用于使电压断路器跳闸的操作机构的欠电压释放电路的制作方法

本发明涉及用于使电压断路器跳闸的操作机构的欠电压释放电路，以及涉及用于使包括根据本发明的欠电压释放电路的电压断路器跳闸的操作机构。

背景技术：

使断路器跳闸的能量存储在弹簧(弹簧操作机构)或液压箱(液压操作机构)中。利用锁闩系统将弹簧保持在其储能(charged)位置，而通过关闭阀将液压箱保持在压力下。为了使断路器跳闸，锁闩系统或阀被手动打开或通过电磁螺线管(线圈)打开。

有时地需要称作“欠电压释放电路”(undervoltagereleasecircuit)的专用设备来在控制电压下降至一定的电压电平以下的情况下使断路器跳闸。如本领域技术人员所已知的，“控制电压”是采用其控制包含断路器的变电站(substation)的电源(全部机构、保护继电器、位置指示器等等通过控制电压触发)。

然后断路器的跳闸如下规定：

-只要控制电压高于额定电压的70％，欠电压释放电路就不会使断路器跳闸；

-如果控制电压低于额定电压的35％，则欠电压释放电路必须使断路器跳闸。

此外，一旦控制电压最小为额定电压的85％则必须能够重合闸。

在现有技术的一些操作机构中，线性螺线管用于实现欠电压释放功能。螺线管对着弹簧作用并且连接至跳闸锁闩。只要控制电压足够高，则螺线管将弹簧保持在储能位置。当控制电压下降时，螺线管的磁力变弱，使其不能将弹簧保持在其储能位置。因此，弹簧放能(discharge)并且使断路器跳闸。

这种电磁系统的主要问题在于找到由螺线管引起的磁力与弹簧的力之间的平衡，特别是当在低温或高温下作业时。由于螺线管的铜绕组的温度系数，由螺线管引起的磁力取决于温度。另一个问题是由螺线管引起的力是完全非线性力，而弹簧的力是线性力。

图1表示根据现有技术的在室温(20℃)下根据螺线管和弹簧两者的行程由螺线管引起的力和弹簧的力。

曲线c1表示在70％额定电压下的螺线管力，曲线c3表示在35％额定电压下的螺线管力。曲线c2表示弹簧力。在横坐标尺度上，点“0”表示受拉的螺线管和储能的弹簧，点“6”表示释放的螺线管和放能的弹簧。

只要控制电压为额定电压的70％或更高，则在整个行程中磁力高于弹簧力。该意味着该系统保持在螺线管受拉和弹簧储能的位置处。如果控制电压为额定电压的35％或更低，则弹簧力在整个行程上高于螺线管力，这意味着该系统运动至释放的放能位置，因此使断路器跳闸。

图2表示根据现有技术的在最低温度例如-40℃下，根据螺线管和弹簧两者的行程由螺线管引起的力和弹簧的力。

曲线c4表示在70％额定电压下的螺线管力，曲线c6表示在35％额定电压下的螺线管力。曲线c5表示弹簧力。由螺线管在35％额定电压下引起的力仅稍微低于弹簧力。在一定的行程之后，两个力相等。这意味着系统开始运动，并且最可能在行程5处停止，断路器不跳闸。另外，只要控制电压为额定电压的70％或更高，磁力在整个行程上高于弹簧力，使得系统保持在螺线管受拉和弹簧储能的位置处。

图3表示根据现有技术的在最高温度，例如在+50℃，根据螺线管和弹簧两者的行程由螺线管引起的力和弹簧的力。

曲线c7表示在额定电压的70％下的螺线管力，曲线c8表示在额定电压的35％下的螺线管力。曲线c9表示弹簧力。甚至在额定电压的70％下，由螺线管引起的力部分地低于弹簧力。这意味着断路器甚至可以在额定电压的70％下跳闸。

图4表示根据现有技术的在最高温度，例如在+50℃，根据螺线管和弹簧两者的行程由螺线管在额定电压的85％下引起的力(曲线c10)和弹簧的力(曲线c11)。

这曲线图示出在额定电压的85％下使弹簧再储能的问题。在额定电压的85％下，必须能够关闭断路器，这意味着螺线管必须能够使弹簧从其放能位置运动至其储能位置。螺线管力部分地高于或等于弹簧力。螺线管不能为弹簧完全储能，使得关闭断路器是不可能的。

全部上述附图1-4示出不可能找到在所有条件下正确地作业的螺线管和弹簧。如果由螺线管引起的力足够大(即螺线管足够大)以实现“在额定电压的85％下使弹簧储能”的条件，则不能实现“在低于额定电压的35％下使断路器跳闸(即释放弹簧)”的条件。如果螺线管具有更小的力(更小的螺线管)，使得能够实现“在低于额定电压的35％下使断路器跳闸”的条件，则不能实现“在额定电压的85％下使弹簧储能”的条件。

根据现有技术，已知克服上述缺点的全部或一部分的几个方案。这些方案是：

-仅利用螺线管的行程的准线性(quasi-linear)部分(这使得更大的螺线管具有足够的能量来使弹簧储能)；

-利用使弹簧再储能的另外的机械系统，同时使断路器跳闸(如此做避免了在85％下再储能的问题)；

-利用专用非线性弹簧或凸轮系统以获得所需非线性。

所有这些系统利用复杂的附加机构和/或非常大的螺线管，这增大了操作机构的尺寸并且提高了成本。

本发明没有这些缺点。

技术实现要素：

事实上，本发明涉及包括螺线管和弹簧的欠电压释放电路，螺线管对着弹簧作用并且连接至跳闸锁闩，一旦控制电压下降至电压水平以下跳闸锁闩使断路器跳闸，其特征在于，其包括电压确定装置和由指令信号控制的开关元件，开关元件与螺线管串联连接，电压确定装置包括用于测量控制电压的装置和用于根据测量的控制电压产生信号的装置，根据测量的控制电压产生的信号构成指令信号，使得当测量的控制电压等于或高于电压水平时开关元件关闭，并且一旦控制电压低于电压水平开关元件打开。

根据本发明的另一个特性，电压确定装置包括与第一电阻器和第二电阻器串联的二极管，开关元件由晶体管制成，二极管具有正极和负极，第一电阻器具有第一端子和第二端子，第二电阻器具有第一端子和第二端子，晶体管具有栅极、漏极和源极，第一电阻器的第一端子连接至二极管的正极和晶体管的栅极，第一电阻器的第二端子连接至欠电压释放电路的第二端子和晶体管的漏极，第二电阻器的第一端子连接至欠电压释放电路的第一端子和螺线管的第一端子，第二电阻器的第二端子连接至二极管的负极，晶体管的源极连接至螺线管的第二端子。

本发明还涉及用于使电压断路器跳闸的操作机构，所述操作机构包括如果控制电压下降至电压水平以下使所述断路器跳闸的欠电压释放电路，其特征在于，欠电压释放电路是根据本发明所述的电路。

附图说明

本发明的其他特征和优势将在参照附图阅读本发明的优选实施例时变得清晰，其中：

-已经说明的图1-4表示根据现有技术的在不同条件下的由螺线管引起的力与弹簧的力之间的比较；

-图5表示根据本发明的用于断路器的操作机构的欠电压释放电路的曲线图；

-图6表示用于图5中表示的断路器的操作机构的欠电压释放电路的示例；

-图7表示图5中示出的欠电压释放电路的改进；

-图8表示利用如图7中所示一个的多个欠电压释放电路的操作机构的欠电压释放电路的示例。

在全部附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

图5表示根据本发明的用于断路器的操作机构的欠电压释放电路的示意图。

欠电压释放电路包括电压确定装置1、开关2、螺线管3和弹簧。弹簧未表示在图5中，这是因为弹簧的表示对于本发明的理解没有用处。

开关2与螺线管3串联并且电压确定装置1与由开关2构成的组并联，开关2与螺线管3串联。控制电压vc施加在电压确定装置1的端子之间。

电压确定装置1测量控制电压vc并且输出作为测量的控制电压的函数的信号k。信号k构成开关2的指令信号。

当控制电压vc等于额定电压时，信号k指令开关2处于其关闭位置并且电流流过螺线管3。弹簧(未示出)保持在储能位置。

一旦控制电压vc下降至低于额定电压的70％的电压水平，例如等于额定电压的50％的值，则信号k指令开关2使得开关2被置入其打开位置。螺线管3中不再有电流。因此，螺线管3不能使弹簧保持在储能位置并且使断路器跳闸。

本发明与现有技术相比的优点在于不再需要找到由螺线管引起的磁力与弹簧的力之间的平衡，因此获得了以下条件(1)和(2)：

(1)由螺线管引起的磁力足够大以实现“在额定电压的85％下使弹簧储能”或“当温度最高时在额定电压的70％下保持弹簧储能”的条件，以及

(2)由螺线管引起的磁力足够小以实现“在小于额定电压的35％下使断路器跳闸(即释放弹簧)”的条件。

根据本发明的装置，所实现的仅有的条件是选择足够大的螺线管以使其磁力也足够大。有利地，该条件对于标准螺线管(在市场上购买的螺线管)非常易于实现。

图6表示用于图5中表示的断路器的操作机构的欠电压释放电路的示例。

电压确定装置1由齐纳二极管d1以及与齐纳二极管串联的两个电阻器r1和r2制成。开关2由场效应晶体管t例如功率mosfet制成。电阻器r1具有连接至齐纳二极管d1的正极和场效应晶体管t的栅极的第一端子，电阻器r1的第二端子连接至场效应晶体管t的源极。第二电阻器r2具有连接至螺线管3的第一端子的第一端子，螺线管3的第二端子连接至场效应晶体管t的漏极。电阻器r2的第二端子连接至齐纳二极管d1的负极。控制电压vc施加在电阻器r2的第一端子与电阻器r1的第二端子之间。

只要控制电压vc高于二极管d1的z电压，则晶体管t的栅极充电并且电流流过螺线管3。一旦控制电压变得低于二极管d1的z电压，则晶体管t的栅极开始通过电阻器r1放电，晶体管t中断通过螺线管的电流。

图7表示图5中示出的欠电压释放电路的改进。

除图6中表示的元件之外，图7中表示的电路包括设置在欠电压释放电路的输入端处的整流器b。该整流器有利地使得电路与极性无关并且适用于有效电流ac和直流电流dc。

图8表示利用如图7中所示一个的多个欠电压释放电路的操作机构的欠电压释放电路的示例。

除图7中表示的元件之外，图8的电压确定装置包括具有一个输入端和六个输出端的6路转换控制器4，和各自包括与至少一个电阻器串联的至少一个齐纳二极管的六个分支。每个分支设置在6路转换控制器的不同的输出端与螺线管的第一端子之间。作为示例，五个分支中的每个分支包括二极管di(i＝1、2、3、4、5)和电阻器ri(i＝1、2、3、4、5)，第六分支包括两个齐纳二极管d6a、d6b和两个电阻器r6a、r6b。6路控制器4允许晶体管t的栅极连接至六个分支中的任一个。电阻器ri(i＝1、2、3、4、5)具有不同的值。这允许获得控制电压可与其对比的不同值的电压水平。

根据图8的示例，电压确定装置包括6路转换控制器和六个分支。更一般地，本发明的欠电压释放电路的电压确定装置包括n路转换控制器和n个分支。