本發(fā)明涉及用于使電壓斷路器跳閘的操作機(jī)構(gòu)的欠電壓釋放電路，以及涉及用于使包括根據(jù)本發(fā)明的欠電壓釋放電路的電壓斷路器跳閘的操作機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

使斷路器跳閘的能量存儲(chǔ)在彈簧(彈簧操作機(jī)構(gòu))或液壓箱(液壓操作機(jī)構(gòu))中。利用鎖閂系統(tǒng)將彈簧保持在其儲(chǔ)能(charged)位置，而通過(guò)關(guān)閉閥將液壓箱保持在壓力下。為了使斷路器跳閘，鎖閂系統(tǒng)或閥被手動(dòng)打開(kāi)或通過(guò)電磁螺線管(線圈)打開(kāi)。

有時(shí)地需要稱作“欠電壓釋放電路”(undervoltagereleasecircuit)的專用設(shè)備來(lái)在控制電壓下降至一定的電壓電平以下的情況下使斷路器跳閘。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的，“控制電壓”是采用其控制包含斷路器的變電站(substation)的電源(全部機(jī)構(gòu)、保護(hù)繼電器、位置指示器等等通過(guò)控制電壓觸發(fā))。

然后斷路器的跳閘如下規(guī)定：

-只要控制電壓高于額定電壓的70％，欠電壓釋放電路就不會(huì)使斷路器跳閘；

-如果控制電壓低于額定電壓的35％，則欠電壓釋放電路必須使斷路器跳閘。

此外，一旦控制電壓最小為額定電壓的85％則必須能夠重合閘。

在現(xiàn)有技術(shù)的一些操作機(jī)構(gòu)中，線性螺線管用于實(shí)現(xiàn)欠電壓釋放功能。螺線管對(duì)著彈簧作用并且連接至跳閘鎖閂。只要控制電壓足夠高，則螺線管將彈簧保持在儲(chǔ)能位置。當(dāng)控制電壓下降時(shí)，螺線管的磁力變?nèi)?，使其不能將彈簧保持在其?chǔ)能位置。因此，彈簧放能(discharge)并且使斷路器跳閘。

這種電磁系統(tǒng)的主要問(wèn)題在于找到由螺線管引起的磁力與彈簧的力之間的平衡，特別是當(dāng)在低溫或高溫下作業(yè)時(shí)。由于螺線管的銅繞組的溫度系數(shù)，由螺線管引起的磁力取決于溫度。另一個(gè)問(wèn)題是由螺線管引起的力是完全非線性力，而彈簧的力是線性力。

圖1表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的在室溫(20℃)下根據(jù)螺線管和彈簧兩者的行程由螺線管引起的力和彈簧的力。

曲線c1表示在70％額定電壓下的螺線管力，曲線c3表示在35％額定電壓下的螺線管力。曲線c2表示彈簧力。在橫坐標(biāo)尺度上，點(diǎn)“0”表示受拉的螺線管和儲(chǔ)能的彈簧，點(diǎn)“6”表示釋放的螺線管和放能的彈簧。

只要控制電壓為額定電壓的70％或更高，則在整個(gè)行程中磁力高于彈簧力。該意味著該系統(tǒng)保持在螺線管受拉和彈簧儲(chǔ)能的位置處。如果控制電壓為額定電壓的35％或更低，則彈簧力在整個(gè)行程上高于螺線管力，這意味著該系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)至釋放的放能位置，因此使斷路器跳閘。

圖2表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的在最低溫度例如-40℃下，根據(jù)螺線管和彈簧兩者的行程由螺線管引起的力和彈簧的力。

曲線c4表示在70％額定電壓下的螺線管力，曲線c6表示在35％額定電壓下的螺線管力。曲線c5表示彈簧力。由螺線管在35％額定電壓下引起的力僅稍微低于彈簧力。在一定的行程之后，兩個(gè)力相等。這意味著系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，并且最可能在行程5處停止，斷路器不跳閘。另外，只要控制電壓為額定電壓的70％或更高，磁力在整個(gè)行程上高于彈簧力，使得系統(tǒng)保持在螺線管受拉和彈簧儲(chǔ)能的位置處。

圖3表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的在最高溫度，例如在+50℃，根據(jù)螺線管和彈簧兩者的行程由螺線管引起的力和彈簧的力。

曲線c7表示在額定電壓的70％下的螺線管力，曲線c8表示在額定電壓的35％下的螺線管力。曲線c9表示彈簧力。甚至在額定電壓的70％下，由螺線管引起的力部分地低于彈簧力。這意味著斷路器甚至可以在額定電壓的70％下跳閘。

圖4表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的在最高溫度，例如在+50℃，根據(jù)螺線管和彈簧兩者的行程由螺線管在額定電壓的85％下引起的力(曲線c10)和彈簧的力(曲線c11)。

這曲線圖示出在額定電壓的85％下使彈簧再儲(chǔ)能的問(wèn)題。在額定電壓的85％下，必須能夠關(guān)閉斷路器，這意味著螺線管必須能夠使彈簧從其放能位置運(yùn)動(dòng)至其儲(chǔ)能位置。螺線管力部分地高于或等于彈簧力。螺線管不能為彈簧完全儲(chǔ)能，使得關(guān)閉斷路器是不可能的。

全部上述附圖1-4示出不可能找到在所有條件下正確地作業(yè)的螺線管和彈簧。如果由螺線管引起的力足夠大(即螺線管足夠大)以實(shí)現(xiàn)“在額定電壓的85％下使彈簧儲(chǔ)能”的條件，則不能實(shí)現(xiàn)“在低于額定電壓的35％下使斷路器跳閘(即釋放彈簧)”的條件。如果螺線管具有更小的力(更小的螺線管)，使得能夠?qū)崿F(xiàn)“在低于額定電壓的35％下使斷路器跳閘”的條件，則不能實(shí)現(xiàn)“在額定電壓的85％下使彈簧儲(chǔ)能”的條件。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，已知克服上述缺點(diǎn)的全部或一部分的幾個(gè)方案。這些方案是：

-僅利用螺線管的行程的準(zhǔn)線性(quasi-linear)部分(這使得更大的螺線管具有足夠的能量來(lái)使彈簧儲(chǔ)能)；

-利用使彈簧再儲(chǔ)能的另外的機(jī)械系統(tǒng)，同時(shí)使斷路器跳閘(如此做避免了在85％下再儲(chǔ)能的問(wèn)題)；

-利用專用非線性彈簧或凸輪系統(tǒng)以獲得所需非線性。

所有這些系統(tǒng)利用復(fù)雜的附加機(jī)構(gòu)和/或非常大的螺線管，這增大了操作機(jī)構(gòu)的尺寸并且提高了成本。

本發(fā)明沒(méi)有這些缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

事實(shí)上，本發(fā)明涉及包括螺線管和彈簧的欠電壓釋放電路，螺線管對(duì)著彈簧作用并且連接至跳閘鎖閂，一旦控制電壓下降至電壓水平以下跳閘鎖閂使斷路器跳閘，其特征在于，其包括電壓確定裝置和由指令信號(hào)控制的開(kāi)關(guān)元件，開(kāi)關(guān)元件與螺線管串聯(lián)連接，電壓確定裝置包括用于測(cè)量控制電壓的裝置和用于根據(jù)測(cè)量的控制電壓產(chǎn)生信號(hào)的裝置，根據(jù)測(cè)量的控制電壓產(chǎn)生的信號(hào)構(gòu)成指令信號(hào)，使得當(dāng)測(cè)量的控制電壓等于或高于電壓水平時(shí)開(kāi)關(guān)元件關(guān)閉，并且一旦控制電壓低于電壓水平開(kāi)關(guān)元件打開(kāi)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特性，電壓確定裝置包括與第一電阻器和第二電阻器串聯(lián)的二極管，開(kāi)關(guān)元件由晶體管制成，二極管具有正極和負(fù)極，第一電阻器具有第一端子和第二端子，第二電阻器具有第一端子和第二端子，晶體管具有柵極、漏極和源極，第一電阻器的第一端子連接至二極管的正極和晶體管的柵極，第一電阻器的第二端子連接至欠電壓釋放電路的第二端子和晶體管的漏極，第二電阻器的第一端子連接至欠電壓釋放電路的第一端子和螺線管的第一端子，第二電阻器的第二端子連接至二極管的負(fù)極，晶體管的源極連接至螺線管的第二端子。

本發(fā)明還涉及用于使電壓斷路器跳閘的操作機(jī)構(gòu)，所述操作機(jī)構(gòu)包括如果控制電壓下降至電壓水平以下使所述斷路器跳閘的欠電壓釋放電路，其特征在于，欠電壓釋放電路是根據(jù)本發(fā)明所述的電路。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢(shì)將在參照附圖閱讀本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)變得清晰，其中：

-已經(jīng)說(shuō)明的圖1-4表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的在不同條件下的由螺線管引起的力與彈簧的力之間的比較；

-圖5表示根據(jù)本發(fā)明的用于斷路器的操作機(jī)構(gòu)的欠電壓釋放電路的曲線圖；

-圖6表示用于圖5中表示的斷路器的操作機(jī)構(gòu)的欠電壓釋放電路的示例；

-圖7表示圖5中示出的欠電壓釋放電路的改進(jìn)；

-圖8表示利用如圖7中所示一個(gè)的多個(gè)欠電壓釋放電路的操作機(jī)構(gòu)的欠電壓釋放電路的示例。

在全部附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。

具體實(shí)施方式

圖5表示根據(jù)本發(fā)明的用于斷路器的操作機(jī)構(gòu)的欠電壓釋放電路的示意圖。

欠電壓釋放電路包括電壓確定裝置1、開(kāi)關(guān)2、螺線管3和彈簧。彈簧未表示在圖5中，這是因?yàn)閺椈傻谋硎緦?duì)于本發(fā)明的理解沒(méi)有用處。

開(kāi)關(guān)2與螺線管3串聯(lián)并且電壓確定裝置1與由開(kāi)關(guān)2構(gòu)成的組并聯(lián)，開(kāi)關(guān)2與螺線管3串聯(lián)?？刂齐妷簐c施加在電壓確定裝置1的端子之間。

電壓確定裝置1測(cè)量控制電壓vc并且輸出作為測(cè)量的控制電壓的函數(shù)的信號(hào)k。信號(hào)k構(gòu)成開(kāi)關(guān)2的指令信號(hào)。

當(dāng)控制電壓vc等于額定電壓時(shí)，信號(hào)k指令開(kāi)關(guān)2處于其關(guān)閉位置并且電流流過(guò)螺線管3。彈簧(未示出)保持在儲(chǔ)能位置。

一旦控制電壓vc下降至低于額定電壓的70％的電壓水平，例如等于額定電壓的50％的值，則信號(hào)k指令開(kāi)關(guān)2使得開(kāi)關(guān)2被置入其打開(kāi)位置。螺線管3中不再有電流。因此，螺線管3不能使彈簧保持在儲(chǔ)能位置并且使斷路器跳閘。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于不再需要找到由螺線管引起的磁力與彈簧的力之間的平衡，因此獲得了以下條件(1)和(2)：

(1)由螺線管引起的磁力足夠大以實(shí)現(xiàn)“在額定電壓的85％下使彈簧儲(chǔ)能”或“當(dāng)溫度最高時(shí)在額定電壓的70％下保持彈簧儲(chǔ)能”的條件，以及

(2)由螺線管引起的磁力足夠小以實(shí)現(xiàn)“在小于額定電壓的35％下使斷路器跳閘(即釋放彈簧)”的條件。

根據(jù)本發(fā)明的裝置，所實(shí)現(xiàn)的僅有的條件是選擇足夠大的螺線管以使其磁力也足夠大。有利地，該條件對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)螺線管(在市場(chǎng)上購(gòu)買的螺線管)非常易于實(shí)現(xiàn)。

圖6表示用于圖5中表示的斷路器的操作機(jī)構(gòu)的欠電壓釋放電路的示例。

電壓確定裝置1由齊納二極管d1以及與齊納二極管串聯(lián)的兩個(gè)電阻器r1和r2制成。開(kāi)關(guān)2由場(chǎng)效應(yīng)晶體管t例如功率mosfet制成。電阻器r1具有連接至齊納二極管d1的正極和場(chǎng)效應(yīng)晶體管t的柵極的第一端子，電阻器r1的第二端子連接至場(chǎng)效應(yīng)晶體管t的源極。第二電阻器r2具有連接至螺線管3的第一端子的第一端子，螺線管3的第二端子連接至場(chǎng)效應(yīng)晶體管t的漏極。電阻器r2的第二端子連接至齊納二極管d1的負(fù)極。控制電壓vc施加在電阻器r2的第一端子與電阻器r1的第二端子之間。

只要控制電壓vc高于二極管d1的z電壓，則晶體管t的柵極充電并且電流流過(guò)螺線管3。一旦控制電壓變得低于二極管d1的z電壓，則晶體管t的柵極開(kāi)始通過(guò)電阻器r1放電，晶體管t中斷通過(guò)螺線管的電流。

圖7表示圖5中示出的欠電壓釋放電路的改進(jìn)。

除圖6中表示的元件之外，圖7中表示的電路包括設(shè)置在欠電壓釋放電路的輸入端處的整流器b。該整流器有利地使得電路與極性無(wú)關(guān)并且適用于有效電流ac和直流電流dc。

圖8表示利用如圖7中所示一個(gè)的多個(gè)欠電壓釋放電路的操作機(jī)構(gòu)的欠電壓釋放電路的示例。

除圖7中表示的元件之外，圖8的電壓確定裝置包括具有一個(gè)輸入端和六個(gè)輸出端的6路轉(zhuǎn)換控制器4，和各自包括與至少一個(gè)電阻器串聯(lián)的至少一個(gè)齊納二極管的六個(gè)分支。每個(gè)分支設(shè)置在6路轉(zhuǎn)換控制器的不同的輸出端與螺線管的第一端子之間。作為示例，五個(gè)分支中的每個(gè)分支包括二極管di(i＝1、2、3、4、5)和電阻器ri(i＝1、2、3、4、5)，第六分支包括兩個(gè)齊納二極管d6a、d6b和兩個(gè)電阻器r6a、r6b。6路控制器4允許晶體管t的柵極連接至六個(gè)分支中的任一個(gè)。電阻器ri(i＝1、2、3、4、5)具有不同的值。這允許獲得控制電壓可與其對(duì)比的不同值的電壓水平。

根據(jù)圖8的示例，電壓確定裝置包括6路轉(zhuǎn)換控制器和六個(gè)分支。更一般地，本發(fā)明的欠電壓釋放電路的電壓確定裝置包括n路轉(zhuǎn)換控制器和n個(gè)分支。