限流斷路器的固態瞬時跳閘裝置的製作方法

2023-04-26 02:29:11

專利名稱:限流斷路器的固態瞬時跳閘裝置的製作方法
本發明涉及到一種具有瞬時模擬跳閘脫扣裝置的固態跳閘裝置，該脫扣裝置使限流斷路器的觸頭快速斷開。
限流斷路器能在短路電流達到高值前，快速斷開觸頭並切斷電流，以實行短路電流的限制。快速斷開觸頭與選擇性作用是矛盾的，後者需要足夠的時間延遲，以便由下一級斷路器切除故障。已有人提出對選擇性和發生短路時快速斷開觸頭進行限流的矛盾予以調解，萬是隨後重合上這些觸頭重新給電力系統非故障部分供電。但是，這樣就使裝置複雜化同時難免出現觸頭的跳躍。
本發明的目的在於獲得一個綜合裝置，該裝置在某些情況下以選擇性優先，在另一些情況下以電流限制優先。本發明基於這樣的事實在嚴重短路電流的情況下，電流限制取得優先，因為必須限制短路電流以避免斷路器及供電線路損壞。在這些特殊情況下，犧牲選擇性以限制電流。對於正常的短路電流，其所達到的值低於斷路器電動力耐受水平，電流限制的作用是多餘的，就以選擇性優先。
根據本發明，該固態跳閘裝置包括一個使限流斷路器的觸頭快速斷開的模擬瞬時跳閘脫扣裝置，它包括一個電流傳感器，它產生一個微分模擬信號di/dt，該信號與斷路器導體內流過的電流對時間的微分成正比。
一個積分電路，它接收上述微分信號di/dt，並輸出一個代表電流i的信號。
一個第一定值比較電路;它把上述代表電流的信號與高定值進行比較，當上述電流信號i超過上述高定值時，輸出一個瞬時跳閘信號。
一個第二定值比較電路，它把上述微分信號di/dt與第二定值進行比較，當上述微分信號超過上述第二定值時，產生一個選擇低瞬時跳閘定值的信號。
電流對時間的微分相當於短路電流增長率，一旦發生短路該值就給出電流峰值的指示;如果斷路器沒有斷開，電流將達到此峰值。如果預期的峰值不超過斷路器的電動力的耐受極限，瞬時跳閘脫扣裝置就整定在高跳閘定值。這樣，它就能由短延時、長延時跳閘脫扣裝置或任何其它要求時間延遲的選擇裝置來提供選擇性。另一方面，如果預期的短路電流超過斷路器電動力耐受極限，那麼瞬時跳閘脫扣裝置的低定值起作用，使斷路器觸頭快速斷開。顯而易見，這個低定值越低就越能較快地超過，這使觸頭能快速斷開並限制電流，而這個低定值當然要比斷路器的額定電流高。當發生短路時，定值的改變由電流增長率來控制，但要避免由於擾動或幹擾導致電流的突變而引起的誤跳閘。重要的是斷路器的跳閘取決於出現其值高於斷路器額定電流的瞬時電流。微分電流信號決定著瞬時跳閘脫扣裝置是工作在高定值還是低定值。
微分電流信號便於由非磁性傳感器供給，傳感器直接輸出一個與被測電流的微分成比例的電壓信號。微分信號與定值在比較電路中進行比較，以便根據是否超過這個定值來選擇高定值或低定值。同一微分信號方便地被積分，提供一個與電流成比例的信號，它與上述的高定值和低定值比較，當超過選擇的定值時，使斷路器跳閘。
根據本發明的實施例，瞬時跳閘脫扣裝置可以用來檢查測量電路的連續性。在這方面，當電路沒斷開時，直流電流施加在傳感器上，在傳感器的端子上產生一個預定的電壓。當傳感器電路斷開時，端子上電壓增高，對瞬時跳閘裝置來說，如同是造成跳閘的短路電流一樣。這個監測電路防止斷路器在傳感器斷路或故障情況下造成的動作。在處理電路附近施加直流電流，以監測整個傳感器連接電路以及傳感器本身迴路的連續性。
根據本發明的瞬時跳閘脫扣裝置最好是一個模擬跳閘脫扣裝置，它的響應速度比數字跳閘脫扣裝置快。這個響應速度自然有助於所尋求的限流作用。每相採用一個獨立的傳感器和處理電路也是合理的，其每一個都能使斷路器跳閘。這些單獨的傳感器和瞬時跳閘脫扣裝置，在提供較高的響應速度和提高可靠性方面分別起到各自的作用，其中某一電路的故障都可由其它電路的作用來彌補，則有相當的機率檢測在故障情況下的短路故障。
瞬時跳閘脫扣裝置涉及規格化的短延時和長延時電子電路斷路器，同樣的繼電器亦便於斷路器的瞬時跳閘。短延時、長延時跳閘脫扣裝置可以是利用電流互感器供給電流測量信號以及電子電路和跳閘繼電器的電源的自電流型。值得注意的是，由非磁性傳感器供出的微分信號可以按眾所周知的技術方式用於長延時和短延時的跳閘。
通過下面對本發明一個實施例的介紹，將使其它的優點和特徵更為明瞭。該實施例僅作為一個例子，且藉助附圖來描述，在附圖中圖1表示本發明的瞬時跳閘脫扣裝置的方框圖。
圖2是圖1的跳閘脫扣裝置的詳圖。
圖3表示帶有一個瞬時跳閘脫扣裝置和一個具有長、短延時跳閘脫扣裝置的固態跳閘單元的方框圖。
圖中，電力斷路器(特別是低壓斷路器)包括機械觸頭10，該觸頭10由跳閘繼電器14動作於機構12進行操作。繼電器14則接收來自瞬時跳閘脫扣裝置16和具有長、短延時的跳閘脫扣裝置18的跳閘命令。斷路器也可以是固態的型式。瞬時跳閘脫扣裝置16包括三個傳感器20，其中每一個都與斷路器導體R、S、T中的一個相聯繫，以將一個信號供到跳閘單元22。下面，參考圖1和2隻介紹一個傳感器20和一個跳閘單元22，其它傳感器及跳閘單元是一樣的。
傳感器20可為非磁性型式，例如其構成為二次繞組由一個管形非磁性支架支承，導體R穿過此管形支架而構成一次繞組。已經知道，這樣的傳感器20可傳送一個與流過導體R的電流對時間的微分成比例的電壓信號。該傳感器20由導線24、26連到跳閘單元22，該跳閘單元22由例如一塊支承著瞬時跳閘脫扣組件和電路的印刷電路板構成。電流源28通過電阻30連到導線24、26，將一個直流電流i0供到傳感器20的二次繞組。該電流i0是以印刷電路板22的量級施加的，以檢查由導線24、26和傳感器20構成的電路是否完好。傳感器20供出的信號e，是電流i0在傳感器20端子處造成的電壓及導體R內流過的電流i的微分的函數。這個電壓信號e被供到電壓監測單元32，單元32將直流分量i0除掉。單元32的輸出信號代表di/dt值並加到積分單元34上，單元34則輸出一個與流過導體R的電流成比例的信號i。信號i被加到一個高定值檢測單元36和一個低定值檢測單元38上，當分別超過預定的高定值和低定值時，它們就輸出一個跳閘信號。傳感器20送出的信號e還並聯施加到流過導體R電流i的增長率檢測單元40上。當這個增長率超過一個預定值時，單元40就將一個輸出信號施加到與門42的一個輸入端，其另一個輸入端接收來自低定值檢測單元38的跳閘信號。如果在與門兩個輸入端都出現信號(即電流i大於低定值且電流i對時間的微分大於預定值)時，該與門就傳輸跳閘信號。
在圖2中描述的跳閘單元22，是應用運算放大器A1到A10的模擬電路。連接監測單元32採用了環路接線運算放大器A1、A2，將直流電流分量i0除掉。定值檢測單元36、38之每一個都包括有兩個運算放大器A7、A8和A9、A10;這些運算放大器之一個輸入端，由齊納二極體44、45所決定的定值電壓所極化。電流i的增長率檢測單元40，包括一個相同類型的帶兩個放大器A5和A6的定值電路，它們連到運算放大器A3的輸出端。這種類型的模擬電路在技術上是眾所周知的，在此不予進一步詳述。
顯然，高定值檢測器36的定值與斷路器所承受的電動力相對應，即其最大值可以為斷路器所承受，而不致出現明顯的損壞。檢測器38的低定值要高於斷路器的額定電流i。直流電流i0值是這樣確定的當電路24、26、20被切斷時，信號e電壓增長量要足以使高定值檢測器36去跳閘。單元40反應於電流對時間的變化，其整定方式為當該值(相應於表示電流與時間關係曲線的斜率)高於斷路器承受的極限電動力的電流峰值曲線之斜率時，即發出信號。
本發明的瞬時跳閘脫扣裝置動作情況如下在正常運行中，流經導體R的電流i小於低定值檢測器38的定值，且該電流di/dt的變化亦低於單元40的反應定值，則跳閘單元22不發出跳閘命令。當發生較輕的短路且預期的峰值低於檢測器36的高定值(具體說是低於斷路器承受電動力的定值)時，信號di/dt就維持低於電流增長率單元40的響應定值，則跳閘單元僅反應於由檢測器36確定的高定值。如果電流i值維持低於此高定值，瞬時跳閘脫扣裝置就不產生任何跳閘命令。相反，如果電流i超過這個定值(例如，由於短路電流忽然增大了)，瞬時跳閘脫扣裝置就有反應，且造成跳閘以保護斷路器和被供電的線路。當發生嚴重的短路且其信號di/dt高於單元40的定值時，單元40就將一個信號供到與門42的輸入端。同時，積分單元34將一個代表電流i的信號傳輸到低定值檢測單元38，且只要電流i值一超過其定值，單元38就將一個跳閘信號傳輸到與門42。這個突變非常迅速，能使斷路器快速跳閘，具有限制大電流的作用。一旦電流i超過檢測器36的高定值，第二個跳閘信號就傳輸到斷路器;但是由於它出現在低定值檢測單元38的信號之後，所以該第二信號不起作用。很清楚，改變由單元40確定的定值，能使跳閘更塊，從而達到良好的短路電流限制。
在連接導線24、26或傳感器20被切斷的情況下，由於切斷而造成傳感器20的端子處電壓的增長，使信號i高於檢測單元36的高定值，單元36發出使斷路器跳閘的跳閘信號。於是始終要監測傳感器20到跳閘單元22間的正確接線，其任何會導致斷路器跳閘的故障。如果該突變與高於單元40定值的電流變化相一致，則只能在電流i值等於檢測器38的低定值時才發生跳閘。反之，如果電流i超過檢測器38的低定值，則只有同時大的電流變化超過單元40定值才造成跳閘。以這種方式，可避免由於電流限制幅度突然變化造成的誤跳閘。
參考圖3，可見傳感器20與斷路器導體R、S、T中的每一個都相聯繫，每個傳感器20都連到一個跳閘單元22。三個跳閘單元22的輸出，都加到一個或門46上，或門46的輸出端連到跳閘繼電器14。跳閘單元22都連到一個電源單元48，例如連到導體S、T上或任何其它的電壓源。瞬間跳閘單元22中任何一個單元的跳閘信號，都可使斷路器10跳閘。將不同的瞬時跳閘電路分開，提高了該裝置的可靠性。一般說，至少要由導體R、S、T中的兩個才能查覺到嚴重的短路，因此跳閘單元22中的一個發生故障不會有太大的影響。
本發明的瞬時跳閘脫扣裝置，一般與一個規格化的具有長、短延時的跳閘脫扣裝置相聯繫，圖3中以圖示對跳閘脫扣裝置的一個實施例進行描述。具有長、短延時的跳閘脫扣裝置，將一個跳閘信號與瞬時跳閘單元22一起並聯地送到門46的一個輸入端。具有長、短延時的跳閘單元18，包括三個電流互感器50，互感器50連到串聯起來的整流橋52，以送出一個與導體R、S、T之一個中的最大強度電流成比例的信號。這個信號加到處理電路54，當超過了短延時或長延時的定值(以熟知的技術方式)時，單元54即產生一個帶長或短延時的跳閘信號。很清楚，瞬時跳閘脫扣裝置可以與不同型式的跳閘單元相聯繫，例如，與數字處理跳閘系統或規格化的機電跳閘系統相聯繫。當發生嚴重的短路時，定值變化系統能保持足夠的延時，以在所有不危及斷路器完好的短路值下都能有選擇地跳閘，即所有的峰值都維持低於斷路器所經受的電動力。
當然，本發明並不限於上面詳述的實施例，而可擴展到其它實施例，特別是傳感器20可為不同型式或由電子處理電路確定電流依時間的變化值可。
權利要求
1.一種固態跳閘裝置，它具有一個使限流斷路器觸頭高速斷開的模擬瞬時跳閘脫扣裝置，該固態跳閘裝置特徵在於包括；一個電流傳感器，它產生一個與流過斷路器導體內的電流對時間微分成比例的微分模擬信號di/dt，一個積分電路，它接收上述微分信號di/dt，並發出一個代表電流i的信號，一個第一定值比較器電路，它將上述代表電流的信號與一個高定值比較，當上述電流信號i超過該高定值時，發出一個瞬時跳閘信號，一個第二定值比較器電路，它將上述微分信號di/dt與一個第二定值比較，當上述微分信號超過該第二定值時，產生一個選擇低瞬時跳閘定值的信號。
2.根據權利要求
1的一種跳閘裝置，它包括一個第三比較器電路，該比較器電路將上述代表電流i的信號和上述低定值比較，發出一個施加到一個與門的一個輸入端的跳閘信號，該與門的另一個輸入端接收上述選擇低定值的信號。
3.根據權利要求
2的一種跳閘裝置，其中上述與門的輸出端和上述第一比較電路的輸出端都連到上述斷路器的跳閘繼電器。
4.根據權利要求
1的一種跳閘裝置，其中上述傳感器由一個非磁性管構成，該非磁性管中具有一個由上述導體構成的一次繞組和一個產生上述微分信號di/dt的二次繞組。
5.根據權利要求
4的一種跳閘裝置，其中上述二次繞組經過一個電阻連接到一個直流電流源，該直流電流源產生一個直流電流信號i。疊加在上述模擬微分信號di/dt上。
6.根據權利要求
5的一種跳閘裝置，它包括一個上述微分信號di/dt的處理電路和直流電流信號i0，正常運行中，該裝置將上述直流電流i0除去，且當二次繞組與上述電流源斷開時，產生一個跳閘信號。
7.根據權利要求
5的一種跳閘裝置，它包括一個電子單元或支承上述積分和比較器電路的印刷板以及與直流電流源聯繫的電阻，上述傳感器通過外部連接連到上述單元。
8.根據權利要求
1的一種用於多極斷路器的跳閘裝置，其中每個極都與一個固態瞬時跳閘脫扣裝置相聯繫，該固態瞬時跳閘脫扣裝置的所有輸出端都連到斷路器的一個跳閘繼電器，使斷路器根據來自上述固度瞬時跳閘脫扣裝置中任何一個的命令而跳閘。
9.根據權利要求
1的一種包括一個具有長、短延時的固態跳閘脫扣裝置的跳閘裝置，該裝置具有一個電流傳感器和一個該電流傳感器發出信號的處理電路，如果發生故障就送出一個長延時或短延時的跳閘信號，而且長、短延時跳閘裝置和瞬時跳閘裝置共用一個跳閘繼電器。
專利摘要
一種瞬時固態跳閘裝置具有兩個定值，以提供高和低跳閘定值。當發生短路時，由一個電流增長率檢測器確定電流峰值以及是否趨向於超過相應於斷路器耐受的電動力的峰值；一旦超過了低定值，就使跳閘定值改變。這種高速跳閘有助於限制短路電流。當發生的短路較輕時，電流變化小，且僅當超過高定值時瞬時跳閘脫扣裝置才造成跳閘。多數情況都達不到高定值，且易於以通常方式實現選擇性跳閘。傳感器到跳閘單元的迴路斷線也會造成斷路器跳閘。
文檔編號H02H3/08GK87103164SQ87103164
公開日1987年11月11日 申請日期1987年4月29日
發明者蘭德貝爾·弗朗索瓦 申請人:默林·格倫導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan