本發明涉及電子線路領域，尤其涉及一種限流保護器短路保護方法及裝置。

背景技術：

用電單元都安裝了空氣開關，當發生短路故障時，空氣開關跳閘切斷故障，避免故障的進一步擴大。

空氣開關的動作速度較慢，一般都在幾十個毫秒。在切斷短路故障前，短路點會產生火花，幾十毫秒時間對于一般的場所，即便是出現火花，也不至于造成火災。但是，對于一些存放有易燃易爆的場所，幾十毫秒的火花是致命的，就必須快速切斷故障，擬制火花的產生。限流保護器就是基于這樣的應用而提出的。

限流保護器在探測到短路故障時以不大于150微秒的速度切斷故障，使故障產生的火花的能量不足以引起火災或爆炸。要實現這樣的快速保護，只能選擇電子開關功率型MOS管或IGBT。但這樣快的動作速度，在外部接入沖擊性負載，極易引起誤動作；另外，采用電子開關還牽扯到散熱處理問題。

技術實現要素：

本發明針對上述技術問題，提出了一種限流保護器短路保護方法及裝置，限流保護器的短路保護既可以確保動作的快速性，滿足150微秒的要求，又可以防止誤動作。

本發明的一個方面提供了一種限流保護器短路保護方法，包括如下步驟：步驟a：獲取限流保護器的火線線路上的電流信號并轉換為微小弱電流信號；步驟b：根據所述電流信號計算電流微分量作為動作的激勵量di/dt，判斷di/dt是否大于預定值，如果是，則進入步驟c，如果否，則進入步驟a；步驟c：根據所述電流信號計算電流與電壓的相角，判斷電流與電壓的相角是否大于30度，如果是，則進入步驟a，如果否，則進入步驟d；步驟d：發出跳閘控制命令使限流保護器的開關管進行跳閘操作，接著發出合閘控制命令使限流保護器的開關管進行合閘操作；以及步驟e：獲取當前di/dt，并判斷di/dt是否大于預定值，如果是，則進行跳閘操作，如果否則進入步驟a。

本發明的另一方面提供了一種限流保護器，包括：信號獲取元件，其串聯在火線線路中，將火線線路上的電流信號實時轉換為微小弱電流信號；信號調理單元，其與信號獲取單元連接，對微小弱電流信號進行調理，并傳給CPU；CPU，其與信號調理單元連接，對調理后的被探測電流參數進行計算，得到電流微分量作為動作的激勵量di/dt以及電流和電壓的相角，并判斷di/dt是否大于預定值以及電流和電壓的相角是否大于30度，當di/dt大于預定值以及電流和電壓的相角不大于30度同時滿足條件時，發出跳閘控制命令；以及當發出跳閘控制命令后接著發出合閘控制命令；驅動電路，其與CPU連接，接收CPU發出的控制命令并根據所述控制命令對開關元件進行控制；以及開關元件，其串聯在火線線路中，由驅動電路控制閉合或斷開。

本發明具有以下優點：通過本發明的限流式保護器的短路保護方法及其限流保護器，可以確保跳閘動作的快速性，滿足150微秒的要求，同時又能可靠地防止誤動。

附圖說明

圖1為本發明的限流保護器短路保護方法的流程圖。

圖2為本發明的限流保護器的結構示意圖。

圖3為本發明的限流保護器的功率開關器件結構圖。

具體實施方式

為更好的理解本發明的精神，以下結合本發明的部分優選實施例對其作進一步說明。

圖1為本發明的限流保護器短路保護方法的流程圖。如圖1所示，本發明方法包括如下步驟：

首先，步驟a：獲取限流保護器的火線線路上的電流信號并轉換為微小弱電流信號。該步驟中可以通過電磁式電流互感器或取樣電阻或霍爾電流互感器獲得火線線路上的電流信號。

接著，步驟b：根據所述電流信號計算電流微分量作為動作的激勵量di/dt，判斷di/dt是否大于預定值，如果是，則進入步驟c，如果否，則進入步驟a。這里，根據短路時電流上升較快的特點，采用電流微分量作為動作的激勵量，即di/dt作為短路保護動作的判斷依據。這里，預定值可以設定為每微秒電流變化量。例如，較佳地可以設定為60A/μS。

接著，步驟c：根據所述電流信號計算電流與電壓的相角，判斷電流與電壓的相角是否大于30度，如果是，則進入步驟a，如果否，則進入步驟d。這里，為調整線路遠端短路與近端短路的靈敏性，以免為照顧遠端短路的動作靈敏性，短路保護定值設置較小時，在有大的沖擊負荷時發生誤動，因此在短路判斷依據中增加了電流與電壓的相角的閉鎖條件。正常的沖擊負荷，電流與電壓的相角相差較大，接近90度，而短路故障時，電流與電壓的相角相差幾乎為零。利用這個特性，采取加入相角閉鎖條件，以防止誤動。

接下來，步驟d，包括：發出跳閘控制命令使限流保護器的開關管進行跳閘操作(步驟d1)，接著發出合閘控制命令使限流保護器的開關管進行合閘操作(步驟d2)。設置步驟d的原因是，即使有上述步驟b和步驟c兩個條件的判斷，盡最大可能地避免誤動作，但是仍然可能會產生誤動的可能，為了挽回這種誤動，在第一次動作跳閘后，進行一次合閘操作。合閘后在下面的步驟中再判斷一次di/dt是否滿足條件，確保這第一次跳閘并不是誤動。

最后，步驟e：獲取當前di/dt，并判斷di/dt是否大于預定值，如果是，則進行跳閘操作，如果否則進入步驟a。前述步驟d中合閘后再次判斷當前di/dt是否滿足大于預定值的條件，如果依然滿足條件，不再相角閉鎖，直接跳閘，如果不滿足di/dt大于預定值的條件，也就是說并不是真的短路，則不進行跳閘動作，回到步驟a，繼續獲取電流信號，說明步驟d合閘成功，挽回了一次誤動。

圖2為本發明的限流保護器的結構示意圖。如圖2所示，本發明的一種限流保護器包括：信號獲取元件1，其串聯在火線線路中，將火線線路上的電流信號實時轉換為微小弱電流信號，這里信號獲取元件可以是電磁式電流互感器或取樣電阻或霍爾電流互感器；信號調理單元2，其與信號獲取單元連接，對微小弱電流信號進行調理，并傳給CPU；CPU3，其與信號調理單元2連接，對調理后的被探測電流參數進行計算，得到電流微分量作為動作的激勵量di/dt以及電流和電壓的相角，并判斷di/dt是否大于預定值以及電流和電壓的相角是否大于30度，當di/dt大于預定值以及電流和電壓的相角不大于30度同時滿足條件時，發出跳閘控制命令；以及當發出跳閘控制命令后接著發出合閘控制命令；驅動電路4，其與CPU3連接，接收CPU發出的控制命令并根據所述控制命令對開關元件進行控制；以及開關元件5，其串聯在火線線路中，由驅動電路4控制閉合或斷開。

另外，與所述CPU3連接的告警指示燈6，根據CPU3發出的短路或過載告警信號發光以進行告警指示。與所述CPU3連接的蜂鳴器7，根據CPU3發出的短路或過載告警信號發出蜂鳴聲。

并且，本發明的限流式保護器還包括與所述CPU3連接的按鍵8，當故障排除后，可以通過按壓按鍵8控制所述CPU3發出恢復線路負載供電的合閘信號。驅動電路4根據該合閘信號控制開關元件5閉合。

本實施例中，開關元件5為絕緣柵場效應晶體管(MOSFET)開關元件。可替代地，開關元件5也可以是IGBT管開關元件。

開關功率器件是負責負載供電的關鍵部件，因此該器件選擇及應用應考慮一定條件。下面對開關功率器件進行詳細說明。

一般說來選擇該期間優選地滿足以下兩個條件：

a.最大耐受電壓的確定

選擇M0SFET必須確定漏極至源極間可能承受的最大電壓，即最大VDS，MOSFET的最大耐受電壓應當大于總線電壓的最大值，這樣才能提供足夠的保護，使M0SFET不會失效。對于應用對象為市電220V的交流供電系統，考慮短路故障及電磁浪涌擾動等安全情況選用最大耐受電壓應該在500V以上的MOSFET。

b.額定工作電流的確定

視應用場合而定，該額定電流應是被保護線路上負載完全工作時的最大電流。與分析電壓的情況相似，應確保所選的M0sFET能承受這個額定電流，額定電流通常和配電系統的斷路器相匹配。同時，還須計算導通損耗。導通損耗由MOSFET的RDS(0N)所確定，并隨溫度變化而變化。器件功率耗損可由I×I×RDS(0N)計算獲得。由于導通電阻隨溫度變化，因此功率耗損也會隨之變化。對MOsFET施加的電壓VGs越高，RDs(0N)就會越小。

功率開關器件根據背景技術中描述的M0SFET開關特性，以及所保護線路的功率要求，選擇合適的MOSFET串并聯組成，即兩個MOSFET串聯，多個串聯的MOSFET再并聯起來，結構如圖3所示，IN端連接電源、0UT端連接被保護負載。其作用在于根據控制電路的命令維持相應的開關狀態，以達到對被保護回路的保護作用。

本發明可以根據通信協議要求與外界進行數據交互，將一些重要檢測數據進行儲存，以構成電氣防火監控系統。通信接口9可采用RS485、CAN等多種通信方式。

通過發明的限流式保護器的短路保護方法及其限流保護器，可以確保跳閘動作的快速性，滿足150微秒的要求，同時又能可靠地防止誤動。

本發明的技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本領域的技術人員仍可能基于本發明的教示及揭示而作種種不背離本發明精神的替換及修飾。因此，本發明的保護范圍應不限于實施例所揭示的內容，而應包括各種不背離本發明的替換及修飾，并為本專利申請權利要求書所涵蓋。