CN106329507B

CN106329507B - 一种scb后备保护器及其控制方法

Info

Publication number: CN106329507B
Application number: CN201610897444.9A
Authority: CN
Inventors: 陈国丰; 纪海鹰; 周方林
Original assignee: ZHEJIANG REYUN ELECTRIC Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG REYUN ELECTRIC Co Ltd
Priority date: 2016-10-15
Filing date: 2016-10-15
Publication date: 2018-08-24
Anticipated expiration: 2036-10-15
Also published as: CN106329507A

Abstract

本发明公开了一种SCB后备保护器以及控制方法，其包括平板式放电间隙组件包括上电极、下电极以及设于上、下电极之间的中间绝缘层；上电极的一端与输出端子相连，下电极的一端与动触头相连；上电极在电气上与电流脱扣装置的线圈的一端相连；还包括三极管以及比较器总成；三极管的c极与e极在电气上分别与线圈以及动触头相连；比较器总成的输入端与动触头相连，发生器包括第一输出端和第二输出端，第一输出端在电气上与三极管的b极相连，第二输出端在电气上与平板式放电间隙组件相连；比较器总成比较电流的参数，判断电流参数属于工频电流的选择第一输出端放电导通三极管，属于雷电流的选择第二输出端放电触发平板式放电间隙组件放电；本发明具有：采用电子双回路式结构进行触发、具有反应灵敏，极大程度的保护了浪涌保护器。

Description

一种SCB后备保护器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种SCB后备保护器。

背景技术

在实际使用过程中电涌保护器（SPD）中可能会因为短路，导致电涌保护器（SPD）失效和燃烧短路。故此，相关领域人员将断路器或熔断器等过流保护装置与电涌保护器一同使用，起到保护电涌保护器的作用。然而断路器或熔断器与电涌保护器（SPD）的工作电流不匹配，因此常常会出现在断路器或熔断器未动作之前，电涌保护器（SPD）已经失效和燃烧短路，故此起不到保护电涌保护器（SPD）的效果。

因此，市面上出现了一种SCB后备保护器，用于保护电涌保护器（SPD）。该SCB后备保护器的结构，请参见中国专利公开号为102568966，公开了一种用于电涌保护器后备保护的断路器，包括上、下接线装置、由静触头、动触头、触头支持、锁扣、心轴、跳扣、传动连杆以及杠杆组成的触头连动装置、由手柄和心轴组成的操作机构、由顶杆、线圈、动铁芯与磁轭构成的电流脱扣装置和灭弧室，其特征在于：所述的线圈的两端并接一平板式火花间隙；所述的平板式火花间隙由主放电间隙和触发间隙构成；所述的主放电间隙由第一电极和第二电极构成；所述的第一电极为平板式电极，利用所述的磁轭部件，放电面为其外平面，所述的磁轭在电气上与所述线圈的一端相连；所述的第二电极由所述的下接线装置的连接板的延伸部分构成，延伸方向与所述的第一电极平行，所述的第二电极在电气上与所述的线圈的另一端相连。

此种结构的SCB后备保护器工作原理如下：当电涌保护器出现短路故障时，并联在线圈两端上的平板式火花间隙的触发间隙不能触发其主放电间隙，短路电流（又称工频电流）只能通过电流脱扣装置的线圈，电流脱扣装置在短路电流作用下，推动锁扣运动，在储能弹簧的反作用力下使触头连动装置的动触头与静触头分离，将故障的电涌保护器与系统隔离开。当电涌出现时，最初流入电涌后备保护断路器的电涌电流是经过电流脱扣装置的线圈，高频电涌电流在线圈两端立即产生较高的感应电压，当感应电压达到平板式火花间隙的触发间隙的放电电压时，触发间隙击穿放电，进一步导致平板式火花间隙的主放电间隙击穿放电，此后，大部分电涌能量将由平板式火花间隙泄放。

此种SCB后备保护器仅仅只是在理论上可以起到保护电涌保护器的作用；在实际过程中电流更加复杂，此种结构由于是纯机械式结构（即主放电间隙与触发间隙的结构及运作的原理），并不能识别通过的电流是雷电流还是工频电流（短路电流），故此会存在反应不灵敏的情况，因此也无法确保能够保护电涌保护器。故此，如何设计一种反应更加灵敏的SCB后备保护器是很有必要的。

发明内容

本发明针对以上问题，提供一种SCB后备保护器。

本发明的发明目的通过以下方案实现：一种SCB后备保护器，其包括输入端子、输出端子、动触头、静触头、操作机构、电流脱扣装置以及平板式放电间隙组件；其中，平板式放电间隙组件包括上电极、下电极以及设于上、下电极之间的中间绝缘层；上电极的一端与输出端子相连，下电极的一端与动触头相连；上电极在电气上与电流脱扣装置的线圈的一端相连；还包括三极管以及比较器总成；三极管的c极与e极在电气上分别与线圈以及动触头相连；比较器总成的输入端与动触头相连，比较器总成包括第一输出端和第二输出端，第一输出端在电气上与三极管的b极相连，第二输出端在电气上与平板式放电间隙组件相连；比较器总成比较电流的参数，判断电流参数属于工频电流的选择第一输出端放电导通三极管，属于雷电流的选择第二输出端放电触发平板式放电间隙组件放电。

现有技术中主要采用的是物理式结构，在出现工频电流时，短路电流只能通过电流脱扣装置的线圈，此时现实脱扣装置在短路电流的作用下顶杆伸出实现脱扣。在出现雷电流时，雷电流在线圈两端产生感应电压，当感应电压达到平板式火花间隙的触发间隙的放电电压时，使得平板式火花间隙击穿放电。此种结构，为物理式结构，例如在经过雷电流时，必须使得感应电压达到放电电压的数值时，才会击穿放电。

而本申请采用上述结构，利用比较器总成将电流的参数进行比对，属于工频电流时使第一输出端放电导通三极管，从而使电流经过线圈，导致顶杆伸出实现脱扣。属于雷电流时，第二输出端放电从而触发平板式放电间隙组件放电，使得雷电流由输出端子流出。与现有技术相比，本申请采用电子式双回路结构，具备响应速度快，且更加精确；而且当雷电流即使未达到平板式放电间隙组件的放电电压时，由于比较器总成的第二输出端放电辅助平板式放电间隙组件击穿放电。

其中，比较器总成包括时间常数比较器、参量变化数字比较器以及信号输出控制器，时间常数比较器的输入极与动触头在电气上相连，时间常数比较器的输出极与参量变化数字比较器的输入极相连，参量变化数字比较器的输出极与信号输出控制器的输入极相连，第一输出端和第二输出端为信号输出控制器的两个输出端；时间常数比较器内设有脉宽参数基准值K，时间常数比较器将动触头的电流实时参数K₁与脉宽参数基准值K比较，参量变化数字比较器中设有电流参数基准值I，参量变化数字比较器将电流的实时电流值I₁与电流参数基准值I比较；当K₁小于K且I₁大于I时，信号输出控制器触发平板式放电间隙组件放电，当K₁大于K且I₁小于I时，信号输出控制器触发三极管导通。

其中，时间常数比较器包括第一时间常数比较器、第二时间常数比较器，参量变化数字比较器包括第一参量变化数字比较器、第二参量变化数字比较器；第一、第二时间常数比较器的输入极与动触头相连，第一时间常数比较器的输出极与第一参量变化数字比较器的输入极相连，第二时间常数比较器的输出极与第二参量变化数字比较器的输入极相连，第一、第二参量变化数字比较器的输出极均与信号输出控制器的输入极相连；第一、第二时间常数比较器中均设有脉宽参数基准值K，第一时间常数比较器允许K₁小于K的电流通过，第二时间常数比较器中允许K₁大于K的电流通过；第一、第二参量变化数字比较器种均设有电流参数基准值I；第一参量变化数字比较器允许I₁大于I的电流流出，第二参量变化数字比较器允许I₁小于I的电流流出。

采用时间常数和电流参数进行比较，可以更加精确的判断该电流是属于雷电流还是工频电流，信号输出控制器根据对应的电流使对应的输出端放电导通不同的回路。

其中，脉宽参数基准值K的数值为200μs，电流参数基准值I的数值为1000A。

其中，平板式放电间隙组件还包括上绝缘层以及下绝缘层，上绝缘层设于上电极上方，下绝缘层设于下电极的下方。

其中，平板式放电间隙组件总厚度为4-5mm。

其中，上电极上开设有通孔，上绝缘层位于通孔位置处开设有点火孔，第二输出端通过点火孔伸入至通孔中用于触发点火。

此种结构的设计，有利于第二输出端放电时触发平板式放电间隙组件击穿放电。

其中，上、中间、下绝缘层上设有定位孔，铆钉穿过定位孔后通过铆接工艺将上、中间、下绝缘层以及上、下电极铆接在一起。

采用此种结构，使得平板式放电间隙组件结构更加紧凑。

其中，平板式放电间隙组件的放电电压为4000V，指的是第二输出端未放电，光在上、下电极之间加以4000V以下的电压差，该平板式放电间隙组件不会放电。

将平板式放电间隙组件的放电电压为4000V，是为了出于安全考虑，此处放电电压为4000V仅指平板式放电间隙组件的击穿电压，当第二输出端放电时，即使上、下电极之间的压差小于4000V，第二输出端照样可以触发上、下电极之间放电。

一种SCB后备保护器的控制方法，该方法基于上述的SCB后备保护器实现；动触头的电流经过比较器总成，由比较器总成进行电流参数的比较；当电流参数符合工频电流的电流参数时，比较器总成选择第一输出端放电导通三极管，使得输入端子、静触头、动触头、线圈以及输出端子之间形成回路，线圈得电后电流脱扣装置的顶杆伸出推动操作机构实现分闸，起到保护电涌保护器的作用；当电流参数符合雷电流的电流参数时，比较器总成选择第二输出端放电，触发平板式放电间隙组件放电，使输入端子、静触头、动触头、下电极以及上电极以及输出端子之间形成回路，雷电流通过该回路由输出端子输出至电涌保护器中。

此种方法，采用电子双回路控制，即当出现工频电流时，由于第一输出端放电导通三极管，使得输入端子、静触头、动触头、线圈以及输出端子之间形成回路，线圈在得电后电流脱扣装置的顶杆伸出推动操作机构实现分闸。当出现雷电流时，第二输出端放电，触发平板式放电间隙组件放电，使输入端子、静触头、动触头、下电极以及上电极以及输出端子之间形成回路，雷电流通过该回路由输出端子输出至电涌保护器中。此种结构与现有技术相比，无疑反应更加灵敏、迅速，极大程度的保护了浪涌保护器。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1电流脱扣装置的结构示意图；

图3为本发明实施例1平板式放电间隙的结构示意图；

图4为本发明实施例1平板式放电间隙的主视图；

图5为本发明实施例1平板式放电间隙的爆炸示意图；

图6为本发明实施例1的电路结构图；

图7为本发明实施例1与电涌保护器的连接示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明：

实施例1：

参照附图1所示，一种SCB后备保护器，其包括输入端子1、输出端子10、动触头4、静触头2、操作机构、电流脱扣装置8、平板式放电间隙组件11、比较器总成9以及灭弧室14；操作机构包括连杆4、锁扣5、手柄6、跳扣7，操作机构与动、静触头4、2组成的触头联动装置为现有技术，故此处不加以赘述。

请参照图2所示，电流脱扣装置8由顶杆19、线圈16、动铁芯17以及磁轭18组成，此种电流脱扣装置8为现有技术，故其原理也不加以赘述。

请参见图 1和图3所示，平板式放电间隙组件11包括上电极22、绝缘层23以及下电极28，绝缘层23包括上绝缘层23a、中间绝缘层23b以及下绝缘层23c，上、中间、下绝缘层23a、b、c上设有定位孔29，铆钉30穿过定位孔29后通过铆接工艺将上、中间、下绝缘层23a、b、c以及上、下电极的放电部分26、27铆接在一起，使得放电部分26、27之间存在间隙25。

上电极22的延伸端与输出端子10相连，下电极28的延伸端与动触头4相连；上电极22在电气上与线圈16的一端相连，该连接端为16-1。上电极22上开设有通孔32，上绝缘层23a具有伸入该通孔32的伸出部，伸出部上开设有点火孔24.

请参见图1、图3、图4、图5以及图6所示，比较器总成9包括第一时间常数比较器37、第二时间常数比较器41、第一参量变化数字比较器36、第二参量变化数字比较器42以及信号输出控制器35。第一、第二时间常数比较器37、41的输入极与动触头4在电气上相连，第一时间常数比较器31的输出极与第一参量变化数字比较器36的输入极相连，第二时间常数比较器41的输出极与第二参量变化数字比较器42的输入极相连，第一、第二参量变化数字比较器36、42的输出极均与信号输出控制器35的输入极相连。信号输出控制器35具有两个输出端，第一输出端连接在三极管43的b极上（b极为基准极），第二输出端伸入至在点火孔24中。三极管43的c极（c极集电极）和e极（e极为发射极）分别与线圈16的16-2端以及动触头4。

第一时间常数比较器37、第二时间常数比较器41的基准级上均设有时间常数基准K，时间常数K的取值为200μs，第一时间常数比较器37、第二时间常数比较器41均对动触头4的电流实时参数K₁与K比较。当K₁小于K时，由第一时间常数比较器37的输出端流入至第一参量变化数字比较器36再进行电流数值比较。当K₁大于K时，由第二时间常数比较器41的输出端流入至第二参量变化数字比较器42再进行电流数值比较。

第一、第二参量变化数字比较器36、42的基准级设有电流参数基准值I，电流参数基准值I的取值为1000A。第一、第二参量变化数字比较器36、42对电流的实时电流值I₁与电流参数基准值I比较。当I₁大于I时，由第一参量变化数字比较器36的输出端流入信号输出控制器35中，并且信号输出控制器35的第二输出端放电，从而引导平板式放电间隙组件11放电。当I₁小于I时，由第二参量变化数字比较器52的输出端流入信号输出控制器35中，并且信号输出控制器35的第一输出端放电，从使得三极管43导通。

当实时电流的参数K₁小于K且I₁大于I时（符合此种情形的电流为雷电流），电流流经第一时间常数比较器37以及第一参量变化数字比较器36后流入信号输出控制器35，信号输出控制器35的第二输出端放电引发平板式放电间隙组件11的上电极22和下电极28之间连通，使输入端子1、静触头2、动触头4、下电极16、上电极18以及输出端子10之间形成回路，雷电流又该回路流出。

当实时电流的参数K₁大于K且I₁小于I时（符合此种情形的电流为工频电流），电流流经第二时间常数比较器41以及第二参量变化数字比较器42后流入信号输出控制器35，流入信号输出控制器35的第一输出端放电使得三极管43导通（使得线圈的16-2端导通），使得输入端子1、静触头2、动触头4、线圈16以及输出端子10之间形成回路，同时由于线圈16得电后的顶杆19伸出推动操作机构实现动、静触头4、2分闸起到保护电涌保护器的效果。

采用此种方式将此种方式通过比较电流中的脉宽（μs）以及电流数值，通过这2个参数分辨电流属于雷电流还是工频电流，雷电流经过其中一条回路流出，工频电流经过另一条回路，又称之为电子双回路结构。在使用此种SCB后备保护器时，可以参照图7所示将其与电涌保护器串联。

Claims

1.一种SCB后备保护器，其包括输入端子、输出端子、动触头、静触头、操作机构、电流脱扣装置以及平板式放电间隙组件；其特征在于：平板式放电间隙组件包括上电极、下电极以及中间绝缘层；上电极的一端与输出端子相连，下电极的一端与动触头相连；上电极在电气上与电流脱扣装置的线圈的一端相连；还包括三极管以及比较器总成；三极管的c极与e极在电气上分别与线圈以及动触头相连；比较器总成的输入端与动触头相连，比较器总成包括第一输出端和第二输出端，第一输出端在电气上与三极管的b极相连，第二输出端在电气上与平板式放电间隙组件相连；比较器总成比较电流的参数，判断电流参数属于工频电流的选择第一输出端放电导通三极管，属于雷电流的选择第二输出端放电触发平板式放电间隙组件放电;比较器总成包括时间常数比较器、参量变化数字比较器以及信号输出控制器，时间常数比较器的输入极与动触头在电气上相连，时间常数比较器的输出极与参量变化数字比较器的输入极相连，参量变化数字比较器的输出极与信号输出控制器的输入极相连，第一输出端和第二输出端为信号输出控制器的两个输出端；时间常数比较器内设有脉宽参数基准值K，时间常数比较器将动触头的电流实时参数K₁与脉宽参数基准值K比较，参量变化数字比较器中设有电流参数基准值I，参量变化数字比较器将电流的实时电流值I₁与电流参数基准值I比较；当K₁小于K且I₁大于I时，信号输出控制器触发平板式放电间隙组件放电，当K₁大于K且I₁小于I时，信号输出控制器触发三极管导通。

2.根据权利要求1所述的SCB后备保护器，其特征在于：时间常数比较器包括第一时间常数比较器、第二时间常数比较器，参量变化数字比较器包括第一参量变化数字比较器、第二参量变化数字比较器；第一、第二时间常数比较器的输入极与动触头相连，第一时间常数比较器的输出极与第一参量变化数字比较器的输入极相连，第二时间常数比较器的输出极与第二参量变化数字比较器的输入极相连，第一、第二参量变化数字比较器的输出极均与信号输出控制器的输入极相连；第一、第二时间常数比较器中均设有脉宽参数基准值K，第一时间常数比较器允许K₁小于K的电流通过，第二时间常数比较器中允许K₁大于K的电流通过；第一、第二参量变化数字比较器种均设有电流参数基准值I；第一参量变化数字比较器允许I₁大于I的电流流出，第二参量变化数字比较器允许I₁小于I的电流流出。

3.根据权利要求1或2所述的SCB后备保护器，其特征在于：脉宽参数基准值K的数值为200μs，电流参数基准值I的数值为1000A。

4.根据权利要求1所述的SCB后备保护器，其特征在于：平板式放电间隙组件还包括上绝缘层以及下绝缘层，上绝缘层设于上电极上方，下绝缘层设于下电极的下方。

5.根据权利要求4所述的SCB后备保护器，其特征在于：平板式放电间隙组件总厚度为4-5mm。

6.根据权利要求4所述的SCB后备保护器，其特征在于：上电极上开设有通孔，上绝缘层位于通孔位置处开设有点火孔，第二输出端通过点火孔伸入至通孔中用于触发点火。

7.根据权利要求4所述的SCB后备保护器，其特征在于：上、中间、下绝缘层上设有定位孔，铆钉穿过定位孔后通过铆接工艺将上、中间、下绝缘层以及上、下电极铆接在一起。

8.根据权利要求4所述的SCB后备保护器，其特征在于：平板式放电间隙组件的放电电压为4000V，指的是第二输出端未放电，光在上、下电极之间加以4000V以下的电压差，该平板式放电间隙组件不会放电。

9.一种SCB后备保护器的控制方法，该方法基于权利要求1所述的SCB后备保护器实现；动触头的电流经过比较器总成，由比较器总成进行电流参数的比较；当电流参数符合工频电流的电流参数时，比较器总成选择第一输出端放电导通三极管，使得输入端子、静触头、动触头、线圈以及输出端子之间形成回路，线圈得电后电流脱扣装置的顶杆伸出推动操作机构实现分闸，起到保护电涌保护器的作用；当电流参数符合雷电流的电流参数时，比较器总成选择第二输出端放电，触发平板式放电间隙组件放电，使输入端子、静触头、动触头、下电极以及上电极以及输出端子之间形成回路，雷电流通过该回路由输出端子输出至电涌保护器中。