專利名稱:相位型保護(hù)器的制作方法
本實(shí)用新型提供一種相位型保護(hù)器，適用于中性點(diǎn)直接接地的380／220V低壓配電系統(tǒng)中作為人畜觸電保護(hù)，具有理想型的保護(hù)性能。
目前國(guó)內(nèi)外使用最為普遍的觸電保護(hù)器是電流型保護(hù)器和電流型脈沖式保護(hù)器。當(dāng)發(fā)生觸電時(shí)，觸電電流
與電網(wǎng)固有的合成漏電電流
進(jìn)行相位合成，產(chǎn)生合成電流
和相位角φ。這一合成過程把它寫成向量和的表達(dá)式就是
。如附圖(1)所示。這類保護(hù)器存在著這樣的問題不能排除漏電電流與觸電電流之間的相位合成影響。不能如實(shí)地反映觸電電流，觸電電流受相位合成影響而減小。在觸電動(dòng)作率方面，由于觸電發(fā)生在A相、B相、C相是隨機(jī)的，因此存在著″靈敏相″、″不靈敏相″和″死區(qū)″的差別，保護(hù)面較小。另外，這類保護(hù)器受漏電電流的影響較大，如在絕緣水平較差的地區(qū)，在霉雨季節(jié)，漏電電流均較大，致使保護(hù)器頻繁動(dòng)作而無法正常投運(yùn)。
本實(shí)用新型的目的提供的相位型保護(hù)器是一種具有理想型性能的觸電保護(hù)器。它具有完全不受漏電電流和觸電電流之間的相位合成影響，能準(zhǔn)確地檢測(cè)出觸電電流，并依據(jù)它的大小來動(dòng)作，所以不論觸電發(fā)生在哪一相，均有相同的動(dòng)作靈敏度，不存在″靈敏相″與″不靈敏相″問題，不存在″死區(qū)″，保護(hù)面為百分之百。本保護(hù)器投運(yùn)后，與電網(wǎng)固有的漏電電流無關(guān)，對(duì)漏電電流極為寬容，試驗(yàn)表明，當(dāng)電網(wǎng)固有的漏電電流達(dá)1安培左右，本保護(hù)器仍能投運(yùn)，對(duì)漏電電流的適應(yīng)能力較強(qiáng)。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的保護(hù)器由兩部分組成觸電電流取樣器和電子電路。觸電電流取樣器是保護(hù)器的核心。它的具體結(jié)構(gòu)是這樣的參閱附圖2。三相電源相線及零線穿過環(huán)形鐵芯1，構(gòu)成了取樣器的一次側(cè)。在環(huán)形鐵芯1上，設(shè)置二個(gè)電氣參數(shù)完全對(duì)稱的繞組2和3，在繞組2和3中分別串入數(shù)值相等的兩只阻抗匹配電阻R1、R2，在電阻R2的兩端并接一只小電容C，在R2的回路中串入一只小電感L，然后用導(dǎo)線將R1與R2的右端短接起來，取R1、R2的左端，輸出兩只阻抗匹配電阻的差值信號(hào)(即觸電電流信號(hào))，經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，該觸電信號(hào)與實(shí)際的觸電電流值二者完全相同。該取樣器為何能將這一瞬即逝的觸電信號(hào)如實(shí)地檢測(cè)出來呢？從向量和的表達(dá)式
可知，上述結(jié)線的電路已經(jīng)具備了二個(gè)向量(1)繞組2所在的回路，由于回路中不含任何儲(chǔ)能元件，所以R1上的電壓和相位可以瞬變，在觸電發(fā)生的一瞬間，它就能有觸電前系統(tǒng)固有的漏電電流向量
。突變成合成向量
。所以這一回路是瞬變回路。R1上的電勢(shì)就是合成向量
稱瞬變向量。(2)在繞組3所在的回路中，由于在阻抗匹配電阻R2兩端并接著一只小電容C，所以在觸電的一瞬間能維持觸電前的電壓值不變。同時(shí)，由于在阻抗匹配電阻R2的回路中串接著一只小電感L，所以在觸電的一瞬間，能維持觸電前的相位不變(相位變化實(shí)際上就是電流變化，它們之間的數(shù)量關(guān)系為△Iφ＝Sinφ·
。式中△Iφ為相位變化φ角時(shí)所對(duì)應(yīng)的電流突變量；φ為相位突變量；I′O為合成電流的幅值)。這樣由于在繞組3的回路中聯(lián)接著電壓儲(chǔ)能元件和電流儲(chǔ)能元件，因而具有電壓和相位兩方面的″記憶″作用，在觸電的一瞬間就能維持觸電前的相位和幅值不變。電阻R2兩端的電勢(shì)，就是觸電前向量
稱緩變向量。所以，上述結(jié)線實(shí)際上已獲得了觸電前系統(tǒng)固有的漏電電流向量
。和觸電后的合成向量
，由于電路的輸出是取該二向量的差，這差就是觸電電流向量。即
。這一原理稱為″向量合成過程的逆運(yùn)算″。
觸電電流取樣器的原則結(jié)線確定之后，回路2和回路3已成為不對(duì)稱回路，將會(huì)有殘留偏差信號(hào)產(chǎn)生。不過可以適當(dāng)選擇儲(chǔ)能元件C和L的數(shù)值，將此不良影響限制在較小的范圍內(nèi)，并在保護(hù)器的電子電路中設(shè)置″有源高通濾波器″將此不良影響濾除掉。
取樣器的工作情況在沒有觸電時(shí)，瞬變向量和緩變向量之差近似為零(殘留偏差較小)，即平時(shí)沒有信號(hào)輸入電子電路。當(dāng)發(fā)生觸電的一瞬間，輸出觸電電流脈沖至電子電路去判別和動(dòng)作。過了緩變回路中儲(chǔ)能元件C和L的過渡過程時(shí)間之后，緩變向量的幅值和相位又和瞬變向量近似相等了(即緩變向量跟蹤了瞬變向量)。這時(shí)電路又沒有信號(hào)輸出。準(zhǔn)備接受下一次觸電，再一次輸出觸電電流信號(hào)。
在電網(wǎng)漏電較大的情況下，瞬變向量的幅值較大，由于兩繞組回路參數(shù)接近對(duì)稱，所以緩變向量的幅值同樣較大，其差值仍近似為零。所以理論分析證明，電網(wǎng)絕緣水平的好壞，電網(wǎng)的漏電電流大小與本保護(hù)器的運(yùn)行無關(guān)。所以本保護(hù)器對(duì)漏電電流的適應(yīng)能力較強(qiáng)。
取樣電路輸出的觸電信號(hào)，發(fā)生在交流電源正半周還是負(fù)半周是隨機(jī)的。這種正的或是負(fù)的尖頂窄脈沖觸電信號(hào)，首先進(jìn)入保護(hù)器電子電路中的阻抗緩沖器后，進(jìn)入第一放大級(jí)。觸電信號(hào)和殘留偏差信號(hào)(微弱的50HZ基波信號(hào))均得到放大。然后進(jìn)入頻率抗干擾電路——″有源高通濾波器″。該濾波器的截止頻率為100HZ，因而，殘留偏差信號(hào)被濾除。由于信號(hào)頻率遠(yuǎn)高于基波頻率，所以能無衰耗地通過該濾波器，進(jìn)入第二、第三放大級(jí)，使信號(hào)得到進(jìn)一步放大和具有一定的幅度。然后進(jìn)入互補(bǔ)輸出電路?；パa(bǔ)輸出電路是根據(jù)信號(hào)正負(fù)的隨機(jī)性而設(shè)置的。它能確保信號(hào)的有效輸出而不″丟失″，從而改善了輸出性能。和觸電信號(hào)頻率接近的雜散干擾信號(hào)也能從互補(bǔ)電路輸出。電路接著按排了二級(jí)″π″形RC平滑濾波電路，對(duì)雜散干擾信號(hào)能有效的濾除。此外，還設(shè)置了消除開機(jī)脈沖干擾的電路。由電容C37電阻R19、R20、R22以及晶體管G3等組成。在開機(jī)的瞬間，C37充電，C3基極處于較高的正偏壓狀態(tài)，使G3飽和導(dǎo)通，開機(jī)干擾信號(hào)被對(duì)地短路。隨著C37充電結(jié)束，C3恢復(fù)負(fù)偏壓狀態(tài)，C3截止，電路便退出運(yùn)行。這部分電路在開機(jī)時(shí)接通一下，隨即就斷開了，相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)開關(guān)。C4為反相器。不難看出，沒有觸電信號(hào)時(shí)，反相器輸入端處于低電位，這時(shí)C4的輸出端為高電位，正好符合時(shí)基電路待觸發(fā)的狀態(tài)，所以，反相器為配合時(shí)基電路的電平需要而設(shè)。當(dāng)觸電信號(hào)來到時(shí)(恒定的正向尖頂脈沖)，C4翻轉(zhuǎn)，時(shí)基電路觸發(fā)極立即受到負(fù)觸發(fā)，時(shí)基電路隨即有輸出。發(fā)光二極管有狀態(tài)指示，輸出繼電器J吸合。J的常閉接點(diǎn)斷開交流接觸器線圈，從而切斷三相交流電源，使觸電者脫離電源。時(shí)基集成電路本身帶復(fù)位功能，使得本保護(hù)器具有重合閘功能。重合閘時(shí)間由R27和C24乘積的時(shí)間常數(shù)決定，可以滿足各種要求。
附圖3是電子電路方框圖。附圖4是整機(jī)動(dòng)作原理圖。在電子電路中，信號(hào)的輸入和各放大級(jí)之間均用緩沖器進(jìn)行隔離，從而保證了取樣電路和各放大級(jí)之間能穩(wěn)定的工作。在電路的組成方面，從信號(hào)的輸入到第三放大級(jí)輸出，采用了二塊通用型四運(yùn)算放大器集成電路LM324，互補(bǔ)輸出電路采用了一對(duì)硅材料的互補(bǔ)管，觸發(fā)電路采用了HA17555時(shí)基集成電路，電源部分采用了7812和7912兩塊正負(fù)三端穩(wěn)壓集成塊，這樣，使整機(jī)電路的集成化程度提高了，從而使整機(jī)工作的穩(wěn)定性和可靠性大大增加。保護(hù)器的電子電路和取樣電路構(gòu)成了相位型保護(hù)器的一個(gè)實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種相位型保護(hù)器，由觸電電流取樣器和電子電路組成，其特征是所說的觸電電流取樣器，它的結(jié)構(gòu)是在環(huán)形鐵芯1上，設(shè)置二個(gè)繞組2和3，在繞組2和繞組3中分別接入二只阻抗匹配電阻R1和R2，這樣構(gòu)成了二個(gè)獨(dú)立回路，繞組2和R1的回路組成了瞬變回路，電阻R1上的電勢(shì)就是瞬變向量，在繞組3和R2的回路中，還必須在R2兩端并接一只電容C和串接一只電感L，組成了緩變回路，電組R2上的電勢(shì)就是緩變向量，將電阻R1和R2電位相同的一端用導(dǎo)線短接起來，將電阻R1和R2的另一端分別用導(dǎo)線輸出，a.保護(hù)器的特征是取樣器中的繞組2、繞組3的電器參數(shù)完全對(duì)稱，b.保護(hù)器的特征是取樣器中兩只阻抗匹配電阻數(shù)值相等，c.保護(hù)器的特征是取樣器中瞬變回路中不接任何儲(chǔ)能元件，d.保護(hù)器的特征是取樣器中緩變回路中必須接入電壓記憶元件電容和電流記憶元件電感各一個(gè)，e.保護(hù)器的特征是取樣器的輸出聯(lián)接必須取瞬變向量和緩變向量之差。
專利摘要
相位型保護(hù)器 適用于人畜觸電保護(hù)。在觸電的瞬間，不但能檢測(cè)出由于相位合成影響帶來的幅值變化量△I，而且同時(shí)能檢測(cè)出由于相位合成影響所造成的相位變化量△。從而能準(zhǔn)確地檢測(cè)出觸電電流，任意一相發(fā)生觸電具有相同的觸電動(dòng)作靈敏度，觸電動(dòng)作靈敏度與觸電時(shí)所在的相位無關(guān)。保護(hù)面為百分之百。能克服漏電電流及其不利影響，對(duì)漏電電流的適應(yīng)能力較強(qiáng)。
文檔編號(hào)H02H5/12GK87207407SQ87207407
公開日1988年10月5日 申請(qǐng)日期1987年8月13日
發(fā)明者沈盤法 申請(qǐng)人:沈盤法導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan