CN108418173A - 一种电弧故障断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电弧故障断路器，包括通过螺钉连接的塑壳断路器、剩余电流保护模块壳体、剩余电流保护模块壳体上盖以及断路器接线端子盖，其中剩余电流保护模块壳体包括内固定脱扣组件、测试组件、检测组件和控制电路板，所述控制电路板和检测组件、测试组件、脱扣组件之间通过导线焊接连接。本发明是机电一体化开关组件，能够检测供配电线路中各种故障的发生，并且避免由于电弧引发的燃烧扩大，减少生命财产的损失，本发明集电弧故障、漏电故障、短路故障、过流故障、过压故障检测功能于一身，通过软件算法，能够分辨危险电弧与非危险电弧，在极短时间内自动切断电源。

Description

一种电弧故障断路器

技术领域

本发明涉及一种断路器装置，应用于低压供配电系统中，属于低压供配电安全保护领域。

背景技术

目前，在低压配电供给系统中，一般都安装有可自动切断电源的断路器和漏电保护模块，其作用是：当电气线路后端出现短路、过载或漏电故障时，可触发保护装置切断电源，保护用电设备和人身安全。然而，电气线路中由于接触或绝缘不良而产生的电弧故障，并不能触发这些常规保护装置动作。随着社会发展的需要，用电量的不断增加、电气线路日益复杂多样，因线路老化、松动而产生的绝缘和接触不良时有发生，由于导致电弧故障引起的火灾事件的逐年增加。

发明内容

本发明需要解决技术问题是提供一种与普及的DZ47 型断路器外形相似，在负载线路发生过压、因接触不良或绝缘不良出现电弧故障时，能够及时切断电源的电弧故障断路器。

本发明所采取的技术方案是：一种电弧故障断路器，包括通过螺钉连接的塑壳断路器、剩余电流保护模块壳体、剩余电流保护模块壳体上盖以及断路器接线端子盖，其中塑壳断路器包括电源输出端子、窗口、断路开关连杆，剩余电流保护模块壳体包括自带脱扣组件、脱扣组件引线、自带测试组件、测试组件引线、壳体窗口、脱扣驱动杆、电源输出端子，所述的脱扣组件和测试组件固定在剩余电流保护模块壳体内，剩余电流断路器模块内还固定有检测组件和控制电路板，所述控制电路板和检测组件、测试组件、脱扣组件之间通过导线焊接连接。

所述检测组件包括差模信号检测线圈、共模信号检测线圈、漏电检测线圈以及连接导线，其中连接断路器电源输出相线端子和剩余电流保护模块电源输出相线端子的连接导线穿过共模信号检测线圈和漏电检测线圈；连接断路器电源输出零线端子和剩余电流保护模块电源输出零线端子的连接导线穿过共模信号检测线圈、漏电检测线圈和差模信号检测线圈，断路器电源输出端子和控制电路板通过两根连接导线连接。

所述差模信号检测线圈为环氧铁心骨架线圈，共模信号检测线圈为坡莫合金骨架线圈，漏电检测线圈为零序电流互感器，组件驱动电路、复位电路、参考电压电路和一个专用电路模块，所述专用电路模块包括信号调理电路、信号放大电路、信号处理电路、电压检测电路、内部存储器和中央处理单元电路。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明是机电一体化开关组件，能够检测供配电线路中各种故障的发生，并且避免由于电弧引发的燃烧扩大，减少生命财产的损失，本新型在供电系统正常供电时，不需要额外供电的情况下，以在线方式将故障信息进行自动识别处理后，直接驱动电磁脱扣组件，使其动作，迅速切断电源，避免故障后果的扩大；故障排除后，按照普通断路器的合闸操作即可系统恢复供电；当控制电路板在极限情况下全部失效时，断路器的短路、过载保护功能不受影响。本新型集电弧故障、漏电故障、短路故障、过流故障、过压故障检测功能于一身，通过软件算法，能够分辨危险电弧与非危险电弧，在极短时间内自动切断电源。

附图说明

图1 是本发明原理框图；

图2 是本发明实施例部分电路原理图；

图3 是本发明软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：本发明包括通过螺钉连接的塑壳断路器、剩余电流保护模块壳体、剩余电流保护模块壳体上盖以及断路器接线端子盖，其中塑壳断路器包括电源输出端子、窗口、断路开关连杆，剩余电流保护模块壳体包括自带脱扣组件、脱扣组件引线、自带测试组件、测试组件引线、壳体窗口、脱扣驱动杆、电源输出端子，所述的脱扣组件和测试组件固定在剩余电流保护模块壳体内，剩余电流断路器模块内还固定有检测组件和控制电路板，所述控制电路板和检测组件、测试组件、脱扣组件之间通过导线焊接连接，所述检测组件包括差模信号检测线圈、共模信号检测线圈、漏电检测线圈以及连接导线，其中连接断路器电源输出相线端子和剩余电流保护模块电源输出相线端子的连接导线穿过共模信号检测线圈和漏电检测线圈；连接断路器电源输出零线端子和剩余电流保护模块电源输出零线端子的连接导线穿过共模信号检测线圈、漏电检测线圈和差模信号检测线圈，断路器电源输出端子和控制电路板通过两根连接导线连接。

所述差模信号检测线圈为环氧铁心骨架线圈，共模信号检测线圈为坡莫合金骨架线圈，漏电检测线圈为零序电流互感器。

所述控制电路板包括电源电路、信号采样电路、在线编程接口电路、脱扣组件驱动电路、复位电路、参考电压电路和一个专用电路模块，所述专用电路模块包括信号调理电路、信号放大电路、信号处理电路、电压检测电路、内部存储器和中央处理单元电路，其原理框图参见图1。

本发明采用DZ47 型塑壳断路器为设计原型，保留其原有的结构部件及外壳；延用其短路保护、过载保护功能，并集成电子部件，包括传感器( 电流互感线圈组)，电子线路板、电弧电路模块；实现在传统断路器上增加漏电保护、电弧保护、过压保护和浪涌抑制功能。

本发明保留可靠性极高的传统断路器脱扣机构( 切断电源的电动开关)，新增电弧故障保护功能，当电气线路中因接触或绝缘不良产生电弧故障时，电弧故障断路器能够监测到，并依据电弧故障危害程度采取相应措施；新增过压保护功能，当供电电压持续高于275V 时，在0.1 秒内切断电源；新增浪涌抑制功能，当供电线路受外界电磁干扰产生瞬时高压脉冲时，电弧故障断路器能够快速抑制脉冲电流；安装尺寸保持国标要求不变，使其在安装时与传统断路器的安装方法完全一样，任何一位合格的电工人员都可以熟练进行安装、拆卸工作。

本发明采用高速单片机，配合软件算法以区别“好弧”与“坏弧”，本新型中短路、过载保护采用电磁式触发方式，电弧保护、漏电保护和过压保护采用电子式触发方式。既相互分离，又能共享同一脱扣机构( 切断电源的电动开关)。这样的设计下，即使电子部件部分或者全部失效，产品仍具有传统断路器的短路保护与过载保护两大功能。

图2 所示为本新型电弧故障断路器的部分电路原理图，其中专用电路模块U1 集成了电弧检测判定和漏电检测判定电路，本新型断路器的具体控制电路为：电容C1、压敏电阻R1 并联在电源输入端；电阻R3 一端接电源，另一端接整流桥D1 的交流输入端；电阻R2一端接电源，另一端接整流桥D1 的另一交流输入端；电容C2 正极接在整流桥D1 的直流输出正极，负极接地；电阻R4 一端接整流桥D1 的直流输出正极端，一端接专用电路模块U1的20 管脚；电阻R5 一端接整流桥D1 的直流输出正极，另一端接三极管D2 的集电极；电阻R6一端接整流桥D1 直流输出正极，一端接三极管D2 基极；电容C3、C4 并联后正极接三极管D2 发射极，负极接地；三极管D2 发射极接电路模块的12 管脚，脱扣线圈L1 一端接电源；另一端接整流桥D5 的交流输入端，稳压二极管D6 负极接整流桥D5 的直流输出正极，正极接地；单向可控硅D7 负极接整流桥D5 直流输出正极，D7正极接地；单向可控硅D7 控制极接电阻R8、R7、电容C5 ；电阻R8、电容C5 另一端接地；电阻R7 另一端接二极管D3、D4负极；二极管D3 正极电路模块7 管脚；二极管D4 正极接电路模块17 管脚。

所述差模信号检测线圈L4 两跟引线一端接专用电路模块U1 的1 管脚，另一端接专用电路模块U1 的2 管脚；所述共模信号检测线圈L3 两根引线一端接专用电路模块U1的3 管脚，另一端接专用电路模块U1 的4 管脚；所述漏电检测线圈L2 的两根引线一端接专用电路模块U1 的19 管脚，另一端接专用电路模块U1 的21 管脚，电阻R13 跨接在专用电路模块U1 的19 和21 管脚之间；电阻R9 一端接专用电路模块U1 的8 管脚，另一端接LED 正极；LED 负极接地；电阻R12 跨接在专用电路模块U1 的11 和10 管脚之间；电阻R10跨接在专用电路模块U1 的11 和6 管脚之间；电阻R11 一端接专用电路模块U1 的6 管脚，另一端接地，专用电路模块U1 的5、6、10、11、22 分别与在线编程接口U2 的1、2、3、4、5 管脚相连，专用电路模块U1 的14、15 管脚接电源，专用电路模块U1 的12 管脚与三极管D2发射极相连；专用电路模块U1 的18 管脚与整流桥D1 的直流输出正极相连；专用电路模块U1的22 管脚接地。

工作原理：本新型220V 市电电源的相线和零线接入断路器的电源输入端子，断路器电源输出端子接负载线路，断路器手动开关闭合，断路器为负载线路供电的同时，为控制线路板供电。正常工作情况下，检测组件中的连接导线将电源送入控制线路板，为电路供电的同时，提供电压信号，电路板内的电压检测电路对电压信号分析、处理；通过软件判别线路是否过压，如果过压故障发生则向脱扣驱动电路发出脱扣指令，脱扣驱动电路工作，驱动脱扣线圈动作使脱扣驱动杆位移，联动短路开关连杆，使断路器脱扣，切断电源。当电源输入端发生浪涌故障时，控制电路板上的压敏电阻能够快速泄放部分冲击电流，保护负载线路中的电器和设备。

本发明的传感器设计采用多组电流互感线圈组成，负责采集线路中的高、低频电流变化信号，然后分别输入到专用电路模块中。专用电路模块内置漏电保护单元，放大电路和中央处理单元，可对线路电流变化信号进行分别处理，实时监测线路中高低频信号的变化。如果电路模块判定线路中有漏电故障发生时，直接驱动脱扣机构切断电源，以最快速度防止可能人体触电的危险；如果电路模块判定是电弧故障时，则将故障信号放大，再送入中央处理单元。由中央处理单元对模拟信号进行A/D 变换，将经放大的模拟信号变换为数字信号，以便软件程序识别运算。软件按照一定的算法，分析采集到的电弧故障信号，区分是“好弧”还是“坏弧”，作为进一步采取措施的依据。如果是电器启动或开关造成的“好弧”，则从新回到监测状态，周而复始；如果是线路故障造成的“坏弧”，则向脱扣驱动电路发出脱扣指令，脱扣驱动电路工作，驱动脱扣线圈动作使脱扣驱动杆位移，联动短路开关连杆，使断路器脱扣，切断电源，专用电路模块中的漏电判定电路为标准的通用漏电检测芯片，其余整流、滤波放大等常规电路在此不做详述。电弧故障的判定依靠中央处理器集成的软件代码来完成，其流程图如图3 所示。

Claims (4)

1.一种电弧故障断路器，包括通过螺钉连接的塑壳断路器、剩余电流保护模块壳体、剩余电流保护模块壳体上盖以及断路器接线端子盖，其中塑壳断路器包括电源输出端子、窗口、断路开关连杆，剩余电流保护模块壳体包括自带脱扣组件、脱扣组件引线、自带测试组件、测试组件引线、壳体窗口、脱扣驱动杆、电源输出端子，所述的脱扣组件和测试组件固定在剩余电流保护模块壳体内，其特征在于：剩余电流断路器模块内还固定有检测组件和控制电路板，所述控制电路板和检测组件、测试组件、脱扣组件之间通过导线焊接连接。

2. 根据权利要求1 所述的电弧故障断路器，其特征在于所述检测组件包括差模信号检测线圈、共模信号检测线圈、漏电检测线圈以及连接导线，其中连接断路器电源输出相线端子和剩余电流保护模块电源输出相线端子的连接导线穿过共模信号检测线圈和漏电检测线圈；连接断路器电源输出零线端子和剩余电流保护模块电源输出零线端子的连接导线穿过共模信号检测线圈、漏电检测线圈和差模信号检测线圈，断路器电源输出端子和控制电路板通过两根连接导线连接。

3. 根据权利要求2 所述的电弧故障断路器，其特征在于所述差模信号检测线圈为环氧铁心骨架线圈，共模信号检测线圈为坡莫合金骨架线圈，漏电检测线圈为零序电流互感器。

4. 根据权利要求1 所述的电弧故障断路器，其特征在于所述控制电路板包括电源电路、信号采样电路、在线编程接口电路、脱扣组件驱动电路、复位电路、参考电压电路和一个专用电路模块，所述专用电路模块包括信号调理电路、信号放大电路、信号处理电路、电压检测电路、内部存储器和中央处理单元电路。