CN107086161A - 断路器内置电流采样的方法、断路器及电磁脱扣器的线圈 - Google Patents

Abstract

一种断路器内置电流采样的方法，步骤包括：1)在中线对应的N断路器的进线端子与电磁脱扣器的电磁机构的进线端子之间连接采样电阻R，在电阻R的两端分别引出接线端子，再在接线端子上连接插座作为采样信号插座；2)在使用时候，采样信号插座上引出信号接线至N断路器壳体外，由控制单元的计量电路对采样信号进行分析，最后得到电流值；所述电阻R为金属材质，且为扁平形状，所述进线端子与电阻R连接的位置为相同的扁平形状，且二者紧密连接；所述电磁机构的进线端子与电阻R之间连接有过渡连接片；过渡连接片的一端与电阻R连接，且连接位置的形状与电阻R的形状一致。电磁机构的线圈是由铜板冲压而成的方形线圈。本方案实现了断路器电流信息的采集与控制。

Description

断路器内置电流采样的方法、断路器及电磁脱扣器的线圈

技术领域

本发明创造涉及断路器技术领域，具体是一种断路器内置电流采样的方法、断路器及电磁脱扣器的线圈。

背景技术

随着智能电网的发展和推广，市场上出现了各种与智能电网配套的小型重合闸断路器，同时，对断路器智能化的要求越来越高。对断路器的电流采样、分析和监控的需求变得越来越急迫，目前由于断路器内部空间有限，很难找到一个合适的位置内置电流采样电阻，所以大都采用断路器外部串联一个电流采样电阻来实现断路器电流的采样。

现在市场上的小型重合闸断路器能够根据智能电表的指令远程分闸和合闸小型断路器，具有远程费控功能，有些重合闸断路器还具有过压保护和欠压保护功能，集控制和保护为一体。但是随着智能电网的发展，供电部门需要对用户的用电量进行采集监控，以便能实时了解各片区的用电情况和对用户的人性化用电管理，这就需要对用户的用电信息进行采集、分析、汇总和控制，目前的重合闸断路器不具备这种功能。

发明内容：

要解决的技术问题

本发明创造主要通过更改断路器电磁机构的设计，在电磁机构上植入一个电流采样电阻实现断路器的内置电流采样。

为解决技术问题而采用的技术方案

一种断路器内置电流采样的方法，步骤包括：

1)在中线对应的N断路器的进线端子与电磁脱扣器的电磁机构的进线端子之间连接采样电阻R；在电阻R的两端的侧面分别引出接线端子，再在接线端子上连接插座作为采样信号插座；

2)在使用时候，采样信号插座上引出采样信号接线至N断路器壳体外，由控制单元的计量电路对采样信号进行分析，最后得到电流值；

所述电阻R为金属材质(一般可以是康铜、锰铜材质)，且为扁平形状，所述进线端子与电阻R连接的位置为相同的扁平形状，且二者紧密连接(进线端子的材质多为紫铜)；

所述电磁机构的进线端子与电阻R之间连接有过渡连接片；过渡连接片(其材质多为紫铜)的一端与电阻R连接，且连接位置的形状与电阻R的形状一致。

进一步，所述电阻R所在平面与电磁脱扣器的铁芯的轴线垂直或平行(优选垂直结构)。

进一步，所述电磁机构的线圈是铜板冲压而成的方形线圈；方形线圈围成的空腔是四棱柱形状，且四棱的径向截面是四角为圆角的正方形；电磁脱扣器的铁芯在四棱柱形状的空腔内，且铁芯与线圈之间是绝缘的。

所述过渡片与方形线圈的进线端连接，且二者的连接位置的形状都是偏平形状；

所述方形线圈的相邻匝之间留有间隙；

所述方形线圈的另一端连接电磁脱扣器的静触板，方形线圈与静触板连接位置的形状都是扁平形状。

本方案的原理为：

对断路器的电流采样、分析对比和监控一般使通过含有计量芯片的控制单元的电路来完成，比如智能断路器的控制极。

为了确保在断路器闭合和断开状态计量芯片均在通电状态，一般来说，计量芯片的供电线一般接在断路器的进线端。而如果采样电阻设置在断路器的出线端，当断路器断开后负载侧若出现感应电压，则计量芯片的采样电阻信号线引脚与供电引脚可能产生大于计量芯片工作电压的共模电压，这个共模电压有可能烧毁计量芯片。为了解决这个问题，本方法中，断路器的采样电阻要设置在断路器的进线端。

分析一般断路器的内部空间结构，电流采样电阻适宜设置在断路器电磁机构的进线端子上。根据断路器电流采样的精度要求和铜导体的截面积，大规格(如63A以上)的小型断路器的采样电阻(以锰铜为例)大概需要5mm的长度，外加两个引脚和采样电阻两端需要的直边长度需求，则电流采样电阻需要10mm的直边长度。

在断路器进线端子上设置电流采样电阻可以有两种方式：

一种是——在进线端子水平直边(电阻与铁芯轴线平行)上设置电流采样电阻(如图2)，这种方式需要把断路器外壳长度增加10mm以上，一般来说，智能断路器都要求限制长度(如国家电网标准把80A以下断路器限制在80～90mm，把80A以上的断路器长度限制在95～100mm之间)，采样电阻的这种设置方式在实际操作中比较难以实现，需要对断路器的其它结构和电路进行重新设计。

另一种是——在进线端子的垂直边(电阻与铁芯轴线垂直)上设置电流采样电阻(如图5、7)。经研究发现，目前的断路器电磁机构结构设计使得进线端子的垂直边长度基本都在4～6mm之间(如图3)，没有足够的直边长度来设置电流采样电阻，需要加长进线端子垂直边长度。而进线端子垂直边加长后，进线端子和线圈引脚的点焊位置就需要往铁芯绝缘套管方向移动，移动后进线端子挡住了铁芯及铁芯绝缘套管的安装孔，使得进线端子与线圈点焊后铁芯及铁芯绝缘套管无法装配，所以需要把断路器外壳加长，进线端子往远离铁芯绝缘套管的方向移动一段距离以增大进线端子垂直边与铁芯绝缘套管之间的空间，使得可以先装配铁心和绝缘套管然后再对进线端子和线圈进行点焊。同时目前的结构进线端子垂直边与铁芯绝缘套管之间大概有3～4mm的空间，该空间只要增加到5mm左右就可以进行点焊作业，所以外壳只需加长1～2mm即可，这在工程实践中比较容易实现。

对于80A以上的断路器，其线圈是采用扁线(漆包线)绕制而成，扁线无法按这个要求折弯引脚，所以目前80A以上的断路器进线端子和线圈的焊点都在绝缘套管中部，无法实现先装配铁芯绝缘套管在点焊(如图4)。所以针对80A以上的断路器，本方案设计由铜板冲压而成的方形线圈替换漆包线绕制的线圈。而把绕制线圈改成冲压件后线圈引脚变成了可能(如图5)。

铜板冲压得到的方形线圈同样适用于80A以下的断路器。

一种采用上述方法的内置电流采样的断路器，包括控制单元、相线对应的L断路器和中线对应的N断路器。所述N断路器的进线端子与电磁脱扣器之间连接有电流采样电阻R；电阻R为锰铜材质(一般可以是康铜、锰铜材质)，且为扁平形状；

电阻R的两端分别引出接线端子，在接线端子上连接插座作为采样信号插座；采样信号插座的长度方向与N断路器的进出线端子所在平面垂直；在N断路器的壳体上设有第一通孔，采样信号插座自第一通孔伸出N断路器；

所述控制单元所在的壳体上设有第二通孔，采样信号插座自第二通孔伸入控制单元所在单元；控制单元的电流采样信号输入端子与采样信号插座对应连接。

进一步的，所述L断路器的壳体外形与N断路器的壳体外形一致；L断路器的壳体上开有与第一通孔位置对应的两个通孔，且两个通孔之间的壳体内腔是贯通的；在L断路器与N断路器并排装配时，采样信号插座贯穿L断路器的两个通孔。

一种可用于上述方法及断路器的线圈，所述线圈是由铜板冲压而成的方形线圈；方形线圈围成的空腔是四棱柱形状，且四棱的径向截面是四角为圆角的正方形；四棱柱形状的空腔即为电磁脱扣器的铁芯所在空腔；方形线圈的相邻匝之间是绝缘的。

进一步的，所述方形线圈的相邻匝之间留有间隙(实现绝缘)。

进一步的，所述方形线圈分为进线连接段、绕线段和静触板连接段；

绕线段按匝数分为依次相互连接n段；第n-1个绕线段包括依次连接的前半圈和后半圈；在线圈展开在同一平面状态下：

一个绕线段的前半圈在一个长方形上；前半圈绕线段的末端通过折弯边连接后半圈绕线段的首端；后半圈绕线段在同一长方形上；后半圈绕线段的末端通过折弯边连接下一个绕线段的前半圈绕线段首端。

本方形线圈也可以用于无采样电阻的断路器，此时，所述进线连接段与断路器的进线端子是一体的，在加工时候，是在同一铜板上冲压、折弯得到。

本方形线圈解决以下几个问题：

1、大规格断路器用的线圈太粗绕制尺寸不精准和不稳定导致电磁机构焊接后无法装配或者需要二次整形而带来生产效率慢的问题；

2、大规格断路器用的线圈太粗而在引脚折弯时开裂或者无法折弯的问题；

3、绕制线圈在点焊时因无平整定位面进行定位而导致点焊尺寸不准的问题。

本方形线圈的原理是把原来由漆包线绕制而成的圆形线圈设计成由铜板冲压而成的方形线圈，其制造方法变成用钣金模具加工，使得线圈的尺寸精度和尺寸一致性得到质的飞跃。由于方形线圈是由铜板冲压而成，其线圈两端的引脚由铜板一次落料而得，无需折弯，因此就没有折弯开裂问题。另外线圈由圆形变成方形、由绕制变成冲压成形后，整个线圈就是方方正正的外形，在电磁机构的点焊加工时方方正正的线圈外形非常有利于点焊定位或者自动化点焊的实现。把线圈设计成由铜板冲压成型后，根据产品的实际需要可以把线圈和断路器的进线端子设计成一体的，即把断路器进线端子和线圈由原来的两个零件变成一个零件，不但减少了零件的管理工作和节省了一道点焊工序，还提高了电磁机构的尺寸精度，更有利于电磁机构的自动化装配。

本技术方案的有益效果为：在小幅变动断路器外壳长度的情况下成功把电流采样电阻内置在断路器里面，实现了断路器电流信息的采集与控制。

附图说明

图1是本方法的电原理图；

图2是本方法的进线端子水平边设置采样电阻示意图；

图3是本方法的进线端子垂直边长度示意图；

图4是本方法的80A以上断路器电磁机构点焊示意图；

图5是本方法的采用方形冲压线的圈点焊位置示意图(进线端子竖直边设置采样电阻)；

图6是点焊示意图；

图7是本方法的进线端子竖直边设置采样电阻示意图；

图8是采用本方法的N断路器的原理结构示意图；

图9是现有技术中的一种智能断路器外形示意图；

图10是图9断路器的控制端单元与断路器的装配示意图；

图11是采样信号插座在N断路器和L断路器内的连接结构示意图；

图12是采样信号插座在L断路器内的空间结构示意图；

图13是漆包线绕制线圈示意图；

图中，进线端子1、采样电阻2、铁芯绝缘套3、绕制线圈4、点焊位置5、线圈引脚(线圈进线端)6、线圈7、电焊机上电极8、点焊机下电极9、进线端子的引脚10、采样信号插座11、L断路器12、N断路器13、控制单元14、L断路器的电磁脱扣器15、N断路器的电磁脱扣器16；漆包线绕制的线圈17、易开裂处18。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本方案进一步说明：

参考图1，一种断路器内置电流采样的方法，步骤包括：

1)在中线对应的N断路器的进线端子与电磁脱扣器的电磁机构的进线端子之间连接采样电阻R；在电阻R的两端的侧面分别引出接线端子，再在接线端子上连接插座作为采样信号插座；

2)在使用时候，采样信号插座上引出采样信号接线至N断路器壳体外，由控制单元的计量电路对采样信号进行分析，最后得到电流值；

所述电阻R为锰铜材质，且为扁平形状，所述进线端子与电阻R连接的位置为相同的扁平形状，且二者紧密连接；

所述电磁机构的进线端子与电阻R之间连接有过渡连接片；过渡连接片的一端与电阻R连接，且连接位置的形状与电阻R的形状一致。

进一步，所述电阻R所在平面与电磁脱扣器的铁芯的轴线垂直或平行(优选垂直结构)。

进一步，所述电磁机构的线圈是铜板冲压而成的方形线圈；方形线圈围成的空腔是四棱柱形状，且四棱的径向截面是四角为圆角的正方形；电磁脱扣器的铁芯在四棱柱形状的空腔内，且铁芯与线圈之间是绝缘的。

所述过渡片与方形线圈的进线端连接，且二者的连接位置的形状都是偏平形状；

所述方形线圈的相邻匝之间留有间隙；

所述方形线圈的另一端连接电磁脱扣器的静触板，方形线圈与静触板连接位置的形状都是扁平形状。

如图8～12，一种采用上述方法的内置电流采样的断路器，包括控制单元、相线对应的L断路器和中线对应的N断路器。所述N断路器的进线端子与电磁脱扣器之间连接有电流采样电阻R；电阻R为锰铜材质，且为扁平形状；

电阻R的两端分别引出接线端子，在接线端子上连接插座作为采样信号插座；采样信号插座的长度方向与N断路器的进出线端子所在平面垂直；在N断路器的壳体上设有第一通孔，采样信号插座自第一通孔伸出N断路器；

所述控制单元所在的壳体上设有第二通孔，采样信号插座自第二通孔伸入控制单元所在单元；控制单元的电流采样信号输入端子与采样信号插座对应连接。

进一步的，所述L断路器的壳体外形与N断路器的壳体外形一致；L断路器的壳体上开有与第一通孔位置对应的两个通孔，且两个通孔之间的壳体内腔是贯通的；在L断路器与N断路器并排装配时，采样信号插座贯穿L断路器的两个通孔。

一种可用于上述方法及断路器的线圈，所述线圈是由铜板冲压而成的方形线圈；方形线圈围成的空腔是四棱柱形状，且四棱的径向截面是四角为圆角的正方形；四棱柱形状的空腔即为电磁脱扣器的铁芯所在空腔；方形线圈的相邻匝之间是绝缘的。

所述方形线圈的相邻匝之间留有间隙。

所述方形线圈分为进线连接段、绕线段和静触板连接段；

绕线段按匝数分为依次相互连接n段(本例为两段)；第n-1个绕线段包括依次连接的前半圈和后半圈；在线圈展开在同一平面状态下：

一个绕线段的前半圈在一个长方形上；前半圈绕线段的末端通过折弯边连接后半圈绕线段的首端；后半圈绕线段在同一长方形上；后半圈绕线段的末端通过折弯边连接下一个绕线段的前半圈绕线段首端。

本方形线圈也可以用于无采样电阻的断路器，此时，所述进线连接段与断路器的进线端子是一体的，在加工时候，是在同一铜板上冲压、折弯得到。

本例在重合闸断路器N极的电磁机构上设置有一个电流采样电阻，电流采样电阻两根脚与特制的2.54插座引脚焊接把采样电阻信号引出壳体，重合闸断路器的L极设置有对应的通孔，N极的2.54插座穿过L极与重合闸控制极对应的插口连接在一起把电流采样电阻的信号传递到控制极主电路板中。

控制极主电路板中设置有计量芯片，计量芯片可对电流采样电阻传来的信号进行分析对比和判断，若电流采样电阻传过来的信号与预设的分闸信号匹配，则主控制电路板将向智能电表反馈信号由智能电表发出分闸信号分闸或者控制电路板的控制模块直接向分闸执行模块发送分闸指令分闸断路器断开电路。

1、用在智能配电电网中，可对用户的用电情况进行监控，实时了解各片区的用电情况，实现智能配电和智能用电；

2、实现对用户进行柔性费控，即欠费断电不再一刀切，把用户进行分类，对于困难户或者特殊用户，用这种断路器后可实现限功率用电，在某指定功率以内可正常用电，超过这个指定功率再进行远程控制断电，以保证用户的基本生活要求，体现人性关怀；

3、可用于重要设备和重要场所的保护开关，对该设备或该场所的电流及波形进行实时监控，若出现异常电流进行分闸或报警。

4、可通过主控制电路板来实现电路的过载保护或者对异常电流分析实现故障电流保护。

Claims (10)

1.一种断路器内置电流采样的方法，其特征是步骤包括：

1)在中线对应的N断路器的进线端子与电磁脱扣器的电磁机构的进线端子之间连接采样电阻R，在电阻R的两端分别引出接线端子，再在接线端子上连接插座作为采样信号插座；

2)在使用时候，采样信号插座上引出信号接线至N断路器壳体外，由控制单元的计量电路对采样信号进行分析，最后得到电流值；

所述电阻R为金属材质，且为扁平形状，所述进线端子与电阻R连接的位置为相同的扁平形状，且二者紧密连接；

所述电磁机构的进线端子与电阻R之间连接有过渡连接片；过渡连接片的一端与电阻R连接，且连接位置的形状与电阻R的形状一致。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述电阻R所在平面与电磁脱扣器的铁芯的轴线垂直或平行。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述电磁机构的线圈是铜板冲压而成的方形线圈；方形线圈围成的空腔是四棱柱形状，且四棱的径向截面是四角为圆角的正方形；电磁脱扣器的铁芯在四棱柱形状的空腔内，且铁芯与线圈之间是绝缘的；方形线圈的相邻匝之间是绝缘的。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述过渡片与方形线圈的进线端连接，且二者的连接位置的形状都是偏平形状；所述方形线圈的另一端连接电磁脱扣器的静触板，方形线圈与静触板连接位置的形状都是扁平形状。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述方形线圈的相邻匝之间留有间隙。

6.一种采用权利要求1～5任一所述方法的内置电流采样的断路器，包括控制单元、相线对应的L断路器和中线对应的N断路器，其特征是所述N断路器的进线端子与电磁脱扣器之间连接有电流采样电阻R；电阻R为金属材质，且为扁平形状；

电阻R的两端分别引出接线端子，在接线端子上连接插座作为采样信号插座；采样信号插座的长度方向与N断路器的进出线端子所在平面垂直；在N断路器的壳体上设有第一通孔，采样信号插座自第一通孔伸出N断路器；

所述控制单元所在的壳体上设有第二通孔，采样信号插座自第二通孔伸入控制单元所在单元；控制单元的电流采样信号输入端子与采样信号插座对应连接。

7.根据权利6所述的断路器，其特征是所述L断路器的壳体外形与N断路器的壳体外形一致；L断路器的壳体上开有与第一通孔位置对应的两个通孔，且两个通孔之间的壳体内腔是贯通的；在L断路器与N断路器并排装配时，采样信号插座贯穿L断路器的两个通孔。

8.一种可用于权利要求1～7所述方法或断路器的线圈，其特征是所述线圈是由铜板冲压而成的方形线圈；方形线圈围成的空腔是四棱柱形状，且四棱的径向截面是四角为圆角的正方形；四棱柱形状的空腔即为电磁脱扣器的铁芯所在空腔；方形线圈的相邻匝之间是绝缘的。

9.根据权利要求8所述的线圈，其特征是所述方形线圈的相邻匝之间留有间隙。

10.根据权利要求8所述的线圈，其特征是所述方形线圈分为进线连接段、绕线段和静触板连接段；

绕线段按匝数分为依次相互连接n段；第n-1个绕线段包括依次连接的前半圈和后半圈；在线圈展开在同一平面状态下：

一个绕线段的前半圈在一个长方形上；前半圈绕线段的末端通过折弯边连接后半圈绕线段的首端；后半圈绕线段在同一长方形上；后半圈绕线段的末端通过折弯边连接下一个绕线段的前半圈绕线段首端。