用於低壓斷路器的電子過電流脫扣器的製作方法

2023-12-02 21:27:31 2

專利名稱：用於低壓斷路器的電子過電流脫扣器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於低壓斷路器的電子過電流脫扣器，它具有一條通過設定值如吸合電流IR、慣性度(Traegheitsgrad)tR、短延時短路電流Isd、短延遲時間tsd和無延時短路電流Ii劃分成一個過載區、一個短延時短路區和一個無延時短路區的特性曲線。
在電氣設備中，斷路器用於在過載和短路時保護其下級用電器和該電氣設備以及斷路器本身。通過布設帶有一個自己的斷路器的負載支路，以及布設帶有一個上級斷路器的多條支路等，構成一個開關的枝狀系統，這是有選擇地切斷故障支路的前提。條件是不同時操作多個開關，而是只操作直接在故障地點前的開關。只有在通過此開關不能克服故障時，才應切斷在下一個高度的分級整定層(Staffeleben)內的開關。
原則上這種選擇性可以通過電流分級整定(Stromstaffelung)和/或時間分級整定(Zeitstaffelung)獲得，也就是說，過電流脫扣器設定成不同的吸合電流和/或分級整定過電流脫扣器的延遲時間。構成最下面的分級整定層的用電器沒有延時，級別越高的分級整定層各自有更長的延時。
通常在過電流脫扣器中設定好一條脫扣特性曲線，它分成過載區、短延時短路區和無延時短路區。其中，通常證實過載特性曲線符合關係式I2t＝常數。通過確定脫扣器的吸合電流IR和過載特性曲線慣性度tR(後者確定對於6倍測量電流IR的釋放時間ta上限)，從而也確定了此常數。按照這一規程，脫扣器在1.2倍吸合電流時應在最晚7200秒後釋放，由此給出了過載特性曲線的下限，亦即特性曲線垂直部分。
過載特性曲線朝更大的電流值方向以短延時短路特性曲線為界，藉助它對於電流的設定值Isd確定一個有保證的延遲時間tsd。短延時短路特性曲線的變化過程本身仍可遵照關係式I2t＝常數，然而通常確定成與電流無關，所以在整個特性曲線內形成一水平的特性曲線部分。
此特性曲線部分又以無延時釋放的區域為界，此區域由電流值Ii確定。因為在此區域確定沒有延時，所以此時間值僅由釋放時間、電流檢測時間和開關固有動作時間之和決定。
整個特性曲線的變化過程應單調下降，從而每個電流值配有一個確定的釋放時間，並因而有可能實現單值的選擇性分級整定。若不同分級整定層的斷路器有這樣的脫扣特性曲線，即，它們沿著從分級整定層到分級整定層的方向移向更大的電流和/或更長的釋放時間，且在一共同的圖內不接觸或不交叉，則可獲得選擇性。實際上需要某個最小間距，以便在不利的容差狀態下不出現選擇性損失。
單調下降的整體特性曲線總是在下列情況下才能得到保證通過設定的特徵值IR、tR、Isd和tsd，從過載特性曲線區域過渡到短延時短路釋放區形成一條垂直線，過載區的時間值沿這條垂直線下降到短延時短路釋放區。
對於那些藉助通常帶鐵心的電流互感器所實施的電流測量，由於鐵的磁飽和造成一個有限的測量範圍，在此範圍內藉助通常的設定值自動得出一單調下降的特性曲線。
但是，如果吸合電流IR相對於與高動態區相應的短延時短路釋放的電流Isd選擇得很小，則可能導致在過載特性曲線區域內的時間值，在其階躍到短延時釋放區的值之前，就小於短延時釋放區的值。這意味著，在從過載區過渡到短延時釋放區時出現一個增加的時間值。這樣一種動態區的利用是可能的，如採用羅科夫斯基(Rogowski)線圈來替代帶鐵心的電流互感器，其測量範圍理論上是沒有限制的。用羅科夫斯基線圈檢測電流早已公知，但在最近變得有特別重要的意義，有關內容可參見德國實用新型說明書DE-U 9421240或德國專利說明書DE-C 19523725。
所闡述的脫扣器特性會導致不能利用有利的高動態區，因為對於過電流脫扣器，需要限制比值IR/Isd或限制慣性度tR。但由於這些限制，可能同樣喪失選擇性分級整定的可能性。
本發明要解決的技術問題是提供一種確保整個特性曲線在整個電流範圍為單調下降的、用於低壓斷路器的電子過電流脫扣器。
按照本發明，上述技術問題是通過權利要求，1的特徵來解決的。從屬權利要求給出了其進一步更合適的設計。
據此，過電流脫扣器特性曲線在過載區內對一個位於到達短延時短路區前的特性曲線段可設定一個與電流無關、且取決於短延遲時間tsd的延遲時間tsdi，它至少與短延遲時間tsd一樣長。
在這裡，與電流無關的延遲時間tsdi可以是在該短延遲時間tsd上增加一個該短延遲時間預定百分率的值或者增加一個恆定值的值。
過電流脫扣器可以從預定的特徵值，單值地確定從按I2t＝常數的下降過載特性曲線過渡到與電流無關過載區的電流-時間數值對。現在，可將這一數值對針對每個過電流脫扣器置於選擇性研究中，使水平延伸的特性曲線段彼此有所要求的最小距離。這些數值對的調整對使用者來說是沒有必要的，因為這些數值由現有的設定值得出。
下面藉助實施方式對本發明作進一步說明

圖1示出本發明過電流脫扣器特性曲線形狀；圖2示意給出這種過電流脫扣器的總體結構。
圖1示出一個電子過電流脫扣器的特性曲線形狀。圖中表示釋放時間ta與電流I相對於吸合電流IR比值的的關係。除吸合電流IR外，此特性曲線通過由6倍吸合電流IR時的釋放時間ta確定的慣性度tR及通過短延時短路電流Isd和相關短延遲時間tsd的設定值來決定。此外，無延時區的開始由無延時短路電流Ii的設定值確定。按照國際電氣技術委員會的IEC 60 947-2，一開始垂直的特性曲線部分位於1.05與1.2倍吸合電流IR之間。所表示的特性曲線形狀是在將數值標註在雙對數坐標系中得出的。
因此首先出現三個區過載區I，在該區適用I2t＝常數；短延時短路釋放區II，為具有與電流無關的延遲時間ta的區域；以及無延時短路釋放區III。
如果象在所示例子中那樣，用於短延時短路電流Isd的設定值被設定到與吸合電流IR相比相當高(這在使用羅科夫斯基線圈進行電流測量時是可能的)，那麼特性曲線還在過載區I就已降到低於短延時短路電流Isd的設定值。因此，特性曲線不再是單值的，並與在選擇性分級整定中位於所示特性曲線下面的下一個較低選擇性級的斷路器特性曲線相交。因此不再有選擇性。
現在，通過規定另一個參數，保證過載特性曲線始終明確地位於短延遲時間tsd的上方。為此作為附加的特性曲線段調整出一個與電流無關的過載區IV，它將過載區I單調下降的部分與短延時短路釋放區II連接起來。與電流無關的過載區IV的垂直定位是通過在短延遲時間tsd上疊加一個恆定的時間值(例如0.2秒)成為與電流無關的延遲時間tsdi來完成。因此重新有可能實現對下級斷路器的選擇性。
在微處理機控制的脫扣器中可以單純通過軟體實現。通過簡單的WENN訪問，可以保證，在時間短於短延遲時間tsd上加上一個設定值時間值的情況下不釋放過載保護。在電子過電流脫扣器中，這一從單調下降的過載區I過渡到與電流無關的過載區IV的電流-時間數值對，在任何情況下可由脫扣器自行確定，從而不需要進行任何進一步的設定值。
圖2藉助一個結構圖來表示一過電流脫扣器的功能。除了參數吸合電流IR、慣性度tR、短延時短路電流Isd、短延遲時間tsd和無延時短路電流Ii外，對於過載保護還提供另一個用於與電流無關的過載區IV的參數，它由短延遲時間tsd與一恆定的時間值(在這裡為0.2秒)相加而成的設定值給出。
權利要求
1.一種低壓斷路器的電子過電流脫扣器，具有一條由設定值吸合電流(IR)、慣性度(tR)、短延時短路電流(Isd)、短延遲時間(tsd)和無延時短路電流(Ii)劃分成一個過載區(I)、一個短延時短路區(II)和一個無延時短路區(III)的特性曲線，其特徵在於其特性曲線在過載區(I)內，對一個位於到達短延時短路區(II)前的特性曲線段，可設定一個與電流無關、且取決於短延遲時間(tsd)的延遲時間(tsdi)，它至少與短延遲時間(tsd)一樣長。
2.按照權利要求1所述的過電流脫扣器，其特徵在於在過載區內所述與電流無關的延遲時間(tsdi)是在所述短延遲時間(tsd)上增加一個該短延遲時間(tsd)預定百分率的值。
3.按照權利要求1所述的過電流脫扣器，其特徵在於在過載區內與所述電流無關的延遲時間(tsdi)是在短延遲時間(tsd)上增加一個預定時間的值。
全文摘要
過電流脫扣器整個特性曲線的變化過程應單調下降，這在某些設定值選擇的情況下並不能始終保證。按照本發明建議，過電流脫扣器特性曲線在過載區(I)內對一個位於到達短延時短路區(II)前的特性曲線段可設定一個與電流無關、且取決於短延遲時間(t
文檔編號H02H7/26GK1419727SQ01807187
公開日2003年5月21日 申請日期2001年6月13日 優先權日2000年6月28日
發明者道格拉斯·愛德華茲, 霍爾格·霍克格拉夫, 傑弗裡·C·邁茲納, 安德烈亞斯·潘克, 漢斯·雷哈格 申請人:西門子公司