CN100530879C - 具有简化的保护参数调整组件的差动保护装置 - Google Patents

具有简化的保护参数调整组件的差动保护装置 Download PDF

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CN100530879C CNB2005100056794A CN200510005679A CN100530879C CN 100530879 C CN100530879 C CN 100530879C CN B2005100056794 A CNB2005100056794 A CN B2005100056794A CN 200510005679 A CN200510005679 A CN 200510005679A CN 100530879 C CN100530879 C CN 100530879C
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Abstract

一种差动保护装置，包括差动电流测量组件(1)和处理单元(2)，处理单元(2)包括用于调整故障电流阈值设定的组件(7)和用于调整时间延迟设定的组件(9)，该处理单元(2)连接到所述测量组件以便接收差动电流的信号表示。用于调整故障电流阈值设定的组件(7)包含具有能够位于至少两个位置的触点(21)的开关组件(22)，用于选择每个位置的故障电流阈值，以及无论时间延迟设定组件的初始设定是多少，为所述位置中的至少一个选择最小值或减小的时间延迟值。

Description

具有简化的保护参数调整组件的差动保护装置
技术领域
本发明涉及差动保护装置，其包括：
差动电流测量组件，和
处理单元，包括用于调整故障电流阈值设定的组件和用于调整时间延迟设定的组件，该处理单元连接到所述测量组件，用于接收差动电流的信号表示。
本发明还涉及包含所述的差动保护装置的断路器。
背景技术
如图1所示，在已知的方式中，差动保护装置包括连接到处理单元2的电流测量组件1。测量组件一般是电流传感器，其提供能够在电流线3中流动的差动电流的信号表示。
这种类型的差动保护装置一般和与电流线串联放置的触点30的断开机构32相关。
差动保护装置启动与较宽的电流和时间延迟范围相结合的电路保护。当电流信号值超过预定阈值达预定的时间时，产生一个通常使得断开触点的切断(trip)命令。
此外，电器装置的处理单元包括连接到调整组件5的解扣电路4，所述调整组件5包括用于设定电流阈值的第一组件和用于设定时间延迟值的第二组件。
为了进行电流和时间延迟阈值设定，已知使用电位计或具有若干个位置的选择开关。
设计用来保护人类的电差动保护装置具有受到规则制约的它们自身的安全要求。从而，当选定保护额定值以保护人类时，标准迫使解扣时间延迟为最小或为零。
为了满足这一专用于人类保护的安全要求，某些已知的保护装置包括解扣阈值和最小时间延迟值的同时的双重设定。在已知方式中，具有两个开关电路的特定选择开关是执行两种设定操作所不可缺少的。为了执行所述设定，事实上，特定选择开关不得不通过所述选择开关的相同控制组件同时起动两个截然不同的触点。这种类型的特定选择开关的实现较为复杂、成本高并且不可靠。由这一选择开关占用的体积较大。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种差动保护装置来补救目前工艺水平的缺点，所述差动保护装置包括用于调整电流设定和时间延迟设定的组件，该装置的制造简单、经济，并且其占用很小的体积。
根据本发明的差动保护装置，包括差动电流测量组件和处理单元，所述处理单元包括用于调整故障电流阈值设定的组件和用于调整时间延迟设定的组件，该处理单元连接到所述差动电流测量组件以便接收表示差动电流的信号，所述用于调整故障电流阈值设定的组件包含具有能够位于至少两个位置的触点的开关组件，用于选择每个位置的故障电流阈值，以及无论用于调整时间延迟设定的组件的初始设定是多少，为所述至少两个位置中的至少一个选择最小时间延迟值或减小的时间延迟值。
在具体实施例中，所述开关组件包括连接到基准线并且连接到所述开关组件的输出端的公共点；至少第一最小时间延迟选择输出端，其连接到所述用于调整时间延迟设定的组件，以提供最小时间延迟控制信号；至少第二故障电流阈值选择输出端，其连接到至少一个额定值改变电阻器。
根据本发明的发展，所述差动保护装置包括被极化线极化了的最小时间延迟选择输出端。
有利地，所述至少一个额定值改变电阻器经由开关组件的触点与差动电流测量组件并联连接。
优选地，开关组件由轴向旋转的选择开关形成。
用于调整电流阈值设定的组件最好通过将最小时间延迟控制信号提供至处理单元的时间延迟取消组件来选择所述最小时间延迟值。
根据本发明的发展，所述用于调整故障时间延迟设定的组件包括与连接到基准线的电容器串联安装的可变电阻器，并且所述时间延迟取消组件控制所述电容器和基准线之间的连接的断开或闭合。
有利地，时间延迟取消组件包括用于接收最小时间延迟控制信号的输入端；用于比较所述最小时间延迟控制信号和基准阈值的比较组件；与所述电容器串联连接以便减少或取消解扣的时间延迟的中断组件。
根据本发明的电路断路器包括与电流线相连接的断开触点、经由一个机构来控制所述断开触点的断开的继电器、如上所述的差动保护装置，该差动保护装置包括布置在所述电流线上的差动电流测量组件、如果当检测到故障则向所述继电器提供解扣信号的处理单元、以及具有一个选择最小时间延迟值的位置的用于调整电流阈值设定的组件。
附图说明
从在附图中示出的、仅仅作为非限制性的示例而给出的本发明特定实施例的下述描述中，本发明的其它优点和特征将变得更加清楚，在附图中：
图1示出了已知类型的差动保护装置的总体方框图；
图2示出了根据本发明实施例的差动保护装置的总体方框图；
图3示出了根据本发明实施例的差动保护装置的详细方框图；
图4示出了根据本发明另一个实施例的、用于调整电流阈值设定的组件的可替换实施例。
具体实施方式
保护装置包括至少两个保护参数调整组件。这些保护参数主要涉及故障电流阈值和时间延迟，所述时间延迟即故障电流可在此期间流动的时间。
根据本发明的实施例，图2以方框图的形式示出了包括电流传感器1、解扣电路4、用于调整故障电流阈值设定的组件7和用于调整时间延迟设定的组件9的保护装置。
电流传感器1包括具有磁路101的测量磁环(toroid)，其被布置为环绕将要保护的导体--电流线3。从而，电流线3形成测量磁环的初级绕组。次级绕组102连接到处理单元2的输入电路6。次级绕组102向电路6提供能够在电流线3中流动的差动电流的信号表示。
输入电路6随后将电压信号Vm经由测量输入端M提供到解扣电路4。第一信号Vm代表通过电流传感器1测量的差动电流。电压信号Vm也取决于由用于调整故障电流阈值设定的组件7固定的电流阈值。
实际上，输入电路6的输出端连接到整流器和峰值检测电路8，整流器和峰值检测电路将整流电压提供到用于调整时间延迟设定的组件9。一旦在整流器8的输出端测量到足够的峰值电压，解扣电路4就能够在或长或短的时间延迟之后提供命令。
此外，用于调整故障电流阈值设定的组件7设定经由时间延迟输入端T提供到解扣电路4的第二信号的值。这一取决于电流阈值选择的第二信号Vt被提供至时间延迟取消控制组件10。取决于其数值，电压Vt通过用于调整时间延迟设定的组件9来修改或不修改预先设定的时间延迟值。
根据图3，测量磁环的次级线圈102与输入电路6的充电电阻器Rc并联连接。输入电路充电电阻器Rc确定处理单元2的最大灵敏度，从而确定保护装置的最小电流阈值。该阈值将能够由用于调整的相应的设定调整组件7来修改。两个“头尾相接”的二极管11与充电电阻器Rc并联放置，用于保护解扣电路4，使之免受在电流传感器1的位置上观测到的电压峰值。
用于调整故障电流阈值设定的组件7包括开关组件22，其具有：连接到基准线V0或地并连接到输出端的公共点C；至少一个第一最小时间延迟选择输出端，其连接到用于调整时间延迟设定的组件9，用于提供最小时间延迟控制信号；至少一个第二故障电流阈值选择输出端，其连接到至少一个额定值改变电阻器12。
通过极化线V2极化所述连接到解扣电路4的时间延迟输入端T的最小时间延迟选择输出端。
优选地，所述开关组件22包括能够位于至少两个位置的触点21。在这些位置中，至少第一位置P1使得最小时间延迟选择输出端能够连接到解扣电路4的时间延迟输入端T。根据所描述的实施例，开关组件22的触点21位于位置P1。除了使得解扣电路4的时间延迟输入端T接地的第一位置P1之外，其它位置P2、P3和P4使得能够连接将与电流传感器1和输入电路6的充电电阻器Rc相并联的、不同值的电阻器12。优选地，开关组件22由轴向旋转的选择开关形成。
为了增大可接受的故障电流阈值，设置所述开关以致与充电电阻器Rc相并联地连接额定值改变电阻器12。从而这一装配的等效电阻变低，并且解扣电路4需要较高的差动电流以便能够发送命令。因而，选择开关的每个位置使得能够设定最大可接受差动电流值并从而改变电流阈值。
如图3所示，用于调整时间延迟设定的组件9包括与电容器14串联安装的电阻器13，所述电容器14连接到电路的地线。时间延迟电容器14的充电时间确定时间延迟的持续时间。这一充电时间实质上取决于电阻器13和电容器14的值。根据这一实施例，可变电阻器13使得能够获得时间延迟设定所需要的调整。
时间延迟取消控制组件10包括在电压V2和地之间提供的比较器15。所述比较器的输出电压命令导通或截止开关晶体管16。在图3的实施例中，晶体管16与用于调整时间延迟设定的组件9的时间延迟电容器14串联连接。优选地，该晶体管放置在电容器14和地或电路的基准线V0之间。取决于在晶体管16的基极和发射级之间施加的电压，用于调整时间延迟设定的组件9的电容器14将接地或者是浮动的。
整流器和峰值检测电路8包括全波整流器17。优选使用由两个运算放大器(未示出)特别形成的没有阈值的电子整流器。所述整流器通过峰值检测器19连接到比较器18。比较器18在电压V2和地之间提供。此外，将峰值电压施加到比较器18的输入端之一，以便与基准电压VR1进行比较。基准电压值包含在值V2和零之间。从而，如果施加到比较器18的正端子的峰值电压大于基准电压VR1，则输出电压接近于电压V2。此外，如果峰值电压小于基准电压VR1，则比较器18的输出端的电压为零。
随后将比较器18的输出电压施加到用于调整时间延迟设定的组件9。从而，根据预设的时间延迟值，解扣电路4可以或快或慢地发送一个命令。如果可变电阻器13的值低，则解扣电路4迅速做出反应。当电阻器13的值高时，在峰值电压等于基准电压的时刻与解扣电路4发送命令的时刻之间发生大的时间延迟。
与前述的那些相同的比较器20放置在用于调整时间延迟设定的组件9的输出端之间。
处理单元2的特性更具体地涉及用于调整电流阈值设定的组件7，该用于调整电流阈值设定的组件7包括具有能够位于至少两个位置的触点21的选择开关22。事实上，这一选择开关22的特性在于具有至少一个下述的位置(特别是位置P1)：对于该位置，伴随地调整最小或减小的时间延迟值和故障电流阈值。无论由相应的设定调整组件9初始设定的时间延迟值为多少，都强制进行最小值或减小的时间延迟值的这一调整。在实施例中，当选择开关22的触点21位于位置P1时，差动故障电流额定值被设定为30mA并且时间延迟强制为0秒。从而这一设定满足标准的需要，所述标准对试图保护人类的差动保护装置施加影响，以迫使它们的时间延迟对于最小额定值30mA为0秒。
根据图2和图3的保护装置的操作如下所述：
当为了保护人类的目的而选择了最小额定值时，选择开关22的触点21被置于位置P1。随后在解扣电路4的时间延迟输入端的位置上施加选择开关22的点C的地电势。实际上，施加到取消控制组件10的比较器15的第一输入端的电压Vt为零。已知施加到比较器的第二输入端的基准电压VR2的值包含在0和V2之间，则输入电压值小于基准电压VR2。从而比较器15的输出电压等于0。晶体管16不启动并且因此不导通，其等效于断开的开关。用于调整时间延迟设定的组件9的时间延迟电容器14不再接地，所述接地具有取消时间延迟值的效果。因此取消控制组件10已发送了时间延迟值取消命令。
另外，将选择开关22的触点21置于位置P1使得隔离与充电电阻器Rc并联的所有额定值改变电阻器12。在等价于充电电阻器Rc的最大等效电阻的两端测量测量电压Vm。
从而，一旦在电流传感器1的位置检测到大于最小电流的差动电流，施加到解扣电路4的相应电压Vm将引起几乎是瞬时的控制命令发送。
当选择了不同于最小额定值的额定值时，则选择开关22的触点21将置于与上述不同的位置。随后，施加到解扣电路4的时间延迟输入端T的电压将不是零。输入端T不再连接到基准线V0。从而，施加到取消控制组件10的比较器的第一输入端的电压Vt等于V2。经由极化电阻器R1来施加电压V2。施加到比较器15的第二输入端的基准电压VR2的值包含在0和V2之间，比较器15的输出端控制开关晶体管16的基极，并导通所述晶体管。于是开关晶体管16等效于接通的开关。从而，时间延迟设定调整组件的时间延迟电容器14接地并且完全地参与时间延迟值。因此，时间延迟取消控制组件10尚未发送时间延迟值取消命令，并且因而对于时间延迟的持续时间没有任何影响。
另外，当选择开关22的触点21位于不同于位置P1的上述位置时，在等价于充电电阻器Rc与并联的额定值改变电阻器12的总和的等效电阻的两端测量电压Vm。
从而，一旦在电流传感器1的位置检测到对应于故障电流阈值的差动电流，解扣电路4将在故障电流出现之后或快或慢地发送命令。在这一情形中，根据相应调整组件的可变电阻器13的值来选择时间延迟值。
根据在图4中示出的第一可替换实施例，与选择开关22的触点21的不同位置相关的额定值改变电阻器12相对于测量组件1分别串联连接。最小额定值对应于选择开关的下述位置：在该位置所述额定值改变电阻器12中没有一个被短路。从而在测量了电压Vm的端子处的等效电阻器的值为最大，并且对应于最大灵敏度。等效充电电阻等价于串联连接的全部电阻器12的总和。
根据第二可替换实施例，开关组件22可以由侧面操作的选择开关构成。
根据另一个实施例，用于调整时间延迟设定的组件9包括与连接到电路的地线的可变电容器串联安装的电阻器13。可变时间延迟电容器使得能够获得所需要的时间延迟设定。
根据本发明的一个可替换实施例，开关晶体管16可以与用于调整时间延迟设定的组件9的可变电阻器13并联连接。
有利地，比较器VR1、VR2、VR3的输入端的基准电压可以是同一个值，并且具有包含在基准线电压V0或地与电源或极化电压V2之间的电压。
由双极型晶体管16执行的受控开关功能也可以通过场效应晶体管(FET)或继电器来实现。
开关组件22的触点21不同于位置P1的其它位置也可以使得时间延迟选择输出端连接到解扣电路4的时间延迟输入端T。
本发明的差动保护装置特别设计用于电路断路器或开关。当处理单元2安装在差动开关或与电路断路器相关时，由解扣电路4发送的操作命令将由电流线3的断路装置来使用。发送到工作继电器31的操作命令通过工作机构32断开触点30。所述触点30与电流线3串联放置。
根据本发明的装置可以被设计用来测量电流线导线中的双极性电流。测量磁环将由分别环绕每条导线放置的电流传感器来代替。从而在处理单元中重新形成差动故障电流信号，所述处理单元具有如上面的实施例中所述进行操作的、用于调整电流阈值设定的组件。

Claims (28)

1.一种差动保护装置，包括：
差动电流测量组件(1)，和
处理单元(2)，其包括用于调整故障电流阈值设定的组件(7)和用于调整时间延迟设定的组件(9)，该处理单元连接到所述差动电流测量组件(1)以便接收表示差动电流的信号，
其特征在于
用于调整故障电流阈值设定的组件(7)包含具有能够位于至少两个位置的触点(21)的开关组件(22)，用于选择每个位置的故障电流阈值，以及无论用于调整时间延迟设定的组件(9)的初始设定是多少，为所述至少两个位置中的至少一个选择最小时间延迟值或减小的时间延迟值。
2.根据权利要求1所述的差动保护装置，其特征在于所述开关组件(22)包括连接到基准线(V0)并连接到所述开关组件(22)的输出端的公共点(C)，
至少第一最小时间延迟选择输出端，其连接到所述用于调整时间延迟设定的组件(9)，以提供最小时间延迟控制信号，
至少第二故障电流阈值选择输出端，其连接到至少一个额定值改变电阻器(12)。
3.根据权利要求2所述的差动保护装置，其特征在于所述最小时间延迟选择输出端被极化线(V2)所极化。
4.根据权利要求2或3所述的差动保护装置，其特征在于所述至少一个额定值改变电阻器(12)经由开关组件(22)的触点(21)与差动电流测量组件(1)并联连接。
5.根据权利要求2或3所述的差动保护装置，其特征在于所述至少一个额定值改变电阻器(12)经由开关组件(22)的触点(21)与差动电流测量组件(1)串联连接。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的差动保护装置，其特征在于所述开关组件(22)由轴向旋转的选择开关形成。
7.根据权利要求4所述的差动保护装置，其特征在于所述开关组件(22)由轴向旋转的选择开关形成。
8.根据权利要求5所述的差动保护装置，其特征在于所述开关组件(22)由轴向旋转的选择开关形成。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的差动保护装置，其特征在于所述用于调整故障电流阈值设定的组件(7)通过将最小时间延迟控制信号(Vt)提供至处理单元(2)的时间延迟取消组件(10)来选择所述最小时间延迟值。
10.根据权利要求4所述的差动保护装置，其特征在于所述用于调整故障电流阈值设定的组件(7)通过将最小时间延迟控制信号(Vt)提供至处理单元(2)的时间延迟取消组件(10)来选择所述最小时间延迟值。
11.根据权利要求5所述的差动保护装置，其特征在于所述用于调整故障电流阈值设定的组件(7)通过将最小时间延迟控制信号(Vt)提供至处理单元(2)的时间延迟取消组件(10)来选择所述最小时间延迟值。
12.根据权利要求6所述的差动保护装置，其特征在于所述用于调整故障电流阈值设定的组件(7)通过将最小时间延迟控制信号(Vt)提供至处理单元(2)的时间延迟取消组件(10)来选择所述最小时间延迟值。
13.根据权利要求7所述的差动保护装置，其特征在于所述用于调整故障电流阈值设定的组件(7)通过将最小时间延迟控制信号(Vt)提供至处理单元(2)的时间延迟取消组件(10)来选择所述最小时间延迟值。
14.根据权利要求8所述的差动保护装置，其特征在于所述用于调整故障电流阈值设定的组件(7)通过将最小时间延迟控制信号(Vt)提供至处理单元(2)的时间延迟取消组件(10)来选择所述最小时间延迟值。
15.根据权利要求9所述的差动保护装置，其特征在于所述用于调整时间延迟设定的组件(9)包括与连接到基准线(V0)的电容器(14)串联安装的可变电阻器(13)，并且所述时间延迟取消组件(10)控制所述电容器和基准线(V0)之间的连接的断开或闭合。
16.根据权利要求10所述的差动保护装置，其特征在于所述用于调整时间延迟设定的组件(9)包括与连接到基准线(V0)的电容器(14)串联安装的可变电阻器(13)，并且所述时间延迟取消组件(10)控制所述电容器和基准线(V0)之间的连接的断开或闭合。
17.根据权利要求11所述的差动保护装置，其特征在于所述用于调整时间延迟设定的组件(9)包括与连接到基准线(V0)的电容器(14)串联安装的可变电阻器(13)，并且所述时间延迟取消组件(10)控制所述电容器和基准线(V0)之间的连接的断开或闭合。
18.根据权利要求12所述的差动保护装置，其特征在于所述用于调整时间延迟设定的组件(9)包括与连接到基准线(V0)的电容器(14)串联安装的可变电阻器(13)，并且所述时间延迟取消组件(10)控制所述电容器和基准线(V0)之间的连接的断开或闭合。
20.根据权利要求13所述的差动保护装置，其特征在于所述用于调整时间延迟设定的组件(9)包括与连接到基准线(V0)的电容器(14)串联安装的可变电阻器(13)，并且所述时间延迟取消组件(10)控制所述电容器和基准线(V0)之间的连接的断开或闭合。
21.根据权利要求14所述的差动保护装置，其特征在于所述用于调整时间延迟设定的组件(9)包括与连接到基准线(V0)的电容器(14)串联安装的可变电阻器(13)，并且所述时间延迟取消组件(10)控制所述电容器和基准线(V0)之间的连接的断开或闭合。
22.根据权利要求15所述的差动保护装置，其特征在于所述时间延迟取消组件(10)包括输入端(T)，用于接收最小时间延迟控制信号(Vt)；比较组件(15)，用于比较所述最小时间延迟控制信号和基准阈值(VR1)；与所述电容器(14)串联连接的中断组件(16)，用于减少或取消解扣的时间延迟。
23.根据权利要求16所述的差动保护装置，其特征在于所述时间延迟取消组件(10)包括输入端(T)，用于接收最小时间延迟控制信号(Vt)；比较组件(15)，用于比较所述最小时间延迟控制信号和基准阈值(VR1)；与所述电容器(14)串联连接的中断组件(16)，用于减少或取消解扣的时间延迟。
24.根据权利要求17所述的差动保护装置，其特征在于所述时间延迟取消组件(10)包括输入端(T)，用于接收最小时间延迟控制信号(Vt)；比较组件(15)，用于比较所述最小时间延迟控制信号和基准阈值(VR1)；与所述电容器(14)串联连接的中断组件(16)，用于减少或取消解扣的时间延迟。
25.根据权利要求18所述的差动保护装置，其特征在于所述时间延迟取消组件(10)包括输入端(T)，用于接收最小时间延迟控制信号(Vt)；比较组件(15)，用于比较所述最小时间延迟控制信号和基准阈值(VR1)；与所述电容器(14)串联连接的中断组件(16)，用于减少或取消解扣的时间延迟。
26.根据权利要求19所述的差动保护装置，其特征在于所述时间延迟取消组件(10)包括输入端(T)，用于接收最小时间延迟控制信号(Vt)；比较组件(15)，用于比较所述最小时间延迟控制信号和基准阈值(VR1)；与所述电容器(14)串联连接的中断组件(16)，用于减少或取消解扣的时间延迟。
27.根据权利要求20所述的差动保护装置，其特征在于所述时间延迟取消组件(10)包括输入端(T)，用于接收最小时间延迟控制信号(Vt)；比较组件(15)，用于比较所述最小时间延迟控制信号和基准阈值(VR1)；与所述电容器(14)串联连接的中断组件(16)，用于减少或取消解扣的时间延迟。
28.根据权利要求21所述的差动保护装置，其特征在于所述时间延迟取消组件(10)包括输入端(T)，用于接收最小时间延迟控制信号(Vt)；比较组件(15)，用于比较所述最小时间延迟控制信号和基准阈值(VR1)；与所述电容器(14)串联连接的中断组件(16)，用于减少或取消解扣的时间延迟。
29.一种电路断路器，包括与电流线(3)相连接的断开触点(30)和经由一个机构(32)来控制所述断开触点(30)的断开的继电器(31)，其特征在于该电路断路器包括根据前述权利要求中的任一项的差动保护装置，所述差动保护装置包括：布置在所述电流线(3)上的差动电流测量组件(1)、当检测到故障则向所述继电器提供解扣信号的处理单元(2)、以及具有一个选择最小时间延迟值的位置的用于调整电流阈值设定的组件。
CNB2005100056794A 2004-01-22 2005-01-24 具有简化的保护参数调整组件的差动保护装置 Active CN100530879C (zh)

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