CN87100112A

CN87100112A - 带试验电路的电力断路器固态跳闸设备

Info

Publication number: CN87100112A
Application number: CN87100112.8A
Authority: CN
Inventors: 迪迪尔·弗拉西; 保罗·特里波迪; 帕斯卡尔·杜当
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1986-01-10
Filing date: 1987-01-09
Publication date: 1987-08-05
Also published as: JPS62166725A; EP0235479B1; JP2608058B2; DE3688838T2; DE3688838D1; CA1258489A; IN169295B; EP0235479A1; CN1007306B; US4761704A

Abstract

本发明涉及一种带试验电路的固态跳闸设备，能模拟多极电力断路器的操作。试验电路包括一对辅助端子，由连接电路将它们连至一个桥式整流器单元的输入端，其输出端和与电流互感器联系的另外两个整流器单元各输出端并联。第一电阻送出正比于电源最大电流强度的第一信号。单向导电装置与残余对地漏电流鉴别器的第二测量电阻配合。通过简单地改变试验端子的极性来颠倒试验电路中试验电流的方向，能分别检查电子跳闸设备的过电流保护和对地漏电保护。

Description

本发明涉及一种固态跳闸设备，该设备用于具有一个可分离触头系统的操作机构的多极电力断路器，它包括：

每极各有一个电流传感器的一种测量设备，此种测量设备用于检测流过交流系统的每条有源导线电流的强度;整流装置，它与上述传感器电路相连，以送出正比于系统中最大电流强度的第一整流控制信号。

上述第一控制信号的第一电子处理电路，它至少包括一个延时或瞬时跳闸电路;当上述信号超过一个预定值时，该电路能将带延时或不带延时的跳闸指令送到一个固态开关设备。

一个由上述开关设备控制並对机构起作用的跳闸线圈电磁铁，在发出跳闸指令之后，去打开可分离触头系统。

一个具有辅助端子的试验电路，可以与用于施加一个模拟的故障电流的故障模拟器相连，去检查固态跳闸设备的工作状态。

在一个带电子电路断路器中采用试验电路，在技术上是众所周知的;施加一个模拟的故障电流就能检验跳闸设备动作情况，该模拟的故障电流是对过负荷电流或短路电流进行模拟。此电流的强度通常比长延时或短延时跳闸电路的跳闸定值大。当断路器与电源断开，给电子跳闸设备供电，並将故障模拟器接到试验端子施加模拟的故障电流时，即可进行第一种试验。试验后，断路器触头马上打开，通知运行人员电子跳闸设备处于正常工作状态。

第二种试验可在断路器接通被监测的电源时进行。美国第3924160号专利涉及一种三相断路器的试验电路，它能将直流试验电流並联加到一个二极管上，该二极管的阳极连接到与其中一个电流互感器相连的整流桥的正输出端。三个整流桥相串联，电子处理电路对最大电流敏感。

如果由电流互感器送出的相电流强度比试验电流大，试验电路二极管直接被极化，处理电路只接收相电流。

如果试验电流比相电流大，则试验电路二极管截止，处理电路仅响应于试验电流。

这种试验电路能使处理电路适应于最大的电流，所以试验不受相电流强度影响。试验端子短路不会妨碍跳闸设备的工作。此设备可能发生的问题在于试验端子的极性。实际应用时，二极管的阳极绝对要连到模拟器的负极，其阴极要连到模拟器的正极。接错模拟器会造成极性颠倒，而毁坏二极管和电子处理电路。

美国第4060844号专利涉及用于三相断路器的一种固态跳闸设备，它包括带有与两个並联整流桥相配合的电流互感器的测量电路。一个二极管试验电路並联到整流桥的直流侧，试验二极管阳极连到模拟器正极，其阴极连到整流桥的正输出端。整流桥的负输出端连到模拟器的负极。这种跳闸设备对试验端子的短路是不敏感的，但仍存在因上述缺点带来的极性问题。

本发明的目的是改善构成固态跳闸设备的试验电路的可靠性和安全性，不受电源结构之限。

根据一个较佳实施例，本发明的跳闸设备具有一个内部连接电路，该电路将试验电路的辅助端子和具有一个二极管整流桥的整流单元的输入端之间连接起来，该整流器单元的输出端和其他整流器单元桥路（与电流传感器相连）的各输出端並联。

整流桥单元的二极管被分成多个相同的组，每一组在电路上都並联在测量设备的正输出端和负输出端之间，且都包括一对串联的二极管，它们的中点分别连到电流互感器的次级绕组的一端，连到试验电路的第一辅助端子和试验电路的第二辅助端子上。

可以注意到，与模拟器相连的试验电路起着连接整流器单元交流侧的电流发生器的作用。这样的一种组合体现出如下优点：

除了跳闸设备电子处理电路外，试验电路能检查与试验端子相联系的整流器单元的二极管工作状态。

断路器运行时，跳闸设备对试验端子有意无意的短路並不敏感。

试验不受试验电流性质所限，可以是直流或任何频率的交流电流。

在试验电流为直流情况下，试验无极性要求，允许试验端子颠倒极性。

断路器运行时，试验与电源结构（平衡或不平衡）无关。在这种情况下，试验电流总是补充电流互感器的整流电流。

试验电路的第一端子接到电流互感器次级绕组的互连公共导线上，十分有利。

测量设备的正输出端，一方面接到固定值或按额定值调节的第一测量电阻上;另一方面接到两个二极管的阴极上，两个二极管的阳极靠连接电路分别连到试验电路的第一端子和第二端子上，试验电路的第二端子连到整流器单元的交流侧。

根据一个适用于一种对地漏电断路器的替代实施例，跳闸设备另包括一个残余对地漏电流鉴别器，它接在试验电路的第一端和测量设备二极管整流桥的输入端之间，该整流桥的另一输入端与试验电路的第二端子相连。单向导电装置与上述鉴别器DDR这样配合：颠倒试验电路中的试验电流方向，就能分别检验有关过电流保护和跳闸设备对地漏电保护的第一和第二信号的第一和第二电子处理电路工作状况。

利用一个有直流电源或整流电源的模拟器，在断路器处于接通位置或断开位置时进行试验。简单地改变试验电路第一和第二端子的极性，能使试验电流改变方向。经鉴别器零序电阻流过一定方向的试验电流，就能试验对地漏电保护。在相同的试验端子流过相反方向的试验电流就能试验过电流保护。

从本发明一个实施例的下述内容，将更清楚地体现出其优点和特点，仅举一例和相应附图，附图中：

图1示出一个装有本发明试验电路的三相带中性线断路器的电子跳闸设备简图。

图2示出图1中侧量设备的等效接线图。

图3是图2的另一个实施例，用于一个不带中性线的三相断路器跳闸设备。

图4表明一个没有中性线、没有进行试验的平衡三相电流系统的测量设备电流的时间图。

图5表示一个有中性线、没有进行试验的不平衡三相电源系统的测量设备电流的时间图。

图6相当于图4进行直流试验时的时间图。

图7相当于图5进行交流试验时的时间图。

图8示出一个装有本发明试验电路的三相带中性线的对地漏电断路器的电子跳闸设备简图。

图9表示进行过电流保护试验时图8中的测量设备。

图10类同图9，但表示进行对地漏电保护试验。

现在参考图1。一个多极（尤其四极）电力断路器10包括一个可分离触头系统12，该系统与一个三相带中性线交流系统的有源导线R、S、T、N分别相连。触头系统12的动触头由一个受电子跳闸设备控制的操作机构14驱动，该电子跳闸设备有一个电磁跳闸线圈18。当发生过负荷或短路时，跳闸线圈18被激励，並释放机构14，使触头系统12同时分离，断开断路器10。

电子跳闸设备16包括借助于监测每个有源导线R、S、T、N中的电流强度的电流互感器TI1、TI2、TI3和TIN进行测量或检测的设备20。每个电流互感器TI1、TI2、TI3、TIN的初级绕组由相应的有源导线R、S、T、N构成。在大截面情况下（汇流条），有源导线可以直穿过磁路（高额定功率）;对于金属线或金属条来说，则可将其在磁路上缠绕一匝或多匝（低额定功率）。电流互感器TI1、TI2、TI3、TIN的每个次级绕组的一端，与公共导线22电路连接。与R和S相导线连接的两个电流互感器TI1和TI2的其他端连到四个二极管（构成桥路）的第一个整流器单元PR1的两个交流输入端E1和E2上。另外的与T相和中性线N导线连接的电流互感器TI3和TIN，以同样方式连到具有四个二极管的桥路的第二个整流器单元PR2的两个交流输入端E3和E4上。检测设备20还包括一个试验电路23，该电路包括一对试验端子24、26，它能与一个在外部的用于输入模拟的故障电流的故障模拟器（未示出）相配合，去检验电子跳闸设备16动作情况。两个试验端子24、26靠一个内部连接电路28分别连到第三个整流器单元PR3的两个交流输入端E5和E6;端子24和输入端E5靠公共导线22互连。三个整流器单元PR1、PR2、PR3的桥路基本输出端电路上並联，使得检测设备20包括一个公共的正输出端30和一个公共的负输出端32。在正输出端和负输出之间串联测量电阻R和带参考电压Vcc的电源电路ALIM。

由检测设备20的正输出端30送出的电流信号i_max，通过具有一个固定值或按额定值调整的测量电阻R。测量电阻R两端的控制电压VR与电流信号i_max成正比，並加到将跳闸指令送到一个固态转换开关或受控开关的电子处理电路34上;特别是，一个可控硅36与电磁线圈18串联。

电子处理电路34包括一个具有长延时和短延时的第一跳闸电路和一个瞬时的第二跳闸电路，它们能在超过额定值后，延时或无延时送出上述跳闸指令。这种跳闸电路的一种模拟跳闸电路，已在由申请人提交的法国第2530089号专利中作了详细说明。显然，该发明对任何其它型式的处理电路，尤其是数字跳闸设备，都是适用的。

图2示出检测设备20的等效接线图，该设备涉及图1中的四极断路器10、由12个二极管VD1到VD12组成的三个桥路整流器单元PR1、PR2和PR3。12个二极管VD1到VD12分成A至F的六个组，它们並联在正输出端30和负输出端32上。从A至F的每一组都包括互相串联的两个二极管VD1、VD2，VD3、VD4，VD5、VD6，VD7、VD8，VD9、VD10，VD11、VD12;它们相应的中点E1至E6连到电流互感器TI1、TI2、TI3、TIN上，通过公共导线22连到试验端子24上，以及连到另一个试验端子26上。

按照图3，检测设备200是图2的另一种实施例，用于一个没有中性线的三相断路器。在这种情况下，足可以去掉D组的两个二极管VD7、VD8和电流互感器TIN，图中其余部分与图2中的那些部分相同。

当断路器10连到电源，而断路器触头12处于闭合位置时，装有本发明试验电路23的检测设备20、200的运行情况，在图4至7中示出。

图4表示由图3中检测设备200的电流互感器TI1、TI2、TI3分别送出的有相位差的交流电流i1、i2、i3的时间图。三相系统是平衡的，且没有试验电流经试验端子24、26输入。流经测量电阻R的整流电流i_max脉动小並代表相电流最大值，相当于基本电流i1、i2、i3的正半波之和。二极管VD11和VD12总是保持截止状态。

图5表示图2检测设备20没有不同的交流电流试验的时间图，用于一个带中线的不平衡三相系统。在这种情况下，二极管VD11和VD12总是不导通，而测量电阻R中的电流强度i_max，在一定瞬间都相应于基本电流i1、i2、i3和iN正半波电流强度之和。

图6相当于图4（平衡的三相频率为50赫系统）在直流试验情况下的时间图。当直流试验电流（i试验）从端子26向输入端E6（图3）方向流动时，二极管VD11和VD9是导通的，而二极管VD12和VD10是截止的。试验电流（i试验）加到流过测量电阻R的相电流上，电流i_max曲线位置比图4所示的曲线位置偏高。当直流试验电流（i试验）为从端子24向输入端E5（图3）的方向流动时，二极管VD10和VD12导通，而二极管VD9和VD11截止。试验电流仍加到流过电阻R的相电流上。

图7示出在图2的试验端子24、26加上一个200赫交流进行试验时，图5（带中线的不平衡的三相50赫系统）的时间图。测量电阻R中的电流i_max代表基本电流i1、i2、i3、iN正半波和交流试验电流（i试验）正半波之和。

断路器10接至交流电源时，随时都可以进行试验操作，试验电流（i试验）是对来自电流互感器TI1至TIN的整流电流的补充。利用外部模拟器施加的试验电流成为电流互感器的控制输入，並出现在第三整流器单元PR3（由VD9、VD10、VD11和VD12二极管桥路构成）的交流侧。此试验除了检验处理电路34外，还在交流侧检查检测设备20、200的工作状态。

当然，当断路器10与电源断开时，可以进行试验。在这种情况下，电流互感器TI1至TIN的基本交流电流i1、i2、i3、iN为零，仅有直流或整流的试验电流（i试验）通过测量电阻R。

试验检测设备20、200的整流与试验电流的性质无关。为了检验电子跳闸设备16的良好工作状态，事实上，故障模拟器可以加上直流电流或任意频率的交流电流。当进行交流试验时，直流电源的极性是无关紧要的;连接模拟器时，试验端子24、26的极性可以颠倒。

当断路器10接通电源时，电子跳闸设备16对试验端子24、26的偶然短路是不敏感的。

图8至10中的另一个实施例，系用于四极对地漏电断路器，与图1至3中的设备相同的那些部件，用相同的参考号表示。整流器设备PR的12个二极管（VD1至VD12）分成相同的六组（A、B、C、D、E、F），它们连在测量设备20的正输出端30和负输出端32之间。图1至3的电阻R变成第一测量电阻R1从电阻R1取得第一控制信号，该信号加到第一电子处理电路，该处理电路检测电源系统的过负荷和短路。

跳闸设备还包括一个装有第二测量电阻R2的残余对地漏电流鉴别器DDR，电阻R2的一端连到E组的二极管VD9和VD10的中点E5，而其对端连到一个辅助二极管VD13的阳极，二极管VD13的阴极连到公共导线22和试验接线端子24上。另一个二极管VD14反向地连在由电阻R2和二极管VD13组成的串联回路中。第二测量电阻R2的两端连到第二电子处理电路40上，处理电路40的输出S2控制触发可控硅36的触发电路。

可以注意到，可控硅36对两个电子处理电路34、40是共用的，控制电压VR1、VR2之一超过预定值时，可控硅36便激励跳闸线圈18。电压VR1即决定了过电流保护，而电压VR2决定了在绝缘发生故障时的对地漏电保护。

如果系统中不存在过电流，电压VR1的数值就不足以使处理电路34的跳闸电路LR、CR和INST之任一个动作，输出S1不起作用，可控硅36处于截止状态。

由电流互感器TI1至TIN送出的基本电流i1、i2、i3、iN的向量和是残余对地漏电流的镜象。如果系统中绝缘没有发生故障，此电流为零，第二电阻R2的两端电压VR2也为零。在系统的R、S、T、N有源导线和地之间发生绝缘故障就会产生一个残余电流或零序电流iH，它流过第二电阻R2和二极管VD13。当残余电流iH的强度达到予定的灵敏值（从20毫安到500毫安）时，电压VR2就达到第二处理电路40的对地漏电跳闸定值。在输出S2已发出让可控硅36触发指令后，即可以瞬时或延时切断对地漏电流。

利用试验电路23（断路器10的输入端17和输出端19为通路或断路）能够检验过电流保护不同的长延时LR、短延时CR以及瞬时INST跳闸的功能，以及绝缘故障保护对地漏电跳闸。在图9和图10中，断路器10与电源断开且模拟器连入试验端子24、26之后，即可进行试验操作。模拟器包括一个独立外壳，外壳内包括例如直流电源、控制按钮、发光二极管指示装置以及与电子跳闸设备16的试验端子24、26配合的输出电路（有两条不同极性的接线）。

图9表示用于过电流保护的试验电路34，模拟器的负极加在试验端子26上，而正极加在试验端子24上。图中表明了直流试验电流It的方向，该电流从端子24流经公共导线22、二极管VD14和VD10、第一测量电阻R1和二极管VD12构成的电路，並经过试验端子26输出。流过第一电阻R1的试验电流It能检验电子处理电路34的工作是否正确，尤其是不同长延时LR、短延时CR和瞬时INST跳闸。试验电流强度大于与断路器额定电流相应的镜象电流i_max，二极管VD13截止，能防止电流流过第二测量电阻R2，使没有电流源的鉴别器DDR闭锁。

图10中，变更试验端子24、26的极性，使试验电流It的输入方向相反，以检验有关零序保护的电路40的工作情况。试验端子26连到模拟器的正极，而试验端子24连到负极。经端子26施加试验电流It，该电流流经二极管VD11、第一电阻R1、二极管VD9、第二电阻R2和二极管VD13，並经试验端子24输出。二极管VD14截止，而流经第二测量电阻R2的试验电流It产生电压VR2，能检验对地漏电保护定值及电路40的延时。将试验电流It的强度在对地漏电跳闸电路的灵敏定值及相应于断路器额定电流的镜象电流i_max之间进行比较。由于电压VR1保持在比长延时LR跳闸电路的跳闸定值低的数值，就使流过第一测量电阻R1的试验电流对电路34无影响。

可以注意到，通过简单地改变模拟器的极性使试验电流反向，能用同一对端子24、26分别检验跳闸设备16的过电流保护和对地漏电保护。

按照一个替代的实施例，该模拟器包括一个非自整流电源。

当将断路器连到电源时，可以参考图9和图10对试验予以说明。本发明的试验电路23对不带中线的三相断路器的跳闸设备同样适用，不过必须得去掉电流互感器TIN和测量设备20的整流器VD7和VD8。

当然，与鉴别器DDR的第二测量电阻R2相联系的两个二极管VD13和VD14，可以由另一种单向导电装置代替，它能就过电流保护对电路34进行试验时，将通过第二电阻R2的试验电流闭锁。

Claims

1、一种用于具有一个可分离触头系统操作机构的多极电力断路器的固态跳闸装置，它包括：

每极各有一个电流传感器的一种测量设备，此种测量设备用于检测流过交流系统的每条有源导线电流的强度；整流装置，它与上述传感器电路相连，以送出正比于系统中最大电流强度的第一整流控制信号；

上述第一控制信号的第一电子处理电路，它至少包括一个延时或瞬时跳闸电路，当上述信号超过一个予定值时，该电路能将带延时或不带延时的跳闸指令送到一个固态开关设备；

一个由上述开关设备控制並对机构起作用的跳闸线圈电磁铁，在发出跳闸指令之后，去打开可分离触头系统；

一个具有辅助端子的试验电路，当断路器与系统的有源导线相连或断开时，该电路可以与一个用于施加模拟故障电流以检查固态跳闸设备工作的故障模拟器相连，其特征在于：一个内部连接电路提供了在试验电路辅助端子和具有一个二极管整流桥的整流器单元输入端之间的联系，整流器单元的输出端和与电流传感器相联系的其它整流器单元各输出端並联。

2、根据权利要求1的一种固态跳闸设备，每个电流传感器都包括一个具有次级测量绕组的电流互感器;该次级测量绕组供给一个基本交流电流，该电流构成在系统的有源导线中流动的电流强度的镜像;其中，整流桥单元的二极管被分成多个相同的组，各组都在电路上並联在测量设备的正输出端和负输出端之间，且每一组都包括一对串联的二极管，它们的中点分别连到电流互感器的次级绕组的一端，连到试验电路的第一辅助端子和试验电路的第二辅助端子上。

3、根据权利要求2的一种固态跳闸设备，其特征在于：电流互感器的次级绕组的另一端连到电路上与试验电路的第一端子相连的一个公共导线上，第一端子在电路上连到一个整流器单元的交流侧。

4、根据权利要求2或3中任何一个的一种固态跳闸设备，它用于一个保护带中性线的三相系统的四极断路器，其特征在于：与试验电路和电流互感器有联系的整流器单元包括十二个二极管，它们分成每组有两个串接二极管的六个组。

5、根据权利要求2或3之一个的一种固态跳闸设备，它用于一个保护不带中性线的三相系统的三极断路器，其特征在于：与试验电路和电流互感器有联系的整流器单元包括十个二极管，它们分成每组有两个串接二极管的五个组。

6、根据权利要求2至5之一个的一种固态跳闸设备，其特征在于：测量设备的正输出端一方面连到具有固定值或根据额定值可调的第一测量电阻上;另一方面连到两个二极管的阴极上，这两个二极管的阳极通过连接电路分别连到试验电路的第一端子和第二端子上。

7、根据权利要求1至6之一个的用于多极对地漏电断路器的一种固态跳闸设备，该设备另外具有第二零序信号的第二电子处理电路;该第二零序信号是在绝缘发生故障时由测量设备产生的，当残余对地漏电流超过予定值时会造成跳闸;其特征在于：一个残余对地漏电流鉴别器在电路上连接在试验电路的第一端子和测量设备的二极管整流桥输入端之间，上述桥路的另一个输入端连到试验电路的第二端子;单向导电装置与上述鉴别器这样配合：颠倒试验电路中的试验电流方向，就能分别检验有关过电流保护和跳闸设备对地漏电保护的第一和第二信号的第一和第二电子处理电路的工作状况;靠一个具有直流或整流电源的模拟器进行试验，在模拟器中，通过简单地改变试验电路的第一和第二端子的极性，可使试验电流反向。

8、根据权利要求7的一种固态跳闸装置，其特征在于：残余对地漏电流鉴别器包括一个第二测量电阻，电阻一端与二极管整流桥的上述输入端相连，而其相对端靠第一辅助二极管在电路上连到第一试验端子，第二辅助二极管反向接在由第二测量电阻和第一辅助二极管构成的串联电路中;以这样的方法，即当进行对地漏电保护试验时，将试验电流反向，使第一辅助二极管导通，且第二辅助二极管截止;反之，当进行过电流保护试验时，第二辅助二极管导通，且第一辅助二极管截止。

9、根据权利要求8的一种固态跳闸设备，其特征在于：从第二测量电阻两端取得第二零序信号。

10、根据权利要求7至9中之一的一种固态跳闸设备，其特征在于：每组成对的串接二极管的中点分别连到电流互感器次级绕组的一端，连到残余对地漏电流鉴别器和第二试验端子;而次级绕组的另一端连到与第一试验端子相连的公共导线上。