专利名称:相位型保护器的制作方法
本实用新型提供一种相位型保护器，适用于中性点直接接地的380／220V低压配电系统中作为人畜触电保护，具有理想型的保护性能。
目前国内外使用最为普遍的触电保护器是电流型保护器和电流型脉冲式保护器。当发生触电时，触电电流
与电网固有的合成漏电电流
进行相位合成，产生合成电流
和相位角φ。这一合成过程把它写成向量和的表达式就是
。如附图(1)所示。这类保护器存在着这样的问题不能排除漏电电流与触电电流之间的相位合成影响。不能如实地反映触电电流，触电电流受相位合成影响而减小。在触电动作率方面，由于触电发生在A相、B相、C相是随机的，因此存在着″灵敏相″、″不灵敏相″和″死区″的差别，保护面较小。另外，这类保护器受漏电电流的影响较大，如在绝缘水平较差的地区，在霉雨季节，漏电电流均较大，致使保护器频繁动作而无法正常投运。
本实用新型的目的提供的相位型保护器是一种具有理想型性能的触电保护器。它具有完全不受漏电电流和触电电流之间的相位合成影响，能准确地检测出触电电流，并依据它的大小来动作，所以不论触电发生在哪一相，均有相同的动作灵敏度，不存在″灵敏相″与″不灵敏相″问题，不存在″死区″，保护面为百分之百。本保护器投运后，与电网固有的漏电电流无关，对漏电电流极为宽容，试验表明，当电网固有的漏电电流达1安培左右，本保护器仍能投运，对漏电电流的适应能力较强。
本实用新型的目的是这样实现的保护器由两部分组成触电电流取样器和电子电路。触电电流取样器是保护器的核心。它的具体结构是这样的参阅附图2。三相电源相线及零线穿过环形铁芯1，构成了取样器的一次侧。在环形铁芯1上，设置二个电气参数完全对称的绕组2和3，在绕组2和3中分别串入数值相等的两只阻抗匹配电阻R1、R2，在电阻R2的两端并接一只小电容C，在R2的回路中串入一只小电感L，然后用导线将R1与R2的右端短接起来，取R1、R2的左端，输出两只阻抗匹配电阻的差值信号(即触电电流信号)，经试验数据证明，该触电信号与实际的触电电流值二者完全相同。该取样器为何能将这一瞬即逝的触电信号如实地检测出来呢？从向量和的表达式
可知，上述结线的电路已经具备了二个向量(1)绕组2所在的回路，由于回路中不含任何储能元件，所以R1上的电压和相位可以瞬变，在触电发生的一瞬间，它就能有触电前系统固有的漏电电流向量
。突变成合成向量
。所以这一回路是瞬变回路。R1上的电势就是合成向量
称瞬变向量。(2)在绕组3所在的回路中，由于在阻抗匹配电阻R2两端并接着一只小电容C，所以在触电的一瞬间能维持触电前的电压值不变。同时，由于在阻抗匹配电阻R2的回路中串接着一只小电感L，所以在触电的一瞬间，能维持触电前的相位不变(相位变化实际上就是电流变化，它们之间的数量关系为△Iφ＝Sinφ·
。式中△Iφ为相位变化φ角时所对应的电流突变量；φ为相位突变量；I′O为合成电流的幅值)。这样由于在绕组3的回路中联接着电压储能元件和电流储能元件，因而具有电压和相位两方面的″记忆″作用，在触电的一瞬间就能维持触电前的相位和幅值不变。电阻R2两端的电势，就是触电前向量
称缓变向量。所以，上述结线实际上已获得了触电前系统固有的漏电电流向量
。和触电后的合成向量
，由于电路的输出是取该二向量的差，这差就是触电电流向量。即
。这一原理称为″向量合成过程的逆运算″。
触电电流取样器的原则结线确定之后，回路2和回路3已成为不对称回路，将会有残留偏差信号产生。不过可以适当选择储能元件C和L的数值，将此不良影响限制在较小的范围内，并在保护器的电子电路中设置″有源高通滤波器″将此不良影响滤除掉。
取样器的工作情况在没有触电时，瞬变向量和缓变向量之差近似为零(残留偏差较小)，即平时没有信号输入电子电路。当发生触电的一瞬间，输出触电电流脉冲至电子电路去判别和动作。过了缓变回路中储能元件C和L的过渡过程时间之后，缓变向量的幅值和相位又和瞬变向量近似相等了(即缓变向量跟踪了瞬变向量)。这时电路又没有信号输出。准备接受下一次触电，再一次输出触电电流信号。
在电网漏电较大的情况下，瞬变向量的幅值较大，由于两绕组回路参数接近对称，所以缓变向量的幅值同样较大，其差值仍近似为零。所以理论分析证明，电网绝缘水平的好坏，电网的漏电电流大小与本保护器的运行无关。所以本保护器对漏电电流的适应能力较强。
取样电路输出的触电信号，发生在交流电源正半周还是负半周是随机的。这种正的或是负的尖顶窄脉冲触电信号，首先进入保护器电子电路中的阻抗缓冲器后，进入第一放大级。触电信号和残留偏差信号(微弱的50HZ基波信号)均得到放大。然后进入频率抗干扰电路——″有源高通滤波器″。该滤波器的截止频率为100HZ，因而，残留偏差信号被滤除。由于信号频率远高于基波频率，所以能无衰耗地通过该滤波器，进入第二、第三放大级，使信号得到进一步放大和具有一定的幅度。然后进入互补输出电路。互补输出电路是根据信号正负的随机性而设置的。它能确保信号的有效输出而不″丢失″，从而改善了输出性能。和触电信号频率接近的杂散干扰信号也能从互补电路输出。电路接着按排了二级″π″形RC平滑滤波电路，对杂散干扰信号能有效的滤除。此外，还设置了消除开机脉冲干扰的电路。由电容C37电阻R19、R20、R22以及晶体管G3等组成。在开机的瞬间，C37充电，C3基极处于较高的正偏压状态，使G3饱和导通，开机干扰信号被对地短路。随着C37充电结束，C3恢复负偏压状态，C3截止，电路便退出运行。这部分电路在开机时接通一下，随即就断开了，相当于一个自动开关。C4为反相器。不难看出，没有触电信号时，反相器输入端处于低电位，这时C4的输出端为高电位，正好符合时基电路待触发的状态，所以，反相器为配合时基电路的电平需要而设。当触电信号来到时(恒定的正向尖顶脉冲)，C4翻转，时基电路触发极立即受到负触发，时基电路随即有输出。发光二极管有状态指示，输出继电器J吸合。J的常闭接点断开交流接触器线圈，从而切断三相交流电源，使触电者脱离电源。时基集成电路本身带复位功能，使得本保护器具有重合闸功能。重合闸时间由R27和C24乘积的时间常数决定，可以满足各种要求。
附图3是电子电路方框图。附图4是整机动作原理图。在电子电路中，信号的输入和各放大级之间均用缓冲器进行隔离，从而保证了取样电路和各放大级之间能稳定的工作。在电路的组成方面，从信号的输入到第三放大级输出，采用了二块通用型四运算放大器集成电路LM324，互补输出电路采用了一对硅材料的互补管，触发电路采用了HA17555时基集成电路，电源部分采用了7812和7912两块正负三端稳压集成块，这样，使整机电路的集成化程度提高了，从而使整机工作的稳定性和可靠性大大增加。保护器的电子电路和取样电路构成了相位型保护器的一个实施例。
权利要求
一种相位型保护器，由触电电流取样器和电子电路组成，其特征是所说的触电电流取样器，它的结构是在环形铁芯1上，设置二个绕组2和3，在绕组2和绕组3中分别接入二只阻抗匹配电阻R1和R2，这样构成了二个独立回路，绕组2和R1的回路组成了瞬变回路，电阻R1上的电势就是瞬变向量，在绕组3和R2的回路中，还必须在R2两端并接一只电容C和串接一只电感L，组成了缓变回路，电组R2上的电势就是缓变向量，将电阻R1和R2电位相同的一端用导线短接起来，将电阻R1和R2的另一端分别用导线输出，a.保护器的特征是取样器中的绕组2、绕组3的电器参数完全对称，b.保护器的特征是取样器中两只阻抗匹配电阻数值相等，c.保护器的特征是取样器中瞬变回路中不接任何储能元件，d.保护器的特征是取样器中缓变回路中必须接入电压记忆元件电容和电流记忆元件电感各一个，e.保护器的特征是取样器的输出联接必须取瞬变向量和缓变向量之差。
专利摘要
相位型保护器 适用于人畜触电保护。在触电的瞬间，不但能检测出由于相位合成影响带来的幅值变化量△I，而且同时能检测出由于相位合成影响所造成的相位变化量△。从而能准确地检测出触电电流，任意一相发生触电具有相同的触电动作灵敏度，触电动作灵敏度与触电时所在的相位无关。保护面为百分之百。能克服漏电电流及其不利影响，对漏电电流的适应能力较强。
文档编号H02H5/12GK87207407SQ87207407
公开日1988年10月5日 申请日期1987年8月13日
发明者沈盘法 申请人:沈盘法导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan