帶試驗電路的電力斷路器固態跳閘設備的製作方法
2023-04-26 02:34:31
專利名稱:帶試驗電路的電力斷路器固態跳閘設備的製作方法
本發明涉及一種固態跳閘設備，該設備用於具有一個可分離觸頭系統的操作機構的多極電力斷路器，它包括每極各有一個電流傳感器的一種測量設備，此種測量設備用於檢測流過交流系統的每條有源導線電流的強度;整流裝置，它與上述傳感器電路相連，以送出正比於系統中最大電流強度的第一整流控制信號。
上述第一控制信號的第一電子處理電路，它至少包括一個延時或瞬時跳閘電路;當上述信號超過一個預定值時，該電路能將帶延時或不帶延時的跳閘指令送到一個固態開關設備。
一個由上述開關設備控制並對機構起作用的跳閘線圈電磁鐵，在發出跳閘指令之後，去打開可分離觸頭系統。
一個具有輔助端子的試驗電路，可以與用於施加一個模擬的故障電流的故障模擬器相連，去檢查固態跳閘設備的工作狀態。
在一個帶電子電路斷路器中採用試驗電路，在技術上是眾所周知的;施加一個模擬的故障電流就能檢驗跳閘設備動作情況，該模擬的故障電流是對過負荷電流或短路電流進行模擬。此電流的強度通常比長延時或短延時跳閘電路的跳閘定值大。當斷路器與電源斷開，給電子跳閘設備供電，並將故障模擬器接到試驗端子施加模擬的故障電流時，即可進行第一種試驗。試驗後，斷路器觸頭馬上打開，通知運行人員電子跳閘設備處於正常工作狀態。
第二種試驗可在斷路器接通被監測的電源時進行。美國第3924160號專利涉及一種三相斷路器的試驗電路，它能將直流試驗電流並聯加到一個二極體上，該二極體的陽極連接到與其中一個電流互感器相連的整流橋的正輸出端。三個整流橋相串聯，電子處理電路對最大電流敏感。
如果由電流互感器送出的相電流強度比試驗電流大，試驗電路二極體直接被極化，處理電路只接收相電流。
如果試驗電流比相電流大，則試驗電路二極體截止，處理電路僅響應於試驗電流。
這種試驗電路能使處理電路適應於最大的電流，所以試驗不受相電流強度影響。試驗端子短路不會妨礙跳閘設備的工作。此設備可能發生的問題在於試驗端子的極性。實際應用時，二極體的陽極絕對要連到模擬器的負極，其陰極要連到模擬器的正極。接錯模擬器會造成極性顛倒，而毀壞二極體和電子處理電路。
美國第4060844號專利涉及用於三相斷路器的一種固態跳閘設備，它包括帶有與兩個並聯整流橋相配合的電流互感器的測量電路。一個二極體試驗電路並聯到整流橋的直流側，試驗二極體陽極連到模擬器正極，其陰極連到整流橋的正輸出端。整流橋的負輸出端連到模擬器的負極。這種跳閘設備對試驗端子的短路是不敏感的，但仍存在因上述缺點帶來的極性問題。
本發明的目的是改善構成固態跳閘設備的試驗電路的可靠性和安全性，不受電源結構之限。
根據一個較佳實施例，本發明的跳閘設備具有一個內部連接電路，該電路將試驗電路的輔助端子和具有一個二極體整流橋的整流單元的輸入端之間連接起來，該整流器單元的輸出端和其他整流器單元橋路(與電流傳感器相連)的各輸出端並聯。
整流橋單元的二極體被分成多個相同的組，每一組在電路上都並聯在測量設備的正輸出端和負輸出端之間，且都包括一對串聯的二極體，它們的中點分別連到電流互感器的次級繞組的一端，連到試驗電路的第一輔助端子和試驗電路的第二輔助端子上。
可以注意到，與模擬器相連的試驗電路起著連接整流器單元交流側的電流發生器的作用。這樣的一種組合體現出如下優點除了跳閘設備電子處理電路外，試驗電路能檢查與試驗端子相聯繫的整流器單元的二極體工作狀態。
斷路器運行時，跳閘設備對試驗端子有意無意的短路並不敏感。
試驗不受試驗電流性質所限，可以是直流或任何頻率的交流電流。
在試驗電流為直流情況下，試驗無極性要求，允許試驗端子顛倒極性。
斷路器運行時，試驗與電源結構(平衡或不平衡)無關。在這種情況下，試驗電流總是補充電流互感器的整流電流。
試驗電路的第一端子接到電流互感器次級繞組的互連公共導線上，十分有利。
測量設備的正輸出端，一方面接到固定值或按額定值調節的第一測量電阻上;另一方面接到兩個二極體的陰極上，兩個二極體的陽極靠連接電路分別連到試驗電路的第一端子和第二端子上，試驗電路的第二端子連到整流器單元的交流側。
根據一個適用於一種對地漏電斷路器的替代實施例，跳閘設備另包括一個殘餘對地漏電流鑑別器，它接在試驗電路的第一端和測量設備二極體整流橋的輸入端之間，該整流橋的另一輸入端與試驗電路的第二端子相連。單向導電裝置與上述鑑別器DDR這樣配合顛倒試驗電路中的試驗電流方向，就能分別檢驗有關過電流保護和跳閘設備對地漏電保護的第一和第二信號的第一和第二電子處理電路工作狀況。
利用一個有直流電源或整流電源的模擬器，在斷路器處於接通位置或斷開位置時進行試驗。簡單地改變試驗電路第一和第二端子的極性，能使試驗電流改變方向。經鑑別器零序電阻流過一定方向的試驗電流，就能試驗對地漏電保護。在相同的試驗端子流過相反方向的試驗電流就能試驗過電流保護。
從本發明一個實施例的下述內容，將更清楚地體現出其優點和特點，僅舉一例和相應附圖，附圖中圖1示出一個裝有本發明試驗電路的三相帶中性線斷路器的電子跳閘設備簡圖。
圖2示出圖1中側量設備的等效接線圖。
圖3是圖2的另一個實施例，用於一個不帶中性線的三相斷路器跳閘設備。
圖4表明一個沒有中性線、沒有進行試驗的平衡三相電流系統的測量設備電流的時間圖。
圖5表示一個有中性線、沒有進行試驗的不平衡三相電源系統的測量設備電流的時間圖。
圖6相當於圖4進行直流試驗時的時間圖。
圖7相當於圖5進行交流試驗時的時間圖。
圖8示出一個裝有本發明試驗電路的三相帶中性線的對地漏電斷路器的電子跳閘設備簡圖。
圖9表示進行過電流保護試驗時圖8中的測量設備。
圖10類同圖9，但表示進行對地漏電保護試驗。
現在參考圖1。一個多極(尤其四極)電力斷路器10包括一個可分離觸頭系統12，該系統與一個三相帶中性線交流系統的有源導線R、S、T、N分別相連。觸頭系統12的動觸頭由一個受電子跳閘設備控制的操作機構14驅動，該電子跳閘設備有一個電磁跳閘線圈18。當發生過負荷或短路時，跳閘線圈18被激勵，並釋放機構14，使觸頭系統12同時分離，斷開斷路器10。
電子跳閘設備16包括藉助於監測每個有源導線R、S、T、N中的電流強度的電流互感器TI1、TI2、TI3和TIN進行測量或檢測的設備20。每個電流互感器TI1、TI2、TI3、TIN的初級繞組由相應的有源導線R、S、T、N構成。在大截面情況下(匯流條)，有源導線可以直穿過磁路(高額定功率);對於金屬線或金屬條來說，則可將其在磁路上纏繞一匝或多匝(低額定功率)。電流互感器TI1、TI2、TI3、TIN的每個次級繞組的一端，與公共導線22電路連接。與R和S相導線連接的兩個電流互感器TI1和TI2的其他端連到四個二極體(構成橋路)的第一個整流器單元PR1的兩個交流輸入端E1和E2上。另外的與T相和中性線N導線連接的電流互感器TI3和TIN，以同樣方式連到具有四個二極體的橋路的第二個整流器單元PR2的兩個交流輸入端E3和E4上。檢測設備20還包括一個試驗電路23，該電路包括一對試驗端子24、26，它能與一個在外部的用於輸入模擬的故障電流的故障模擬器(未示出)相配合，去檢驗電子跳閘設備16動作情況。兩個試驗端子24、26靠一個內部連接電路28分別連到第三個整流器單元PR3的兩個交流輸入端E5和E6;端子24和輸入端E5靠公共導線22互連。三個整流器單元PR1、PR2、PR3的橋路基本輸出端電路上並聯，使得檢測設備20包括一個公共的正輸出端30和一個公共的負輸出端32。在正輸出端和負輸出之間串聯測量電阻R和帶參考電壓Vcc的電源電路ALIM。
由檢測設備20的正輸出端30送出的電流信號imax，通過具有一個固定值或按額定值調整的測量電阻R。測量電阻R兩端的控制電壓VR與電流信號imax成正比，並加到將跳閘指令送到一個固態轉換開關或受控開關的電子處理電路34上;特別是，一個可控矽36與電磁線圈18串聯。
電子處理電路34包括一個具有長延時和短延時的第一跳閘電路和一個瞬時的第二跳閘電路，它們能在超過額定值後，延時或無延時送出上述跳閘指令。這種跳閘電路的一種模擬跳閘電路，已在由申請人提交的法國第2530089號專利中作了詳細說明。顯然，該發明對任何其它型式的處理電路，尤其是數字跳閘設備，都是適用的。
圖2示出檢測設備20的等效接線圖，該設備涉及圖1中的四極斷路器10、由12個二極體VD1到VD12組成的三個橋路整流器單元PR1、PR2和PR3。12個二極體VD1到VD12分成A至F的六個組，它們並聯在正輸出端30和負輸出端32上。從A至F的每一組都包括互相串聯的兩個二極體VD1、VD2，VD3、VD4，VD5、VD6，VD7、VD8，VD9、VD10，VD11、VD12;它們相應的中點E1至E6連到電流互感器TI1、TI2、TI3、TIN上，通過公共導線22連到試驗端子24上，以及連到另一個試驗端子26上。
按照圖3，檢測設備200是圖2的另一種實施例，用於一個沒有中性線的三相斷路器。在這種情況下，足可以去掉D組的兩個二極體VD7、VD8和電流互感器TIN，圖中其餘部分與圖2中的那些部分相同。
當斷路器10連到電源，而斷路器觸頭12處於閉合位置時，裝有本發明試驗電路23的檢測設備20、200的運行情況，在圖4至7中示出。
圖4表示由圖3中檢測設備200的電流互感器TI1、TI2、TI3分別送出的有相位差的交流電流i1、i2、i3的時間圖。三相系統是平衡的，且沒有試驗電流經試驗端子24、26輸入。流經測量電阻R的整流電流imax脈動小並代表相電流最大值，相當於基本電流i1、i2、i3的正半波之和。二極體VD11和VD12總是保持截止狀態。
圖5表示圖2檢測設備20沒有不同的交流電流試驗的時間圖，用於一個帶中線的不平衡三相系統。在這種情況下，二極體VD11和VD12總是不導通，而測量電阻R中的電流強度imax，在一定瞬間都相應於基本電流i1、i2、i3和iN正半波電流強度之和。
圖6相當於圖4(平衡的三相頻率為50赫系統)在直流試驗情況下的時間圖。當直流試驗電流(i試驗)從端子26向輸入端E6(圖3)方向流動時，二極體VD11和VD9是導通的，而二極體VD12和VD10是截止的。試驗電流(i試驗)加到流過測量電阻R的相電流上，電流imax曲線位置比圖4所示的曲線位置偏高。當直流試驗電流(i試驗)為從端子24向輸入端E5(圖3)的方向流動時，二極體VD10和VD12導通，而二極體VD9和VD11截止。試驗電流仍加到流過電阻R的相電流上。
圖7示出在圖2的試驗端子24、26加上一個200赫交流進行試驗時，圖5(帶中線的不平衡的三相50赫系統)的時間圖。測量電阻R中的電流imax代表基本電流i1、i2、i3、iN正半波和交流試驗電流(i試驗)正半波之和。
斷路器10接至交流電源時，隨時都可以進行試驗操作，試驗電流(i試驗)是對來自電流互感器TI1至TIN的整流電流的補充。利用外部模擬器施加的試驗電流成為電流互感器的控制輸入，並出現在第三整流器單元PR3(由VD9、VD10、VD11和VD12二極體橋路構成)的交流側。此試驗除了檢驗處理電路34外，還在交流側檢查檢測設備20、200的工作狀態。
當然，當斷路器10與電源斷開時，可以進行試驗。在這種情況下，電流互感器TI1至TIN的基本交流電流i1、i2、i3、iN為零，僅有直流或整流的試驗電流(i試驗)通過測量電阻R。
試驗檢測設備20、200的整流與試驗電流的性質無關。為了檢驗電子跳閘設備16的良好工作狀態，事實上，故障模擬器可以加上直流電流或任意頻率的交流電流。當進行交流試驗時，直流電源的極性是無關緊要的;連接模擬器時，試驗端子24、26的極性可以顛倒。
當斷路器10接通電源時，電子跳閘設備16對試驗端子24、26的偶然短路是不敏感的。
圖8至10中的另一個實施例，系用於四極對地漏電斷路器，與圖1至3中的設備相同的那些部件，用相同的參考號表示。整流器設備PR的12個二極體(VD1至VD12)分成相同的六組(A、B、C、D、E、F)，它們連在測量設備20的正輸出端30和負輸出端32之間。圖1至3的電阻R變成第一測量電阻R1從電阻R1取得第一控制信號，該信號加到第一電子處理電路，該處理電路檢測電源系統的過負荷和短路。
跳閘設備還包括一個裝有第二測量電阻R2的殘餘對地漏電流鑑別器DDR，電阻R2的一端連到E組的二極體VD9和VD10的中點E5，而其對端連到一個輔助二極體VD13的陽極，二極體VD13的陰極連到公共導線22和試驗接線端子24上。另一個二極體VD14反向地連在由電阻R2和二極體VD13組成的串聯迴路中。第二測量電阻R2的兩端連到第二電子處理電路40上，處理電路40的輸出S2控制觸發可控矽36的觸發電路。
可以注意到，可控矽36對兩個電子處理電路34、40是共用的，控制電壓VR1、VR2之一超過預定值時，可控矽36便激勵跳閘線圈18。電壓VR1即決定了過電流保護，而電壓VR2決定了在絕緣發生故障時的對地漏電保護。
如果系統中不存在過電流，電壓VR1的數值就不足以使處理電路34的跳閘電路LR、CR和INST之任一個動作，輸出S1不起作用，可控矽36處於截止狀態。
由電流互感器TI1至TIN送出的基本電流i1、i2、i3、iN的向量和是殘餘對地漏電流的鏡象。如果系統中絕緣沒有發生故障，此電流為零，第二電阻R2的兩端電壓VR2也為零。在系統的R、S、T、N有源導線和地之間發生絕緣故障就會產生一個殘餘電流或零序電流iH，它流過第二電阻R2和二極體VD13。當殘餘電流iH的強度達到予定的靈敏值(從20毫安到500毫安)時，電壓VR2就達到第二處理電路40的對地漏電跳閘定值。在輸出S2已發出讓可控矽36觸發指令後，即可以瞬時或延時切斷對地漏電流。
利用試驗電路23(斷路器10的輸入端17和輸出端19為通路或斷路)能夠檢驗過電流保護不同的長延時LR、短延時CR以及瞬時INST跳閘的功能，以及絕緣故障保護對地漏電跳閘。在圖9和圖10中，斷路器10與電源斷開且模擬器連入試驗端子24、26之後，即可進行試驗操作。模擬器包括一個獨立外殼，外殼內包括例如直流電源、控制按鈕、發光二極體指示裝置以及與電子跳閘設備16的試驗端子24、26配合的輸出電路(有兩條不同極性的接線)。
圖9表示用於過電流保護的試驗電路34，模擬器的負極加在試驗端子26上，而正極加在試驗端子24上。圖中表明了直流試驗電流It的方向，該電流從端子24流經公共導線22、二極體VD14和VD10、第一測量電阻R1和二極體VD12構成的電路，並經過試驗端子26輸出。流過第一電阻R1的試驗電流It能檢驗電子處理電路34的工作是否正確，尤其是不同長延時LR、短延時CR和瞬時INST跳閘。試驗電流強度大於與斷路器額定電流相應的鏡象電流imax，二極體VD13截止，能防止電流流過第二測量電阻R2，使沒有電流源的鑑別器DDR閉鎖。
圖10中，變更試驗端子24、26的極性，使試驗電流It的輸入方向相反，以檢驗有關零序保護的電路40的工作情況。試驗端子26連到模擬器的正極，而試驗端子24連到負極。經端子26施加試驗電流It，該電流流經二極體VD11、第一電阻R1、二極體VD9、第二電阻R2和二極體VD13，並經試驗端子24輸出。二極體VD14截止，而流經第二測量電阻R2的試驗電流It產生電壓VR2，能檢驗對地漏電保護定值及電路40的延時。將試驗電流It的強度在對地漏電跳閘電路的靈敏定值及相應於斷路器額定電流的鏡象電流imax之間進行比較。由於電壓VR1保持在比長延時LR跳閘電路的跳閘定值低的數值，就使流過第一測量電阻R1的試驗電流對電路34無影響。
可以注意到，通過簡單地改變模擬器的極性使試驗電流反向，能用同一對端子24、26分別檢驗跳閘設備16的過電流保護和對地漏電保護。
按照一個替代的實施例，該模擬器包括一個非自整流電源。
當將斷路器連到電源時，可以參考圖9和圖10對試驗予以說明。本發明的試驗電路23對不帶中線的三相斷路器的跳閘設備同樣適用，不過必須得去掉電流互感器TIN和測量設備20的整流器VD7和VD8。
當然，與鑑別器DDR的第二測量電阻R2相聯繫的兩個二極體VD13和VD14，可以由另一種單向導電裝置代替，它能就過電流保護對電路34進行試驗時，將通過第二電阻R2的試驗電流閉鎖。
權利要求
1.一種用於具有一個可分離觸頭系統操作機構的多極電力斷路器的固態跳閘裝置，它包括每極各有一個電流傳感器的一種測量設備，此種測量設備用於檢測流過交流系統的每條有源導線電流的強度；整流裝置，它與上述傳感器電路相連，以送出正比於系統中最大電流強度的第一整流控制信號；上述第一控制信號的第一電子處理電路，它至少包括一個延時或瞬時跳閘電路，當上述信號超過一個予定值時，該電路能將帶延時或不帶延時的跳閘指令送到一個固態開關設備；一個由上述開關設備控制並對機構起作用的跳閘線圈電磁鐵，在發出跳閘指令之後，去打開可分離觸頭系統；一個具有輔助端子的試驗電路，當斷路器與系統的有源導線相連或斷開時，該電路可以與一個用於施加模擬故障電流以檢查固態跳閘設備工作的故障模擬器相連，其特徵在於一個內部連接電路提供了在試驗電路輔助端子和具有一個二極體整流橋的整流器單元輸入端之間的聯繫，整流器單元的輸出端和與電流傳感器相聯繫的其它整流器單元各輸出端並聯。
2.根據權利要求
1的一種固態跳閘設備，每個電流傳感器都包括一個具有次級測量繞組的電流互感器;該次級測量繞組供給一個基本交流電流，該電流構成在系統的有源導線中流動的電流強度的鏡像;其中，整流橋單元的二極體被分成多個相同的組，各組都在電路上並聯在測量設備的正輸出端和負輸出端之間，且每一組都包括一對串聯的二極體，它們的中點分別連到電流互感器的次級繞組的一端，連到試驗電路的第一輔助端子和試驗電路的第二輔助端子上。
3.根據權利要求
2的一種固態跳閘設備，其特徵在於電流互感器的次級繞組的另一端連到電路上與試驗電路的第一端子相連的一個公共導線上，第一端子在電路上連到一個整流器單元的交流側。
4.根據權利要求
2或3中任何一個的一種固態跳閘設備，它用於一個保護帶中性線的三相系統的四極斷路器，其特徵在於與試驗電路和電流互感器有聯繫的整流器單元包括十二個二極體，它們分成每組有兩個串接二極體的六個組。
5.根據權利要求
2或3之一個的一種固態跳閘設備，它用於一個保護不帶中性線的三相系統的三極斷路器，其特徵在於與試驗電路和電流互感器有聯繫的整流器單元包括十個二極體，它們分成每組有兩個串接二極體的五個組。
6.根據權利要求
2至5之一個的一種固態跳閘設備，其特徵在於測量設備的正輸出端一方面連到具有固定值或根據額定值可調的第一測量電阻上;另一方面連到兩個二極體的陰極上，這兩個二極體的陽極通過連接電路分別連到試驗電路的第一端子和第二端子上。
7.根據權利要求
1至6之一個的用於多極對地漏電斷路器的一種固態跳閘設備，該設備另外具有第二零序信號的第二電子處理電路;該第二零序信號是在絕緣發生故障時由測量設備產生的，當殘餘對地漏電流超過予定值時會造成跳閘;其特徵在於一個殘餘對地漏電流鑑別器在電路上連接在試驗電路的第一端子和測量設備的二極體整流橋輸入端之間，上述橋路的另一個輸入端連到試驗電路的第二端子;單向導電裝置與上述鑑別器這樣配合顛倒試驗電路中的試驗電流方向，就能分別檢驗有關過電流保護和跳閘設備對地漏電保護的第一和第二信號的第一和第二電子處理電路的工作狀況;靠一個具有直流或整流電源的模擬器進行試驗，在模擬器中，通過簡單地改變試驗電路的第一和第二端子的極性，可使試驗電流反向。
8.根據權利要求
7的一種固態跳閘裝置，其特徵在於殘餘對地漏電流鑑別器包括一個第二測量電阻，電阻一端與二極體整流橋的上述輸入端相連，而其相對端靠第一輔助二極體在電路上連到第一試驗端子，第二輔助二極體反向接在由第二測量電阻和第一輔助二極體構成的串聯電路中;以這樣的方法，即當進行對地漏電保護試驗時，將試驗電流反向，使第一輔助二極體導通，且第二輔助二極體截止;反之，當進行過電流保護試驗時，第二輔助二極體導通，且第一輔助二極體截止。
9.根據權利要求
8的一種固態跳閘設備，其特徵在於從第二測量電阻兩端取得第二零序信號。
10.根據權利要求
7至9中之一的一種固態跳閘設備，其特徵在於每組成對的串接二極體的中點分別連到電流互感器次級繞組的一端，連到殘餘對地漏電流鑑別器和第二試驗端子;而次級繞組的另一端連到與第一試驗端子相連的公共導線上。
專利摘要
本發明涉及一種帶試驗電路的固態跳閘設備，能模擬多極電力斷路器的操作。試驗電路包括一對輔助端子，由連接電路將它們連至一個橋式整流器單元的輸入端，其輸出端和與電流互感器聯繫的另外兩個整流器單元各輸出端並聯。第一電阻送出正比於電源最大電流強度的第一信號。單向導電裝置與殘餘對地漏電流鑑別器的第二測量電阻配合。通過簡單地改變試驗端子的極性來顛倒試驗電路中試驗電流的方向，能分別檢查電子跳閘設備的過電流保護和對地漏電保護。
文檔編號H02H3/05GK87100112SQ87100112
公開日1987年8月5日 申請日期1987年1月9日
發明者迪迪爾·弗拉西, 保羅·特裡波迪, 帕斯卡爾·杜當 申請人:默林·格倫導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan