CN110504142A - 一种带有电操机构的小型直流断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带有电操机构的小型直流断路器，包括并列设置的第一绝缘外壳和第二绝缘外壳，在所述第一绝缘外壳内设有手柄、过载或短路保护装置中的至少一种、操作机构、第一脱扣杆、动触头、静触头、灭弧室、接线端子和导体，在所述第二绝缘外壳内设有电动操作机构、驱动盘和电流采集器，所述导体的一端与所述过载保护装置或短路保护装置的一端连接，另一端依次穿过所述第一绝缘壳体、第二绝缘壳体、电流采集器的孔心后再与所述接线端子连接。本发明的小型直流断路器，可以实现用电信息采集及对用电设备进行远程投切控制。

Description

一种带有电操机构的小型直流断路器

技术领域

本发明涉及低压电器领域，更具体地涉及一种带有电操机构的小型直流断路器。

背景技术

随着国家对节能减排的倡导，不同企业对配电系统的能效管理也越来越重视，越来越多的企业为了全面提升降低能耗、提升效率、保障运行等方面多维度节能需求，由原来的被动分析数据变为主动分析数据，为了更好的实现能效管理，一般需要采用信息数字化、精细化管理的管理手段。企业需要对运行中的配电系统中负载的用电信息进行采集，以达到对能耗数据收集、摸清家底的目的；并可根据实际使用需要在特定的时间段对用电设备进行远程投切控制，当某些设备在无需使用时，可以对其进行切断，达到节能的目的。

目前，市场上的断路器配置相应电动操作模块后能够实现断路器在特定时间段内对用电设备进行远程投切控制，但是无法实现用电信息的采集功能。若实现能耗数据的管理，用户需要的最核心用电信息数据是主回路电压、主回路电流、功耗等，目前市场中，将配电回路的保护功能、电动操作功能模块和信息采集功能分开配置，配电回路的保护功能主要是靠传统的断路器来实现，远程投切控制由电动操作功能模块来实现，信息采集功能则由外部单独设置能够采集主回路电压、主回路电流、功耗等数据的装置模块来实现，将断路器与电动操作模块匹配安装在一起，再与用电信息采集功能模块连接，进而实现配电线路的保护、远程投切及用电信息的采集功能，此方式存在占据空间大、成本较高、安装复杂、外部布线繁琐等缺点。

另一种实现方式，可将用电信息采集所需的功能元件与断路器模块集成在一起，这样则需增加传统断路器的宽度和/或长度空间尺寸，然后再将集成了断路器功能和用电信息采集功能的模块与电动操作模块匹配安装的方式来实现功能所需。虽然此方案相对上一方案降低了安装的复杂程度、简化了外部布线、提高了装配效率，但是由于集成了断路器功能和用电信息采集功能的模块比传统断路器增加了外形尺寸，使用时仍然需要增加配电箱的内部空间尺寸，这就不能够满足在现有配电箱中进行功能升级改造的需求，使改造成本大大提高，同时降低了改造的效率。

发明内容

鉴于以上问题，本发明采用了一种独特的技术方案，使断路器满足了用电信息采集及在特定的时间段对用电设备进行远程投切控制的功能需要。

本发明主要通过如下技术方案实现：

一种带有电操机构的小型直流断路器，包括并列设置的第一绝缘外壳和第二绝缘外壳，在所述第一绝缘外壳内设有手柄、过载或短路保护装置中的至少一种、操作机构、第一脱扣杆、动触头、静触头、灭弧室、接线端子和导体，在所述第二绝缘外壳内设有电动操作机构、驱动盘和电流采集器，所述导体的一端与所述过载保护装置或短路保护装置的一端连接，另一端依次穿过所述第一绝缘壳体、第二绝缘壳体、电流采集器的孔心后再与所述接线端子连接。

在一较佳实施例中，所述断路器还包括电子控制器，所述电子控制器设于所述第二绝缘外壳内，所述电流采集器与电子控制器连接，并将采集到的主回路中的电流信号传给电子控制器。

在一较佳实施例中，所述电动操作机构包括电动机和齿轮组，所述电动机和齿轮组可为一体式或分离式结构。

在一较佳实施例中，所述第二绝缘外壳中设置有通信模块，所述电子控制器可以通过通信模块接收外部传来的控制信号，并控制所述电动机通过所述齿轮组带动驱动盘运动。

在一较佳实施例中，所述驱动盘中设置有与所述齿轮组中齿轮啮合的齿。

在一较佳实施例中，所述驱动盘中所布置的齿的数量不小于所述齿轮组中的不完全齿轮的齿的数量。

在一较佳实施例中，所述第一绝缘外壳和所述第二绝缘外壳设置有允许导体通过的形成闭环的通孔或开口槽。

在一较佳实施例中，所述第二绝缘外壳中还设置有第二脱扣杆，在所述第二脱扣杆与所述第一脱扣杆之间设有脱扣联动轴，所述脱扣联动轴一端与所述第二脱扣杆连接，另一端与所述第一脱扣杆连接，在所述第二脱扣杆上设有第一凸块，所述第一凸块可与在所述齿轮组的不完全齿轮的轴柱上设置的第二凸块接触或分离。

在一较佳实施例中，所述驱动盘中设置有位置触发元件，所述电子控制器中设置有位置信号接收元件，所述位置信号接收元件可以接收所述位置触发元件触发后产生的位置信号。

在一较佳实施例中，所述位置触发元件可以是机械式开关、磁性元件或光信号元件。

在一较佳实施例中，所述电子控制器根据所述电流采集器采集到的电流值和断路器的合分闸状态来判断断路器的故障类型。

本发明的小型直流断路器，不仅可以实现断路器的基本功能，而且可以满足用电信息采集及在特定的时间段对用电设备进行远程投切控制的功能需要。同时保持了传统断路器模块和电动操作模块的外形尺寸不变，充分利用了电动操作模块的内部空间，将用电信息采集所需的功能元件与电动操作模块集成在一起，并且采用了合理的内部布线方式将断路器模块与电动操作模块有机的连接在一起。与现有技术不同，本发明技术方案，结构布局简单，实现了标准化安装，可靠性好；省略了外部布线的繁琐工序，提高了安装效率；使产品体积最小化，提高了配电箱的空间利用率，同时也有效降低了现有配电箱功能改造升级的成本。

目前国家在大力提倡节能减排，现在新建和已建的办公楼宇、学校、医院、通信基站、工厂等都在积极响应此政策，新建的场所在配电系统设计中基本上都考虑了节能方案，已建的场所也在积极考虑改造方案，全国已建的场所使用的配电箱（不含新建场所使用的配电箱），据不完全统计，传统功能的配电箱的数量平均每省不低于200万套，全国约有5500万~7000万套的传统配电箱，为响应节能减排的需求，有如此巨大数量的传统配电箱需要改造，由于本发明的小型断路器体积小，与常规断路器的外形尺寸保持一致，在不更改现有传统配电箱的尺寸的前提下即可完成改造工作，成本大大降低，改造效率大大提升，每个配电箱的成本约5000元-8000元，将为全国节省约2800亿~5400亿元。附图说明

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本发明的断路器的第一绝缘壳体内部结构示意图。

附图2为本发明的断路器的第二绝缘壳体内部结构示意图。

附图3为本发明的断路器的手柄与驱动盘连接示意图。

图4为本发明的断路器的第二绝缘壳体的另一角度结构示意图。

附图5为本发明的断路器的第一绝缘壳体的结构示意图。

附图6为本发明的断路器的不完全齿轮与脱扣杆配合示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

本发明提出了一种带有电操机构的小型直流断路器，不仅可以实现断路器的基本功能，而且可以满足用户对用电信息采集及在特定的时间段对用电设备进行远程投切控制的功能需要。能够使企业对能耗数据进行收集，为能效管理提供基础数据；并可根据实际使用需要在特定的时间段对用电设备进行远程投切控制，当某些设备在无需使用时，可以对其进行切断，达到节能的目的。

下面结合附图，详细描述根据本发明实施例的一种带有电操机构的小型直流断路器。

请参考图1至图6所示，一种带有电操机构的小型直流断路器，由两个模块组成，第一模块为断路器模块，第二模块为电操机构模块。其断路器模块部分包括第一绝缘外壳2，在所述第一绝缘外壳2内设有手柄1、过载保护装置10、短路保护装置4、操作机构5、第一脱扣杆9、动触头6、静触头7、导体8和接线端子3，所述接线端子3设于所述断路器模块的进线端和出线端，所述第一导体8的两端分别连接所述进线端和出线端的接线端子3；其电操机构部分包括第二绝缘外壳19，所述第二绝缘外壳19和所述第一绝缘外壳2并列设置，在所述第二绝缘外壳19内设有电子控制器17、通信模块15、电动机14、齿轮组12、驱动盘11和电流采集器13。当然，所述过载保护装置10、短路保护装置4可以同时设置，也可以根据产品的具体应用及需要择一设置相应的保护装置即可。

鉴于传统断路器模块的结构，即本发明中所述第一绝缘壳体2中的结构布局，属于公知技术，布局方案已经比较成熟，且结构比较紧凑，有的技术人员考虑，将第一绝缘壳体2的内部空间尺寸加大，例如加长第一绝缘壳体的长度尺寸，这样可以将电流采集器13置于第一绝缘壳体2的内部，此方案虽然可以实现电流信息的采集功能，但是增加了断路器模块的外形尺寸，一般为了产品的外形美观，需要将与之并列设置的第二绝缘外壳19的长度尺寸相应增大，这样不但增加了产品的整体外形尺寸，也增加了产品的制造成本。因为传统断路器模块结构已经比较成熟且比较紧凑，本发明的断路器模块结构的布局仍沿用了传统断路器的结构，将电流采集器13置于第二绝缘外壳19内部，且经过本发明的布局方案可以保证第二绝缘外壳19在与第一绝缘外壳2的外形尺寸一致，这样就大大减小了带有电操机构的小型直流断路器的体积，实现与传统断路器外形尺寸一致，达到了使产品安装尺寸标准化的目的。

本发明的一种带有电操机构的小型直流断路器的合闸或分闸可以由电操机构来实现，也可由断路器的手柄1操作来实现，所述电动操作机构包括电动机14和齿轮组12，所述电动机14和齿轮组12可为一体式或分离式结构，在本实施例中，所述电动机14和齿轮组12为分离式结构，当然，所述电动机14和齿轮组12也可为一体式结构，当所述电动机14和所述齿轮组12为一体式结构时，所述齿轮组12可以减速齿轮箱的结构形式安装套设在所述电动机14的转动轴上，在所述电动机14的驱动下实现减速。

所述手柄1与所述操作机构5活动连接，所述驱动盘11与齿轮组12活动连接，在所述手柄1和驱动盘11之间设有手柄联动杆18，当所述手柄1和驱动盘11中有一个转动时，通过所述手柄联动杆18可带动另一个部件转动，从而实现所述断路器模块与所述电操机构部分的联动。

具体的，一种带有电操机构的小型直流断路器的自动合闸过程如下：操作人员可以在外部通过所述通信模块15将合闸信号或分闸信号传给电子控制器17，电子控制器17控制电动机14转动，电动机14的转轴上设置有蜗杆，电动机14带动蜗杆转动，所述蜗杆通过齿轮组12带动驱动盘11向合闸方向转动，驱动盘11中设置有非正圆形槽110，图中示例为方形槽，手柄联动杆18的一端置于非正圆形槽111中，另一端置于手柄1中的非正圆形槽100中，图中示例为方形槽，所以当驱动盘11转动时带动手柄1同步转动，手柄1通过操作机构5带动动触头6运动，实现动触头6与静触头7的接触，以接通主回路，实现断路器的自动合闸操作。在本实施例中，所述电子控制器13设于所述第二绝缘外壳19内，当然，所述电子控制器13也可设于所述第一绝缘外壳2内，或作为一个单独的模块设于所述断路器的外部，均可实现相同的效果。

参考图1至图6，小型直流断路器的自动分闸过程与小型直流断路器的自动合闸过程类似，其区别在于，在电操机构模块中还设有第二脱扣杆22，在所述第二脱扣杆22与所述第一脱扣杆9之间设有脱扣联动轴，所述脱扣联动轴一端与所述第二脱扣杆22连接，另一端与所述第一脱扣杆9连接，所述第二脱扣杆22通过脱扣联动轴与所述第一绝缘外壳2中的第一脱扣杆9联动。在所述第二脱扣杆22上设有第一凸块221，在所述不完全齿轮121轴柱上设有第二凸块1211，所述第一凸块221和第二凸块1211可以接触或分离。当电操机构模块中的电动机14驱动齿轮组12运动时，齿轮组12中的不完全齿轮121的轴柱中的第二凸块1211与脱扣杆22中的第一凸块221接触时，可带动所述第二脱扣杆22同步转动，第二脱扣杆22逆时针转动通过所述脱扣联动轴带动断路器模块中的第一脱扣杆9转动，第一脱扣杆9使断路器模块中的操作机构5解锁，使断路器脱扣分闸，使动触头6与静触头7分离，切断主回路，实现断路器的分闸操作。第一脱扣杆9解锁操作机构5的过程属于公知技术，这里不在赘述。

更进一步地，有的使用场所要求小型直流断路器的自动分闸后，不允许断路器进行手动合闸操作，此时则电操作机构模块中的所述第一凸块221和第二凸块1211保持接触；反之，有的使用场所要求小型直流断路器的自动分闸后，允许断路器进行手动合闸操作，则电动机14应继续转动一定角度，直至电动操作机构模块中所述第一凸块221和第二凸块1211完全分离为止，这样可保证小型直流断路器的自动分闸后仍允许断路器的手动合闸操作。

参考图1至图6，一种带有电操机构的小型直流断路器的手动合闸或分闸的过程如下：当断路器完成自动合闸或分闸后，在电子控制器17的控制下，会使齿轮组12中的不完全齿轮121继续转动一定角度，在第二绝缘外壳19内设置有两个位置感应器21，所述位置感应器21与所述电子控制器17电气连接，不完全齿轮121的轴柱上设置有第三凸块1212，当不完全齿轮121轴柱上设置的第三凸块1212与所述位置感应器21接触时，所述位置感应器21将被触发产生相应的位置信号并将此信号传给电子控制器17，所述电子控制器17则给电动机14发出停止转动的指令，此时驱动盘11上的齿与齿轮组12中的不完全齿轮121脱离啮合，同时手动操作手柄1向合闸或分闸方向运动，所述手柄1通过联动杆18带动驱动盘11一起运动，不受齿轮组12的任何影响，操作机构5在手柄1的带动下使动触头6运动，实现动触头6与静触头7的接触或分离，以接通或切断主回路，实现断路器的手动合闸或分闸操作。

更进一步地，为了保证电操机构模块既能够完成自动合闸或分闸操作，又能够在自动合闸或分闸操作后不影响手动合分闸操作，驱动盘11中所布置的齿的数量不小于齿轮组12中的不完全齿轮121的齿的数量。

在一优选实施例中，本发明的一种带有电操机构的小型直流断路器的电操机构模块中设置有电流采集器13，电流采集器13可以设置在第二绝缘外壳19的左侧空间内，也可以设置在右侧空间内，此处所指的左侧或右侧空间是指以图2所示角度，所述齿轮组12的左侧区域为左侧空间，所述齿轮组12的右侧区域为右侧空间。

具体的，当电流采集器13置于第二绝缘外壳19内时，在所述第一绝缘壳体2和第二绝缘壳体19上分别设有可容纳所述导体8穿过的通孔或开口槽201，所述导体8的一端与所述过载保护装置10或短路保护装置4导连接，另一端依次穿过第一绝缘壳体2和第二绝缘壳体19上的通孔或开口槽201后穿过所述电流采集器13的孔心，然后与断路器模块中的接线端子3连接。所述通孔即指可以是完全贯穿所述第一绝缘外壳2或第二绝缘外壳19的形成一个闭环的通孔，所述开口槽即指可以是不完全贯穿所述第一绝缘外壳2或第二绝缘外壳19的开口槽。电子控制器17中设置有接口170，电流采集器13通过接口170与电子控制器17电气连接，当主回路中有电流通过时，电流采集器13能够采集到主回路中的电流信号并传给电子控制器17，实现主回路电流的实时监测。

在一优选实施例中，本发明的一种带有电操机构的小型直流断路器的电操机构模块中的驱动盘11中设置有位置触发元件16，位置触发元件16为磁性元件，例如磁铁。当驱动盘11运动至合闸位置时，会发出合闸位置信号；当驱动盘11运动至分闸位置时，会发出分闸位置信号；电子控制器17中设置有位置信号接收元件（图中未示出），可以接收到驱动盘11在不同位置时发出的信号后可对位置信号进行分析处理，并可将处理识别后的位置信号通过通信模块15传给外部，实现断路器合分闸状态的实时监测。

同理，位置触发元件16也可以是机械式位置开关、光信号元件等，只要能够实现驱动盘11在不同位置能够触发不同的容易识别的信号的元件均可。

此外，所述电子控制器17可以根据接收到的电流采集器13传来的主回路电流信号和收到的断路器合分闸状态信号来判断断路器的故障类型，判断原则如下：

1、当接收到的电流信号为小于等于额定工作电流值且断路器为合闸状态，则断路器为正常合闸状态；

2、当接收到的电流信号为小于等于额定工作电流值且断路器为分闸状态，则断路器为正常分闸状态；

3、当接收到的电流信号为大于额定工作电流值小于短路保护电流值，且断路器为分闸状态，则断路器为过载故障脱扣分闸状态；

4、当接收到的电流信号为大于等于短路保护电流值，且断路器为分闸状态，则断路器为短路故障脱扣分闸状态。

根据本发明提出的一种带有电操机构的小型直流断路器，不仅可以实现断路器的基本功能，也可以满足对用电信息采集，在对配电线路进行保护的同时也能够使企业对用电信息进行采集，为能效管理提供基础数据；而且可根据实际用电需求，在特定的时间段对不需工作的用电设备进行独立的远程投切控制，以达到节能用电的目的，给用户带来了巨大的经济效益。

本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (10)

1.一种带有电操机构的小型直流断路器，包括并列设置的第一绝缘外壳（2）和第二绝缘外壳（19），在所述第一绝缘外壳（2）内设有手柄（1）、过载或短路保护装置中的至少一种、操作机构（5）、第一脱扣杆（9）、动触头（6）、静触头（7）、灭弧室、接线端子（3）和导体（8），在所述第二绝缘外壳（19）内设有电动操作机构、驱动盘（11）和电流采集器（13），其特征在于，所述导体（8）的一端与所述过载保护装置（10）或短路保护装置（4）的一端连接，另一端依次穿过所述第一绝缘壳体（2）、第二绝缘壳体（19）、电流采集器（13）的孔心后再与所述接线端子（3）连接。

2.根据权利要求2所述的一种带有电操机构的小型直流断路器，其特征在于，还包括电子控制器（17），所述电子控制器（17）设于所述第二绝缘外壳（19）内，所述电流采集器（13）与电子控制器（17）连接，并将采集到的主回路中的电流信号传给电子控制器（17）。

3.根据权利要求1或2所述的一种带有电操机构的小型直流断路器，其特征在于，所述电动操作机构包括电动机（14）和齿轮组（12），所述电动机（14）和齿轮组（12）可为一体式或分离式结构。

4.根据权利要求3所述的一种带有电操机构的小型直流断路器，其特征在于，所述第二绝缘外壳（19）中设置有通信模块（15），所述电子控制器（17）可以通过通信模块（15）接收外部传来的控制信号，并控制所述电动机（14）通过所述齿轮组（12）带动驱动盘（11）运动。

5.根据权利要求4所述的一种带有电操机构的小型直流断路器，其特征在于，所述驱动盘（11）中设置有与所述齿轮组（12）啮合的齿。

6.根据权利要求5所述的一种带有电操机构的小型直流断路器，其特征在于，所述驱动盘（11）中所布置的齿的数量不小于所述齿轮组（12）中的不完全齿轮（121）的齿的数量。

7.根据权利要求1所述的一种带有电操机构的小型直流断路器，其特征在于，所述第一绝缘外壳（2）和所述第二绝缘外壳（19）分别设置有允许导体（8）通过的形成闭环的通孔或开口槽。

8.根据权利要求1所述的一种带有电操机构的小型直流断路器，其特征在于，所述第二绝缘外壳（19）中还设置有第二脱扣杆（22），在所述第二脱扣杆（22）与所述第一脱扣杆（9）之间设有脱扣联动轴，所述脱扣联动轴一端与所述第二脱扣杆（22）连接，另一端与所述第一脱扣杆（9）连接，在所述第二脱扣杆（22）上设有第一凸块（221），所述第一凸块（221）可与在所述电动操作机构的不完全齿轮（121）轴柱上设置的第二凸块（1211）接触或分离。

9.根据权利要求2所述的一种带有电操机构的小型直流断路器，其特征在于，所述驱动盘（11）中设置有位置触发元件（16），所述电子控制器（17）中设置有位置信号接收元件，所述位置信号接收元件可以接收所述位置触发元件（16）触发后产生的位置信号。

10.根据权利要求11所述的一种带有电操机构的小型直流断路器，其特征在于，所述位置触发元件（16）可以是机械式开关、磁性元件或光信号元件。