專利名稱:取樣及鎖定高峰值信號(hào)的靜態(tài)觸發(fā)斷路自動(dòng)開關(guān)的制作方法
本發(fā)明是有關(guān)一種電氣自動(dòng)開關(guān)用的數(shù)字靜態(tài)斷路(跳閘)裝置，它包括
幾個(gè)電流傳感器，這種傳感器可產(chǎn)生與流經(jīng)用自動(dòng)開關(guān)保護(hù)的導(dǎo)電體內(nèi)電流成正比的模擬信號(hào)，
一些整流電路，這是用來對(duì)上述信號(hào)進(jìn)行整流并輸出一種表示上述電流最大值的模擬直流信號(hào)，
一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，它有一個(gè)接收上述模擬信號(hào)的輸入端和一個(gè)可輸出經(jīng)相應(yīng)取樣校準(zhǔn)的數(shù)字化信號(hào)的輸出端，
一個(gè)微處理機(jī)數(shù)字處理系統(tǒng)，把數(shù)字化信號(hào)加入到該系統(tǒng)中以保證一種長延遲啟動(dòng)作用和一種短延遲啟動(dòng)作用并且在超過預(yù)定值時(shí)而形成一個(gè)自動(dòng)開關(guān)啟動(dòng)指令，該指令隨著信號(hào)值的變化而延時(shí)，
以及一個(gè)由啟動(dòng)指令激勵(lì)的自動(dòng)開關(guān)啟動(dòng)裝置。
所提及的這種類型的微處理機(jī)斷路裝置處理那些由表示電流的模擬信號(hào)取樣(校準(zhǔn))來的數(shù)字信號(hào)。用一些離散的數(shù)字信號(hào)代替直流模擬信號(hào)就引起一種測量這些信號(hào)峰值的誤差，這類誤差隨著取樣(校準(zhǔn))周期與要測量的信號(hào)周期的比值的增大而越來越大。信號(hào)周期與供電網(wǎng)周期一致的(取樣)校準(zhǔn)周期由微處理機(jī)的特性來限定。
重要的是提高精度來保證保護(hù)的選擇性，在這種場合下，為了消除在供電網(wǎng)絡(luò)中某一點(diǎn)處所突然發(fā)生的故障當(dāng)然是通過直接放在故障上流的自動(dòng)開關(guān)并且僅僅通過它而實(shí)現(xiàn)的。
選擇性由非啟動(dòng)時(shí)間與啟動(dòng)或自動(dòng)開關(guān)暫時(shí)斷電時(shí)間之間的差來確保的。兩個(gè)串聯(lián)放置的自動(dòng)開關(guān)是可供選擇的如果下流自動(dòng)開關(guān)的啟動(dòng)時(shí)間小于上流自動(dòng)開關(guān)的非啟動(dòng)時(shí)間的話，不管故障電流值怎樣。這些時(shí)間的不精確就限制了選擇性或者需要一些安全性更大的信號(hào)電平，也就是延遲故障電流的切斷。
本發(fā)明的目的就是得到一種最佳的給定取樣校準(zhǔn)周期的校準(zhǔn)信號(hào)精度并且得到很小的啟動(dòng)與非啟動(dòng)時(shí)間的時(shí)間差。
根據(jù)本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的斷路裝置其特點(diǎn)在于它包括一種上述校準(zhǔn)的數(shù)字化信號(hào)(最)高峰值鎖定裝置，信號(hào)鎖定峰值存儲(chǔ)并輸入到確保啟動(dòng)作用的數(shù)字處理系統(tǒng)中，還包括一個(gè)逆計(jì)數(shù)并在逆計(jì)數(shù)完了消去鎖定峰值的設(shè)備，逆計(jì)數(shù)時(shí)間間隔至少等于通過上述信號(hào)的兩個(gè)相鄰峰值的時(shí)間間隔而且逆計(jì)數(shù)是在每次上述信號(hào)超過上述鎖定峰值時(shí)重復(fù)開始。
為保證保護(hù)作用而處理的校準(zhǔn)信號(hào)在加以考慮的交流半周內(nèi)不再是這一信號(hào)的最大值，但是在兩個(gè)或幾個(gè)緊接著的交流半周內(nèi)是最大值或高峰值。這個(gè)鎖定峰值隨著被考慮的交流半周數(shù)目增大而越來越靠近模擬信號(hào)的最大值，已經(jīng)用兩個(gè)交流半周得到了相當(dāng)好的近似。很顯然，鎖定的時(shí)間間隔應(yīng)該加以限制因?yàn)樗鼪Q定著啟動(dòng)時(shí)間與非啟動(dòng)時(shí)間的間隔，而人們又力圖減少它們之間的差值。此鎖定的時(shí)間間隔是折衷的結(jié)果而根據(jù)本發(fā)明來說它由20至40毫秒之間的逆計(jì)數(shù)來確定，這延續(xù)2到4個(gè)交流半周。根據(jù)本發(fā)明的(最)高峰值限定方法，最好是用在相位故障的短延遲及長延遲保護(hù)上以及用在接地故障的保護(hù)上。
按照本發(fā)明的進(jìn)展情況看，存儲(chǔ)起來的鎖定峰值沒有在逆計(jì)數(shù)末了回到零(0)，而是由一個(gè)對(duì)應(yīng)于低于鎖定峰值的(最)高信號(hào)峰值代替了。這樣就保證了對(duì)于好的工作性能所必不可少的連續(xù)性。
另外的一些優(yōu)點(diǎn)和特性可從下面緊跟著的對(duì)采用本發(fā)明的模式的描述而更清楚地看出來，這一模式是以非限定性的例子給出的并表示在一些附圖上，在這些附圖中
圖1是按照本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的斷路裝置整體示意圖;
圖2給出了帶有調(diào)節(jié)裝置和信號(hào)裝置的斷路裝置正面圖;
圖3和圖4表示出按本發(fā)明實(shí)施的兩種斷路裝置變換形式的啟動(dòng)曲線;
圖5是改變調(diào)整(校準(zhǔn))作用的程序方框圖;
圖6指出了用微處理機(jī)進(jìn)行逆時(shí)間函數(shù)處理的信號(hào)變化;
圖7是(最)高峰值鎖定作用的程序方框圖;
圖8是逆時(shí)間長延遲作用的程序方框圖;
圖9是逆時(shí)間短延遲作用的程序方框圖;
圖10是啟動(dòng)的一般作用程序方框圖;
圖11是模擬處理線路的詳細(xì)示意圖。
一般結(jié)構(gòu)
在圖1上，一個(gè)負(fù)載(荷)(未表示出來)電源的四導(dǎo)線配電網(wǎng)RSTN帶有一個(gè)可切斷處于開啟狀態(tài)電路的自動(dòng)開關(guān)10。自動(dòng)開關(guān)10的機(jī)械裝置12由極化繼電器14驅(qū)使，它也是在過載(超負(fù)荷)、短路或接地故障的情況下控制自動(dòng)開關(guān)啟動(dòng)的。在每一個(gè)相位導(dǎo)線RST上都裝一個(gè)電流變流器16，它輸出一個(gè)與流經(jīng)組裝導(dǎo)線的電流成正比的信號(hào)，信號(hào)又輸入到整流電橋18，它是雙交流半周的。三個(gè)整流電橋18的輸出端都串聯(lián)在電路中，并以串聯(lián)形式接有20、一個(gè)齊納(Zener)二極管22和一個(gè)二極管24以便在電阻20的兩端能顯示出一個(gè)與流經(jīng)導(dǎo)線RST的電流的最大值成正比的電壓信號(hào)而在二極管22、24的端點(diǎn)產(chǎn)生電子線路的供電電壓信號(hào)。電壓信號(hào)加到兩個(gè)具有不同增益值的放大器26、28的輸入端而每個(gè)放大器26、28的輸出端則一方面接到多路(轉(zhuǎn)換器)29的輸入端1、3而另一方面又接到分壓(配分器)電橋30、32，電橋的中間點(diǎn)接到多路轉(zhuǎn)換器29的輸入端2、4。放大器26、28及分壓電橋30、32系統(tǒng)屬于電壓信號(hào)的校準(zhǔn)電路34，下面將作詳細(xì)描述并在圖1上以斷續(xù)線標(biāo)出來了。
校準(zhǔn)電路34包括第三個(gè)放大器36，它接收由告警(互感器)38產(chǎn)生的信號(hào)，此(互感器)的初級(jí)線卷是由穿過橢圓環(huán)的導(dǎo)線NRST構(gòu)成的，它還帶有在接地故障情況下輸出信號(hào)的次級(jí)線卷40。放大器36的輸出端連接到多路轉(zhuǎn)換器29的輸入端5并接到分壓器電橋41，電橋的中間點(diǎn)又與多路轉(zhuǎn)換器29的輸入端6相連。輸入端1到6通過那些二極管44與晶體三極管42的發(fā)射極并聯(lián)，晶體三極管的集電極接地而它的基極用預(yù)定電壓例如5伏進(jìn)行極化，這一電壓對(duì)應(yīng)于加到多路轉(zhuǎn)換器29的最大值。顯而易見多路轉(zhuǎn)換器29接收表示在四個(gè)輸入端1到4上的相位電流的信號(hào)以及那些表示在兩個(gè)輸入端5、6上的接地電流信號(hào)。這些信號(hào)，尤其是那些接地故障信號(hào)當(dāng)然都能以不同的方式生成，比如來自變流器16所輸出的信號(hào)。
多路轉(zhuǎn)換器29，例如由國家半導(dǎo)體公司(La socrete National Semiconductor)生產(chǎn)的ADC0808多路轉(zhuǎn)換器，是由連結(jié)微處理機(jī)48輸出端1的地址和控制線46來驅(qū)動(dòng)。隨著微處理機(jī)48所提供的地址的變化，多路轉(zhuǎn)換器29的輸入端1-6中之一的信號(hào)經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器29輸出端S傳輸?shù)?比特(bit)數(shù)字模擬讀換器50。總線(信息轉(zhuǎn)移通路)52把數(shù)字模擬變換器50的輸出端連到一個(gè)輸入端即微處理機(jī)48的輸出端2。含8個(gè)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)72-86的功能塊(組件)54與微處理機(jī)48連接，方式是一方面連接總線52而另一方面由地址偶合線56連到3。每個(gè)72-86的轉(zhuǎn)換開關(guān)都有8個(gè)不同的啟動(dòng)參數(shù)調(diào)節(jié)位置將在后面描述它們。
輸出寄存器58用6比特(bit)偶合連線60和1比特偶合線62與微處理機(jī)48連接以便在7個(gè)輸出通路S1到S7上傳輸控制和信號(hào)裝置的指令的。輸出端S1與繼電器14連接從而控制自動(dòng)開關(guān)10的啟動(dòng)，然而輸出S2到S6則接到控制面板64的數(shù)據(jù)顯示裝置上，此面板安在自動(dòng)開關(guān)的前面特別是在斷路裝置部分的前面此斷路裝置包括有電路及控制故障啟動(dòng)元件系統(tǒng)。輸出S7連接到下面所要描述的模擬啟動(dòng)控制上。
非易失性存儲(chǔ)器ROM66連接到微處理機(jī)48的偶合線4上以便給它提供執(zhí)行程序以及一些按圖表排列的常數(shù)。記錄的程序?qū)?yīng)于斷路裝置所執(zhí)行的功能。同一個(gè)斷路裝置能設(shè)計(jì)成幾種作用范圍而且當(dāng)然每一個(gè)范圍都對(duì)應(yīng)一種專門的程序。被選擇的程序能按加工方法或根據(jù)自選的執(zhí)行方式記錄在存儲(chǔ)器ROM中，不同的程序被記錄在不同的存儲(chǔ)器中，斷路裝置在安裝時(shí)通過選擇相適宜的存儲(chǔ)器而具有不同的特性。集中在與微處理機(jī)48輸入端5相連接的功能塊68中的那些伺服部分包括微處理機(jī)正常工作所必須的電路，特別是用于展示指令定程序的時(shí)鐘、還有一些預(yù)置與模擬電路。
微處理機(jī)比如是Motorola公司商品化生產(chǎn)的MC146805型，它包括一些標(biāo)準(zhǔn)功能組件，諸如處理單元、接口程序部件、非易失性存儲(chǔ)器RAM＊、計(jì)算單元。常規(guī)瞬時(shí)啟動(dòng)功能塊70與上面描述的啟動(dòng)數(shù)字控制組裝在一起，此功能塊接收整流電橋18輸出端的相位模擬信號(hào)。功能塊70把這一信號(hào)與預(yù)定閾值相比較，以便在用下面要詳細(xì)描述的方式超過閾值時(shí)向繼電器14發(fā)出傳輸?shù)膯?dòng)指令。功能塊70保證了優(yōu)于數(shù)字?jǐn)嗦费b置的啟動(dòng)快速性。
指出下面的情況是較恰當(dāng)?shù)膱D1和相應(yīng)的描述(說明)都包含了斷路裝置正常工作的一些基本部(元)件、模擬和數(shù)字部分的一些附屬元件，比如像電源、電阻及極化電容、瞬時(shí)信號(hào)的寄存器與存儲(chǔ)器等，這里不一一類舉了以不再過分累述。
啟動(dòng)特性
控制面板64帶有8個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)72-86它們是圖1上所描述的功能塊組件54的8個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)。每個(gè)具有8個(gè)位置的轉(zhuǎn)換開關(guān)都與一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)相配合以便在功能塊54詢問時(shí)從傳輸?shù)轿⑻幚頇C(jī)48的8個(gè)不同的值中選擇一個(gè)。面板64另外還有5個(gè)電(致發(fā))光或信號(hào)指示器90-98以及一個(gè)測試塊的聯(lián)接器88。
按本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的斷路裝置可用在兩種不同類型的功能方面，一種是相位和接地故障保護(hù)功能及相位故障保護(hù)功能以及暫停供電的作用。
1)接地保護(hù)
圖3以對(duì)數(shù)坐標(biāo)比例描繪出了相位及接地保護(hù)的啟動(dòng)曲線。
長延遲閾值ILR，也就是說超過它，長延遲啟動(dòng)循環(huán)印被激勵(lì)開始運(yùn)行的那一電流強(qiáng)度，由轉(zhuǎn)換開關(guān)80來調(diào)節(jié)。自動(dòng)開關(guān)啟動(dòng)時(shí)所需的那段時(shí)間是電流強(qiáng)度的函數(shù)，關(guān)系式是電流強(qiáng)度與時(shí)間成反比的關(guān)系，I2t＝T1＝常數(shù)，它可在對(duì)數(shù)坐標(biāo)下以傾斜線段100來表述。長延遲的延時(shí)可用能改變常數(shù)T1的轉(zhuǎn)換開關(guān)78來調(diào)節(jié)。如果電流強(qiáng)度超過第二個(gè)閾值，在此種場合下即短延遲閾值ICR，自動(dòng)開關(guān)就開啟短延遲啟動(dòng)循環(huán)運(yùn)行。它超前于長延遲啟動(dòng)。表示短延遲啟動(dòng)的曲線包括兩個(gè)相鄰線段，與時(shí)間成倒數(shù)關(guān)系的線段102，這是用關(guān)系式I2t＝T2所表示的線段，以及固定時(shí)間T3的線段104。轉(zhuǎn)換開關(guān)84可進(jìn)行短延遲閾值ICR的調(diào)節(jié)而轉(zhuǎn)換開關(guān)82則進(jìn)行短延遲固定延時(shí)T3的調(diào)節(jié)。固定時(shí)間特性轉(zhuǎn)到反時(shí)間特性要固定在一個(gè)不變的電流值上。第三個(gè)閾值，IIN，大于ICR閾值并由轉(zhuǎn)換開關(guān)86來調(diào)節(jié)，這個(gè)閾值引起瞬時(shí)啟動(dòng)循環(huán)運(yùn)行，其延時(shí)T4對(duì)應(yīng)于不可調(diào)節(jié)的斷路裝置的響應(yīng)時(shí)間。
在第四個(gè)閾值IR以上瞬時(shí)模擬斷路裝置70在正常工作狀態(tài)下起作用以致自動(dòng)開關(guān)10能超高速開啟。在圖3上另外還表示出一種過載值IS，其橫坐標(biāo)稍低于長延遲閾值ILR的橫坐標(biāo)，超過它就標(biāo)示著接近長延遲閾值并有可能啟動(dòng)。轉(zhuǎn)換開關(guān)76調(diào)節(jié)過載閾值IS。這個(gè)超過閾值IS的信號(hào)可用于簡易化的暫停供電控制，在這種場合下就是切斷非優(yōu)先線路(非優(yōu)先線路的暫時(shí)斷電)。但電流一變得小于閾值IS，輸出端就暫時(shí)失去了激勵(lì)而暫停供電的線路重又接通。
表示接地保護(hù)的曲線包括一個(gè)接地保護(hù)值IP和一個(gè)定時(shí)延時(shí)I5。閾值IP用轉(zhuǎn)換開關(guān)74調(diào)節(jié)而延時(shí)T5則用轉(zhuǎn)換開關(guān)72調(diào)節(jié)。
斷路裝置在某一指定時(shí)刻的狀態(tài)可用電(致)(發(fā))光二極管或信號(hào)指示器90-98在控制面板64上顯示，這些都在圖3的曲線上有所表示。信號(hào)指示器90在接地保護(hù)閾值IP上是用實(shí)心圓表示它在自動(dòng)開關(guān)10對(duì)接地故障啟動(dòng)時(shí)發(fā)亮。它一直保持發(fā)亮光到外部進(jìn)行干涉的時(shí)候，例如重新調(diào)整一下裝備的時(shí)候。信號(hào)指示器92，用四個(gè)白、黑交替的圓形扇段來表示，它在過載閾值IS啟動(dòng)時(shí)發(fā)亮而在當(dāng)電流變得低于這一閾值時(shí)就自動(dòng)熄滅。當(dāng)超過長延遲閾值ILR時(shí)，信號(hào)指示器94將給予信號(hào)指示，如果電流值在延時(shí)末了之前減少到這一閾值以下，指示器94就自熄了。由長延遲電路控制的過載啟動(dòng)由信號(hào)指示器96來指示然而短延遲啟動(dòng)和瞬時(shí)啟動(dòng)則引起信號(hào)指示器98發(fā)亮。信號(hào)指示器96、98的熄滅必需一種外來的作用。這些調(diào)節(jié)技術(shù)以及顯示技術(shù)是專業(yè)人員都很了解的所以再進(jìn)一步作詳細(xì)描述就沒什么用處了。調(diào)節(jié)的精度能夠通過使用具有較多位置的轉(zhuǎn)換開關(guān)72-86來加以提高或者根據(jù)更為喜歡的方式通過兩種調(diào)節(jié)方式方法的結(jié)合，特別是轉(zhuǎn)換開關(guān)76與其它調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換開關(guān)相結(jié)合來提高。這種結(jié)合方式可給出64個(gè)調(diào)節(jié)刻痕標(biāo)記，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)換開關(guān)76起雙重作用而且閾值IS與ILR之間的足夠差距?？梢韵胂蟮玫皆鎏硪恍﹩为?dú)的轉(zhuǎn)換開關(guān)可實(shí)現(xiàn)這種類型的結(jié)合。
2)暫停供電
同一種裝置可用于圖4曲線所描述的另一種形式的保護(hù)。在這種變換形式中相位保護(hù)啟動(dòng)曲線與圖3所描繪的曲線是一樣的，但是接地保護(hù)沒有保證。在這種功能下，可自由使用轉(zhuǎn)換開關(guān)72、74以及信號(hào)指示器90、92而軟(件)設(shè)備則為了保證由曲線106、108所描述的暫停供電及重新供電的作用而作了修改。暫停供電值IDE低于長延遲閾值ILR是用轉(zhuǎn)換開關(guān)72來調(diào)節(jié)的，信號(hào)指示器90指示暫停供電的操作。重新供電閾值IRE不同于并低于暫停供電閾值IDE，是由轉(zhuǎn)換開關(guān)74來調(diào)節(jié)的而且用指示器92指示。暫停供電曲線106也是與時(shí)間成倒數(shù)關(guān)系的曲線且平行于長延遲保護(hù)曲線100，而重新供電曲線108則是固定的時(shí)間變化曲線。調(diào)節(jié)應(yīng)該總是保證在長延遲啟動(dòng)之前暫停供電。
校正電路
斷路裝置的各種功能和保護(hù)需要在很大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)測量電流?？偠灾?，對(duì)于最低長延遲閾值動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)0.4In(In為額定電流值)，對(duì)于最高瞬時(shí)啟動(dòng)值，動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)12In，即存在一個(gè)30倍的比值關(guān)系。要獲得足夠的精度，尤其是在要達(dá)到1%的分辨力時(shí)，表示0.4In電流值的數(shù)字至少應(yīng)為100，也就是說，相當(dāng)于12In最大電流強(qiáng)度值3000，數(shù)字3000需要用12位編碼。但一個(gè)12位的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器工作速度慢，而且造價(jià)昂貴。
按照本發(fā)明校正電路34使模擬線路的動(dòng)態(tài)范圍適合于8位的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器50的動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)能達(dá)到精度為1%的要求。為此目的，放大器26的增益被選用來把一個(gè)施加在它的輸入端的、相當(dāng)于14In的最大電流的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成為一個(gè)最大信號(hào)(例如5V)，這個(gè)信號(hào)出現(xiàn)在多路轉(zhuǎn)換器29的輸入通路2上。這個(gè)信號(hào)在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器50的輸出端被數(shù)字化為256。比例為2的分壓電橋30在通路1作用一個(gè)雙信號(hào)，只要放大器26的輸入端的模擬信號(hào)低于7In，5V的最大數(shù)值就不會(huì)被超過。放大器28以同樣的方式在多路轉(zhuǎn)換器29的輸入端4上施加一個(gè)電流值為1.7In的最大信號(hào)，在輸入端3上施加一個(gè)電流值為0.85In的最大信號(hào)。不難看出，放大器26和放大器28的增益比為8。微處理機(jī)48按照電流值選擇使用1至4通路中的任何一條，也就是電流在7和14In之間時(shí)使用通路2，電流在1.7和7In之間時(shí)使用通路1，電流在0.85和1.7In之間時(shí)使用通路4，電流低于0.85In時(shí)使用通路3。微處理機(jī)48將這個(gè)數(shù)字化值乘以一個(gè)系數(shù)，這個(gè)系數(shù)取決于選定的通路，以便由此來恢復(fù)信號(hào)的最初數(shù)值。
圖5中的程序與框圖反映出本校準(zhǔn)電路的工作情況。
微處理機(jī)48激活通路2(14In)，并把相應(yīng)的信號(hào)數(shù)字化。如其結(jié)果高于128，這個(gè)數(shù)與16相乘并被排列到一個(gè)RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)內(nèi)存儲(chǔ);如果其結(jié)果低于128，那么數(shù)字化要在通路1上(7In)進(jìn)行。當(dāng)其結(jié)果高于64時(shí)，其接字要與8相乘并把結(jié)果記錄在存儲(chǔ)器內(nèi);如果其結(jié)果低于64，要在通路4上進(jìn)行數(shù)字化(1.7In)，那么如果數(shù)字化后結(jié)果大于128，則把數(shù)字乘以2，然后將之排列到存儲(chǔ)器內(nèi)。當(dāng)結(jié)果小于128，數(shù)字化要在通路3上(0.85In)進(jìn)行，并且數(shù)據(jù)將被直接編入存儲(chǔ)器。8位的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器50的動(dòng)態(tài)范圍就是這樣與電流的變化范圍(0.4In-12In)相匹配的，并且確保了足夠的精度。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于一個(gè)精度或一個(gè)較大的變化幅度，通路的數(shù)目以及由此產(chǎn)生的校準(zhǔn)數(shù)目可以增加;反之，在相反的情況下，通路數(shù)目可以減少。
參看圖1，可以得知接地故障信號(hào)僅可以作用在通路5和通路6這兩條通路上。信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍小于相位故障信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。這樣有這兩個(gè)校準(zhǔn)量就可以解決問題了。通路5和通路6的選用由微處理機(jī)48按上述已說明的方式進(jìn)行，這里就不必贅談。
按照本發(fā)明，使用多路轉(zhuǎn)換器29和校準(zhǔn)電路34是一種促成模擬線路和數(shù)字線路動(dòng)態(tài)范圍相匹配的簡便辦法。
高峰值的鎖定取樣
從模擬線路過渡到數(shù)字線路表現(xiàn)為被處理信號(hào)的采取樣。在采樣過程中數(shù)據(jù)信號(hào)的值保持不變?yōu)橐怀?shù)，而采樣時(shí)間取決于由微外理機(jī)48確定的采樣周期。這一時(shí)間若為1.84毫秒，應(yīng)與交流信號(hào)的一交流半周期10毫秒相比較，因此，很明顯采樣所造成的誤差是不可忽視的。附圖6a時(shí)間圖一方面表示按照時(shí)間經(jīng)全波整流后的模擬信號(hào)的變化曲線110，另一方面表示適用在數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器50的輸出端上相應(yīng)的采樣曲線112。這些曲線110、112進(jìn)一步說明了上述的誤差值，尤其是在信號(hào)峰值上的誤差值，該誤差可達(dá)10%。這一決定啟動(dòng)和啟動(dòng)延遲的峰值大小已在前文中加以述敘。測量峰值時(shí)的誤差反應(yīng)在啟動(dòng)的延遲方面，而這種誤差頗能防礙啟動(dòng)的選則性。人們知道在一個(gè)配電網(wǎng)路中串聯(lián)著很多的斷路器。這些斷路器的啟動(dòng)特性均已標(biāo)刻在設(shè)備上，從而使啟動(dòng)選擇性得到保證。只有故障上流與其直接相臨的斷電器能夠自動(dòng)斷開，以便消除故障，其他的斷路器保持閉合狀態(tài)以便向網(wǎng)路中的無故障的支路供電。當(dāng)上流斷路器非啟動(dòng)時(shí)間長于啟動(dòng)時(shí)間時(shí)，也就是說長于下流的斷路器的斷電時(shí)間時(shí)，時(shí)間測定的選擇就完成了。附圖3和附圖4中所標(biāo)明的串聯(lián)在一起的斷路器的啟動(dòng)和非啟動(dòng)曲線之間應(yīng)有足夠的偏離，以避免這些曲線產(chǎn)生任何相交現(xiàn)象。專家對(duì)這些選擇問題頗為了解，同時(shí)他們深知在啟動(dòng)和非啟動(dòng)時(shí)間之間的間隔越短越好，這樣就可迅速地中斷故障電流同時(shí)持續(xù)向設(shè)備中的無故障部分繼續(xù)供電。
根據(jù)本發(fā)明，通過鎖定和存儲(chǔ)高峰值，以及通過對(duì)這一鎖定值在高峰值上加以處理而實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能的辦法可以提高采樣峰值的精確度。
在一存儲(chǔ)器RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)中存儲(chǔ)了5個(gè)數(shù)值，它們由圖6a、b、c、d、e中的曲線所表示。它們是
MESURI對(duì)在時(shí)間t時(shí)內(nèi)處理采樣的電流強(qiáng)度所測定的數(shù)值。
MESURI-1對(duì)在時(shí)間t-1時(shí)內(nèi)處理采樣的電流強(qiáng)度所測定的數(shù)值。
INTPHA被鎖閉于高峰值上的相位電流強(qiáng)度的采樣值。
DERCRE低于INTPHA值的高峰值的數(shù)值。
TEMPEC用逆計(jì)數(shù)法計(jì)數(shù)出的經(jīng)過時(shí)間。
圖7表示處理過程的方框圖
在時(shí)間t1內(nèi)微處理機(jī)48調(diào)用并處理測量電流強(qiáng)度的MESURI采樣信號(hào)。該信號(hào)由數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器50(圖6a)發(fā)出。這一信號(hào)(MESURI)與已被存儲(chǔ)和鎖定在高峰值上的相位電流強(qiáng)度信號(hào)(圖6d)中的INTPHA相比較。
如MESURI值大于INTPHA值，峰值增大，而表示低于INTPHA信號(hào)值的高峰值DERCRE值(圖6d)就應(yīng)歸零。
MESURI值記錄在MESURI-1(圖6c)存儲(chǔ)器中以及INTPHA存儲(chǔ)器(圖6d)中。負(fù)責(zé)逆計(jì)數(shù)的TEMPEC值(圖6e)被置為最大，而微處理機(jī)48用上述所提到的方法對(duì)INTDHA值進(jìn)行處理，以便保證保護(hù)功能的實(shí)施。
若MESURI測量值低于INTPHA強(qiáng)度，例如在對(duì)應(yīng)于模擬信號(hào)下降相位的時(shí)間t2內(nèi)，我們就把MESURI和MESURI-1測量加以比較。在時(shí)間t2內(nèi)MESURI測量值不高于MESURI-1數(shù)值時(shí)，就把MESURI數(shù)值輸入存儲(chǔ)器MESURI-1中。然后檢查TEMPEC是否等于零，在t2時(shí)間內(nèi)不是這種情況，就減縮TEMPEC數(shù)值。處理IMTRHA強(qiáng)度以保證保護(hù)作用。
在對(duì)應(yīng)于下半周期的上升相位時(shí)間t3中，MESURI測量值總是低于INTPHA的強(qiáng)度，但是高于MESURI-1測量值(遞增相位)。比較MESURI測量值和DERCRE峰值，由于MESURI高于DERCRE，應(yīng)把MESURI值輸入存儲(chǔ)器中，然后再執(zhí)行上述的把MESURI值輸入存儲(chǔ)器MESURI-1中的程序和其他操作。根據(jù)圖6中的范例可得知第二個(gè)半周期的采樣峰值低于第一個(gè)半周期的采樣峰值，而且用于處理的INTPHA存儲(chǔ)值為最高的峰值數(shù)。事實(shí)上，摸擬信號(hào)的兩個(gè)半周期是完全一致的，采樣峰值的差別是由采樣過程所形成的。根據(jù)本發(fā)明，通過鎖定高峰值，即通過在第二個(gè)峰值的位置上保留第一個(gè)最高峰值的辦法就可大大減少誤差。第二個(gè)峰值數(shù)被臨時(shí)存放在存儲(chǔ)器DERCRE之中。
在第三個(gè)半周期的時(shí)間t4中，MESURI再次超過INTPHA值，而且此時(shí)DERCRE是以第一個(gè)半周期時(shí)所描敘的方式歸零，因?yàn)镸ESURI在存儲(chǔ)器中取代了MESURI-1值和INTPHA值。TEMPEC被置為最大值，而新的采樣峰值INTPHA被鎖定。
第4和第5個(gè)半周期的幅小于第3個(gè)半周期的幅，而且在一般情況下逆計(jì)數(shù)到過零時(shí)間t5為止。參照方框圖，可以得知如果TEMPEC等于零，而DERCRE不等于零時(shí)(這正是時(shí)間t5中的情況);DERCRE在存儲(chǔ)器中取代INTPHA值，而DERCRE歸零。
不難理解在逆計(jì)數(shù)過程中，假如TEMPEC為22毫秒，那么被處理過并存儲(chǔ)于INTPHA中的數(shù)值相當(dāng)于被鎖定在高峰值上的采樣值，因?yàn)槟嬗?jì)數(shù)在每次峰值被超過時(shí)都重新開始。這一鎖定值至少包括550HZ且其每個(gè)半周期時(shí)間為10毫秒的交流電的兩個(gè)峰值。如果在22毫秒中峰值一直低于被鎖定峰值INTPHA，該鎖定峰值INTPHA將被DERCRE值取代。DERCRE值是低于INTPHA值的被鎖定的高峰值。當(dāng)峰值增大時(shí)被處理的信號(hào)立即對(duì)這種增大作出反應(yīng)，而在峰值減少時(shí)就出現(xiàn)22毫秒的延遲。鎖定高峰值對(duì)瞬時(shí)啟動(dòng)無任何影響，但可減少短延遲和長延遲啟動(dòng)的采樣誤差。延遲22毫秒可能引起錯(cuò)誤的啟動(dòng)，但其影響極小，因?yàn)檫@類啟動(dòng)的延遲是秒一級(jí)的。要想使峰值有相當(dāng)高的精確度，又要使啟動(dòng)時(shí)間與非啟動(dòng)時(shí)間的時(shí)間差盡可能地縮小，就應(yīng)采用22毫秒延遲的折衷辦法。顯然可以增加延遲時(shí)間以便包括更多數(shù)量的半周期，從而增加精確度，尤其在峰值的測量或顯示不受斷路器的控制時(shí)，更是如此。在相位故障時(shí)鎖定高峰值的過程已在上面介紹過了，但在接地保護(hù)方面，它也有同樣的良好作用。
長延遲啟動(dòng)的熱成象
長延遲啟動(dòng)的反函數(shù)I2t＝常數(shù)，由圖3中的直線100表示，它與常規(guī)啟動(dòng)器的熱控開關(guān)的反函數(shù)類似。這種開關(guān)在電流高于第一閾值時(shí)就預(yù)熱，當(dāng)電流低于這一閾值時(shí)就冷卻。根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)反函數(shù)是通過計(jì)算一熱控開關(guān)的熱成象得知的。這一熱控開關(guān)的熱成象是由被存儲(chǔ)的數(shù)字值所表示。在一加熱階段，這一存儲(chǔ)值要增加一事先規(guī)定的因數(shù)用以表示加熱過程，而在冷卻階段這一存儲(chǔ)值要遞減。存儲(chǔ)值超過閾值時(shí)開始啟動(dòng)。這一熱成象可反映先前狀況并可忠實(shí)地反映出熱控開關(guān)或受斷路器保護(hù)的儀器的溫度。
長延遲反函數(shù)由圖8中的微處理機(jī)48的程序完成，下面予以說明。INTPHA電流強(qiáng)度是鎖定在高峰值上的相位強(qiáng)度值，上面已介紹過該值。微處理機(jī)48比較INTPHA值和轉(zhuǎn)換開關(guān)80所顯示的值ILR。如果INTPHA強(qiáng)度值不高于閾值ILR，點(diǎn)燃指示器94的超載位被置零，這樣指示器94就熄滅。檢查存儲(chǔ)在RAM存儲(chǔ)器中的乘法系數(shù)MULRR(HU，乘法器;L，長，R延遲;R，冷卻)是否等于零。如果不是零，MULRR乘數(shù)要縮減并使程序循環(huán)執(zhí)行。如果乘數(shù)MULRR等于零，這個(gè)乘法器被長滯后延時(shí)轉(zhuǎn)換開關(guān)78的位置按一確定的數(shù)量賦初值，而且一個(gè)記錄在RAM存儲(chǔ)器中的TETALR數(shù)值(用于長滯后延時(shí)功能的摸擬熱控開關(guān)溫度TETA功能)乘以一個(gè)表示等效熱控開關(guān)冷卻的縮減系數(shù)，因?yàn)樾碌腡ETALR數(shù)值在存儲(chǔ)器內(nèi)已替換了舊的數(shù)值。這一順序適用于熱控開關(guān)的冷卻過程。
當(dāng)INTPHA強(qiáng)度高于閾值ILR時(shí)，加熱階段開始啟動(dòng)。用與冷卻過程中類似的方式校驗(yàn)乘法系數(shù)MULRE(MU，乘法器;L，長，R，延遲;E，采樣)是否等于零，如果不等于零，MULRE乘數(shù)要縮減并使程序循環(huán)執(zhí)行。如果MULRE乘數(shù)等于零，超載位就過渡到數(shù)1以便點(diǎn)燃指示器94，乘法器MULRE被轉(zhuǎn)換開關(guān)78按一個(gè)確定數(shù)賦初值。微處理機(jī)48的一個(gè)算術(shù)和邏輯單元執(zhí)行求電流平方值的計(jì)算，并且計(jì)算表示加熱的數(shù)值DTETAE(DELTA TETA加熱)。這個(gè)加熱值要加到先前已經(jīng)存儲(chǔ)的TETALR數(shù)值上，用以確定新的溫度成象。如果溫度成象高于最高值TETAMAX，啟動(dòng)位過渡到1并導(dǎo)致斷路器的啟動(dòng)。否則，程序循環(huán)運(yùn)行。
乘法系數(shù)MULRR和MULRE的作用在于調(diào)整數(shù)字化熱成象增量或減量的速度?？梢钥闯觯鐚?duì)三個(gè)乘法器進(jìn)行一次調(diào)整，就要一次對(duì)三個(gè)乘法器進(jìn)行調(diào)整，該調(diào)整是用3倍的延遲時(shí)間。這些乘法器可選擇長延遲啟動(dòng)曲線。
短延遲逆時(shí)功能次類似的方式由圖9中的方框圖來完成。當(dāng)INTPHA強(qiáng)度小于閾值ICR時(shí)，用于短延遲啟動(dòng)功能的摸擬熱控開關(guān)的溫度TETACR要乘以一個(gè)表示冷卻的縮減系數(shù)，且新的數(shù)值要輸入到RAM存儲(chǔ)器內(nèi)。如果INTPHA強(qiáng)度超過閾值ICR，檢查一下鎖定在高峰值上的采樣電流平方值(代表加熱)是否大于給定的最大值BUTCR(代表短延遲時(shí)從逆時(shí)啟動(dòng)到定時(shí)啟動(dòng)的數(shù)值)。如果該電流平方值不大于給定的最大值，存儲(chǔ)器內(nèi)的TETACR值被TETACR+DTETACR增值替換，然后檢查這個(gè)新的TETACR值是否超過啟動(dòng)值TETACRMAX。在超過的情況下，向負(fù)責(zé)逆時(shí)短延遲保護(hù)的繼電器14發(fā)出啟動(dòng)命令。當(dāng)加熱DTETACR值高于BUTCR限定值時(shí)，這個(gè)限定值就替換DTETACR值，并以上述的方式再加上TETACR值，從而導(dǎo)致啟動(dòng)或不啟動(dòng)。啟動(dòng)或不啟動(dòng)取決于表示熱控開關(guān)摸擬溫度的新TETACR值是否高于TETACRMAX值。
軟件的組成
圖10表示發(fā)明中啟動(dòng)器的主要程序。在初始化之后，微處理機(jī)48采集信息塊54的轉(zhuǎn)換開關(guān)77-86輸送的調(diào)整參數(shù)。然后微處理機(jī)48讀多路轉(zhuǎn)換器29發(fā)出的相位電流值和地線電流值，因?yàn)樗羞@些數(shù)據(jù)都已存儲(chǔ)于RAM存儲(chǔ)器內(nèi)。此時(shí)微處理機(jī)48以上面已描述過的方法對(duì)處于相位電流和接地電流的高峰開始鎖定采樣。然后微處理機(jī)48又進(jìn)行瞬時(shí)功能，檢查鎖定在高峰值的相位電流是否超過了瞬時(shí)啟動(dòng)閾值IIN。程序因此被劃分為交替使用的兩個(gè)分支。第一個(gè)分支用于計(jì)算確定及時(shí)間功能所需的電流方波。第二個(gè)分支用于連續(xù)處理長延遲、短延遲和接地保護(hù)功能。這樣劃分處理工作可以縮短程序的工作周期至1.84毫秒。信號(hào)指令和啟動(dòng)指令發(fā)出后，一個(gè)新的周期遵照1.84毫秒的周期時(shí)間經(jīng)過同步等待之后又開始執(zhí)行。
摸擬瞬時(shí)啟動(dòng)
在有嚴(yán)重短路和啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)上述數(shù)字處理啟動(dòng)器的工作并不理想。數(shù)字處理雖快，但并不是瞬時(shí)的，這種延遲在某種情況下引起保護(hù)裝置被破壞和/或斷路裝置被破壞。根據(jù)本發(fā)明，為保證附加的瞬時(shí)保護(hù)，數(shù)字處理線路一條摸擬處理線路分路。與導(dǎo)線RST電流成比例的整流信號(hào)出現(xiàn)在整流電橋18的輸出端上，當(dāng)預(yù)定的閾值被超過時(shí)這個(gè)信號(hào)在摸擬組件70中受到處理，從而發(fā)出一道瞬時(shí)啟動(dòng)命令傳給繼電器14。仔細(xì)查看圖11，可以得知作用到組件70輸入端的信號(hào)在運(yùn)算放大器114中放大，運(yùn)算放大器114的輸出端與比較器116的一個(gè)輸入端相連，而比較器116的輸出端與繼電器14相連。比較器116的另一個(gè)輸入端與由兩個(gè)電阻120、122串聯(lián)形成的分壓電橋上的點(diǎn)118相連。一個(gè)分流電路與電阻112并聯(lián)，該電路由晶體管126和電阻124串聯(lián)組成。寄存器58的輸出端S7發(fā)出的指令控制晶體管126中斷或關(guān)閉分流電路。不難看出分壓電橋120、122和分流電路124、126根據(jù)晶體管126的導(dǎo)電或鎖定情況決定兩個(gè)不同的閾值IR、IR1，這是因?yàn)楸容^器116把信號(hào)和這兩個(gè)閾值進(jìn)行比較，一旦出現(xiàn)超越這兩個(gè)閾值的情況就發(fā)出啟動(dòng)命令。根據(jù)圖3，可以看出閾值IR大于數(shù)字瞬時(shí)啟動(dòng)閾值IIN，因?yàn)殚撝礗R1稍低或等于閾值IIN。激活輸出端S7時(shí)，也就是說當(dāng)處理數(shù)字線路工作時(shí)值IR被選用。如果數(shù)字線路未被激活，模擬線路的干預(yù)閾值被置為IR1值。
瞬時(shí)模擬啟動(dòng)器按下列方式工作
正常工作情況下，模擬啟動(dòng)器不工作，因?yàn)槌d和短路問題都由數(shù)字啟動(dòng)器處理。模擬啟動(dòng)器的工作閾值被調(diào)到IR值，而且只有在一短路的值很高于閾值IR時(shí)才由兩條處理線路處理，模擬線路位于數(shù)字線路之前并控制啟動(dòng)。這一快速啟動(dòng)負(fù)責(zé)保護(hù)斷路裝置。
啟動(dòng)期間，尤其在閉合斷路裝置時(shí)，數(shù)字線路在啟動(dòng)的短時(shí)間時(shí)是無效的，而且因?yàn)檩敵龆薙7上無信號(hào)，模擬啟動(dòng)器70的閾值自動(dòng)降到較低的IR1值上。在短路的情況下，尤其是在出現(xiàn)故障關(guān)閉時(shí)，一旦超過IR1閾值，模擬斷路裝置啟動(dòng)工作，同時(shí)保護(hù)了自動(dòng)開關(guān)和設(shè)備。此外模擬線路彌補(bǔ)了數(shù)字線路的不足并且在不大的改動(dòng)后就可增加斷路裝置的可靠性。應(yīng)當(dāng)指出，模擬斷路裝置閾值的改變可由不同的方式實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的斷路裝置經(jīng)過不大的改動(dòng)就可兼有模擬斷路裝置和數(shù)字?jǐn)嗦费b置的長處。
權(quán)利要求
1、用于電氣自動(dòng)開關(guān)的數(shù)字靜態(tài)觸發(fā)斷路裝置，包括
--一些電流傳感器(16)、這些傳感器可產(chǎn)生那些與流經(jīng)由自動(dòng)開關(guān)保護(hù)的導(dǎo)電體(RST)電流成正比的模擬信號(hào)；
--一些整流電路(18)用來對(duì)上述信號(hào)進(jìn)行檢波整流并輸出一種表示上述電流最大值的模擬直流信號(hào)；
--一個(gè)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(50)，它有一個(gè)接收上述模擬信號(hào)的輸入端和一個(gè)輸出相應(yīng)校準(zhǔn)的數(shù)字化信號(hào)的輸出端；
--一個(gè)微處理機(jī)數(shù)字處理系統(tǒng)(48)，把數(shù)字化信號(hào)加入到該系統(tǒng)中以保證長延遲(LR)啟動(dòng)功能及短延遲(CR)啟動(dòng)功能并且在超過預(yù)定閾值時(shí)產(chǎn)生自動(dòng)開關(guān)的啟動(dòng)指令，上述指令隨著信號(hào)值的變化而延時(shí)；
--以及一種由上述啟動(dòng)指令激勵(lì)的自動(dòng)開關(guān)的啟動(dòng)裝置(12、14)；
其特點(diǎn)在于它包括上述校準(zhǔn)取樣的數(shù)字化信號(hào)最高峰值鎖定裝置，被鎖定的信號(hào)峰值(INTPHA)存儲(chǔ)并加到數(shù)字處理系統(tǒng)以保證啟動(dòng)作用，還包括一個(gè)可逆計(jì)數(shù)(TEMPEC)并且逆計(jì)數(shù)后消去鎖定峰值的裝置，逆計(jì)數(shù)的時(shí)間長度至少等于通過上述信號(hào)的兩個(gè)相鄰峰的時(shí)間間隔并且逆計(jì)數(shù)是在每次上述信號(hào)超過上述鎖定峰值時(shí)重新開始。
2、根據(jù)權(quán)利要求
1所述的靜態(tài)斷路裝置，其特點(diǎn)還在于它包括一個(gè)低于上述鎖定峰值(INTPHA)信號(hào)的最高峰值(DERCRE)的存儲(chǔ)裝置，當(dāng)消去它的時(shí)候這個(gè)最后邊的值(鎖定值)就用上述的存儲(chǔ)的最高峰值(DERCRE)所代替。
3、根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的靜態(tài)觸發(fā)斷路裝置，其特點(diǎn)在于信號(hào)的取樣校準(zhǔn)間隔小于5毫秒。
4、根據(jù)權(quán)利要求
3所述的靜態(tài)斷路裝置其特點(diǎn)在于逆計(jì)數(shù)(TEMPEC)的時(shí)間長度在20與100毫秒之間。
5、根據(jù)權(quán)利要求
1、2、3或4所述的靜態(tài)斷路裝置其特點(diǎn)在于上述的鎖定裝置和上述的逆計(jì)數(shù)裝置都插入微處理機(jī)(48)中，此微處理機(jī)可引導(dǎo)被處理信號(hào)的取樣校準(zhǔn)。
6、根據(jù)前面權(quán)利要求
當(dāng)中之一所述的靜態(tài)觸發(fā)斷路裝置，其特點(diǎn)在于它包括一個(gè)相位故障電流取樣信號(hào)的最高峰值鎖定裝置和一個(gè)接地故障電流取樣信號(hào)最高峰值鎖定裝置。
7、根據(jù)權(quán)利要求
3所述的靜態(tài)斷路裝置，其特點(diǎn)在于它包括一個(gè)用于保護(hù)用的時(shí)間在20與60毫秒之間的逆計(jì)數(shù)系統(tǒng)和另一個(gè)用于顯示通過自動(dòng)開關(guān)電流時(shí)間在40毫秒與1秒之間的逆計(jì)數(shù)系統(tǒng)。
專利摘要
微處理機(jī)(48)的數(shù)字靜態(tài)斷路裝置，微機(jī)(48)處理由電流傳感器(16)輸出的模擬信號(hào)所產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)。為了減少由于信號(hào)取樣所造成的信號(hào)峰值測量誤差，微處理機(jī)(48)處理最高峰值鎖定信號(hào)。逆計(jì)數(shù)確定包括兩個(gè)或三個(gè)峰值的鎖定時(shí)間間隔。斷路裝置用于具有啟動(dòng)時(shí)間與非啟動(dòng)時(shí)間相隔很小的選擇性的自動(dòng)開關(guān)。
文檔編號(hào)H02H3/093GK86100382SQ86100382
公開日1986年8月20日 申請(qǐng)日期1986年2月22日
發(fā)明者彼爾·迪米爾 申請(qǐng)人:默林·格林導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan