專利名稱:帶有觸頭損耗指示器的電路斷路器的固體電路跳閘裝置的制作方法
本發(fā)明涉及帶有可分離觸頭的電路斷路器用的一種數(shù)字式固體電路跳閘裝置。
電路斷路器的工作滿意程度取決于觸頭的損耗情況，不良的觸頭會(huì)因焦耳效應(yīng)造成過熱并損壞斷路器。斷路器通常包括一個(gè)絕緣外殼，特別是模鑄外殼，它使斷路器更具可靠性，但此外殼妨礙了用戶對(duì)電路斷路器的觸頭情況經(jīng)常進(jìn)行目測(cè)檢查。在大容量低壓敞開式斷路器中，經(jīng)常要進(jìn)行這種檢查，這是為了及時(shí)拆卸和更換已損耗觸頭。重要的是及時(shí)檢測(cè)出觸頭損耗情況以避免整個(gè)開關(guān)設(shè)備的破壞，另外，這種檢查要容易進(jìn)行，特別是要避免拆卸各部件。
斷路器一般裝有一個(gè)計(jì)數(shù)器來指示操作次數(shù)，從而指示出裝置的機(jī)械損壞程度，但是，當(dāng)斷開一次短路故障引起的觸頭磨損比簡單地?cái)嚅_額定值電流造成的磨損更厲害時(shí)，就無法由這種指示方法知道觸頭的損耗情況。
從而，提出通過考慮被斷電流值來檢查開關(guān)裝置的情況。
在一種流行的裝置中，與開關(guān)裝置觸頭鎖連著的一個(gè)機(jī)械式觸點(diǎn)送出一個(gè)讓存儲(chǔ)器“讀”的信號(hào)，該存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)輸入端與一個(gè)電流測(cè)量裝置相連，存儲(chǔ)器的輸出提供出一個(gè)與“讀”時(shí)測(cè)得的電流值相當(dāng)?shù)膿p耗值，把存儲(chǔ)器中讀得的多次損耗值加起來，就提供出一個(gè)代表觸頭損耗度的值。假如此類裝置和斷路器聯(lián)合使用，則在跳閘指令發(fā)往斷路器的瞬時(shí)與觸頭打開瞬時(shí)之間可能有不可忽略的時(shí)滯，顯然，這時(shí)存儲(chǔ)器在“讀”時(shí)測(cè)到的電流值與峰值電流值并不相當(dāng)。
此外，已知一種裝置，該裝置根據(jù)斷開期間的電流值i和斷開次數(shù)n由微處理機(jī)(以下簡稱微機(jī))按積分式i·n·dt計(jì)算出代表觸頭損耗程度的數(shù)值，并在此值大于預(yù)置閾值時(shí)使斷路器跳閘。
本發(fā)明的目的是考慮到斷路期間的最大電流值，在不拆開斷路器的情況下指示出斷路器的觸頭損耗程度。
本發(fā)明的跳閘裝置包括一個(gè)產(chǎn)生模擬信號(hào)的檢測(cè)電路，該模擬信號(hào)與斷路器所保護(hù)的導(dǎo)體內(nèi)流過的電流值成正比;
一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，它有一個(gè)接收所述模擬信號(hào)的輸入端和發(fā)送相應(yīng)取樣數(shù)字信號(hào)的輸出端;
一個(gè)以微機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字處理單元，數(shù)字信號(hào)加于該單元以執(zhí)行長延遲跳閘功能、和/或短延遲跳閘功能，并且當(dāng)超過了預(yù)置的閾值時(shí)，該單元就產(chǎn)生一個(gè)斷路器跳閘指令，所述指令是根據(jù)信號(hào)值而延遲的時(shí)間，該數(shù)字處理單元包括檢測(cè)斷路器每執(zhí)行一次斷路時(shí)被斷電流最大值的檢測(cè)器、根據(jù)所述的最大電流值和由于斷開所述電流所產(chǎn)生的觸頭損耗情況，在每次斷路時(shí)產(chǎn)生出一個(gè)損耗值的裝置、用于作相加操作和把所述損耗值存于存儲(chǔ)器內(nèi)的裝置、以及把所述存儲(chǔ)器中所存的損耗值顯示出來的顯示裝置，該顯示裝置提供了所述觸頭損耗程度的指示器;
由上述跳閘指令激勵(lì)的斷路跳閘裝置。
在固體電路跳閘裝置的情況下，跳閘裝置取出每次斷路時(shí)被斷電流的峰值是方便的。此時(shí)，損耗指示特別簡單。微機(jī)可對(duì)照內(nèi)存于存儲(chǔ)器中的一條損耗曲線得出相應(yīng)的觸頭損耗值。為了弄清楚觸頭的總的狀況，只須把這些損耗值加起來。觸頭狀況可持久地或最好按要求顯示，也可在遠(yuǎn)距離點(diǎn)顯示出來。當(dāng)損耗程度超過了預(yù)置閾值，微機(jī)本身便利地檢測(cè)出逾越了預(yù)置閾值時(shí)，通過斷路器的跳閘，警告或自保護(hù)裝置就可動(dòng)作。除了被斷峰值電流以外的其他因素，諸如觸頭材料的質(zhì)量;觸頭分離速度和電弧的移走速度都對(duì)觸頭損耗有影響，因此損耗指示并非絕對(duì)準(zhǔn)確的測(cè)量。然而盡管如此，該準(zhǔn)確度還是足以能置定一個(gè)中意的閾值，低于該閾值時(shí)，觸頭決不會(huì)損耗掉，當(dāng)達(dá)到該閾值時(shí)，就要求檢查了，例如目測(cè)檢查，并且用戶可決定是更換已磨損的觸頭，還是在觸頭只是局部磨損時(shí)，把閾值提高到與觸頭狀況有關(guān)的某個(gè)值而繼續(xù)使用該斷路器。閾值的評(píng)價(jià)要有一定的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)然還需要更仔細(xì)的不斷的監(jiān)視。
本發(fā)明的損耗指示器有采用數(shù)字式固體電路跳閘裝置部件的優(yōu)點(diǎn)，微機(jī)容量足以處理這種附加的功能。當(dāng)跳閘裝置是定做的，特別是當(dāng)設(shè)置跳閘裝置的其他值和閾值時(shí)，取決于斷路器類型的損耗曲線可容易地被存入存儲(chǔ)器內(nèi)。損耗曲線是與被斷的最大電流有關(guān)的函數(shù)，并且由于允許隨意的變化，微機(jī)處理是相當(dāng)簡單的，該近似法與所要求的準(zhǔn)確度是完全一致的。
在一個(gè)最佳實(shí)例中，損耗曲線是一條階梯形曲線，該曲線能把單獨(dú)現(xiàn)象全部考慮進(jìn)去且使曲線容易變更。
對(duì)僅作為非約束性的、由附圖表示的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案作以下的描述，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特色就更明顯了。其中圖1是本發(fā)明的跳閘裝置的方框圖;
圖2是可能的操作次數(shù)N隨被斷電流密度I的變化曲線;
圖3是保養(yǎng)功能操作流程圖。
在圖1中，帶有給負(fù)載(未示出)饋電的三根導(dǎo)線R、S、T的配電系統(tǒng)包括一個(gè)能斷開電路使之處于開路位置的斷路器10。斷路器10的操作機(jī)構(gòu)12受一個(gè)極化繼電器14控制，若發(fā)生過載或短路時(shí)，極化繼電器就使斷路器跳閘。一個(gè)與斷路器10的主觸頭鎖連動(dòng)作的輔助觸點(diǎn)16指示出這些主觸頭的位置。每根導(dǎo)線R、S、T都有一個(gè)與其相偶連的變流器18，該變流器發(fā)送一個(gè)與相偶連導(dǎo)線中流過的電流成正比的信號(hào)，該信號(hào)加到一個(gè)全波整流電橋20上。三個(gè)整流電橋20的輸出端相串聯(lián)地連在一個(gè)包括電阻22，齊納二極管24和二極管26的電路中，從而在電阻22的兩端提供一個(gè)與導(dǎo)線R、S、T流過的電流最大值成正比的電壓信號(hào)，并在二極管24的兩端提供一個(gè)饋給電子線路的電壓。電壓信號(hào)加到放大器28的輸入端，其輸出端連往一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器30，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器30的輸出連往微機(jī)32的輸入/輸出端1。除了與極化繼電器相連的輸出端2外，微機(jī)32還包含有輸入端3，接收來自時(shí)鐘34的信號(hào);輸入端4，連往鍵盤36;輸入端6，連往ROM只讀存儲(chǔ)器38;輸入/輸出端5，連往NOVRAM非易失隨機(jī)存取存儲(chǔ)器40;輸出端7，連往顯示裝置42;以及輸入端8，連往輔助觸點(diǎn)16。
圖1的跳閘裝置執(zhí)行保護(hù)功能，在過載時(shí)和當(dāng)導(dǎo)線R、S、T電路中發(fā)生故障時(shí)，分別完成長延時(shí)跳閘和/或短延時(shí)跳閘。詳細(xì)敘述該保護(hù)功能是無意義的，在美國專利申請(qǐng)827，438(優(yōu)先權(quán)為1985年2月25日的法國專利申請(qǐng)№8，503，159)中該保護(hù)功能已有陳述。代表導(dǎo)線R、S、T中電流最大值的數(shù)字信號(hào)加于微機(jī)32的輸入端1，并與內(nèi)存于存儲(chǔ)器中的閾值相比較以檢測(cè)出這些閾值是否被超過，從而產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)或瞬時(shí)跳閘指令，該指令輸往極化繼電器14，引起斷路器10斷開。當(dāng)然跳閘裝置可以執(zhí)行其他的功能，特別是接地保護(hù)或瞬時(shí)跳閘。
本發(fā)明可用在任何類型以微機(jī)為基礎(chǔ)的固體電路跳閘裝置中，同時(shí)也決不受限于下文所述的此類跳閘裝置。作為一個(gè)非限制性的例子，電流檢測(cè)裝置可以由提供代表電流微分di/dt模擬信號(hào)的電流傳感器來組成。傳感器的輸出連到積分電路，積分電路的輸出信號(hào)通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸往微機(jī)。
按本發(fā)明，跳閘裝置執(zhí)行保養(yǎng)功能是通過產(chǎn)生和顯示代表觸頭損耗度的值來進(jìn)行的。計(jì)算和試驗(yàn)表明，每次斷路器斷開，觸頭就有損耗，被斷電流值愈高，損耗就愈大。作為一個(gè)例子，圖2所示曲線表明隨被斷電流最大值而變的斷路器可斷開的次數(shù)N。很自然，該曲線僅適用于某種類型的斷路器，還可看出，斷開的電流大于64000安培，只要兩次斷開，觸頭就全部損壞。反之，若被斷電流很小，例如在250-500安培之間，則在4000次斷開操作后，觸頭才發(fā)生損壞?？紤]到圖2用的是對(duì)數(shù)刻度，可以看出曲線代表一指數(shù)函數(shù)曲線，符合關(guān)系式N ×Ik3=K1]]>，K2和K1是斷路器類型所表征的常數(shù)。此曲線自然是一條連續(xù)曲線，但用圖2的階梯形式表示法，微機(jī)處理就容易。假如一個(gè)給定坪值(相當(dāng)于曲線的平直部份)對(duì)應(yīng)的電流值是其緊鄰的后一坪值對(duì)應(yīng)的電流值的兩倍(正如圖2所示曲線那樣)，則微機(jī)處理就更容易了。加之，利用實(shí)驗(yàn)畫出的階梯形曲線，就能容易地對(duì)某一電流值可能發(fā)生的全部異?，F(xiàn)象加以考慮。因此，假如需要的話，可容易地在給定點(diǎn)處變更對(duì)應(yīng)表，并使曲線適合于不同類型的開關(guān)設(shè)備。每斷開一次斷路器，相應(yīng)有一定的觸頭損耗，該損耗值與被斷電流最大值有關(guān)。把每次斷路器斷開對(duì)應(yīng)的損耗值(例如用值100/N來表示)加在一起，在當(dāng)損耗值達(dá)到數(shù)100時(shí)，則整個(gè)觸頭就損壞了。為了了解觸頭的狀況，每次斷路器斷開，僅須測(cè)量被斷電流最大值，再用圖2所示的函數(shù)來定出相應(yīng)的觸頭損耗值。在微機(jī)產(chǎn)生跳閘指令到受斷路器監(jiān)視的線路有效地?cái)嚅_的這段時(shí)間內(nèi)，微機(jī)通過比較加于其上的逐次電流值，就確定出哪個(gè)值是電流達(dá)到的最大值。通過簡單地把這些損耗值相加在一起，就可隨時(shí)知道因執(zhí)行操作造成的觸頭損耗程度。上述數(shù)字式固體電路跳閘裝置中，通常來說，微機(jī)容量是綽綽有余的。另外，最好把發(fā)生斷開動(dòng)作時(shí)電流達(dá)到的最大值顯示出來，從而把發(fā)生跳閘時(shí)達(dá)到的峰值指示提供給用戶。被斷電流最大值I與損耗值100/N間的對(duì)應(yīng)關(guān)系編入與微機(jī)32輸入端6相連的ROM存儲(chǔ)器38中。逐次的電流坪值間比值均為2∶1時(shí)，對(duì)應(yīng)關(guān)系表可以簡化，只須把逐次的損耗值存入ROM存儲(chǔ)器38中。把逐次的損耗值加起來，并存入NOVRAM存儲(chǔ)器40中，當(dāng)按下鍵盤36上的保養(yǎng)鈕44時(shí)，該存儲(chǔ)值可在顯示器上顯示出來。
圖3所示的流程圖說明了本發(fā)明的保養(yǎng)功能。在斷路器自動(dòng)跳閘情況下，微機(jī)產(chǎn)生的跳閘指令去觸發(fā)一個(gè)包含測(cè)量被斷電流最大值I的子程序，此值是在微機(jī)的輸入端1處由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器30提供的。假如由人工切斷或搬動(dòng)手柄或肘節(jié)來使斷路器斷開，則輔助觸點(diǎn)16合上并送信號(hào)至微機(jī)32輸入端8上。這種斷路器斷開信號(hào)也能觸發(fā)“測(cè)量被斷電流最大值”子程序。自然，當(dāng)微機(jī)自動(dòng)命令跳閘時(shí)，輔助觸點(diǎn)16也會(huì)送信號(hào)至輸入端8，但在這種情況下，一旦跳閘指令發(fā)出，開始測(cè)量被斷電流最大值的微機(jī)不會(huì)理會(huì)這個(gè)信號(hào)。事實(shí)上，由微機(jī)發(fā)出跳閘指令至斷開的最大持續(xù)時(shí)間是已知的，“測(cè)量被斷電流最大值”子程序考慮了在相當(dāng)于此最大持續(xù)時(shí)間的預(yù)置時(shí)間內(nèi)，加于微機(jī)的所有的電流值(在自動(dòng)斷開情況下，最大持續(xù)時(shí)間是從發(fā)出跳閘指令時(shí)算起;在人工斷開情況下，最大持續(xù)時(shí)間是從微機(jī)在其輸入端8上接收到信號(hào)時(shí)算起)。
微機(jī)32從ROM存儲(chǔ)器38中獲得與最大I值相應(yīng)的損耗值，并把此損耗值和NOVRAM存儲(chǔ)器40的內(nèi)容相加。斷路器10每次斷路，就執(zhí)行此程序，并且，相應(yīng)的損耗值在NOVRAM存儲(chǔ)器40中相加。按下鍵盤36上的按鈕44，NOVRAM存儲(chǔ)器40的內(nèi)容就顯示出來。按鈕44觸發(fā)“請(qǐng)求NOVRAM存儲(chǔ)器40的內(nèi)容”及“把這些內(nèi)容顯示于顯示設(shè)備42上”的一個(gè)周期。顯示當(dāng)然可以是持久的，但是這樣的顯示沒有什么意義，檢查只是周期性地執(zhí)行，特別是在跳閘和嚴(yán)重的短路電流斷開以后。只要顯示的損耗值小于給定的閾值(如上述例子中，取閾值為100)，就可向用戶保證斷路器在滿意地工作，觸頭沒被完全損耗。一旦達(dá)到了閾值就必須檢查觸頭的狀況，檢查可以由用戶本身或由維修專業(yè)人員用目測(cè)來檢查觸頭或用任何別的工具來進(jìn)行，他們可以獲得觸頭損耗的證實(shí)，或者查明達(dá)到的損耗程度還不影響斷路器的滿意工作。此種誤差來自影響觸頭損耗的外部條件，此外部條件利用微機(jī)是很難計(jì)算的。更徹底地研究觸頭損耗的因素可使該誤差減少但卻損害了裝置的簡易性。本發(fā)明的損耗指示器的主要意義是使用戶擺脫要在相當(dāng)長的周期內(nèi)全部監(jiān)視而結(jié)束又不準(zhǔn)確的約束。只須在該周期未尾做檢查，并且，假如用戶決定更換觸頭，那未他就要在必作另一次檢查之前安排有同樣持續(xù)期的另一個(gè)周期。顯示設(shè)備42基本上可具有與其相聯(lián)的或合并于其中的一個(gè)報(bào)警裝置，以指示出已達(dá)到預(yù)置的閾值，從而通知用戶必須做檢查了。報(bào)警信號(hào)也可使斷路器10斷開，并帶有斷開原因的一種可能的指示。
被斷電流和觸頭損耗之間的相關(guān)值當(dāng)然取決于斷路器的型式，可以把這些不同的數(shù)值存在不同的ROM存儲(chǔ)器38中，當(dāng)跳閘裝置安裝在相應(yīng)的斷路器上時(shí)，適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)器就和跳閘裝置結(jié)合使用。微機(jī)32編程時(shí)可以把這些數(shù)值打入。人工操作斷路器10斷開時(shí)，額定電流會(huì)使觸頭損耗減少，在一種簡單的設(shè)備中，這種損耗不必考慮。輔助觸點(diǎn)16此時(shí)可以省掉，微機(jī)32具有可利用的斷路器10跳閘信息，微機(jī)本身把跳閘信息傳送到極化繼電器14。觸頭損耗值和被斷電流之間的關(guān)系也可通過供給微機(jī)32的一個(gè)數(shù)學(xué)關(guān)系式來解釋，微機(jī)因此能直接算出損耗值。很顯然，假如用任何適宜的設(shè)備把被斷電流最大值直接提供給微機(jī)32，或者假如產(chǎn)生代表流過導(dǎo)線R、S、T的電流值的信號(hào)的電路屬于不同類型的話，該斷路器也是離不開本發(fā)明的范圍的。假如單板機(jī)的處理能力無效的話，也可用不同的微機(jī)來處理事故跳閘功能和保養(yǎng)功能。
權(quán)利要求
1.一種帶可分離式觸頭的電路斷路器用的數(shù)字式固體電路跳閘裝置，它包括一個(gè)產(chǎn)生模擬信號(hào)的檢測(cè)電路，該模擬信號(hào)與斷路器所保護(hù)的導(dǎo)線中流過的電流成正比；一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，它有一個(gè)接收上述模擬信號(hào)的輸入端和一個(gè)發(fā)送相應(yīng)取樣數(shù)字信號(hào)的輸出端；一個(gè)以微機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字處理單元，數(shù)字信號(hào)加于其上以執(zhí)行一個(gè)長延遲跳閘功能和/或一個(gè)短延遲跳閘功能，當(dāng)超過了預(yù)置閾值時(shí)，該數(shù)據(jù)處理單元產(chǎn)生一個(gè)斷路器跳閘指令，上述指令是根據(jù)信號(hào)值而延遲的時(shí)間，該數(shù)字處理單元包括檢測(cè)斷路器每執(zhí)行一次斷路時(shí)被斷電流最大值的檢測(cè)器、在每次斷開時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)損耗值的裝置(該損耗值與上述電流最大值和由于斷開上述電流而產(chǎn)生的觸頭損耗情況有關(guān))、將上述損耗值相加和存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器內(nèi)的裝置、以及顯示上述存儲(chǔ)器中內(nèi)存的損耗值以提供對(duì)上述觸頭損耗程度的指示的裝置；一個(gè)由上述跳閘指令激勵(lì)的斷路器跳閘裝置。
2.按照權(quán)利要求
1的固體電路跳閘裝置，其中，與被斷電流最大值有關(guān)、代表損耗值的曲線是一條階梯形曲線。
3.按照權(quán)利要求
1的固體電路跳閘裝置，其中，在斷路器的跳閘指令產(chǎn)生及觸頭有效斷開的這段時(shí)間內(nèi)，微機(jī)對(duì)加于其上的逐次的上述數(shù)字信號(hào)值進(jìn)行比較，從而檢測(cè)出被斷電流最大值。
4.按照權(quán)利要求
3的固體電路跳閘裝置，其中，上述產(chǎn)生損耗值的裝置以及相加及儲(chǔ)存裝置是包括于微機(jī)中的，微機(jī)含有一個(gè)NOVRAM非易失隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，斷路器每執(zhí)行一次斷開，NOVRAM存儲(chǔ)器增存一次上述的相應(yīng)損耗值。
5.按照權(quán)利要求
1的固體電路跳閘裝置，其中，包括一個(gè)斷路器觸頭斷開檢測(cè)器，在人工斷開斷路器的情況下，檢測(cè)器使微機(jī)中斷，在中斷期間產(chǎn)生出相應(yīng)的損耗值，并把相應(yīng)的損耗值在NOVRAM存儲(chǔ)器中相加。
6.按照權(quán)利要求
1的固體電路跳閘裝置，其中包括一個(gè)上述微機(jī)的請(qǐng)求命令，以請(qǐng)求和顯示出存在NOVRAM存儲(chǔ)器中的損耗值。
7.按照權(quán)利要求
1的固體電路跳閘裝置，其中包括一個(gè)指示和/或報(bào)警裝置，當(dāng)所存的損耗值超過預(yù)置閾值時(shí)，它們就動(dòng)作起來。
8.按照權(quán)利要求
1的固體電路跳閘裝置，其中，設(shè)置上述指示裝置以引起斷路器的跳閘。
專利摘要
電路斷路器的數(shù)字式固體電路跳閘裝置，它裝有能指示出這些觸頭損耗程度的電氣觸頭損耗指示器。每執(zhí)行一次斷路器斷開，微處理機(jī)確定出一個(gè)觸頭損耗值，該損耗值隨著被斷電流的最大值而變化。與被斷電流相應(yīng)的該損耗值存入ROM存儲(chǔ)器中，而逐次損耗值在NOVRAM存儲(chǔ)器中相加，它的含量代表觸頭損耗的程度。這些含量可以顯示出來，指示出用戶必需檢測(cè)的觸頭狀況。
文檔編號(hào)H02H3/08GK87105402SQ87105402
公開日1988年2月17日 申請(qǐng)日期1987年8月7日
發(fā)明者溫森特·科爾科勒斯, 魯克·威納克特 申請(qǐng)人:默林·格倫導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan