專利名稱:帶有觸頭損耗指示器的電路斷路器的固體電路跳閘裝置的制作方法
本發明涉及帶有可分離觸頭的電路斷路器用的一種數字式固體電路跳閘裝置。
電路斷路器的工作滿意程度取決于觸頭的損耗情況,不良的觸頭會因焦耳效應造成過熱并損壞斷路器。斷路器通常包括一個絕緣外殼,特別是模鑄外殼,它使斷路器更具可靠性,但此外殼妨礙了用戶對電路斷路器的觸頭情況經常進行目測檢查。在大容量低壓敞開式斷路器中,經常要進行這種檢查,這是為了及時拆卸和更換已損耗觸頭。重要的是及時檢測出觸頭損耗情況以避免整個開關設備的破壞,另外,這種檢查要容易進行,特別是要避免拆卸各部件。
斷路器一般裝有一個計數器來指示操作次數,從而指示出裝置的機械損壞程度,但是,當斷開一次短路故障引起的觸頭磨損比簡單地斷開額定值電流造成的磨損更厲害時,就無法由這種指示方法知道觸頭的損耗情況。
從而,提出通過考慮被斷電流值來檢查開關裝置的情況。
在一種流行的裝置中,與開關裝置觸頭鎖連著的一個機械式觸點送出一個讓存儲器“讀”的信號,該存儲器的數據輸入端與一個電流測量裝置相連,存儲器的輸出提供出一個與“讀”時測得的電流值相當的損耗值,把存儲器中讀得的多次損耗值加起來,就提供出一個代表觸頭損耗度的值。假如此類裝置和斷路器聯合使用,則在跳閘指令發往斷路器的瞬時與觸頭打開瞬時之間可能有不可忽略的時滯,顯然,這時存儲器在“讀”時測到的電流值與峰值電流值并不相當。
此外,已知一種裝置,該裝置根據斷開期間的電流值i和斷開次數n由微處理機(以下簡稱微機)按積分式i·n·dt計算出代表觸頭損耗程度的數值,并在此值大于預置閾值時使斷路器跳閘。
本發明的目的是考慮到斷路期間的最大電流值,在不拆開斷路器的情況下指示出斷路器的觸頭損耗程度。
本發明的跳閘裝置包括一個產生模擬信號的檢測電路,該模擬信號與斷路器所保護的導體內流過的電流值成正比;
一個模/數轉換器,它有一個接收所述模擬信號的輸入端和發送相應取樣數字信號的輸出端;
一個以微機為基礎的數字處理單元,數字信號加于該單元以執行長延遲跳閘功能、和/或短延遲跳閘功能,并且當超過了預置的閾值時,該單元就產生一個斷路器跳閘指令,所述指令是根據信號值而延遲的時間,該數字處理單元包括檢測斷路器每執行一次斷路時被斷電流最大值的檢測器、根據所述的最大電流值和由于斷開所述電流所產生的觸頭損耗情況,在每次斷路時產生出一個損耗值的裝置、用于作相加操作和把所述損耗值存于存儲器內的裝置、以及把所述存儲器中所存的損耗值顯示出來的顯示裝置,該顯示裝置提供了所述觸頭損耗程度的指示器;
由上述跳閘指令激勵的斷路跳閘裝置。
在固體電路跳閘裝置的情況下,跳閘裝置取出每次斷路時被斷電流的峰值是方便的。此時,損耗指示特別簡單。微機可對照內存于存儲器中的一條損耗曲線得出相應的觸頭損耗值。為了弄清楚觸頭的總的狀況,只須把這些損耗值加起來。觸頭狀況可持久地或最好按要求顯示,也可在遠距離點顯示出來。當損耗程度超過了預置閾值,微機本身便利地檢測出逾越了預置閾值時,通過斷路器的跳閘,警告或自保護裝置就可動作。除了被斷峰值電流以外的其他因素,諸如觸頭材料的質量;觸頭分離速度和電弧的移走速度都對觸頭損耗有影響,因此損耗指示并非絕對準確的測量。然而盡管如此,該準確度還是足以能置定一個中意的閾值,低于該閾值時,觸頭決不會損耗掉,當達到該閾值時,就要求檢查了,例如目測檢查,并且用戶可決定是更換已磨損的觸頭,還是在觸頭只是局部磨損時,把閾值提高到與觸頭狀況有關的某個值而繼續使用該斷路器。閾值的評價要有一定的經驗,當然還需要更仔細的不斷的監視。
本發明的損耗指示器有采用數字式固體電路跳閘裝置部件的優點,微機容量足以處理這種附加的功能。當跳閘裝置是定做的,特別是當設置跳閘裝置的其他值和閾值時,取決于斷路器類型的損耗曲線可容易地被存入存儲器內。損耗曲線是與被斷的最大電流有關的函數,并且由于允許隨意的變化,微機處理是相當簡單的,該近似法與所要求的準確度是完全一致的。
在一個最佳實例中,損耗曲線是一條階梯形曲線,該曲線能把單獨現象全部考慮進去且使曲線容易變更。
對僅作為非約束性的、由附圖表示的本發明的一個實施方案作以下的描述,本發明的其它優點和特色就更明顯了。其中圖1是本發明的跳閘裝置的方框圖;
圖2是可能的操作次數N隨被斷電流密度I的變化曲線;
圖3是保養功能操作流程圖。
在圖1中,帶有給負載(未示出)饋電的三根導線R、S、T的配電系統包括一個能斷開電路使之處于開路位置的斷路器10。斷路器10的操作機構12受一個極化繼電器14控制,若發生過載或短路時,極化繼電器就使斷路器跳閘。一個與斷路器10的主觸頭鎖連動作的輔助觸點16指示出這些主觸頭的位置。每根導線R、S、T都有一個與其相偶連的變流器18,該變流器發送一個與相偶連導線中流過的電流成正比的信號,該信號加到一個全波整流電橋20上。三個整流電橋20的輸出端相串聯地連在一個包括電阻22,齊納二極管24和二極管26的電路中,從而在電阻22的兩端提供一個與導線R、S、T流過的電流最大值成正比的電壓信號,并在二極管24的兩端提供一個饋給電子線路的電壓。電壓信號加到放大器28的輸入端,其輸出端連往一個模/數轉換器30,模/數轉換器30的輸出連往微機32的輸入/輸出端1。除了與極化繼電器相連的輸出端2外,微機32還包含有輸入端3,接收來自時鐘34的信號;輸入端4,連往鍵盤36;輸入端6,連往ROM只讀存儲器38;輸入/輸出端5,連往NOVRAM非易失隨機存取存儲器40;輸出端7,連往顯示裝置42;以及輸入端8,連往輔助觸點16。
圖1的跳閘裝置執行保護功能,在過載時和當導線R、S、T電路中發生故障時,分別完成長延時跳閘和/或短延時跳閘。詳細敘述該保護功能是無意義的,在美國專利申請827,438(優先權為1985年2月25日的法國專利申請№8,503,159)中該保護功能已有陳述。代表導線R、S、T中電流最大值的數字信號加于微機32的輸入端1,并與內存于存儲器中的閾值相比較以檢測出這些閾值是否被超過,從而產生一個延時或瞬時跳閘指令,該指令輸往極化繼電器14,引起斷路器10斷開。當然跳閘裝置可以執行其他的功能,特別是接地保護或瞬時跳閘。
本發明可用在任何類型以微機為基礎的固體電路跳閘裝置中,同時也決不受限于下文所述的此類跳閘裝置。作為一個非限制性的例子,電流檢測裝置可以由提供代表電流微分di/dt模擬信號的電流傳感器來組成。傳感器的輸出連到積分電路,積分電路的輸出信號通過模/數轉換器輸往微機。
按本發明,跳閘裝置執行保養功能是通過產生和顯示代表觸頭損耗度的值來進行的。計算和試驗表明,每次斷路器斷開,觸頭就有損耗,被斷電流值愈高,損耗就愈大。作為一個例子,圖2所示曲線表明隨被斷電流最大值而變的斷路器可斷開的次數N。很自然,該曲線僅適用于某種類型的斷路器,還可看出,斷開的電流大于64000安培,只要兩次斷開,觸頭就全部損壞。反之,若被斷電流很小,例如在250-500安培之間,則在4000次斷開操作后,觸頭才發生損壞。考慮到圖2用的是對數刻度,可以看出曲線代表一指數函數曲線,符合關系式N ×Ik3=K1]]>,K2和K1是斷路器類型所表征的常數。此曲線自然是一條連續曲線,但用圖2的階梯形式表示法,微機處理就容易。假如一個給定坪值(相當于曲線的平直部份)對應的電流值是其緊鄰的后一坪值對應的電流值的兩倍(正如圖2所示曲線那樣),則微機處理就更容易了。加之,利用實驗畫出的階梯形曲線,就能容易地對某一電流值可能發生的全部異常現象加以考慮。因此,假如需要的話,可容易地在給定點處變更對應表,并使曲線適合于不同類型的開關設備。每斷開一次斷路器,相應有一定的觸頭損耗,該損耗值與被斷電流最大值有關。把每次斷路器斷開對應的損耗值(例如用值100/N來表示)加在一起,在當損耗值達到數100時,則整個觸頭就損壞了。為了了解觸頭的狀況,每次斷路器斷開,僅須測量被斷電流最大值,再用圖2所示的函數來定出相應的觸頭損耗值。在微機產生跳閘指令到受斷路器監視的線路有效地斷開的這段時間內,微機通過比較加于其上的逐次電流值,就確定出哪個值是電流達到的最大值。通過簡單地把這些損耗值相加在一起,就可隨時知道因執行操作造成的觸頭損耗程度。上述數字式固體電路跳閘裝置中,通常來說,微機容量是綽綽有余的。另外,最好把發生斷開動作時電流達到的最大值顯示出來,從而把發生跳閘時達到的峰值指示提供給用戶。被斷電流最大值I與損耗值100/N間的對應關系編入與微機32輸入端6相連的ROM存儲器38中。逐次的電流坪值間比值均為2∶1時,對應關系表可以簡化,只須把逐次的損耗值存入ROM存儲器38中。把逐次的損耗值加起來,并存入NOVRAM存儲器40中,當按下鍵盤36上的保養鈕44時,該存儲值可在顯示器上顯示出來。
圖3所示的流程圖說明了本發明的保養功能。在斷路器自動跳閘情況下,微機產生的跳閘指令去觸發一個包含測量被斷電流最大值I的子程序,此值是在微機的輸入端1處由模/數轉換器30提供的。假如由人工切斷或搬動手柄或肘節來使斷路器斷開,則輔助觸點16合上并送信號至微機32輸入端8上。這種斷路器斷開信號也能觸發“測量被斷電流最大值”子程序。自然,當微機自動命令跳閘時,輔助觸點16也會送信號至輸入端8,但在這種情況下,一旦跳閘指令發出,開始測量被斷電流最大值的微機不會理會這個信號。事實上,由微機發出跳閘指令至斷開的最大持續時間是已知的,“測量被斷電流最大值”子程序考慮了在相當于此最大持續時間的預置時間內,加于微機的所有的電流值(在自動斷開情況下,最大持續時間是從發出跳閘指令時算起;在人工斷開情況下,最大持續時間是從微機在其輸入端8上接收到信號時算起)。
微機32從ROM存儲器38中獲得與最大I值相應的損耗值,并把此損耗值和NOVRAM存儲器40的內容相加。斷路器10每次斷路,就執行此程序,并且,相應的損耗值在NOVRAM存儲器40中相加。按下鍵盤36上的按鈕44,NOVRAM存儲器40的內容就顯示出來。按鈕44觸發“請求NOVRAM存儲器40的內容”及“把這些內容顯示于顯示設備42上”的一個周期。顯示當然可以是持久的,但是這樣的顯示沒有什么意義,檢查只是周期性地執行,特別是在跳閘和嚴重的短路電流斷開以后。只要顯示的損耗值小于給定的閾值(如上述例子中,取閾值為100),就可向用戶保證斷路器在滿意地工作,觸頭沒被完全損耗。一旦達到了閾值就必須檢查觸頭的狀況,檢查可以由用戶本身或由維修專業人員用目測來檢查觸頭或用任何別的工具來進行,他們可以獲得觸頭損耗的證實,或者查明達到的損耗程度還不影響斷路器的滿意工作。此種誤差來自影響觸頭損耗的外部條件,此外部條件利用微機是很難計算的。更徹底地研究觸頭損耗的因素可使該誤差減少但卻損害了裝置的簡易性。本發明的損耗指示器的主要意義是使用戶擺脫要在相當長的周期內全部監視而結束又不準確的約束。只須在該周期未尾做檢查,并且,假如用戶決定更換觸頭,那未他就要在必作另一次檢查之前安排有同樣持續期的另一個周期。顯示設備42基本上可具有與其相聯的或合并于其中的一個報警裝置,以指示出已達到預置的閾值,從而通知用戶必須做檢查了。報警信號也可使斷路器10斷開,并帶有斷開原因的一種可能的指示。
被斷電流和觸頭損耗之間的相關值當然取決于斷路器的型式,可以把這些不同的數值存在不同的ROM存儲器38中,當跳閘裝置安裝在相應的斷路器上時,適當的存儲器就和跳閘裝置結合使用。微機32編程時可以把這些數值打入。人工操作斷路器10斷開時,額定電流會使觸頭損耗減少,在一種簡單的設備中,這種損耗不必考慮。輔助觸點16此時可以省掉,微機32具有可利用的斷路器10跳閘信息,微機本身把跳閘信息傳送到極化繼電器14。觸頭損耗值和被斷電流之間的關系也可通過供給微機32的一個數學關系式來解釋,微機因此能直接算出損耗值。很顯然,假如用任何適宜的設備把被斷電流最大值直接提供給微機32,或者假如產生代表流過導線R、S、T的電流值的信號的電路屬于不同類型的話,該斷路器也是離不開本發明的范圍的。假如單板機的處理能力無效的話,也可用不同的微機來處理事故跳閘功能和保養功能。
權利要求
1.一種帶可分離式觸頭的電路斷路器用的數字式固體電路跳閘裝置,它包括一個產生模擬信號的檢測電路,該模擬信號與斷路器所保護的導線中流過的電流成正比;一個模/數轉換器,它有一個接收上述模擬信號的輸入端和一個發送相應取樣數字信號的輸出端;一個以微機為基礎的數字處理單元,數字信號加于其上以執行一個長延遲跳閘功能和/或一個短延遲跳閘功能,當超過了預置閾值時,該數據處理單元產生一個斷路器跳閘指令,上述指令是根據信號值而延遲的時間,該數字處理單元包括檢測斷路器每執行一次斷路時被斷電流最大值的檢測器、在每次斷開時,產生一個損耗值的裝置(該損耗值與上述電流最大值和由于斷開上述電流而產生的觸頭損耗情況有關)、將上述損耗值相加和存儲于存儲器內的裝置、以及顯示上述存儲器中內存的損耗值以提供對上述觸頭損耗程度的指示的裝置;一個由上述跳閘指令激勵的斷路器跳閘裝置。
2.按照權利要求
1的固體電路跳閘裝置,其中,與被斷電流最大值有關、代表損耗值的曲線是一條階梯形曲線。
3.按照權利要求
1的固體電路跳閘裝置,其中,在斷路器的跳閘指令產生及觸頭有效斷開的這段時間內,微機對加于其上的逐次的上述數字信號值進行比較,從而檢測出被斷電流最大值。
4.按照權利要求
3的固體電路跳閘裝置,其中,上述產生損耗值的裝置以及相加及儲存裝置是包括于微機中的,微機含有一個NOVRAM非易失隨機存取存儲器,斷路器每執行一次斷開,NOVRAM存儲器增存一次上述的相應損耗值。
5.按照權利要求
1的固體電路跳閘裝置,其中,包括一個斷路器觸頭斷開檢測器,在人工斷開斷路器的情況下,檢測器使微機中斷,在中斷期間產生出相應的損耗值,并把相應的損耗值在NOVRAM存儲器中相加。
6.按照權利要求
1的固體電路跳閘裝置,其中包括一個上述微機的請求命令,以請求和顯示出存在NOVRAM存儲器中的損耗值。
7.按照權利要求
1的固體電路跳閘裝置,其中包括一個指示和/或報警裝置,當所存的損耗值超過預置閾值時,它們就動作起來。
8.按照權利要求
1的固體電路跳閘裝置,其中,設置上述指示裝置以引起斷路器的跳閘。
專利摘要
電路斷路器的數字式固體電路跳閘裝置,它裝有能指示出這些觸頭損耗程度的電氣觸頭損耗指示器。每執行一次斷路器斷開,微處理機確定出一個觸頭損耗值,該損耗值隨著被斷電流的最大值而變化。與被斷電流相應的該損耗值存入ROM存儲器中,而逐次損耗值在NOVRAM存儲器中相加,它的含量代表觸頭損耗的程度。這些含量可以顯示出來,指示出用戶必需檢測的觸頭狀況。
文檔編號H02H3/08GK87105402SQ87105402
公開日1988年2月17日 申請日期1987年8月7日
發明者溫森特·科爾科勒斯, 魯克·威納克特 申請人:默林·格倫導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan