專利名稱：用戶對電流尖峰靈敏度可調(diào)的電子跳閘單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及斷路器跳閘單元。具體地講，本發(fā)明涉及一種電流尖峰靈敏度可調(diào)的電子跳閘單元。
眾所周知，電子跳閘單元應(yīng)用在斷路器中。除了其它一些目的外，跳閘單元可用來對配電電路提供短路保護。就該作用而言，跳閘單元從配電系統(tǒng)的輸電線中采集電流，以用來檢測短路情況。如果檢測到短路，跳閘單元便向斷路器內(nèi)的操作機構(gòu)-如跳閘線圈-發(fā)出跳閘信號。在收到跳閘信號后，操作機構(gòu)分開斷路器內(nèi)的一對觸點，使配電電路斷開，由此以保護配電電路免遭短路所造成的破壞。
電子跳閘單元的結(jié)構(gòu)亦為人所知。電子跳閘單元典型地包括有電壓和/或電流傳感器，由這些傳感器提供表征輸電線信號的模擬信號。模擬信號由A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后由信號處理器進行處理。電子跳閘單元還包括有RAM(隨機存取存儲器)、ROM(只讀存儲器)，而且，也可包括有EEPROM(電可擦可編程只讀存儲器)，所有這些存儲器都與信號處理器進行接口。
為了檢測配電電路中的短路情況，由跳閘單元監(jiān)視輸電線中的電流峰值。通常，跳閘單元把輸電線電流與一些閾值進行比較。例如，該閾值可以是7倍于斷路器的額定電流。如果輸電線中的電流超過該閾值，即意味發(fā)生短路，跳閘單元便產(chǎn)生跳閘信號。
附

圖1示出了基頻電流波形。如波形所示，電流峰值高于閾值，因此，此波形表示電路已短路。如果附圖1所示的波形被檢測到，跳閘單元就會產(chǎn)生跳閘信號。而附圖2示出的電流波形帶有電流尖峰，它們是由高次諧波成分或噪聲形成的。即便短路并不存在，這種電流尖峰也可能導致斷路器跳閘。這些電流尖峰造成的跳閘是無意義的。
為克服這一問題，已嘗試過用處理算法來濾除電流尖峰。這在有些地方是非常適用的-如在經(jīng)常產(chǎn)生電流尖峰的驅(qū)動系統(tǒng)中-，而在其它一些應(yīng)用中-如高頻系統(tǒng)(例如400赫茲系統(tǒng)或電阻負載電路)-將會帶來問題，因為此時用戶希望跳閘單元能夠響應(yīng)這種電流尖峰而跳閘。
在本發(fā)明的一個實施例中，斷路器跳閘單元對電流尖峰的靈敏度由用戶進行調(diào)節(jié)，跳閘單元含有一個微處理器，裝設(shè)此處理器的目的是用來接收表征配電電路電流的線路信號。微處理器將線路信號與預(yù)置閾值進行比較。如果線路信號超過閾值，微處理器則增加一個峰值計數(shù)。裝設(shè)一種用戶調(diào)節(jié)開關(guān)，以給微處理器提供一個限定值。當峰值計數(shù)達到該限定值時，便由微處理器產(chǎn)生跳閘信號。用戶可以調(diào)節(jié)電流尖峰的靈敏度是有益的，它允許用戶根據(jù)特定的用途來制定跳閘單元的靈敏度。例如，對于有些應(yīng)用-如通常產(chǎn)生電流尖峰的驅(qū)動系統(tǒng)-，它允許用戶降低靈敏度。相反，對于一些應(yīng)用-如希望有最大靈敏度的高頻系統(tǒng)(如400赫茲系統(tǒng)或電阻負載電路)-，用戶可以提高靈敏度。
參照附圖，現(xiàn)在利用一個例子來講述本發(fā)明，其中附圖1為基頻電流波形；附圖2為帶有電流尖峰的電流波形；附圖3為電力配電電路的簡要框圖；附圖4為斷路器的簡要框圖，它帶有本發(fā)明的電子跳閘單元；附圖5為本發(fā)明中短路保護程序的流程圖；附圖6為基頻電流波形，其每個半周期內(nèi)帶有多個采樣；附圖7為帶有電流尖峰、并按本發(fā)明對每個半周期進行多個采樣的電流波形；以及附圖8為本發(fā)明短路保護的可選擇流程圖。
參照附圖3，電力配電電路通常如10所示。配電電路10包括電源12、上游斷路器14、下游斷路器16和至少一個相應(yīng)的負載18。也可包括任意數(shù)目的其它下游斷路器20，它們帶有相應(yīng)的負載22。應(yīng)當理解，斷路器14、16與20可以有相似的結(jié)構(gòu)。
參照附圖4，斷路器的總體概要如20所示。斷路器20包括一個跳閘單元22、操作機構(gòu)24和觸點26，它們都在外殼28內(nèi)固定。觸點26形成配電電路10的一部分，并與操作機構(gòu)24機械連接。操作機構(gòu)24用于接收跳閘單元22發(fā)來的跳閘信號，該跳閘單元22電氣地連接在配電電路10上。收到跳閘信號后，操作機構(gòu)24分開觸點26，以中斷配電電路10在此段的電流。
跳閘單元22包括用戶調(diào)節(jié)開關(guān)30、電流傳感器32、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器34、微處理器36和供電電源37。供電電源37典型地由電流傳感器32的二次線圈進行饋電。電流傳感器32通過線路33與配電電路10電氣連接，并通過線路35把配電電路10中測量電流值的模擬信號提供給A/D轉(zhuǎn)換器34。A/D轉(zhuǎn)換器34把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字線路信號，并將該數(shù)字線路信號通過總線38傳送給微處理器36。供電電源37通過線路33與配電電路10電氣連接，由此以通過線路41給A/D轉(zhuǎn)換器34、開關(guān)30及微處理器36提供操作電源。
裝設(shè)用戶調(diào)節(jié)開關(guān)30的目的為，通過總線40為微處理器36提供一個表征限定值的信號。例如，用戶調(diào)節(jié)開關(guān)30可以是一種二-十進制(BCD)編碼開關(guān)，它允許斷路器的用戶改變供給微處理器36的限定值。另外，用戶調(diào)節(jié)開關(guān)30可包含有一種跳接位，或在諸如ROM(只讀存儲器)50的非易失存儲器中包含一種用戶可選的選項。
微處理器36包括多個寄存器42-48以及內(nèi)置的ROM 50。ROM 50包括有跳閘單元應(yīng)用碼-如主功能固件，該固件包含初始化參數(shù)、根碼、以及短路保護算法等等。在多個寄存器42-48所包含的寄存器中，寄存器48用來存儲A/D轉(zhuǎn)換器34所提供的線路信號，寄存器42用來存儲開關(guān)30所提供的限定值，而寄存器44和46則被微處理器36用來執(zhí)行短路保護算法。應(yīng)當理解，RAM(隨機存取存儲器)、EEPROM(電可擦可編程只讀存儲器)、或它們的任何組合都可以被微處理器36用作存儲的目的，這是眾所周知的。EEPROM將包括譬如應(yīng)用碼等操作參數(shù)。還應(yīng)當理解，ROM 50可以置于微處理器36之外，這是眾所周知的。另外，與跳閘單元22內(nèi)部的通信可通過通信端口I/O 51提供。
參照附圖5，短路保護算法(程序)應(yīng)用在配電電路10的輸電線的各個相中。程序可以優(yōu)選地從起始框52處的根碼開始，并立即轉(zhuǎn)至框54。在框54處，程序?qū)⒋鎯τ诩拇嫫?4內(nèi)的采樣計數(shù)值重置為零。程序繼續(xù)運行至框56，在此，存儲于寄存器46內(nèi)的峰值計數(shù)值亦重置為零。在框58處，程序使寄存器44內(nèi)的采樣計數(shù)值增加。然后，程序在框60處等待一個預(yù)定的采樣周期，繼而轉(zhuǎn)至框62，在此對寄存器48中的線路信號進行采樣。采樣周期為存于ROM 50內(nèi)的一個參數(shù)，它等于配電電路10的電流頻率半周期的若干分之一。例如，采樣周期可為半周期的八分之一。因而，線路信號每半個周期要采樣八次(參見如附圖6與7)。
在框64處，程序?qū)⒋嬗诩拇嫫?8內(nèi)的線路信號與ROM 50內(nèi)存儲的閾值(如7倍于額定電流)相比較。如果該表征配電電路10電流的線路信號低于閾值，則程序繼續(xù)至框66處。在框66處，程序?qū)⒓拇嫫?4中的采樣計數(shù)值與ROM 50中存儲的最大采樣值進行比較。最大采樣值等于配電電路中電流頻率的每半周期的采樣數(shù)。在上例中，最大采樣值為8。如果寄存器44中的采樣計數(shù)值小于最大采樣值，程序回到框58處，在此，增加寄存器44中的采樣計數(shù)值(以繼續(xù)對同一個半周期進行采樣)。如果采樣計數(shù)值等于最大值，程序則回到框54處，在此將寄存器44中的采樣計數(shù)值重置為零(以開始一個新的半周期)。
再參照框64，如果寄存器48中存儲的線路信號大于ROM 50所存儲的閾值，程序則運行至框68處，在此增加寄存器46中的峰值計數(shù)值。在框70處，程序?qū)⒓拇嫫?6中的峰值計數(shù)值與寄存器42中的峰值限定值進行比較。如果峰值計數(shù)值小于峰值限定值，程序則運行至框66處，如上所述，重新對同一個半周期進行采樣，或開始新的半周期采樣。如果峰值計數(shù)值等于峰值限定值，程序則運行至框72處，以發(fā)出跳閘信號。程序便在框74處終止。
附圖6與7示出了電流信號在半周期內(nèi)八次采樣的例子。附圖6表示半周期內(nèi)有五個線路信號(采樣)超出閾值。在附圖5的短路檢測算法中，如果存儲于寄存器42中的峰值限定值-譬如由用戶調(diào)節(jié)開關(guān)30設(shè)置-等于或小于5，則附圖6所示的半周期將使斷路器跳閘。如果設(shè)置為等于或大于6，則斷路器不會跳閘。附圖7示出了半周期內(nèi)有兩次線路信號(采樣)超出閾值。在這種情況下，如果用戶將峰值限定值設(shè)為3或更大，斷路器將不會跳閘。在所示的這些例子中，用戶可通過調(diào)節(jié)開關(guān)30來調(diào)整跳閘單元對電流尖峰的靈敏度。
此外，附圖8所示的短路保護算法(程序)可以應(yīng)用于配電電路10的輸電線的各個相中。程序優(yōu)選地從起始框76的根碼開始，并立即轉(zhuǎn)至框78。在框78處，程序?qū)拇嫫?8內(nèi)的線路信號進行采樣。然后程序繼續(xù)運行至框80，在此，程序?qū)⒓拇嫫?8中存儲的線路信號轉(zhuǎn)移至寄存器46，并繼續(xù)至框82。在框82處，程序等待一個預(yù)定的采樣周期，然后轉(zhuǎn)至框84，在此，對寄存器48內(nèi)的新線路信號進行采樣。采樣周期為存于ROM 50中的參數(shù)，它等于配電電路10中電流頻率半周期的若干分之一。例如，采樣周期可為半周期的八分之一，這樣，每個半周期線路信號要采樣8次。
在框86處，程序計算出原寄存器46中與現(xiàn)在寄存器48中線路信號之間的量差。該差值與寄存器42中存儲的限定值進行比較-限定值由用戶調(diào)節(jié)開關(guān)30提供。例如，限定值可等于7倍額定電流。如果差值大于限定值，程序便回到框80處。如果差值小于限定值，程序則繼續(xù)至框88處，在此，寄存器48中的線路信號與ROM 50中存儲的已知閾值(如7倍于額定電流)進行比較。如果寄存器48中的線路信號小于該閾值，程序便返回至框80。如果寄存器48中的線路信號大于該閾值，程序運行則至框90處，在此產(chǎn)生跳閘信號。然后，程序終止于框92。
附圖8的短路保護算法利用了兩個連續(xù)采樣值的增長率來檢測電流尖峰。如果增長率太陡，(即當前信號與原信號的差值大于限定值)，就表示有一個電流尖峰。用戶可通過用開關(guān)30調(diào)節(jié)限定值來調(diào)整跳閘單元對電流尖峰的靈敏度。用戶若需要高靈敏度，可以調(diào)節(jié)開關(guān)30增大限定值。靈敏度可以通過減小限定值而降低。
附圖5與8的短路保護算法還可以含有起動特性，在起動狀態(tài)下，將跳閘單元設(shè)為高靈敏度，而在運行狀態(tài)下可降低靈敏度。例如，這種特性可以適用于給電力驅(qū)動馬達供電的配電系統(tǒng)部分。另外，開關(guān)30可以包括一種設(shè)置特性，以調(diào)整跳閘單元適于在400赫茲下應(yīng)用-此時需要最大的靈敏度。
上述發(fā)明的跳閘單元可允許斷路器用戶調(diào)節(jié)跳閘單元對電流尖峰的靈敏度。這種特性可使用戶在諸如驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用中-有尖峰電流產(chǎn)生-降低靈敏度，而在諸如高頻系統(tǒng)的應(yīng)用中-此時需要最大的靈敏度-增加靈敏度。
以上所有的限定值、設(shè)置值或閾值都可以存儲于任何非易失存儲器或EEPROM中，后者可通過通信端口I/O 51下載所需的設(shè)置值而得以改變。在該單元與系統(tǒng)計算機(未示出)連接時，這將包括遠程輸入這些數(shù)據(jù)，或更直接些，通過電話線或任何其它合適的聯(lián)接獲得。EEPROM也可優(yōu)選地包含有快速存儲器，這種數(shù)據(jù)由此便得以加快，這是眾所周知的。
權(quán)利要求
1.用在電子跳閘單元內(nèi)的保護方法，它包括選擇一個限定值；檢測電信號，以提供一個表征電信號電學特性的檢測信號；將該檢測信號與閾值比較；當該檢測信號超過閾值時，增加一個峰值計數(shù)；以及當峰值計數(shù)達到該限定值時，產(chǎn)生跳閘信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，選擇限定值包括用開關(guān)(30)選擇限定值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，它還包括每半個電信號周期多次檢測電信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，它還包括每半個電信號周期重置峰值計數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該電學特性包括電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，選擇限定值還包括在配電電路起動后，將限定值在初始半周期內(nèi)設(shè)為第一峰值計數(shù)值，繼而自動將該限定值增加為其后的第二峰值計數(shù)值。
7.一種電子跳閘單元，它包括用于選擇限定值的開關(guān)(30)；傳感器(32)，它用來檢測電信號，以提供一個表征電信號電學特性的檢測信號；以及響應(yīng)該檢測信號的信號處理器(36)，它具有存儲器(50)，以用來存儲信號，而這些信號包括定義有可執(zhí)行程序的程序信號，該執(zhí)行程序用來將檢測信號與閾值進行比較，當檢測信號超出閾值時，增加一個峰值計數(shù)，以及當峰值計數(shù)達到該限定值時，產(chǎn)生跳閘信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電子跳閘單元，其特征在于，開關(guān)包括一種二-十進制編碼開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的電子跳閘單元，其特征在于，開關(guān)包括一種跳接位選項。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的電子跳閘單元，其特征在于，開關(guān)包括一種位于非易失存儲器內(nèi)的選項。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的電子跳閘單元，其特征在于，程序信號還對該可執(zhí)行程序進行了定義，以便每半個電信號周期多次檢測電信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電子跳閘單元，其特征在于，程序信號還對可執(zhí)行程序進行了定義，以便每半個電信號周期重置峰值計數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的電子跳閘單元，其特征在于，它還包括通信端口(51)，用來將電子跳閘單元外部的信號傳至信號處理器(36)，以便遠程設(shè)置閾值和開關(guān)中的至少一個，由此，遠程設(shè)置該開關(guān)得以遠程選擇限定值。
14.根據(jù)權(quán)利要求7的電子跳閘單元，其特征在于，程序信號對可執(zhí)行程序進行了定義，以便在配電電路起動后，將限定值在初始半周期內(nèi)設(shè)為第一峰值計數(shù)值，繼而自動將該限定值增加為其后的第二峰值計數(shù)值。
15.一種選擇系統(tǒng)，它包括至少一個電子單元，其特征在于，該至少一個電子跳閘單元包括權(quán)利要求7的電子跳閘單元。
16.用于電子跳閘單元內(nèi)的保護方法，它包括選擇一個限定值；檢測電信號，以提供相應(yīng)的第一和第二檢測信號，每個檢測信號均表征了電信號的電學特性；比較第一和第二檢測信號，以確定該電學特性的增長率；將該增長率與限定值相比較，以檢測該電學特性中的尖峰；以及對檢測到尖峰作出響應(yīng)，產(chǎn)生跳閘信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，選擇限定值包括用開關(guān)(30)來選擇該限定值。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，選擇限定值還包括在配電電路起動后，將限定值在初始半周期內(nèi)設(shè)為第一峰值計數(shù)值，繼而自動將該限定值增加為其后的第二峰值計數(shù)值。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，電學特性包括電流。
20.一種電子跳閘單元，它包括用來選擇限定值的開關(guān)(30)；用來檢測電信號的傳感器(32)，以提供第一和第二檢測信號，每個檢測信號均表征了電信號的電學特性；以及響應(yīng)該檢測信號的信號處理器(36)，它具有存儲器(50)，以用來存儲信號，而這些信號包括定義有可執(zhí)行程序的程序信號，該執(zhí)行程序用來比較第一與第二檢測信號，以確定該電學特性的增長率，將該增長率與限定值相比較，以檢測該電學特性中的尖峰，對檢測到尖峰作出響應(yīng)，產(chǎn)生跳閘信號。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的電子跳閘單元，其特征在于，開關(guān)包括一種二-十進制編碼開關(guān)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的電子跳閘單元，其特征在于，開關(guān)包括一種跳接位選項。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的電子跳閘單元，其特征在于，開關(guān)包括一種位于非易失存儲器內(nèi)的選項。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，電學特性包括電流。
25.根據(jù)權(quán)利要求20的電子跳閘單元，其特征在于，它還包括通信端口(51)，用來將電子跳閘單元外部的信號傳至信號處理器(36)，以便遠程設(shè)置閾值和開關(guān)中的至少一個，由此，遠程設(shè)置該開關(guān)得以遠程選擇限定值。
26.根據(jù)權(quán)利要求20的電子跳閘單元，其特征在于，程序信號對可執(zhí)行程序進行了定義，以便在配電電路起動后，將限定值在初始半周期內(nèi)設(shè)為第一峰值計數(shù)值，繼而自動將該限定值增加為其后的第二峰值計數(shù)值。
27.一種包括至少一個電子跳閘單元的選擇系統(tǒng)，其特征在于，該至少一個電子跳閘單元包括權(quán)利要求20的電子跳閘單元。
全文摘要
用戶對電流尖峰靈敏度可調(diào)的斷路器跳閘單元(22),它包括用戶調(diào)節(jié)開關(guān)(30)、電流傳感器(32)、A/D轉(zhuǎn)換器(34)、微處理器(36)和供電電源(37)。微處理器(36)包括多個寄存器(42—48)和內(nèi)置ROM(50)。ROM(50)內(nèi)的短路保護算法將閾值寄存器(48)中存儲的線路信號與ROM(50)中存儲的預(yù)置閾值相比較。如果線路信號超過該閾值,微處理器便增加峰值計數(shù)寄存器(42)中的峰值計數(shù)值。當峰值計數(shù)達到峰值計數(shù)寄存器(42)內(nèi)的限定值時,微處理器(36)便產(chǎn)生跳閘信號。
文檔編號H02H3/02GK1276640SQ0011798
公開日2000年12月13日 申請日期2000年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月3日
發(fā)明者A·J·梅塞利, M·F·庫勒 申請人:通用電氣公司