專利名稱:相位型保護器的制作方法
本實用新型提供一種相位型保護器，適用于中性點直接接地的380／220V低壓配電系統中作為人畜觸電保護，具有理想型的保護性能。
目前國內外使用最為普遍的觸電保護器是電流型保護器和電流型脈沖式保護器。當發生觸電時，觸電電流
與電網固有的合成漏電電流
進行相位合成，產生合成電流
和相位角φ。這一合成過程把它寫成向量和的表達式就是
。如附圖(1)所示。這類保護器存在著這樣的問題不能排除漏電電流與觸電電流之間的相位合成影響。不能如實地反映觸電電流，觸電電流受相位合成影響而減小。在觸電動作率方面，由于觸電發生在A相、B相、C相是隨機的，因此存在著″靈敏相″、″不靈敏相″和″死區″的差別，保護面較小。另外，這類保護器受漏電電流的影響較大，如在絕緣水平較差的地區，在霉雨季節，漏電電流均較大，致使保護器頻繁動作而無法正常投運。
本實用新型的目的提供的相位型保護器是一種具有理想型性能的觸電保護器。它具有完全不受漏電電流和觸電電流之間的相位合成影響，能準確地檢測出觸電電流，并依據它的大小來動作，所以不論觸電發生在哪一相，均有相同的動作靈敏度，不存在″靈敏相″與″不靈敏相″問題，不存在″死區″，保護面為百分之百。本保護器投運后，與電網固有的漏電電流無關，對漏電電流極為寬容，試驗表明，當電網固有的漏電電流達1安培左右，本保護器仍能投運，對漏電電流的適應能力較強。
本實用新型的目的是這樣實現的保護器由兩部分組成觸電電流取樣器和電子電路。觸電電流取樣器是保護器的核心。它的具體結構是這樣的參閱附圖2。三相電源相線及零線穿過環形鐵芯1，構成了取樣器的一次側。在環形鐵芯1上，設置二個電氣參數完全對稱的繞組2和3，在繞組2和3中分別串入數值相等的兩只阻抗匹配電阻R1、R2，在電阻R2的兩端并接一只小電容C，在R2的回路中串入一只小電感L，然后用導線將R1與R2的右端短接起來，取R1、R2的左端，輸出兩只阻抗匹配電阻的差值信號(即觸電電流信號)，經試驗數據證明，該觸電信號與實際的觸電電流值二者完全相同。該取樣器為何能將這一瞬即逝的觸電信號如實地檢測出來呢？從向量和的表達式
可知，上述結線的電路已經具備了二個向量(1)繞組2所在的回路，由于回路中不含任何儲能元件，所以R1上的電壓和相位可以瞬變，在觸電發生的一瞬間，它就能有觸電前系統固有的漏電電流向量
。突變成合成向量
。所以這一回路是瞬變回路。R1上的電勢就是合成向量
稱瞬變向量。(2)在繞組3所在的回路中，由于在阻抗匹配電阻R2兩端并接著一只小電容C，所以在觸電的一瞬間能維持觸電前的電壓值不變。同時，由于在阻抗匹配電阻R2的回路中串接著一只小電感L，所以在觸電的一瞬間，能維持觸電前的相位不變(相位變化實際上就是電流變化，它們之間的數量關系為△Iφ＝Sinφ·
。式中△Iφ為相位變化φ角時所對應的電流突變量；φ為相位突變量；I′O為合成電流的幅值)。這樣由于在繞組3的回路中聯接著電壓儲能元件和電流儲能元件，因而具有電壓和相位兩方面的″記憶″作用，在觸電的一瞬間就能維持觸電前的相位和幅值不變。電阻R2兩端的電勢，就是觸電前向量
稱緩變向量。所以，上述結線實際上已獲得了觸電前系統固有的漏電電流向量
。和觸電后的合成向量
，由于電路的輸出是取該二向量的差，這差就是觸電電流向量。即
。這一原理稱為″向量合成過程的逆運算″。
觸電電流取樣器的原則結線確定之后，回路2和回路3已成為不對稱回路，將會有殘留偏差信號產生。不過可以適當選擇儲能元件C和L的數值，將此不良影響限制在較小的范圍內，并在保護器的電子電路中設置″有源高通濾波器″將此不良影響濾除掉。
取樣器的工作情況在沒有觸電時，瞬變向量和緩變向量之差近似為零(殘留偏差較小)，即平時沒有信號輸入電子電路。當發生觸電的一瞬間，輸出觸電電流脈沖至電子電路去判別和動作。過了緩變回路中儲能元件C和L的過渡過程時間之后，緩變向量的幅值和相位又和瞬變向量近似相等了(即緩變向量跟蹤了瞬變向量)。這時電路又沒有信號輸出。準備接受下一次觸電，再一次輸出觸電電流信號。
在電網漏電較大的情況下，瞬變向量的幅值較大，由于兩繞組回路參數接近對稱，所以緩變向量的幅值同樣較大，其差值仍近似為零。所以理論分析證明，電網絕緣水平的好壞，電網的漏電電流大小與本保護器的運行無關。所以本保護器對漏電電流的適應能力較強。
取樣電路輸出的觸電信號，發生在交流電源正半周還是負半周是隨機的。這種正的或是負的尖頂窄脈沖觸電信號，首先進入保護器電子電路中的阻抗緩沖器后，進入第一放大級。觸電信號和殘留偏差信號(微弱的50HZ基波信號)均得到放大。然后進入頻率抗干擾電路——″有源高通濾波器″。該濾波器的截止頻率為100HZ，因而，殘留偏差信號被濾除。由于信號頻率遠高于基波頻率，所以能無衰耗地通過該濾波器，進入第二、第三放大級，使信號得到進一步放大和具有一定的幅度。然后進入互補輸出電路。互補輸出電路是根據信號正負的隨機性而設置的。它能確保信號的有效輸出而不″丟失″，從而改善了輸出性能。和觸電信號頻率接近的雜散干擾信號也能從互補電路輸出。電路接著按排了二級″π″形RC平滑濾波電路，對雜散干擾信號能有效的濾除。此外，還設置了消除開機脈沖干擾的電路。由電容C37電阻R19、R20、R22以及晶體管G3等組成。在開機的瞬間，C37充電，C3基極處于較高的正偏壓狀態，使G3飽和導通，開機干擾信號被對地短路。隨著C37充電結束，C3恢復負偏壓狀態，C3截止，電路便退出運行。這部分電路在開機時接通一下，隨即就斷開了，相當于一個自動開關。C4為反相器。不難看出，沒有觸電信號時，反相器輸入端處于低電位，這時C4的輸出端為高電位，正好符合時基電路待觸發的狀態，所以，反相器為配合時基電路的電平需要而設。當觸電信號來到時(恒定的正向尖頂脈沖)，C4翻轉，時基電路觸發極立即受到負觸發，時基電路隨即有輸出。發光二極管有狀態指示，輸出繼電器J吸合。J的常閉接點斷開交流接觸器線圈，從而切斷三相交流電源，使觸電者脫離電源。時基集成電路本身帶復位功能，使得本保護器具有重合閘功能。重合閘時間由R27和C24乘積的時間常數決定，可以滿足各種要求。
附圖3是電子電路方框圖。附圖4是整機動作原理圖。在電子電路中，信號的輸入和各放大級之間均用緩沖器進行隔離，從而保證了取樣電路和各放大級之間能穩定的工作。在電路的組成方面，從信號的輸入到第三放大級輸出，采用了二塊通用型四運算放大器集成電路LM324，互補輸出電路采用了一對硅材料的互補管，觸發電路采用了HA17555時基集成電路，電源部分采用了7812和7912兩塊正負三端穩壓集成塊，這樣，使整機電路的集成化程度提高了，從而使整機工作的穩定性和可靠性大大增加。保護器的電子電路和取樣電路構成了相位型保護器的一個實施例。
權利要求
一種相位型保護器，由觸電電流取樣器和電子電路組成，其特征是所說的觸電電流取樣器，它的結構是在環形鐵芯1上，設置二個繞組2和3，在繞組2和繞組3中分別接入二只阻抗匹配電阻R1和R2，這樣構成了二個獨立回路，繞組2和R1的回路組成了瞬變回路，電阻R1上的電勢就是瞬變向量，在繞組3和R2的回路中，還必須在R2兩端并接一只電容C和串接一只電感L，組成了緩變回路，電組R2上的電勢就是緩變向量，將電阻R1和R2電位相同的一端用導線短接起來，將電阻R1和R2的另一端分別用導線輸出，a.保護器的特征是取樣器中的繞組2、繞組3的電器參數完全對稱，b.保護器的特征是取樣器中兩只阻抗匹配電阻數值相等，c.保護器的特征是取樣器中瞬變回路中不接任何儲能元件，d.保護器的特征是取樣器中緩變回路中必須接入電壓記憶元件電容和電流記憶元件電感各一個，e.保護器的特征是取樣器的輸出聯接必須取瞬變向量和緩變向量之差。
專利摘要
相位型保護器 適用于人畜觸電保護。在觸電的瞬間，不但能檢測出由于相位合成影響帶來的幅值變化量△I，而且同時能檢測出由于相位合成影響所造成的相位變化量△。從而能準確地檢測出觸電電流，任意一相發生觸電具有相同的觸電動作靈敏度，觸電動作靈敏度與觸電時所在的相位無關。保護面為百分之百。能克服漏電電流及其不利影響，對漏電電流的適應能力較強。
文檔編號H02H5/12GK87207407SQ87207407
公開日1988年10月5日 申請日期1987年8月13日
發明者沈盤法 申請人:沈盤法導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan