设备是本领域内众所周知的。例如参见美国专利号5,341,191。断路器用来保护电路不受到由于过电流条件(诸如过载条件)或者相对高水平的短路或者故障条件造成的损坏。模制外壳断路器通常每一相包括一对可分离触头。可分离触头可以通过设置在外壳外部上的手柄手动地操作或者响应于过电流条件自动地操作。通常，这种断路器包括：(i)操作机构，其设计成快速地打开和闭合可分离触头；以及(ii)跳闸单元，其以自动操作模式感测过电流条件。一旦感测到过电流条件，跳闸单元使操作机构设置到跳闸状态，这将可分离触头移动到其打开位置。工业模制外壳断路器通常使用容纳跳闸单元的断路器框架。例如，参见美国专利号5,910,760和6,144,271。跳闸单元可以是模块化的，并且可以被更换以便改变断路器的电学性质。众所周知采纳跳闸单元，跳闸单元利用微处理器来检测各种类型的过电流跳闸条件，并提供各种保护功能，比方说例如长延迟跳闸、短延迟跳闸、瞬时跳闸和/或接地故障跳闸。断路器必须在宽的电流范围上操作并提供电路保护和计量功能。保护和计量的全电流范围可能覆盖100,000:1的范围。举一个例子，出于计量和保护这两个目的，断路器测量从1安培到100,000安培的电流。从计量角度讲，在断路器的额定电流以下的电流对用户是重要的，期望以高精度给终端用户报告这些电流的水平。在断路器的额定电流以上的电流仍然必须要被监测，不过不是以和断路器的额定电流以下的计量电流相同的精度进行的。传统上已使用电流互感器提供断路器中的电流感测功能。然而，电流互感器中存在的磁性材料由于磁饱和效应可能限制操作范围。通过去除磁性材料(例如用基本上较低导磁率材料代替磁性材料，或者通过引入很大的气隙)，可以产生在宽得多的范围上线性操作的传感器。这些传感器往往具有与一次电流的变化率成比例的低阻抗电压输出。由于这种响应，这些装置通常称作di/dt传感器，或者在特殊的情况下称作以其专利技术人命名的罗氏线圈。为了从di/dt传感器计算一次电流，di/dt传感器的输出必须被积分。积分过程的性质是结果取决于所有之前时间的输入(在此情况下是di/dt传感器输出)。这种实情提出了跳闸单元中的问题。具体地，所有的跳闸单元都必须由电流供电。因此，提供给能够执行此积分以得到一次电流测量值的电子装置的电力一开始在启动时是不可用的。这就导致可能使断路器中的保护功能移动到其指定范围之外的误差。此问题的一种解决方案是只借助电阻器和电容器以无源方式执行积分。此方案不需要电力，并且适当地选择电阻器和电容器会在电容器上产生与一次电流成比例的电压信号。然而，此方案有许多缺点。例如，对于保护和计量，为了满足宽电流范围上的所需精度，电阻器和电容器必须具有低的相对于温度和时间的漂移。这可能导致需要大型的昂贵的电阻器或电容器。还有，电容器上的信号的幅值显著降低到di/dt传感器的输出的幅值以下，这导致需要对低电流信号进行复杂的处理。
技术实现思路
这些需求和其它需求由所公开构思的实施例满足，在一个实施例中，涉及一种电路中断器，其包括无源积分通道和有源积分通道。所述无源积分通道包括无源积分电路，并被构造成接收来自di/dt电流传感器的输出信号，并基于所述输出信号生成与由所述di/dt电流传感器接收的一次电流成比例的第一信号输出。所述有源积分通道包括有源积分器，并被构造成接收来自所述di/dt电流传感器的输出信号，并基于所述传感器输出信号生成与由所述di/dt电流传感器接收的一次电流成比例的第二信号输出。所述电路中断器还包括控制系统，其中，所述控制系统存储并被构造成执行许多个例程，所述许多个例程被构造成：响应于所述一次电流被确定为大于阈值水平，基于所述第一信号输出，提供所述电路中断器的电路保护功能；响应于所述一次电流被确定为小于或等于所述阈值水平，基于所述第二信号输出，提供所述电路中断器的电流计量和电路保护功能；以及基于所述第一信号输出将种子电流值(seedcurrentvalue)提供至所述有源积分器。在另一实施例中，提供了一种操作电路中断器的方法，包括：使用包括无源积分电路的无源积分通道，接收来自di/dt电流传感器的输出信号，并基于输出信号生成与由所述di/dt电流传感器接收的一次电流成比例的第一信号输出；使用包括有源积分器的有源积分通道，接收来自所述di/dt电流传感器的输出信号，并基于输出信号生成与由所述di/dt电流传感器接收的一次电流成比例的第二信号输出；响应于所述一次电流被确定为大于阈值水平，基于所述第一信号输出，提供所述电路中断器的电路保护功能；响应于所述一次电流被确定为小于或等于所述阈值水平，基于所述第二信号输出，提供所述电路中断器的电流计量和电路保护功能；以及基于所述第一信号输出将种子电流值提供至所述有源积分器。附图说明通过结合附图阅读以下对优选实施例的描述可以获得对公开的构思的全面理解，附图中：图1是根据所公开构思的非限制的示例性实施例的电路中断器的示意图；图2是示出根据示例性实施例的图1的电路中断器的某些所选择部件的示意图；以及图3是示出根据一个示例性的非限制性实施例操作图1的电路中断器的方法的流程图。具体实施方式本文中使用的方向性词语，比方说例如左、右、前、后、上、下和其衍生词有关图中所示的元件的方向，除非本文中明确陈述否则不是对权利要求的限制。如本文中使用的“紧固件”这个术语指任何适当的连接或紧固机构，明确地包括但不局限于螺钉、螺栓、螺栓和螺母(例如但不局限于锁紧螺母)的组合以及螺栓、垫圈和螺母的组合。如本文中使用的两个或更多个零件“耦连”在一起的这种叙述表示这些零件或者直接地接合在一起或者通过一个或多个中间零件接合。如本文中使用的“许多个”这个术语表示1或者大于1的整数(即多个)。如本文中使用的“di/dt传感器”这个术语表示一种传感器，其提供与输入信号(例如一次电流信号)的变化率成比例的输出信号(例如电压信号)。如本文中使用的“无源积分电路(passiveintegrationcircuit)”这个术语表示能够执行信号的连续(模拟)积分并且不需要最小水平的电力来进行此操作的电路。如本文中使用的“有源积分器(activeintegrator)”这个术语表示能够执行信号的积分(以产生与输入的积分近似成比例的输出)并且需要外部电力来进行此操作的任何电路和/或固件算法，并且可以包括例如但不局限于数字(基于微处理器的)积分或模拟(基于运算放大器的)有源积分器电路。图1是根据所公开构思的非限制的示例性实施例的可配置电路中断器4的示意图。在所示的实施例中，电路中断器4是模制外壳断路器。不过，要理解，在所公开构思的范围内，电路中断器4可以采用除了模制断路器之外的形式。电路中断器4包括操作机构6，操作机构6被配置成快速地打开和闭合作为电路中断器4的一部分提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电路中断器(4)，包括：无源积分通道(32)，所述无源积分通道(32)包括无源积分电路(36)，其中，所述无源积分通道被构造成接收来自di/dt电流传感器(30)的输出信号，并基于所述输出信号生成与由所述di/dt电流传感器接收的一次电流成比例的第一信号输出；有源积分通道(34)，所述有源积分通道(34)包括有源积分器(20)，其中，所述有源积分通道被构造成接收来自所述di/dt电流传感器(30)的所述输出信号，并基于所述输出信号生成与由所述di/dt电流传感器接收的所述一次电流成比例的第二信号输出；控制系统(16，22)，其中，所述控制系统存储并被构造成执行许多个例程，所述许多个例程被构造成：响应于所述一次电流被确定为大于阈值水平，基于所述第一信号输出，提供所述电路中断器的电路保护功能；响应于所述一次电流被确定为小于或等于所述阈值水平，基于所述第二信号输出，提供所述电路中断器的电流计量和电路保护功能；以及基于所述第一信号输出将种子电流值提供至所述有源积分器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.31 US 14/8402721.一种电路中断器(4)，包括：无源积分通道(32)，所述无源积分通道(32)包括无源积分电路(36)，其中，所述无源积分通道被构造成接收来自di/dt电流传感器(30)的输出信号，并基于所述输出信号生成与由所述di/dt电流传感器接收的一次电流成比例的第一信号输出；有源积分通道(34)，所述有源积分通道(34)包括有源积分器(20)，其中，所述有源积分通道被构造成接收来自所述di/dt电流传感器(30)的所述输出信号，并基于所述输出信号生成与由所述di/dt电流传感器接收的所述一次电流成比例的第二信号输出；控制系统(16，22)，其中，所述控制系统存储并被构造成执行许多个例程，所述许多个例程被构造成：响应于所述一次电流被确定为大于阈值水平，基于所述第一信号输出，提供所述电路中断器的电路保护功能；响应于所述一次电流被确定为小于或等于所述阈值水平，基于所述第二信号输出，提供所述电路中断器的电流计量和电路保护功能；以及基于所述第一信号输出将种子电流值提供至所述有源积分器。2.根据权利要求1所述的电路中断器，其中，所述例程被构造成响应于所述控制系统的启动或重置或者响应于所述一次电流的幅值与所述阈值水平的比较将所述种子电流值提供至所述有源积分器。3.根据权利要求1所述的电路中断器，其中，所述di/dt电流传感器是所述电路中断器的一部分。4.根据权利要求1所述的电路中断器，其中，所述有源积分通道包括模数转换器，所述模数转换器被构造成接收来自所述di/dt电流传感器(30)的所述输出信号，并生成所述第二信号输出。5.根据权利要求4所述的电路中断器，其中，所述模数转换器是∑-△转换器。6.根据权利要求1所述的电路中断器，其中，所述有源积分器是作为所述控制系统的处理装置的一部分提供的。7.根据权利要求1所述的电路中断器，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·J·米勒，D·A·霍斯科，G·高，
申请(专利权)人：伊顿智能动力有限公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰,IE