专利名称：一种断路器防误合闸控制方法及实现该方法的电路的制作方法
技术领域：
本发明属于ー种断路器合闸控制的方法和电路，涉及ー种通过检测负载线路是否存在短路故障而决定是否允许断路器合闸以及执行合闸的操作和装置。更具体地，是ー种无须施加危险电压，仍能探知负载线路的情形，进而防止断路器在负载线路短路故障状态下错误地进行合闸，从根本上杜绝超大电流冲击事故出现的控制方法和电路。断路器在线路短路故障状态下错误地进行合闸，称之为“误合闸”。防止断路器误合闸的措施，称之为“防误合闸”。
背景技术：
现有技术中，断路器合闸控制的电子装置已有很多，功能也越来越齐全，但是，电路也越来越复杂。如何采用简单的步骤以及低成本的结构实现完善的控制，已成为本行业技术人员追求的目标。现有装置中，有采用通过串接电阻器向负载线路输入市电对负载线路进行检测的。这本身便存在一种危险这些装置在断路器分断状态下，没有使负载彻底脱离电网，部分市电电压被施加到负载线路上，因而存在人身触电和负载线路中设备带电的重大安全隐患问题。另外，现有装置中，也有采用直接测量负载线路直流电阻值的。由于实际的用电线路往往有很多电感性和电容性的负载，直流电阻值并不能反映负载线路的真实阻抗，因而这种方法会产生很大的误差。
发明内容
本发明所创造的方法和电路，是在供电线路中处于分断状态的断路器合闸之前，首先对负载线路进行检测；在检测期间若发现负载线路是正常的，则允许断路器合闸；而在检测期间一旦检测到短路故障，马上进行锁定，不允许断路器合闸，即具有对负载线路故障进行监测的作用。本断路器防误合闸控制方法及电路，在试图对原先曾经检测到存在短路故障的负载线路再次进行合闸的开始时刻，将重新对负载线路进行检测；若发现负载线路回复正常，则能对原先的锁定状态进行解锁。本方法及电路在检测前首先确认断路器是处于分断状态，且确保合闸前让检测部分退出，从而能够保证外界电源不会对检测部分产生影响及损害。因此，发明的目的是要提供ー种防止断路器在负载线路存在短路故障或严重超负载的情形下合闸的、在负载线路正常后能够自动解锁以便反复使用的断路器防误合闸控制方法和电路。发明进一歩的目的是，在上述的基础上提供ー种能够保证外界电源不会对检测部分产生影响的对负载线路的检测方法，从而从根本上杜绝由于在检测时将市电直接或部分加入负载线路而产生的安全隐患。
发明更进ー步的目的是，在上述的基础上提供一种采用与市电频率相同的测试信号的检测方法，从而使检测结果接近负载线路的实际状态。本发明的方法是这样实现的
ー种断路器防误合闸控制方法，其步骤是
(1)由一个エ频电压峰值恒定电路产生一个频率与市电电网频率相同、电压峰值不受供电电压波动影响的恒定的测试信号；
(2)由一个复位许可电路判别断路器是处于分断状态还是接通状态，且只有在断路器处于分断状态下才允许复位电路动作；
(3)在复位电路被许可动作的情况下，当手动按通复位按钮时，由ー个时序电路同时发出第一时序信号Tl和第二时序信号T2，其中，第二时序信号长度t2 >第一时序信号长度tl ；
(4)依据第二时序信号T2产生的同吋，由ー个禁闸电路禁止断路器驱动电路合闸动
作；
(5)依据第一时序信号Tl产生的同时，由一个检测执行电路使ー个取样电路接入负载线路；
(6)取样电路接入负载线路后，由一个检测电路在第一时序信号Tl的时间内对取样电路的输出信号进行处理，井向锁解电路输出其结果当线路正常时，输出解锁信号；而一旦发现线路存在短路故障，则立即输出锁定信号；
(7)依据第二时序信号T2产生的同吋，由一个脉冲电路产生一个脉冲信号；
(8)锁解电路依据从检测电路输入的解锁信号，在上述脉冲信号的作用下形成允许合闸的控制信号，或依据从检测电路输入的锁定信号形成不允许合闸的控制信号；
(9)依据第一时序信号Tl结束的同吋，检测执行电路使取样电路脱离负载线路；
(10)依据第二时序信号T2结束的同时，禁闸电路不再禁止断路器驱动电路动作；
(11)在第二时序信号T2结束后，合闸驱动电路依据锁解电路的允许合闸控制信号，对断路器的电动操作机构进行合闸动作的控制。这样，在检测期间，当负载线路正常吋，检测电路将输出代表线路正常的信号，并据此向锁解电路提供解锁信号，于是，锁解电路便输出ー个允许合闸的信号，合闸驱动电路可在随后驱动电动操作机构使断路器合闸。同时，在检测期间，任ー时刻一旦发现负载线路存在短路故障，检测电路将输出代表线路故障的信号，并据此向锁解电路提供一个锁定信号，锁解电路便输出ー个不再改变的不允许合闸的信号，断路器驱动电路便不能使断路器合闸。因此，锁解电路具有对故障取样电路输出的信号进行监测的作用，并具有锁定故障的功能。再者，脉冲信号在第二时序T2产生的瞬间产生，并依据检测电路输出的信号而起作用。当线路正常时，解锁信号使脉冲信号作用于锁解电路使其解除锁定状态。因此，在检测开始时，即具有对故障排除后的负载线路进行重新识别的功能。还有，由于禁闸电路在整个第二时序信号T2期间均禁止断路器驱动电路合闸动作，且第二时序信号长度t2 >第一时序信号长度tl ;而在第一时序信号Tl产生时取样电路接入负载线路，Tl结束时取样电路脱离负载线路，也就是取样电路在负载线路完全脱离市电的情况下才会接入，而且在取样电路接入负载线路期间断路器不能进行合闸动作，因此，能够保证取样电路不会受到市电电源的影响。理想的是，上述方法步骤(6)中，系由一个エ频电压峰值恒定电路通过ー个取样电阻向一个四端网络的输入端提供一个与电网隔离的、电压很低且峰值恒定、波形接近方波的エ频测试电压；四端网络的输出端与负载线路连接，由此四端网络输入端的特性阻抗与四端网络输出端的反射阻抗形成了ー个并联阻抗Z0，该阻抗与取样电阻串连，而四端网络的另ー个输入端连接于エ频电压峰值恒定电路上构成回路，由并联阻抗ZO与取样电阻的连接点引出取样信号，作为取样电路的输出信号，从而获得代表负载线路正常或短路故障的信号。由此获得的方法，检测时无须将市电直接或部分加入负载线路，从而能够从根本上杜绝在负载线路中施加危险电压而可能引发的安全隐患。本发明的电路是这样实现的
ー种断路器防误合闸控制电路，其特点是，包括
ー个エ频电压峰值恒定电路，产生一个频率与市电电网频率相同、电压峰值不受供电电压波动影响的恒定的测试信号；
ー个复位许可电路，依据断路器是处于分断或是接通状态，判别许可或禁止复位电路动作；
ー个复位电路，包括一个用于操作的复位按钮；
ー个时序电路，在复位操作的同时产生第一时序信号Tl和第二时序信号T2，其中，第ニ时序信号长度t2 >第一时序信号长度tl ；
ー个检测执行电路，依据第一时序信号Tl产生或结束，使取样电路接入或脱离负载线 路；
所述取样电路，依据检测执行电路使其接入负载线路期间，产生ー个与负载线路阻抗紧密相关的取样信号Ut ；
ー个检测电路，对取样电路输出的取样信号Ut进行判别处理井向一个锁解电路输出其结果P :当负载线路正常时，输出解锁信号，当一旦发现负载线路存在短路故障，即输出锁定信号；
ー个禁闸电路，依据第二时序信号T2期间，禁止合闸驱动电路合闸动作；
ー个脉冲电路，依据第二时序信号T2产生的同时，产生一个脉冲信号；
所述锁解电路，依据检测电路输出的解锁信号，在脉冲电路的脉冲信号的作用下，解除原先或许存在的锁定状态并形成允许合闸的控制信号，或依据检测电路输出的锁定信号形成不允许合闸的控制信号并予以锁定；
所述合闸驱动电路，依据从锁解电路输入的允许合闸的控制信号、以及依据第二时序信号T2的结束，对断路器的电动操作机构进行合闸动作的控制。通过上述电路的协调配合，可实现本发明的方法。上述取样电路中，包括四端网络和取样电阻。四端网络的输出端与输入端在结构上是高度耐压绝缘的。四端网络的输出端在检测期间连接负载线路，此时其综合阻抗与负载线路的阻抗密切相关。根据四端网络原理，四端网络输出端向输入端的反射阻抗与四端网络输入端的特性阻抗形成了并联阻抗Z0，且エ频电压峰值恒定电路向取样电阻和四端网络的输入端注入恒定的测试信号，于是在并联阻抗ZO上就产生了与负载线路阻抗紧密关联的电压取样信号。由于检测期间接入负载线路的取样电路与电网完全隔离，因此，能够做到对用户绝对安全，解决了以往检测中即使断路器分断但负载线路仍带有危险电压而存在的安全隐患问题。同吋，检测时的测试信号来自工频恒压源，其频率与线路负载的实际工作频率ー致，从而提高了检测结果的近似度和可信性。本发明的方法和电路，其步骤简单有效，且控制完善，相应电路的结构也较为简単。图面说明
图1是本发明“断路器防误合闸控制方法实现电路”方框 图2是电源供给电路原理图(包括整流稳压电路、エ频电压峰值恒定电路)及各接点的电平波形 图3是时序控制电路原理图(包括复位许可电路、复位电路、时序电路)及各接点的电平波形 图4是检测及故障取样电路原理图(包括检测执行电路、取样电路、检测电路)及负载正常状态下与负载短路状态下各接点的电平波形 图5是断路器驱动电路原理图(包括禁闸电路、脉冲电路、锁解电路、合闸驱动电路)及正常状态下的合闸驱动、负载短路故障下的锁定和故障排除后复位时的各接点的电平波形图；
图6是断路器防误合闸控制方法实现装置的完整电路原理图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施方式
进行详述1、电源供给电路
电源供给电路包括整流稳压电路、エ频电压峰值恒定电路。參照图2。(1.1)整流稳压电路
由电源变压器BI的ー个带中心抽头的低压次级绕组BR1、ニ极管Dl、D2、D3、D4、三端正电压稳压器W1、三端负电压稳压器W2、电容Cl、C2、C3、C4組成，向整个装置提供対称的正Vc、负Vs工作电源。此电路是常规的串联稳压电路，工作过程说明省略。(1.2)エ频电压峰值恒定电路的工作过程
エ频电压峰值恒定电路由电源变压器BI的另ー个低压次级绕组BR2、电阻R1、稳压ニ极管WD1、WD2组成。(1. 2. a)电源变压器BI的一个低压次级绕组BR2输出ー个几伏的エ频电压Y，经电阻Rl限流，由相向对接的稳压ニ极管WD1、WD2双向削波后，形成一个被限幅的、接近方波的エ频低电压，此电压将作为本方法的测试信号し由于选用的稳压ニ极管WDl、WD2的稳压值仅为エ频电压Y的峰值的几分之一，因此即使供电电压在较大范围波动，测试信号L的波形和峰值仍能基本恒定，这样便保证了对负载线路检测的稳定性和一致性。(1. 2. b)电源变压器BI具有高的绝缘强度，因此测试信号L对电网具有良好的隔离度。
、时序控制电路
时序控制电路包括复位许可电路、复位电路、时序电路。參照图3，由CMOS施密特反相|U1A、U1B、U1C、U1D、U1E、U1F (本实例采用CD40106)和图3所示周边元件组成。(2.1)复位许可电路的工作过程
复位许可电路由光耦合器Gl、ニ极管D5、电阻R2、R3、R4、电容C5、C6、按钮K组成。(2.1. a)断路器处于合闸状态时，断路器的输出端即负载线路两端Lo、No有市电电压，经C5降压、D5半波导通、R2限流、C6滤波后，光耦合器Gl输入端得到正向激励使输出端导通，于是B点即反相器UlA的输入端被箝定于工作电源的正电压Vc，即使复位开关K按通，B点的高电平也不会改变。此时，处于不允许复位状态，复位开关不能起任何作用。(2.1. b)断路器处于分断状态时，Lo、No没有电压，光耦合器Gl输入端没有激励、输出端截止，B点通过R4被拉高至Vc。此时，处于允许复位状态。B点电平将取决于复位开关K是否被按通
权利要求
1.ー种断路器防误合闸控制方法，其步骤是 (1)由一个エ频电压峰值恒定电路产生一个频率与市电电网频率相同、电压峰值不受供电电压波动影响的恒定的测试信号； (2)由一个复位许可电路判别断路器是处于分断状态还是接通状态，且只有在断路器处于分断状态下才允许复位电路动作； (3)在复位电路被许可动作的情况下，当手动按通复位按钮时，由ー个时序电路同时发出第一时序信号Tl和第二时序信号T2，其中，第二时序信号长度t2 >第一时序信号长度tl ； (4)依据第二时序信号T2产生的同吋，由ー个禁闸电路禁止断路器驱动电路合闸动作； (5)依据第一时序信号Tl产生的同时，由一个检测执行电路使ー个取样电路接入负载线路； (6)取样电路接入负载线路后，由一个检测电路在第一时序信号Tl的时间内对取样电路的输出信号进行处理，井向锁解电路输出其结果当线路正常时，输出解锁信号；而一旦发现线路存在短路故障，则立即输出锁定信号； (7)依据第二时序信号T2产生的同吋，由一个脉冲电路产生一个脉冲信号； (8)锁解电路依据从检测电路输入的解锁信号，在上述脉冲信号的作用下形成允许合闸的控制信号，或依据从检测电路输入的锁定信号形成不允许合闸的控制信号； (9)依据第一时序信号Tl结束的同吋，检测执行电路使取样电路脱离负载线路； (10)依据第二时序信号T2结束的同时，禁闸电路不再禁止断路器驱动电路动作； (11)在第二时序信号T2结束后，合闸驱动电路依据锁解电路的允许合闸控制信号，对断路器的电动操作机构进行合闸动作的控制。
2.根据权利要求1的断路器防误合闸控制方法，在步骤(6)中，所述取样电路接入负载线路，系指由四端网络的输出端与负载线路连接，并由此四端网络输入端的特性阻抗与四端网络输出端的反射阻抗形成了ー个并联阻抗Z0，该阻抗与取样电阻串连，而四端网络的另ー个输入端连接于エ频电压峰值恒源定电路，由并联阻抗ZO与取样电阻的连接点引出输出信号。
3.—种断路器防误合闸控制电路，其特征在于，包括 ー个エ频电压峰值恒定电路，产生一个频率与市电电网频率相同、电压峰值不受供电电压波动影响的恒定的测试信号； ー个复位许可电路，依据断路器是处于分断或是接通状态，判别许可或禁止复位电路动作； 所述复位电路，包括ー个用于复位操作的按钮； ー个时序电路，在复位操作的同时产生第一时序信号Tl和第二时序信号T2，其中，第ニ时序信号长度t2 >第一时序信号长度tl ； ー个检测执行电路，依据第一时序信号Tl产生或结束，使取样电路接入或脱离负载线路； 所述取样电路，依据检测执行电路使其接入负载线路期间，产生ー个与负载线路阻抗紧密相关的取样信号Ut ；ー个检测电路，对取样电路输出的取样信号Ut进行判别处理井向一个锁解电路输出其结果P:当负载线路正常时，输出解锁信号，当一旦发现负载线路存在短路故障，即输出锁定信号； ー个禁闸电路，依据第二时序信号T2期间，禁止合闸驱动电路合闸动作； ー个脉冲电路，依据第二时序信号T2产生的同时，产生一个脉冲信号； 所述锁解电路，依据检测电路输出的解锁信号，在脉冲电路的脉冲信号的作用下，解除原先或许存在的锁定状态并形成允许合闸的控制信号，或依据检测电路输出的锁定信号形成不允许合闸的控制信号并予以锁定； 所述合闸驱动电路，依据从锁解电路输入的允许合闸的控制信号、以及依据第二时序信号T2的结束，对断路器的电动操作机构进行合闸动作的控制。
4.根据权利要求3的断路器防误合闸控制电路，取样电路包含一个四端网络和ー个取样电阻，由四端网络的输出端与负载线路连接，并由此四端网络输入端的特性阻抗与四端网络输出端的反射阻抗形成了ー个并联阻抗Z0，该阻抗与取样电阻串连，而四端网络的另一个输入端连接于エ频电压峰值恒源定电路，由并联阻抗ZO与取样电阻的连接点引出输出信号。
全文摘要
本发明公开了一种通过检测负载线路是否存在短路故障而决定是否允许断路器合闸及执行合闸的操作和装置，是一种无须施加危险电压，能探知负载线路情形，防止断路器在负载线路短路状态下错误地合闸，从根本上杜绝超大电流冲击事故出现的控制方法和电路。装置包括电源供给电路、时序控制电路、检测及故障取样电路、断路器驱动电路，由检测及故障取样电路对负载线路进行检测若负载线路正常，则允许断路器驱动电路合闸；而一旦检测到短路故障，进行锁定，不允许断路器驱动电路合闸。装置和方法具有在负载线路正常后能自动解锁以便反复使用的优点，且在检测时具有杜绝将市电直接或部分加入负载线路而产生隐患的安全作用。
文档编号H02H3/08GK103066552SQ20121057991
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者麦广宇, 麦莳濠 申请人:麦广宇, 麦莳濠