CN1009786B - 自监视数字式固体电路跳闸装置 - Google Patents

自监视数字式固体电路跳闸装置

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Abstract

数字式固体电路跳闸装置配备有监视器，该监视器监视着由微处理器控制的信息处理的周期性运行。当在周期性循环中出现一个干扰或延迟时，监视器首先发出一个重新设置初值的指令加到微处理器的输入端，力图使周期性循环重新运转。如果这一努力没有成功，监视器发出一个断路器跳闸的指令。

Description

本发明涉及到一个用于电气断路器的以微处理机为基础的数字式固体电路跳闸装置。
断路器良好的工作，更具体地说它的固体电路跳闸装置的良好工作，依赖于微处理机程序的正确执行。不正确的执行可能是传导性或辐射性干扰的结果，这种干扰影响了程序的良好运行。本发明是以检查判断微处理机经常不断地控制一个信息处理的周期性运行，特别是一个相电流和中性线电流的周期性数字化处理为基础的。这一周期性的执行可以在处理讯道的任何处检出。特别是在发出周期性控制脉冲的微处理机的电平处，或在数字化处理电平处，或在数字信号到微处理机去的输入口检出。
本发明的目的是获得一个具有程序运行自监视***的数字式固体电路跳闸装置。
本发明的固体电路跳闸装置包括：
电流传感器，它产生正比于由断路器保护的导线内电流的模拟信号;
整流器电路，它对上述信号整流，并提供一个表示上述电流最大值的模拟信号;
一个模/数转换器。它具有一个接收上述模拟信号的输入端和一个传送相应的取样数字信号的输出端;
一个以微处理机为基础的数字处理单元，将数字信号加于该单元以执行一个长延时跳闸功能和/或一个短延时跳闸功能，当超过预定的阈值时，该单元产生一个断路器跳闸指令，上述指令根据信号的大小延时，上述微处理机周期性地完成数字化处理;
一个监视微处理机工作的装置，它有一个由微处理机控制的数字化比率检测器，如果数字化处理没有实现，上述检测器在第一级阈值安排和产生一个让微处理机重新设置初值的信号，如果数字化处理继续没有进行，则产生一个断路器跳闸指令;
和一个由上述跳闸指令激励的断路器跳闸装置。
监视设备通常采用称为监视器（Watch-dog），监视循环周期的时间，同时由微处理器检测该时间是否超过预置周期的时间。在出现故障时，监视器发出一个微处理机重新设置初值的信号，以缓解微处理机工作中的一个中断或短暂的障碍。如果在重新设置初值后重新开始周期性运行，则固体电路跳 闸装置重新开始它的正常运转，没有任何特别的干预或指示。相反，如果周期性循环继续保持中断，监视器则发出一个报警和/或断路器跳闸信号。
监视设备最好包括一个逐渐充电和在由微处理机产生的每个脉冲内周期性放电的电容器，如果电容器不产生放电或延迟产生放电，则电容器继续充电，这一过量充电能够容易地用一个阈值电路检测到，例如当超过预置的阈值时，由一个运算放大器发出一个信号。在第一级阈值，借助于发出一个微处理机重新设置初值的信号，避免了由于程序的短时干扰而产生的障碍跳闸。报警和跳闸仅发生在周期性运行没有重新开始时，通常是由于微处理机或监视处理讯道损坏或故障引起的。
根据以下对本发明的一个解说性实施例的描述，将更清楚地显示本发明其他的优点和特征。这仅仅作为一个非约束性的例子，并结合附图来说明，其中：
图1是本发明的具有自监视装置的跳闸释放装置的方框图;
图2说明了图1的自监视装置的电路图;
图3～5示出了在正常工作情况下，周期性脉冲、电容器充电电平、和监视装置的输出电平各自相对于时间的变化;
图6～8，示出了在周期性执行中发生故障时，电容器充电电平和监视装置输出电平的变化。
下面描述的本发明适用于美国№827，438号专利申请（要求优先权的法国专利申请8503159号）所描述的固体电路跳闸装置。但它显然能用于任何其它形式的用微处理器控制程序的数字式跳闸装置。
在图1中，带有给负载（未示出）馈电的三根导线R、S、T的配电***包括一个能断开电路使之处于开路位置的断路器10。断路器10的操作机构12由极化继电器14控制，在过负荷或短路的情况下，极化继电器使断路器跳闸。一个与断路器10的主触头连系在一起进行操作的辅助触点16，用以指示主触头的位置。每相导线R、S、T都有与之相关联的变流器18，后者供给一个与相连的导线内的电流成正比的信号，这个信号加到一个全波整流电桥20上。三个整流电桥20的输出串接到一个由电阻22、齐纳二极管24和二极管26组成的电路上，从而在电阻22的两端提供一个正比于导线R、S、T中流过的电流最大值的电压信号，并在齐纳二极管24两端提供一个电压供给电子电路。电压信号加到放大器28的输入端，它的输出接到模/数转换器30。模/数转换器30的输出接到微处理机32的输入/输出端1。该微处理机32除了包括与极化继电器14相连的输出端2外，还包括输入端3，接收时钟34来的信号;输入端4，接到键盘36;输入端6，接到ROM只读存储器38;输入/输出端5接到NOVRAM非易失随机存取存储器40;输出端7，接到显示器42;以及输入端8，接到辅助触点16。
图1所示的跳闸释放装置执行保护功能，在过载时和导线R、S、T电路中发生故障时，能相应地分别完成长延时跳闸和短延时跳闸。表示导线R、S、T中电流最大值的数字信号加到微处理机32的输入端1，并和寄存在存储器内的阈值比较，以检测是否超过这些阈值，并产生一个延时的或瞬时的跳闸信号，该跳闸信号传送到极化继电器14以跳开断路器10。该跳闸释放装置当然可完成其他功能，特别是接地保护或瞬时跳闸。要进一步了解这种跳闸释放装置的制造和运行的信息，读者可便利地参考上面提到的专利申请。
按照本发明一个监视装置或监视器66一方面被接到微处理机32的输出端10，另一方面接到该微处理机的输入端9。监视器66的输出端CG1接到“或”门46的输入端，后者的输出端接到极化继电器14，而极化继电器14的另一个输入端接到微处理机32的输出端2。监视器66接收来自微处理机输出端10的脉冲CG3，如图3所示。这些脉冲的周期是1.84毫秒，它用来确定信息处理的周期性执行，但是很显然也可以用任何其他的周期。
更具体地参考图2，能看到监视器66包括一个晶体管48，它的基极被接到输入CG3，接收微处理机32来的周期性脉冲。晶体管48的集电极和发射极接到电容器50的两端并经过电阻52接到电源。电容器50和电阻52的连接点54，一方面接到两个运算放大器56、60的正极性输入端，另一方面接到运算放大器58的负极性输入端。运算放大器56、58、60的另一个输入端连接到与电源相连的分压电桥上。运算放大器56的输出端连接到与“或”门46相连的监视器66的端子CG1。运算放大器58、60的输出端均接到晶体管64的基极。该晶体管是一个简单的反相器，在其集电极产生的信号CG2被连接到微处理机32的输入端9。下面，更具体地参考图3～8来描述本发明的监视 装置的工作情况。
在正常工作时，微处理机每1.84毫秒完成一个数字化循环，并把一个如图3所示的短持续时间的脉冲加到监视器66的输入端CG3。如果在输入端CG3没有出现脉冲，晶体管48就截止，电容器50通过电阻52渐渐地充电。当一个脉冲一出现，晶体管48即导通并使电容器50短路，后者就迅速放电。电容器50充电和放电可以用图4的曲线来说明，图中可方便地看到充电从未超过预先设置的峰值。该峰值低于运算放大器56、58、60的阈值。同时可以看到，运算放大器56的输出端CG1象运算放大器60的输出端那样，一直保持在一个低值0。此时，信号CG2保持在一定的高值。在这种工作情况下，监视器66不参预运行。
当没有脉冲加到监视器66的输入端CG3上或所加的脉冲延迟时，电容器50继续充电，在它两端的电压增大（如图6所示）。例如在3.5毫秒以后，首先超过运算放大器60的阈值V60。此时，运算放大器60的输出转换到高值，致使晶体管64导通，并把CG2信号由高值变到低值（见图8，t1），这一变化传送到微处理机32的输入端9，没有产生影响。只不过当超过运算放大器58的阈值V58时，为在t1时刻提供一个清零变化。这一过冲使得放大器58的输出转换到低值，从而使晶体管64截止，使信号CG2转换到高值，因此，使一个突然的重复设置初值的信号加到微处理机32的输入端9。如果这一微处理机32设置初值使循环周期重新运行，周期性脉冲使电容器50回到零点重新充电，则重新出现如图3～5所述方式的定常循环。周期性信息处理操作和运行的中断是很短暂的。如果是另一种情况，微处理机未能给出重新设置的初值指令，周期性脉冲仍然没有出现而电容器50继续充电，则当t3时刻，超过运算放大器56的阈值V56时，监视器66输出的信号CG1转换到高值，并通过“或”门加到极化继电器14上，后者使断路器10跳闸。
显而易见，重新设置初值或微处理机32的周期性循环重新运行的指令，在很多情况下可以避免断路器10不合理的跳闸。这种重新设置微处理机初值的尝试自然使跳闸指令延迟了几个微秒。但这一很小的时延不会产生任何麻烦。监视器66的电子电路当然可以用不同的方式来实现，而且可以包括几个连续的重新设置初值的信号，这样做均没有离开本发明的精神和范围。

Claims (4)

1、一种用于具有可分离触头的电气断路器的数字式固定电路跳闸装置，包括：
电流传感器(18)，用于产生正比于被断路器保护的导线(R.S.T)内电流的模拟信号；
整流装置(20)，用于对上述信号进行整流；
一个模/数转换器(30)，其输入与所述整流装置的输出相连；
一个以微处理机为基础的数字处理单元，它与所述模/数转换器相连，用于在电流信号超过预置阈值时产生一个跳闸指令，以执行一个长和/或短延时跳闸功能，所述微处理机(32)产生一个表示周期性数字处理的周期性信号(CG3)；
由所述跳闸指令激励的电路断路跳闸装置(12，14)；
用于监视所述微机的装置(66)，包括探测所述周期信号(CG3)并在第一预定时间间隔内未探测到所述周期性信号时产生一个微机重新设置初值指令(CG2)的装置；所述跳闸装置的特征在于：
所述监视装置(66)还包括在第二预定时间间隔内未探测到所述周期性信号(CG3)时就产生第二跳闸指令(CG1)的装置，所述第二预定时间间隔长于第一时间间隔。
2、如权利要求1的跳闸装置，其特征在于：所述监视装置（66）包括一电容器（50）、对所述电容器充电的装置（52）、在所述周期性信号（CG3）的控制下使所述电容放电的装置（48），以及当所述电容器两端的电压超过第一充电阈值时使得产生所述重新设置初值指令（CG2）的装置，该装置在所述电容器电压超过第二阈值时使得产生所述第二跳闸指令（CG1）。
3、如权利要求2的跳闸装置，其特征在于：所述放电装置包括一由所述周期性信号（CG3）控制的三极管（48），在所述周期性信号每次出现时使电容器（50）周期性放电。
4、如权利要求2和3的跳闸装置，其特征在于：所述监视装置（66）包括阈值运算放大器，用于当所述第一和第二阈值分别被所述电容电压超过时产生所述重新设置初值指令（CG2）和所述第二跳闸指令（CG1）。
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