專利名稱：自動測試斷路器接地故障和濺射電弧的跳閘單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及斷路器的電子跳閘單元，更具體說，涉及的跳閘單元能對接地故障和濺射電弧故障(sputtering arc fault)作出響應，并配有測試回路以全面測試這些功能。
傳統(tǒng)的住宅和照明工業(yè)及商業(yè)用斷路器有一熱跳閘裝置，能響應中等幅值的永久性過電流，提供延時跳閘，還有一磁性跳閘裝置，能瞬時響應大幅值的過電流。因而，故障電流必須達到預定的幅值，例如10倍額定電流，才能發(fā)生瞬時跳閘，或者故障電流在一個給定時間段中維持預定的平均值才能完成延時跳閘。
最近，在這一類斷路器中加入接地故障跳閘單元已經(jīng)變?yōu)楹芷胀?。接地故障跳閘單元檢測線路導體與地之間和中性導體與地之間的故障。通常用環(huán)型線圈開關(guān)的差動變壓器來檢測線路對地故障。線路及中性導體都穿過該線圈，所以，當不存在線路對地故障時，電流相等且方向相反，在次級線圈中不會產(chǎn)生信號。線路對地故障使兩個導體中的電流有相當大的不平衡，它可以進行電平檢測。規(guī)程要求中性導體在斷路器附近接地。這樣一來，被保護系統(tǒng)中的中性線對地故障使中性導體和地之間形成閉環(huán)。典型地，檢測中性線對地故障是向中性導體注入一個信號，如果通過由中性線對地故障所形成的回路提供反饋，就會產(chǎn)生振蕩。
普通型的接地故障檢測器是一個休止(dormant)的振蕩回路。這一接地故障電路包括兩個傳感線圈。第一個作為差動變壓器，用來檢測線路對地故障。中性線對地故障使兩個線圈耦合，提供反饋，使運算放大器振蕩。
接地故障斷路器通常配有測試電路，用來測試電路中線路對地故障部分。典型地，它包括一條測試線，穿過差動變壓器的線圈，并且可以通過開關(guān)有選擇地跨接在線路和中性導體上。就我們所知，目前尚無用來測試中性線對地故障的電路。
最近已經(jīng)關(guān)注電氣系統(tǒng)的濺射電弧故障(sputtering arc fault)保護。當裸導線或剝皮導線接觸時會產(chǎn)生濺射電弧故障。這種故障造成的電流產(chǎn)生磁推斥力，使導體分開，因此觸發(fā)電弧。當電流過零時電弧熄滅。機械或靜電力使導體又回來相接觸，這樣的循環(huán)不斷重復。由這類故障所引起的電弧可以熔化導體的銅，特別是例如延伸芯線的多股絞線導體中的銅，它會點燃周圍的材料。雖然這類故障會造成火災，但電流通常不高，用熱或磁性跳閘裝置不能檢測出來。
美國專利No.5，224，006公開了一種帶有電子跳閘單元的斷路器，能對濺射電弧故障作出響應。這一跳閘單元的根據(jù)是辨識由濺射電弧故障產(chǎn)生的階躍電流波形不同于由閃電故障和過負荷電流產(chǎn)生的正弦波形。因而，跳閘單元產(chǎn)生一個有限帶寬的di/dt信號，它進行電平檢測，使得電流峰值低于熱或磁性跳閘裝置的起動值的濺射電弧故障也能使斷路器跳閘。
專利No.5，224，006的濺射電弧故障檢測器利用休止的振蕩器接地故障檢測器的傳感線圈來產(chǎn)生di/dt信號，該檢測器為中性線對地故障檢測提供反饋。
1993年2月26日提交的名為“響應由濺射電弧故障產(chǎn)生的重復性涌流的斷路器”的專利申請?zhí)枮?23，435，申請人為Raymond W.Mackenzie和Joseph C.Engel的申請強調(diào)的問題是特征為快速連接通到由濺射電弧故障所產(chǎn)生的高值電流的電弧波形也可以由于其它一些電器或電器組同時接通產(chǎn)生。當由這些電器所產(chǎn)生的涌流幅值不如由濺射電弧故障所產(chǎn)生的電流那樣大時，通過適當?shù)恼娖綑z測器便可以避免誤跳閘，后一專利申請?zhí)峁R射電弧故障與電器涌流的判別是分辨后者為一次性事件，兩濺射電弧故障產(chǎn)生和切斷為重復性的。相對應地，這一專利申請計算在一個給定時間間隔中di/dt信號超過閾值的次數(shù)。
在以上專利申請中所敘述的跳閘單元均包括了前面所述的測試回路，它僅能測試線路對地跳閘功能，這些跳閘單元并不測試中性線對地檢測器或濺射電弧檢測器。
電子跳閘單元需要改進，使它對包括中性線對地故障在內(nèi)的各種接地故障以及測試濺射電弧故障檢測器提供全面測試。本發(fā)明能滿足該需要及其它需要。
本發(fā)明自動測試跳閘單元提供對中性線對地故障檢測功能的測試，以及對線路對地故障檢測功能的測試。此外，本發(fā)明中的自動測試跳閘單元還提供了本跳閘單元對濺射電弧檢測功能的測試。因此，電子跳閘單元的全部跳閘功能均被測試。
更具體地說，為了測試跳閘單元的中性線對地故障功能，無源測試裝置包括一測試導體和一開關(guān)，該導體穿過電流傳感線圈，該開關(guān)有選擇地將測試導體連成穿過傳感線圈的回路。測試開關(guān)閉合模擬中性線對地故障。在休止的振蕩器接地故障檢測器的情況下，測試導體穿過這兩個傳感線圈，當開關(guān)閉合時提供兩個線圈之間的耦合。包括兩個傳感線圈在內(nèi)的整個休止振蕩器電路必須有效地檢測中性線對地故障，這一簡單的無源測試裝置對休止振蕩器接地故障檢測器作全面測試。
在濺射電弧故障檢測器中，連接到電流傳感線圈二次繞組上的裝置產(chǎn)生有限帶寬di/dt信號，然后進行電平檢測，測試信號注入傳感線圈的二次側(cè)，因為很難產(chǎn)生線圈一次側(cè)所要求的信號幅值。然而，當濺射電弧檢測器和接地故障檢測器的電流傳感線圈結(jié)合，并且利用這一線圈時，接地故障測試提供對線圈的測試。
在第一實施例中，用于注入測試信號以便測試濺射電弧故障檢測器的裝置包括連接到電流傳感線圈二次繞組上的阻抗和一個可選擇地將阻抗接到線路導體上的開關(guān)。濺射電弧檢測器包括用來計算有限帶寬di/dt信號超過閾值的次數(shù)的裝置，來自線路導體的半周交變電流提供了測試檢測器的重復信號。
將測試信號注入濺射電弧檢測器的另一種電路包括聯(lián)接到電流傳感線圈二次側(cè)上的電容和對電容充電的裝置。開關(guān)有選擇地使電容對傳感線圈二次繞組放電，產(chǎn)生有足夠幅值的振蕩，使得在一選定的時段中有限帶寬di/dt信號超過閾值所要求的次數(shù)。感知濺射電弧故障的另一種方法是測量中性導體電阻上的電壓降，所得到的信號穿過一個低通濾波器和一個高通濾波器，如上面參考的專利申請No.023，435所述，通過連在其上的阻抗和利用將所述阻抗聯(lián)到線路導體上的測試開關(guān)，可以將測試信號注入到第一濾波器的輸出。
附圖作為說明書中的一部分，說明了本發(fā)明的幾個實施例，它們和文字部分結(jié)合在一起，解釋本發(fā)明的原理。


圖1的原理圖是一濺射電弧故障斷路器，它與一接地故障檢測電路結(jié)合，并與其共用一傳感線圈，為根據(jù)本發(fā)明的測試電路的一個實施例。
圖2為一集成電路的原理電路圖，它是圖1所示電路中的一部分。
圖3為圖1和圖2中所示斷路器的附加測試電路的原理電路圖，其中一部分為方框圖。
圖4為圖1和圖2中所示斷路器的另一種測試電路的原理圖，其中一部分也為方框圖。
圖5為另一濺射電弧故障斷路器結(jié)合一接地故障檢測電路的原理性電路圖，接地故障檢測電路包括了根據(jù)本發(fā)明的測試電路。
圖6為一集成電路的原理電路圖，它是圖5所示斷路器的一部分。
通過傳統(tǒng)的住宅用斷路器來說明本發(fā)明，如在此配合作為對比文件的美國專利No.4，081，852所述的斷路器。那種斷路器包括一個熱-磁性過電流跳閘機構(gòu)和一個接地故障檢測器，安裝在一個模壓箱的并排室中，接地故障檢測器包括一個跳閘電磁線圈，帶有一可動鐵芯柱，沿模壓箱中兩個室之間的壁延伸，去激發(fā)熱-磁性跳閘機構(gòu)，響應接地故障使斷路器跳閘。
如圖1所示，作為最佳實施例的本發(fā)明斷路器1把接地故障檢測器5和濺射電弧檢測器3結(jié)合起來。斷路器1保護電氣系統(tǒng)7，該系統(tǒng)7包括線路導體9和中性導體11，向負荷13提供電功率。除了保護典型的由負荷13引起的過電流和由閃電引起的線路對中性線故障以外，本發(fā)明的斷路器1還保護在線路導體9和中性導體11之間的濺射電弧故障15，線路對地故障17和中性線對地對故障19。如上面所討論過的，由于例如絕緣損壞或剝落等原因使線路和中性導體的裸露部分接觸時產(chǎn)生濺射電弧故障。斷路器1通過電流互感器21和23型的電流傳感器檢測電氣系統(tǒng)7的故障。電流互感器21和23是環(huán)形線圈。線路導體9和中性導體11穿過環(huán)形線圈21的開口處形成電流互感器的原邊。電流互感器23有一個原邊，由中性導體11穿過環(huán)形線圈的開口而形成。電流互感器21的二次繞組和電流互感器23的二次繞組27各自聯(lián)接到集成電路29上。
電流互感器21檢測線路對地故障。當電氣系統(tǒng)7上沒發(fā)生線路對故障的時候，流過作為變壓器原邊的線路和中性導體9和11上的電流相等，且方向相反，所以，在二次繞組25上沒有感應電流。當線路導體9接地時，該導體上有大電流通過，但中性導體上的電流很小或沒有，在二次繞組25上便會感應出相當大的電流。這一信號通過一個直流阻斷電容31后，通過NEGGFI和POSGFI輸入端加到集成電路(IC)29上，使得在IC上運算放大器的偏置(以下將說明)并不加在電流互感器21上。電阻33很關(guān)鍵地阻尼了由電容器31和電流互感器21的二次繞組25串聯(lián)所造成的諧振?？缃釉贗C輸入端的電容器35抑制噪聲。反饋電阻37整定IC29中運算放大器的增益。
正如下面將要進行詳細討論的，如果電流互感器21的二次繞組25中的電流幅值超過了所選擇作為檢測線路對地故障的閾值，IC29上的OR輸出變?yōu)楦唠娢唬筍CR39導通。SCR39導通時所流過的電流激勵跳閘電磁線圈41，電流是從線路和中性導體流來。這一電流由二極管43作半波整流。金屬氧化物變阻器(MOV)45對SCR39進行過電壓保護，電容器47則對SCR39進行柵極的噪聲保護。跳閘電磁線圈41的激勵起動跳閘機構(gòu)49如美國專利No.4，081，852所述，線路導體9上的觸頭51便打開。
二極管43還向IC29的并聯(lián)調(diào)節(jié)器提供直流功率。IC中的電流不足以起動跳閘線圈41。IC29的電源包括一濾波電容器53，還有一對電阻55和57，它們決定了供電電流水平。直流電源供給IC29的VPOS輸入端。VNEG引腳聯(lián)接到中性導體的接地點上。旁路電容59保證了VPOS輸入端中沒有交流成分。同樣地，另一旁路電容61消除了POSGFI輸入端中的交流成分。
接地故障檢測器5是一種休止的振蕩器。電流互感器23的二次繞組27通過耦合電容63，在引腳GAMP處連接到IC29的運算放大器上。中性線對地故障通過電流互感器21和23，使二次繞組25和27耦合，形成圍繞IC29的反饋回路，引起IC中運算放大器振蕩。選擇電容63和電容65的值以及電流互感器21和23的參數(shù)可以整定這一振蕩頻率。在一個示范性的斷路中，這一頻率約為20KHZ。當振蕩幅值超過所選的閾值時，SCR39導通使斷路器跳閘。
根據(jù)本發(fā)明，電流互感器23也用來對檢測濺射電弧故障感知電流。在電流互感器23中有一鐵心，它在要求產(chǎn)生跳閘的電流值下并不飽合，用它來產(chǎn)生濺射電弧故障檢測所需的電流信號的變化率di/dt。鐵心的合適材料是具有低mu和高磁飽和值的鐵粉。這類鐵心通過少量增加振蕩頻率，僅僅影響中性線接地檢測。
電流互感器23的二次繞組27上所產(chǎn)生的的di/dt信號通過一個低通濾波器67后是有限帶寬的。這是一個兩極低通濾波器，由電容69和電阻71形成第一極，由電容73和電阻75形成第二極。在一示范性斷路器中的低通濾波器67在大約為2KHz處有一個半功率點。正如在以上所參考的專利申請中所討論的?？梢杂胐i/dt信號給出過電流指示，線路對中性線故障指示和濺射電弧故障的指示選擇有限帶寬低通濾波器67的參數(shù)，以使減輕由于濺射電弧故障引起di/dt信號的尖峰，并調(diào)節(jié)電路對于線路對中性線故障過電流的正弦電流及對于濺射電弧故障的階躍函數(shù)的相對靈敏度。也正如上面已經(jīng)討論過的，本發(fā)明通過計算在一個預定時間間隔中檢測到的階躍函數(shù)數(shù)目，來區(qū)分濺射電弧故障和由于某些電器引起的涌流。下面將要討論用電容77和電阻79整定選擇時間間隔的方法。
圖2為IC29的原理性電路圖。集成電路板29有電源81，它是由上述通過VPOS和VNEG引腳的半波整流電源供電。運算放大器83將電流互感器21的二次繞組上的信號放大后，再加到由比較器87和89組成的窗口比較器85上。由電源81所提供的參考電壓加偏壓到比較器87上，這一偏壓是檢測線路對地故障的正閾值。同樣地，負的閾值偏壓加到比較器89上。大約為電源電壓中關(guān)的偏壓加到運算放大器83的非反相輸入上。在比較器87，89的輸出和VPOS之間聯(lián)接有負載電阻(pull-up resistor)91。這些比較器的輸出還聯(lián)接到“或”電路93的反相輸入上，“或”電路93的輸出通過IC29中的OR引腳聯(lián)接到SCR39的柵極。比較器87和89的輸出一般為高，所以SCR39不選通。出現(xiàn)線路對地故障使電流互感器21的二次繞組25上所產(chǎn)生的信號在負荷電流的交流半周波中超過加在比較器87和89上的閾值。接地電流的正半波使比較器87的輸出為低值，OR電路93的輸出便為高，使SCR39選通，并且使跳閘電磁線圈41充電。在負半周中，比較器89使SCR39選通。
正如前面所討論的，在中性線對地故障時，第二電流互感器23通過接在IC29的GAMP引腳上的耦合電容63與運算放大器83的輸出相連。任何的中性線對地故障在連到運算放大器83輸出上的電流互感器23和連接到輸入上的電流互感器21之間形成反饋回路。當這一振蕩幅值超過了窗口比較器85的閾值時，通過OR93將SCR39選通。
正如所提到過的，電流互感器23也用來檢測濺射電弧故障。在二次繞組27上產(chǎn)生di/dt信號，由低通濾波器67限制帶寬后，通過一個跟隨運算放大器95加到由比較器99和101組成的第二窗口比較器97上。比較器99和101比較有限帶寬di/dt信號和由電源81整定的正、負閾值。當有限帶寬di/dt信號在所選定的極限范圍內(nèi)時，連到VPOS上的負載電阻103保持了比較器99和101輸出上有一高邏輯信號。當檢測到代表濺射電弧故障的電流波形時，窗口比較器97的輸出變低。由于某些電器能產(chǎn)生類似的波形，雖然典型的幅值低些，在窗口比較器97的輸出上提供有一計數(shù)器電路107。計數(shù)器電路107計算超過窗口比較器97閾值的次數(shù)。在本發(fā)明的最佳實施例中，在選定的時間間隔中出現(xiàn)兩次這樣事件時，計數(shù)器電路107便產(chǎn)生一個跳閘信號。
計數(shù)器電路包括一個D觸發(fā)器109。窗口比較器97的輸出通過一個反相器111為觸發(fā)器109定時。窗口比較器97的輸出還通過一個二極管113連接到比較器115的反相輸入上。比較器115將窗口比較器97的輸出與由電源81產(chǎn)生的正閾值電壓進行比較。通常參考電壓為電源電壓的四分之三。比較器115的輸出加到觸發(fā)器109的數(shù)據(jù)輸入端D。當時鐘脈沖加到CLK輸入時，在圖2的電路中并沒有用到的觸發(fā)器109的Q輸出變?yōu)镈端信號的邏輯值。因此，當觸發(fā)器定時時，它的Q輸出變?yōu)榧釉贒端上信號的邏輯的反值。Q連到OR93的反相輸入上。
比較器115的反相輸入通過IC29中的RC引腳和定時電容77相連(見圖1)。電容77的另一端與VPOS相聯(lián)。正常情況下電容77通過并聯(lián)電阻79放電，因此，比較器115的輸出為低。當窗口比較器97的輸出第一次變?yōu)榈椭?，即表示有濺射電弧故障事件發(fā)生時，由脈沖的前沿使觸發(fā)器109定時。由于在時鐘脈沖時D輸入為低，Q輸出保持為高，沒有柵極信號通過OR93加到SCR39上。當窗口比較器97的輸出變?yōu)榈椭禃r，電容77通過二極管113快速放電到接近VPOS。由于現(xiàn)在非反相輸入端上的電壓超過了參考電壓，比較器115的輸出變?yōu)楦摺Ｓ捎跒R射電弧電流達到其峰值使窗口比較器97的輸出再次變?yōu)楦邥r，電容77開始通過電阻79放電。選擇這些元件的值，使選定時間間隔中，電容77上電壓仍高于加在比較器115上的參考電壓值。如前所述，合適的時間間隔約為一秒鐘。如果在定時器開始定時以前，即表示有濺射電弧故障以前，窗口比較器97的輸出便轉(zhuǎn)為低電位，當觸發(fā)器109定時時，它的D輸入將是高值，Q輸出將為低值，造成OR93的輸出變?yōu)楦?，使SCR39選通去給跳閘線圈41充電。
典型的接地故障斷路器，包括相關(guān)申請的斷路器有一個內(nèi)部測試開關(guān)，通過向電流互感器21注入初級電流來測試接地故障電子電路的運行情況。它僅測試接地故障斷路器響應線路對地故障的能力，并不測試中性線對地故障檢測回路的運行情況。如果這一回路失效，在線路對地故障的同時有中性線對地故障出現(xiàn)時，它可能不跳閘，雖然接地故障斷路器通過測試開關(guān)可以跳閘。
圖1和圖2中所示的包括濺射電弧保護功能的加強型接地故障斷路器1使測試問題更加復雜化。用內(nèi)部測試開關(guān)產(chǎn)生測試電弧檢測電路所要求的初級電流值看來并不實用。另外，電弧檢測回路3把接地的中性線電流互感器23當作電弧傳感器，而線路對地故障測試并不去測試這一電流互感器整體。
根據(jù)本發(fā)明，用測試接地的中性線故障檢測代替線路對地故障保護，來完成更全面的接地故障斷路器自動測試。接地中性線故障測試要求全部電子電路都起作用才能跳閘。中性線對地測試回路119包括測試導體121，它穿過電流互感器21和23，并且作為它們的另一個一次繞組。電阻123和測試導體121及測試開關(guān)125串聯(lián)，當開關(guān)合上時，它便選擇地形成通過兩個互感器21和23線圈和回路127。電阻123的值基本上等于中性線接地故障時由中性導體11和地所形成的回路的最大阻抗。這一值一般約為2歐姆。如果測試導體121的分布電阻等于這個值時，就不需要加分立電阻。
測試開關(guān)125閉合形成回路127，可以模擬中性線對地故障。為了使中性線對地故障產(chǎn)生跳閘信號，兩個電流互感器21和23都必須動作，整個接地故障檢測器被測試。測試回路119比線路對地故障測試器更為簡單，因為不需要加電源。電路板的布置也得以簡化，因為由于120V交流的出現(xiàn)而必須保持間隔的走線少了。假如初始中性線接地靈敏度不過分大，靈敏度下降到線路對地故障也將使電路不能測試地對中性線故障。
在圖1和圖2所示的斷路器1中采用了中性線接地故障測試回路119，可測試多數(shù)電子電路，包括傳感線圈或電流互感器21和23，跳閘線圈41，及包括元件39，43-47和53-57的電源部分，用戶集成電路29的大部分和除59-61和69-75以外的全部無源元件。因此，測試回路121可能改進濺射電弧檢測器3的動作可能性，因為這一檢測器中采用的傳感線圈(電流互感器23)已經(jīng)包括在測試中。雖然并未測試100%的電路，不過對測試濺射電弧檢測器來說可能是足夠的了。
利用圖3所示的第二測試電路129可以測試濺射電弧檢測器3的全部電子電路。為了簡單化，濺射電弧檢測器3和接地故障檢測器5以方塊圖形式131給出。第二測試電路129包括一個阻抗133，該阻抗聯(lián)接在線路導體9和中性導體11上的傳感線圈或電流互感器23的第二繞組27之間。通過開關(guān)135有選擇地把交流信號注入到第二繞組27中。阻抗133可以是電阻或者電容，也可以是電阻和電容串聯(lián)。選擇阻抗與電路的阻抗匹配，使線路電壓減到適合于測試的水平。理論上說，減到正好足以保證在低線路電壓下跳閘。由測試電路129所施加的交流電壓半周提供了電弧檢測電路跳閘所需要的作用條件。測試電路129最好和測試電路119結(jié)合起來使用，使能測試濺射電弧故障檢測器和接地故障檢測器的全部電子電路。
圖4所示為另一種形式的附加測試電路。測試電路137利用從內(nèi)部電源81引出的直流功率，來產(chǎn)生完成濺射電弧故障檢測器測試所需要的脈沖。測試電路137包括電容139，由跨接在傳感線圈或電流互感器23的第二繞組27上的引線141聯(lián)接。直流電源81通過電阻143向電容139充電。測試開關(guān)145在閉合時將電容139跨接在傳感線圈或電流互感器23的第二繞組27上。由繞組27和電容139所形成的諧振回路產(chǎn)生一系列脈沖，使濺射電弧故障檢測器啟動。因為測試電路137對濺射電弧電路并包括傳感線圈23進行全面測試，這一測試電路可以和中性線對地測試電路119配合使用，也可以和僅能測試線路對地故障檢測電路的運行的現(xiàn)有技術(shù)測試電路配合使用。
圖5為本發(fā)明的另一實施例，其中，斷路器1′也能響應接地故障和濺射電弧故障，但是并不利用接地故障指示器的傳感線圈來檢測濺射電弧故障。在圖5中所示的斷路器1′以上面提到過的美國專利申請023，435中所討論的方式利用中性導體的固有電阻來檢測濺射電弧故障。在改進的斷路器1′中，中性導體11的電阻產(chǎn)生電壓，該電壓通過由電阻149和電容151組成的低通濾波器147。然后，電容155和電阻75組成的高通濾波器153對低通濾波器的輸出微分，高通濾波器153跟隨的低通濾波器147的組合產(chǎn)生和圖1中線圈電路同樣有限帶寬di/dt信號，盡管信號電平很低。如圖6所示，有限帶寬di/dt信號加到集成電路29運算放大器的反相輸入，而不是非反相輸入。反饋電阻157提供了放大電平很低的檢測信號所需要的增益。集成斷路器的其余部分與圖1相同。
用于測試斷路器1′中濺射電弧部分的測試電路159包括阻抗161，它通過測試開關(guān)163和電阻149串聯(lián)跨接在線路和中性導體上。電阻149和159形成一個分壓器，它將適當幅值的測試電壓注入濺射電弧檢測電路中。
雖然已經(jīng)詳細地敘述了本發(fā)明的一些特殊實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在公開的全部技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展對細節(jié)的各種改進和改變。同樣，所公開的一些特殊安排僅作為例子，并不局限本發(fā)明的范圍，對本發(fā)明還可以給出全部可能的補充和各種各樣所述例子的等價實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于斷路器的接地故障跳閘單元，該斷路器保護有線路導體和中性導體的電氣系統(tǒng)，其中所述中性導體在所述斷路器附近接地，所述接地故障跳閘單元包括所述中性導體從其中穿過的傳感線圈裝置；連接到所述傳感線圈裝置上的中性線對地故障檢測裝置，當所保護的電氣系統(tǒng)中發(fā)生中性線對地故障時，能使所述斷路器產(chǎn)生跳閘信號；與所述傳感線圈裝置耦合的測試裝置，能模擬中性線接地故障，使所述中性線對地故障檢測裝置產(chǎn)生所述跳閘信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接地故障跳閘單元，其中所述測試裝置包括穿過所述傳感線圈裝置的測試導體裝置和一個測試開關(guān)，該開關(guān)用來有選擇地將所述測試導體裝置聯(lián)接為穿過所述傳感線圈的閉合回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接地故障跳閘單元，其中所述測試導體裝置的阻抗基本等于所述保護電氣系統(tǒng)中中性點對地故障的最大阻抗。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的接地故障跳閘單元，其中所述測試導體裝置包括一根電線和一個分立阻抗，其值基本等于被保護的電氣系統(tǒng)中所述中性點對地故障的所述阻抗。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的接地故障跳閘單元，其中所述測試導體裝置包括一個電導體，其分布阻抗基本等于被保護電氣系統(tǒng)中所述中性點對地故障的所述阻抗。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接地故障跳閘單元，其中所述傳感線圈裝置包括所述線路導體和所述中性導體均從其中穿過的第一傳感線圈和僅有所述中性導體從其中穿過，所述線路導體并不穿過的第二傳感線圈，其中所述接地故障檢測裝置包括一休止振蕩器接地故障檢測電路，一連接到所述第一和第二傳感線圈上，所述測試導體裝置穿過所述第一和第二傳感線圈。
7.一種用于被保護的電氣系統(tǒng)中的斷路器的跳閘單元，該電氣系統(tǒng)有一線路導體和一中性導體，并且可以遭受濺射電弧故障和接地故障。所述跳閘單元包括傳感線圈裝置用于傳感所述被保護電氣系統(tǒng)中的電流;連接到傳感線圈裝置上的故障檢測裝置，用于響應包括中性線接地故障的接地故障和響應濺射電弧故障，產(chǎn)生跳閘信號;連接到所述傳感線圈裝置上的測試裝置，用于向所述故障檢測裝置有選擇地注入信號來模擬中性線接地和濺射電弧故障條件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的接地故障跳閘單元，其中所述測試裝置包括一個穿過所述傳感線圈裝置的測試導體和一測試開關(guān)，該開關(guān)用來有選擇地將所述測試導體聯(lián)接為穿過所述傳感線圈裝置的閉合回路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的接地故障跳閘單元，其中所述測試導體裝置的阻抗基本等于所保護電氣系統(tǒng)中中性線對地故障的最大阻抗。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的接地故障跳閘單元，其中所述傳感線圈裝置包括所述線路導體和所述中性導體均從其中穿過的第一傳感線圈和僅有所述中性導體從其中穿過，而所述線路導體并不穿過的第二傳感線圈，其中所述故障檢測裝置包括一休止振蕩器接地故障檢測電路，連接到所述第一和第二傳感線圈上，還包括一濺射電弧檢測電路，連接到所述第二傳感線圈上，且其中所述測試導體裝置穿過所述第一和第二兩個傳感線圈。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的跳閘單元，其中所述第二線圈有一個二次繞組，所述濺射電弧檢測電路包括連接到所述二次繞組上產(chǎn)生有限帶寬di/dt信號的裝置，其中i為所述中性導體中的電流;還包括響應所述di/dt信號、在預先選定的條件下產(chǎn)生所述跳閘信號的裝置;其中所述測試裝置進一步包括將測試信號注入所述二次繞組的裝置，它使所述濺射電弧檢測電路產(chǎn)生所述跳閘信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接地故障跳閘單元，其中注入測試信號的所述裝置包括連接到所述二次繞組的阻抗裝置和可選擇地將所述阻抗裝置連接到所述線路導體上的開關(guān)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接地跳閘單元，其中所述注入測試信號的裝置包括連接到所述二次繞組的電容，給所述電容充電的裝置和使所述電容有選擇地向所述二次繞組放電的開關(guān)裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的跳閘單元，其中響應所述di/dt信號的裝置包括電平檢測裝置，將所述di/dt信號與閾值比較，還包括響應所述電平檢測器的裝置，當一個選定的時間間隔中所述di/dt信號超過所述閾值一預定次數(shù)時，便產(chǎn)生跳閘信號。所述將測試信號注入所述二次繞組的裝置，在所述選定的時間間隔中，當所述測試信號超過所述閾值一預定次數(shù)時，將測試信號注入所述二次繞組中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的跳閘單元，其中注入測試信號的所述裝置包括連接到所述二次繞組的阻抗裝置和一個可選擇地將所述阻抗裝置連接到所述線路導體上，以便把交流脈沖注入所述二次繞組的開關(guān)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的跳閘單元，其中所述測試裝置包括一個連接到所述二次繞組上的電容，對所述電容充電的裝置和可選擇地使所述電容向所述二次繞組放電，以產(chǎn)生振蕩的開關(guān)裝置。
17.一種用于被保護的電氣系統(tǒng)中的斷路器的自動測試跳閘單元，該電氣系統(tǒng)有線路導體和中性導體，并遭受濺射電弧故障，所述跳閘單元包括由所述線路或中性導體作為一次繞組，并有二次繞組的傳感線圈;連到所述二次繞組上、產(chǎn)生有限帶寬di/dt信號的裝置，其中i為所述被保護電氣系統(tǒng)中的電流;還包括電平檢測器裝置，將所述有限帶寬di/dt信號與選定的閾值進行比較;還包括在一選定的時間間隔中所述有限帶寬di/dt信號超過所述選定的閾值達預定次數(shù)時，產(chǎn)生跳閘信號的裝置;還包括連接到所述傳感線圈上的測試裝置，其產(chǎn)生的脈沖所產(chǎn)生的有限帶寬di/dt信號在所述選定時間間隔中超過所選定閾值達到所述預定次數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的自動測試跳閘單元，其中所述測試裝置包括連接到所述二次繞組的阻抗裝置和可選擇地將所述阻抗裝置與所述線路導體相連的開關(guān)裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的自動測試跳閘單元，其中所述測試裝置包括連接到所述二次繞組上的電容;對所述電容充電的裝置;以及可選擇地使電容向所述二次繞組放電以產(chǎn)生振蕩的開關(guān)裝置。
20.一種用于被保護的交流電氣系統(tǒng)中的斷路器的跳閘單元，該系統(tǒng)有線路導體和中性導體，所述跳閘單元包括感應所述被保護電氣系統(tǒng)電流的傳感裝置;連接到所述傳感裝置的故障檢測裝置，還包括響應被保護電氣系統(tǒng)中濺射電弧故障所產(chǎn)生的電流而產(chǎn)生跳閘信號的裝置;與所述傳感裝置耦合的測試裝置，它模擬由濺射電弧故障所產(chǎn)生的所述電流以產(chǎn)生所述跳閘信號。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的跳閘單元，其中所述故障檢測裝置包括響應在一個選定時間間隔中電流超過預選定次數(shù)的電流的裝置，其中所述測試裝置包括了產(chǎn)生測試信號，該信號在所述預選定時間間隔中，超過所述預選定幅值所述預定次數(shù)的裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的跳閘單元，其中所述傳感裝置包括所述中性導體從其中穿過的傳感線圈裝置，所述測試裝置包括延伸穿過所述傳感線圈裝置的測試導體裝置和可選擇地連接所述測試導體裝置，成為穿過所述傳感線圈裝置的閉合回路的測試開關(guān)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的接地故障跳閘單元，其中所述傳感裝置包括連接到所述中性導體和跟隨有一高通濾波器的低通濾波器上的引線，其中所述測試裝置包括一阻抗和一開關(guān)，當開關(guān)有選擇地閉合時，將所述阻抗跨接在線路導體和中性導體上，所述阻抗便連接到所述低通濾波器上。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的跳閘單元，其中所述低通濾波器包括電阻和電容，所述阻抗和所述電阻形成分壓器來產(chǎn)生所述測試信號。
全文摘要
一種用于斷路器的接地故障跳閘單元，用無源測試電路來測試。該測試電路包括穿過電流互感器線圈的測試導體和可選擇地將測試導體連成回路，以便模擬中性線對故障的測試開關(guān)。在一個休止振蕩器接地故障測試電路中，測試導體回路穿過兩個傳感線圈。在中性線對地故障檢測器和濺射電弧故障檢測器結(jié)合并且共用一個公共傳感線圈的情況下，為完成對全部元件的測試，要增加一個附加測試電路。或者另一種方法是把從直流電源充電的電容跨接在傳感線圈的二次繞組上。
文檔編號H01H83/04GK1106957SQ9411525
公開日1995年8月16日 申請日期1994年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月15日
發(fā)明者雷蒙德·W·麥肯齊, 約翰·A·韋弗 申請人:尹頓公司