CN1047481C - 三相过电流保护回路 - Google Patents

Abstract

具有三相限流熔断器(6A-6C)和与之相连的一个负荷开关(5)的过电流保护回路，该过电流保护回路包括延时装置(8)，当熔化信号输入到至少一相的限流熔断器，并且在熔化信号也输入到余下的其它相的限流熔断器以后，该延时装置用以激励跳闸线圈(9)，并打开所述负荷开关(5)。

Description

三相过电流保护回路

本发明涉及一种三相过电流保护回路，它由限流熔断器和一个负荷开关组合而成，用以保护电气回路。

因为短路电流不能只用负荷开关切断，由限流熔断器和一个负荷开关组合提供一种经济的设备，用以切断短路电流并保护电气回路。限流熔断器的损坏范围，是由过电流通过的时间及重复通过的次数决定。在此范围内，不可预见的熔断或相遮断有可能发生。在此，在限流熔断器的基本应用中，由于在限流熔断器的熔化特性中的比较小的熔化电流范围内，由于过电流的变化使熔化时间的变化和改变是比较大的，所以限流熔断器只用来保护短路。过电流基本上是由其它装置，如三相负荷开关来保护的。

上面谈到的限流熔断器的特性在按限流熔断器的标准中说明了。例如，在日本工业标准JIS的C4606-1988中第4页倒数第4至9行，限流熔断器的特性的变化允许±20％。

然后，一台负荷开关与限流熔断器一起使用的开断特性，特别是表明开断能力的开断特性，由在标准中所规定的回路条件下，所能切断的电流极限值来表示，例如，在CA605-1987的第17页规定在负荷电流开断试验中的负荷的功率因数为0.65-0.75。并且开断特性也固定在该功率因数范围内。

在超出上述功率因数范围的其它功率因数下开断特性(例如一个激励电流的功率因数约等于0.1)示于下表中。

表         (单位：安培)

额定电流	100	200	300	400	600
						1)额定负荷电流开断能力	100	200	300	400	600
2)额定激励电流开断能力	5	10	15	20	30
						3)额定充电电流开断能力	10

表中，对于第1)种情况，功率因数为0.65-0.75，对于第2)种情况，其功率因数低于情况1)的数值，在JISC4605-1987中17页的第一行中说明。

由该表可以看到，额定激励电流开断能力基本上降低到负荷电流开断能力的1/20。在JISC4620-1992的第16页中图4，以及该标准中的第30页中叙述了采用限流熔断器和一个负荷开关的PF.S形式的布线及回路元件连接结线。其中讲到，可通过一个称为撞针的，限流熔断器的熔体连接部分，在熔体熔化的时间内执行预定的机械操作，机械地和自动地跳开负荷开关，使开断电流的范围扩大，并实现由于限流熔断器熔化造成相开断的保护。

如果在相间短路，例如在一个变压器二次侧部分和MCCB(模制壳断路器)之间短路，短路电流在该变压器的二次侧部分中流动，过电流也在该变压器一次侧部分中流动。则三相负荷开关在限流熔断器熔化后0.05-0.2秒打开。

但是，由于一次侧部分过电流数值是在小熔化电流范围内，熔化时间有0.3-1.5秒的大范围变化。在变压器的二次侧的短路中，甚至仅有三相当中的一相被熔化时三相负荷开关是由熔化的限流熔断器的撞针打开的。此外，在负荷开关中，利用熔断器未熔断的其它相的开关去开断过电流。

尽管在变压器二次侧部分发生短路时一次侧部分过电流的功率因数根据变压器的条件而改变，功率因数通常约等于0.1。对于功率因数等于0.1的情况，由于该功率因数值已超出负荷开关的特性，所以过电流便不能被开断。

然后，由试验证实了这种相间短路的严重故障发生的概率低，因为负荷开关在上述条件下不能开断过电流。

本发明在考虑到上述的一些问题以后做出，目的在于提供一个安全的过电流保护回路，用以防止在三相负荷开关中产生电弧短路。

为此，本发明提供一种三相过电流保护回路，包括：限流熔断器，用于三相中的每一相；负荷开关，用于开断三相负荷电流；跳闸线圈，用于打开所述负荷开关；延时装置，用于在与其中一个限流熔断器操作后的一个预定时间相对应的一延时时间后激励所述跳闸线圈；继电器装置，用于当所有限流熔断器动作后直接激励所述跳闸线圈。

本发明的过电流保护回路将从限流熔断器熔化到一负荷开关开始动作的这段时间延长到超过限流熔断器的分散的熔化时间的最大值。

因此，由于本发明的三相负荷开关是在所有三相限流熔断器都熔化以后才打开，避免了不能开断和相间短路，从而提高了过电流保护回路的安全性。

图1示出本发明的一个实施例的过电流保护回路。

图2示出本发明另一个实施例的过电流保护回路。

图3为示于图1中的限流熔断器的特性曲线。

图4为示于图1的限流熔断器纵剖面图。

图5为示于图2的限流熔断器纵剖面图。

由用于过电流保护回路的负荷开关中相间电弧短路试验中确认了下述事实。

(1)在将如变压器、马达等接到负荷开关和限流熔断器的负荷侧，使回路的功率因数降低的情况下，在故障中，有时会发生相间短路。

(2)在每相限流熔断器具有如图3所示熔化时间的变化时，会发生相间短路。

例如在短路故障中三相限流熔断器中的一个熔断器首先熔化，随后，一个三相负荷开关打开。但是，由于其它两相的限流熔断器处在熔化的过程中，并且又有一个低功率因数的变压器接到二次侧，使过电流保护回路的功率因数低于一般的回路。

通常，负荷开关的特性按照功率因数为0.65-0.75的范围内进行开断操作来设定。当功率因数低于此范围时，由于电压相位与电流相位的差别，开断电流显著降低。已证实，在功率因数降低，并且限流熔断器不熔化的条件下，当连到处于熔化过程的限流熔断器的负荷开关开断时，会发生相间短路。因为负荷开关不能完全地断开电弧。

参照图1至图3说明用本发明来防止相间短路的实施例。图1和图2给出本发明的过电流保护回路，图3给出熔化特性曲线，其中横轴表示熔化时间t，纵轴表示熔化电流i，点划线表示熔化特性的允许极限。在每个过电流保护回路带有限流熔断器的负荷开关的结构分别由图4和图5示出。

变压器1的二次侧部分1A连到多个负荷，如经过供给负荷的电路2连到马达3。对于负荷侧，这些回路具有低的功率因数，由于像调相器、马达3及变压器1，它们各自都连有一个自电抗。

在变压器1的一次侧1B的电力系统4之间连有三相负荷开关5及限流熔断器6A、6B及6C对于限流熔断器6的熔化时间，例如，6A，在熔化电流i1下，分布在如图3所示的t1-t2-t3范围内。当限流熔断器6A的撞针6D动作时，第一延时继电器7动作，电流流入延时回路8，跳闸线圈9被激磁，负荷开关5被打开。其中数字10表示直流电源。

延时回路8是一个计时器，在比t3略迟后的t4时间通过电流，而t3为限流熔断器的最后的熔化时间。当限流熔断器6A、6B和6C的三个撞针6D在时间t5同时动作时，第2继电器7X使跳闸线圈9中通过电流，打开负荷开关5。

延时回路8是一种“与”电路，因为线圈9中流过电流，并且当限流熔断器6A、6B和6C全部熔化信号输入后，打开负荷开关5。

当在负荷电路2中的O地点发生一短路故障，便有短路电流流过。然后限流熔断器6A熔化，熔断器6A的撞针6D沿图中箭头方向弹出。但是由于延时回路8中在限流熔断器6B和6C的熔化时间t2和t3之后的时间t4有电流流过，激励并跳闸线圈9，打开负荷开关5，这个回路的安全性得到很大改善。

此外，并一旦限流熔断器6A、6B和6C在同一个熔化时间t5，对应熔化电流i1、i2和i3同时熔化，所有相的第二继电器7X动作，激励跳闸线圈9，随即打开负荷开关5，便可以防止在负荷侧事故扩大，同时也提高了回路的安全性。

参照图4可以解释示于图2的三相负荷开关5的具体结构。因为三相的结构是相同的，现对由限流熔断器6A及与之相连的负荷开关(或具有延时功能的负荷开关组成的过电流保护的结构进行说明。

限流熔断器6A可拆卸地安装在负荷侧端子6F和电源侧端子6E之间，两个端子均由绝缘子6G支撑。在限流熔断器6A熔化后，撞针6D沿图中箭头方向弹出，负荷开关5的操作机构部分20动作，将与闭锁装置21的啮合释放开。与静触头(图中未示出)接触的一个动触头22反时针方向旋转，使端子6E和电力系统4之间的连接断开。

在撞针6D沿图中箭头方向弹出后，杆25沿图示点划线方向运动，绝缘操作杆27由于连杆26逆时针方向转动而向左方向运动。继电器杆28在绕继电器轴28X旋转过程中，继续推动第一延时继电器7。然后，在时间t4以后，电流流过延时回路8并激励跳闸线圈9，跳闸线圈9又沿顺时针方向推动闭锁装置21。然后图中继电器轴28X便固定到底盘40上。

闭锁装置21靠闭锁装置轴21X的支承沿顺时针方向旋转，并将闭锁装置钩部分21B与保持杆轴29释脱开。然后，当保持杆29在保持轴29X支承下旋转时，保持连杆29B及绝缘操作杆29C逆时针方向旋转，并且由逆时针方向转动与灭弧室30中的静触头接触的动触头22来切断端子6E和电力系统4之间的连接。电力系统4通过连接到动触头22的电气连接部分22A连接到电源侧的端6E。

因为对于动触头22与静触头接触的情况，各元件只要如上述图中箭头相反的方向动作，因此，相反方向动作的情况就不进行解释了。

对于示于图5的负荷开关5A的结构，与示于图4的负荷开关中相同的元件的说明予以省略，只说明与图4中不同的元件。

即是，继电器杆28在以继电器轴28X为轴旋转的过程中，转动在轴31X上的杆31。并推动一个阻尼器32。阻尼器32对旋转的杆31在时间t4后起作用，作为延时回路8，杆31的转动使闭锁装置21运动，并且如上述图4所述动作，由于与静触头接触的动触头22以逆时针方向动作，开断端子6E与电力系统4的连接。

因为对于动触头22与静触头接触的情况，各元件只要如上述图中箭头相反的方向动作即可，不再解释反方向动作的情况。

操作机构部分20的组成简单并且容易组成，提高了组装20时的效率。这是由于可以用在20的一个部分上装备阻尼器32的办法来组成20部分。

根据本发明，由于三相负荷开关是在所有的三个相的限流熔断器都熔化以后才打开，因此，可防止电气连接不能开断的可能性或发生相间短路的可能性，从而提高了回路的安全性。

Claims (8)

1．一种三相过电流保护回路，包括：

限流熔断器，用于三相中的每一相；

负荷开关，用于开断三相负荷电流；

其特征在于，它还包括：

跳闸线圈，用于打开所述负荷开关；

延时装置，用于在与其中一个限流熔断器操作后的一个预定时间相对应的一延时时间后激励所述跳闸线圈；

继电器装置，用于当所有限流熔断器动作后直接激励所述跳闸线圈。

2．根据权利要求1的三相过电流保护回路，其特征在于，还包括：

开关打开装置，用于当所有所述限流熔断器都几乎同时熔化时激励所述跳闸线圈，并打开所述负荷开关。

3．根据权利要求2的三相过电流保护回路，其特征在于，当所述一个限流熔断器熔化并且用于所述一个限流熔断器的一个撞针弹出时，在余下的其它相的限流熔断器熔化并且余下的其它相的限流熔断器的撞针弹出后，所述延时装置激励所述跳闸线圈并打开所述负荷开关。

4．根据权利要求1的三相过电流保护回路，其特征在于，一个三相负荷开关用做为所述负荷开关。

5．根据权利要求1的三相过电流保护回路，其特征在于，由所述限流熔断器中最先熔化的一个限流熔断器和最后熔化的一个限流熔断器的熔化时间，以及撞针的动作时间确定所述延时。

6．根据权利要求1至5中任何一项的三相过电流保护回路，其特征在于，有至少一个电容和一个自感之一的一个回路连接到所述负荷开关的二次侧和所述限流熔断器。

7．根据权利要求1的三相过电流保护回路，其特征在于，还包括：

每相一个静触头与电源侧端子电连接，一个动触头通过一个操作机构可以与所述电源连接或断开；

每相一个限流熔断器，插入到所述电源侧端子和负荷侧端子中间；

每相一个撞针，提供在所述负荷侧端子上，当三相限流熔断器中至少对应所述相的一相熔化时，所述撞针弹出；

每相一个继电器，由所述撞针操作；

其中所述延时装置通过所述继电器的操作开始操作并激励使所述操作机构部分动作的所述跳闸线圈，并且所述动触头由所述操作机构部分的所述操作使之与在电源侧的静触头电气上断开。

8．根据权利要求1的三相过电流保护回路，其特征在于，还包括：

每相一个限流熔断器，插入在所述电源侧端子和负荷侧端子之间，并各有一个撞针，当对应的限流熔断器熔化时弹出；

一个三相负荷开关，用于分断三相负荷电流，每一相具有一个电连接到电源侧端子的静触头和一个可与所述静触头连接和断开的动触头；

一个操作机构部分，所述撞针作用于其上；

一个闭锁装置，与所述操作机构部分耦连，用于保持所述负荷开关闭合，直到该闭锁装置被所述操作机构部分操作，从而动触头从静触头释放，负荷开关打开；以及

一个阻尼器，与所述操作机构部分耦连，用于延迟操作机构部分的运动，直到所有三个撞针的力通过操作机构部分共同作用于该阻尼器上，使得由操作机构部分对闭锁装置的操作被禁止，直到最后熔化的限流熔断器的撞针弹出。

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