CN1531157A - 用于低压电路断路器的电子跳闸装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于低压电路断路器的电子跳闸装置，包括用于检测和计算接地故障电流、并被操作连接到所述电路断路器的跳闸装置的装置。所述用于检测和计算的装置包括：电流传感器装置，对于每个极，其提供一个与电流成比例的信号；用于检测电流符号的装置，对于每一极，其提供一个表示电流符号的信号；电流整流装置，对于每一极，其提供一个与所述极中的流通电流成比例的整流信号；和第一数字处理装置，通过一由表示符号的信号与相应的整流信号相乘而组成的数字处理操作，提供一个表示接地故障的带符号的值。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于低压电路断路器尤其是用于电网保护的低压多极自动电路断路器的电子跳闸装置。
背景技术
执行避免接地故障这一保护功能的自动电路断路器采用了用于测量和再现电网电流总量的电路。通常，被保护的电网由对应于设备三相和中性点的电导体组成。用于闭合和断开电路的触点能够使相导体中的电流流通或中断。通常，在大多数设备中，中性点导体无中断地被配电。
与电网的不同导体相关联的多个电流变压器T1、T2、T3和TN将电路的初级电流转换成与电接触断路器相适应的次级电流。该次级电流然后被施加到一个用于整流以及检测相位、中性点和接地故障电流的电路的输入端。上述电路通常将表示上述电流的信号提供给一个电子处理设备。根据所出现的状况，该电子处理设备产生一个跳闸信号，该信号施加到继电器控制的输入，并依次驱动用于断开自动电路断路触点的机构。
在一些已知类型的跳闸装置中，例如EP-A-284198中所披露的，接地故障电流的测量是通过一个由电网的所有导体组成其初级绕组的变压器来进行的。该变压器的次级绕组因此提供一个与电网电流总量成比例的电流。一个表示上述次级电流Ih1的信号例如通过电压Vh1而被提供给与变压器的次级绕组并联的电阻Rh1的两端。在一个与电流变压器的每个次级绕组的第一端相连的公共导体S1中获得次级电流的总量，所述次级绕组的第二端被直接连接到整流电路。公共导体经由测量装置而被连接到整流电路。一个与所有变压器的次级电流总量相适应的、表示接地故障电流的电流在导体S1中流通。测量装置可以由电阻Rh2、表示电流总量所在端的电压Vh2组成。
在使用电流有效值RMS的接触断路器中，电流的完全独立是必要的。在这样一个实施例中，每个电流变压器(T1，T2，T3，TN)次级绕组的两端被连接到整流电路。该套次级绕组构成一个变压器TSM的初级绕组，该变压器TSM给其次级绕组端提供一个表示电网中电流总量的电压Vh4。信号Vh1、Vh2、Vh3或Vh4然后被施加给一个处理装置。在其他自动电路断路器中，例如专利申请EP-A-0179017中所描述的，数字处理电路计算一个表示接地故障的值，作为相和中性点的电流值的振幅的函数。
在其他情况，例如在专利US4947126中，采用了一种测量装置，其中引入了用于提供接地保护的有关极性的数据。
为了再现接地故障信号，已知的接地保护装置采用了在印刷电路板上占据相当大空间的电子元件。上述元件通常为功率变压器、二极管或电阻器。对于装在低尺寸的自动电路断路器之内的接触断路器来说，上述辅助功率元件的造价和尺寸是相当可观的。
数字式处理接触断路器减少了功率元件的数量，但是采样/限幅电路对于电流值的同步测量来说是必要的。另外，用来计算接地故障电流值的已知算法不适于相位和中性点电流的所有配置，尤其当电流并非呈纯正弦曲线形式的时候。
发明内容
本发明的首要任务是提供一种用于低压电路断路器的电子跳闸装置，尤其是用于电网保护的低压多极自动电路断路器的电子跳闸装置，其不需要大量的电子功率元件。
在上述任务的框架内，本发明的一个目的是提供一种用于低压电路断路器的电子跳闸装置，其能够以一种相对简单的方式确定接地故障的存在。
本发明的一个进一步的目的是提供一种用于低压电路断路器的电子跳闸装置，其与已知类型的系统相比，不需要对所获信号数学处理的复杂操作。
本发明较不重要目的是提供一种用于低压电路断路器的电子跳闸装置，其将呈现高可靠性、相对容易的结构和具竞争力的价格。
上述任务和目的，以及其他将从令人确信的描述中更明显地呈现出的任务和目是通过一种用于低压电路断路器尤其是用于低压多极自动电路断路器的电子跳闸装置而被获得，所述电子跳闸装置包括用于检测和计算接地故障电流、并被操作连接到所述电路断路器的跳闸装置的装置。本发明中的装置的特征在于，所述用于检测和计算的装置包括：
电流传感器装置，对于每一极，其提供一个与其中的流通电流成比例的信号；
用于检测电流符号的装置，其输入被操作连接到所述电流传感器装置，对于每一极，其在输出提供一个表示所述极中电流符号的二级信号；
电流整流装置，其输入被操作连接到所述电流传感器装置，对于每一极，其在输出提供一个与所述极中的流通电流成比例的整流信号；
第一数字处理装置，其输入被操作连接到所述用于检测电流符号的装置和所述电流整流装置，所述第一处理装置在其输出通过一数字处理操作、以预定周期提供一个表示接地故障的带符号的值，对于每一极，所述数字处理操作包括所述二级信号和与所述极中的流通电流成比例的相应整流信号的相乘。
这样，由于本发明的创新理念，根据本发明的电子跳闸装置致使经相对小数量的电子元件而不需要依赖复杂的数字处理系统就产生跳闸信号成为可能。
附图说明
根据本发明，从用于低压电路断路器尤其是用于低压多极自动电路断路器的电子跳闸装置的优选而非排他的实施例的描述中，更多的特性和优势将更清楚地显现，在附图的帮助下，所述发明通过提示性而非限制性的实施例而被图解，其中。
图1为本发明中电子跳闸装置的第一实施例的示意图；
图2为本发明中电子跳闸装置的第二实施例的示意图；和
图3详细图示了本发明中电子跳闸装置的第一数字处理装置的功能。
具体实施方式
本发明中的电子跳闸装置将参照一低压自动电路断路器而被描述，但并不因此以任何方式限制本发明的应用领域。
参照图1，本发明中，用于低压电路断路器尤其是用于低压多极自动电路断路器的电子跳闸装置包括用于检测和计算接地故障电流的装置1，它被操作连接到与所述电路断路器相关联的跳闸装置。
对于每一极，所述用于检测和计算的装置1包括电流传感器装置10，其提供一个与所述极中流通的电流成比例的信号11。电流传感器装置10能够通过电流变压器而方便地被形成，其中，由于电流在组成所述变压器初级绕组的各相导体中流通，信号11在电流变压器的次级绕组中产生。
用于检测和计算的装置1还包括用于检测电流符号的装置20，其输入被操作连接到所述电流传感器装置10，对于每一极，装置20在输出提供一个表示所述极中的电流符号的二级信号21。实际上，装置20具有由块10得出的正弦波作为输入12，并在输出提供一个表示正弦波自身符号的二级信号21。
另外介绍的是用于电流整流的装置30，其输入被操作连接到所述电流传感器装置10，对于每一极，电流整流装置30在输出提供一个与所述极中流通的电流成比例的整流信号31。实际上，为了给电子跳闸装置提供能量以及能够管理在单一供电范围(仅正振幅的信号)内被处理的信号，来自块10的信号11被整流。
最后，装置1包括第一数字处理装置40，其输入被操作连接到所述用于检测电流符号的装置20和电流整流装置30，第一数字处理装置40在其输出以预定周期提供一个带符号的值41，所述带符号的值41表示接地故障并通过一数字处理操作而被获得，对于每一极，所述数字处理操作包括所述二级信号21和与所述极中的流通电流成比例的相应整流信号31的相乘。
因此，采用相对简单、远非昂贵的元件以及执行并非复杂的数字处理操作从而获得表示接地故障的信号41是可能的。
在图2所示的本发明中电子跳闸装置的一优选实施例中，用于检测和计算的装置1包括检测振幅的装置60，其输入被操作连接到电流整流装置30，其在输出提供一个与所述传感器装置所检测的电流信号成比例的电压信号61。也就是说，来自块30的整流信号31被转换成保持与电流信号11的初级电流成比例特性的电压信号。
再一次参照图2，用于检测和计算的装置1也包括第二数字处理装置50，其输入被操作连接到第一数字处理装置40，第二数字处理装置50执行表示接地故障的带符号的值41的数字处理操作，用于再现所述接地故障电流的有效值RSM。在所述电流有效值RSM的基础上，第二数字处理装置50根据预置跳闸曲线产生一跳闸信号51。所述跳闸信号51被发送到电路断路器的控制部件，该控制部件执行相关电路断路器的触点的断开。
根据一特别优选的实施例，本发明中电子跳闸装置包括采样装置70，其输入被操作连接到用于检测振幅的装置60。通过以预定周期将与每一极中的电流成比例的整流信号71发送到所述第一数字处理装置40，装置70能够同步采样所有的相位。对与所有相位和如果存在的中性点相应的所有信号进行同步采样，使得具有一个用于允许由所述第一数字处理装置40更准确地执行数字处理的即时图象成为可能，正如下面所详细描述的。
参照图3，对于一个带有中性点的三极系统，与每一极F1，F2，F3，FN中的电流成比例的整流信号71由块70发送到第一数字处理装置40。所述第一数字处理装置40也收到来自块20的、表示每个所述极中的流通电流符号的相应信号21。对于每一极，每一个所述信号71被相应信号21(块401)相乘，以获得与所述每个极内的流通电流成比例的带符号的值402。
方便的是，通过执行二进制补码运算并且将一位专门用于获得带符号的数的方式，获得所述与每个极内的电流成比例的带符号的值402。
第一数字处理装置40还包括装置403，其用于获得与每个极内电流成比例的所述带符号的值402的代数和。通过上述操作，用于获得代数和的装置403提供一个表示接地故障的带符号的值41。从所述信号41，接地故障电流的有效值RSM的计算在块50中被执行。有效值RSM被用于确定是否预置的阈值已被超过，并且根据预置跳闸曲线启动或停止随后的计时。
清楚的是，根据本发明，从前面的描述中，用于低压电路断路器尤其是用于低压多极自动电路断路器的电子跳闸装置与已知技术相比在性能方面以及造价方面都呈现出相当大的优势。
如此设计的电子跳闸装置可以进行许多落在本发明理念的范围内的修改和变化。再者，所有环节可以由其他在技术上等效的元件所替换。实际上，根据需求和技术的状态，材料以及尺寸可以是任何的。
Claims (8)
1.一种用于低压电路断路器尤其是用于低压多极自动电路断路器的电子跳闸装置，包括，用于检测和计算接地故障电流并与所述电路断路器的跳闸装置操作地连接的装置，所述电子跳闸装置的特征在于，所述用于检测和计算的装置包括：
电流传感器装置，对于每个极，其提供一个与其中流通的电流成比例的信号；
用于检测电流符号的装置，其输入被操作地连接到所述电流传感器装置，对于每一极，其在输出提供一个表示所述极中的电流符号的二级信号；
电流整流装置，其输入被操作地连接到所述电流传感器装置，对于每一极，其在输出提供一个与所述极中流通的电流成比例的整流信号；和
第一数字处理装置，其输入被操作地连接到所述用于检测电流符号的装置和所述整流装置，所述第一处理装置在其输出通过一数字处理操作以预定周期提供一个表示接地故障的带符号的值，对于每一极，所述数字处理操作包括使所述二级信号和与所述极中流通的电流成比例的相应整流信号相乘。
2.如权利要求1所述的电子跳闸装置，其特征在于，包括用于检测振幅的装置，其输入被操作地连接到所述整流装置，其在输出提供一个与所述传感器装置所检测的电流信号成比例的电压信号。
3.如权利要求1或2所述的电子跳闸装置，其特征在于，包括第二数字处理装置，其输入被操作地连接到所述第一数字处理装置，所述第二数字处理装置执行一个有关表示接地故障的带符号的所述值的数字处理操作，用于再现所述接地故障电流的有效值RSM。
4.如权利要求3所述的电子跳闸装置，其特征在于，根据所述电流的有效值RSM，按照预置的跳闸曲线，所述第二数字处理装置产生一个跳闸信号。
5.如前述一个或多个权利要求所述的电子跳闸装置，其特征在于，包括采样装置，其输入被操作地连接到所述用于检测振幅的装置，其通过以预定周期将与每一极中的电流成比例的整流信号发送到所述第一数字处理装置，使得能够进行所有相的同步采样。
6.如权利要求5所述的电子跳闸装置，其特征在于，与每一极中的电流成比例的所述整流信号与表示每一极中的电流符号的相应二级信号相乘，以获得与每一极中的流通电流成比例的带符号的值。
7.如权利要求6所述的电子跳闸装置，其特征在于，通过执行二进制补码运算并且将一位专门用于获得带符号的数的方式，获得与每个极中的流通电流成比例的所述带符号的值。
8.如权利要求6或7所述的电子跳闸装置，其特征在于，所述第一数字处理装置包括用于获得与每个极内电流成比例的所述带符号值的代数和的装置，所述用于获得代数和的装置提供一个表示接地故障的带符号的值。
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