CN1489818A - 接地保护协调方式和带接地保护协调单元的漏电断路器 - Google Patents

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CN1489818A CNA018226760A CN01822676A CN1489818A CN 1489818 A CN1489818 A CN 1489818A CN A018226760 A CNA018226760 A CN A018226760A CN 01822676 A CN01822676 A CN 01822676A CN 1489818 A CN1489818 A CN 1489818A
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Abstract

用分层级设定手段(42)设定连接接地保护装置(40)的配电系统的分层，利用配电线载波通信在有检测出接地的信号时从载波发送手段(43)将载波信号输出到配电线(1)。用载波检测手段(44)检测来自其他接地保护装置的载波信号，并且进行联锁，在载波信号存在表示低于本身分层级的下层时和不存在低于本身分层级的下层时，分别切换到延迟动作和瞬时断路动作。

Description

接地保护协调方式和带接地保护协调单元的漏电断路器
技术领域
本发明涉及进行配电系统各分层所设置接地保护装置和漏电断路器之间的协调的接地保护协调方式和带接地保护协调单元的漏电断路器。
背景技术
图11是使用一般接地保护装置的接地保护协调方式的结构图，图12是已有的接地保护装置内部构成的框图。
该图中，1是从输入变压器分支配电的配电线，2是连接分支配电节点的线路断路器，3是检测配电线1的接地电流的零相变流器(ZCT)，4是设置在线路断路器2附近的接地保护装置，5是在各线路断路器2与接地保护装置4之间传送联锁信号的信号线。6是接地电流检测部，7是接收接地电流检测部6发来的检测出接地的信号并且发送联锁信号的联锁信号发送部，8是给外部发送联锁信号的输出端子，9是时限切换部，10是接收时限切换部9的时限选择信号的输入端子，11是高速动作时限部，12是延迟动作时限部，13是产生线路断路器2的释放信号的内置继电器，14是对线路断路器2发送断路信号的断路信号输出端子。
下面说明已有的接地保护协调方式的工作。接地电流检测部6在零相变流器(ZCT)3检测出的接地电流的大小超过规定值时，将检测出接地的信号送到联锁信号发送部7和时限切换部9。联锁信号发送部7从信号输出端子8发送信号，通知设置在配电系统上层的其他接地保护装置4检测出接地。时限切换部9从信号输入端子10输入配电系统下层设置的其他接地保护装置4发来的联锁信号，通常从高速动作时限部11选择“高速动作”，但有接收信号时对延迟动作时限部12选择“延迟动作”，并且在选择的某一时限达到规定时间时，使内置继电器13动作，经断路信号端子14对线路断路器2输出断路信号。
配电系统的每一分支节点上设置线路断路器2、检测接地的零相变流器(ZCT)3及接地保护装置4，因而设置在配电系统下层的接地保护装置4具有检测出接地时发送联锁信号的功能，设置在配电系统上层的接地保护装置4具有接收联锁信号的功能，并且设置在上层和下层的各接地保护装置4之间借助专门敷设的信号线5加以连接。
下面说明这种结构的工作。这种配电系统中，或分支线路中，发生接地时，接地保护装置4检测出该接地后动作，以瞬时切断并联设置的线路断路器2的高速动作输出断路信号，切断产生接地的分支线路。同时，接地保护装置4通过信号线5对设置在上层的接地保护装置4通知在本系统检测出接地。设置在配电系统上层的接地保护装置4也利用上层ZCT3检测出下层分支线路中发生的接地。
设置在越上层的接地保护装置4，通常其接地检测灵敏度设定得越低，以免先于下层接地保护装置4动作，但由于接地电流的相位等，有时会造成上层先动作，或者上下层同时动作，使其他分支线路停电。为了防止这点，从下层接地保护装置4通过信号线5给上层接地保护装置4提供联锁信号，使上层接地保护装置4切换到延长本身断路动作时间的“延迟动作”，在预先设定的延迟时间后对该线路断路器2发送断路信号。
借助于此，利用来自设置在下层的接地保护装置4来的高速动作断路信号，使下层线路断路器2在发生接地后瞬间切断下层线路，并且上层接地保护装置4由于在到达其延迟动作时间前取消断路状态，上层线路断路器2不进行断路动作，所以继续对其他分支线路馈电。
这样，就实现接地保护协调动作：对于配电系统下层部分发生的接地，使仅发生接地的下层线路断路器2进行断路动作，而其他健全分支线路能继续得到馈电；对于配电系统上层部分发生的接地，则上层线路断路器2进行断路动作，根据发生接地的位置，切断发生断路处近处的线路断路器2。
已有的接地保护协调方式中，如特开2001-16715等所揭示，下层各接地保护装置与上层所设置的接地保护装置之间用信号线连接，通知联锁信号，从而实现接地保护协调动作，但存在需要与配电线路分开另外敷设专用信号线的课题。
发明内容
本发明为解决该课题而作，其目的是实现一种不需要专用信号线，仅使发生接地处就近的断路器作断开动作，其他健全线路继续得到馈电的接地保护协调动作。
为了到达所述目的，本发明的接地保护协调方式，在电力配电系统分层的各分支节点设置断路器以及接地电流为规定值以上且超过规定时限时产生接地检测信号并对所述断路器输出断路信号的接地保护装置，所述各接地保护装置具有设定本身在所述电力配电系统中的分层级的分层级设定手段、在产生所述接地检测信号时对所述电力配电系统发送叠加与所述分层级设定手段所设定的分层级对应的信号的载波信号的载波发送手段、检测其他接地保护装置中载波发送手段所发送并经所述配电线传送的载波信号的载波检测手段、和根据该载波检测手段检测出的信号将所述断路器的断路动作有选择地切换为延迟动作或瞬时断路动作的动作时限切换手段。
又，本发明的带接地保护协调单元的漏电断路器，该断路器的组成部分包含利用漏电流检测手段检测出电力配电系统所连接的配电线路的接地电流或漏电流为规定电平以上且超过规定时限，并且使所述配电线路阻断的漏电断路器，和与该漏电断路器组合的接地保护协调单元，该接地保护协调单元具有设定在所述电力配电系统连接所述漏电断路器的分层的分层级设定手段，以及利用多个载频信号在所述漏电断路器连接的配电线进行配电线载波通信的多载波发送手段和多载波检测手段，利用来自所述漏电断路器的漏电流检测手段的检测出漏电的信号选择所述分层级设定手段设定的分层级所对应的载频信号并输出到所述配电线，同时检测其他接地保护协调单元所发送并经所述配电线传送的载波频率信号，根据检测出的载频信号将所述漏电断路器的断路动作有选择地切换为延迟动作或瞬时断路动作。
采用本发明，利用配电线载波通信将接地检测信号传送到各连接分层的接地保护装置或漏电断路器，因而不必与配电线路分开另外敷设专用信号线，就能实现所希望的接地协调动作。
又，仅在配电系统分层的各分支节点连接将接地保护协调单元与漏电断路器综合为一体的带接地保护协调单元的漏电断路器，就能方便地赋予漏电保护协调功能。
附图说明
图1是本发明接地保护协调方式的构成图。
图2是实施形态1的接地保护装置内部构成的框图。
图3是实施形态1中断路器动作的条件真值表。
图4是本发明实施形态2的接地保护装置内部构成的框图。
图5是表示实施形态2的多载波发送部的构成的电路图。
图6是表示实施形态2中多载波检测部的构成的电路图。
图7是表示实施形态2的载频信号分配的图。
图8是表示本发明实施形态3的载频信号分配的图。
图9是表示本发明实施形态4的带接地保护协调单元的漏电断路器的构成的框图。
图10是实施形态4的带接地保护协调单元的漏电断路器的俯视图。
图11是表示已有的接地保护装置的接地保护协调方式的构成图。
图12是表示已有的接地保护装置内部构成的框图。
具体实施形态
下面参照附图详细说明本发明的实施形态。
实施形态1
图1是表示本发明接地保护协调方式的组成的图，图2是表示实施形态1的接地保护装置内部构成的框图，图3是实施形态1中断路器动作的条件真值表。图中，1～3、6、9～14与上述已有装置中所说明的相同。40、400是接地保护装置。本发明的说明中，为了明确表示配电系统中一群线路断路器2、ZCT3、接地保护装置40和400在配电系统的设置分层级，分别采用分层级对应的辅助符号a～c。为了判别后文所述的分层级，使符号本身预先带有大小关系的含义(例如a＞b＞c)，以便能辨认a为上层，c为下层。
20b、30b、400b是与线路断路器2b、ZCT3b、接地保护装置40b连接在配电系统相同分层的线路断路器、ZCT、接地保护装置。
41是对配电线1收发配电线载波信号用的耦合电路，42是分层设定部，选定设置有配电系统的该接地保护装置40的分层级(本例中a～c中的某一个)。选定的分层级的符号被存储到存储装置46，可根据需要读出。
43是载波发送部，在接地电流检测部6判定产生接地时，将叠加与分层设定部所设定并存放在存储装置46的分层级相当的a～c中某一分层级能识别的分层标识符号的载波信号，通过耦合电路41发送到配电线1。例如，配电系统的第2分层级设置接地保护装置40时，在分层设定部42设定分层标识符号b，载波发送部43发送含存储装置46所存储的分层标识符号b的载波信号。这里，载波可为文本的形式。
44是载波检测部，45是载波信号辨别部。载波检测部44检测出配电线1上从其他接地保护装置发送的载波信号，将该信号送到载波信号辨别部45。该辨别部45提取该载波信号包含的检测出接地的分层识别符号，送到时限切换部9。
例如，接地保护装置40b通过第2分层级上设置的ZCT3b检测出接地时，接地保护装置40b从载波发送部43将载频信号上叠加分层识别符号b的载波信号发送到配电线1。这时，设置在上层的ZCT3a也检测出接地，因而接地保护装置40a从载波发送部43对配电线1发送叠加分层识别符号a的载波信号。
也就是说，在配电线1上几乎同时发送叠加产生接地的配电系统上串联设置的各层的接地保护装置40所发的本身的分层识别符号的载波信号。
在配电线1连接的全部接地保护装置40a、40b、40c、400b的各载波检测部44检测出向配电线1上发送的载波信号。
各载波信号辨别部45进行载波信号的文本分析，检测出分层标识符号a的b，将该结果送到时限切换部9。该时限切换部9比较这些分层标识符号与本身所设定的分层级识别符号。上述符号本身带有大小关系的含义(例如a＞b＞c)，因而分层的上下级判定仅为比较大小，能使判定处理快速进行。
下面用图3的条件真值表说明断路动作中“瞬时断路动作”和“延迟动作”(时延联锁)的选择。
接地保护装置40内的时限切换部9按来自接地电流检测部6和载波信号辨别部45的2种信号逻辑和的条件进行工作。因此，与接地无关的健全线路中设置的接地保护装置(图1的例子中为400b、40c)不进行接地检测，因此即使接收载波信号，也并不进行任何动作。
时限切换部9结构上做成按照图3的条件真值表，在检测出低于本身设定的分层级的下层信号时，选择“延迟动作”，而在未检测出低于本身设定的分层级的下层信号时，选择“瞬时断路动作”。
设置在配电系统上层的接地保护装置40a接收本身发送的载波信号和接地保护装置40b的载波信号，进行文本解读。分层标识符号被检测出符号a和符号b两者，将其与自己设定的分层级a比较，由于存在下层的符号b，时限切换部9选择“延迟动作”。这时，只要是表示下层的符号，即使是符号c，也选择“延迟动作”。
另一方面，接地保护装置40b在接收并解读的分层标识符号是符号a和符号b，不包含本分层级、表示低于本级的下层的符号不存在时，选择“瞬时断路动作”，通过高速动作时限部11使相应于发生接地的线路的线路断路器2b执行瞬时断路动作。
这样，虽然切断发生接地的线路，但能继续对其他健全的线路馈电。
实施形态2
图4是表示本发明实施形态2的接地保护装置内部构成的框图。该图中，1～3、6、9～14、40～42与上述实施形态1说明的相同。
47是能选择并发送多个载频信号的多载波发送部，48是能同时接收多个载频信号的多载波接收部。
图5表示多载波发送部47的构成例。该图中，47a是产生与配电系统分层对应的多个载波信号(fa～fc)的发信部，47b是接收分层设定部42的信号并且选择发信部47a的信号的发送载波选择部，47c是利用接地电流检测部6的信号使载波信号发送启动/停止的发送控制部。
多载波发送部47在从接地电流检测部6接收到发生接地的信号时，通过耦合电路41对配电线1发送相应于分层设定部42所设定的分层级的fa～fc中的某一载频信号。
图6表示多载波检测部48的构成例。该图中，48a是对与配电系统分层对应的多个载频信号(fa～fc)分别设置的带通滤波器，48b是利用带阻滤波器滤除各载频信号的信号分量以判定配电系统的噪声电平的噪声检测部，48c是将噪声检测部的噪声电平与各载频信号电平进行比较的比较部。
多载波检测部48输入其他接地保护装置40发送的载波信号，将其按每一载频信号与配电系统的噪声电平比较，有载波信号(fa～fc)时判定为“1”，无该信号则判定为“0”，并通知时限切换部9。
多载波发送部47在从接地电流检测部6接收发生接地的信号时，通过耦合电路41对配电线1发送相应于分层设定部42所设定的分层级的fa～fc中的某一载频信号。多载波检测部48检测其他接地保护装置40发送的载频信号。
图7表示实施形态2中载频信号的分配状况。此事例中配电系统由3个分层组成，因而分别使第1、第2和第3分层为a、b和c进行说明。这里，载频信号的大小按分层的顺序取为fa＞fb＞fc进行说明，但也可为相反的顺序。
配电系统中的本层在第2分层级上设置接地保护装置40b时，在分层设定部42设定“b”。
例如，接地保护装置40b检测出接地时，从接地电流检测部6对时限切换部9传送检测出接地的信号，同时接地保护装置40b从多载波发送部47对配电线1发送载频信号fb。
高于接地保护装置40b的上层中设置的ZCT3a也检测出接地，因而接地保护装置40a也进行接地检测，从接地保护装置40a的多载波发送部47发送表示第1分层级的载频信号fa。
在配电线1连接的全部接地保护装置40a、40b、40c、400b的多载波检测部48检测所发送的多个载频信号。
各接地保护装置40的多载波检测部48中检测出的多个载频信号的值仍然表示分层级。
实施形态2中，时限切换部9的动作条件真值与上述图3的条件真值表相同，时限切换部9按接地电流检测部6和多载波检测部48发来的两种信号的逻辑和条件工作，这点也与上文相同。因此，与接地无关的健全线路中设置的接地保护装置(图1的例子中为400b、40c)不进行接地检测，所以即使接收载波信号，也并进行任何不动作。
另一方面，与接地有关的接地保护装置(图1例子中为40a、40b)对表示时限切换部9中本身设定的分层级的频率信号值与接收检测出的载频信号值进行大小比较，以判别其他接地保护装置的检测出接地的分层。其结果是，如果存在表示低于本级的下层的载频信号，则选择“延迟动作”；不存在表示低于本级的下层的载频信号时，选择“瞬时断路动作”。其后的动作与实施形态1相同，省略其说明。
上述实施形态1从载波信号的文本读取标识符号，进行与本身设定的分层符号的对比处理，以判定是否需要联锁。因而判定处理花费时间。反之，实施形态2能按比较大小进行有无分层级所对应频率的判断，因而能够高速处理，不存在联锁延迟。
实施形态3
图8表示实施形态3的载频信号分配。配电系统上连接的电力负载因其种类、耗电大小等而产生各种噪声，有时由于载波信号与噪声的干涉而产生载波信号难以到达的频带。作为其对策，如图8所示，设置频带范围不同的多个频带块，分别在各载波块内分配与各分层级对应的载频信号。即，作为表示第1分层的载频信号，设置fa和fd，其后的第3、第4分层也同样设置。这样，检测出接地时，同时发送相应于检测出接地的分层级的多个载频信号，收到该信号的其他接地检测装置检测出至少1个表示低于该级的下层的载频信号时，切换到延迟动作。以此可以提高联锁信号传达的可靠性。
实施形态4
图9是表示本发明实施形态4的带接地保护协调单元的漏电断路器的构成的框图，图10是带接地保护协调单元的漏电断路器的俯视图。该图中，41、42、47～48与上述实施形态2说明的相同。该实施形态4中，将漏电与接地作为同义词处理。
21是检测出接地(漏电)时切断负载的漏电断路器，22是开关接点，23是零相变流器(ZCT)，24是过电流检测部，25是使开关接点22通断的开关机构，26是对开关机构25发送跳闸指令的跳闸部，27是漏电流检测部，ZCT23检测出的漏电流的电平超过规定值且超过规定时限时，将断路信号输出到跳闸部26，使开关机构25工作，断开开关接点22。
50是接点保护协调单元，51是供给接点保护协调单元50工作电力的电源电路，52是载频信号判定部，53是分层设定部42的外部设定端子。接地保护协调单元50综合为一体地安装于漏电断路器21，耦合电路41和电源电路51由漏电断路器21的开关接点22连接到电源侧，即使漏电断路器21实施断路动作后，也能确保接地保护协调单元50有工作电源，并且能对上层的配电系统收发载波信号。
多载波检测部48检测其他接地保护协调单元50发送的通知发生漏电的载频信号，将有无与检测出接地的分层级对应的载频信号的信息送到载频信号判定部52。该载频信号判定部52对检测出的载频信号与本身设定的分层级进行比较，在具有表示低于本身的分层级的频率的载频信号时，对跳闸部26发送时间上相当于延迟动作时间的联锁信号，使漏电断路器实施延迟动作。不存在表示低于本身的分层级的频率的载频信号时，不发送联锁信号，使漏电断路器进行瞬时断路动作。
上述实施形态1、实施形态2中，必须在配电系统分层的各分支节点设置断路器、零相变流器和接地电流检测部3种设备，还要在各设备之间连接控制线。
漏电断路器21中编入开关接点22、零相变流器(ZCT)23、过电流检测部24、开关机构25、跳闸部26、漏电流检测部27，编入许多漏电保护协调系统的组成要素。将此外还需要的功能收装于接地保护协调单元50并且使其与漏电断路器21合为一体的实施形态4的带接地保护协调单元的漏电断路器在工厂等处完成与控制线连接形成一体，仅在配电系统的配电线上连接并设置漏电断路器部，就能简便地形成漏电保护协调系统。
上文中说明了接地保护协调，但即使是过电流保护协调，也便于在可用传输信号选择过电流保护特性的电子式线路断路器组合具有配电线载波通信、载频信号判定功能的断路保护协调部而得以构成。
工业应用性
综上所述，本发明的接地保护协调方式和带接地保护协调单元的漏电断路器不需要专用信号线，就能方便地实现电力配电系统的接地保护协调动作，因而适合编入各种工厂、建筑物等的配电系统和电器设备进行使用。

Claims (7)

1.一种接地保护协调方式，在电力配电系统分层的各分支节点设置断路器、以及接地电流为规定值以上且超过规定时限时产生接地检测信号并对所述断路器输出断路信号的接地保护装置，其特征在于，所述各接地保护装置具有
设定本身在所述电力配电系统中的分层级的分层级设定手段、
在产生所述接地检测信号时对所述电力配电系统发送叠加与所述分层级设定手段所设定的分层级对应的信号的载波信号的载波发送手段、
检测其他接地保护装置的载波发送手段所发送并经所述配电线传送的载波信号的载波检测手段、以及
根据该载波检测手段检测出的信号，将所述断路器的断路动作有选择地切换为延迟动作或瞬时断路动作的动作时限切换手段。
2.如权利要求1所述的接地保护协调方式，其特征在于，所述动作时限切换手段在所述载波检测手段检测出的信号存在表示低于本身的分层级的下层的信息时，使所述断路器进行延迟动作，而不存在表示低于本身分层级的下层的信息时，使其进行瞬时断路动作。
3.如权利要求1所述的接地保护协调方式，其特征在于，所述接地保护装置具有同时收发多个频率用的多载波发送手段和多载波检测手段，作为所述载波发送手段和载波检测手段；
所述多载波发送手段在发生所述接地检测信号时，选择与所述分层级设定手段设定的分层级对应的载频信号发送到所述配电线；
所述多载波检测手段检测其他接地保护装置所发送，并经所述配电线传送的载频信号；
所述动作时限切换手段在所述检测出的载频信号表示低于本身的分层级的下层时，使所述断路器延迟动作，表示不是低于本身的分层级的下层时，使其进行瞬时断路动作。
4.如权利要求2所述的接地保护协调方式，其特征在于，设定表示与1个分层级对应的多个载频信号，在产生所述检测出接地的信号时，发送所述多个载频信号，并且检测出所述多个载频信号的某一个的情况下，将所述断路器切换到延迟动作。
5.一种带接地保护协调单元的漏电断路器，其特征在于，
该断路器的组成部分包含利用漏电流检测手段检测出电力配电系统所连接的配电线路的接地电流或漏电流为规定电平以上且超过规定时限，并且使所述配电线路阻断的漏电断路器和与该漏电断路器组合的接地保护协调单元，
该接地保护协调单元具有设定在所述电力配电系统连接所述漏电断路器的分层的分层级设定手段、以及利用多个载频信号在所述漏电断路器连接的配电线进行配电线载波通信的多载波发送手段和多载波检测手段，
利用来自所述漏电断路器的漏电流检测手段的检测出漏电的信号选择与所述分层级设定手段设定的分层级对应的载频信号并输出到所述配电线，
同时检测其他接地保护协调单元所发送并经所述配电线传送的载频信号，根据检测出的载频信号将所述漏电断路器的断路动作有选择地切换到延迟动作或瞬时断路动作。
6.如权利要求5所述的带接地保护协调单元的漏电断路器，其特征在于，
所述检测出的载频信号存在表示低于本身的分层级的下层的信息时，使所述断路器延迟动作，而不存在表示低于本身的分层级的下层的信息时，使其进行瞬时断路动作。
7.如权利要求所述的带接地保护协调单元的漏电断路器，其特征在于，设定表示与1个分层级对应的多个载频信号，在产生所述检测出接地的信号时，发送所述多个载频信号，并且检测出所述多个载频信号中的某一个的情况下，将所述断路器切换为延迟动作。
CNA018226760A 2001-12-19 2001-12-19 接地保护协调方式和带接地保护协调单元的漏电断路器 Pending CN1489818A (zh)

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