專利名稱：用于低壓斷路器的電子過電流脫扣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于低壓斷路器的電子過電流脫扣器，它具有一條通過設(shè)定值如吸合電流IR、慣性度(Traegheitsgrad)tR、短延時(shí)短路電流Isd、短延遲時(shí)間tsd和無延時(shí)短路電流Ii劃分成一個(gè)過載區(qū)、一個(gè)短延時(shí)短路區(qū)和一個(gè)無延時(shí)短路區(qū)的特性曲線。
在電氣設(shè)備中，斷路器用于在過載和短路時(shí)保護(hù)其下級(jí)用電器和該電氣設(shè)備以及斷路器本身。通過布設(shè)帶有一個(gè)自己的斷路器的負(fù)載支路，以及布設(shè)帶有一個(gè)上級(jí)斷路器的多條支路等，構(gòu)成一個(gè)開關(guān)的枝狀系統(tǒng)，這是有選擇地切斷故障支路的前提。條件是不同時(shí)操作多個(gè)開關(guān)，而是只操作直接在故障地點(diǎn)前的開關(guān)。只有在通過此開關(guān)不能克服故障時(shí)，才應(yīng)切斷在下一個(gè)高度的分級(jí)整定層(Staffeleben)內(nèi)的開關(guān)。
原則上這種選擇性可以通過電流分級(jí)整定(Stromstaffelung)和/或時(shí)間分級(jí)整定(Zeitstaffelung)獲得，也就是說，過電流脫扣器設(shè)定成不同的吸合電流和/或分級(jí)整定過電流脫扣器的延遲時(shí)間。構(gòu)成最下面的分級(jí)整定層的用電器沒有延時(shí)，級(jí)別越高的分級(jí)整定層各自有更長(zhǎng)的延時(shí)。
通常在過電流脫扣器中設(shè)定好一條脫扣特性曲線，它分成過載區(qū)、短延時(shí)短路區(qū)和無延時(shí)短路區(qū)。其中，通常證實(shí)過載特性曲線符合關(guān)系式I2t＝常數(shù)。通過確定脫扣器的吸合電流IR和過載特性曲線慣性度tR(后者確定對(duì)于6倍測(cè)量電流IR的釋放時(shí)間ta上限)，從而也確定了此常數(shù)。按照這一規(guī)程，脫扣器在1.2倍吸合電流時(shí)應(yīng)在最晚7200秒后釋放，由此給出了過載特性曲線的下限，亦即特性曲線垂直部分。
過載特性曲線朝更大的電流值方向以短延時(shí)短路特性曲線為界，借助它對(duì)于電流的設(shè)定值Isd確定一個(gè)有保證的延遲時(shí)間tsd。短延時(shí)短路特性曲線的變化過程本身仍可遵照關(guān)系式I2t＝常數(shù)，然而通常確定成與電流無關(guān)，所以在整個(gè)特性曲線內(nèi)形成一水平的特性曲線部分。
此特性曲線部分又以無延時(shí)釋放的區(qū)域?yàn)榻纾藚^(qū)域由電流值Ii確定。因?yàn)樵诖藚^(qū)域確定沒有延時(shí)，所以此時(shí)間值僅由釋放時(shí)間、電流檢測(cè)時(shí)間和開關(guān)固有動(dòng)作時(shí)間之和決定。
整個(gè)特性曲線的變化過程應(yīng)單調(diào)下降，從而每個(gè)電流值配有一個(gè)確定的釋放時(shí)間，并因而有可能實(shí)現(xiàn)單值的選擇性分級(jí)整定。若不同分級(jí)整定層的斷路器有這樣的脫扣特性曲線，即，它們沿著從分級(jí)整定層到分級(jí)整定層的方向移向更大的電流和/或更長(zhǎng)的釋放時(shí)間，且在一共同的圖內(nèi)不接觸或不交叉，則可獲得選擇性。實(shí)際上需要某個(gè)最小間距，以便在不利的容差狀態(tài)下不出現(xiàn)選擇性損失。
單調(diào)下降的整體特性曲線總是在下列情況下才能得到保證通過設(shè)定的特征值IR、tR、Isd和tsd，從過載特性曲線區(qū)域過渡到短延時(shí)短路釋放區(qū)形成一條垂直線，過載區(qū)的時(shí)間值沿這條垂直線下降到短延時(shí)短路釋放區(qū)。
對(duì)于那些借助通常帶鐵心的電流互感器所實(shí)施的電流測(cè)量，由于鐵的磁飽和造成一個(gè)有限的測(cè)量范圍，在此范圍內(nèi)借助通常的設(shè)定值自動(dòng)得出一單調(diào)下降的特性曲線。
但是，如果吸合電流IR相對(duì)于與高動(dòng)態(tài)區(qū)相應(yīng)的短延時(shí)短路釋放的電流Isd選擇得很小，則可能導(dǎo)致在過載特性曲線區(qū)域內(nèi)的時(shí)間值，在其階躍到短延時(shí)釋放區(qū)的值之前，就小于短延時(shí)釋放區(qū)的值。這意味著，在從過載區(qū)過渡到短延時(shí)釋放區(qū)時(shí)出現(xiàn)一個(gè)增加的時(shí)間值。這樣一種動(dòng)態(tài)區(qū)的利用是可能的，如采用羅科夫斯基(Rogowski)線圈來替代帶鐵心的電流互感器，其測(cè)量范圍理論上是沒有限制的。用羅科夫斯基線圈檢測(cè)電流早已公知，但在最近變得有特別重要的意義，有關(guān)內(nèi)容可參見德國(guó)實(shí)用新型說明書DE-U 9421240或德國(guó)專利說明書DE-C 19523725。
所闡述的脫扣器特性會(huì)導(dǎo)致不能利用有利的高動(dòng)態(tài)區(qū)，因?yàn)閷?duì)于過電流脫扣器，需要限制比值IR/Isd或限制慣性度tR。但由于這些限制，可能同樣喪失選擇性分級(jí)整定的可能性。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種確保整個(gè)特性曲線在整個(gè)電流范圍為單調(diào)下降的、用于低壓斷路器的電子過電流脫扣器。
按照本發(fā)明，上述技術(shù)問題是通過權(quán)利要求，1的特征來解決的。從屬權(quán)利要求給出了其進(jìn)一步更合適的設(shè)計(jì)。
據(jù)此，過電流脫扣器特性曲線在過載區(qū)內(nèi)對(duì)一個(gè)位于到達(dá)短延時(shí)短路區(qū)前的特性曲線段可設(shè)定一個(gè)與電流無關(guān)、且取決于短延遲時(shí)間tsd的延遲時(shí)間tsdi，它至少與短延遲時(shí)間tsd一樣長(zhǎng)。
在這里，與電流無關(guān)的延遲時(shí)間tsdi可以是在該短延遲時(shí)間tsd上增加一個(gè)該短延遲時(shí)間預(yù)定百分率的值或者增加一個(gè)恒定值的值。
過電流脫扣器可以從預(yù)定的特征值，單值地確定從按I2t＝常數(shù)的下降過載特性曲線過渡到與電流無關(guān)過載區(qū)的電流-時(shí)間數(shù)值對(duì)?，F(xiàn)在，可將這一數(shù)值對(duì)針對(duì)每個(gè)過電流脫扣器置于選擇性研究中，使水平延伸的特性曲線段彼此有所要求的最小距離。這些數(shù)值對(duì)的調(diào)整對(duì)使用者來說是沒有必要的，因?yàn)檫@些數(shù)值由現(xiàn)有的設(shè)定值得出。
下面借助實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明

圖1示出本發(fā)明過電流脫扣器特性曲線形狀；圖2示意給出這種過電流脫扣器的總體結(jié)構(gòu)。
圖1示出一個(gè)電子過電流脫扣器的特性曲線形狀。圖中表示釋放時(shí)間ta與電流I相對(duì)于吸合電流IR比值的的關(guān)系。除吸合電流IR外，此特性曲線通過由6倍吸合電流IR時(shí)的釋放時(shí)間ta確定的慣性度tR及通過短延時(shí)短路電流Isd和相關(guān)短延遲時(shí)間tsd的設(shè)定值來決定。此外，無延時(shí)區(qū)的開始由無延時(shí)短路電流Ii的設(shè)定值確定。按照國(guó)際電氣技術(shù)委員會(huì)的IEC 60 947-2，一開始垂直的特性曲線部分位于1.05與1.2倍吸合電流IR之間。所表示的特性曲線形狀是在將數(shù)值標(biāo)注在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中得出的。
因此首先出現(xiàn)三個(gè)區(qū)過載區(qū)I，在該區(qū)適用I2t＝常數(shù)；短延時(shí)短路釋放區(qū)II，為具有與電流無關(guān)的延遲時(shí)間ta的區(qū)域；以及無延時(shí)短路釋放區(qū)III。
如果象在所示例子中那樣，用于短延時(shí)短路電流Isd的設(shè)定值被設(shè)定到與吸合電流IR相比相當(dāng)高(這在使用羅科夫斯基線圈進(jìn)行電流測(cè)量時(shí)是可能的)，那么特性曲線還在過載區(qū)I就已降到低于短延時(shí)短路電流Isd的設(shè)定值。因此，特性曲線不再是單值的，并與在選擇性分級(jí)整定中位于所示特性曲線下面的下一個(gè)較低選擇性級(jí)的斷路器特性曲線相交。因此不再有選擇性。
現(xiàn)在，通過規(guī)定另一個(gè)參數(shù)，保證過載特性曲線始終明確地位于短延遲時(shí)間tsd的上方。為此作為附加的特性曲線段調(diào)整出一個(gè)與電流無關(guān)的過載區(qū)IV，它將過載區(qū)I單調(diào)下降的部分與短延時(shí)短路釋放區(qū)II連接起來。與電流無關(guān)的過載區(qū)IV的垂直定位是通過在短延遲時(shí)間tsd上疊加一個(gè)恒定的時(shí)間值(例如0.2秒)成為與電流無關(guān)的延遲時(shí)間tsdi來完成。因此重新有可能實(shí)現(xiàn)對(duì)下級(jí)斷路器的選擇性。
在微處理機(jī)控制的脫扣器中可以單純通過軟件實(shí)現(xiàn)。通過簡(jiǎn)單的WENN訪問，可以保證，在時(shí)間短于短延遲時(shí)間tsd上加上一個(gè)設(shè)定值時(shí)間值的情況下不釋放過載保護(hù)。在電子過電流脫扣器中，這一從單調(diào)下降的過載區(qū)I過渡到與電流無關(guān)的過載區(qū)IV的電流-時(shí)間數(shù)值對(duì)，在任何情況下可由脫扣器自行確定，從而不需要進(jìn)行任何進(jìn)一步的設(shè)定值。
圖2借助一個(gè)結(jié)構(gòu)圖來表示一過電流脫扣器的功能。除了參數(shù)吸合電流IR、慣性度tR、短延時(shí)短路電流Isd、短延遲時(shí)間tsd和無延時(shí)短路電流Ii外，對(duì)于過載保護(hù)還提供另一個(gè)用于與電流無關(guān)的過載區(qū)IV的參數(shù)，它由短延遲時(shí)間tsd與一恒定的時(shí)間值(在這里為0.2秒)相加而成的設(shè)定值給出。
權(quán)利要求
1.一種低壓斷路器的電子過電流脫扣器，具有一條由設(shè)定值吸合電流(IR)、慣性度(tR)、短延時(shí)短路電流(Isd)、短延遲時(shí)間(tsd)和無延時(shí)短路電流(Ii)劃分成一個(gè)過載區(qū)(I)、一個(gè)短延時(shí)短路區(qū)(II)和一個(gè)無延時(shí)短路區(qū)(III)的特性曲線，其特征在于其特性曲線在過載區(qū)(I)內(nèi)，對(duì)一個(gè)位于到達(dá)短延時(shí)短路區(qū)(II)前的特性曲線段，可設(shè)定一個(gè)與電流無關(guān)、且取決于短延遲時(shí)間(tsd)的延遲時(shí)間(tsdi)，它至少與短延遲時(shí)間(tsd)一樣長(zhǎng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的過電流脫扣器，其特征在于在過載區(qū)內(nèi)所述與電流無關(guān)的延遲時(shí)間(tsdi)是在所述短延遲時(shí)間(tsd)上增加一個(gè)該短延遲時(shí)間(tsd)預(yù)定百分率的值。
3.按照權(quán)利要求1所述的過電流脫扣器，其特征在于在過載區(qū)內(nèi)與所述電流無關(guān)的延遲時(shí)間(tsdi)是在短延遲時(shí)間(tsd)上增加一個(gè)預(yù)定時(shí)間的值。
全文摘要
過電流脫扣器整個(gè)特性曲線的變化過程應(yīng)單調(diào)下降，這在某些設(shè)定值選擇的情況下并不能始終保證。按照本發(fā)明建議，過電流脫扣器特性曲線在過載區(qū)(I)內(nèi)對(duì)一個(gè)位于到達(dá)短延時(shí)短路區(qū)(II)前的特性曲線段可設(shè)定一個(gè)與電流無關(guān)、且取決于短延遲時(shí)間(t
文檔編號(hào)H02H7/26GK1419727SQ01807187
公開日2003年5月21日 申請(qǐng)日期2001年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月28日
發(fā)明者道格拉斯·愛德華茲, 霍爾格·霍克格拉夫, 杰弗里·C·邁茲納, 安德烈亞斯·潘克, 漢斯·雷哈格 申請(qǐng)人:西門子公司