專利名稱：用于低壓電網(wǎng)的保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于低壓電網(wǎng)的保護(hù)裝置，它具有一個(gè)測(cè)量裝置和一個(gè)連接在其后的分析裝置。
用于低壓電網(wǎng)的保護(hù)裝置在先有技術(shù)中已公知有各種各樣的實(shí)施形式，并尤其用于在出現(xiàn)過(guò)電流時(shí)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)設(shè)備。例如其中的測(cè)量裝置可通過(guò)一個(gè)傳統(tǒng)的電流互感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。但這樣一種電流互感器通常由于其必要的磁路和相應(yīng)的線圈腔而相應(yīng)有較高的空間需求。為了識(shí)別過(guò)載狀況，目前已公知主要采用電子控制的或微處理器控制的分析電路，而這樣的分析電路基本上模擬雙金屬效應(yīng)。這樣的雙金屬即便在簡(jiǎn)單的儀器中也可結(jié)合釋放線圈一起來(lái)使用，但仍不能提供最佳的保護(hù)。
按照當(dāng)前的發(fā)展，對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)日益需要節(jié)省空間和重量，以及要將分析功能和通信可能性結(jié)合在開(kāi)關(guān)設(shè)備中。
本發(fā)明的目的在于提供一種保護(hù)裝置，它能給開(kāi)關(guān)設(shè)備提供足夠保護(hù)，以克服過(guò)載和短路；同時(shí)一方面允許保護(hù)裝置有節(jié)省空間和質(zhì)量的構(gòu)造，另一方面能快速地識(shí)別反常的工作狀態(tài)。
本發(fā)明的目的基于本文前言所述類型的一種保護(hù)裝置這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)，即，其中的測(cè)量裝置是一個(gè)基于印刷電路板的電流互感器，而所述分析裝置則是一個(gè)用于早期識(shí)別短路的單元。該基于印刷電路板的電流互感器優(yōu)選是一個(gè)多繞組互感器，它產(chǎn)生與電流及電流曲線波前的斜率成正比的信號(hào)。用于早期識(shí)別短路的單元可在已公知的對(duì)電流i及電流曲線波前的斜率di/dt進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，并尤其在容許公差幅相圖(TOK)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。在后一種所謂的TOK方法中，在一個(gè)電流和電流曲線波前的斜率的幅相圖中，采用考慮到不同功率因子的幅相圖作為斷開(kāi)準(zhǔn)則。
按照本發(fā)明，基本上早已由先有技術(shù)公開(kāi)的測(cè)量手段按照一種新的方式組合起來(lái)?；谟∷㈦娐钒宓碾娏骰ジ衅饔米鞫嗬@組互感器例如已由美國(guó)專利US-PS 5 321 380公開(kāi)，而尤其是按照所謂的容許公差幅相圖的原理來(lái)工作、用于早期識(shí)別短路的方法(TOK方法)則在更晚一些的未在先公開(kāi)的德國(guó)專利申請(qǐng)文件197 29 599.1中提到過(guò)。
本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)由下面借助附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的描述及從屬權(quán)利要求的內(nèi)容給出，附圖中

圖1為一個(gè)集成有印刷電路板的電流互感器的等效電路圖，它帶有空載次級(jí)繞組；圖2和圖3示出具有一相應(yīng)的基于印刷電路板的互感器的保護(hù)裝置的兩種不同的實(shí)施形式。
圖1是一個(gè)電流互感器的等效電路圖。其中具體示出了初級(jí)繞組W1以及次級(jí)繞組W2,W3和W4。相應(yīng)的歐姆電阻用R1至R4來(lái)表示。電流則用I來(lái)表示。
從圖1所示該電流互感器的等效電路圖中可以看出，在繞組W3上的感應(yīng)電壓相當(dāng)于在繞組W2和W4的阻抗上的電阻-電感電壓降。在忽略磁化電流及鐵損的情況下，有待測(cè)量的電流流過(guò)繞組W2和W4。這樣，繞組W3就輸出一個(gè)電壓，它由下列公式可得uW3=KR·i(t)+KX·di/dt (1)其中，常數(shù)KR和KX僅僅取決于集成有印刷電路板的電流互感器的構(gòu)造形式。由于繞組W4被短路，由該繞組W4和運(yùn)算放大器電路可知道電流，這樣通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算就可從繞組W3的電壓uW3獲得電流曲線波前的斜率di/dt。
在圖2和圖3中有一些專門設(shè)計(jì)為單相的短路保護(hù)裝置，但它們也可設(shè)計(jì)為多相式。
在圖2中，1表示集成有印刷電路板的繞組互感器。在此情形下，該繞組互感器1與初級(jí)繞組W1和次級(jí)繞組W2至W4一起被設(shè)計(jì)成4-繞組互感器。在其次級(jí)側(cè)，一個(gè)帶有運(yùn)算放大器5和布線電阻6和7的放大器電路2被設(shè)計(jì)成電流-電壓-互感器。在它后面則連接有用于輸入常數(shù)KR和1/KX的單元8和9。
信號(hào)由此到達(dá)一個(gè)根據(jù)電流i(t)和電流曲線波前的斜率di/dt的乘積來(lái)識(shí)別短路的單元20，在此可在圖2中選擇一個(gè)能模擬處理信號(hào)的電路。所述單元20包括一個(gè)用于產(chǎn)生乘積i(t)·di/dt的乘法器21、一個(gè)用于產(chǎn)生絕對(duì)值|x|的單元22和一個(gè)連接在后用于與一個(gè)預(yù)定閾值y比較的比較器23。當(dāng)所測(cè)得的數(shù)值x超過(guò)數(shù)值y時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)釋放信號(hào)，以激活一個(gè)釋放器30來(lái)斷開(kāi)一個(gè)電源開(kāi)關(guān)60。
閾值Y在一個(gè)實(shí)施例中按照下列近似公式得出 其中，G乘積意味著斷開(kāi)閾值，IN表示額定電流的有效值，ω表示電網(wǎng)頻率，而COSφN表示電網(wǎng)在正常運(yùn)行時(shí)的功率因子。
在圖3中描述了一個(gè)具體的按照TOK-方法工作的實(shí)施例。其中，1表示一個(gè)集成有印刷電路板的繞組互感器，它具有圖1所示的等效電路圖。有關(guān)電流i(t)和電流曲線波前的斜率di/dt的信號(hào)被輸出到一個(gè)按照TOK-方法用于早期識(shí)別短路的裝置40中，該裝置40為數(shù)字化結(jié)構(gòu)且基本上由兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器41和42以及具有微處理器分析電路的單元46組成。
在圖3所示的單元46中，在一個(gè)以1:IN為橫坐標(biāo)，以1/(ω·IN)·di/dt為縱坐標(biāo)的圖表中進(jìn)行描繪。作為幅相圖例如示出一條包絡(luò)線3。對(duì)于一個(gè)預(yù)定的接通相角區(qū)域和一個(gè)在0.1＜COSφ＜0.9的功率因子范圍來(lái)說(shuō)，這條包絡(luò)線包括了所有的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。因此，利用這條包絡(luò)線3，就可以將在任意的接通相角和由此對(duì)于不同的功率因子首先求得的包絡(luò)線的情況下的所有幅相圖考慮在同一條曲線中。這意味著，當(dāng)一個(gè)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，若一個(gè)由電流i和電流曲線波前的斜率di/dt的瞬時(shí)值構(gòu)成的運(yùn)行點(diǎn)位于所構(gòu)成的包絡(luò)線3之外，便表示存在一個(gè)短路。這樣，在預(yù)定的極限內(nèi)，在功率因子和起始電流之間就實(shí)現(xiàn)了不相關(guān)。在此，將判定特征稱為所謂的TOK準(zhǔn)則(容許公差幅相圖準(zhǔn)則)。對(duì)于該方法的研究在以前的德國(guó)專利申請(qǐng)文件197 29 599.1中有詳細(xì)記述。
在圖3中，信號(hào)通過(guò)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器41和42輸出到按照TOK-方法進(jìn)行分析的單元46中。在此，圖3中的該單元46進(jìn)行數(shù)字化工作，它對(duì)有關(guān)電流i和電流曲線波前的斜率di/dt的數(shù)字化信號(hào)進(jìn)行分析，以繪出幅相圖。只要在一個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)中有一個(gè)值落在幅相圖3之外，就由單元46對(duì)圖2所示釋放器30進(jìn)行控制，釋放器30進(jìn)一步將導(dǎo)電線中的一個(gè)開(kāi)關(guān)60斷開(kāi)。
圖3所示單元46也可以為模擬化結(jié)構(gòu)。其中的控制器件可以有相應(yīng)的變型。
尤其通過(guò)圖2和圖3所示裝置，以及利用基于印刷電路板的多繞組電流互感器，可以獲得一個(gè)明顯節(jié)省空間的構(gòu)造方式。相對(duì)于傳統(tǒng)的互感器，其空間需求減小了50倍。在未進(jìn)一步具體示出的印刷電路板上，可以在互感器的次級(jí)繞組旁同樣設(shè)置運(yùn)算放大器電路，它在電流一電壓轉(zhuǎn)換后，將一個(gè)與有待測(cè)量的電流強(qiáng)度成正比的電壓輸出去作進(jìn)一步分析。
尤其通過(guò)將基于印刷電路板的電流互感器與一個(gè)基于TOK-方法的單元46的相應(yīng)的分析算法結(jié)合起來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)早期識(shí)別短路。由此可在過(guò)載或短路情況下提早切斷有關(guān)電流回路。故障信息也同樣可進(jìn)一步傳遞給一個(gè)上級(jí)通信設(shè)備。
權(quán)利要求
1．一種用于低壓電網(wǎng)的保護(hù)裝置，它具有一個(gè)測(cè)量裝置和一個(gè)連接在其后的分析裝置，其特征在于，測(cè)量裝置是一個(gè)基于印刷電路板的電流互感器(2)，它產(chǎn)生一個(gè)與電流及電流曲線波前的斜率的瞬時(shí)值成正比的信號(hào)，而所述分析裝置則是一個(gè)用于早期識(shí)別短路的單元(20,40)，它利用電流(i)及電流曲線波前的斜率(di/dt)的瞬時(shí)值來(lái)識(shí)別短路。
2．如權(quán)利要求1所述的保護(hù)裝置，其特征在于，所述基于印刷電路板的電流互感器是一種多繞組互感器(W1-W4)。
3．如權(quán)利要求1或2所述的保護(hù)裝置，其特征在于，所述多繞組互感器(12)包括一個(gè)電流-電壓互感器(2)。
4．如權(quán)利要求1所述的保護(hù)裝置，其特征在于，所述用于早期識(shí)別短路的單元(20)在測(cè)算電流(i)及電流曲線波前的斜率(di/dt)的極限值的基礎(chǔ)上來(lái)工作。
5．如權(quán)利要求3所述的保護(hù)裝置，其特征在于，在所述用于早期識(shí)別短路的單元(20)中，考慮將電流(i)及電流曲線波前的斜率(di/dt)的乘積(i·di/dt)作為極限值。
6．如權(quán)利要求4所述的保護(hù)裝置，其特征在于，對(duì)于電流(i)及電流曲線波前的斜率(di/dt)的乘積(i·di/dt)適用下列公式 其中，G乘積斷開(kāi)閾值，當(dāng)其被超過(guò)時(shí)存在短路；IN額定電流的有效值；ω電網(wǎng)頻率；COSφN電網(wǎng)在正常運(yùn)行時(shí)的功率因子。
7．如權(quán)利要求3所述的保護(hù)裝置，其特征在于，所述用于早期識(shí)別短路的單元(40)在容許公差幅相圖(TOK-方法)的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作，其中，在一個(gè)電流(i)及電流曲線波前的斜率(di/dt)的幅相圖中，采用考慮了不同的功率因子(0.1＜COSφ＜0.9)的幅相圖作為斷開(kāi)準(zhǔn)則。
8．如權(quán)利要求7所述的保護(hù)裝置，其特征在于，所述按照TOK-方法工作、用于早期識(shí)別短路工作的單元(40,46)具有數(shù)字化開(kāi)關(guān)器具。
9．如權(quán)利要求7或8所述的保護(hù)裝置，其特征在于，在基于印刷電路板的電流互感器(1,2)和分析裝置之間(46)之間連接一個(gè)模擬-/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(42,43)。
10．如權(quán)利要求8所述的保護(hù)裝置，其特征在于，所述按照TOK-方法工作、用于早期識(shí)別短路工作的單元(40,46)具有模擬化開(kāi)關(guān)器具。
全文摘要
這種保護(hù)裝置通常具有一個(gè)測(cè)量裝置和一個(gè)連接在其后的分析裝置，按照本發(fā)明，測(cè)量裝置是一個(gè)基于印刷電路板的電流互感器(1,2)，而所述分析裝置則是一個(gè)用于早期識(shí)別短路的單元(20,40)，所述基于印刷電路板的電流互感器(1,2)優(yōu)選是一種多繞組互感器(W
文檔編號(hào)H02H3/08GK1317166SQ99810553
公開(kāi)日2001年10月10日 申請(qǐng)日期1999年8月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月31日
發(fā)明者沃納·埃利舍, 格德·格里彭特羅格, 萊因哈德·梅爾, 埃里克·澤比安 申請(qǐng)人:西門子公司