CN103795022A - 故障电流检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种故障电流检测电路，包括：电流检测单元，其输出电流检测信号；第一比较电路单元，其将所述电流检测信号与预定的参考电流值进行比较并且输出第一输出信号；微分器，其对所述电流检测信号进行微分以输出所述电流检测信号的变化斜率；第二比较电路单元，其将所述变化斜率与预定的参考变化斜率值进行比较并且输出第二输出信号；第三比较电路单元，其将所述电流检测信号与预定的电流检测极限参考值进行比较并且输出第三输出信号；以及跳闸判定单元，仅仅当持续接收到所述第一输出信号和所述第二输出信号并且未接收到所述第三输出信号时，输出跳闸控制信号。

Description

故障电流检测电路
技术领域
本公开涉及一种断路器或故障电流限制器，并且更特别地涉及一种能够快速地且准确地检测在电力系统中在电路中生成的故障电流并且输出跳闸控制信号的故障电流检测电路。
背景技术
断路器或者故障电流限制器是被安装连接至电力系统中的电路的电力设备（下文中，称为‘电路’），用于检测诸如发生在电路中的过电流或短路电流的故障电流从而进行跳闸。当检测到故障电流时，断路器被跳闸（即：断路器自动地断开电路）或者限制电流。
本发明涉及一种能够快速地检测电路中的生成的故障电流并且当浪涌发生时防止故障的故障电流检测电路，从而在断路器或故障电流限制器中增强故障电流检测可靠性和速度。
将参照图1和图2描述现有技术的故障电流检测电路的电路配置和操作。
首先，将参照图1和图2描述现有技术的故障电流检测电路的配置。
现有技术的故障电流检测电路包括电流检测单元200、微分器400、第一比较电路单元300、第二比较电路单元500、以及跳闸判定单元600。
电流检测单元200包括：一次电流变流器200a（下文中缩写CT），其被安装在电力电路CL中以检测流入电力电路CL的电流的量；以及次级CT200b，其接收指示初级CT200a所检测的流入电力电路CL的电流的量的检测信号，将所述检测信号转换成作为小电流信号的电流检测信号（请参照图2中的附图标记1-1），以及输出所述电流检测信号。
微分器400被连接至电流检测单元200的输出端，并且对从电流检测单元200输出的电流检测信号1-1进行微分，并且输出电流随着时间的变化（di/dt），即电流检测信号1-1的变化斜率（请参照图2中的附图标记2-1）。
第一比较电路单元300被连接至电流检测单元200的输出端以将从电流检测单元200输出的电流检测信号1-1与预定的参考电流值（请参照图2中的附图标记1-2）进行比较。当电流检测信号1-1大于或等于参考电流值1-2时，第一比较电路单元200输出指示对应状态的第一输出信号（请参照图2中的附图标记1-3）。
第二比较电路单元500被连接至微分器400的输出端以将来自微分器400的变化斜率2-1与预定的参考变化斜率值2-2比较。当变化斜率2-1大于或等于参考变化斜率值2-2时，第二比较电路单元500输出指示对应状态的第二输出信号（请参照图2中的附图标记2-3）。
跳闸判定单元600被连接至第一比较电路单元300和第二比较电路单元500以接收第一输出信号1-3和第二输出信号2-3，并且在预定的采样时间（例如，1毫秒）期间当持续接收到第一输出信号1-3和第二输出信号2-3时，跳闸判定单元600输出跳闸控制信号3。
同时，将参照图1和图2描述如上所述的现有技术的故障电流检测电路的操作。
当由电流检测单元200输出的指示流入电路的电流的量的电流检测信号1-1大于或等于参考电流值（请参照图2中的附图标记1-2）时，第一比较电路单元300输出第一输出信号（请参照图2中的附图标记1-3）。
而且，当由微分器400提供的电流检测信号1-1的变化斜率2-1大于或等于参考变化斜率值2-2时，第二比较电路单元500输出指示对应状态的第二输出信号（请参照图2中的附图标记2-3）。
然后，从第一次同时接收到第一输出信号1-3和第二输出信号2-3的时间点开始，跳闸判定单元600检查在作为预定的时段的1毫秒（ms）期间是否持续一起接收到第一输出信号1-3和第二输出信号2-3，并且当在1毫秒期间持续一起接收到第一输出信号1-3和第二输出信号2-3时，跳闸判定单元600输出跳闸控制信号3，否则，跳闸判定单元600不输出跳闸控制信号3。
此处，输出跳闸控制信号3以磁化断路器的跳闸机构（未显示）的跳闸线圈，并且相应地，由于跳闸线圈的磁化，跳闸机构（未显示）根据电枢（未显示）的旋转和跳闸杆（未显示）的旋转而执行跳闸操作从而将活动接触臂与固定接触臂分离，从而自动地断开电路。
然而，在如上所述的现有技术的故障电流检测电路中，尽管同时接收到第一输出信号1-3和第二输出信号2-3，但是因为跳闸判定单元600在经过1毫秒（ms）之后确定输出跳闸控制信号3，在对应的时段期间（即：1毫秒）跳闸控制被延迟。
而且，在如上所述的现有技术的故障电流检测电路中，在超出1毫秒的时间期间当浪涌信号持续输入至故障电流检测电路中时，尽管正常电流流入电路中，但还是输出了跳闸控制信号来断开电路。由于不必要的电力切断，这可能造成极大的损坏。
发明内容
因此，本详细说明书的方案是提供一种能够缩短用于确定跳闸控制的期间并且最小化相对于浪涌信号的误差操作的可能性的故障电流检测电路。
为了实现这些和其他优势并且根据本公开的目的，如在此实施的并且宽泛描述的，故障电流检测电路包括：
电流检测单元，其被配置为检测流入电力系统中的电力电路中的电流并且输出电流检测信号；
第一比较电路单元，其被配置为将所述电流检测信号与预定的参考电流值进行比较并且当所述电流检测信号大于或等于所述参考电流值时输出第一输出信号；
微分器，其被配置为对从所述电流检测单元输出的所述电流检测信号进行微分以输出所述电流检测信号的变化斜率；
第二比较电路单元，其被配置为将所述变化斜率与预定的参考变化斜率值进行比较并且当所述电流检测信号的变化斜率大于或等于所述参考变化斜率值时输出第二输出信号；
第三比较电路单元，其被配置为将所述电流检测信号与预定的电流检测极限参考值比较并且当所述电流检测信号大于或等于所述电流检测极限参考值时输出第三输出信号；
跳闸判定单元，其被连接至所述第一比较电路单元、所述第二比较电路单元、所述第三比较电路单元以接收所述第一输出信号、所述第二输出信号、所述第三输出信号，并且仅仅当在预定的短时段期间持续接收到所述第一输出信号和所述第二输出信号并且未接收到所述第三输出信号时所述跳闸判定单元输出跳闸信号。
根据本发明的方案，所述预定的短时段可以是100微秒（μs）。
根据本发明的方案，所述预定的短时段可以被确定为从50微秒（μs）到100微秒（μs）的范围内的值。
根据本发明的方案，所述电流检测极限参考值可以从大于或等于所述电力系统的最大故障电流值并且小于或等于额定电流140倍的值的范围内选择。
本申请的可适用性的进一步范围通过下文给出的详细说明将变得更明显。然而，应当理解的是，所给出的详细的说明书和具体的实例在指明本发明的优选实施方案时仅仅以例证的方式给出，因为通过详细的说明书，在本发明的精神和范围内的各种改变和修改对本领域的技术人员将变得明显。
附图说明
被包含以提供了本发明的进一步理解并且与本公开合成一体并且构成本公开的一部分的这些附图展示了示例性实施例并且与本说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1图示出现有技术的故障电流检测电路的配置的框图；
图2图示出现有技术的故障电流检测电路的操作的信号波形图；
图3是图示出根据本发明的实施例的故障电流检测电路的配置的框图；
图4是图示出当在电路中产生故障电流并且浪涌电流未产生时根据本发明的实施例的故障电流检测电路的操作的信号波形图；
图5是图示出当在电路中产生浪涌电流时根据本发明的实施例的故障电流检测电路的操作的信号波形图。
具体实施方式
现在将参照附图，给出这些示例性实施例的详细说明。为了参照附图简要说明，相同或等效的部件将具有相同的附图标记，并且将不重复其说明。
首先，将参照图3描述根据本发明的实施例的故障电流检测电路的配置。
参照图3可以看出，根据本发明的实施例的故障电流检测电路包括电流检测单元200、第一比较电路单元300、微分器400、第二比较电路单元500、第三比较电路单元700、跳闸判定单元600。
此处，在实际产品中第一比较电路单元300、微分器400、第二比较电路单元500、第三比较电路单元700、以及跳闸判定单元600可以用微处理器和由微处理器处理的程序实施。
电流检测单元200检测流入电力系统的电力电路CL的电流并且输出电流检测信号（请参照图4和图5中的附图标记1-1）。电流检测单元200可以包括：第一变流器200a，其主要检测流入电路CL的电流并且输出一次电流检测信号；以及第二变流器200b，其将从第一变流器200a输出的初级检测电流信号转换成电流检测信号（请参照图4和图5中的附图标记1-1）作为能够被微控制器接受的小电流的二次电流检测信号。
第一比较电路单元300被连接至电流检测单元200的输出端并且将从电流检测单元200输出的电流检测信号1-1与预定的参考电流值（请参照图4和图5中的附图标记1-2）进行比较。当电流检测信号1-1大于或等于参考电流值1-2时，第一比较电路单元300输出第一输出信号（请参照图4和图5中的附图标记1-3）。
微分器400被连接至电流检测单元200的输出端，并对从电流检测单元200输出的电流电测信号（请参照图4和图5中的附图标记1-1）进行微分，并且输出该电流检测信号的变化斜率（请参照图4和图5中的附图标记2-1）。
第二比较电路单元500被连接至微分器400的输出端并且将来自微分器400的电流检测信号的变化斜率（请参照图4和图5中的附图标记2-1）与预定的参考变化斜率值（请参照图4和图5中的附图标记2-2）进行比较。当电流检测信号的变化斜率（请参照图4和图5中的附图标记2-1）大于或等于参考变化斜率值（请参照图4和图5中的附图标记2-2），第二比较电路单元500输出第二输出信号（请参照图4和图5中的附图标记2-3）。
第三比较电路单元700被连接至电流检测单元200的输出端并且将从电流检测单元200输出的电流检测信号（请参照图4和图5中的附图标记1-1）与预定的电流检测极限参考值比较（请参照图4和图5中的附图标记4）。当电流检测信号（请参照图4和图5中的附图标记1-1）大于或等于电流检测极限参考值（请参照图4和图5中的附图标记4），第三比较电路单元700输出第三输出信号（请参照图5中的附图标记5）。
跳闸判定单元600被连接至第一比较电路单元300、第二比较电路单元500以及第三比较电路单元700，以接收第一输出信号（请参照图4和图5中的附图标记1-3）、第二输出信号（请参照图4和图5中的附图标记2-3）、以及第三输出信号（请参照图5中的附图标记5）。
跳闸判定单元600仅仅当在预定的短时段期间持续接收到第一输出信号（请参照图4和图5中的附图标记1-3）和第二输出信号（请参照图4和图5中的附图标记2-3）并且未接收到第三输出信号（请参照图5中的附图标记5）时输出跳闸控制信号（请参照图4中的附图标记3）。
预定的短时段可以是根据本发明的实施例提前确定的并且存储在包含例如微控制器的存储器中的100微秒（μs）值。此处，100微秒（μs）是浪涌电流的波形达到峰值通常需要的最大时间值。
根据本发明的另一个实施例，预定的短时段可以是提前确定的并且存储在包含例如微控制器的存储器中的50微秒（μs）至100微秒（μs）范围内的值。此处，50微秒（μs）至100微秒（μs）范围内的值是浪涌电流的波形达到峰值通常需要的时间范围。
而且，根据本发明的实施例，所述电流检测极限参考值可以从大于或等于所述电力系统的最大故障电流值并且小于或等于额定电流140倍的值的范围内选择。
将参照图3至图5描述如上所述配置的根据本发明的实施例的故障电流检测单元的操作。
从电流检测单元200输出的指示流入电路的电流的量的电流检测信号1-1大于或等于参考电流值1-2的时段期间，第一比较电路单元300输出第一输出信号1-3。
而且，微分器400提供的电流检测信号1-1的变化斜率2-1大于或等于参考变化斜率值2-2的时段期间，第二比较电路单元500输出指示对应状态的第二输出信号2-3。
而且，在此时，第三比较电路单元700将从电流检测单元200输出的电流检测信号1-1与预定的电流检测极限参考值4比较。
根据比较结果，当对应于具有的值等于或大于电流检测极限参考值4的浪涌信号的电流检测信号1-1不存在时，第三比较电路单元700不输出第三输出信号。
根据比较结果，当电流检测信号1-1大于或等于电流检测极限参考值4时，第三比较电路单元700输出如图5所图示的第三输出信号。
然后，如参照图4所示，如果从同时接收到第一输出信号1-3和第二输出信号2-3时间点开始，在预定的100微秒（μs）的时段期间同时接收到第一输出信号1-3和第二输出信号2-3并且不存在来自第三比较电路单元700的第三输出信号，这意味着在电路中已经产生故障电流，跳闸判定单元600输出跳闸控制信号3。
而且，如参照图5所示，如果从同时接收到第一输出信号1-3和第二输出信号2-3时间点开始，在预定的100微秒（μs）的时段期间同时接收到第一输出信号1-3和第二输出信号2-3并且还从第三比较电路单元700接收到第三输出信号，这意味着在电路中已经产生浪涌电流，从而跳闸判定单元600不输出跳闸控制信号3。
此处，输出跳闸控制信号3以磁化断路器的跳闸机构（未显示）的跳闸线圈，并且相应地，由于跳闸线圈的磁化，跳闸机构（未显示）根据电枢（未显示）的旋转和跳闸条（未显示）的旋转而执行跳闸操作从而将活动接触臂与固定接触臂分离，从而自动地断开电路并且保护电路和连接至电路的负载设备免于故障电流。
如上所述，根据本发明的实施例的故障电流检测电路包括：第一比较电路单元300，其被配置为将从电流检测单元200输出的电流检测信号1-1与预定的参考电流值1-2进行比较并且当电流检测信号1-1大于或等于参考电流值1-2时输出指示对应状态的第一输出信号1-3；第二比较电路单元500，其被配置为将电流检测信号的变化斜率2-1与预定的参考变化斜率值2-2比较，并且当电流检测信号1-1的变化斜率2-1大于或等于参考变化斜率值2-2时输出指示对应状态的第二输出信号2-3；第三比较电路单元700，其被配置为将从电流检测单元200输出的电流检测信号1-1与预定的电流检测限制参考值4进行比较并且当电流检测信号1-1大于或等于电流检测限制参考值4时输出指示对应状态的第三输出信号5；跳闸判定单元600，其配置为仅仅当在预定的短时段期间持续接收到第一输出信号1-3和第二输出信号2-3并且未接收到第三输出信号5时输出跳闸控制信号3，由此可以判定是否快速地输出跳闸控制信号3并且可以防止由于外部浪涌信号的错误操作。
在根据本发明的实施例的故障电流检测电路中，因为预定的短时段是100微秒（μs），所以能够在非常短的时段内快速地判定是否输出跳闸控制信号。
在根据本发明的实施例的故障电流检测电路中，因为预定的短的时段从50微秒（μs）至100微秒（μs）范围内的值并且对应的范围是浪涌信号达到峰值的通常时间范围，所以可以根据在对应的短时段期间是否接收到浪涌信号来判定是否输出跳闸控制信号，并且因此能够快速地输出跳闸控制信号而不会在浪涌信号期间进行错误操作。
在根据本发明的实施例的故障电流检测电路中，因为电流检测极限参考值是从大于或等于电力系统的最大故障电流值或者小于或等于额定电流140倍的值的范围内选择，并且浪涌电流（或浪涌信号）的电流值大约是额定电流的140倍，所以能够有效地检测浪涌信号。
前述的实施例和优势仅仅是示例性的，并且不被视作限制本公开。能够容易地将本教导应用到其他类型的装置上。本说明旨在是说明性的，并且不旨在限制权利要求的范围。许多替代、修改、和变化对于本领域的技术人员将是明显的。在此描述的示例性实施例的特征、结构、方法和其他特征可以以各种方式组合以得到另外的和/或替代的示例性实施例。
因为这些特征可以以多种形式实施而不背离其特性，所以应当理解的是，除非另外指明，上述的实施例不被前述说明的任何细节限制，而是应该在所附的权利要求所限定的范围之内宽泛地考虑，并且因此旨在用所附的权利要求囊括落在权利要求的界限和范围内的所有改变和修改，或者此类界限和范围的等效方案。

Claims (4)

1.一种故障电流检测电路，其特征在于所述故障电流检测电路包括：
电流检测单元，其被配置为检测流入电力系统中的电力电路中的电流并且输出电流检测信号；
第一比较电路单元，其被配置为将所述电流检测信号与预定的参考电流值进行比较并且当所述电流检测信号大于或等于所述参考电流值时输出第一输出信号；
微分器，其被配置为对从所述电流检测单元输出的所述电流检测信号进行微分以输出所述电流检测信号的变化斜率；
第二比较电路单元，其被配置为将所述变化斜率与预定的参考变化斜率值进行比较并且当所述电流检测信号的变化斜率大于或等于所述参考变化斜率值时输出第二输出信号；
第三比较电路单元，其被配置为将所述电流检测信号与预定的电流检测极限参考值比较并且当所述电流检测信号大于或等于所述电流检测极限参考值时输出第三输出信号；
跳闸判定单元，其被连接至所述第一比较电路单元、所述第二比较电路单元、所述第三比较电路单元以接收所述第一输出信号、所述第二输出信号、所述第三输出信号，并且仅仅当在预定的短时段期间持续接收到所述第一输出信号和所述第二输出信号并且未接收到所述第三输出信号时所述跳闸判定单元输出跳闸控制信号。
2.根据权利要求1所述的故障电流检测电路，其中所述预定的短时段为100微秒（μs）。
3.根据权利要求1所述的故障电流检测电路，其中所述预定的短时段被确定为从50微秒（μs）到100微秒（μs）的范围内的值。
4.根据权利要求1所述的故障电流检测电路，其中所述电流检测极限参考值从大于或等于所述电力系统的最大故障电流值并且小于或等于额定电流140倍的值的范围内选择。
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