一种限流保护器短路保护方法及限流保护器与流程

本发明涉及电子线路领域，尤其涉及一种限流保护器短路保护方法及装置。

背景技术：

用电单元都安装了空气开关，当发生短路故障时，空气开关跳闸切断故障，避免故障的进一步扩大。

空气开关的动作速度较慢，一般都在几十个毫秒。在切断短路故障前，短路点会产生火花，几十毫秒时间对于一般的场所，即便是出现火花，也不至于造成火灾。但是，对于一些存放有易燃易爆的场所，几十毫秒的火花是致命的，就必须快速切断故障，拟制火花的产生。限流保护器就是基于这样的应用而提出的。

限流保护器在探测到短路故障时以不大于150微秒的速度切断故障，使故障产生的火花的能量不足以引起火灾或爆炸。要实现这样的快速保护，只能选择电子开关功率型MOS管或IGBT。但这样快的动作速度，在外部接入冲击性负载，极易引起误动作；另外，采用电子开关还牵扯到散热处理问题。

技术实现要素：

本发明针对上述技术问题，提出了一种限流保护器短路保护方法及装置，限流保护器的短路保护既可以确保动作的快速性，满足150微秒的要求，又可以防止误动作。

本发明的一个方面提供了一种限流保护器短路保护方法，包括如下步骤：步骤a：获取限流保护器的火线线路上的电流信号并转换为微小弱电流信号；步骤b：根据所述电流信号计算电流微分量作为动作的激励量di/dt，判断di/dt是否大于预定值，如果是，则进入步骤c，如果否，则进入步骤a；步骤c：根据所述电流信号计算电流与电压的相角，判断电流与电压的相角是否大于30度，如果是，则进入步骤a，如果否，则进入步骤d；步骤d：发出跳闸控制命令使限流保护器的开关管进行跳闸操作，接着发出合闸控制命令使限流保护器的开关管进行合闸操作；以及步骤e：获取当前di/dt，并判断di/dt是否大于预定值，如果是，则进行跳闸操作，如果否则进入步骤a。

本发明的另一方面提供了一种限流保护器，包括：信号获取元件，其串联在火线线路中，将火线线路上的电流信号实时转换为微小弱电流信号；信号调理单元，其与信号获取单元连接，对微小弱电流信号进行调理，并传给CPU；CPU，其与信号调理单元连接，对调理后的被探测电流参数进行计算，得到电流微分量作为动作的激励量di/dt以及电流和电压的相角，并判断di/dt是否大于预定值以及电流和电压的相角是否大于30度，当di/dt大于预定值以及电流和电压的相角不大于30度同时满足条件时，发出跳闸控制命令；以及当发出跳闸控制命令后接着发出合闸控制命令；驱动电路，其与CPU连接，接收CPU发出的控制命令并根据所述控制命令对开关元件进行控制；以及开关元件，其串联在火线线路中，由驱动电路控制闭合或断开。

本发明具有以下优点：通过本发明的限流式保护器的短路保护方法及其限流保护器，可以确保跳闸动作的快速性，满足150微秒的要求，同时又能可靠地防止误动。

附图说明

图1为本发明的限流保护器短路保护方法的流程图。

图2为本发明的限流保护器的结构示意图。

图3为本发明的限流保护器的功率开关器件结构图。

具体实施方式

为更好的理解本发明的精神，以下结合本发明的部分优选实施例对其作进一步说明。

图1为本发明的限流保护器短路保护方法的流程图。如图1所示，本发明方法包括如下步骤：

首先，步骤a：获取限流保护器的火线线路上的电流信号并转换为微小弱电流信号。该步骤中可以通过电磁式电流互感器或取样电阻或霍尔电流互感器获得火线线路上的电流信号。

接着，步骤b：根据所述电流信号计算电流微分量作为动作的激励量di/dt，判断di/dt是否大于预定值，如果是，则进入步骤c，如果否，则进入步骤a。这里，根据短路时电流上升较快的特点，采用电流微分量作为动作的激励量，即di/dt作为短路保护动作的判断依据。这里，预定值可以设定为每微秒电流变化量。例如，较佳地可以设定为60A/μS。

接着，步骤c：根据所述电流信号计算电流与电压的相角，判断电流与电压的相角是否大于30度，如果是，则进入步骤a，如果否，则进入步骤d。这里，为调整线路远端短路与近端短路的灵敏性，以免为照顾远端短路的动作灵敏性，短路保护定值设置较小时，在有大的冲击负荷时发生误动，因此在短路判断依据中增加了电流与电压的相角的闭锁条件。正常的冲击负荷，电流与电压的相角相差较大，接近90度，而短路故障时，电流与电压的相角相差几乎为零。利用这个特性，采取加入相角闭锁条件，以防止误动。

接下来，步骤d，包括：发出跳闸控制命令使限流保护器的开关管进行跳闸操作(步骤d1)，接着发出合闸控制命令使限流保护器的开关管进行合闸操作(步骤d2)。设置步骤d的原因是，即使有上述步骤b和步骤c两个条件的判断，尽最大可能地避免误动作，但是仍然可能会产生误动的可能，为了挽回这种误动，在第一次动作跳闸后，进行一次合闸操作。合闸后在下面的步骤中再判断一次di/dt是否满足条件，确保这第一次跳闸并不是误动。

最后，步骤e：获取当前di/dt，并判断di/dt是否大于预定值，如果是，则进行跳闸操作，如果否则进入步骤a。前述步骤d中合闸后再次判断当前di/dt是否满足大于预定值的条件，如果依然满足条件，不再相角闭锁，直接跳闸，如果不满足di/dt大于预定值的条件，也就是说并不是真的短路，则不进行跳闸动作，回到步骤a，继续获取电流信号，说明步骤d合闸成功，挽回了一次误动。

图2为本发明的限流保护器的结构示意图。如图2所示，本发明的一种限流保护器包括：信号获取元件1，其串联在火线线路中，将火线线路上的电流信号实时转换为微小弱电流信号，这里信号获取元件可以是电磁式电流互感器或取样电阻或霍尔电流互感器；信号调理单元2，其与信号获取单元连接，对微小弱电流信号进行调理，并传给CPU；CPU3，其与信号调理单元2连接，对调理后的被探测电流参数进行计算，得到电流微分量作为动作的激励量di/dt以及电流和电压的相角，并判断di/dt是否大于预定值以及电流和电压的相角是否大于30度，当di/dt大于预定值以及电流和电压的相角不大于30度同时满足条件时，发出跳闸控制命令；以及当发出跳闸控制命令后接着发出合闸控制命令；驱动电路4，其与CPU3连接，接收CPU发出的控制命令并根据所述控制命令对开关元件进行控制；以及开关元件5，其串联在火线线路中，由驱动电路4控制闭合或断开。

另外，与所述CPU3连接的告警指示灯6，根据CPU3发出的短路或过载告警信号发光以进行告警指示。与所述CPU3连接的蜂鸣器7，根据CPU3发出的短路或过载告警信号发出蜂鸣声。

并且，本发明的限流式保护器还包括与所述CPU3连接的按键8，当故障排除后，可以通过按压按键8控制所述CPU3发出恢复线路负载供电的合闸信号。驱动电路4根据该合闸信号控制开关元件5闭合。

本实施例中，开关元件5为绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)开关元件。可替代地，开关元件5也可以是IGBT管开关元件。

开关功率器件是负责负载供电的关键部件，因此该器件选择及应用应考虑一定条件。下面对开关功率器件进行详细说明。

一般说来选择该期间优选地满足以下两个条件：

a.最大耐受电压的确定

选择M0SFET必须确定漏极至源极间可能承受的最大电压，即最大VDS，MOSFET的最大耐受电压应当大于总线电压的最大值，这样才能提供足够的保护，使M0SFET不会失效。对于应用对象为市电220V的交流供电系统，考虑短路故障及电磁浪涌扰动等安全情况选用最大耐受电压应该在500V以上的MOSFET。

b.额定工作电流的确定

视应用场合而定，该额定电流应是被保护线路上负载完全工作时的最大电流。与分析电压的情况相似，应确保所选的M0sFET能承受这个额定电流，额定电流通常和配电系统的断路器相匹配。同时，还须计算导通损耗。导通损耗由MOSFET的RDS(0N)所确定，并随温度变化而变化。器件功率耗损可由I×I×RDS(0N)计算获得。由于导通电阻随温度变化，因此功率耗损也会随之变化。对MOsFET施加的电压VGs越高，RDs(0N)就会越小。

功率开关器件根据背景技术中描述的M0SFET开关特性，以及所保护线路的功率要求，选择合适的MOSFET串并联组成，即两个MOSFET串联，多个串联的MOSFET再并联起来，结构如图3所示，IN端连接电源、0UT端连接被保护负载。其作用在于根据控制电路的命令维持相应的开关状态，以达到对被保护回路的保护作用。

本发明可以根据通信协议要求与外界进行数据交互，将一些重要检测数据进行储存，以构成电气防火监控系统。通信接口9可采用RS485、CAN等多种通信方式。

通过发明的限流式保护器的短路保护方法及其限流保护器，可以确保跳闸动作的快速性，满足150微秒的要求，同时又能可靠地防止误动。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求书所涵盖。