包括測試電路的對地漏電跳閘裝置的製作方法

2023-10-30 12:16:17 5

專利名稱：包括測試電路的對地漏電跳閘裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種對地漏電跳閘裝置，包括用於測量對地漏電流的裝置，其和跳閘繼電器相連，所述跳閘繼電器包括線圈和動葉片(moving vane)，測試裝置，其包括設計用於施加測試信號的裝置，所述測試信號由在測試程序期間對線圈兩端施加的交流電壓構成，用於使葉片振動而不引起跳閘裝置的跳閘，以及檢查裝置，其設計用於檢查所述葉片不被粘連放開(unstick)的能力。
背景技術：
對地漏電跳閘裝置一般包括測試按鈕，當其被致動時，其能夠模擬對地漏電故障，因而能夠測試跳閘裝置。這種類型的測試需要人工定期地幹預，並且引起設備跳閘，因而中斷被保護的電力系統的連續性。實際上，大量的對地漏電跳閘裝置從來不測試，因而它們的可靠性不能得到保證。
專利文件EP815630公開了一種對地漏電跳閘裝置，其包括一種能夠定期地、自動地對跳閘裝置繼電器進行自檢測的測試電路。所述測試通常包括通過對繼電器的線圈的兩端施加脈衝形式的電壓信號引起繼電器葉片的振動，而不引起跳閘。通過檢測在線圈端子上的浪湧電壓，或者通過檢測測試電路中的電流的急劇改變、代表線圈兩端的電感的急劇改變，來檢查繼電器葉片不粘連的能力，所述能力保證繼電器的正確操作。事實上，葉片的運動在繼電器的磁路中的產生氣隙，並因而引起磁路的磁阻的改變，因此根據葉片是否處於粘連(stick)狀態，在線圈中流過的激磁電流的波形發生改變。
然而，對於某些繼電器，流過粘連或未粘連的繼電器線圈中的電流的曲線之間的差別太小而沒有意義。

發明內容
本發明的目的在於克服已知的對地漏電跳閘裝置的測試的缺點，尤其是，不論使用的繼電器的特性如何，使得能夠測試跳閘裝置的繼電器葉片不粘連的能力。
按照本發明，本發明的目的是通過一種檢測裝置實現的，所述檢測裝置包括用於在測試程序期間利用機械方式檢測葉片的振動的裝置。
按照本發明的一個實施例，所述用機械方式檢測葉片振動的裝置包括和所述繼電器接觸的壓電檢測裝置。
按照本發明的另一個演變方案，設計用於施加交流電壓的裝置包括用於在測試程序的第一階段期間逐漸增加測試信號的幅值的裝置。
它們還可以包括用於在測試程序的第二階段期間逐漸減少測試信號的幅值的裝置。
按照本發明的另一個特徵，所述檢查裝置包括比較裝置，用於比較來自壓電檢測裝置的輸出信號和預定的閾值，超過所述閾值將使測試程序的第一階段結束。
所述跳閘裝置最好包括指示裝置，用於指示故障的繼電器，所述檢查裝置包括用於當測試程序的第一階段超過一個預定的時間時致動所述指示裝置的裝置。


由下面以非限制性實例方式給出的並在附圖中表示的本發明的特定實施例，將會更加清楚地看出本發明的其它優點和特點，其中圖1表示按照本發明的跳閘裝置的一個特定的實施例；圖2a-2c，3a-3c和4a-4c表示在按照本發明的跳閘裝置中的各種信號的波形；圖5表示能夠在圖1所示的跳閘裝置中實現的流程圖的一個特定的實施例；以及圖6a-6cd，和7a-7d表示在執行圖5所示的流程圖的跳閘裝置中的各個信號的波形圖，分別表示在跳閘裝置繼電器正確地操作以及故障時的情況。
具體實施例方式
圖1所示的對地漏電跳閘裝置以常規的方式包括對地漏電檢測變壓器(transformer)和由線圈致動的動葉片構成的跳閘繼電器1。變壓器的一次繞組以常規方式成包圍著被保護的電力系統的導體3的環形鐵心2的形式。變壓器的二次繞組4串聯有整流二極體5，連接到繼電器1的線圈。檢測到大於預定的跳閘閾值的對地漏電流激勵繼電器1，引起繼電器葉片的運動，從而打開開關裝置的觸點6。
跳閘裝置包括測試電路，其設計用於檢測跳閘繼電器的正確操作，跳閘繼電器構成對地漏電跳閘裝置的可靠性最小的元件。實際上，大多數故障是由跳閘繼電器的葉片的粘連引起的。如EP815630專利所述，測試電路對繼電器進行周期的、自動的測試，而不引起跳閘，從而不中斷電氣設備運行的連續性。為此，在測試程序期間，一個被控制的幅值和頻率的交流電壓施加於繼電器1的線圈的兩端，使得引起葉片的振動而不引起跳閘，並且測試電路檢查葉片的不粘連的能力。
按照本發明的測試電路能夠在測試階段期間用機械方式檢測葉片的振動，其可以檢測任何類型的繼電器。繼電器葉片的振動的機械檢測優選地藉助於和繼電器接觸的壓電檢測器進行。在圖1所示的實施例中，壓電檢測器7優選地用黏膠20固定在繼電器1的殼體上。在繼電器中的葉片的振動以聲學方式傳播，並且膠黏在繼電器的壁上的壓電檢測器足夠靈敏，使得在檢測器的輸出端獲得代表葉片的振動的可測量的電信號。在優選實施例中，壓電檢測器7直接膠黏在繼電器1的葉片上。在這種情況下，從壓電檢測器輸出的電信號的幅值和膠黏在殼體上壓電檢測器提供的電信號的幅值相比大3倍，這使得測試電路的信噪比大大改善，因而使得對於可能發生的任何幹擾振動不敏感。
在圖1中，自壓電檢測器7的輸出信號提供給例如具有200的增益的放大器8的輸入端。然後，放大的信號U1在整流和濾波電路9中被整流和濾波，使得提供一個直流電壓U2，其幅值表示葉片的振動。因為壓電檢測器7的輸出信號的頻率一般大約為11.5千赫，濾波器最好具有大約為10ms的時間常數，這能夠實現對整流信號的良好濾波。電路9的輸出信號U2提供給比較器10的輸入端，當信號U2的幅值超過預定的閾值S時，比較器改變狀態。比較器10的輸出信號U3提供給測試管理微控制器11的輸入端。
微控制器11還控制把由交流電壓構成的信號施加到繼電器1的線圈的兩端上。在圖1的實施例中，微控制器11在測試程序期間產生一個方波電壓信號，所述信號的頻率在100赫茲和10千赫之間，優選地例如是1500赫茲。這個信號，最初例如在0和5V之間改變，優選地例如通過比較器(未示出)相對於0被對稱化，從而在-5V和+5V之間改變。對稱化的信號施加於具有大的輸出電流的可變增益放大器12的輸入端。放大器12例如由運算放大器13構成，其具有數字電位器14，連接在其輸入和輸出之間，並由來自微控制器的控制信號A1控制。因而，微控制器可以調節放大器12的增益G。
放大器12的輸出直接和升壓變壓器15的一次繞組相連，其二次繞組和跳閘繼電器1的線圈並聯，從而向其提供測試信號。變壓器15確保在施加於繼電器1的線圈上的測試信號中總體上沒有直流分量。插入一個高阻值例如470千歐的電阻16，其在繼電器1的線圈兩端和變壓器15的二次繞組串聯。電阻16因而用於防止對地漏電跳閘裝置的靈敏度因為繼電器線圈和變壓器15的二次繞組直接並聯而降低。在測試程序期間，電阻16在測試信號的頻率上(大約為1500赫茲，例如)根本不會減少測試信號，和繼電器線圈的阻抗相比，其阻值仍很低。
圖1所示的跳閘裝置還包括MOSFET耗盡型電晶體17，其和繼電器1的線圈串聯後和對地漏電流檢測變壓器的二次繞組4的輸出相連。微控制器11向電晶體17的控制極提供截止信號A2，從而在測試程序期間使電晶體17截止。因而，環形鐵心2的二次繞組4在測試程序期間不會引起任何雜散幹擾。如果沒有電壓，電晶體17則保持導通，這使得在測試程序之外的時間保持對地漏電跳閘裝置的系統電源接通。在另一方面，測試電路由輔助電源(未示出)供電。
優選地，一個比較器18和對地漏電流檢測變壓器的二次繞組4兩端相連。比較器18的輸出和微控制器11的輸入端相連。如果在測試程序期間發生對地漏電故障，則微控制器11中斷測試程序，並利用信號A2使電晶體17截止。因而對地漏電跳閘裝置即使在測試程序期間也保持在操作狀態。
圖2a表示在測試程序期間不致引起跳閘的在繼電器的線圈內流過的並引起繼電器葉片按照跳閘限制的振動的電流I。圖2b，2c分別表示在壓電檢測器7的輸出測量的相應的放大信號U1(放大器8的輸出)，以及在整流和濾波電路9的輸出端獲得的相應的信號U2。在這個例子中，繼電器操作正確，即葉片沒有粘連並振動，當施加測試電流時沒有引起跳閘。放大器12的增益是常數，提供給升壓變壓器5的一次繞組的電壓是1.4千赫的方波電壓。由繼電器的振動調製的壓電檢測器的自諧振方式(11.5千赫)可以在放大的信號U1中觀察到。在這個例子中，通過對放大的信號U1的整流、濾波和反相獲得的信號U2是大約幾伏的負的直流信號(圖2c)。
圖3a，3b和3c突出了在有無葉片粘連時的信號的變化。它們分別表示在測試程序期間的信號1，U1和U2，在所述測試程序期間繼電器的葉片交替地粘連(在時間t1之前，在t2和t3之間以及在t4和t5之間)和不粘連(在時間t1和t2之間，t3和t4之間以及在時間t5之後)。當沒有葉片粘連發生時，信號類型和圖2a-2c的相同。在另一方面，當葉片粘連時，信號U1和U2實際上是零。因而，比較信號U2和預定的閾值，可以容易地發現在粘連的繼電器和未粘連的繼電器之間的不同。
圖4a-4c突出了測試信號幅值的範圍。圖4a表示第一測試電流Ia，其在跳閘限制下使葉片振動，以及用虛線表示的具有略低的幅值的第二測試電流Ib。相應的放大信號的曲線U1a(圖4b)和U1b(圖4c)具有十分不同的幅值，測試電流Ib只引起繼電器葉片的弱的振動。因而，在繼電器線圈中流動的測試電流I的小的改變便引起繼電器葉片的大的振動改變。因此，測試電流的非線性是大的。
為了確保測試電路具有高的可靠性，在測試程序期間，繼電器的激勵值最好不根據在線圈中流動的電流I調節，而根據由壓電檢測器7檢測的振動的幅值進行調節。在按照圖1的跳閘裝置中，這可以通過由微控制器11按照表示由壓電檢測器7測量的葉片的振動的幅值的信號U3控制放大器12的增益來實現。
圖5的流程圖以及圖6a-6d(葉片未粘連)以及圖7a-7d(葉片粘連)說明在按照圖1的跳閘裝置中測試程序的運行，其中繼電器的激勵值根據檢測的振動的幅值被控制。
在第一步驟F1，在相應於測試程序開始的時刻t6，微控制器通過施加一個預定的電壓A2使電晶體17截止，電壓A2在圖6d，7d所示的例子中是負的。與此同時，對循環計數器的內容(C＝0)和放大器12的增益(G＝0)零復位。然後，在步驟F2，使測試信號施加到繼電器的線圈上。為此，其產生一個預定頻率的由方波電壓信號(二進位信號)構成的在+5V和-5V之間對稱的測試信號，並把該信號提供給放大器12的輸入端。然後，微控制器通過藉助於電位器14逐漸增加放大器12的增益G，逐漸增加提供給繼電器線圈兩端的電壓信號的幅值。因此在步驟F3實現增益的增加ΔG(G＝G+ΔG)。在步驟F4，微控制器檢查循環計數器的內容是否達到預設的閾值，在所述的例子中該閾值是128(C＝128？)。如果否(F4輸出NO)，則微控制器在步驟F5使循環計數器加一(C＝C+1)。然後，微控制器在步驟F6檢查檢測的振動幅值是否超過預設閾值。為此，其檢查從比較器10輸出的二進位信號U3的值(U3＝1？)。如圖6c，7c所示，只要信號U2(圖6b，7b)，其是負的，未達到預設的負的閾值S，信號U3便取第一個二進位值，標記為0，其相應於負值。當信號U2(圖6b)，其是負的，達到閾值S，信號U3便取第二個二進位值，標記為1，相應於一個正值(圖6c)。如果閾值未達到(F6的輸出為NO)，則微控制器使循環返回步驟F3，因而逐漸增加放大器12的增益，並因而在測試程序的第一階段期間逐漸增加提供給繼電器線圈的測試信號1的幅值(圖6a，7a)。
當繼電器處於正確的工作狀態時，即當葉片未粘連時(圖6a-6d)，信號1和U2的幅值增加直到時刻17，此時信號U2達到閾值值S。然後信號U3改變狀態並取二進位值1。在這種情況下，(F6的輸出是YES)，微控制器終止測試程序的第一階段。測試應當在此時結束。不過，突然中斷施加於繼電器線圈兩端的大的幅值的信號將導致在繼電器1的磁路中存在剩餘磁場，並易於極大地幹擾對地漏電跳閘裝置的靈敏度。
為避免這個問題，微控制器11此時開始第二階段，在此期間其逐漸減少測試信號的幅值。因而藉助於電位器14逐漸減少放大器12的增益G。因此在步驟F7，使增益減少ΔG(G＝G-ΔG)。然後，在步驟F8，微控制器使循環計數器的內容減一(C-C-1)，並且在步驟F9，其檢查循環計數器的內容是否為0(C＝0？)。如果否(F9為NO)，則循環回到步驟F7，使得繼續減少提供給繼電器線圈的測試信號的幅值。對於處於正常狀態的繼電器，當循環計數器的內容回到0時(F9的輸出為YES)測試結束。在步驟F10使電晶體17再次導通之後，在一個延時之後在步驟F11，微控制器循環回到步驟F1，以便運行新的測試程序。在兩個測試程序之間的時間延遲的長短可以是任意的，例如大約一個星期。
如果繼電器葉片粘連，則振動的幅值太小而使得信號U2不能達到閾值S(圖7b)，並且信號U3不改變狀態(圖7c)。即使放大器12的增益繼續增加直到飽和(圖7a)，其也達到一個不能被超過的最大值(圖7b)。當在步驟F4微控制器檢測到循環計數器的內容已經達到值128時(F4的輸出為YES)，這意味著葉片粘連，因而繼電器被認為是故障的。然後，微控制器在步驟F12將放大器12的增益零復位(G＝0)，並在步驟F13指示故障。如圖5和7d所示，微控制器11在步驟F12期間還可以翻回導通電晶體17。故障的指示在微控制器11控制下可以用任何合適的公告信號電路19(圖1)進行，例如由發光二極體。
因而，微控制器增加測試信號的幅值，直到檢測到足夠幅值的振動，或者直到一個預設的最大值為止，所述最大值相應於128次遞增循環，對於所述最大值，任何處於正常工作狀態的繼電器都應當跳閘。如果達到所述最大值而檢測不到足夠幅值的振動，則繼電器被認為是故障的，此時測試被中斷(圖7a，7b中的時間t8)，並顯示這個故障。要達到的振動值應當略低於繼電器的跳閘閾值。不過，不必太低，只要使得要被測量的信號值大大超過環境噪聲電平，並且必須考慮繼電器以及壓電檢測器特性的不一致。
上述類型的測試程序的持續時間大約為400ms。在某些情況下，這個持續時間顯得太長。可以通過把電位器14的指針設置在中間位置使得在測試程序的第一階段開始激勵繼電器來減少這個持續時間。此時放大器不在0和最大值之間變化，而在一個中間值和最大值中間變化。因而，測試信號的增加和減少將快得多，測試程序的持續時間可以減少到大約100ms。取消測試程序的第二階段能夠減少測試時間，但是此時繼電器的金屬磁心可能保持在磁化狀態。增加測試信號的頻率將引起繼電器線圈兩端的電壓增加到大大超過100V，此時將產生絕緣問題。
為了減少幹擾振動對於壓電檢測器的影響，可以在運行測試程序之前進行背景噪聲測量。因此，微控制器還可以從壓電檢測裝置的輸出信號的包絡中提取基波分量。
權利要求
1.一種對地漏電跳閘裝置，包括和跳閘繼電器(1)相連的用於測量對地漏電流的裝置(2，4)，所述繼電器包括線圈和動葉片，測試裝置，其包括設計用於在測試程序期間對所述線圈的兩端施加由交流電壓構成的測試信號，從而引起所述葉片的振動，而不引起所述跳閘裝置的跳閘，以及檢查裝置，其設計用於檢查所述葉片不粘連的能力，所述跳閘裝置的特徵在於，所述檢查裝置包括用於在測試程序期間用機械方式檢測所述葉片的振動的裝置。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述用機械方式檢測葉片振動的裝置包括和所述繼電器(1)接觸的壓電檢測裝置(7)。
3.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述繼電器(1)包括殼體，所述壓電檢測裝置(7)包括膠黏在所述繼電器(1)的殼體上的壓電檢測器。
4.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述壓電檢測裝置(7)包括膠黏在所述繼電器(1)的葉片上的壓電檢測器。
5.如權利要求2-4中的任何一個所述的裝置，其特徵在於，所述設計用於施加交流電壓的裝置包括用於在測試程序的第一階段期間逐漸增加測試信號的幅值的裝置(12，A1，F3)。
6.如權利要求2-5中的任何一個所述的裝置，其特徵在於，所述設計用於施加交流電壓的裝置包括用於在測試程序的第二階段期間逐漸減小測試信號的幅值的裝置(12，A1，F7)。
7.如權利要求5和6中的任何一個所述的裝置，其特徵在於，所述檢查裝置包括比較裝置(10，F6)，用於比較壓電檢測裝置的輸出信號和預設的閾值，超過所述閾值將使得測試程序的第一階段結束。
8.如權利要求5-7中的任何一個所述的裝置，其特徵在於，其還包括用於指示故障繼電器(1)的裝置(19)，所述檢查裝置包括用於當測試程序的第一階段超過預定的時間時致動所述指示裝置的裝置(F13)。
9.如權利要求2-8中的任何一個所述的裝置，其特徵在於，所述檢查裝置包括用於從壓電檢測裝置的輸出信號的包絡中提取基波的裝置。
10.如權利要求1-8中的任何一個所述的裝置，其特徵在於，其包括MOSFET耗盡型電晶體(17)，其和繼電器線圈串聯連接在用於測量對地漏電流的裝置的輸出端，並在測試程序期間藉助於所述測試裝置被截止。
全文摘要
對地漏電跳閘裝置包括對地漏電流檢測變壓器(2，4)和跳閘繼電器(1)，所述繼電器由通過線圈致動的動葉片構成。測試電路對繼電器的線圈提供由交流電壓構成的測試信號，從而引起繼電器(1)葉片的振動而不引起跳閘。藉助於膠黏在繼電器上的壓電檢測器(7)檢查葉片不粘連的能力。測試程序最好包括第一階段，在其間測試信號的幅值逐漸增加(12，A1)，並且當檢測器(7)的輸出信號超過預設的閾值時，所述第一階段結束。如果第一階段超過一個預設的時間，則認為所述繼電器有故障。在繼電器處於正常狀態下，所述測試信號的幅值在測試程序的第二階段期間逐漸減小。
文檔編號H02H3/32GK1427436SQ0215715
公開日2003年7月2日 申請日期2002年12月17日 優先權日2001年12月17日
發明者布魯諾·貝蘭格 申請人:施耐德電器工業公司