專利名稱：用于低壓電路斷路器的電子跳閘裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于低壓電路斷路器尤其是用于電網(wǎng)保護的低壓多極自動電路斷路器的電子跳閘裝置。
背景技術(shù)：
執(zhí)行避免接地故障這一保護功能的自動電路斷路器采用了用于測量和再現(xiàn)電網(wǎng)電流總量的電路。通常，被保護的電網(wǎng)由對應于設備三相和中性點的電導體組成。用于閉合和斷開電路的觸點能夠使相導體中的電流流通或中斷。通常，在大多數(shù)設備中，中性點導體無中斷地被配電。
與電網(wǎng)的不同導體相關聯(lián)的多個電流變壓器T1、T2、T3和TN將電路的初級電流轉(zhuǎn)換成與電接觸斷路器相適應的次級電流。該次級電流然后被施加到一個用于整流以及檢測相位、中性點和接地故障電流的電路的輸入端。上述電路通常將表示上述電流的信號提供給一個電子處理設備。根據(jù)所出現(xiàn)的狀況，該電子處理設備產(chǎn)生一個跳閘信號，該信號施加到繼電器控制的輸入，并依次驅(qū)動用于斷開自動電路斷路觸點的機構(gòu)。
在一些已知類型的跳閘裝置中，例如EP-A-284198中所披露的，接地故障電流的測量是通過一個由電網(wǎng)的所有導體組成其初級繞組的變壓器來進行的。該變壓器的次級繞組因此提供一個與電網(wǎng)電流總量成比例的電流。一個表示上述次級電流Ih1的信號例如通過電壓Vh1而被提供給與變壓器的次級繞組并聯(lián)的電阻Rh1的兩端。在一個與電流變壓器的每個次級繞組的第一端相連的公共導體S1中獲得次級電流的總量，所述次級繞組的第二端被直接連接到整流電路。公共導體經(jīng)由測量裝置而被連接到整流電路。一個與所有變壓器的次級電流總量相適應的、表示接地故障電流的電流在導體S1中流通。測量裝置可以由電阻Rh2、表示電流總量所在端的電壓Vh2組成。
在使用電流有效值RMS的接觸斷路器中，電流的完全獨立是必要的。在這樣一個實施例中，每個電流變壓器(T1，T2，T3，TN)次級繞組的兩端被連接到整流電路。該套次級繞組構(gòu)成一個變壓器TSM的初級繞組，該變壓器TSM給其次級繞組端提供一個表示電網(wǎng)中電流總量的電壓Vh4。信號Vh1、Vh2、Vh3或Vh4然后被施加給一個處理裝置。在其他自動電路斷路器中，例如專利申請EP-A-0179017中所描述的，數(shù)字處理電路計算一個表示接地故障的值，作為相和中性點的電流值的振幅的函數(shù)。
在其他情況，例如在專利US4947126中，采用了一種測量裝置，其中引入了用于提供接地保護的有關極性的數(shù)據(jù)。
為了再現(xiàn)接地故障信號，已知的接地保護裝置采用了在印刷電路板上占據(jù)相當大空間的電子元件。上述元件通常為功率變壓器、二極管或電阻器。對于裝在低尺寸的自動電路斷路器之內(nèi)的接觸斷路器來說，上述輔助功率元件的造價和尺寸是相當可觀的。
數(shù)字式處理接觸斷路器減少了功率元件的數(shù)量，但是采樣/限幅電路對于電流值的同步測量來說是必要的。另外，用來計算接地故障電流值的已知算法不適于相位和中性點電流的所有配置，尤其當電流并非呈純正弦曲線形式的時候。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要任務是提供一種用于低壓電路斷路器的電子跳閘裝置，尤其是用于電網(wǎng)保護的低壓多極自動電路斷路器的電子跳閘裝置，其不需要大量的電子功率元件。
在上述任務的框架內(nèi)，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于低壓電路斷路器的電子跳閘裝置，其能夠以一種相對簡單的方式確定接地故障的存在。
本發(fā)明的一個進一步的目的是提供一種用于低壓電路斷路器的電子跳閘裝置，其與已知類型的系統(tǒng)相比，不需要對所獲信號數(shù)學處理的復雜操作。
本發(fā)明較不重要目的是提供一種用于低壓電路斷路器的電子跳閘裝置，其將呈現(xiàn)高可靠性、相對容易的結(jié)構(gòu)和具競爭力的價格。
上述任務和目的，以及其他將從令人確信的描述中更明顯地呈現(xiàn)出的任務和目是通過一種用于低壓電路斷路器尤其是用于低壓多極自動電路斷路器的電子跳閘裝置而被獲得，所述電子跳閘裝置包括用于檢測和計算接地故障電流、并被操作連接到所述電路斷路器的跳閘裝置的裝置。本發(fā)明中的裝置的特征在于，所述用于檢測和計算的裝置包括電流傳感器裝置，對于每一極，其提供一個與其中的流通電流成比例的信號；用于檢測電流符號的裝置，其輸入被操作連接到所述電流傳感器裝置，對于每一極，其在輸出提供一個表示所述極中電流符號的二級信號；電流整流裝置，其輸入被操作連接到所述電流傳感器裝置，對于每一極，其在輸出提供一個與所述極中的流通電流成比例的整流信號；第一數(shù)字處理裝置，其輸入被操作連接到所述用于檢測電流符號的裝置和所述電流整流裝置，所述第一處理裝置在其輸出通過一數(shù)字處理操作、以預定周期提供一個表示接地故障的帶符號的值，對于每一極，所述數(shù)字處理操作包括所述二級信號和與所述極中的流通電流成比例的相應整流信號的相乘。
這樣，由于本發(fā)明的創(chuàng)新理念，根據(jù)本發(fā)明的電子跳閘裝置致使經(jīng)相對小數(shù)量的電子元件而不需要依賴復雜的數(shù)字處理系統(tǒng)就產(chǎn)生跳閘信號成為可能。


根據(jù)本發(fā)明，從用于低壓電路斷路器尤其是用于低壓多極自動電路斷路器的電子跳閘裝置的優(yōu)選而非排他的實施例的描述中，更多的特性和優(yōu)勢將更清楚地顯現(xiàn)，在附圖的幫助下，所述發(fā)明通過提示性而非限制性的實施例而被圖解，其中。
圖1為本發(fā)明中電子跳閘裝置的第一實施例的示意圖；圖2為本發(fā)明中電子跳閘裝置的第二實施例的示意圖；和圖3詳細圖示了本發(fā)明中電子跳閘裝置的第一數(shù)字處理裝置的功能。
具體實施例方式
本發(fā)明中的電子跳閘裝置將參照一低壓自動電路斷路器而被描述，但并不因此以任何方式限制本發(fā)明的應用領域。
參照圖1，本發(fā)明中，用于低壓電路斷路器尤其是用于低壓多極自動電路斷路器的電子跳閘裝置包括用于檢測和計算接地故障電流的裝置1，它被操作連接到與所述電路斷路器相關聯(lián)的跳閘裝置。
對于每一極，所述用于檢測和計算的裝置1包括電流傳感器裝置10，其提供一個與所述極中流通的電流成比例的信號11。電流傳感器裝置10能夠通過電流變壓器而方便地被形成，其中，由于電流在組成所述變壓器初級繞組的各相導體中流通，信號11在電流變壓器的次級繞組中產(chǎn)生。
用于檢測和計算的裝置1還包括用于檢測電流符號的裝置20，其輸入被操作連接到所述電流傳感器裝置10，對于每一極，裝置20在輸出提供一個表示所述極中的電流符號的二級信號21。實際上，裝置20具有由塊10得出的正弦波作為輸入12，并在輸出提供一個表示正弦波自身符號的二級信號21。
另外介紹的是用于電流整流的裝置30，其輸入被操作連接到所述電流傳感器裝置10，對于每一極，電流整流裝置30在輸出提供一個與所述極中流通的電流成比例的整流信號31。實際上，為了給電子跳閘裝置提供能量以及能夠管理在單一供電范圍(僅正振幅的信號)內(nèi)被處理的信號，來自塊10的信號11被整流。
最后，裝置1包括第一數(shù)字處理裝置40，其輸入被操作連接到所述用于檢測電流符號的裝置20和電流整流裝置30，第一數(shù)字處理裝置40在其輸出以預定周期提供一個帶符號的值41，所述帶符號的值41表示接地故障并通過一數(shù)字處理操作而被獲得，對于每一極，所述數(shù)字處理操作包括所述二級信號21和與所述極中的流通電流成比例的相應整流信號31的相乘。
因此，采用相對簡單、遠非昂貴的元件以及執(zhí)行并非復雜的數(shù)字處理操作從而獲得表示接地故障的信號41是可能的。
在圖2所示的本發(fā)明中電子跳閘裝置的一優(yōu)選實施例中，用于檢測和計算的裝置1包括檢測振幅的裝置60，其輸入被操作連接到電流整流裝置30，其在輸出提供一個與所述傳感器裝置所檢測的電流信號成比例的電壓信號61。也就是說，來自塊30的整流信號31被轉(zhuǎn)換成保持與電流信號11的初級電流成比例特性的電壓信號。
再一次參照圖2，用于檢測和計算的裝置1也包括第二數(shù)字處理裝置50，其輸入被操作連接到第一數(shù)字處理裝置40，第二數(shù)字處理裝置50執(zhí)行表示接地故障的帶符號的值41的數(shù)字處理操作，用于再現(xiàn)所述接地故障電流的有效值RSM。在所述電流有效值RSM的基礎上，第二數(shù)字處理裝置50根據(jù)預置跳閘曲線產(chǎn)生一跳閘信號51。所述跳閘信號51被發(fā)送到電路斷路器的控制部件，該控制部件執(zhí)行相關電路斷路器的觸點的斷開。
根據(jù)一特別優(yōu)選的實施例，本發(fā)明中電子跳閘裝置包括采樣裝置70，其輸入被操作連接到用于檢測振幅的裝置60。通過以預定周期將與每一極中的電流成比例的整流信號71發(fā)送到所述第一數(shù)字處理裝置40，裝置70能夠同步采樣所有的相位。對與所有相位和如果存在的中性點相應的所有信號進行同步采樣，使得具有一個用于允許由所述第一數(shù)字處理裝置40更準確地執(zhí)行數(shù)字處理的即時圖象成為可能，正如下面所詳細描述的。
參照圖3，對于一個帶有中性點的三極系統(tǒng)，與每一極F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)N中的電流成比例的整流信號71由塊70發(fā)送到第一數(shù)字處理裝置40。所述第一數(shù)字處理裝置40也收到來自塊20的、表示每個所述極中的流通電流符號的相應信號21。對于每一極，每一個所述信號71被相應信號21(塊401)相乘，以獲得與所述每個極內(nèi)的流通電流成比例的帶符號的值402。
方便的是，通過執(zhí)行二進制補碼運算并且將一位專門用于獲得帶符號的數(shù)的方式，獲得所述與每個極內(nèi)的電流成比例的帶符號的值402。
第一數(shù)字處理裝置40還包括裝置403，其用于獲得與每個極內(nèi)電流成比例的所述帶符號的值402的代數(shù)和。通過上述操作，用于獲得代數(shù)和的裝置403提供一個表示接地故障的帶符號的值41。從所述信號41，接地故障電流的有效值RSM的計算在塊50中被執(zhí)行。有效值RSM被用于確定是否預置的閾值已被超過，并且根據(jù)預置跳閘曲線啟動或停止隨后的計時。
清楚的是，根據(jù)本發(fā)明，從前面的描述中，用于低壓電路斷路器尤其是用于低壓多極自動電路斷路器的電子跳閘裝置與已知技術(shù)相比在性能方面以及造價方面都呈現(xiàn)出相當大的優(yōu)勢。
如此設計的電子跳閘裝置可以進行許多落在本發(fā)明理念的范圍內(nèi)的修改和變化。再者，所有環(huán)節(jié)可以由其他在技術(shù)上等效的元件所替換。實際上，根據(jù)需求和技術(shù)的狀態(tài)，材料以及尺寸可以是任何的。
權(quán)利要求
1.一種用于低壓電路斷路器尤其是用于低壓多極自動電路斷路器的電子跳閘裝置，包括，用于檢測和計算接地故障電流并與所述電路斷路器的跳閘裝置操作地連接的裝置，所述電子跳閘裝置的特征在于，所述用于檢測和計算的裝置包括電流傳感器裝置，對于每個極，其提供一個與其中流通的電流成比例的信號；用于檢測電流符號的裝置，其輸入被操作地連接到所述電流傳感器裝置，對于每一極，其在輸出提供一個表示所述極中的電流符號的二級信號；電流整流裝置，其輸入被操作地連接到所述電流傳感器裝置，對于每一極，其在輸出提供一個與所述極中流通的電流成比例的整流信號；和第一數(shù)字處理裝置，其輸入被操作地連接到所述用于檢測電流符號的裝置和所述整流裝置，所述第一處理裝置在其輸出通過一數(shù)字處理操作以預定周期提供一個表示接地故障的帶符號的值，對于每一極，所述數(shù)字處理操作包括使所述二級信號和與所述極中流通的電流成比例的相應整流信號相乘。
2.如權(quán)利要求1所述的電子跳閘裝置，其特征在于，包括用于檢測振幅的裝置，其輸入被操作地連接到所述整流裝置，其在輸出提供一個與所述傳感器裝置所檢測的電流信號成比例的電壓信號。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電子跳閘裝置，其特征在于，包括第二數(shù)字處理裝置，其輸入被操作地連接到所述第一數(shù)字處理裝置，所述第二數(shù)字處理裝置執(zhí)行一個有關表示接地故障的帶符號的所述值的數(shù)字處理操作，用于再現(xiàn)所述接地故障電流的有效值RSM。
4.如權(quán)利要求3所述的電子跳閘裝置，其特征在于，根據(jù)所述電流的有效值RSM，按照預置的跳閘曲線，所述第二數(shù)字處理裝置產(chǎn)生一個跳閘信號。
5.如前述一個或多個權(quán)利要求所述的電子跳閘裝置，其特征在于，包括采樣裝置，其輸入被操作地連接到所述用于檢測振幅的裝置，其通過以預定周期將與每一極中的電流成比例的整流信號發(fā)送到所述第一數(shù)字處理裝置，使得能夠進行所有相的同步采樣。
6.如權(quán)利要求5所述的電子跳閘裝置，其特征在于，與每一極中的電流成比例的所述整流信號與表示每一極中的電流符號的相應二級信號相乘，以獲得與每一極中的流通電流成比例的帶符號的值。
7.如權(quán)利要求6所述的電子跳閘裝置，其特征在于，通過執(zhí)行二進制補碼運算并且將一位專門用于獲得帶符號的數(shù)的方式，獲得與每個極中的流通電流成比例的所述帶符號的值。
8.如權(quán)利要求6或7所述的電子跳閘裝置，其特征在于，所述第一數(shù)字處理裝置包括用于獲得與每個極內(nèi)電流成比例的所述帶符號值的代數(shù)和的裝置，所述用于獲得代數(shù)和的裝置提供一個表示接地故障的帶符號的值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于低壓電路斷路器的電子跳閘裝置，包括用于檢測和計算接地故障電流、并被操作連接到所述電路斷路器的跳閘裝置的裝置。所述用于檢測和計算的裝置包括電流傳感器裝置，對于每個極，其提供一個與電流成比例的信號；用于檢測電流符號的裝置，對于每一極，其提供一個表示電流符號的信號；電流整流裝置，對于每一極，其提供一個與所述極中的流通電流成比例的整流信號；和第一數(shù)字處理裝置，通過一由表示符號的信號與相應的整流信號相乘而組成的數(shù)字處理操作，提供一個表示接地故障的帶符號的值。
文檔編號H02H3/16GK1531157SQ20041000778
公開日2004年9月22日 申請日期2004年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月7日
發(fā)明者瑟沃利諾·克勒伯, 安東尼·M·格伯勒, M 格伯勒, 瑟沃利諾 克勒伯 申請人:Abb服務有限公司