专利名称:采用有效值取样技术的过流电路中断器的制作方法
为了测定过流情况并在这种过流情况持续一个预定时间就断开该受保护的电路，目前可利用使用数字逻辑电路的电子式电路断路器。标题为《断路器和继电器保护单元》、申请日为1984年6月29日的美国第626，341号专利中描述了这样一种中断器，附在这里以供参考。为了检测通过三相工业电力系统中的各相电流，可装配电流互感器。在任何给定时间由数字处理器对互感器的次级电流进行连续不断地取样，以确定三相中的每一相的最大有效(RMS)电流。众所周知，在电路保护工业中，为中断电路所需过流的时间参数是根据整个电力系统所用的各种导线上的发热影响来整定的。长时间过流状态将导致电力母线发热，并且在过流条件下允许采用波形有效电流值来处理，但是在低电流、长时间和短时间过流条件下采用峰值电流取样技术所会发生不准确的结果。有效值电流取样技术可在电流互感器磁芯未饱和时对被保护的电路发热影响提供一种极其准确的测定，而峰值电流取样技术可在电流互感器磁芯已经饱和时提供准确的发热影响指示值。
本发明的目的是要提供一种用于确定电流互感器磁芯饱和情况的发生的装置和用于在一个电子式电路中断器中指令数字处理器在启动电路中断程序之前暂停一个最短预定延迟时间的装置。
本发明包括一个电子式电路中断器，该中断器使用了用于检测被保护的电路中的电流的、使用磁芯的众电流互感器以及一个用于确定过流情况的发生和在预定延迟时间以后中断流过电路的电流的数字处理器。该电路另外还包括用于确定电流互感器的磁芯饱和的开始和用于指令数字处理器在电路中断之前暂停一个最短预定的延迟时间的模拟电路装置。
图1是根据本发明的使用由一个数字信号处理器与电流互感器饱和情况的检测电路组合在一起的电子式电路中断器的原理说明图。
图2是在图1的数字处理器中所用的时间-过流参数曲线的说明图。
图3是在图1的电流互感器饱和情况的检测电路的原理说明图。
图4是图1所绘出的数字处理器中所使用的均方根取样算法的流程说明图。
图5是在图1所绘出的数字处理器中所使用的过流保护的算法流程说明图。
图6是在图4的流程说明所绘出的过流时间算法的流程说明图。
图1示出了一个与前述以标题为《断路器和继电器保护单元》的美国专利申请中所描述的相似的断路器控制器10，图中电流变换器11-13从三相工业电力电路的每相中取样，和一个接地障碍电流互感器被经过一对多路转换器15、21和取样保持放大器16、22而输入到双多路转换器17以便在线23上的A-D转换器中进行数字化。该A-D转换器经过一个数据总线输入到微处理器30，在该数据总线上接有一个用于操作电路中断机构的输出控制电路26、一个用于暂时贮存输入数据的RAM28以及一个用于贮存时间-过流比较算法的ROM29。一个收发讯机用许多相似的断路器控制器把各自的微处理器30连接起来，每个断路器控制器具有它们自己单独立的、用于在整个工业电力输送电路上的区域选择联锁功能的微处理器。一个非易失性存储器31，根据各自的用户所选择的习惯方案将各预置的时间-过流点输入到微处理器。电压变压器18-20被接在三相中的每一相中为了用类似的方法将电压数据供到微处理器，以便于测量和计算电功率。本发明的电流互感器磁芯饱和检测电路25(以后称“检测电路”)除与数据总线连接外，还用导线32-34直接和每个三相电流互感器11-13的每一相连接。在双导线35上将一个输入连接到微处理器30，并在线71上与输出控制电路接通。在描述检测电路25的工作之前，先涉及到在图2中绘出的时间-过流断路数据表示法是有帮助的。对于长时间区域8、以虚线表示的短时间斜坡7以及短时间平的区域6的一个很好的解释可在标题为《电子式断路器断路功能调节电路》、申请日为1985年7月29日的美国第760，224号专利申请书中找到。这个专利申请书附在这里以供参考。正如前述申请书中所描述的那样，时间-过流断路曲线提供了许多代表为长时间区A和短时间区B的时间值。为公开起见，短时间区扩展到接近10倍于通过被保护的电路的额定电流，并称之谓断路器置定断路的10X区域。正如早前所述，诸如图1中的11-14的电流互感器在接近10倍于额定电流处或在断路曲线的10X区域的末端处开始饱和。该检测电路25被设计成可在检测到的电流达到10X区域而使得微处理器能开始暂停一个贮存在非易失性存储器31内的短的延迟时间时，中断在微处理器30内的电流取样算法程序。瞬间断路区域5被以虚线在接近15X处示出。
在检测电路25内的组成元件被示于图3，其中导线32-34通过线性二极管D1-D3连接到运算放大器38的一个输入端36。发生在导线32-34上的最高峰值电流可在运算放大器的输入端看到，该运算放大器被用反馈线37接成一个非反向增益为一的缓冲器。输入端36通过一个反偏电阻R1接地以对运算放大器提供合适的信号输入。滤波电容C可阻止杂散信号以免干扰出现在线39上的输出信号，线39接到作为一个瞬间断路选择的比较器70的测试输入端。该比较器的基准输入端经过导线72、D/A转换器73而接到数据总线，以便接收与线39上的信号进行比较的瞬间断路点预置值，以及在导线71上产生一个输出的断路信号;导线71，正如在图1中所示，与输出控制电路26直接连通以使断路器跳闸。出现在线39上的信号通过限流电阻R2、线40和41接到第二比较器43的测试输入端。第二比较器的基准输入端经过线42、偏置电阻R5而接到一个5伏电源，并经过偏置电阻R3、R4而接到第二个5伏电源。电阻R3、R4的中点经过导线74而接到第二比较器的输出端，第二比较器可在线41上的输入信号超出加到基准输入端上的基准值时，经过双导线35，把输出送回给微处理器。电阻R3-R5配置得可对第二比较器提供滞后作用以保证该比较器在两个输入电压都相等时不致振荡。第二比较器43的目的是当加到测试输入端上的电压超过代表10X额定电流、并且是使电流互感器磁芯开始饱和的电流的基准电压时，可取代微处理器内的电流取样算法。在线35上收到一个中断信号之际，微处理器就立即利用一个预定的最大电流值以确定过流检测点值，并开始暂停一个短的延迟时间间隔，以便在过流情况延续一个短的延迟时间的情况下使断路器跳闸。一个输出信号被从双导线35上的微处理器，经过一个限流电阻R6发送到双极性晶体管44的基极，该晶体管44的射极是接地的。该晶体管的集电极接到第二比较器的测试输入端，并通过线40上的限流电阻R2接到运算放大器的输出端。当在线36上的运算放大器的输入电流信号超过15X额定电流(它表明短路故障)时，于是在线39上的输出就超过了瞬间跳闸基准值(即从线72上的A/D转换器供到基准输入端的瞬间跳闸基准值)，并且比较器70就在线71上产生跳闸信号输出以立即中断电路。
微处理器的RMS取样算法在图4中以流程图46绘出，其中A、B、C相电流被A相联样电流(48)和A相电流平方和(49)连续地取样。B相电流被取样(50)，再确定B相电流平方和(51)。C相电流被取样(52)，再确定C相电流平方和(53)。接地故障电流被取样(54)再确定接地故障电流平方和(55)。这些电流在每个循环被取样27次，并由图5中绘出的过流算法流程图56在取样(46)后做出关于是否已经发完半-循环(58)的决定。如果是未经发完半-循环，则微处理器就进行一个自试算法(61)。如果是已经发完半-循环，则微处理器就进行时间-过流保护算法(59)和其他所指明那样的保护功能(60)。电流互感器饱和算法在图6所示的流程图(57)绘出并操作如下。在完成时间过流保护计算(59)以后，就要判断是否已设置电流互感器饱和的标记(62);如果不是，则被微处理器所使用的最大电流就是最大的实际相电流(63)。如果已设置了电流互感器饱和标记，则微处理器就是最大电流用作决定过流的、预定的、最大可能的电流(64)。RMS值就被计算出来(65)，于是就判断RMS电流值是否超过了短时间的检测点值;而如果是超过的话，则RMS短的时间延迟就被加上(67)。如果RMS电流值并不超过短时间的检测点值，则要判断RMS电流是否超过了长期时间的检测点值的决定(68);如果是超过的话，则就被加上长时间RMS延迟时间值(69)。
因此，可以从图1和3中所示的检测电路25的工作看出在微处理器内能够通过极其准确的RMS电流值做出准确的时间-过流的判断以避免在长时间和短时间的检测点值时的错误跳闸影响。电流互感器磁芯饱和的开始就可被检测到，并且微处理器就可被指令把预定的中断延迟时间运用到短时间-过流的场合。在被供有瞬间过流方案的电路的电路中断器场合下，峰值电流被用来确定瞬间过流情况的存在，而断路器可被直接跳闸而不用等待从微处理器发出的指令。
权利要求
1.一种电子式电路中断器，其特征在于其中包括-电流检测装置，用于确定保护电路内的RMS电流值；-中断装置，该装置连接在所述保护电路中，以便按照命令中断保护电路；-信号处理器装置，该装置与所述电流检测装置连接，以便将所述电流值与被存储的预定的过流值相比较；该信号处理器装置还与所述中断装置连接，以便在所述电流值超过所述被存储的预定的过流值并持续了一段预定的时间之后，操作所述中断装置来中断所述保护电路；所述信号处理器装置对所述电流大小的最大实际值进行处理使之达到初级电平，并且在超过初级电平的次级电平上调整所述电流值。
2.权利要求
1的电子式电路中断器，其特征在于其中所述检测装置包括诸磁芯电流互感器。
3.权利要求
2的电子式电路中断器，其特征在于它还包括一个与所述电流互感器和所述中断装置连接的峰值电流检测电路以便确定超过次级电平的过流峰值，并在所述峰值超过所述次级电平时使所述中断装置工作。
4.权利要求
3的电子式电路中断器，其特征在于其中所述电流检测装置包括三个线性二极管，三相中的每一相均有一个二极管，该三个二极管的输出被并联接到连结成缓冲器的一个运算放大器。
5.权利要求
4的电子式电路中断器，其特征在于它另外包括一个与所述缓冲器的输出和所述信号处理器连接的第一比较器输入端，以便将所述缓冲器输出与一个来自所述信号处理器的基准峰值进行比较，并且当所述缓冲器输出超过所述基准峰值时，输出一个跳闸信号给所述中断装置。
6.权利要求
4的电子式电路中断器，其特征在于包括一个与所述缓冲器输出端连接的第二比较器输入端，以便将所述缓冲器输出与所述电流互感器的磁芯饱和基准值进行比较，并且当所述缓冲器输出超过所述磁芯饱和基准值时，输出一个中断信号。
7.权利要求
6的电子式电路中断器，其特征在于其中当所述缓冲器输出超过所述磁芯饱和基准值、从而给所述信号处理器提供关于所述电流互感器磁芯已成饱和的指示时，所述比较器也可中断所述信号处理器。
8.权利要求
7的电子式电路中断器，其特征在于包括一个共同接到所述缓冲器输出端和所述第二比较器输入端的晶体管集电极和接地的射极，在该晶体管的基极上接有所述信号处理器，从而所述处理器可对所述晶体管提供基极驱动，以便使该晶体管导通，并从所述第二比较器移去所述中断信号。
9.权利要求
1的电子式电路中断器，其特征在于其中所述信号处理器包括一个数字处理器。
10.权利要求
8的电子式电路中断器，其特征在于其中次级电平包括所述磁芯饱和基准电平。
专利摘要
一种电子式过流电路中断器，利用了一个数字处理器来进行电路电流的RMS取样，以便与诸被存贮的长时间和短时间的电流值以及在断路器跳闸以前的诸延迟时间进行比较。为了对数字处理器提供一个输出电流信号，使用了一种有磁芯的电流互感器。当检测到磁芯饱和时，这是在大电流时发生的情况，一个模拟检测电路就中断RMS取样，而使数字处理器在断路器跳闸之前暂停一个最短的预选时间。
文档编号H02H1/04GK86107915SQ86107915
公开日1987年7月29日 申请日期1986年11月19日
发明者约翰·詹姆斯·多尔蒂, 保罗·T·马特洛克, 诺拉·安·伦德 申请人:通用电气公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan