CN1226098A - 差动保护设备 - Google Patents

Abstract

一种差动保护设备,包括用于测量主导体中的差动电流的环形线圈。所述环形线圈包括:连接到处理电路的第一次级绕组;连接到指示设备的第二次级绕组;和测试电流流过的附加绕组。处理电路包括阈值设定设备,该设备修改第一次级绕组的负载,以改变运行额定值。由于第一次级绕组比第二次级绕组的负载低,指示取决于选择额定值。保护设备包括测试电路,当测试电流流过时选择低额定值。

Description

差动保护设备

本发明涉及差动保护设备，它包括：测量装置，用于测量差动电流；处理装置，连接到所述测量装置，以接收差动电流的第一信号样本；启动装置。

已知的差动保护设备通常包括具有一磁路的测量环形线圈，该环形线圈环绕直线导体，以测量差动电流。该环形线圈包括连接到电子跳闸电路的次级线圈，该跳闸电路控制一继电器，还可能控制一触点切断机构。

据所知，该保护设备包括可测试差动保护运行的测试功能。该测试在环形线圈中产生与差动故障电流有相同作用的测试电流。一般来说，测试电流输入进测量环形线圈的附加绕组。

当保护设备必须包括运行额定值选择或跳闸电流阈值选择时，无论什么选择，测试设备必须能够输入一足够大的要被检测的电流。选择额定值可调节到最大值。

所知的差动保护设备不能有效执行测试功能。实际上，测试电流必须与故障电流有相同作用，该故障电流大于最大设定或选择阈值。为具有此作用，测试电流必须高，或环形线圈的附加绕组必须包括很多匝。

由于大的测试电流需要高功率部件以限制所述电流，这些解决方案不容易集中在保护设备中。此外，这些部件是笨重的，并且消耗电能。有大量螺旋线的环形线圈也具有大的体积。这样，匝数的增加或电流的增加很难与小体积的设备相匹配。

差动保护设备可包括：指示设备，以指示一阈值超调(threshold overshoot)。在所知设备中，指示功能与跳闸电路相关联，以指示与选择保护额定值成比例的阈值超调。然而，当指示设备是需要高运行能量的部件时，必然需要一附加外部电源。如果指示部件实际上是一指示灯或电磁继电器，则由环形线圈提供的能量不够。

已知的包括一指示设备的保护设备，使得指示与所选择的额定值无关，并且与保护功能例如跳闸电路电隔离。

本发明的目的是实现一差动保护设备，该设备避免这些缺点，并且具有改进的功能。

按照本发明的差动保护设备包括：选择装置，以选择处理设备的运行额定值；测试装置，连接到测量装置上，并且当所述测试装置启动时，该测试装置与额定值选择装置相关联以选择低额定值。

在一优选实施例中，该设备包括：时间延迟设定装置，以选择启动装置的跳闸曲线。

按照一特定的设施例，本设备包括：遥控跳闸装置，连接到启动装置，及该遥控跳闸装置包括至少一个电压阈值部件，以对输入电压滤波。

按照本发明的设计，该设备包括：指示装置，连接到测量装置，以接收差动电流的第二信号样本，及该指示装置包括：设定装置，用于设定指示阈值；比较器装置，在输入端接收差动电流的信号样本和指示阈值的信号样本；指示设备，连接在比较器装置的输出端。

优点之处在于，指示装置包括：用于检测测量装置断开的装置。

更好的是，显示装置与处理装置电隔离。

为了放大差动电流的信号样本，更好的是，显示装置包括连接在测量装置和比较器装置之间的放大器装置。

优点之处在于，显示装置包括一包括临时断开装置的电源电路。

在一优选实施例中，测量装置包括一变压器，该变压器包括连接到处理装置的第一绕组，和连接到指示装置的第二绕组，该第一绕组有比第二绕组低的负载阻抗。

更好的是，处理装置包括连接到第一绕组的电气负载，所述选择装置调整所述电气负载，以选择处理装置的运行额定值，并且，第二绕组按照所选择额定值，提供给指示装置一差动电流的信号样本。

从对下列本发明特定实施例的描述中，本发明的其它优点和特征将更清楚，本发明特定实施例作为一非限制性例子，并且用附图表示，其中：

图1表示按照本发明的设备的概括方框图；

图2表示按照图1设备的处理电路的实施例的详细图；和

图3表示按照图1设备的指示设备的实施例的详细图。

表示在图1中的差动保护设备包括：测量环形线圈1，安置在被保护装置的直线导体2上。环形线圈的磁路3环绕着形成初级绕组2的直线导体2。在附图中，导体2与触点4串联连接，该触点4能由机构5打开。这些触点4可以是继电器触点、开关、断路器。

在按照本发明实施例的设备中，测量环形线圈1包括：连接到处理电路7的第一次级绕组6；连接到指示设备9的第二次级绕组8；和用于接收测试电流It的附加绕组10。

处理电路7包括：输入电路11，连接到环形线圈1的第一绕组6，以接收在导体2中流动的差动电流的第一信号ID1样本；第一设定设备12，连接到输入电路11，使得能够调节预定运行率或运行阈值。例如如果差动电流超过所述阈值，该保护设备动作触点4。

电路11的输出连接到整流电路13，该整流电路给跳闸电路14提供一整流信号。此电路14按照预定跳闸曲线控制时间延迟和继电器15的命令。

继电器15连接到电路14的输出。这样，电路14按照预定跳闸曲线控制时间延迟和继电器15的命令。连接到控制电路14的第二设定设备16能够选择时间延迟或跳闸曲线。

继电器15启动机构5以打开触点4。在图1的实施例中，外部控制模块17连接在输入终端18和继电器15之间。当断开命令信号输入到输入终端18时，此模块给继电器发出命令。

指示设备9包括：放大器19，连接到第二次级绕组8，以接收差动电流第二信号ID2样本。放大器19的输出连接到比较器20的第一输入端。比较器20的第二输入端连接到指示阈值的设定设备21。比较器20的输出端连接到至少一个指示装置22，例如指示灯或继电器。如果设备22包括一继电器，则所述继电器的触点可以连接到输出终端23，以遥控指示一阈值超调。

指示设备的电路电源由连接到电源输入终端25的电源电路24提供。电源电路24能为指示设备22和放大器19及比较器20电路提供不同电压。为在介质耐压测试期间保护指示设备，该电源电路包括一保护设备26，该保护设备能够使得由输入终端25提供的电源被瞬间断开。

放大器19放大信号ID2，并且给比较器20提供信号ID2和差动故障电流的放大信号样本。该比较器将由放大器提供的信号与由设备21提供的指示阈值相比较，并且如果差动电流的信号样本超过所述阈值，给指示设备发出命令

为校准差动保护设备，输入电路11包括吸收由第一绕组6提供的电流ID1的负载电阻。由于该输入电路的负载具有比指示设备放大器19输入端低的阻抗，由第二绕组提供的电压取决于输入电路11的负载，及取决于第一和第二绕组的各匝数。这样信号ID2取决于差动故障电流和确定差动保护设备的额定值的输入电路的负载。然后该设备提供一指示，该指示也取决于保护的调节额定值。

表示于图1的差动保护设备包括一测试设备，该测试设备包括与电阻27串联连接的环形线圈的附加绕组10和按钮28的触点。该测试设备连接在环形线圈1上行端的第一主导体和环形线圈1下行端的第二主导体之间。当触点4打开时为阻止测试电流It，一附加触点30与按钮触点串联连接。这样，当执行测试时，按压按钮28使测试电流流通，并且当由所述测试电流引起跳闸时，机构5打开主触点4及附加触点30。一旦打开触点30，则中断测试电流。

为限制测试电流值，及附加绕组10的匝数和电阻27的功率和尺寸，该测试设备作用于第一设定设备12，以选择低或最小运行额定值。这样，当执行测试时，一低测试电流足以测试差动保护设备的运行。

为调节该设定设备，连接到所述设备12的触点31在按钮28启动的同时被启动。该按钮28和触点31机械上彼此固定或形成相同部件部分。

图2示出了处理电路的实施例的详细图。在此实施例中，第一绕组6连接到输入电路11的负载电阻32。此负载电阻32确定该处理电路的最大灵敏度，及相继确定该保护设备的最小额定值。在此输入电路中，电容33采用差动电流ID1的信号样本及对其进行滤波。

为增加该保护设备的额定值，第一设定设备12包括设计成与负载电阻32并联连接的电阻34a,34b,34c。这样，当连接至少电阻34a-c之一时，等效电阻较低，并且需要较高的差动电流以引起继电器15的命令。通过连接在输入电路11和电阻34a-c之间的一选择器开关35执行运行额定值的选择。这样，当选择器开关35连接一电阻时，由第一绕组6提供的电流ID1的一部分经所述电阻分流。当执行测试时，则由串联连接在选择器开关35和输入电路11之间的触点31执行最小额定值的选择。当进行测试时，按压开路触点31断开与第一选择设备12的连接，及自动选择最小额定值或较低额定值。

优点之处在于，如果第一设定设备12发生故障，此实施例也能够自动切换到最小额定值。如果打开选择器开关35的触点，则实际上断开电阻34a-34c，并且仅电阻32接收电流信号ID1。

在输入电路的输出端，按照所选择额定值校准的信号在输入到跳闸电路14之前，由整流电路13整流。此跳闸电路包括由串联连接的电阻36和电容37构成、并且形成一RC电路的时间延迟电路。延迟信号在电容终端收集。由此电路引入的延迟与元件例如电阻36和电容37的值成比例。第二设定设备16使时间延迟值由与电容37并联连接电容38a或38b来修改。为选择时间延迟，选择器开关39串联连接在电容37和电容38a-38b之间。在图2的实施例中，选择器开关39不需连接其它电容而能够选择最小时间延迟，或者通过并联增加一电容38a-b来选择较长的时间延迟。

优点之处在于，对于本实施例如果第二设定设备16产生故障，则能自动切换到最小时间延迟。如果打开选择器开关39的触点，实际上电容38a或38b与电容37断开，并且时间延迟随后到最小值。

可由电容38a-38b实现、呈现在由电阻36和电容37形成的RC电路输出端的电信号VT输入到电压阈值部件40。当信号VT超过预定电压阈值时，部件40命令晶体管41的触发，使得能够供给继电器15。部件40的电压阈值与负载电阻32的值相关联，并且可利用电阻34a-c使能够确定该保护设备的跳闸阈值。由电阻36和电容37形成的RC电路和由选择器开关39选择的38a-b引入的时间延迟确定跳闸曲线。

外部控制模块17包括：连接到输入端18的两个限定电阻42和43；连接在电阻42和43的下行端的峰值限幅部件44；连接到电阻之一例如电阻42的整流二极管45；及分别与电阻42和43及继电器15串联连接的二个电压阈值部件46和47。一附加限定电阻48也能与二极管45串联连接。电压阈值部件46和47最好是二端交流开关元件。它们尤其使可能发生在输入终端18的寄生电压被滤波。当一个大于串联连接的部件48和47的导通电压的电压输入到输入终端18时，一电流流过继电器15并且该保护设备跳闸。流过继电器的电流由电阻42、43、48和由限幅部件44限定。此部件44可以是一可变电阻。

指示设备9的实施例的附图示于图3。附图中，放大器19有一非反相输入端，该输入端由连接在参考线51和电源线52之间的电阻桥49和50极化。该桥的公共点连接到非反相输入端，及连接到去耦电容53。逆反应电路包括并联连接在放大器19的输出和反相输入之间的电阻54和电容55。提供信号ID2的绕组8经连接在绕组8的第一末端和反相输入端的输入电阻56，连接到放大器。绕组8的第二末端连接到参考线51。由电阻49、电容50和电阻56确定放大器增益。放大器19的输出连接到整流二极管57。该二极管提供一整流信号给包括电阻58和电容59的峰值检测电路。

该检测信号输入给具有滞后作用的比较器20的输入端。该比较器例如包括一运算放大器60，该放大器具有连接在其输出和其非反相输入端的电阻61，及连接在所述非反相输入端和二极管57之间的电阻62，以提供要比较的信号。该比较器的反相输入端连接到指示阈值设定设备21。该指示阈值设定设备包括一与极化电阻64串联连接的电位器或可变电阻63。电阻63和64连接到参考线51和电源线52之间的分压桥。反相输入连接到电阻桥63、64的公共点。电阻63的滑动指针最好连接到参考线51。电阻64的设定确定滞后比较器20的切换阈值。

当超过指示阈值时，该比较器输出切换到高状态，并且提供一控制信号经滤波电路到晶体管65。该滤波电路包括由电阻66和电容67串联构成的RC电路。电阻连接到比较器的输出，电容67连接到参考线，电容和电阻的公共点经齐纳二极管68连接到晶体管65的终端。当超过指示设定阈值时，晶体管65给发光二极管和/或指示继电器供电。

为在指示设备上监视和指示绕组8的正确连接，电阻71连接在电源线52和输入电阻56之间。这样，只要连接绕组8，所述绕组具有低阻抗，则流过电阻71的直流电流被分流，并且对放大器无作用。如果断开绕组8，则一高DC电压输入到放大器输入端，及自动超过指示阈值。

给指示电路的电源由输入给输入终端25的电压提供。该电源电路包括：连接到终端25、以限制输入电流的两个电阻72和73；与电阻72或73之一串联连接、以产生电压降的电容74；及连接在所述电阻和所述电容下行端、以消除寄生电压浪涌的可变电阻75。设备26与电阻72或73之一串联连接，以暂时断开电源。为改善运行，一电阻76与电容74并联连接。由电容74引起的电压降使得有效能量不能够耗散有效能量不能够耗散，引起热量升高。由电容吸收的能量实际上是无功的，并且防止差动保护设备中的热量升高。

整流桥77连接在电阻72、73和电容74的下行端，并且使得整流电压提供到第一调整电路。该第一电路包括连接到桥77的正输出端的限定电阻78，该桥的负输出端连接到参考线51。电容79和齐纳二极管80连接在电阻78和参考线51之间，以对经过线81输入到显示设备22例如继电器70和发光二极管69的第一DC电压滤波。

第二调整电路包括通过第一末端与线81连接、以接收第一DC电压的调整电阻82。该电路也包括连接在电阻82的第二末端和参考线51之间的电容82和齐纳二极管84。呈现在齐纳二极管84端的第二DC电压，提供给连接到所述二极管84的供电线52。

更好的是，第一DC电压有24伏值，第二DC电压有12伏值。

在附图中，绕组8连接到高输入阻抗的放大器。这样，绕组8的负载不干扰低阻抗绕组6的充电。提供的信号ID2随后也取决于绕组6的充电及取决于该保护设备的跳闸额定值。

在此实施例中，处理电路7和指示设备9是电隔离的，并且取决于由绕组6的充电确定的选择额定值。因此该指示与由处理电路的额定值选择设备12选择的额定值成比例。

该差动保护设备能够在单模块情况下例如一开关或断路器以成组方式来实现。然而，在其它实施例中，这些元件能被分离成互相连接的模块。在一差动保护继电器中，不必要对主触点4实行断开，可以设想其它的动作。

Claims (10)

1．一种差动保护设备，包括：

测量装置(1)，用于测量差动电流；

处理装置(7)，连接到所述测量装置，以接收差动电流的第一信号样本(ID1)；

启动装置(15,5)，

该设备其特征在于，它包括：

选择装置(12)，选择所述处理装置(7)的运行额定值，及

测试装置(10,27,28,31)，连接到测量装置(1)，并且当启动所述测试装置时，与所述额定值选择装置(12)关联，以选择低额定值。

2．如权利要求1所述的设备，其特征在于，它包括时间延迟设定装置(16,33a-b,39)，以选择启动装置(15)的跳闸曲线。

3．如权利要求1或2之一所述的设备，其特征在于，它包括连接到启动装置(15)的遥控跳闸装置(17)，并且该遥控跳闸装置包括至少一个电压阈值部件(46,47)，以对输入电压滤波。

4．如权利要求1到3任何之一所述的设备，其特征在于，它包括指示装置(9)，连接到所述测量装置，以接收差动电流的第二信号(ID2)样本，并且该指示装置包括：设定装置(21)，用于设定指示阈值；比较器装置(20)，在输入端接收所述差动电流的信号样本和指示阈值的信号样本；指示设备(22,69,70)，连接在所述比较器装置的输出端。

5．如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述指示装置包括检测装置(71,19)，用于检测测量装置(1)的断开。

6．如权利要求4或5之一所述的设备，其特征在于，指示装置(9)与处理装置(7)电隔离。

7．如权利要求4到6任何之一所述的设备，其特征在于，所述指示装置包括放大器装置(19)，连接在测量装置(8)和比较器装置(20)之间。

8．如权利要求4到7任何之一所述的设备，其特征在于，所述显示设备包括由暂时断开装置构成的电源电路。

9．如权利要求4到8任何之一所述的设备，其特征在于，测量装置(1)包括一变压器，该变压器包括：连接到处理装置(7)的第一绕组(6)；连接到指示装置(9)的第二绕组(8)，第一绕组具有比第二绕组低的负载阻抗(32)。

10．如权利要求4到9任何之一所述的设备，其特征在于，处理装置(7)包括连接到第一绕组(6)的电气负载(32)，所述选择装置修改所述电气负载，以选择处理装置(7)的运行额定值，并且第二绕组按照选择额定值，给指示装置提供差动电流的信号样本。

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