CN105977114A - 熔断器及熔断检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力自动化技术领域，主要涉及一种用于电力线路的熔断器，所述熔断器包括熔管和位于所述熔管中的熔丝，所述熔断器还包括熔断检测装置以用于在熔断器故障时输出报警信号以指示故障状态，其中所述熔断检测装置包括：光电检测单元，所述光电检测单元用于检测熔断器故障时所述熔管中发出的光，并在检测到光时生成光电检测信号作为所述报警信号；和/或烟雾检测单元，所述烟雾检测单元用于检测熔断器故障时所述熔管中产生的烟雾，并在检测到烟雾时生成烟雾检测信号作为所述报警信号。

Description

熔断器及熔断检测装置

技术领域

本发明涉及电力自动化技术领域中的熔断器，尤其涉及一种电力传输线路中的高压熔断器，该熔断器能够自动判断线路熔断故障点。

背景技术

高压熔断器集短路保护、过载及隔离电路的功能为一体，主要用于高压输电线路、电压变压器、等电器设备的过载和短路保护，是配电线路分支线和配电变压器最常用的一种短路保护开关，它具有经济、操作方便等特点，被广泛应用于配电线路和配电变压器一侧。

高压熔断器串联在电路中使用，当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断来断开电路，作为短路和过电流的保护器，用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。

常用的高压熔断器有两大类：一类是户内高压限流熔断器，主要用于保护电力线路、电力变压器和电力电容器等设备的过载和短路，另一类是户外高压喷射式熔断器，此类熔断器在熔体熔断产生电弧时，电弧烧损反白纸产气吹拉长电弧，弧感抗改变相位，正好电流过零时产生零休，才能断开电路，限流作用不明显。常用的为跌落式熔断器，在一定条件下还可以分断和关合空载，架空线路、空载变压器和小负荷电流。

跌落式熔断器由绝缘支座、动静触头、熔丝管三部分组成。静触头安装在绝缘支座两端，熔丝管由内层的消弧管和外层的酚醛纸管或还氧玻璃纤维布管组成。当电力系统发生故障时，故障电流将熔丝迅速熔断，在熔管内产生电弧，熔丝管在电弧的作用下产生大量的气体，当气体超过给定的压力值时，释压片即随钮扣头打开，减轻了熔丝管内的压力，在电流过零时产生强烈的去游离作用，使电弧熄灭。而当气体未超过给定的压力值时，释压片不动作，电流过零时产生的强烈去游离气体从下喷口喷出，弹出板迅速将熔丝尾线拉出，使电弧熄灭。熔丝熔断后，活动关节释放，熔丝管在上静触头下弹片的压力下，加上本身自重的作用迅速跌落，将电路切断，形成明显的分断间隙。

以上所述现有技术中的高压熔断器虽然拥有各自的特性和应用场合，但是当线路发生熔断故障时，都无法确定线路上发生熔断故障的具体地点，导致无法实时更换发生故障熔断器，也就无法恢复线路通畅。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于电力线路的熔断器，克服了传统技术中存在的当线路发生熔断故障时，无法实时检测故障发生点的问题。

根据上述目的，本发明提供一种用于电力线路的熔断器，所述熔断器包括熔管和位于所述熔管中的熔丝，所述熔断器还包括熔断检测装置以用于在熔断器故障时输出报警信号以指示故障状态，其中所述熔断检测装置包括：光电检测单元，所述光电检测单元用于检测熔断器故障时所述熔管中发出的光，并在检测到光时生成光电检测信号作为所述报警信号；和/或烟雾检测单元，所述烟雾检测单元用于检测熔断器故障时所述熔管中产生的烟雾，并在检测到烟雾时生成烟雾检测信号作为所述报警信号。

在一实施例中，所述熔断检测装置包括所述光电检测单元和所述烟雾检测单元，所述熔管的侧壁上设有光检测窗口和烟雾检测窗口，所述熔断检测装置设置于所述熔管外侧以使得所述光电检测单元与所述光检测窗口相对准以及所述烟雾检测单元与所述烟雾检测窗口相对准。

在一实施例中，所述熔管由非透光材料制成。

在一实施例中，所述熔断检测装置还包括微控制器，所述微控制器用于接收所述报警信号并响应于收到所述报警信号输出故障状态消息。

在一实施例中，所述微控制器在熔断器正常工作时处于休眠状态，响应于收到所述报警信号被唤醒以输出所述故障状态消息。

在一实施例中，所述熔断器还包括供电电源，为所述熔断器供电。

在一实施例中，供电电源是太阳能和/或锂电池。

在一实施例中，所述熔断器还包括与所述微控制器相耦合的故障接点输出端子，以用于连接外围通信设备以传输所述故障状态消息。

在一实施例中，所述熔断器还包括与所述微控制器相耦合的无线通信单元，以用于以无线方式传输所述故障状态消息。

在一实施例中，所述烟雾检测单元包括：发光单元；第一光敏电路，所述发光单元发出的光照射所述第一光敏电路，所述第一光敏电路的输出端的电压与所述第一光敏电路接受到的光照强度成正比；以及第一三极管，所述第一三极管的集电极经由集电极电阻耦接至电源电压，发射极接地，基极耦接至所述第一光敏电路的输出端，当所述熔管中产生烟雾时，所述第一光敏电路的输出端的电压随接受到的光照强度的减弱而降低从而使所述第一三极管截至，所述第一三极管的集电极的电压切换为高电平以作为所述烟雾检测信号。

在一实施例中，所述第一光敏电路包括光敏三极管和第一电阻，所述光敏三极管的集电极经由所述发光单元耦接至电源电压，发射级通过所述第一电阻接地，所述光敏三极管的内阻与接受到的光照强度成反比，所述第一光敏电路的输出端的电压为所述光敏三极管的发射级电压。

在一实施例中，所述发光单元为发光二极管。

在一实施例中，所述发光二极管发出的光照强度和流经所述发光二极管的电流成正比。

在一实施例中，所述第一光敏电路的输出端与所述第一三极管的基级之间设有缓冲电容，所述缓冲电容的第一端耦接于所述第一光敏电路的输出端与所述第一三极管的基级之间，第二端接地。

在一实施例中，所述第一光敏电路的输出端与所述缓冲电容之间连接有隔断二极管，所述隔断二极管的正端耦接至所述光敏电路的输出端，负端耦接至所述缓冲电容的第一端。

在一实施例中，所述光电检测单元包括：第二光敏电路，所述第二光敏电路的输出端的电压与所述第二光敏电路接受到的光照强度成正比；第二三极管，所述第二三极管的基级与所述第二光敏电路的输出端耦接，集电极耦接至电源电压，发射级经由发射级电阻接地，当所述第二光敏电路的输出端的电压随着受到光照而增大至使所述第二三极管导通时，发射级输出高电位以作为所述光电检测信号。

在一实施例中，所述第二光敏电路包括光敏二极管和第二电阻，所述光敏二极管的正极耦接至电源电压，负极通过所述第二电阻接地，所述光敏二极管的电阻值同接受的光照成正比。

本发明还提供一种用于熔断器的熔断检测装置，所述熔断检测装置为上述的熔断检测装置。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1示出了本发明熔断器的结构示意图；

图2示出了本发明熔断器的原理框架图；

图3示出了本发明烟雾检测单元的电路原理图；以及

图4示出了本发明光电检测单元的电路原理图。

具体实施方式

请参见图1，图1示出了本发明熔断器10的结构示意图。如图1所示，熔断器10包括熔管1、熔丝2和熔断检测装置9，熔断检测装置9包括光电检测单元3、烟雾检测单元4、电源5、故障硬接点6、无线通信模块7、微控制器8。

熔断检测装置9置于熔管1外部，与熔管1贴合，其内部的光电检测单元3和烟雾检测单元4贴合于熔管1外壁上。熔管1上与光电检测单元3和烟雾检测单元4对应处设置有开口41、开口42，以便使光电检测单元3和烟雾检测单元4能够感测熔管1内的环境变化。当熔断器10中熔丝2发生故障时，熔管1中出现光照、烟雾。光电检测单元3能够感测到光照，并生成光电检测信号作为报警信号。烟雾检测单元4能够感测到烟雾，并生成烟雾检测信号作为所述报警信号。光电检测单元3和烟雾检测单元4同时检测，提高了检测结果的可靠性。本发明示出了同时包括光电检测单元3和烟雾检测单元4的技术方案，但是只包含光电检测单元3或者只包括烟雾检测单元4的技术方案也在本发明的保护范围内。

请参考图2，图2示出熔断器10的原理框架图，微控制器8接收光电检测单元3和烟雾检测单元4的输出信号，判断出线路是否故障，并通过故障硬接点6连接外围通信设备以传输所述故障状态消息，或者通过无线通信单元7无线传输所述故障状态消息。另设电源5给整个熔断器10供电，电源5可以选用太阳能电池和/或锂电池。

请参考图3，图3示出了烟雾检测单元4的电路原理图，其包括发光单元101、第一光敏电路102和第一三极管103，发光单元101发出的光照射第一光敏电路102，第一光敏电路102的输出端的电压与第一光敏电路102接受到的光照强度成正比，第一三极管103的集电极经由集电极电阻104耦接至电源电压，发射极接地，基极耦接至所述第一光敏电路的输出端。

当熔管1中产生烟雾时，第一光敏电路102接受到的光照减小，其输出端的电压降低从而使第一三极管103截至，第一三极管103的集电极的电压切换为高电平以作为烟雾检测信号。

在一实施例中，第一光敏电路102包括光敏三极管105和第一电阻106，光敏三极管105的集电极经由发光单元101耦接至电源电压，发射级通过第一电阻106接地，光敏三极管105的内阻与接受到的光照强度成反比，第一光敏电路102的输出端的电压为光敏三极管105的发射级电压。发光单元101为发光二极管，且发出的光照强度和流经的电流成正比。这时，当熔管1中产生烟雾时，光敏三极管105接受光照减小，电阻升高，电路电流减小，发光二极管101由于流经电流减小，发光强度降低，更进一步使得光敏三极管105接受光照减小，从而形成正反馈电路。使得检测结果更加快速、可靠。

在一实施例中，第一光敏电路102的输出端与第一三极管103的基级之间设有缓冲电容107，其第一端耦接于第一光敏电路102的输出端与第一三极管103的基级之间，第二端接地。缓冲电容107的加入可以使得当输入端电压突然升高时，输出端电压不会随之猛然升高，增强了检测结果的抗干扰能力。

在一实施例中，第一光敏电路102的输出端与缓冲电容107之间连接有隔断二极管108，隔断二极管108的正端耦接至第一光敏电路102的输出端，负端耦接至缓冲电容107的第一端。隔断二极管108避免了缓冲电容107由于自放电而对第一光敏电路102的输出电位产生影响，有利于最终检测结果的准确性。

当熔管1中无烟雾时，发光二极管101以设定好起始电流导通发光，光信号被光敏三极管105接收后内阻减小，使发光二极管101和光敏三极管105电路的电流增大，发光二极管101光亮强度相应增大，光敏三极管105内阻相应减小，如此循环形成正反馈，直至使第一电阻106上产生足够压降使第一三极管103导通，使输出烟雾检测信号109为低电平，此时，微控制器8识别为正常状态。缓冲电容107起到防止瞬间烟雾干扰的作用。当熔管1中烟雾突然增大时，环境中透光性减弱，光敏三极管105接收到的光亮减小，内阻增大，第一光敏电路102中的电流减小，发光二极管101亮度随之减弱，如此形成负反馈过程，使第一光敏电路102中电流减小到起始电流，第一电阻106上电压逐渐降低，第一三极管103截止，输出烟雾检测信号109为高电平，至微控制器8识别为故障状态。

请参考图4，图4示出了光电检测单元3的电路原理图，其包括第二光敏电路201，其输出端的电压与其接受到的光照强度成正比，第二三极管202，其基级与第二光敏电路201的输出端耦接，集电极耦接至电源电压，发射级经由发射级电阻203接地。

当第二光敏电路201的输出端的电压随着受到光照而增大至使第二三极管202导通时，发射级输出高电位以作为所述光电检测信号。

在一实施例中，第二光敏电路201包括光敏二极管204和第二电阻205，光敏二极管204的正极耦接至电源电压，负极通过第二电阻205接地，光敏二极管204的电阻值同接受的光照成正比。

当熔管1中无光时，光敏二极管204不导通，第二三极管202截止，输出光电检测信号206为低电平，微控制器8识别为正常状态。当熔管1中有光照时，光敏二极管204受光后内阻迅速减少，第二电阻205流经电流迅速增大，第二三极管202基级电压增大，以至第二三极管202导通，第二三极管202发射极输出光电检测信号206为高电平，至微控制器8识别为故障状态。其中电路对光照的敏感程度是通过第二电阻205调节，可以提高第二电阻205的阻值，以使得电路对光照更加敏感。

本发明克服了传统技术中存在的当线路发生熔断故障时，无法实时检测故障发生点的问题，为电力线路的快速修复提供了基础。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (18)

1.一种用于电力线路的熔断器，所述熔断器包括熔管和位于所述熔管中的熔丝，其特征在于，所述熔断器还包括熔断检测装置以用于在熔断器故障时输出报警信号以指示故障状态，其中所述熔断检测装置包括：光电检测单元，所述光电检测单元用于检测熔断器故障时所述熔管中发出的光，并在检测到光时生成光电检测信号作为所述报警信号；和/或烟雾检测单元，所述烟雾检测单元用于检测熔断器故障时所述熔管中产生的烟雾，并在检测到烟雾时生成烟雾检测信号作为所述报警信号。

2.如权利要求1所述的用于电力线路的熔断器，其特征在于，所述熔断检测装置包括所述光电检测单元和所述烟雾检测单元，所述熔管的侧壁上设有光检测窗口和烟雾检测窗口，所述熔断检测装置设置于所述熔管外侧以使得所述光电检测单元与所述光检测窗口相对准以及所述烟雾检测单元与所述烟雾检测窗口相对准。

3.如权利要求2所述的用于电力线路的熔断器，其特征在于，所述熔管由非透光材料制成。

4.如权利要求1所述的用于电力线路的熔断器，其特征在于，所述熔断检测装置还包括微控制器，所述微控制器用于接收所述报警信号并响应于收到所述报警信号输出故障状态消息。

5.如权利要求4所述的用于电力线路的熔断器，其特征在于，所述微控制器在熔断器正常工作时处于休眠状态，响应于收到所述报警信号被唤醒以输出所述故障状态消息。

6.如权利要求1所述的用于电力线路的熔断器，其特征在于，所述熔断器还包括供电电源，为所述熔断器供电。

7.如权利要求6所述的用于电力线路的熔断器，其特征在于，供电电源是太阳能和/或锂电池。

8.如权利要求5所述的用于电力线路的熔断器，其特征在于，所述熔断器还包括与所述微控制器相耦合的故障接点输出端子，以用于连接外围通信设备以传输所述故障状态消息。

9.如权利要求5所述的用于电力线路的熔断器，其特征在于，所述熔断器还包括与所述微控制器相耦合的无线通信单元，以用于以无线方式传输所述故障状态消息。

10.如权利要求1所述的用于电力线路的熔断器，其特征在于，所述烟雾检测单元包括：

发光单元；

第一光敏电路，所述发光单元发出的光照射所述第一光敏电路，所述第一光敏电路的输出端的电压与所述第一光敏电路接受到的光照强度成正比；以及

第一三极管，所述第一三极管的集电极经由集电极电阻耦接至电源电压，发射极接地，基极耦接至所述第一光敏电路的输出端，

当所述熔管中产生烟雾时，所述第一光敏电路的输出端的电压随接受到的光照强度的减弱而降低从而使所述第一三极管截至，所述第一三极管的集电极的电压切换为高电平以作为所述烟雾检测信号。

11.如权利要求10所述的用于电力线路的熔断器，其特征在于，所述第一光敏电路包括光敏三极管和第一电阻，所述光敏三极管的集电极经由所述发光单元耦接至电源电压，发射级通过所述第一电阻接地，所述光敏三极管的内阻与接受到的光照强度成反比，所述第一光敏电路的输出端的电压为所述光敏三极管的发射级电压。

12.如权利要求11所述的用于电力线路的熔断器，其特征在于，所述发光单元为发光二极管。

13.如权利要求12所述的用于电力线路的熔断器，其特征在于，所述发光二极管发出的光照强度和流经所述发光二极管的电流成正比。

14.如权利要求10所述的用于电力线路的熔断器，其特征在于，所述第一光敏电路的输出端与所述第一三极管的基级之间设有缓冲电容，所述缓冲电容的第一端耦接于所述第一光敏电路的输出端与所述第一三极管的基级之间，第二端接地。

15.如权利要求14所述的用于电力线路的熔断器，其特征在于，所述第一光敏电路的输出端与所述缓冲电容之间连接有隔断二极管，所述隔断二极管的正端耦接至所述光敏电路的输出端，负端耦接至所述缓冲电容的第一端。

16.如权利要求1所述的用于电力线路的熔断器，其特征在于，所述光电检测单元包括：

第二光敏电路，所述第二光敏电路的输出端的电压与所述第二光敏电路接受到的光照强度成正比；

第二三极管，所述第二三极管的基级与所述第二光敏电路的输出端耦接，集电极耦接至电源电压，发射级经由发射级电阻接地，

当所述第二光敏电路的输出端的电压随着受到光照而增大至使所述第二三极管导通时，发射级输出高电位以作为所述光电检测信号。

17.如权利要求16所述的用于电力线路的熔断器，其特征在于，所述第二光敏电路包括光敏二极管和第二电阻，所述光敏二极管的正极耦接至电源电压，负极通过所述第二电阻接地，所述光敏二极管的电阻值同接受的光照成正比。

18.一种用于熔断器的熔断检测装置，其特征在于，所述熔断检测装置为权利要求1-17中任一项所述的熔断检测装置。