CN110912101A - 一种非接触无源式spd后备保护断路器 - Google Patents
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Abstract
一种非接触无源式SPD后备保护断路器，属于后备保护技术领域。所述SPD后备保护断路器通过电流互感模块将接入有浪涌保护器的工频相线上的过电流转换为目标检测电流；通过整流模块对目标检测电流进行整流；通过电流检测模块来判断对应于整流后的目标检测电流的过电流的种类，当过电流为正常的浪涌电流时，将整流后的目标检测电流泄放至大地，当过电流为SPD失效电流时，通过脱扣驱动模块和电磁脱扣模块的配合，切断工频相线。由于本发明中电流检测模块为无源模块，本发明所述的非接触无源式SPD后备保护断路器避免了有源式SPD后备保护断路器存在的不动作或误动作的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种后备保护断路器，属于后备保护技术领域。
背景技术
浪涌保护器（SPD）主要用于限制瞬态过电压和分泄浪涌电流。瞬态过电压一般包括大气过电压和操作过电压。当雷电落在建筑物或者建筑物附近以及输电线路或者输电线路附近时，会侵入或感应出数十千伏的瞬态过电压，并沿着线路侵入配电回路而损坏电气电子设备。为了保护电气系统和重要的电气电子设备免遭雷击过电压的损坏，配电系统和通信信号系统必须安装浪涌保护器。
根据SPD的工作原理及元器件自身特点，SPD内部防雷芯片在正常使用情况下会受到多次雷电流冲击、操作过电压、高温和高湿等影响，导致防雷芯片老化、劣化甚至是失效。通常流过限压型（采用压敏电阻）SPD的初始漏电流一般≤40μA，市场部分浪涌保护器初始漏电流＜５μA，但承受额定通流放电后，漏电流开始逐步增大，并且随着放电次数的增加，漏电流持续增大，当漏电流增加到一定值时（通常单阀片不应超过1mA），SPD开始升温发热，劣化速度变快，极易引起火灾。除此之外，在当高能量浪涌冲击或线路工频故障，SPD发生短路失效时，若无线路保护，不能将故障线路及时断开，也将导致配电线路发生火灾，甚至SPD爆炸。因此，需要在配电线路中设置SPD后备保护断路器以切断配电线路上的SPD失效电流，即SPD漏电流和线路工频短路电流。
现有SPD后备保护断路器的主要工作原理为：通过电流检测单元判断配电线路上的过电流的种类，当过电流为正常的浪涌电流时，不动作并将检测电流泄放至大地；当过电流为SPD失效电流时，切断配电线路。
然而，现有SPD后备保护断路器的电流检测单元通常基于单片机来实现，由于单片机需要额外电源供电，导致现有SPD后备保护断路器存在以下问题：
一、当电源电压过低或者SPD后备保护断路器工作于单相电路时，SPD后备保护断路器在过电流为SPD失效电流时也不动作，无法起到后备保护的作用。
二、SPD后备保护断路器容易因单片机受电源干扰而发生误动作。
发明内容
本发明为解决以上现有有源式SPD后备保护断路器存在的问题，提出了一种非接触无源式SPD后备保护断路器。
本发明所述的非接触无源式SPD后备保护断路器包括：
电流互感模块，用于将接入有浪涌保护器的工频相线上的过电流转换为目标检测电流；
整流模块，用于对目标检测电流进行整流；
电流检测模块，用于根据整流后的目标检测电流的大小和/或持续时间判断所述过电流为浪涌电流或浪涌保护失效电流，当判断结果为浪涌电流时，将目标检测电流导入电源地，当判断结果为浪涌保护失效电流时，发出脱扣控制信号；
脱扣驱动模块，用于根据脱扣控制信号发出脱扣驱动信号；
电磁脱扣模块，用于根据脱扣驱动信号使所述工频相线断路；
电流检测模块为无源模块。
作为优选的是，电流检测模块根据整流后的目标检测电流的大小判断所述过电流为浪涌电流或浪涌保护失效电流：
电流检测模块包括稳压二极管、采样电阻和晶闸管；
电磁脱扣模块包括脱扣线圈和常闭触点；
整流模块的电流输出端同时与稳压二极管的阴极和晶闸管的阳极相连，稳压二极管的阳极同时与采样电阻的第一端和晶闸管的门极相连，采样电阻的第二端和晶闸管的阴极均接入电源地；
稳压二极管的阴极与采样电阻的第二端之间的电压信号为脱扣控制信号；
脱扣驱动模块用于根据脱扣控制信号使脱扣线圈失电；
常闭触点接入所述工频相线。
作为优选的是，电流检测模块根据整流后的目标检测电流的持续时间判断所述过电流为浪涌电流或浪涌保护失效电流：
电流检测模块包括稳压二极管、延时电阻和延时电容；
电磁脱扣模块包括脱扣线圈和常闭触点；
整流模块的电流输出端同时与稳压二极管的阴极和延时电阻的第一端相连，延时电阻的第二端与延时电容的第一端相连，稳压二极管的阳极和延时电容的第二端均接入电源地；
延时电容两端的电压信号为脱扣控制信号；
脱扣驱动模块用于根据脱扣控制信号使脱扣线圈失电；
常闭触点接入所述工频相线。
作为优选的是，电流检测模块根据整流后的目标检测电流的大小和持续时间判断所述过电流为浪涌电流或浪涌保护失效电流：
电流检测模块包括稳压二极管、采样电阻、晶闸管、延时电阻和延时电容；
电磁脱扣模块包括脱扣线圈和常闭触点；
整流模块的电流输出端同时与稳压二极管的阴极、晶闸管的阳极和延时电阻的第一端相连，稳压二极管的阳极同时与采样电阻的第一端和晶闸管的门极相连，延时电阻的第二端与延时电容的第一端相连，采样电阻的第二端、晶闸管的阴极和延时电容的第二端均接入电源地；
延时电容两端的电压信号为脱扣控制信号；
脱扣驱动模块用于根据脱扣控制信号使脱扣线圈失电；
常闭触点接入所述工频相线。
作为优选的是，电流互感模块为单相、双相或三相。
作为优选的是，当电流互感模块为单相时，整流模块为整流二极管；当电流互感模块为双相或三相时，整流模块包括相应数量的整流桥。
本发明所述的非接触无源式SPD后备保护断路器，通过电流互感模块将接入有浪涌保护器的工频相线上的过电流转换为目标检测电流；通过整流模块对目标检测电流进行整流；通过电流检测模块来判断对应于整流后的目标检测电流的过电流的种类，当过电流为正常的浪涌电流时，将整流后的目标检测电流泄放至大地，当过电流为SPD失效电流时，通过脱扣驱动模块和电磁脱扣模块的配合，切断工频相线。由于本发明中电流检测模块为无源模块，本发明所述的非接触无源式SPD后备保护断路器避免了有源式SPD后备保护断路器存在的不动作或误动作的问题。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明所述的非接触无源式SPD后备保护断路器进行更详细的描述，其中：
图1为实施例一所述的非接触无源式SPD后备保护断路器的原理框图；
图2为实施例一所述的非接触无源式SPD后备保护断路器的电路原理图；
图3为实施例二所述的非接触无源式SPD后备保护断路器的电路原理图；
图4为实施例三所述的非接触无源式SPD后备保护断路器的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明所述的非接触无源式SPD后备保护断路器作进一步说明。
实施例一：下面结合图1和图2详细地说明本实施例。
本实施例所述的非接触无源式SPD后备保护断路器包括：
电流互感模块，用于将接入有浪涌保护器的工频相线上的过电流转换为目标检测电流；
整流模块，用于对目标检测电流进行整流；
电流检测模块，用于根据整流后的目标检测电流的大小判断所述过电流为浪涌电流或浪涌保护失效电流，当判断结果为浪涌电流时，将目标检测电流导入电源地，当判断结果为浪涌保护失效电流时，发出脱扣控制信号；
脱扣驱动模块，用于根据脱扣控制信号发出脱扣驱动信号；
电磁脱扣模块，用于根据脱扣驱动信号使所述工频相线断路；
电流检测模块为无源模块；
电流互感模块为双相；
整流模块为整流桥。
本实施例的电流检测模块包括稳压二极管D1、采样电阻R1和晶闸管Q；
电磁脱扣模块包括脱扣线圈L和常闭触点；
整流桥的两个交流输入端分别与电流互感模块二次绕组的两个外接端相连，整流桥的正极同时与稳压二极管D1的阴极和晶闸管Q的阳极相连，稳压二极管D1的阳极同时与采样电阻R1的第一端和晶闸管Q的阳极相连，整流桥的负极、采样电阻R1的第二端和晶闸管Q的阴极均接入电源地；
稳压二极管Q的阴极与采样电阻R1的第二端之间的电压信号为脱扣控制信号；
脱扣驱动模块用于根据脱扣控制信号使脱扣线圈L失电；
常闭触点接入所述工频相线。
本实施例所述的非接触无源式SPD后备保护断路器的工作原理为：
当工频相线上的过电流为正常的浪涌电流时，流经采样电阻R1的电流大于或等于预设的电流判断值，采样电阻R1两端的电压足以使晶闸管Q导通，整流后的目标检测电流经晶闸管Q流入电源地。与此同时，导通的晶闸管Q使稳压二极管D1和采样电阻R1短路，稳压二极管Q的阴极与采样电阻R1的第二端之间的电压信号为零，脱扣驱动模块保持断开状态，脱扣线圈L所在的电气回路断开，工频相线中的常闭触点保持常闭状态。
当工频相线上的过电流为SPD失效电流时，流经采样电阻R1的电流小于预设的电流判断值，采样电阻R1两端的电压较小，不足以使晶闸管Q导通，稳压二极管Q的阴极与采样电阻R1的第二端之间存在电位差，脱扣驱动模块根据脱扣控制信号进入闭合状态，脱扣线圈L所在的电气回路导通，工频相线中的常闭触点断开，以切断工频相线。
在本实施例中，通过调节采样电阻R1的阻值可以调整电流判断值。
在本实施例中，电流互感模块为双相。在实际应用中，可以根据配电回路的相数将电流互感模块调整为单相或三相，并将整流模块调整为整流二极管或者增加一个整流桥，以及对其余电路结构进行适应性改造即可，本实施例不再一一赘述。
实施例二：下面结合图3详细地说明本实施例。与实施例一相比，本实施例所述的非接触无源式SPD后备保护断路器的不同之处在于：
本实施例的电流检测模块根据整流后的目标检测电流的持续时间判断所述过电流为浪涌电流或浪涌保护失效电流，当判断结果为浪涌电流时，将目标检测电流导入电源地，当判断结果为浪涌保护失效电流时，发出脱扣控制信号。
本实施例的电流检测模块包括稳压二极管D1、延时电阻R1和延时电容C1；
整流桥的两个交流输入端分别与电流互感模块二次绕组的两个外接端相连，整流桥的正极同时与稳压二极管D1的阴极和延时电阻R1的第一端相连，延时电阻R1的第二端与延时电容C1的第一端相连，整流桥的负极、稳压二极管D1的阳极和延时电容C1的第二端均接入电源地；
延时电容C1两端的电压信号为脱扣控制信号。
本实施例所述的非接触无源式SPD后备保护断路器的工作原理为：
延时电阻R1与延时电容C1构成延时电路，用于区分工频相线上的过电流为正常的浪涌电流还是SPD失效电流，通过调节延时电阻R1的阻值和/或延时电容C1的电容值可以调整延时电路的延时时间。
将脱扣驱动模块的触发电压设置为略小于稳压二极管D1的限压值。
不管工频相线上的过电流有多大，电流互感模块经整流桥输出的电压都被限制在稳压二极管D1上。而虽然脱扣驱动模块的触发电压小于稳压二极管D1的限压值，但是由于延时电路的存在，脱扣驱动模块不会被立即触发。
工频相线上的正常浪涌电流为瞬时性电流，将延时电路的延时时间设置为大于正常浪涌电流的持续时间，因此，当工频相线上的过电流为正常的浪涌电流时，脱扣驱动模块不会被触发，脱扣驱动模块保持断开状态，脱扣线圈L所在的电气回路断开，工频相线中的常闭触点保持常闭状态。
工频相线上的SPD失效电流是持续性电流，当超过延时电路的延时时间时，脱扣驱动模块被触发，进入闭合状态，脱扣线圈L所在的电气回路导通，工频相线中的常闭触点断开，以切断工频相线。
实施例三：下面结合图4详细地说明本实施例。与实施例一相比，本实施例所述的非接触无源式SPD后备保护断路器的不同之处在于：
本实施例的电流检测模块根据整流后的目标检测电流的大小和持续时间判断所述过电流为浪涌电流或浪涌保护失效电流，当判断结果为浪涌电流时，将目标检测电流导入电源地，当判断结果为浪涌保护失效电流时，发出脱扣控制信号。
本实施例的电流检测模块包括稳压二极管D1、采样电阻R1、晶闸管Q、延时电阻R2和延时电容C1；
整流桥的两个交流输入端分别与电流互感模块二次绕组的两个外接端相连，整流桥的正极同时与稳压二极管D1的阴极、晶闸管Q的阳极和延时电阻R1的第一端相连，稳压二极管D1的阳极同时与采样电阻R1的第一端和晶闸管Q的门极相连，延时电阻R2的第二端与延时电容C1的第一端相连，整流桥的负极、采样电阻R1的第二端、晶闸管Q的阴极和延时电容C1的第二端均接入电源地；
延时电容C1两端的电压信号为脱扣控制信号。
本实施例所述的非接触无源式SPD后备保护断路器的工作原理综合了以上两个实施例所述的非接触无源式SPD后备保护断路器的工作原理，本实施例不再一一赘述。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (6)
1.一种非接触无源式SPD后备保护断路器，其特征在于，所述SPD后备保护断路器包括：
电流互感模块，用于将接入有浪涌保护器的工频相线上的过电流转换为目标检测电流；
整流模块，用于对目标检测电流进行整流；
电流检测模块，用于根据整流后的目标检测电流的大小和/或持续时间判断所述过电流为浪涌电流或浪涌保护失效电流，当判断结果为浪涌电流时，将目标检测电流导入电源地，当判断结果为浪涌保护失效电流时，发出脱扣控制信号；
脱扣驱动模块，用于根据脱扣控制信号发出脱扣驱动信号；
电磁脱扣模块，用于根据脱扣驱动信号使所述工频相线断路；
电流检测模块为无源模块。
2.如权利要求1所述的非接触无源式SPD后备保护断路器，其特征在于，电流检测模块根据整流后的目标检测电流的大小判断所述过电流为浪涌电流或浪涌保护失效电流：
电流检测模块包括稳压二极管、采样电阻和晶闸管；
电磁脱扣模块包括脱扣线圈和常闭触点；
整流模块的电流输出端同时与稳压二极管的阴极和晶闸管的阳极相连，稳压二极管的阳极同时与采样电阻的第一端和晶闸管的门极相连，采样电阻的第二端和晶闸管的阴极均接入电源地；
稳压二极管的阴极与采样电阻的第二端之间的电压信号为脱扣控制信号；
脱扣驱动模块用于根据脱扣控制信号使脱扣线圈失电；
常闭触点接入所述工频相线。
3.如权利要求1所述的非接触无源式SPD后备保护断路器，其特征在于，电流检测模块根据整流后的目标检测电流的持续时间判断所述过电流为浪涌电流或浪涌保护失效电流：
电流检测模块包括稳压二极管、延时电阻和延时电容；
电磁脱扣模块包括脱扣线圈和常闭触点；
整流模块的电流输出端同时与稳压二极管的阴极和延时电阻的第一端相连，延时电阻的第二端与延时电容的第一端相连，稳压二极管的阳极和延时电容的第二端均接入电源地；
延时电容两端的电压信号为脱扣控制信号；
脱扣驱动模块用于根据脱扣控制信号使脱扣线圈失电；
常闭触点接入所述工频相线。
4.如权利要求1所述的非接触无源式SPD后备保护断路器，其特征在于，电流检测模块根据整流后的目标检测电流的大小和持续时间判断所述过电流为浪涌电流或浪涌保护失效电流：
电流检测模块包括稳压二极管、采样电阻、晶闸管、延时电阻和延时电容；
电磁脱扣模块包括脱扣线圈和常闭触点；
整流模块的电流输出端同时与稳压二极管的阴极、晶闸管的阳极和延时电阻的第一端相连，稳压二极管的阳极同时与采样电阻的第一端和晶闸管的门极相连，延时电阻的第二端与延时电容的第一端相连，采样电阻的第二端、晶闸管的阴极和延时电容的第二端均接入电源地；
延时电容两端的电压信号为脱扣控制信号；
脱扣驱动模块用于根据脱扣控制信号使脱扣线圈失电；
常闭触点接入所述工频相线。
5.如权利要求1-4任意一项所述的非接触无源式SPD后备保护断路器，其特征在于，电流互感模块为单相、双相或三相。
6.如权利要求5所述的非接触无源式SPD后备保护断路器，其特征在于，当电流互感模块为单相时，整流模块为整流二极管；当电流互感模块为双相或三相时，整流模块包括相应数量的整流桥。
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