CN101950945B - 动测静测零切防火智能断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动测静测零切防火智能断路器，由接在三相负载电路中的空气断路器和智能控制保护电路电联接构成；上述智能控制保护电路的信号采样端接至三相负载电路，所述智能控制保护电路的输出端经微机主控单元电路接至空气断路器的脱扣线圈；所述智能控制保护电路包括三相大电流分相过零切断电路、相间动态静态阻抗检测与短路保护电路、相零动态静态阻抗检测与短路保护电路和相地动态静态阻抗检测与漏电保护电路。本发明解决了三相大电流分相过零切断问题，解决了配供电电网运行动态阻抗检测与保护问题，消除了开关未合闸时负载端短路和漏电的隐患。
Description
技术领域
本发明涉及一种强电与弱电对接的新型智能断路器，兼有动态检测、静态检测和大电流分相过零切断等监控与保护功能。
背景技术
现有断路器几乎全无智能控制，因为存在高压与低压、高频与低频、交流与直流对接的技术难题。所以电器产品智能控制仍相对落后，仅以隔离采样方式检测参数，短路、过流采用热电式保护，切断速度慢(≥150ms)，无法满足用户安全用电要求。
公开号为101499642的发明专利申请“智能安防电控装置”，对未合闸送电的预检作了开关隔离处理，仍未解决好不用开关隔离的问题，更未解决断路器投入运行后的动态阻抗检测及其保护问题。个别情况下出现大电流误诊为短路的假象。而大电流分相过零切断也一直是困扰电气行业专家的技术难题。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种动测静测零切防火智能断路器，采用三相大功率固态继电器与主回路断路器并接解决三相大电流分相过零切断的技术难题；同时解决断路器投入运行后对配供电运行的动态阻抗检测问题，使检测结果与静态(断路器未投入运行)检测结果一致，完成高压与低压、高频与低频、交流与直流的对接；消除了开关未合闸时负载端短路和漏电的隐患。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：
一种动测静测零切防火智能断路器，由接在三相负载电路中的空气断路器和智能控制保护电路电联接构成；上述智能控制保护电路的信号采样端接至三相负载电路，所述智能控制保护电路的输出端经微机主控单元电路接至空气断路器的脱扣线圈；所述智能控制保护电路包括三相大电流分相过零切断电路、相间动态静态阻抗检测与短路保护电路、相零动态静态阻抗检测与短路保护电路和相地动态静态阻抗检测与漏电保护电路；
其中三相大电流分相过零切断电路包括与空气断路器并联的大功率交流固态继电器、所述微机主控单元电路经控制门接入所述固态继电器的控制端；
其中相间动态静态阻抗检测与短路保护电路包括高频信号发生器、短路检测与信号比较电路和短路信号输出电路，其中高频信号发生器的输出端通过隔离耦合元件分别与三相电路中的相线联接，所述短路检测与信号比较电路的输入端通过隔离电容与该相线的邻相联接，所述短路检测与信号比较电路的输出端与短路信号输出电路联接，短路信号输出电路的输出端接至微机主控单元电路；
其中相零动态静态阻抗检测与短路保护电路包括高频信号发生器、短路检测与信号比较电路和短路信号输出电路；所述高频信号发生器输出端通过隔离耦合元件分别与三相电路中的相线联接，所述短路检测与信号比较电路的输入端直接与零线联接，其输出端与短路信号输出电路联接，短路信号输出电路的输出端接至微机主控单元电路；
其中相地动态静态阻抗检测与漏电保护电路包括高频信号发生器、漏电检测与信号比较电路和漏电信号输出电路；其中高频信号发生器输出端通过隔离耦合元件分别与三相电路中的相线联接，漏电检测与信号比较电路输入端直接与地线联接，其输出端与漏电信号输出电路联接，漏电信号输出电路的输出端接至微机主控单元电路。
进一步所述微机主控单元电路连接有故障锁定电路、报警电路和显示电路。
本发明所述动测静测零切防火智能断路器的设计原理及工作过程是：
所述动测静测零切防火智能断路器中，由多个子保护电路的智能保护电路的信号采样端接至三相负载电路，所述保护电路的输出端经微机主控单元电路接至空气断路器的脱扣线圈，合、分信号分别接至空气合闸与分断线圈，大电流分相过零切断信号接至固态继电器的控制端。
其中空气断路器接在三相负载电路中，与空气断路器相并联的三相大功率交流固态继电器构成三相大电流分相过零切断电路，所述固态继电器的控制端联接分断信号，使其能在大电流时优先分断空气断路器，再由固态继电器分相过零切断，保护了断路器触点免受损害。
所述智能控制保护电路还包含有相间、相零之动态静态阻抗检测与短路保护电路，相地动态静态阻抗检测与漏电保护电路，微机主控单元电路，锁定电路，控制门电路，合、分、复位与调节电路，报警电路和显示电路。
本发明是一种兼有动态阻抗检测、静态阻抗检测和大电流分相过零切断等系统监控及故障保护功能的防火智能断路器；有效防止了因短路、漏电、大电流切断而造成的电气火灾、触电伤亡和触点损坏。
以下结合附图和实施例对本发明进行进一步描述：
附图说明
图1是动测静测零切防火智能断路器电气原理方框图；
图2是相间动态、静态阻抗检测与短路保护电路联接图；
图3是相零动态、静态阻抗检测与短路保护电路联接图；
图4是相地动态、静态阻抗检测与漏电保护电路联接图；
图5是三相大电流分相过零切断保护电路联接图；
具体实施方式
如图1所示，一种动测静测零切防火智能断路器，由接在三相负载电路中的空气断路器和智能控制保护电路电联接构成；上述智能控制保护电路的信号采样端接至三相负载电路，所述智能控制保护电路的输出端经微机主控单元电路接至空气断路器的脱扣线圈；所述智能控制保护电路包括三相大电流分相过零切断电路，相间动态静态阻抗检测与短路保护电路，相零动态静态阻抗检测与短路保护电路和相地动态静态阻抗检测与漏电保护电路。
如图2所示，为相间动态静态阻抗检测与短路保护电路。其电气原理简述如下：
智能控制部分上电，断路器未合闸时，系统进入静态短路检测与保护程序。由史密特触发器IC1和电阻R1、电容C1组成高频信号发生器，电压比较器IC2与电阻R2、电容C2、电容C3、电阻R3、电阻R4、电阻R5、可调电阻RW1组成相间短路检测与信号比较电路，反向器IC3、光电耦合器IC4、电阻R6、电阻R7组成短路信号输出电路，高频信号发生器经串接的电阻R2、电容C2隔离后，与A相联接，B相经C3与R3及电压比较器IC2之4脚联接，Vcc1与电阻R4、可调电阻Rw1构成短路基准电压设定电路。由微机主控单元给出的基准电压设定值对应于短路电阻值，精度可达0.1Ω，通常将短路电阻值设定为3Ω。A、B相间无短路时，电压比较器IC2之4脚电位低于5脚电位，电压比较器IC2之2脚输出为“1”。当A、B相间出现短路时，高频检测信号经R2→C2→A相→C3→R3→信号地GND1。在R3产生的高频分压信号进入IC2之4脚，其电平峰值大于或等于IC2之5脚电平值。IC2输出端2脚电平由“1”翻“0”，经IC3反相后送至光电耦合器IC4之输入端，IC4之输出端5脚输出电平由“1”翻“0”。送至微机主控单元，经微机主控单元电路中信号处理器DSP处理后，输出故障保护信号，使系统锁定，并显示报警。断路器不能合闸，消除了短路电气火灾之隐患。
断路器投入运行后，系统启动相间短路动态检测实时监控程序。IC1和R1、C1组成的高频信号发生器产生高频检测信号，经R2、C2进入A相，又经A、B相间阻抗至B相，再经C3、R3至信号地GND1。A、B相间如无短路，则R3上电压小于短路基准电压设定值，断路器正常运行。一旦发生A、B相间短路，动态阻抗值小于或等于设定短路阻抗值，IC2之4脚信号电压峰值大于或等于5脚设定电压值，IC2之2脚输出端电平由“1”翻“0”，经IC3反相后送至光电耦合器IC4之输入端1脚，IC4之输出端5脚输出电平由“1”翻为“0”，送至微机主控单元中信号处理器DSP处理后输出短路故障保护信号，使断路器脱扣，实现了动态检测短路故障保护。
断路器投入运行后，主回路相间电压达400V，属于强电，在与弱电检测保护电路的对接中，由于有电容C2、C3隔离，其容抗达到数十KΩ，400V、50Hz强电不可能进入弱电控制部分，实现了强电与弱电、高压与低压、高频与低频、交流与直流的成功安全对接。
同理，BC相间、AC相间短路动态静态阻抗检测与保护电路电气原理与上述原理相同，故不赘述。
如图3所示，断路器投入运行后，作为相零短路动态阻抗的检测与保护，其原理与相间短路动态阻抗检测与保护相同，相零短路静态阻抗检测与保护亦与相间静态检测保护相同，故不赘述。
相间相零短路检测保护电路分设6个监测回路，各回路有独立电源，互不干扰。
如图4所示为相地动态静态阻抗检测与漏电保护电气原理图。其原理简述如下：
智能控制部分上电后，断路器未合闸时，系统进入静态漏电阻抗检测与保护程序。史密特触发器IC13与R43、C16组成高频信号发生器。电压比较器IC14与R44、R45、R46、R47、Rw7组成相地漏电检测与信号比较电路，反向器IC15、光电耦合器IC16与R48、R49组成漏电信号输出电路。高频信号发生器经R44、C17与A相联接，R45、地线与IC14之4脚相联接，Vcc7、R46、Rw7与信号地GND7组成漏电基准电压设定电路。由微机主控单元给出漏电电压设定值，其设定值对应于漏电电阻值。漏电电流值在0.3A～1A可调。当A相对地漏电电阻值大于设定值时，表明A相对地无漏电故障。IC14之4脚电位低于5脚电位，IC14之2脚输出为“1”。当A相对地漏电阻值小于或等于漏电电阻设定值时，高频漏电检测信号由R44→C17→A相→漏电电阻→地线→R45→信号地GND7。此时漏电信号电压峰值大于或等于R46与Rw7间的漏电基准电压值，IC14之4脚电位高于或等于5脚电位，IC14之2脚输出由“1”翻为“0”，经IC15反相后送至光电耦合器IC16之输入端1脚，IC16之输出端5脚输出电平由“1”翻“0”。送至微机主控单元，经微机主控单元中信号处理器DSP处理后，输出漏电故障保护信号，使系统锁定，并显示报警。断路器不能合闸，消除了漏电隐患可能造成的触电伤亡事故。
断路器投入运行后，系统启动相地漏电动态阻抗检测实时监控程序，史密特触发器IC13与R43、C16组成高频信号发生器所产生的高频检测信号，经R44→C17→A相→漏电电阻→地线→R45→信号地GND7，无漏电故障时，R45上的信号电压值小于漏电电压设定值，断路器正常运行，一旦A相对地漏电电阻下降到小于或等于漏电电阻设定值时，IC14之4脚上的信号电压值大于或等于5脚漏电电压设定值，IC14之2脚输出由“1”翻为“0”。经IC15反相后送至光电耦合器IC16之输入端1脚，IC16之输出端5脚输出电平由“1”翻“0”。送至微机主控单元，经微机主控单元中信号处理器DSP处理后，输出漏电故障保护信号，使断路器脱扣，并锁定显示报警，实现了动态漏电检测与保护。
同理，B相、C相对地漏电动态静态阻抗检测与保护电路电气原理与上述原理相同，故不赘述。
如图5所示，为大电流分相过零切断保护电路连接图，其电气原理简述如下：
三相固态继电器SSR之输出端了分别与主回路断路器三相并联，其控制端经控制门与微机处理单元相联接。正常运行时，三相固态继电器SSR处于断开状态，主回路电流全部流经断路器三相主触头，只有在揿下“分”按钮时，微机发出分断指令，经微机主控单元输入高电平至反向驱动器IC19之输入端，反相后输出低电平送至三相固态继电器SSR输入端，使SSR导通，经20ms后断开断路器三相触头，此时主回路电流全部流经固态继电器SSR，再经20ms后，微机发出指令使三相固态继电器分相过零切断。从而有效保护了断路器触头，使之免遭损坏。
三相固态继电器主回路为双向硅可控整流元件，具有过零切断的特性。其控制回路为光电耦合器件，控制通断极为方便。图中电阻R64、R66、R68为SSR输入端限流电阻，电阻R65、R67、R69为IC19上拉电阻。
本发明还涉及过压、欠压、缺相、过流、断相、错相、防雷等保护；故障锁定、参数检测、显示、报警、联网、消防联动、微机处理、动态短路电压监控等电路，皆属于现有的一般电路，故未赘述。
集成电路器件IC型号对应一览表：
IC1、IC7、IC13 史密特触发器，优选型号为74HC14
IC2、IC8、IC14 电压比较器优选型号为LM339
IC3、IC9、IC15 反向器优选型号为74HC06
IC4-6、IC10-12、IC16-18 光电耦合器优选型号为TLP521
IC19 反向驱动器优选型号为7406
SSR1-3 固态继电器优选型号为SGTH40048ZD
Claims (2)
1.一种动测静测零切防火智能断路器，由接在三相负载电路中的空气断路器和智能控制保护电路电联接构成；上述智能控制保护电路的信号采样端接至三相负载电路，所述智能控制保护电路的输出端经微机主控单元电路接至空气断路器的脱扣线圈；其特征是，所述智能控制保护电路包括三相大电流分相过零切断电路、相间动态静态阻抗检测与短路保护电路、相零动态静态阻抗检测与短路保护电路和相地动态静态阻抗检测与漏电保护电路；
其中三相大电流分相过零切断电路包括与空气断路器并联的大功率交流固态继电器、所述微机主控单元电路经控制门接入所述固态继电器的控制端；
其中相间动态静态阻抗检测与短路保护电路包括高频信号发生器、短路检测与信号比较电路和短路信号输出电路，其中高频信号发生器的输出端通过隔离耦合元件分别与三相电路中的相线联接，所述短路检测与信号比较电路的输入端通过隔离电容分别与该相线的邻相联接，所述短路检测与信号比较电路的输出端与短路信号输出电路联接，短路信号输出电路的输出端接至微机主控单元电路；
其中相零动态静态阻抗检测与短路保护电路包括高频信号发生器、短路检测与信号比较电路和短路信号输出电路；所述高频信号发生器输出端通过隔离耦合元件分别与三相电路中的相线联接，所述短路检测与信号比较电路的输入端直接与零线联接，其输出端与短路信号输出电路联接，短路信号输出电路的输出端接至微机主控单元电路；
其中相地动态静态阻抗检测与漏电保护电路包括高频信号发生器、漏电检测与信号比较电路和漏电信号输出电路；其中高频信号发生器输出端通过隔离耦合元件分别与三相电路中的相线联接，漏电检测与信号比较电路输入端直接与地线联接，其输出端与漏电信号输出电路联接，漏电信号输出电路的输出端接至微机主控单元电路。
2.根据权利要求1所述动测静测零切防火智能断路器，其特征是，所述微机主控单元电路还连接有故障锁定电路、报警电路和显示电路。
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