CN105529228B - 可实现短路保护的可控电磁脱扣器及控制方法 - Google Patents
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Abstract
可实现短路保护的可控电磁脱扣器,其特征在于：该系统包括锁扣、电磁铁、电流线圈、控制线圈、控制开关、检测电路、延时电路、触发电路和控制电路；其通过增加一个绕组，实现短路的短延时控制，即该电磁脱扣器可完成短路短延时保护和短路瞬动保护，可大大提高线路的可靠性，便于实现上下级保护特性的配合和ZSI控制。
Description
技术领域
本发明涉及新型电磁脱扣器，具体指一种可以实现短路短延时和短路瞬动的控制方法。
背景技术
进入21世纪以来，特别是2003年美加大停电以后，美国电力科学研究院(EPRI)提出了智能电网架构(IntelliGrid Architecture)，引发了世界范围内对智能电网的研发与建设。加之各国政府的积极推进，智能电网已成为世界瞩目的热点。中国国家电网公司于2009年5月首次向社会公布了智能电网发展计划,标志着中国智能电网建设已正式纳入议事日程。智能电网的建设需要智能化电器作为基础，电厂发出的电能都是在高低压电器控制下传输出去的。因此，要实一个完全自动化的电力传输网络，，电器在电网中有着不可替代的作用。
低压断路器是应用最为广泛的电能分配和保护电器。据统计，超过80%的发电功率消耗于低压电网中, 电力系统95%的故障发生在配电侧，低压断路器产值占低压电器总产值的50%以上。低压断路器主要分为万能式断路器ACB（Air Circuit Breaker）、塑壳式断路器MCCB（Moulded Case Circuit Breaker）和小型断路器MCB（Miniature CircuitBreaker）。ACB主要用于配电网中，用来分配电能，保护线路和电源设备。据统计2008年国内ACB总量已超过60万台，其中智能化产品比例按台数占45%，按产值占80%。MCCB主要用来分配电能和保护线路、电源设备或电机免受过载、短路或欠电压故障的损坏。国内MCCB的年需求量约2400万台，其中智能型占的比例还不到1%。MCB主要用于终端配电线路，对线路提供过载和短路保护。MCB的年产量超过5亿极，大部分用于终端配电和民用建筑。由此可见，低压断路器的重要地位可见一斑。
断路器中为实现各种保护有很多种脱扣机构，其中短路保护大多采用电磁脱扣，电磁脱扣是一种借助电磁铁操作的一种脱扣方式，主要用于断路器中的短路瞬动保护。为了保证供电的可靠性与连续性，常常需要上级断路器具有短路短延时保护特性，以便实现选择性保护。图1表示一个低压配电系统和上下级断路器的保护特性。上级断路器CB0具有三段保护特性（过载长延时，短路短延时和短路瞬动保护），下级断路器CB1具有两段保护特性（过载长延时和短路瞬动保护）。当支路1短路，且短路电流为I1时，短路电流使断路器CB1首先动作，上级断路器CB0由于短延时而不动作，从而保证了支路2和支路3供电的连续性。在规定条件下，下级断路器动作时不能引起上级断路器动作，这是选择性保护的基本要求。当下级断路器在规定的故障电流以下才能实现选择性保护时称为局部选择性，如图1中，I<I2时可实现选择性保护，I>I2后，CB0和CB1同时动作，不再具备选择性。
选择性保护的关键在于各层级断路器保护特性的协调配合。目前，使用较多的选择性保护方法有：电流选择、时间选择和区域选择性联锁ZSI (Zone SelectiveInterlocking)。
理论上讲，采用时间选择和电流选择相配合可实现全选择性保护。但配电层级较多时，逐级累加的延时时间会使顶层断路器承受较长时间的短路电流冲击。ZSI可以有效地避免盲目延时，使上级断路器预定动作时间比单纯采用时间选择方式时大为缩短，降低了对上级断路器动热稳定性的要求，是目前较好的可实现全选择性保护的方法。ZSI在国外已是一项成熟且应用较为普遍的技术。特别是在20世纪八十年代后期，国际上推出带有智能脱扣器的低压断路器，不仅提高了断路器的性能，也促进了ZSI技术的发展。美国国家标准ANSI和IEEE标准推荐低压断路器采用ZSI技术。但是，大部分ZSI还是通过线路互连方法实现的。现有的控制方法有其局限性，需要一种新的控制方法实现短路短延时和短路瞬动保护。
发明内容
发明目的：
为解决上述问题，本发明提供了一种可实现短路保护的可控电磁脱扣器及控制方法，其目的是解决电力系统断路器短路保护存在的问题。本发明不同于传统的智能断路器的控制方法。首次提出了可实现短路短延时和瞬动特性的可控电磁脱扣理念，并且短路延时时间可控。便于在电力系统中实现上下级保护特性配合和ZSI控制。可有效减少上下级同时跳闸或者越级跳闸的现象，对智能电器的发展有很强的推动作用。
技术方案：
可实现短路保护的可控电磁脱扣器的系统,其特征在于：该系统包括锁扣、电磁铁、电流线圈、控制线圈、控制开关、检测电路、延时电路、触发电路和控制电路；U形电磁铁的一侧缠绕电流线圈，另一侧设置控制线圈，控制线圈上端设有反力弹簧，反力弹簧连接杠杆连杆一端，杠杆连杆的该端再通过连杆与锁扣的衔铁的一端连接，反力弹簧与U形电磁铁的电磁吸力共同控制衔铁的开合动作；用于监测主回路的电流的检测电路连接延时电路，延时电路连接触发电路，触发电路连接控制电路，控制电路连接控制开关，控制开关连接控制线圈；杠杆连杆的另一端通过电流线圈控制上下移动进而实现电磁铁的吸合和张开。
控制方法如下：正常工作时，二次侧的控制线圈处于短路状态，如果线路发生短路，会经由检测电路检测到，然后再通过延时电路、触发电路，并作用在控制电路上使二次侧的控制线圈断开，此时电磁铁吸合，即杠杆连杆闭合，带动锁扣上移，使锁扣即脱扣器的衔铁脱扣，断开线路；延时电路采用反时限延时，当短路电流非常大的时候，延时时间极短，可近似看成短路瞬动。
本方法的依据是由电流线圈控制的电磁脱扣器属于交流恒磁势系统，与交流恒磁链电磁系统不同，增加一个短路的二次绕组不会引起一次绕组电流增大，反而会使磁路的主磁通减小，电磁力减小；根据本发明的依据，就可达到短路短延时的目的，并且延时时间可控。
优点及效果：本文提出了一种新型可控电磁脱扣器结构和控制方法 ，通过增加一个绕组，实现短路的短延时控制，即该电磁脱扣器可完成短路短延时保护和短路瞬动保护，可大大提高线路的可靠性，便于实现上下级保护特性的配合和ZSI控制。
附图说明
图1表示一个低压配电系统和上下级断路器的保护特性
附图标记说明：上级断路器CB0具有三段保护特性，下级断路器CB1具有两段保护特性。
图2是本发明提出的系统结构控制原理图
附图标记说明：1-锁扣，2-连杆，3-电磁铁，4-电流线圈，5-控制线圈，6-控制开关。
图3是本发明的保护特性示意图
附图标记说明：图3a)为传统电磁脱扣器保护特性示意图，图3b)为本项研究提出的可控电磁脱扣器保护特性示意图。图中I1为控制线圈开路时的最小短路脱扣电流，I2为控制线圈短路时的最小短路脱扣电流，Ttr为脱扣时间 。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
本发明提出的是一种可实现短路保护的可控电磁脱扣器及方法。其属于交流恒磁势系统，基于增加一个短路的二次绕组不会引起一次绕组电流增大，反而会使磁路的主磁通减小，电磁力减小的原理，实现电磁脱扣器的短路保护。
该系统包括锁扣1、电磁铁3、电流线圈4、控制线圈5和控制开关6、如图2所示，它还包括检测电路、延时电路、触发电路和控制电路。
U形电磁铁3的一侧缠绕电流线圈4，另一侧设置控制线圈5，控制线圈5上端设有反力弹簧，反力弹簧连接杠杆连杆一端，杠杆连杆的该端再通过连杆2与锁扣1的衔铁的一端连接，反力弹簧与U形电磁铁3的电磁吸力共同控制衔铁的开合动作；用于监测主回路的电流的检测电路连接延时电路，延时电路连接触发电路，触发电路连接控制电路，控制电路连接控制开关6，控制开关6连接控制线圈5；杠杆连杆的另一端通过电流线圈4控制上下移动进而实现电磁铁3的吸合和张开。
电流线圈4流过正常电流时，二次侧的控制线圈5处于短路状态，由于控制线圈5的去磁作用，脱扣电流值会增大。如果发生短路，电流值很大时，电流线圈4的电流会经由检测电路检测到，然后再通过延时电路，延时时间可根据电流的大小进行调节，再经过触发电路，使控制电路上的控制线圈5断开，此时电磁铁3吸合，带动连杆2，锁扣1脱扣，断开线路。配合长延时过载保护实现的保护特性如图3所示，图3a）为传统结构电磁脱扣器的保护特性示意图，图3b)为本发明提出的可控电磁脱扣器的保护特性示意图。控制线圈5开路时，传统结构的电磁脱扣器和本发明的电磁脱扣器保护特性相同；控制线圈5短路时，由于控制线圈5的去磁作用，脱扣电流值会增大；短路电流值在图3b)的I1与I2之间时，通过控制控制线圈5的短路时间，就可实现短路短延时的时间控制。从而能够有效减少上下级同时跳闸或者越级跳闸的现象，也为ZSI技术提供了新的控制方法。当然，这只是本申请的一个优选的方案，不局限于这种控制方法，利用这种增加短路绕组的去磁作用实现的短延时都算在内，比如说正常工作时，控制线圈处于断路状态；线路发生短路时，让其控制线圈闭合，进入延时。而结构中螺管式电磁铁应用这种方法也可实现短延时。
综上所述，本发明提出了把短路绕组应用在电磁脱扣器上。利用短路绕组的去磁作用，实现短路短延时。通过控制控制绕组的短路时间，控制脱扣器的脱扣时间。
Claims (1)
1.可实现短路保护的可控电磁脱扣器的可控电磁脱扣方法,其特征在于：该可控电磁脱扣器包括锁扣（1）、电磁铁（3）、电流线圈（4）、控制线圈（5）、控制开关（6）、检测电路、延时电路、触发电路和控制电路；U形电磁铁（3）的一侧缠绕电流线圈（4），另一侧设置控制线圈（5），控制线圈（5）上端设有反力弹簧，反力弹簧连接杠杆连杆一端，杠杆连杆的该端再通过连杆（2）与锁扣（1）的一端连接，反力弹簧与U形电磁铁（3）的电磁吸力共同控制锁扣（1）的开合动作；用于监测主回路的电流的检测电路连接延时电路，延时电路连接触发电路，触发电路连接控制电路，控制电路连接控制开关（6），控制开关（6）连接控制线圈（5）；杠杆连杆的另一端通过电流线圈（4）控制上下移动进而实现电磁铁（3）的吸合和张开；
脱扣方法如下：正常工作时，二次侧的控制线圈处于短路状态，如果线路发生短路，会经由检测电路检测到，然后再通过延时电路、触发电路，并作用在控制电路上使二次侧的控制线圈（5）断开，此时电磁铁（3）吸合，即杠杆连杆闭合，带动锁扣（1）上移，使锁扣（1）脱扣，断开线路；延时电路采用反时限延时，当短路电流非常大的时候，延时时间极短，可近似看成短路瞬动；
该脱扣方法的依据是由电流线圈控制的电磁脱扣器属于交流恒磁势系统，与交流恒磁链电磁系统不同，增加一个短路的二次绕组不会引起一次绕组电流增大，反而会使磁路的主磁通减小，电磁力减小；根据该依据，就可达到短路短延时的目的，并且延时时间可控。
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