CN104578001A - 一种断路器的脱扣电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种断路器的脱扣电路，包括信号转换单元、定值设定输出单元、比较单元以及脱扣单元，信号转换单元用于采集电网线路中各个相线的电流信号并将电流信号转换成对应的直流电压信号后输出，定值设定输出单元用于在断路器合闸瞬间输出预设的MCR保护定值和预设的HSISC保护定值，比较单元用于将信号转换单元输出的直流电压信号与MCR保护定值和HSISC保护定值进行比较，当直流电压信号在MCR保护定值和HSISC保护定值之间时输出第一电平，反之输出第二电平，脱扣单元用于在比较单元输出第二电平时使断路器断开，以实现对断路器的MCR保护功能和HSISC保护功能，实现了断路器产品的标准化、系列化。

Description

一种断路器的脱扣电路

技术领域

本发明涉及继电保护技术领域，具体地说涉及一种断路器的脱扣电路。

背景技术

电网母线或馈线有时会发生金属性短路故障，如果此时接通断路器，数十或者上百千安电流将会流过断路器，如果不能及时快速的切断短路电流，断路器很有可能会被严重烧损或毁坏，造成电网大面积停电或重大财产损失。

断路器的MCR(接通电流脱扣器)保护和HSISC(高设定值瞬动短路)保护是针对断路器本身进行的高速瞬断保护，能够在断路器接通超过其极限能力的电流时使断路器本体快速脱扣，防止断路器被烧损或毁坏。

MCR保护在闭合操作时，如果接通电流超过预定值时，使断路器无人为延时断开的脱扣器，该保护在断路器合闸瞬间(如200ms内)起作用；HSISC当越限故障电流产生时，控制断路器的本体瞬间脱扣，防止断路器承载超过极限分断能力的电流，该保护在合闸一定时间后起作用(如合闸200ms后)。

因为断路器存在多种应用情况，每种情况下断路器的MCR保护定值和HSISC保护定值不同，现有技术中主要是通过修改断路器的硬件电路来调整断路器的MCR保护定值和HSISC保护定值，不利于产品的标准化、系列化。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术主要是通过修改断路器的硬件电路来调整断路器的MCR保护定值和HSISC保护定值，不利于产品的标准化、系列化。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种断路器的脱扣电路，包括：

信号转换单元，用于采集电网线路中各个相线的电流信号并将所述电流信号转换成对应的直流电压信号后输出；

定值设定输出单元，用于在断路器合闸瞬间输出预设的MCR保护定值和预设的HSISC保护定值；

比较单元，用于将所述信号转换单元输出的所述直流电压信号与所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值进行比较，当所述直流电压信号在所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值之间时输出第一电平，反之输出第二电平，所述第一电平不同于所述第二电平；以及

脱扣单元，用于在所述比较单元输出所述第二电平时使所述断路器断开。

本发明所述的脱扣电路，所述信号转换单元包括：

多个采集子单元，用于分别采集电网线路中的各个相线的电流信号；

多个信号转换子单元，分别与所述多个采集子单元连接，用于将所述采集子单元输出的所述电流信号转换成直流电压信号。

本发明所述的脱扣电路，所述比较单元包括：

多个比较子单元，用于将所述多个信号转换子单元输出的多个所述直流电压信号分别与所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值进行比较，当所述直流电压信号在所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值之间时输出第二电平，反之输出第一电平；

与非门，其多个输入端分别与所述比较子单元的输出端一一对应相接，其输出端是所述比较单元的输出端。

本发明所述的脱扣电路，所述比较子单元为窗口比较器。

本发明所述的脱扣电路，所述定值设定输出单元包括：

设定子单元，用于设定所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值；

延时子单元，用于从所述脱扣单元获取所述断路器的状态信号，并将所述状态信号延时输出；

切换输出子单元，用于根据所述MCR保护定值、所述HSISC保护定值和所述状态信号，在所述断路器合闸瞬间输出所述MCR保护定值，之后再延时输出所述HSISC保护定值。

本发明所述的脱扣电路，所述设定子单元为D/A芯片或数字电位器。

本发明所述的脱扣电路，还包括：关断单元，连接在所述比较单元和所述脱扣单元之间，用于在所述MCR保护定值或所述HSISC保护定值高于预设电压值时向所述脱扣单元输出所述第一电平。

本发明所述的脱扣电路，所述关断单元包括：

关断子单元，用于从所述定值设定输出单元的输出端接收所述MCR保护定值或所述HSISC保护定值，并在所述MCR保护定值或所述HSISC保护定值高于预设电压时输出所述第一电平，反之输出所述第二电平；

与门，其第一输入端与所述关断子单元的输出端耦接，其第二输入端与所述比较单元的输出端耦接，其输出端与所述脱扣单元的输入端耦接。

本发明所述的脱扣电路，所述关断子单元包括：比较器U1、第一分压电阻R23、第二分压电阻R24、反馈电阻R25以及上拉电阻R26；

所述比较器U1的负向输入端与所述定值设定输出单元的输出端耦接，所述第一分压电阻R23的一端接高电平，所述第一分压电阻R23的另一端与所述第二分压电阻R24的一端耦接，所述第二分压电阻R24的另一端接地，所述比较器U1的正向输入端同时与所述第一分压电阻R23和所述第二分压电阻R24的公共端以及所述反馈电阻R25的一端耦接，所述反馈电阻R25的另一端同时与所述比较器U1的输出端以及所述上拉电阻R26的一端耦接，所述上拉电阻R26的另一端接高电平，所述比较器U1的输出端即为所述关断单元的输出端，所述第一分压电阻R23和所述第二分压电阻R24公共端处的电压即为所述预设电压。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明提供了一种断路器的脱扣电路，包括信号转换单元、定值设定输出单元、比较单元以及脱扣单元，信号转换单元用于采集电网线路中各个相线的电流信号并将电流信号转换成对应的直流电压信号后输出，定值设定输出单元用于在断路器合闸瞬间输出预设的MCR保护定值和预设的HSISC保护定值，比较单元用于将信号转换单元输出的直流电压信号与MCR保护定值和HSISC保护定值进行比较，当直流电压信号在MCR保护定值和HSISC保护定值之间时输出第一电平，反之输出第二电平，脱扣单元用于在比较单元输出第二电平时使断路器断开，以实现对断路器的MCR保护功能和HSISC保护功能。本发明所述断路器的脱扣电路，通过定值设定输出单元就可以设定不同情况下的断路器的MCR保护定值和HSISC保护定值，无需修改断路器的硬件电路来调整断路器的MCR保护定值和HSISC保护定值，实现了断路器产品的标准化、系列化。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明实施例1所述断路器的脱扣电路的结构框图；

图2是本发明所述断路器的脱扣电路中定值设定输出单元的电路原理图；

图3是本发明实施例2所述断路器的脱扣电路的结构框图；

图4是本发明实施例2所述关断单元中的关断子单元的电路原理图。

图中附图标记表示为：1-信号转换单元，2-定值设定输出单元，3-比较单元，4-脱扣单元，5-关断单元，11-采集子单元，12-信号转换子单元，21-设定子单元，22-延时子单元，23-切换输出子单元，31-比较子单元，32-与非门，41-驱动子单元，42-致动器，51-关断子单元，52-与门。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种断路器的脱扣电路，如图1所示，包括：信号转换单元1、定值设定输出单元2、比较单元3以及脱扣单元4；其中信号转换单元1用于采集电网线路中各个相线的电流信号并将所述电流信号转换成对应的直流电压信号后输出；定值设定输出单元2用于在断路器合闸瞬间输出预设的MCR保护定值和预设的HSISC保护定值；比较单元3用于将所述信号转换单元1输出的所述直流电压信号与所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值进行比较，当所述直流电压信号在所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值之间时输出第一电平(例如低电平)，反之输出第二电平(例如高电平)，所述第一电平不同于所述第二电平；以及脱扣单元4用于在所述比较单元3输出所述第二电平时使所述断路器断开，以实现对所述断路器的MCR保护功能和HSISC保护功能。本领域技术人员应当理解，第一电平为高电平，第二电平为低电平也是可行的。下面以第一电平为低电平，第二电平为高电平为例进行详细阐述。

具体地，MCR保护在断路器QF1合闸瞬间起作用，防止断路器QF1在合闸瞬间承受超出其极限的电流，HSISC保护在断路器QF1合闸一段时候之后才会起作用(比如合闸200ms之后)，防止断路器QF1在工作状态时承受超出其极限的电流。在越限故障电流产生时，会通过脱扣装置使断路器QF1脱扣断开，可以最大限度保护继电器QF1，防止其损毁。

在越限故障电流产生时，也即电网线路中某一相线发生短路时，发生短路的相线的故障电流会非常大的，此时该故障相线的电流信号转换的对应的直流电压信号也会很大，超出设定的MCR保护定值和HSISC保护定值，也即直流电压信号处于所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值所代表的区间之外，此时比较单元3就会输出第二电平(高电平)来启动脱扣单元4，使断路器QF1脱扣断开，防止断路器QF1因电流过大而烧毁；当电路各相线运行正常，未发生短路时，直流电压信号处于所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值所代表的区间之内，此时比较单元3输出第一电平(低电平)，不会启动脱扣单元4，断路器QF1保持闭合状态，电路正常运行，实现了脱扣单元4对断路器QF1的MCR保护功能和HSISC保护功能。

本实施例所述断路器的脱扣电路，通过定值设定输出单元2，就可以设定不同情况下的断路器的MCR保护定值和HSISC保护定值，无需修改断路器的硬件电路来调整断路器的MCR保护定值和HSISC保护定值，实现了断路器产品的标准化、系列化。

优选地，如图1所示，所述信号转换单元1可以包括：

多个采集子单元11，用于分别采集电网线路中的各个相线的电流信号；

多个信号转换子单元12，分别与所述多个采集子单元(11)连接，用于将所述采集子单元11输出的所述电流信号转换成直流电压信号。

具体地，因为目前的低压电网为三相四线制或三相三线制，至少包括A、B、C三个相线，因此，采集子单元11可以为3个，分别采集A、B、C三个相线的电流信号，具体应用中，采集子单元11可以为互感器空心线圈(互感器空心线圈可以选用罗氏线圈)，A、B、C三个相线从各自对应的互感器空心线圈穿出，分别将A、B、C三个相线的电流微分处理成三个相线的电流信号，传输至各自对应的信号转换子单元12；信号转换子单元12将A、B、C三个相线的电流信号分别进行积分、滤波、放大的处理，就可以将A、B、C三个相线的电流信号转换为各自对应的直流电压信号了。现有技术中有很多可以对信号进行积分、滤波、放大处理的硬件电路，可以选用其中的任何一个来实现信号转换子单元12的上述功能。通过分别采集A、B、C三个相线的电流信号，当任何一个相线发生短路时，都可以及时发现，保护了断路器，延长了其使用寿命。

优选地，所述比较单元3可以包括：

多个比较子单元31，用于将所述多个信号转换子单元12输出的多个所述直流电压信号分别与所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值进行比较，当所述直流电压信号在所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值之间时输出第二电平，反之输出第一电平；

与非门32，其多个输入端分别与所述比较子单元31的输出端一一对应相接，其输出端是所述比较单元3的输出端。

优选地，所述比较子单元31可以为窗口比较器。当直流电压信号在所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值之间时，窗口比较器输出高电平(第二电平)，当直流电压信号在所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值之外时(发生了短路)，窗口比较器输出低电平(第一电平)，因此窗口比较器的性能可以很好的实现比较子单元31的上述功能。

具体地，与非门32可以选用任何一个带有与非门硬件电路设计的芯片，根据与非门的特性，只要有任何一个比较子单元31输出第一电平(低电平，也即任何一个相线发生短路)，则与非门子32就会输出第二电平(高电平)，启动脱扣单元4使断路器迅速脱扣断开，反应迅速。

优选地，如图2所示，所述定值设定输出单元2可以包括：

设定子单元21，用于设定所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值，并通过其第一输出端输出所述MCR保护定值，通过其第二输出端输出所述HSISC保护定值；

延时子单元22，用于从所述脱扣单元4获取所述断路器的状态信号，并将所述状态信号延时输出；具体应用中，延时子单元22可以选用延时芯片；

切换输出子单元23，用于根据所述MCR保护定值、所述HSISC保护定值和所述状态信号，在所述断路器合闸瞬间输出所述MCR保护定值，之后再延时输出所述HSISC保护定值。所述切换输出子单元23的输出端即为所述定值设定输出单元2的输出端。

具体地，因为脱扣单元4启动时，会使断路器脱扣断开，而脱扣单元4未启动时，断路器会保持闭合，因此，从脱扣单元4就可以获取断路器的状态信号(断路器断开后脱扣单元4所在电路断开，与脱扣单元4相连的延时子单元22的输入端处为低电平，断路器闭合后，脱扣单元4所在电路导通，与脱扣单元4相连的延时子单元22的输入端处为高电平)，虽然断路器QF1闭合瞬间断路器闭合，但延时子单元22会将断路器闭合这一状态(高电平)延时输出至切换输出子单元23(一般情况下延时200ms)，也即切换输出子单元23在200ms之内还是接收的低电平而非高电平，切换输出子单元23接收低电平时会输出MCR保护定值，使得断路器合闸瞬间MCR保护起作用；200ms之后，延时子单元22将断路器闭合这一状态(高电平)输出至切换输出子单元23，此时切换输出子单元23接收高电平输出HSISC保护定值(延时了200ms)，也即断路器合闸一段时间后，HSISC保护才会起作用。通过上述设计避免了断路器QF1在合闸瞬间承受超出其极限的电流，以及防止了断路器QF1在工作状态时承受超出其极限的电流，可以最大限度保护继电器QF1，防止其损毁。

优选地，如图2所示，所述设定子单元21可以为D/A芯片或数字电位器。

具体地，设定子单元21可以选用D/A芯片MCP4728，D/A芯片MCP4728的引脚7即为设定子单元21的第一输出端，用于输出设定的MCR保护定值，其引脚6即为设定子单元21的第二输出端，用于输出HSISC保护定值，可以很方便的设定MCR保护定值和HSISC保护定值。

如图2所示，切换输出子单元23可以选用TS5A3159-Q1芯片，该芯片的引脚6即为切换输出子单元23的第三输入端，该芯片的引脚1和引脚3分别为切换输出子单元23的第一输入端和第二输入端，从设定子单元21接收MCR保护定值和HSISC保护定值，该芯片的引脚4即为切换输出子单元23的输出端，当延时子单元22向TS5A3159-Q1芯片的引脚6输入高电平时，该芯片的引脚4输出HSISC保护定值，当延时子单元22向TS5A3159-Q1芯片的引脚6输入低电平时，该芯片的引脚4输出MCR保护定值，实现了对断路器的分情况保护。

优选地，所述脱扣单元4可以包括驱动子单元41和致动器42；

所述驱动子单元41在所述比较单元3输出高电平时启动，驱动所述致动器42使所述断路器脱扣断开，反之不启动，以实现对所述断路器的MCR保护功能和HSISC保护功能。

具体地，现有技术中有很多可以驱动致动器的驱动电路，驱动子单元41可以选用其中任何一个电路来实现驱动功能。致动器42可以实现对断路器的精准控制，非常便捷准确。

实施例2

本实施例提供了一种断路器的脱扣电路，如图3所示，除了包括实施例1所述的信号转换单元1、定值设定输出单元2、比较单元3、脱扣单元4外，还包括：关断单元5，连接在所述比较单元3和所述脱扣单元4之间，用于在所述MCR保护定值或所述HSISC保护定值高于预设电压值时向所述脱扣单元4输出所述第一电平。

具体地，因为脱扣单元4只有在接收到第二电平(也即高电平)时才会使断路器断开，对断路器进行MCR保护或者HSISC保护，而关断单元5在MCR保护定值或HSISC保护定值高于预设电压值时，只能向脱扣单元4输出第一电平(低电平)，则脱扣单元4将不会启动使断路器脱扣断开，使得本实施例所述断路器的脱扣电路，可以根据用户的需求来启动或者关断脱扣单元4的MCR保护功能和HSISC保护功能，非常的人性化，提升了用户的体验度。

优选地，所述关断单元5可以包括：

关断子单元51，用于从所述定值设定输出单元2的输出端接收所述MCR保护定值或所述HSISC保护定值，并在所述MCR保护定值或所述HSISC保护定值高于预设电压时输出第一电平，反之输出第二电平；

与门52，其第一输入端与所述关断子单元51的输出端耦接，其第二输入端与所述比较单元3的输出端耦接，其输出端与所述脱扣单元4的输入端耦接；

当所述关断子单元51和所述比较单元3均输出高电平时，所述与门52向所述脱扣单元4输出高电平，当所述关断子单元51输出低电平时，所述与门52向所述脱扣单元4输出低电平，实现了所述脱扣单元4的所述MCR保护功能和HSISC保护功能的启动或关断。

具体地，与门52可以选用任何包含与门硬件电路设计的芯片，根据与门的特性，只有在两个输入端均输入高电平时，才会输出高电平。如果用户不需要断路器的MCR保护功能和HSISC保护功能，就可以使设定的MCR保护定值或HSISC保护定值高于预设电压，这样就会使关断子单元41输出低电平了，而关断子单元41输出低电平的情况下，即使比较单元3输出高电平，与门52也只会向脱扣单元4输出低电平，断路器的MCR保护功能和HSISC保护功能被关断，只有当设定的MCR保护定值或HSISC保护定值低于或等于预设电压时，关断子单元51才会输出高电平，启动断路器的MCR保护功能和HSISC保护功能，非常便捷。

优选地，如图4所示，所述关断子单元51可以包括：比较器U1、第一分压电阻R23、第二分压电阻R24、反馈电阻R25以及上拉电阻R26；

所述比较器U1的负向输入端与所述定值设定输出单元2的输出端耦接，所述第一分压电阻R23的一端接高电平，所述第一分压电阻R23的另一端与所述第二分压电阻R24的一端耦接，所述第二分压电阻R24的另一端接地，所述比较器U1的正向输入端同时与所述第一分压电阻R23和所述第二分压电阻R24的公共端以及所述反馈电阻R25的一端耦接，所述反馈电阻R25的另一端同时与所述比较器U1的输出端以及所述上拉电阻R26的一端耦接，所述上拉电阻R26的另一端接高电平，所述比较器U1的输出端即为所述关断单元4的输出端，所述第一分压电阻R23和所述第二分压电阻R24公共端处的电压即为所述预设电压。

具体地，比较器U1可以选用任何一种比较器芯片，比如LM2902芯片，如图4所示，高电平为5V，当第一分压电阻R23为100千欧，第二分压电阻R24为150千欧时，其公共端处的电压为3V，也即预设电压即为3V，只有当设定的MCR保护定值或者HSISC保护定值超过3V,也即比较器U1负向输入端(引脚2)的电压高于正向输入端(引脚3)的电压时，比较器U1才会通过输出端(引脚1)输出低电平，进而使得与输出端连接的与门52输出低电平，关断断路器的MCR保护功能和HSISC保护功能，非常便捷，控制精准。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种断路器的脱扣电路，其特征在于，包括：

信号转换单元(1)，用于采集电网线路中各个相线的电流信号并将所述电流信号转换成对应的直流电压信号后输出；

定值设定输出单元(2)，用于在断路器合闸瞬间输出预设的MCR保护定值和预设的HSISC保护定值；

比较单元(3)，用于将所述信号转换单元(1)输出的所述直流电压信号与所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值进行比较，当所述直流电压信号在所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值之间时输出第一电平，反之输出第二电平，所述第一电平不同于所述第二电平；以及

脱扣单元(4)，用于在所述比较单元(3)输出所述第二电平时使所述断路器断开。

2.根据权利要求1所述的脱扣电路，其特征在于，所述信号转换单元(1)包括：

多个采集子单元(11)，用于分别采集电网线路中的各个相线的电流信号；

多个信号转换子单元(12)，分别与所述多个采集子单元(11)连接，用于将所述采集子单元(11)输出的所述电流信号转换成直流电压信号。

3.根据权利要求2所述的脱扣电路，其特征在于，所述比较单元(3)包括：

多个比较子单元(31)，用于将所述多个信号转换子单元(12)输出的多个所述直流电压信号分别与所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值进行比较，当所述直流电压信号在所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值之间时输出第二电平，反之输出第一电平；

与非门(32)，其多个输入端分别与所述比较子单元(31)的输出端一一对应相接，其输出端是所述比较单元(3)的输出端。

4.根据权利要求3所述的脱扣电路，其特征在于，所述比较子单元(31)为窗口比较器。

5.根据权利要求1所述的脱扣电路，其特征在于，所述定值设定输出单元(2)包括：

设定子单元(21)，用于设定所述MCR保护定值和所述HSISC保护定值；

延时子单元(22)，用于从所述脱扣单元(4)获取所述断路器的状态信号，并将所述状态信号延时输出；

切换输出子单元(23)，用于根据所述MCR保护定值、所述HSISC保护定值和所述状态信号，在所述断路器合闸瞬间输出所述MCR保护定值，之后再延时输出所述HSISC保护定值。

6.根据权利要求5所述的脱扣电路，其特征在于，所述设定子单元(21)为D/A芯片或数字电位器。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的脱扣电路，其特征在于，还包括：关断单元(5)，连接在所述比较单元(3)和所述脱扣单元(4)之间，用于在所述MCR保护定值或所述HSISC保护定值高于预设电压值时向所述脱扣单元(4)输出所述第一电平。

8.根据权利要求7所述的脱扣电路，其特征在于，所述关断单元(5)包括：

关断子单元(51)，用于从所述定值设定输出单元(2)的输出端接收所述MCR保护定值或所述HSISC保护定值，并在所述MCR保护定值或所述HSISC保护定值高于预设电压时输出所述第一电平，反之输出所述第二电平；

与门(52)，其第一输入端与所述关断子单元(51)的输出端耦接，其第二输入端与所述比较单元(3)的输出端耦接，其输出端与所述脱扣单元(4)的输入端耦接。

9.根据权利要求8所述的脱扣电路，其特征在于，所述关断子单元(51)包括：比较器(U1)、第一分压电阻(R23)、第二分压电阻(R24)、反馈电阻(R25)以及上拉电阻(R26)；

所述比较器(U1)的负向输入端与所述定值设定输出单元(2)的输出端耦接，所述第一分压电阻(R23)的一端接高电平，所述第一分压电阻(R23)的另一端与所述第二分压电阻(R24)的一端耦接，所述第二分压电阻(R24)的另一端接地，所述比较器(U1)的正向输入端同时与所述第一分压电阻(R23)和所述第二分压电阻(R24)的公共端以及所述反馈电阻(R25)的一端耦接，所述反馈电阻(R25)的另一端同时与所述比较器(U1)的输出端以及所述上拉电阻(R26)的一端耦接，所述上拉电阻(R26)的另一端接高电平，所述比较器(U1)的输出端即为所述关断单元(4)的输出端，所述第一分压电阻(R23)和所述第二分压电阻(R24)公共端处的电压即为所述预设电压。3 -->