發信電氣故障的設備和方法、包含該設備的單元和配電板的制作方法

專利名稱：發信電氣故障的設備和方法、包含該設備的單元和配電板的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于信號發送(signalling)電氣故障的設備，所述設備包含-電流測量部件，用于測量泄漏、差動或殘余電流；-處理部件，包含與所述電流測量部件連接的故障電流檢測部件，并當測量電流超 過預定第一閾值時，提供第一故障檢測信號；和-與所述處理部件連接的用于信號發送電氣故障的部件。本發明還涉及一種差動保護單元，所述差動保護單元包含當發生電氣故障時，能 夠使主觸片打開的電氣開關(electric switchgear)裝置。一種包含一條供電輸入線(electric power supply line incomer)和幾條配電 饋線(electric distribution feeder)的配電板(electric distribution panel)。本發明還涉及一種用于信號發送電氣故障的方法。
背景技術：
圖1示出了差動保護單元的圖的例子。這個單元可以是差動開關或差動斷路器， 包含主觸片1以便中斷導電線中的電流。測量差動電流Id的傳感器3測量流入導線2中 的差動或殘余電流。傳感器3 —般包含安排成圍繞導線2的磁路4的測量環、和當超過跳 閘閾值時提供次級電流Is來控制跳閘繼電器(trip relay) 6的次級繞組5。繼電器6經由 操作機構7發出打開觸片1的命令。這些差動保護單元可以與電氣故障信令設備聯系在一 起使用。電氣故障信令設備的圖表示在圖2中。它可以裝配在差動保護設備的線路側或負 載側，或甚至可以以孤立方式獨自使用。該設備包含安排在電流導線2周圍的測量差動或 殘余電流Id的傳感器10。傳感器10 —般由圓環14和次級繞組15形成，以便將代表差動 電流Id的測量次級電流Im提供給處理電路16。當超過故障電流閾值時，該處理電路向本 地或遠程信令部件(remotesignalling means)發出命令。在這些信令部件當中，可以存在 指示器17或繼電器18。將供電電路19與處理電路16連接，以便供應電力和存儲信令數據 (signalling data)0在已知方式中，電氣故障信令設備用于防止差動保護單元跳閘。在這種情況下，該 信令設備具有比跳間閾值低的檢測閾值。當檢測到故障時，信令設備就向本地或遠程警報 器或顯示設備發出命令。這種檢測一般是緩慢的和經過過濾的，以防止假報警。在其它已知系統中，電氣故障信令設備用于在跳閘之后定位電氣故障。即使在受 監視的線路跳閘或斷開的情況下，這些設備也必須存在輔助電源。而且，在這種情況下，由 于發生電路高速跳閘或斷開，所以必須非常迅速地進行電氣故障電流的檢測。已知電氣故障信令設備不啟用在單個設備中相關聯的跳閘前電氣故障防止功能 和跳間后故障定位功能。事先上，這些功能具有非常不同的特性，并且在處理通道中是不相 容的。

發明內容
本發明的目的是提供一種用于信號發送啟用防止功能和定位功能的電氣故障的 設備和方法，以及包含這樣設備的差動保護單元和配電板。在按照本發明的電氣故障信令設備中，所述處理部件包含-與電壓存在控制輸入端連接的電壓檢測部件；和-與所述電壓檢測部件和故障電流檢測部件連接的信令處理部件，用于當所述第 一故障檢測信號代表閾值過沖(threshold overshoot)時，和當所述電壓檢測部件在所述 電壓存在控制輸入端上檢測到電壓斷供時，將第一信令信號提供給所述信令部件。有利的是，當在預定間隔內測量電流超過預定第一閾值時，所述檢測故障電流的 部件提供第二故障檢測信號，和當在所述預定間隔期間所述第二檢測信號代表閾值過沖 時，所述信令處理部件將第二信令信號提供給所述信令部件。在一個優選實施例中，所述信令部件發出如下命令-當所述處理和信令部件提供所述第一信令信號時，第一種顯示代表故障定位； 和-當所述處理和信令部件提供所述第二信令信號時，第二種顯示代表故障防止。最好，將所述第一信令信號和所述第二信令信號施加給相同信令部件和/或相同 繼電器。有利的是，所述信令部件包含至少一個雙穩態指示器。最好，所述信令部件包含至 少一個雙穩態液晶顯示器。在一個特定實施例中，該設備包含第一部分和第二部分，所述第一部分包含安排 在能夠以軌道形式安裝在支承物上的模塊中的處理部件，而所述第二部分包含至少所述電 流測量部件并與所述第一部分連接。包含當發生電氣故障時，能夠使主觸片打開的電氣開關裝置的、按照本發明的差 動保護單元包括如上定義的電氣故障信令設備，包含安排在所述電氣開關裝置附近的第一 部分、和安排成面對所述電氣開關裝置的輸出端的支承所述電流測量部件的第二部分。在這個單元中，所述電壓存在控制輸入端最好從所述電氣開關裝置的角度來看連 接在負載側。在包含一條供電輸入線和幾條配電饋線的、按照本發明的配電板中，至少一條饋 線包含如上定義的電氣故障信令設備。最好，所述配電板包含從至少一個電氣故障信令設備的角度來看在線路側的至少 一個差動保護設備。按照本發明進行電氣故障信令的方法包含-測量差動或殘余故障電流；_將所述故障電流與第一檢測閾值相比較以檢測閾值過沖；-在預定間隔期間檢測所述第一閾值的過沖；-在電壓存在控制輸入端上檢測電壓斷供；當檢測到所述第一閾值的過沖和所述電壓存在檢測檢測到電壓斷供時的定位電 氣故障的信號發送。有利的是，所述信令方法還包含當在預定時間間隔期間發生所述第一閾值的過
5沖時的防止電氣故障的信號發送。最好，所述信令方法還包含存儲定位電氣故障的信令和確認定位電氣故障的信 令。


通過對為非限制性例子給出并表示在附圖中的本發明特定實施例作如下描述，本 發明的其它優點和特征將更加顯而易見，在附圖中-圖1代表已知差動保護設備；-圖2代表已知電氣故障信令設備；-圖3代表按照本發明實施例的電氣故障信令設備的框圖；-圖4和圖5代表按照本發明實施例的電氣故障信令設備的模塊圖；-圖6代表按照本發明實施例用于信號發送電氣故障的方法的流程圖；-圖7、圖8和圖9代表按照本發明實施例用于信號發送電氣故障的設備或方法的 操作的時序圖；-圖10代表包含差動保護設備和按照本發明實施例用于信號發送電氣故障的設 備的單元；-圖11代表包含安排在受保護饋線上的按照本發明實施例用于信號發送電氣故 障的設備的配電板的圖；-圖12代表包含差動保護開關設備和安排在分路連接饋線上的按照本發明實施 例用于信號發送電氣故障的設備的配電板的圖；-圖13代表帶有安排在電氣裝置附近的電纜通道的按照本發明第一實施例用于 信號發送電氣故障的設備；-圖14代表帶有從電氣裝置的角度來看在負載側的電連接的按照本發明第二實 施例用于信號發送電氣故障的設備；-圖15代表包含安排在相同外殼中的差動保護設備和用于信號發送電氣故障的 設備的單元；-圖16代表包含導電線的線路側/負載側連接部的按照本發明第三實施例用于信 號發送電氣故障的設備；-圖17代表包含遠程故障電流測量變壓器的按照本發明第四實施例用于信號發 送電氣故障的設備；和-圖18和圖19代表用在按照本發明實施例的設備中的雙穩態指示器的圖和控制 時序圖。
具體實施例方式按照優選實施例用于信號發送電氣故障的設備用框圖表示在圖3中。這個設備包 含測量差動或殘余漏電流的電流測量傳感器10。傳感器10 —般以圍繞導電線2安排的圓 環和次級繞組15的形式由變壓器形成，以便將代表差動電流Id的信號Idl提供給處理電 路20。處理電路20包含將次級電流信號Idl調節成能夠供模擬或數據電路處理的信號Id2的信號處理模塊21。模塊22可以包含額定值或閾值調整功能。處理電路20還包含 全局處理電路22，用于接收代表差動電流的信號Id2，并當測量電流超過預定第一閾值SId 時，提供第一故障檢測信號Fdl。閾值SId —般低于差動保護設備的跳閘閾值。用于信號發送電氣故障的設備還包含與電路22連接的用于信號發送電氣故障的 信令部件。尤其，信令部件可以是指示器23、繼電器24或經由通信總線25的連接。在圖3 的實施例中，控制部件與處理電路20連接。在這些控制部件當中，開關26發出測試信令部 件的命令，開關27在故障存儲的情況下發出確認或復位的命令，和位置改變開關28用于調 整信令閾值。供電電路31將電力供應給處理設備電路。在本發明的優選實施例中，處理電路20包含與電壓存在控制輸入端30連接的線 電壓檢測電路29，以提供電壓存在信號VLl。在圖3中，處理電路22與電壓存在檢測電路 29連接，并處理故障電流Id2，以便當所述第一檢測信號代表閾值過沖時和當電路29在所 述電壓存在控制輸入端30上檢測到電壓斷供時，將第一信令信號ISl提供給信令部件。閾 值過沖可能與電壓斷供同時發生或發生在電壓斷供之前。最好，從故障信令設備的電流測量的角度來看，電壓輸入端30可以連接在線路側 或負載側。這些輸入端30也可以與配電系統的多個遠點連接。圖4代表按照本發明實施例的電氣故障信令設備的模塊圖。比較器40將代表差 動電流的信號與閾值SId相比較。如果超過閾值，將第一差動故障信號Fdl供應給第一信 令處理模塊41。線電壓檢測電路29還將代表存在線電壓的信號VLl供應給模塊41a。因 此，模塊41處理信號Fdl和VLl，并在存在故障檢測信號Fdl期間，當信號VLl宣告線電壓 斷供時，供應第一信令信號IS1。信號Fdl可以存儲在存儲器中一會兒，以保證正好在電壓 斷供之前檢測到故障。圖4還示出了暫停模塊42，暫停模塊42接收第一差動故障信號Fdl， 并當在預定時間T期間存在第一信號時，供應第二差動故障信號Fd2。因此，當在預定時間 T內測量電流超過預定第一閾值時，供應第二故障電流檢測信號。然后，第二信令信號在預 定時間期間代表閾值過沖。第二信令處理模塊43接收第二信號Fd2，并供應在時間T期間 指示閾值過沖的第二信令信號IS2。模塊43可以將信令存儲在存儲器中，然后通過特殊命 令確認。圖5示出了第一信令信號的顯示通道。當在差動故障期間或正好在差動故障之后 發生電壓斷供時，存儲模塊44接收信號IS1，并將存儲的信令信號ISMl供應給顯示器或遠 程信令部件。可以命令模塊或部件46進行存儲模塊44的復位或確認。最好，當模塊41供應所述第一信令信號ISl時，第一種顯示代表故障定位，而當模 塊43供應所述第二信令信號IS2時，第二種顯示代表故障防止。在另一個實施例中，可以 將第一信令信號ISl和第二信令信號IS2施加給相同指示器和/或相同繼電器。在這種情 況下，防止信號ISl在正常工作期間有效，而定位信號IS2在開關或斷路器因故障使電路跳 閘和斷開之后保持有效。圖6代表按照本發明實施例用于信號發送電氣故障的方法的流程圖。在步驟50 中將該方法初始化之后，步驟51檢驗是否存儲了故障定位信令信號IS1。如果該信號已存 儲，步驟52命令顯示信號ISl或確認信號ISl的顯示。在步驟53中可以通過，例如，人工 確認刪除這個信號。正常工作時，步驟54進行差動或殘余故障電流的測量。在步驟55中， 將所述故障電流與第一檢測閾值加以比較，以檢測閾值過沖。步驟56啟動時間計數器，以
7便在預定時間內檢測所述第一閾值的過沖。在步驟57中，進行電壓存在控制輸入端上電壓 斷供的檢測。如果檢測到電壓斷供，由于發生了所述第一閾值的過沖和電壓存在檢測檢測 到電壓斷供，因此步驟58宣告定位電氣故障。步驟58也能夠啟動電氣故障的定位的信令。 在步驟53中確認電氣故障的定位的信令。如果未檢測到電壓斷供，步驟59檢驗暫停是否結束。如果仍然存在故障電流，由 于在預定時間內已經發生了第一閾值的過沖，因此步驟60供應第二故障信號Fd2，以便執 行電氣故障的防止的信令。在某些情況下，步驟62在重新初始化之前檢驗故障的存在。圖7、圖8和圖9代表按照本發明實施例的電氣故障信令設備或方法的操作的時序 圖。圖7給出了檢測到長差動故障但沒有跳閘的情況。信號VL所代表的電壓正好從時間 to開始出現。在時間tl，差動故障電流Id沖過閾值Sid。這個故障馬上在設備的輸出IdS 上顯示出來。由于在預定暫停D之后該故障仍然存在，因此本地顯示信號SD向顯示部件發 出命令，而信號RC向信令繼電器發出命令。在這種情況下，顯示信號代表故障防止。在時 間t2，由于仍然存在故障，因此不考慮確認或復位命令Rs。在時間t3，故障電流下降到低于 閾值SId，這種變化馬上顯示在輸出Ids上。當將信號SD和RC存儲起來時，它們繼續指示 故障防止直到確認命令時間t4。圖8給出了檢測到短差動故障的情況。信號VL所代表的電壓正好從時間t0開始 出現。在時間t5，差動故障電流短時間內沖過閾值SId。這種過沖馬上在設備的輸出IdS 上顯示出來。由于這種短過沖具有比預定時間D短的持續時間，因此不激活信令信號SD和 RC。圖9給出了檢測到差動故障并發生跳閘的情況。信號VL所代表的電壓正好從時 間t0開始出現。在時間t7，差動故障電流Id超過閾值SId。這種閾值過沖馬上在設備的 輸出IdS上顯示出來。在時間t8，電壓VL不再存在，并抵消了故障電流Id。時間t8和t7 之間的時間間隔短于預定時間間隔D。這種狀態代表跳閘了的故障。然后，必須在跳閘之后 定位該故障。將顯示信號SD供應給本地顯示器，并且，存儲的信號RC向繼電器發出命令。 在這種情況下，顯示信號代表故障定位信號。如果電壓VL也用于設備的供電，可以中斷信 號SD，而繼電器信號RC可以保持有效。在時間t9，電壓VL再次出現，并且故障電流Id低 于閾值。當將信號SD和RC存儲起來時，繼續故障定位信令。在時間tlO，確認命令通過刪 除存儲的信號將設備重新初始化。電流Id對閾值的過沖可以存儲一會兒，以保證在電壓斷 供之前檢測到故障。圖10代表包含差動保護設備71和按照本發明實施例的電氣故障信令設備72的 單元。該差動保護設備包含當發生電氣故障時，能夠跳開的主觸片1。該電氣故障信令設備 如上述實施例所定義。在本圖中，電壓存在監視輸入端從所述差動保護設備的角度來看連 接在負載側。圖11代表包含安排在受斷路器75保護的饋線上的按照本發明實施例的電氣故障 信令設備的配電板73的圖。供電輸入線76供應幾條受保護配電饋線74。一條或多條饋線 包含安排在斷路器75的負載側的電氣故障信令設備70。圖12代表包含從安排在分路連接饋線94上的幾個電氣故障信令設備93的角度 來看裝配在線路側的差動保護開關設備92的配電板的圖。圖13代表帶有安排在電氣裝置77附近的電纜通道的按照本發明第一實施例的電氣故障信令設備。該信令設備包含安排在電氣裝置77附近的第一部分78、和安排成面對所 述電氣裝置的輸出端的支承差動電流傳感器的第二部分79。輸入端30安排在第一部分78 上。電子裝置最好是帶有或不帶差動保護的開關或斷路器。圖14代表帶有要連接在電氣裝置的負載側的電連接81的按照本發明第二實施例 的電氣故障信令設備。電流傳感器在該裝置內部，將輸出端82安排在設備的外殼中。這個 外殼包含差動信令指示器83和84、調整部件85、和輔助連接器86。連接器86可以接納通 信總線、繼電器輸出和/或電壓存在輸入。在本實施例中，也可以在從電子裝置的角度來看 在負載側的連接81上有利地恢復電壓存在輸入。從而，利用與故障饋線相聯系的電氣裝置 指示故障定位。圖15代表包含安排在相同外殼87中的差動保護設備和電氣故障信令設備的單 元。除了電氣故障信令設備的元件之外，該外殼還包含差動保護設備與電氣開關裝置之間 的機械連接88、以及測試差動保護功能的測試按鈕89。指示器90用于顯示幾種差動故障 電流功能。圖16代表包含導電線2的線路側/負載側連接的按照本發明另一個實施例的電 氣故障信令設備95。線路側/負載側連接可以經由直接電纜套管96或經由線路側連接端 97和負載側連接端98實現。圖17代表包含遠程定位故障電流測量變壓器的按照本發明另一個實施例的電氣 故障信令設備。因此，該設備包含第一部分78和第二部分79，第一部分78包含安排在能 夠以軌道形式安裝在支承物99上的模塊中的處理電路20，而第二部分79包含通過電連接 100與第一部分連接的至少一個電流測量傳感器10。信令部件可以區分用于防止的信令83和電壓斷供或跳閘之后的故障定位信令 84。最好，使用的指示器可以是雙穩態型的，以便在未供電的情況下得到命令之后保持它們 的狀態。有利的是，雙穩態指示器是按照控制或供電電壓的極性改變顏色的雙穩態指示燈 或液晶顯示器。這些雙穩態指示器可以是，例如，膽留相液晶型的。圖18和圖19代表用在按照本發明實施例的設備中的雙穩態指示器的圖和命令時 序圖。顯示處理電路101命令電壓反向器102將第一極性電壓或反向第二極性電壓供應給 雙穩態顯示器103。二極管104和電容器105能夠存儲足夠的電能，以便在供電電壓VDD經 歷斷供之后，將電壓VS供應給顯示命令。在該時序圖中。在時間t20，電壓VS大約與電壓 VDD相同。顯示命令將第一極性+VB或反向極性-VB的電力供應給雙穩態指示燈。然后，在 時間t21，指示器保持其與該命令相對應的顯示顏色。用于故障防止或用于故障定位的顯示類型可以采取幾種形式，例如，利用兩個不 同指示器。在另一個實施例中，可以命令單個指示器閃爍來指示故障防止，或穩定地亮著并 存儲來顯示故障定位。單個指示燈的顏色變化也可以代表故障防止或定位。上述的差動電流也對應于殘余電流、漏電流、接地故障電流或零序電流。按照本發 明的設備可同樣好地應用于雙極、三極或四極配電系統。在其它實施例中，設備可以含有與幾個電流傳感器連接的幾個處理電路。在這種 情況下，公用電壓輸入可以用于定位幾條饋線的故障。
權利要求
一種用于信號發送電氣故障的設備，包含 電流測量部件(10)，用于測量泄漏、差動或殘余電流； 處理部件(16)，包含與所述電流測量部件連接的故障電流檢測部件(21)，并當測量電流超過預定第一閾值(SId)時，提供第一故障檢測信號(Fd1)；和 與所述處理部件連接的用于信號發送電氣故障的部件(17、18)，所述設備的特征在于，所述處理部件包含 與電壓存在控制輸入端(30)連接的電壓存在檢測部件(29)；和 與所述電壓檢測部件(29)和所述故障電流檢測部件(40)連接的信令處理部件(22)，用于當所述第一故障檢測信號(Fd1)代表閾值過沖時，和當所述電壓檢測部件(29)在所述電壓存在控制輸入端上檢測到電壓斷供時，將第一信令信號(IS1)提供給信令部件(23、24、25)。
2.按照權利要求1所述的設備，其特征在于，當在預定間隔(T)內測量電流超過所述預 定第一閾值時，所述故障電流檢測部件(40、42)提供第二故障檢測信號(Fd2)，和當在預定 間隔(T)內所述第二故障檢測信號(Fd2)代表閾值過沖時，所述信令處理部件(22、43)將 第二信令信號(IS2)提供給所述信令部件(23、24、25)。
3.按照權利要求2所述的設備，其特征在于，所述信令部分發出如下命令當所述信令 處理部件提供所述第一信令信號(ISi)時，第一種顯示代表故障定位；和當所述信令處理 部件提供所述第二信令信號(IS2)時，第二種顯示代表故障防止。
4.按照權利要求1到3的任何一項所述的設備，其特征在于，將所述第一信令信號 (ISl)和所述第二信令信號(IS2)施加給相同指示器(23、90、103)和/或相同繼電器(24)。
5.按照權利要求1到4的任何一項所述的設備，其特征在于，所述信令部件包含至少一 個雙穩態指示器(103)。
6.按照權利要求1到4的任何一項所述的設備，其特征在于，所述信令部件包含至少一 個雙穩態液晶指示器(103)。
7.按照權利要求1到6的任何一項所述的設備，其特征在于，它包含第一部分(78)和 第二部分(79)，所述第一部分(78)包含安排在能夠以軌道形式安裝在支承物上的模塊中 的所述處理部件，而所述第二部分(79)包含至少所述電流測量部件(30)并與所述第一部 分連接。
8.一種差動保護單元，包含當發生電氣故障時，能夠使主觸片(1)跳開的電氣開關裝 置(71，77)，其特征在于，它包含按照權利要求1到7的任何一項的電氣故障信令設備(72、 78、79)，所述電氣故障信令設備(72、78、79)包含安排在所述電氣開關裝置附近的第一部 分(78)、和安排成面對所述電氣開關裝置的輸出端(80)的支承所述電流測量部件(10)的 第二部分(79)。
9.按照權利要求8所述的差動保護單元，其特征在于，所述電壓存在控制輸入端(30) 從所述電氣開關裝置(71、77)的角度來看連接在負載側。
10.一種包含一條供電輸入線(76)和幾條配電饋線(74、94)的配電板，其特征在于，至 少一條饋線包含按照權利要求1到7之一的電氣故障信令設備(70，93)。
11.按照權利要求10所述的配電板，其特征在于，它包含從至少一個電氣故障信令設 備(93)的角度來看在線路側的至少一個差動保護設備(92)。
12.一種電氣故障信令方法，其特征在于，它包含 -測量(54)差動或殘余故障電流；-將所述故障電流與第一檢測閾值相比較(55)以檢測閾值過沖； -在預定間隔(T)期間檢測(56、59)所述第一閾值的過沖； -在電壓存在控制輸入端上檢測(57)電壓斷供；-當檢測到所述第一閾值的過沖(55)和所述電壓存在檢測(57)檢測到電壓斷供時信 號發送(58)定位電氣故障。
13.按照權利要求10所述的信令方法，其特征在于，它包含當在預定時間間隔(T)期 間發生所述第一閾值的過沖時信號發送(60、61)防止電氣故障。
14.按照權利要求10或11所述的信令方法，其特征在于，它包含存儲(58)定位電氣 故障的信令和確認(53)定位電氣故障的信令。
全文摘要
電氣故障信令設備包含差動電流傳感器、包含故障電流檢測部件(21)的處理部件(16)和電氣故障信令部件(17、18)。所述處理部件包含檢測控制輸入端(30)上的電壓的部件(29)。當所述第一檢測信號(Fd1)代表閾值過沖時，和當所述電壓檢測部件(29)在所述控制輸入端上檢測到電壓斷供時，信令處理部件(22)將第一信令信號(IS1)提供給所述信令部件(23、24、25)。該方法包含當檢測到所述第一閾值的過沖(55)和檢測到電壓斷供時的定位電氣故障的信號發送(58)。
文檔編號H02H3/253GK101931209SQ201010216269
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月23日 優先權日2009年6月23日
發明者克萊門特·澤勒, 杰爾姆·穆尼爾-卡魯斯, 西蒙·蒂安 申請人:施耐德電器工業公司