專利名稱：改進的電壓極性存儲器系統和用于其中的熔絲-開關組件的制作方法
技術領域：
本發明總的來說涉及交流電力配電系統，更具體地涉及一些系統用于避免在開關裝置閉合時產生破壞性的勵磁浪涌電流。發明背景用于控制電力配電系統中電力的已有技術系統采用熔絲、開關、分段器、或自動電路重合閘來將配電系統的故障部分移去，以便系統的非故障部分可繼續向未處在系統故障部分的用戶提供電能。術語“開關裝置”，正如此處所用，被理解為包括熔絲、開關、分段器、斷路器，以及自動電路重合閘。
關于機械的開關裝置有許多問題，下文將作說明。
在電力配電系統領域中，使用了上述提及的某些術語，它們通常按下文的陳述來理解。
熔絲是一種保護裝置，它基本上包括一根電線，當流經它的電流超過預定值時它被過分加熱并且分離成兩段。分離所需時間與流經熔絲電流的大小成反比。即電流值越大，電線分離得越快。
開關包括一段可移動導電金屬，它可在一個用于提供流經開關的電流通路的閉合位置、與一個用于阻止電流流經開關的斷開位置之間移動。開關被用來控制各負載，在配電電路中負載幾乎是包括一個變壓器。
分段器是一個自動開關，它有控制電路，以及一些可分離的接觸件，接觸件通常是閉合的，但當控制電路判定在分段器的源端(即分段器的上行線路)的開關裝置已經斷開且閉合達預定次數之多時它們被斷開。分段器總是在源端(上行線路)裝置將其接觸件斷開時斷開其接觸件，這樣便沒有電能流動。這使得在分段器中可使用低成本、非中斷的接觸件。
自動重合閘是一個自動裝置，它有可分離的接觸件和控制裝置用于測量當接觸件被閉合時流經自動重合閘的電流。如果電流過量，控制裝置使各接觸件斷開。在一段時間后控制電路，例如通過向電機或螺絲管通電，使接觸件閉合，所說時間段基于避免過熱的考慮而確定。在控制裝置阻止各接觸件重新閉合前在給定時間內，該開-閉順序可重復多達預定次數。重新閉合被禁止的這種狀態被稱為“鎖定”。
現在制造的自動重合閘可以切斷大的故障電流，這些故障電流例如可由兩個或多個短接在一起或接至地的電線產生。為做到這一點，自動重合閘包括了特別設計的電接觸件，它們由特殊材料制成以延長其壽命。
開關裝置中所用的不同型號的電接觸件通常根據用于在接觸件斷開時防止電流動的絕緣材料型號表示。最通常的絕緣材料包括油、真空或SF6。
當使用油時，在接觸件分離引起的燃弧過程中形成一種電離氣體。在特殊設計的腔中，該氣體由熱電流的燃弧激發并且該激發使弧熄滅，并且使氣體消電離。
如果使用真空，那么接觸件被通過玻璃或瓷裝入真空中。接觸件之一是可動的，并且當移至斷開位置時，真空中沒有氣體分子可供電離。因此，在接觸件分離之后的電流正弦波的第一過零點處電流被中斷。
如果使用SF6，那么惰性氣體SF6在接觸件分離時以及當燃弧發生時在接觸件之間吹動，直至電流的第一過零點為止。另一方面，弧被旋轉且當其旋轉時SF6使弧降溫，避免了在電流正弦的第一過零點之后再次發生燃弧現象。
開關裝置中的各接觸件受到磨損，其程度依所用絕緣材料型號以及接觸件在電流半周上何處分離而不同。如果接觸件在半周中較晚分離，那么有相對少量的伏特-安培積作為功率散失，并且導致接觸材料的磨損。如果接觸件在半周中分離早，那么伏特-安培積會很大，而且將發生明顯的接觸材料磨損。這在油類切斷器中尤成問題，其中接觸件磨損無論如何是一個主要問題。
開關裝置中的各接觸件也有著與“再觸發”有關的問題，其中不是由一個斷開接觸件在電流正弦的過零點后保持電流斷開，而是各接觸件分離太慢，在新的半周中供給接觸件的高電壓導致接觸件間隙被電離而擊穿并且在該半周的剩余部分攜帶電流。
與真空接觸件有關的問題在于，在低電壓處到達過零點前電流中止或“中斷”，導致電力配電系統受力，因配電系統不得不消耗存放在系統電抗中的能量。否則這些能量可以在電流的過零點處為適當的接觸件斷開而消耗。
機械式開關裝置的另一個問題是斷開機械接觸件需要長的時間間隔。該斷開時間對真空和SF6裝置來說大約為一個半周期，從斷開信號發出時間起至接觸件實際分離為止，對油裝置來說為兩個半周期。當與開關裝置一起使用的熔絲在一個周期內熔斷時，這個時間導致聯動問題。
一個影響由油、真空、或SF6保護裝置保護的電力配電系統的問題在于，當各接觸件被閉合以對配電電路再供電時，接觸件閉合的時間相對于電壓正弦是隨機的，并且導致一種已知現象“勵磁浪涌電流”。勵磁浪涌電流的發生是由于當配電線路的一部分被移去電壓時，該部分線路上的各變壓器在其芯上留有剩磁。勵磁浪涌電流導致電力配電系統中的設備嚴重受力甚至可能損壞。浪涌電流的嚴重程度直接與將一個負載從電力配電系統斷開并使該負載與之再接通的時序有關。
鑒于前述，在電力配電系統中用機械式開關裝置作過載保護裝置有許多問題。因此，希望用除機械式開關裝置外的其它裝置作過載保護或者用于電力配電系統中的普通開關應用。諸如可控硅、雙極型晶體管、金屬氧化物半導體晶體管(Mosfet)之類的固態開關可代替機械式開關裝置進行過載保護以及對能量流動定向。例如，見下列雜志文章IEEE電力工程回顧(IEEE Power Engineering Review)1990年1月刊中由O.A.Ciniglio和D.P.Carroll發表的“光導性開關在HVDC電路切斷中的應用”；IEEE電力工程回顧，1990年1月，由F.Cibulka、L.Crane及J.Marks發表的“對工業的第一自多保護、光觸發可控硅的領域評論”(Field Evaluation of Industry’s FirstSelf-Protected，Light-Triggered Thyrister)；由J.Douglas發表在PCIM，1989年十月刊上的“公用事業電力質量控制-電力電子學的新市場”；以及Tom Caputo發表在1991年9月12日出版的機器設計(Machine Design)上的“保護固態啟動器的改進方法”；所有這些用在這里作為參考。
當完成一個負載至電力配電系統中的電源的連接時，希望在正弦電源的過零點處進行連接以避免燃弧或一個將導致過載保護裝置再斷開的狀態，并且避免引入不良的系統暫態。
在1972年11月授予Frank等的第3,703,680號美國專利披露了一種電容器排，它用于網絡中，其中振蕩以無功功率的形式出現。如此采用反并聯可控硅支路，使得各可控硅以一個方向或另一方向連接，與最大網絡電壓同步。電容器排的連接和斷開均在網絡電流的過零點處進行(見第3欄，第28-33行)。
1979年7月24日頒給Frank的第4,162,442號美國專利披露了一種用作電壓控制的電容器排，它可經雙向開關連接至交流網絡。在從網絡斷開之后，電容器排被周期性地導通以使其保持充有恒定極性的電壓。
披露在這些Frank專利每個中的電路是基于系統電壓將總會存在的假設來設計的。這些專利沒有一個言及系統電壓被切斷的場合。此外，這些專利沒有一個言及電壓嚴重降低的情況。
使用固態開關裝置，例如包括反并聯可控硅或SCR，所存在的問題是甚至在固態開關裝置被關斷時也有泄漏電流流經它。當可控硅導通大電流時由于溫度上升，泄漏電流的問題更加嚴重了。由于這一原因此前電力配電系統中的故障保護并未使用固態開關裝置。發明簡述本發明提供一個電壓極性或斜率存儲器電路用于防止當將電力電路閉合或對之供電時由單相或三相配電網絡供電的任意型號變壓器有勵磁浪涌電流發生；例如，在將交流電力配電系統中的過電流保護裝置重新閉合時，在向電動機供電時，或在將反并聯可控硅接通成感性負載(或其它固態開關裝置用于控制在交流電力配電系統中的功率流)時。已知浪涌電流可使電路斷路器在被重新接入功率電路中后立刻跳閘。
本發明提供裝置用于將電壓前一個半周的主要極性存儲起來并且在電壓正弦的過零點處對于適當的極性進行重新連接(以便電壓正弦繼續沿如果未發生切斷時它應沿的方向繼續循環)。
本發明一方面提供固態開關裝置，控制負載至電力配電系統的連接；以及裝置，用于監視電力配電系統電壓的極性并且只要有電流流過固態開關裝置即將每半周的極性存入存儲器中。當電流不再從電力配電系統流向負載時，系統電壓前一個半周的主要極性仍在存儲器中。僅在當系統電壓極性與存放在存儲器中的極性相反時系統電壓的一個過零點處允許電流開始從電力配電系統流向負載(使得正弦繼續沿如果未發生切斷時它將沿著的方向繼續循環)。
在本發明的優選實施例中，所采用的固態開關包括了反并聯的可控硅或SCR或晶體管。
本發明的另一個方面提供一個同步開關(它以可設定的相位角閉合)，控制負載至電力配電系統的連接；以及監視和存儲裝置，用于監視電流停止時刻的電力配電系統電壓的相位角并將之存在存儲器中。同步開關如此控制，使得只有系統電壓的相位角與存在存儲器中的在電流被停止流動的那一時刻電壓相位角相同時電流才可開始從系統源處流向負載。
本發明的另一個方面提供了一個同步開關(它在可設定的相位角處閉合)，控制負載至電力配電系統的連接；以及監視和存儲裝置，監視電力配電系統電壓的相位角并且只要電流流經同步開關即將每半周的主要極性存入存儲器中。當電流停止流經同步開關時，相對于電流停止的那一時刻前的系統電壓最近一個過零點處的電壓相位角仍保留在存儲器中。該相位角用于確定電壓波形的斜率，或電壓的方向，以便選擇給可控硅再供電的適當電壓過零點。同步開關如此控制，使得僅當電壓斜率的極性與由存在存儲器中的相位角確定的斜率極性相同時的一個過零點處電流才可從系統流向負載。
本發明的另一個實施例持續地檢測90°位移或相移電壓以便表示電流停止時或當電壓切斷時電壓波形的斜率的極性。然后該斜率極性存入存儲器中以用于判斷可控硅將在哪個電壓過零點處被再次供電。
該實施例提供某個故障的可能狀態的解決方案，該故障是指在斷開斷路器接觸件之前嚴重地降低系統的電壓。這是由于如果電壓降低并且存儲器電路僅存儲了在電流流動停止前(降低的)電壓的最近一個半周(如上討論的)的主要極性，那么電路可能提供一個錯誤的極性。如果它發生了，那么上述電路將不能減少由完整電壓(即未降低的)的最近一個半周導致的剩磁。因此，有必要存放代以在電壓降低時電壓斜率的極性并且在與電壓降低之前的電壓斜率相同的電壓半周的前一個過零點處將負載再連接。
關于降低電壓的相同問題，本發明的一個替代性實施例提供裝置，用于將源電壓的前一個半周的主要極性(例如，50％或大于典型的電壓)或源電壓的斜率存儲起來并且僅在電壓與存儲器中存放的極性或斜率相同時在(降低的)電壓正弦的過零點處才將至可控硅控制端的觸發器信號移去。這保證了當電壓幅度恢復至故障前的數值時，浪涌電流將不出現在上行線路的負載上。
電壓存儲器電路由電池供電，它可以是充電電池。充電電池可以在系統電壓有效時由系統電壓充電。這樣，甚至在系統電壓不再有效時，存儲器電路仍有繼續存放系統電壓前一個半周的極性或電壓波形的斜率的極性。電池也可由光電池充電，該光電池經一束纖維光纜從光源接收光并將充電電流提供給電池。光源可由系統電壓供電。當希望將電壓存儲器電路與電力配電系統完全(電)隔離(即在高壓場合下，例如電力配電系統中)時，采用一個光源來對電池充電。在該優選實施例中，電池包括兩個充電C電池，組成3伏直流輸出。標稱值在1.5V直流以上的任何適當的電池都可被采用。
本發明的一個方面提供了與固態開關裝置串聯的機械開關。固態開關如反并聯可控硅或晶體管用作電力配電系統中的故障保護裝置，機械開關在反并聯可控硅或晶體管被關斷后斷開，實際上消除了甚至在可控硅或晶體管被關閉后仍有泄漏電流流經它們的問題。當可控硅通過大電流時，由于溫度上升使得泄漏電流的問題變得嚴重了。
在參考了下面的詳細說明書、權利要求書和附圖之后對于本領域的普通技術人員來說，本發明的其它特點和優點將一目了然。附圖簡述

圖1是體現本發明的電壓極性存儲器電路的電路示意圖；圖1A是本發明第一可選實施例電路的電路示意圖；圖1B是本發明第二可選實施例電路的電路示意圖；圖2是熔絲-開關連接和反并聯可控硅的示意圖，反并聯可控硅將負載與電源連接與斷開，這些可控硅由圖1所示電路選擇性選通；圖3是電池和電池充電系統的示意圖，電池用于當負載與源斷開時對圖1所示邏輯元件供電，電池充電系統用于在負載連接至源時對電池充電；圖4是一個時序圖，它表示了在不同時刻圖1所示的各邏輯元件的邏輯狀態，并且表示了這些邏輯狀態如何依一個控制輸入信號而改變。
圖5是基于軟件的控制系統的流程圖，包括用于電壓極性存儲器的邏輯。
圖6是基于軟件的控制系統的流程圖，用于同步開關，包括用于電壓極性存儲器的邏輯；圖7-10示意了一個熔絲-開關組件；圖11是上行線路浪涌保護電路的示意圖；發明優選實施例的詳細說明電壓極性存儲器電路-綜述圖1所示是體現本發明不同特點的電壓極性存儲器電路10，它可用于執行上面討論的各種功能。電壓極性存儲器電路，通過將從源至負載的電流流動中斷前源電壓的上一個半周的主要極性存儲起來，降低了浪涌電流；例如通過開關或故障中斷裝置。
僅僅在源電壓的極性與存放在存儲器中的極性相反前電壓正弦的一個過零點處負載與源重新相接(以便正弦繼續以如果未發生中斷它應循環的方向繼續循環)。
電路10包括一個耦合于源24(例如電力配電線)的電壓互感器12，用于檢測源電壓；以及一個耦合至該源24的電流互感器14，用于檢測電流。電路10還包括一個控制輸入端16，用于通過與電壓和電流輸入端合乎邏輯地工作來啟動和停止電流的流動，以選通反并聯可控硅Q1和Q2(見圖2)，可控硅Q1和Q2控制線電流的流動。當希望將負載22連接于源24時，控制信號17被提供給控制輸入端16。當希望將負載22與源24斷開時，控制信號被從控制輸入端16移開。該電路還包括LED 18和20形式的輸出裝置，它們分別經光導纖維束或光耦合器18A和20A進行光耦合，來控制反并聯可控硅Q1和Q2以選通它們。本發明的一個實施例中，LED 18和20是NTE3086 IC的部分。過零檢測器電路10包括過零檢測器15。在示意的實施例中，過零檢測器15包括一個可變電阻R1。過零檢測器15還包括一個運放A1，它有一個連接至可變電阻R1的反向輸入端和一個正向輸入端。過零檢測器15還包括一個接在運放A1的正向輸入端和電壓檢測器12之間的電阻R9。過零檢測器15還包括接在運放A1的正向輸入端和地之間的電阻R10。過零檢測器15還包括接在運放A1的輸出端和正向輸入端之間的反饋電阻R3。
過零檢測器15包括可變電阻R2；還包括具有與可變電阻R2相連的正向輸入端和與運放A1的正向輸入端相連的反向輸入端的運放A2；還包括接在運放A2的輸出端和正向輸入端之間的反饋電阻R4。
過零點檢測器15包括一個可變電阻R5；它還包括運放A3，該運放有一個連接至可變電阻R5的反向輸入端和一個正向輸入端；它還包括接在運放A3的正向輸入端和電流檢測器14之間的電阻R11；過零點檢測器15還包括接在運放A3的正向輸入端和地之間的電阻R12；它還包括接在運放A3的輸出端和正向輸入端之間的反饋電阻R7。
過零點檢測器15包括可變電阻R6；它還包括運放A4，該運放A4有一個接至可變電阻R6的正向輸入端和接至運放A3的正向輸入端的反向輸入端；它還包括接在運放A4的輸出端和正向輸入端之間的反饋電阻R8。
當輸入12是正的時候，運放A1通過提供正的輸出方波時交流輸入信號作出反應。電阻R1加偏壓于運放A1，使得當沒有輸入值出現時，在運放A1的反向輸入端處有微小的正電壓。該電壓足以導致輸出值成為反向或負的Vss。在運放A1正輸入端處僅僅小的正電壓即可使其輸出值變為正的Vcc。
正反饋電阻R3在運放A1變得稍正時起觸發作用。電壓被反饋至運放A1的正輸入端，導致輸入值變高，它繼而導致輸出值變高，等等，使得對于運放A1的正端有非常小的正輸入值的情況，輸出值盡可能迅速地變為正的Vcc，僅受運放A1的轉換速率限制。類似地，當輸入值變得僅比運放A1的反向輸入端處的偏壓略負時，運放A1的輸出值變為負的Vss。
運放A2作為反相比較器被接入以產生輸出方波，該方波在輸入端為正時為負方波，輸入端12為負時為正方波。通過調節可變電阻R2將略負的電壓加于正輸入端，以使沒有輸入值時運放A2的輸出電壓為負。當有輸入值時，一個略負值將使得負輸入端比正輸入端偏置值更負。當輸入值比正輸入端偏置電平小時，運放A2的輸出值立刻變換至正的Vcc，并且維持不變直至輸入端12變為比運放A2正輸入端數值更正些為止，而在此時輸出值再次切換至負的Vss并保持不變直至負輸入端再次有負值輸入。
運放A3和A4按運放A1和A2運作的相同方式運作；運放A1和A2與電流檢測器12一起使用，運放A3和A4與電壓檢測器14一起使用。
這樣的一個過零點檢測器15對于負的和正的輸入值的情況均提供一個正的輸出脈沖。必須給過零點檢測器15提供電壓以提供輸出值。
示意的實施例表明了過零點檢測器15和電壓互感器12和電流互感器14一起使用。在替代性實施例中，過零點檢測器15可與線性耦合器或容性電壓檢測板一起使用，線性耦合器是用于檢測電流的低輸出電壓裝置，容性電壓檢測板也是一個低電壓電平輸出裝置。在這樣的替代實施例中可采用相位修正來糾正由線性耦合器或容性電壓檢測板引入的90°相移。電壓極性存儲器電路-詳細說明電路10包括一個雙觸發器A6A。用作觸發器A6A的集成電路芯片的一個適當例子是4043IC。觸發器A6A有第一置位輸入端S0、第一復位輸入端R0、第一輸出端Q0、第二置位輸入端S1、第二復位輸入端R1、第二輸出端Q1和一個使能輸入端E。
電路10包括二極管D5，D5的陽極與運放A1的輸出端相連并且其陰極與觸發器A6A的第一置位輸入端S0以及觸發器A6A的第二復位輸入端R1相連；電路10有一個二極管D6，D6的陽極連接至運放A2的輸出端且其陰極連接至觸發器A6A的第一復位輸入端R0并且至觸發器A6A的第二置位輸入端S1；電路10還包括一個電阻R13，連接在二極管D5的陰極和地之間；電路10還包括電阻R14，它連接在二極管D6的陰極和地之間。
電路10包括一個反相器A14，反相器A14有一個輸出端連接至觸發器A6A的使能輸入端E，并且有一個輸入端。電路10還包括一個“或”門A5，其有一個輸出端連接至反相器A14的輸入端，并且有兩個輸入端。電路10還包括二極管D7，其有一個陽極連接至運放A3的輸出端并且有一個陰極連接至“或”門45的輸入端之一。電路10還包括一個二極管D8，其有一個陽極連接至運放A4的輸出端并且有一個陰極連接至或門45的另一輸入端。電路10還包括一個電容C3，連接在二極管D7的陰極和地之間；和一個電阻R15，與電容C3并聯且連接在二極管D7的陰極和地之間。電路10還包括一個電容C4，連接在二極管D8的陰極和地之間；一個電阻R16，與電容C4并聯且連接在二極管D8的陰極和地之間。
電路10包括一個D觸發器A12，該D觸發器A12定義了一個極性存儲器。一個適當的集成電路芯片是4013IC。觸發器A12有一個數據輸入端D，被連接至二極管D5的陰極；一個時鐘輸入端C；一個置位輸入端S，連接至地；一個復位輸入端R，連接至地；一個輸出端Q；以及一個輸出端Q′(Q的邏輯反)。電路10還包括一個二極管D9，其有一個陽極接至運放A4的輸出端并且有一個陰極連接至觸發器A12的時鐘輸入端C；與一個二極管D10，其有一個陽極接至運放A3的輸出端并且有一個陰極接至觸發器的時鐘輸入端C。
電路10可選地包括一個與門A13，A13有第一輸入端，當熔絲-開關組件100(下文說明)被閉合時第一輸入端為高；A13也有第二輸入端，它確定了控制輸入端16；A13也有一個輸出端。
電路10還包括二極管D1、D2、D3和D4，以及電容C1和C2，它們按下文說明的方式連接。
電路10還包括與門A8，A8有一個輸出端經二極管D1連接至LED18，并且有四個輸入端。與門A8的一個輸入端經電容C1連接至二極管D5的陰極。與門A8的另一個輸入端連接至雙觸發器A6A的第一輸出端Q0。與門A8的另一個輸入端連接至觸發器A12的輸出端Q′。與門A8的另一個輸入端連接至與門A13的輸出端。
電路10還包括與門A9，其有一個輸出端經二極管D2連接至LED20，并且有四個輸入端。與門A9的一個輸入端經電容C2連接至二極管D6的陰極。與門A9的另一個輸入端連接至與門A13的輸出端。與門A9的另一個輸入端連接至觸發器A12的輸出端Q。與門A9的另一個輸入端被連接至觸發器A6A的輸出端Q1。
電路10還包括與門A10，A10有一個輸出端經二極管D3連接至LED 18，并且有兩個輸入端。與門A10的一個輸入端連接至二極管D8的陰極。與門A10的另一個輸入端被連接至與門A13的輸出端。
電路10還包括一個與門A11，A11有一個輸出端經二極管D4連接至LED 20，并且有兩個輸入端。與門A11的一個輸入端連接至二極管D7的陰極。與門A11的另一個輸入端連接至與門A13的輸出端。
如果不采用熔絲-開關組件100，那么可將A13略去并代之以控制輸入端A16，該輸入端A16接至每個與門A8、A9、A10和A11的一個輸入端。
電路10還包括電阻R17，R17連接在觸發器A6A的第一輸出端Q0和地之間。電路10還包括電阻R18，連接在觸發器A6A的第二輸出端Q1和地之間。電路10還包括電阻R19，它連接于觸發器A12的時鐘輸入端C和地之間。
在實施中，假定沒有電流流經電源24并且極性存儲器觸發器A12在其輸出端Q有一個高信號，表明當電流流經過零點時并且在其停止之前電流電壓為正，并且假定電源電壓在此時存在。
由于沒有電流流動，或門A5有一個低輸出，導致反相器A14輸出值為高，啟動D觸發器A6A將其Q輸出置高或復位成低，這視二極管D5和D6的陽極處的電壓輸入端+Vin和-Vin的信號而定。
控制輸入端16上的高的控制信號將把與門A8、A9、A10和A11每個的一個輸入端置高。如果采用可選的熔絲-開關組件100(如下說明)，那么控制輸入端16上的高控制信號和一個熔絲-開關閉合信號相“與”將使每個與門A8、A9、A10和A11的一個輸入端置高。由于沒有電流流動，在二極管D7和D8的陽極處沒有+I或-I輸入。所以，與門A10和A11不能得到額外的高輸入信號以使它們有高輸出值。
與門A8將有一個低輸入端，該輸入端連接至A12的Q′的輸出端，因而在其輸出端處沒有高信號。
由于A12的輸出端Q為高，因此與門A9在其一個輸入端為高。當-Vin經二極管D6施加于觸發器A6A的S1輸入端時，觸發器A6A的輸出端Q1將為高并且將向與門A9的另一個輸入端提供高信號。與微分電容C2連接的與門A9的輸入端信號是一個瞬時高信號，它出現在電源電壓變負的過零點處。對于瞬時高的這段時間，與門A9的所有輸入端為高，一個脈沖出現在與門A9的輸出端以使LED 20發光并且由此觸發可控硅Q1(見圖2)。
可控硅Q1的陽極相對于其陰極為正，因此它易于傳導電流。該陽極電壓與電流上一次被切斷時存在的電流的極性相反。換句話說，可控硅Q2是中斷前傳導電流的最后一個，而可控硅Q1則是當控制信號被重新施加至控制輸入端16時第一個傳導電流的。
類似地，如果極性存儲器A12在其Q′輸出端有一個高值，那么在D5的陽極處的+Vin將導致與門A8的所有輸入端瞬時為高，使得可控硅Q2被觸發。
在電流流動之后，在二極管D7和D8的陽極分別交替地有輸入信號+Iin和-Iin。這些輸入信號被連接至A10和A11輸入端以便當電流流動時在電流的過零點處觸發可控硅。如果在電流的正半周，那么D7將使延長的信號耦合至A11，從而使A11在變負值的過零點處導通。相反地，如果在電流的負半周，D8將延長的信號耦合至A10，使得A10在變正的過零點變化處導通。
在向或門A5施加輸入信號后，反相器A14有一個高輸入值，使得反相器A14的輸出值變低，由此禁止觸發器A6A。觸發器A6A的Q0和Q1輸出端變為高阻(三態)，并且電阻R17導致與門A8有一個低輸入值，導致與門A8有一個低輸出值。
+Iin和-Iin電流輸入值在脈沖寬度上被電容C3和C4略加展寬。這導致在或門A5的各輸入端略有重疊，這使得可以向反相器A14持續提供高輸入值，導致其輸出端持續為低。
施加給觸發器A12的時鐘輸入端C的+Iin和-Iin輸入信號沒有經電容濾波；因此在一個輸入值的下降沿和另一輸入值的上升沿之間略有時間差。這允許對出現在觸發器A12的數據輸入端D上的電壓極性“計時”。這對于每半周對存放在觸發器A12中的極性存儲器進行持續更新來說是必要的，以便如果電流因任何原因被中斷，那么該極性存儲器仍是正確的。
當電流停止時，電源電壓的上一個半周的主要極性，分別地響應于+Iin和-Iin電流輸入端變高和低，被存儲起來，導致時鐘輸入端的向高跳變以將出現在數據或D輸入端的數據的極性傳遞給Q輸出端，以及時鐘輸入端的向低跳變以鎖定Q和Q′輸出值(Q的邏輯反)。換句話說，如果在電流經過零點時+Vin為高，那么一個高信號將傳送給Q輸出端，并且當時鐘脈沖變低時鎖定在該處。這表明上一個半周的電壓主要為正，因為在電流流動的該半周的開始時刻電壓為正。如果電流再次經過零點，那么時鐘將再次變高并且將出現在D輸入端處的數據傳送給Q輸出端。當電流停止時，在前一個半周被傳送的數據將被鎖定到Q輸出端，并且其補數被鎖定入Q′輸出端。如果當電流停止時+Vin為低，那么觸發器A12的輸出Q′將為高。
總之，只要一個控制信號出現在控制輸入端16，反并聯控制可控硅Q1和Q2就將在電源電流的過零點處交替導通。
當控制信號從控制輸入端16移去時，電流將在下一個過零點停止，并且當電流停止時Q和Q′輸出端的電平將由時鐘信號的低跳變鎖定，并且當控制信號被再次加至控制輸入端16時被用作判斷哪個可控硅將被選通(通過LED 18或20)的所需信息。
“門極-可關斷”型可控硅可用于代替反并聯可控硅，在該情況下，電流可在電流波形的任一點處停止。在該情況下，一個包括微處理器(見圖6)的計算電路被用于控制可控硅Q1和Q2的接通和斷開。
圖4是一個時序圖，它表示上述各種組件響應于電源電流和電壓時的輸出波形。
上述實施例可有效地將可控硅Q1和Q2下游的負載從電力配電系統斷開。然而，從配電線輸入的電壓間或地隨機丟失，這也許會在處于電路10上游的電力配電線被下拉時發生。在此情況下對電壓前一個半周的主要極性的測量可能會導致電路10的無效操作，由此當可控硅Q1和Q2被再次激勵時會導致最大的浪涌電流。
圖1A示意了一個電路200，它是電路10的補充實施例，設計用于該特定場合下。如圖1A所示，電路200包括一個相移電路A17，它接在A1的輸出端和A12的數據輸入端。電路A17將D觸發器A12的數據輸入信號作90度位移。這樣的相移電路在本領域是周知的。電路也包括一個1KHz振蕩器，它接在D9和D10的陰極和觸發器A12的時鐘輸入端(或使能線)之間。90度相移的作用在于具有負斜率的電壓波形部分總是作高信號出現在數據線上，具有負斜率的電壓波形部分總是作為低信號出現在數據線上。這樣，不是如圖1實施例那樣將在電壓波形的0和180度之間的正極性和在電壓波形的180和360度之間的負極性存儲起來(見圖4)，圖1-A的實施例存儲的則是在電壓波形的90和270度之間為正的極性以及在電壓波形的270和90度之間為負的極性。基于90度相移電壓波形存放數據輸入值的結果是，電壓極性存儲器存儲的極性代表了在電壓或電流被切斷時刻電壓波形的斜率的極性。確定電壓波形的斜率極性的好處是雙重的。第一，在諸如變壓器這樣的感性電路中電壓在時間上領先于電流。這樣，當電壓波形經過過零點且有正斜率時，所引起的電流波形將在一段時間內仍為負值。這段時間量是電壓領先于電流的那段時間，并且與負載的電感有關。如果電壓極性是在電流停止時刻僅僅在電流波形的變正的過零點之后被存儲起來，那么一個正的極性將被存儲并且，在電路200被再次激勵之時，電流將在電壓過零點向變負方向變化時開始流動(即，電壓波形的斜率的極性將是負值)。這將是一個錯誤，因為在電路截止之前電壓波形主要為負值。因此，用一個變負的電壓激勵變壓器將導致差不多最大的勵磁浪涌電路。
第二，在先于電流波形的自然過零點之前電壓被移去的情況下，電壓將在過零點時被理想地再次加上，該過零點所在的電壓波形斜率與電壓被移去之時所在的電壓波形相同。
使用諸如由振蕩器A15所提供的1KHz脈沖的一個好處在于，每毫秒或在60Hz系統中大約每22度，可將A12的數據輸入值傳送并鎖定。這導致A12的Q和Q′輸出值非常接近于數據輸入端處極性的實時再現。換句話說，移相數據的狀態(高或低)剛好在電路切斷之前被轉送給存儲器，并且當電路被切斷時被鎖定在存儲器中，這允許對斜率進行近于理想的檢測，導致對下一個應激勵或觸發可控硅Q1和Q2的過零點作非常準確的確定。可以使用甚至頻率高一些的振蕩，而這將導致更近乎實現一個真正180度斜率。
仍然參看圖1A，電路200區別電路10之處還在于與門A10和A11的輸入端被連接至或門A5的輸出端，而沒有連接至或門A5的輸入端。該電路結構消除了與門A10和A11對電流檢測裝置恰當定相的依賴性。這樣如果A10和A11被持續選通，那么A10和A11將正常工作，而A10和A11的輸入信號可由或門A5的輸出信號獲得，一旦有電流流動，該信號便是連續的高值。
電路200也包括延時電路A16，它連接在電壓互感器12和與門A13之間。延時電路A16為本領域技術人員所熟知，它用于電壓丟失之后在它被恢復之前提供數周的延時。操作中，電路A16檢測其輸入端的線電壓，并且在電壓的大約三個完整周期之后電路A16輸出一個高信號至與門A13，以便可將觸發信號發往可控硅Q1和Q2。如果電壓丟失，那么電路A16輸出一個低信號至與門A13，禁止選通可控硅。這使得當電壓恢復時正確的過零點可經D5和D6關聯至與門A8和A9，并且允許在電壓正弦波上任一點處作電壓的上行線路恢復。然而，仍如前所述，可控硅控制的負載將僅在正確的過零點處供電。
圖1B示意了電路300的一部分，電路300是本發明的另一個實施例，其中一旦該電路被停止則D觸發器A12的Q和Q′輸出信號驅動鎖定繼電器。電路300與電路10和200相似，并且相同的部件用相同的參考標號標記。鎖定繼電器提供了一個永久數據存儲器，它不必為了維持該存儲器工作而采用持續供電(例如可由一個電池備用系統)。鎖定繼電器可由檢測電流流動來復位，這表明可控硅已被觸發。操作時，當電流停止時，A5的輸出信號為低，并被輸入至反相器A64，反相器A64輸出一個高信號至與門A6-1和A6-2。如果D觸發器A12的Q輸出信號為高，并且所有控制信號出現在A13上，那么與門A6-1產生一個高輸出值，由此對鎖定繼電器LR-1供電。鎖定繼電器LR-1將連接至與門A9的一個輸入端的接觸件閉合。如果A-12的Q′輸出值為高，并且所有控制信號出現在與門A13的各輸入端上，那么與門A6-2對鎖定繼電器LR-2供電，使連接至與門A8的接觸件閉合。當電流再次開始流動時，或門A5產生一個高輸出值，它驅動放大器A6-3以使鎖定繼電器LR-1和LR-2復位，由此將存儲器清除。
正如易于為本領域普通技術人員所明白，可以采用其它各種結構的邏輯組件來提供與上述觸發可控硅Q1和Q2的電路相同的功能和邏輯。由圖1、圖1A和圖1B所示各種實施例所執行的且上文說明的各個功能也可由采用微處理器的裝置來實現。可對微處理器編程，來確定在電流停止流動的時刻或電壓從電路10或200的輸入端移去的時刻從電壓過零點起電壓波形的相位角。利用該信息，可確定電壓斜率以便確定對某個可控硅Q1或Q2供電所應在的電壓的過零點，由此使施給負載的電壓沿著此前電流停止或電壓被移去時電壓正沿著的方向繼續。用于電壓極性存儲器電路的電流圖1的觸發器、與門、或門、運放以及反相器均由電池26(見圖3)供電，在示意實施例中，該電池是一個充電電池。這樣，甚至當電源電壓不可用時，存儲器電路仍可繼續存儲電源電壓前一個半周的極性。電池通過光電池28充電，而光電池28則是通過一個纖維光纜束30和透鏡32從一個光源接收光并且向電池26提供充電電流。光源可由電源電壓供電。光源可用于對電池充電，以使得電壓存儲器電路與電源完全(電)隔離(例如，當電源是一個電力配電系統時)。在示意性實施例中，電池提供12伏直流輸出，它是中心抽頭的，給出+和-6伏(分別為+Vcc和-Vss)。
反并聯可控硅Q1和Q2分別由包括LED 18和20在內的電路選通，這些電路每個都包括一個電池34，在本說明性實施例中電池34是充電電池。在一個實施例(未示出)中，每個電池34包括兩個充電C電池，給出3伏直流輸出。可以采用任何標稱值大于1.5伏直流的適當電池。
每個電池34可由光電池36充電，光電池36經一個纖維纜束38和透鏡40從光源接收光并且向電池34提供充電電流。光源可由電源電壓供電。可用一個光源來對電池充電，以便可控硅選通電路與電力配電系統完全(電)隔離。電壓極性存儲器軟件圖5所示的是一個基于軟件的控制系統的流程圖，該控制系統執行上述邏輯電路的同樣功能。該基于軟件的電壓極性存儲器控制系統通過，在電流上次經過過零點時，將自源至負載的電流流動被中斷前電源電壓的最后一個完整半周的主要極性存儲起來，以消除浪涌電流；所說中斷例如通過故障中斷裝置進行。
使用反并聯可控硅Q1和Q2，差不多在電源電壓與存放在存儲器中的極性相反之前的電壓正弦的過零點處，負載重又連接至電源(以便正弦沿著如果水發生中斷它應沿著的方向繼續循環)。
控制系統包括一套軟件，該軟件在微控制器、微處理器、或計算機上編程實現，其中，所說計算機包括例如具有Intel8086、8088、286、386、486、或奔騰處理器的IBM個人兼容計算機，具有Motorola6800、68000或其它處理器的蘋果或麥金托什計算機，或者任何其它合適的個人計算機。在本優選實施例中，軟件是在例如Motorola 68C11或6809這樣的微控制器上編程的。如這里所用，術語“微處理器”意在包括所有這些裝置。
啟動軟件程序的控制信號可用數種方式初始化。它可來自一個局部過電流檢測控制裝置，或它可是一個遠程SCADA(數據采集與監控)信號，或可是通常用于控制開關裝置的任何通常遠端和本地控制信號。
如果采用熔絲-開關組件100，那么啟動信號將導致通過人工操作或通過對一些動力機械裝置供電將熔絲-開關組件100(下文將作說明)閉合。與此同時，施加一個控制信號以使可控硅Q1和Q2在條件許可時導通。
如果采用一個可選熔絲-開關組件100(下面將作說明)，那么在進入步驟S2之前，在步驟S1微處理器尋找一個表示熔絲-開關組件100被閉合的信號。
如果未采用熔絲-開關組件100，那么步驟S1將被略去。
在步驟S2，微處理器檢查電源電流是否流動。如果是，那么進入步驟S3；如果不是，則進入步驟S9。
在步驟S3，微處理器等待電源電流的一個過零點，然后進入步驟S4。在電流的該過零點處各可控硅自然關閉。
在步驟S4，微處理器判斷控制信號是否仍在。步驟S4所檢測的控制信號與施加至圖1所討論的電壓極性存儲器電路的控制信號輸入端16的控制信號類似；它表明希望使可控硅導通。如果控制信號仍出現在電源電流的該過零點處，那么微處理器進入步驟S5和S6；如果不是，微處理器進入步驟S8。如果采用了熔絲-開關組件，那么微處理器進入步驟S8，在這里它斷開熔絲-開關組件。然后微處理器等待另一個啟動控制信號，此后進入步驟S1。
在步驟S5，微處理器判斷電源電流關于時間的斜率是否為正。如果是，那么微處理器進入步驟S12；如果不是，那么微處理器進入步驟S13。換句話說，微處理器分析電源電流的過零點的斜率(dI/dt)以判斷可控硅Q1或可控硅Q2是否將被導通。
在步驟S6，在電流經過過零點后，微處理器判斷電源電壓的極性，并且進入步驟S7。
在步驟S7，微處理器將電源電壓的極性(在步驟S6處測的)存入存儲器。
在步驟S9，微處理器查看其電壓測量輸入端以判斷電源或配電線電壓的極性是否與存在極性存儲器中的極性相同。如果在電源或配電線上沒有電壓存在，那么微處理器持續監視直至其上出現電壓為止。如果測得的極性與被存極性不符，那么微處理器繼續檢查電源直至電源電壓的極性與存儲器中的極性相符為止，然后進入步驟S10。存儲器中存放的極性是在電流經過過零點后并且在控制信號被移去且導通可控硅Q1或Q2被關閉之前最后一個完整半周的主要極性。
在步驟S10，微處理器等待電源電壓的一個過零點，然后進入步驟S11。
在步驟S11，微處理器判斷電源電壓相對于時間的斜率(dv/dt)是否為正。如果是，那么微處理器進入步驟S12；如果不是，那么微處理器進入步驟S13。電壓經過過零點時的斜率，可以在測量之前準確地預測電壓下一個半周的極性。在步驟S12，可控硅Q2被觸發。然后微處理器進入步驟S2。
在步驟S13，可控硅Q1被觸發。然后微處理器進入步驟S2。
總之，如果沒有電流流動，在步驟S9微處理器使得測得電壓的極性和存儲器中的極性完成極性匹配，那么然后在步驟S11對電壓斜率檢查以觀察其是正還是負。如果存儲器中的極性為正，那么在電壓負半周導通的可控硅被觸發。如果存儲器中的極性為負，那么在電壓正半周導通的可控硅被觸發。如果存儲器中所存極性為正，那么Q1是當控制信號被移去時的最后導通的可控硅，而Q2則是當控制信號被再次施加時下一個導通的可控硅。
在一個可控硅已被觸發之后，微處理器再次檢查電流是否流動。如果電流正流動，那么微處理器尋找一個過零點。如果控制信號仍出現在電源電流的該過零點處，那么對該過零點的斜率進行分析以判斷可控硅Q1或Q2是否待觸發。分析過程與用于判斷哪一個可控硅由該電壓過零點處電壓的斜率觸發的分析過程相似。
如果在電流過零點處無控制信號存在，那么程度將進入電壓測量電路部分以確定在先前電流過零點瞬間的電壓的極性并且將該極性存入極性存儲器。如果采用可選熔絲-開關組件100，它將由一個彈簧或電動機驅動裝置斷開。微處理器等候另一個起動信號。
應予以理解的是，當微處理器初始安裝在配電線上時，配電線上無先前電壓極性的記載，而且當程序第一次初始化時存放在存儲器中的極性可以是隨機的正或負值，直至存儲器在步驟S7被更新為止。電壓極性存儲器軟件-同步開關在本發明的一個實施例中，同步開關(在一個可以設定的相位角處閉合)控制負載至電源或電力配電系統的連接。
圖6中所示是旨在說明與同步開關-起使用的基于軟件的控制系統的流程圖。軟件是在前述指定類型的微處理器上結合圖5編寫的。軟件與結合圖5說明的軟件相似，同樣的參考標號表示同樣的邏輯步驟，但是作了如下所述的修改。
更為具體地，步驟S10被代以步驟S100。在步驟S100處，微處理器不是對電源電壓是否在過零點處進行判斷，而是等待直至電壓位于存儲器中存放的相位角處為止，然后進入步驟S11。這是為了使負載能在當負載與電源斷開時相同的電壓相位角處被連接至電源。
步驟S6和S7分別為步驟S106和S107代替。在步驟S106和S107處，微處理器取得電壓的相位角，并將之存入存儲器。然后斷開熔絲開關。
總之，在控制信號已被移去且電流停止時電力配電電源電壓的相位角被監視，該相位角被存入存儲器中。在電流停止流經同步開關之時，系統電壓的相位角仍留在存儲器中。同步開關如此控制，使得電流僅在存儲器所存的相位角處被允許開始自系統向負載流動，以便正弦沿著如果未發生中斷它應沿著的相同方向繼續循環。電壓極性存儲器軟件-沉降電壓在本發明的一個實施例中不是使用過零點來確定在圖5的步驟S6處存儲器所存放的極性，而是在存儲器中的極性可改變之前，半周的電源電壓必須是峰值電源電壓的至少50％(或其它某個預定分數)。沒有超過峰值電源電壓的50％的半周就步驟S6更新存儲器中的電壓來說將被忽略。在該實施例中，步驟S6和S7將出現在步驟S3和S4之間，存儲器將在滿足電源電壓至少為峰值電源電壓的50％(或其它預定分數)的每個半周進行更新。該實施例在線路狀態可能導致電壓趨于沉降之時是有用的。電壓的最高“最后電平”是指可導致變壓器芯最大飽和的電壓。沉降電壓電平的原點是在磁滯曲線上零和最大剩余點之間的某處，不會提供完全的退磁。這樣，在負載從電源斷開之后，理想的是在某過零點處再接上負載，該過零點剛好位于極性與前一個完全(例如峰值的50％以上)半周的極性相反的半周前。正如本領域普通技術人員易于理解的是，其它各種邏輯組件的配置可被連接以執行所說明的微處理器控制的邏輯功能。熔絲-開關組件圖7-10所示是一個熔絲-開關組件100，它與電力配電系統中的固態控制電路一起使用。熔絲-開關組件100給出一種與固態開關裝置串聯的機械開關，固態開關裝置例如有反并聯可控硅或晶體管，用于在配電系統中作故障保護，在反并聯可控硅被關斷之后機械開關打開，從而實際上消除泄漏電流的問題，這些泄漏電流甚至在可控硅被關斷之時也會流經該可控硅。熔絲-開關組件100優選地放置在固態開關裝置的控制的電源一側，以便熔絲-開關組件100可以手動打開以允許對完全斷電的開關裝置的控制的維護。見圖2。如果熔絲-開關組件100插入到可控硅的負載一側，那么其操作保持不變。
在優選實施例中，熔絲-開關組件100與圖2所示的可控硅Q1和Q2一起使用。
熔絲-開關組件100直觀地表示了一個打開電路。
熔絲-開關組件100包括一個源側組件102和一個負載側組件104。
源側組件102包括一個固定的支承件106、以及一個可動臂108。臂108有一個非導電的部件110，在樞軸點112處與支承件106可轉動地相連；以及一個導電部件114，與非導電部件110相鄰且與樞軸點112隔開放置。臂108可在工作位置(見圖7)與故障指示位置(見圖10)之間移動。在說明性實施例中，臂108的工作位置是一個下降位置，故障指示位置則是一個上升位置。支承件106有一個導電部件116，在臂108處于其工作位置時以及臂108處于其故障指示位置時導電部件116均與臂108的導電部件114隔開放置。
支承件106還包括一個與導電部件116相鄰的非導電部件118。臂108在支承件106的非導電部件118處與支承件106相連。
源側組件102還包括一根彈簧120，它使臂108偏移至其故障指示位置。源側組件102還包括沖出式熔絲122，它位于導電部件114和導電部件116之間。熔絲122克服彈簧120的偏移使臂108保持在工作位置。熔絲122電連接于導電部件114和導電部件116之間，且具有很低的熔絲標稱值。如果有大于該熔絲標稱值的電流流過熔絲122，那么熔絲122將熔斷。如果熔絲122熔斷，那么彈簧120將使臂114繞樞軸轉動至其故障指示位置(見圖10)。
導電部件114經電纜124和連接器件126與電源24例如電力配電系統相連。
負載側組件104包括一個固定支承件128，它是導電的且經電纜130和連接器132連接至負載。如果熔絲-開關組件100與上面采用的電壓極性存儲器電路10一起使用，那么電纜130與可控硅Q2的陽極以及可控硅Q1的陰極相連。這樣，熔絲-開關組件100將是電壓極性存儲器電路10的上行線路，這樣可以通過打開熔絲-開關組件來維護電壓極性存儲器電路10。
負載側組件104還包括一個可動接觸件134，它與支承件128可轉動地相連以便在閉合位置(見圖7)和打開位置(見圖9)之間移動。在說明性實施例中，可動接觸件134的閉合位置是一個上升位置，而可動接觸件134的打開位置是一個下降位置。可動接觸件134包括一個導電部件136，在可動接觸件134處于其閉合位置以及可動接觸件134處于其打開位置時該導電部件136均與負載電相連。更為特別的是，在說明性實施例中，當可動接觸件134處于其打開位置以及可動接觸件134處于其閉合位置時可動接觸件134與支承件128電接觸。可動接觸件134由任一適當裝置繞樞軸轉動。例如，可動接觸件134可由一個電機或帶鉤桿(使用帶鉤桿孔138)繞樞軸轉動至其上升位置，并且可由一個螺絲管、或帶鉤桿(使用帶鉤桿孔138)繞樞軸轉動至其下降位置。參考標號140用于表示移動可動接觸件134的裝置。當可動接觸件134處于其上升位置時導電部件136與源側組件102的導電部件114接觸；當被提升至閉合位置或降低至打開位置時瞬時、同時地與部件114和116接觸；當可動接觸件134繞樞軸轉動于介于其閉合位置和其打開位置之間的某個位置(見圖8)時僅與源側組件102的導電部件116接觸。在優選實施例中，負載側組件104還包括可選擇釋放的掛鉤142，它允許可動接觸件134移動至上升位置但然后即把可動接觸件134鎖定在該上升位置直至被釋放。
在操作時，臂108通常處于其閉合位置(見圖7)，可動接觸件134通常處于其閉合位置，可控硅Q1和Q2導通。電流路徑定義為從電源24經臂108和可動接觸件134至負載22。當開關閉合時，導電部件136不必與導電部件116電接觸。這防止大電流導致足以使低電流熔絲熔斷的電壓降落。
當可控硅Q1和Q2被通知關閉時，一個信號被同時發往傳動裝置140使之開始將可動接觸件134移動至其打開位置并且發往掛鉤142以使之釋放可動接觸件134。在電流正弦的第一過零點處可控硅Q1和Q2停止導通，掛鉤142釋放，并且可動接觸件134開始移動至打開位置(見圖9)。傳動裝置140非常慢地移動可動接觸件134以使熔絲122以低電流工作。
當可動接觸件134開始向打開位置移動時，可動接觸件134的頂部和臂108的導電部分114之間出現一個空隙(見圖9)。如果有電流流動(即如果可控硅出現問題)，那么這不會導致流向負載的電流中止。相反，如果電流正從電源24向負載22流動，那么電流經熔絲122轉向。熔絲122是沖出式的并且打開，并且臂108由彈簧120移動至其故障指示位置(見圖10)。熔絲動作使電流中止，而可動接觸件134并未受到任何電流中止服務。觀察者將被告以一個可視指示信號(臂108的位置)表明可控硅出現問題，以及一個可視指示信號表明無電流流向負載。這樣，修理工在負載一側工作時就會感到安全，而不必擔心電擊的危險。
當可控硅已修好時，熔絲122被更換，結果臂108處于其閉合位置。然后可動接觸件134從其打開位置通過傳動裝置140或手動一個帶鉤桿向其閉合位置移動。可動接觸件134的導電部件136最初與支承件106的導電部件116接觸，而沒有與導電部件114接觸(見圖8)。
如果電流仍能從電源得到，那么在源側一定發生了問題。由于導電部件114與接觸件136是隔開的，因此電流將流經熔絲122。由于電流路徑從電源，經熔絲122、導電部件116和導電部件136至負載仍然有效，因此熔絲將熔斷，臂將由彈簧120移動至其打開位置(見圖10)，這樣表明電源一側仍有問題存在。可動接觸件134將移動至閉合位置并由掛鉤142鎖定；然而可動接觸件134還沒有任何電流中斷服務，并且自源側至可動接觸件134不再有電流路徑。
在本發明的一個可選擇實施例中，可動接觸件134控制可控硅Q1和Q2的選通，并且向與門A13提供一個熔絲開關閉合信號。換句話說，如果線路工人試圖打開熔絲開關100，那么可控硅Q1和Q2被自動禁止以避免熔斷熔絲122。類似地，如果線路工人試圖閉合熔絲開關100并且一個觸發信號被加至A13，那么可動接觸件134禁止可控硅Q1和Q2導通直至可動接觸件134處于其完全閉合位置并向A13提供輸入信號(圖1)。在該實施例中，作為允許可控硅Q1和Q2的選通的條件，可動接觸件134必須鎖定在其閉合位置。這樣做的一個方法是僅在可動接觸件134處于其閉合位置時提供一個纖維光學光路(例如從觸發LED18和20)。這樣做的一個方法是提供一個穿過可動接觸件134(或穿過固定于可動接觸件134并且可與之一起移動的板)的孔，它與穿過臂108(或穿過安裝于臂108并且可與之一起移動的板)的孔排成一線。穿過接觸件134和臂108的孔允許光在纖維光學引線之間傳遞。在操作時，將可控硅選通信號移去，通過釋放掛鉤142以及操作傳動裝置140導致可動接觸件134從其閉合位置移至其打開位置。可控硅不能被再次選通，直至可動接觸件134又回到其閉合位置并且臂108處于其閉合位置(當熔絲122是完整的時候)為止。可提供一種纖維光學路徑，它將與選通信號(Q4和Q3的輸出信號)相“與”以選通可控硅Q1和Q2，以代替自LED 18和20經穿過接觸件134和臂108的孔的纖維光學路徑。這樣，除非熔絲-開關接觸件134和臂108處于其閉合位置時，可控硅將不被選通。對Q1和Q2選通的控制也可由帶一些接觸件的機械開關25(見圖2)實現，其中當可動接觸件134可靠地鎖定在導通電流的適當位置時所說一些接觸件閉合，并且由帶鉤桿、電機或螺線管工作而打開。上行線路浪涌保護電路圖11所示是一個上行線路浪涌保護電路200，它可選地與圖1所示電壓極性存儲器電路10一起使用。更為具體的是，上行線路浪涌保護電路200有輸出端202和204。如果采用本發明的該替代性實施例，那么圖1的D型觸發器A12的置位輸入端R與輸出端202而不是與地相連，圖1的觸發器A12的復位輸入端R與輸出端204相連而不是接至地。
電路200有一個輸入端206，它與電壓傳感器12相連。
電路200包括一個60Hz振蕩器208，它有一個經輸入端206連接至電壓傳感器12的輸入端，由輸入端206處檢測到的電壓同步，并且輸出一個具有恒定RMS值的正弦波。
電路200還包括一個放大比較器，它包括一個運放210，運放210有一個與輸入端206相連的同相輸入端，一個反相輸入端，并且有一個輸出端；一個反相輸入端，并且有一個輸出端；電路200還包括一個反饋電阻R5，它是一個可變電阻，被連接在運放210的輸出端和運放210的反相輸入端之間。
電路200還包括一個電阻Rin，它連接在振蕩器208的輸出端和運放210的同相輸入端。
電路200還包括一個電平極性檢測器與寄存器212，它有一個與振蕩器輸出端相連的輸入端，有一個與運放210輸出端相連的輸入端，有一個復位輸入端214，有輸出端202，有輸出端204，并且有一個輸出端216用于禁止可控硅Q1和Q2關斷直至看到一個適當的電壓極性為止。
振蕩器的輸出值與在包括運放210的放大比較器的輸入端206處檢測到的電壓進行比較。當在輸入端206處檢測到的電壓的幅值小于振蕩器的輸出信號時，電平和極性檢測器212沒有作出反應。這是因為運放210的輸出值所具有的極性與振蕩器的輸出信號的極性相反。
當在輸入端206處檢測到的電壓其幅值大于振蕩器208的輸出信號時，電平極性檢測器所具有的極性與在輸入端206處檢測到的電壓極性相同，并且如果該極性為正則在202提供一個高輸出信號，如果該極性為負則在204提供一個高輸出信號。否則，輸出信號202和204通常為低信號。
在輸入端206所檢測到的電壓為正且大于振蕩器208的輸出信號所確定的電平時觸發器A12的輸出Q為正。當206處所檢測電壓極性為負并且輸入端206處所檢測電壓的幅值在數值上大于振蕩器208的輸出信號幅值時，電平與極性檢測器212在其輸出端204處有高輸出信號，該信號被提供至觸發器A12的復位輸入端R。這導致觸發器A12的輸出Q′變高。當電源電流中斷時，在觸發器A12的時鐘輸入端處的一個變低時鐘脈沖鎖住觸發器A12的Q和Q′輸出，用作電壓極性存儲器。
如果在輸入端206所檢測到的電壓降至振蕩器208的參考值以下，那到電平和極性檢測器212的輸出端202和204都保持其在電壓下降之前的數值。因此，電路200對大于某預定值的前一個半周的極性進行檢測并且將之存儲。
電阻Rf是可變或可選的，并且該設定值確定了某個電平，如果線電壓降至該電平之下，那么該電平所定義的數值將確定電壓的上一個半周的主要極性。
電平和極性檢測器212的輸出端216避免移去要控硅Q1和Q2的觸發信號，直至電壓極性與存放在觸發器A12中的相同。這確保了當可控硅Q1和Q2被關斷時，電壓的下一個半周將具有相反的極性。這避免了上行線路浪涌電流。更為具體地，當可控硅Q1和Q2被關斷時，在可控硅Q1和Q2源側24上電壓的下一個半周所具有的極性與輸入端206所檢測到、大于某個預定值的上一個半周的極性相反。
電平和極性檢測器的復位輸入端允許其輸出端202和204可被解鎖定。
可以在不偏離下文權利要求中所表述的本發明精神的前提下對此處所說明和示意的優選實施例進行修改。例如，盡管此處說明和表示的可控硅Q1和Q2為單個可控硅，然而在實際操作中，由于標稱值的限制對于每個Q1和Q2來說均可采用串聯連接、并聯、或串-并聯可控硅形式。
本發明的各特征和優點將在下述權利要求書中陳述。
權利要求
1.用于具有一個正弦電壓源和一個負載的交流電力配電系統中的設備，所說設備包括斷開裝置，用于選擇性地將所說負載和所說電壓源斷開；檢測裝置，用于檢測所說電壓源的電壓；以及一個電路，用于將所說負載和所說電壓源斷開之前該電壓源的某個特性存儲起來，所說電路在電壓正弦的一個過零點處將該負載和電壓源再連接，使得電壓正弦沿著如果負載未與電壓源斷開它應沿著的方向繼續循環。
2.按照權利要求1的一個設備，其中所說電路包括反并聯可控硅。
3.按照權利要求1的一個設備，其中所說電路包括晶體管。
4.按照權利要求1的一個設備，還包括檢測裝置，用于檢測經所說電壓源的電流；并且其中所說電路包括一個寄存器，它具有邏輯輸入端以及一個使能輸入端；并且其中所說寄存器僅在所說電流檢測裝置檢測到電流不存在情況時被啟動。
5.按照權利要求4的一個設備，還包括與所說電壓檢測裝置連通的第一確定裝置，用于確定電源電壓何時處于正半周，所說第一確定裝置與所說寄存器的所說邏輯輸入端之一相連；所說設備還包括與所說電壓檢測裝置連通的第二確定裝置，用于確定所說電源電壓何時處于負半周，所說第二確定裝置與所說寄存器的所說邏輯輸入端的另一個相連。
6.按照權利要求1的一個設備，還包括一個與所說存儲和再連接裝置相連的電池，當所說負載與所說電壓源斷開時所說電池向所說存儲和再連接裝置供電。
7.按照權利要求1的一個設備，其中所說特性是在所說斷開裝置將所說負載從所說電源斷開之前電壓的最后一個半周的主要極性。
8.按照權利要求1的一個設備，其中所說特性是在所說斷開裝置將所說負載從所說電源斷開之時電壓正弦斜率的極性。
9.按照權利要求1的一個設備，其中所說電路包括一個延時電路，其具有一個與所說電源相連的輸入端，在所說延時電路于所說輸入端處檢測所說電源之后，該延時電路將所說電源與所說負載的再連接延遲一段預定時間。
10.用于具有一個正弦電壓源和一個負載的交流電力配電系統中的一個設備，所說設備包括斷開裝置，用于選擇性地將所說負載與所說電源斷開；檢測裝置，用于檢測所說電源的電壓；接收裝置，用于接收表明負載將被再連接至電源的一個控制信號；以及存儲裝置，用于存儲所說負載與所說電源斷開之前所說電源電壓的某個特性，且用于在所說接收裝置接收所說控制信號之時并且僅在電壓正弦的一個過零點處將所說負載與所說電源再次連接，使得正弦按照一個依賴于所存儲特性的極性繼續循環。
11.按照權利要求10的一個設備，其中所說斷開裝置包括反并聯可控硅。
12.按照權利要求10的一個設備，其中所說斷開裝置包括晶體管。
13.按照權利要求10的一個設備，還包括用于檢測經所說電源的電流的檢測裝置，其中所說存儲裝置包括一個寄存器，所說寄存器具有邏輯輸入端以及使能輸入端，其中所說寄存器僅在所說電流檢測裝置檢測到電流不存在情況時才被啟動。
14.按照權利要求10的一個設備，還包括與所說電壓檢測裝置連通的第一確定裝置，用于確定電源電壓何時處于正半周，所說第一確定裝置被連接至所說寄存器的所說邏輯輸入端之一；所說設備還包括與所說電壓檢測裝置連通的第二確定裝置，用于確定電源電壓何時處于負半周；所說第二確定裝置被連接至所說寄存器的所說邏輯輸入端的另一個。
15.按照權利要求10的一個設備，其中所說特性是在所說斷開裝置將所說負載與所說電源斷開之前最近的前一個電壓半周的主要極性。
16.按照權利要求10的一個設備，其中所說特性是在所說斷開裝置將所說負載與所說電源斷開之時電壓正弦的斜率的極性。
17.按照權利要求10的一個設備，其中所說電路包括一個延時電路，其具有一個連接至所說電源的輸入端，在所說延時電路于所說輸入端處檢測到所說電源之后，所說延時電路將所說電源與所說負載的再連接延遲一段預定時間。
18.用于具有一個正弦電壓源和一個負載的交流電力配電系統中的一個設備，所說設備包括斷開裝置，用于選擇性地將所說負載與所說電源斷開；檢測裝置，用于檢測所說電源的電壓；一個微處理器，與所說檢測裝置相連；以及一個電路，用于存儲在所說負載與所說電源斷開之前所說電源電壓的一個特性，所說電路包括對所說微處理器反應的裝置，用于將所說負載與所說電源在電壓正弦的一個過零點時再相連，使得正弦沿著如果電源和負載未發生斷開它應沿著的方向繼續循環。
19.按照權利要求18的一個設備，其中所說用于檢測電壓的檢測裝置包括裝置用于確定電源電壓關于時間的變化率的極性。
20.用于具有一個正弦電壓電源和一個負載的交流電力配電系統中的一個設備，所說設備包括斷開裝置，用于選擇性地將所說負載和所說電源斷開；檢測裝置，用于檢測所說電源的電壓；一個微處理器，與所說檢測裝置相連；以及存儲裝置，用于存儲在所說負載與所說電源斷開之前所說電源電壓的一個特性，所說存儲裝置包括對所說微處理器反應的裝置，用于在電壓正弦的一個過零點處將所說負載連接至所說電源，使得正弦以與所存儲的特性有關的一個極性繼續循環。
21.按照權利要求20的一個設備，其中所說檢測電壓的裝置包括裝置用于確定電源電壓關于時間的變化率的極性。
22.用于電力配電系統中的一個設備，所說設備包括第一組件，包括具有一個導電部件的第一支承件，一個臂可旋轉安裝于所說第一支承件以便在閉合位置和打開位置之間移動；所說臂有一個導電部件，它用于電連接至電源和負載之一并且當所說臂處于其閉合位置以及當所說臂處于其打開位置之時均與所說第一支承件的所說導電部件隔開；所說第一組件還包括一個彈簧將所說臂偏移至其打開位置，以及一個熔絲，它電連接于所說臂的所說導電部件和所說第一支承件的所說導電部件之間；所說熔絲抵消所說彈簧的偏壓使所說臂保持在其閉合位置，以及第二組件，包括具有一個導電部件的第二支承件，所說第二支承件的所說導電部件用于與電源和負載的另一個電相連，一個可動接觸件可旋轉地安裝于所說第二支承件以便在閉合位置、打開位置和中間位置之間運動，所說可動接觸件有一個導電部件，它在所說可動接觸件處于其打開位置、其閉合位置以及其中間位置之時與所說第二支承件電連接，當所說可動接觸件處于其打開位置時所說可動接觸件的所說導電部件與所說第一支承件的所說導電部件電隔離并且與所說臂的所說導電部件電隔離，并且當所說可動接觸件處于所說中間位置時所說可動接觸件的所說導電部件與所說臂的所說導電部件及所說第一支承件的所說導電部件均保持電接觸，由此如果當所說可動接觸件處于其中間位置時在所說臂的所說導電部件處存在有電流，那么當所說可動接觸件處于其中間位置時電流流經所說熔絲，并且由此當電流流動導致所說熔絲熔斷時，所說彈簧使所說臂偏移至其打開位置由此給出可視指示表明自電源至負載的電流路徑不存在。
23.按照權利要求22的一個設備，還包括反并聯可控硅，它與所說臂的所說導電部件相連。
24.按照權利要求22的一個設備，還包括與所說第二支承件的所說導電部件相連的反并聯可控硅。
25.按照權利要求22的一個設備，其中所說熔絲是一個沖出型熔絲。
26.按照權利要求22的一個設備，其中所說第二組件還包括一個電機用于將所說可動接觸件在其打開和閉合位置之間運動。
27.按照權利要求22的一個設備，其中所說第二組件還包括一個螺線管，用于將所說可動接觸件在其打開和閉合位置之間運動。
28.按照權利要求23的一個設備，還包括一個纖維光纜；裝置，對經所說光纜傳送的纖維光信號起反應以選通所說反并聯可控硅；以及裝置，用于僅在所說可動接觸件處于其閉合位置之時向所說纖維光纜提供纖維光信號。
29.按照權利要求23的一個設備，還包括一個機械開關，所說機械開關在閉合時允許選通所說反并聯可控硅，并且與所說可動接觸件作機械連接，并且僅在所說可動接觸件處于其閉合位置時是閉合的。
30.用于具有一個正弦電壓源和一個負載的交流電力配電系統中的一個設備，所說設備包括連接與斷開裝置，用于選擇性地將所說負載和所說電源相連與斷開；檢測裝置，用于檢測所說電源電壓；測量裝置，用于測量自所說電壓的一個過零點后所說電壓的相位角；以及存儲裝置，用于存儲在所說負載和所說電源斷開之前所說電源電壓的一個特性，并且用于在電壓正弦的一個過零點之后的一個預定時間將所說負載和所說電源再連接，所說預定時間相應于所說測得的相位角，以便正弦沿著如果負載和所說電源此前未被斷開它將沿著的方向繼續循環。
全文摘要
此處公開的是用于具有一個正弦電源和一個負載的一個交流電力配電系統中的裝置，該裝置包括一個電路，用于選擇性地將負載和電源連接和斷開；一個檢測電路，用于檢測電源電壓；以及一個存儲電路用于存儲負載與電源斷開前電源電壓的一個特性，并且用于在電壓正弦的一個過零點處將負載與電源再連接，使得正弦沿著如果負載與電源此前并未斷開它將沿著的方向繼續循環。
文檔編號H01H9/10GK1151225SQ95193777
公開日1997年6月4日 申請日期1995年5月3日 優先權日1994年5月6日
發明者W·N·勒庫特 申請人:米克林祖爾公司