CN114093725B - 一种应用于低压开关的刀片式二次模块装置 - Google Patents

Abstract

一种应用于低压开关的刀片式二次模块装置，所述二次模块装置包括：底壳、顶壳、液晶显示电路板、外插端子公头、电容模块、载波模块、压板插头、压板。本发明的刀片式二次模块，可以做到整个二次单元的不停电更换、运维，不影响开关的正常使用，实现一二次使用寿命同期，大大提高了整机的使用寿命。二次模块中的关键易损零部件实现单独可插拔，灵活性更高。一次模块与二次模块分离设计，可以优先实现隔热与电磁干扰防护，提高二次单元的可靠性。所有线路均设计有走线通道，实现线束化有序管理，并且整个刀片式二次模块实现无线设计，使整体更加简洁美观，更具有合理性。

Description

一种应用于低压开关的刀片式二次模块装置

技术领域

本发明涉及变电站管控技术领域，特别涉及一种应用于低压开关的刀片式二次模块装置。

背景技术

现有传统塑壳断路器中驱动分合闸运动的操作机构为弹簧式，弹簧式操作机构结构复杂，由30多种零件组成，易磨损，可靠性低。且弹簧式操作机构驱动的分合闸速度较慢，分合闸时间在20ms～40ms区间。弹操机构中通过驱动两个过中弹簧的运动实现分合闸操作，在进行手动分合闸时，需要较大的力才能使弹簧越过操作机构的过中点，实现分合闸，因此费时费力。现有的塑壳断路器实现电动操作是基于弹簧式操作机构及其结构形态，外置电动操作机构或者内置电机：(1)若采用外置电动操作机构的方案，则需将电动操作机构固定在传统的塑壳断路器上，通过控制电动操作机构实现电动分合闸操作，但会增加整体的体积，以额定电流400A为例，整机尺寸由原来的257×140×156变成了257×280×156mm，增加了50％。尤其是增加整个塑壳断路器的高度，会导致断路器放入台区分支箱中后无法关闭箱门，并且分闸时间在245ms左右，合闸时间在525ms左右，响应速度慢。(2)若采用内置电机的方式进行自动分合闸，则需要在塑壳断路器里内置一个电机，电机与分合闸操作开关行程一个曲柄滑块机构，通过电机的转动转化成操作开关的移动，实现分合闸。以额定电流400A为例，尺寸为360×206×195mm，相较于传统的257×140×156mm，体积增加了60％以上。并且现有的内置电机式的塑壳断路器均为4P形式，若采用3P形式，由于弹簧式操作机构的操作特性，没有充足的空间内置电机。内置电机式的塑壳断路器分闸时间在20～40ms，但合闸时间在20s以上，合闸时间极慢，无法满足于备自投或者光伏等需要快速分合闸的工况领域。

现有传统塑壳断路器采用弹簧式操作机构，在原有结构形态内强塞测量采集、通信等数字系统，虽能够做到高精度测量和通信内置，但无法实现一、二次模块化，无法做到不停电维护，影响开关的应用和带电运维。现有的可以实现自动分合闸的塑壳断路器智能化水平较低，原因是在保持国标要求的体积下，驱动断路器实现自动分合闸的电机所占空间较大，已无法放置更多的智能模块，所能放置的电路板也较小，导致塑壳断路器功能较少，限制了塑壳断路器的智能化水平。而若增大断路器的体积，则在进行台区新旧断路器替换的时候，无法实现等价替换，需要改变分支箱或者抽屉柜内部的结构，并且还要重新布线，施工极不方便，若断路器的体积大于支箱或者抽屉柜内部所能容纳的体积，甚至存在无法进行新旧断路器替换的情况。

现有塑壳断路器的操作机构为弹簧式，且3P形式均为手动分合闸形式，在较大额定电流工况下，如400A以上，需要提供较大的力才能对塑壳断路器进行分合闸操作，费时费力。现有弹簧操作式的塑壳断路器若想实现电动分合闸，需要内置驱动电机或者外置电动操作机构，且电动操作机构的本质还是内部有驱动电机，会使整机体积变大，无法做到新旧塑壳短路器的直接替换。并且现有弹簧操作式的塑壳断路器响应速度较慢，手动分合闸工况下，分闸时间20～40ms，合闸时间40～70ms，电动分合闸工况下，分闸时间20～40ms，合闸时间最快也要500ms以上，无法满足用电防火、防触电、光伏、多电源点互为备用等需要快速分合闸的领域。现有塑壳断路器的功能升级时，无法做到同体积内提升。若升级后的断路器与原来体积相同，则能够增加的功能模块很少，其智能化水平较低，弹簧式操作机构及其驱动电机占用了塑壳断路器上部的大部分空间，给二次系统留余的空间十分有限。现有塑壳断路器的一次系统与二次控制系统为一个整体，无法做到模块化，更不能实现二次控制系统的带电可插拔更换，无法做到一二次寿命同期，在一次部分还能正常工作时，二次控制系统已经老化损坏，导致整个断路器报废，造成浪费。传统塑壳断路器控制电路板与一次部分没有完全隔离，隔热性能较差，一次部分在工作时其温度较高，会传热到二次部分，加速二次部分的老化。弹簧式的操作机构结构复杂，易磨损，机械寿命在2万～5万次左右，寿命较低，难以满足低压智能断路器日益增长的智能化、高性能需求。

发明内容

基于上述现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种应用于低压开关的刀片式二次模块装置，本发明的二次模块装置与一次模块分离设计，可以优先实现隔热与电磁干扰防护，提高二次单元的可靠性。

本发明由下述技术方案实现：

一种应用于低压开关的刀片式二次模块装置，所述二次模块装置包括：底壳、顶壳、液晶显示电路板、外插端子公头、电容模块、载波模块、压板插头、压板；

由底壳和顶壳形成整个壳体框架；

刀片式二次模块的底壳上设置电源板，所述电源板上设置控制板，所述控制板上设置液晶显示电路板；

在电源板底侧安装有64位欧式端子公头和32位欧式端子公头，用于插接前端连接板和后端连接板；

在电源板上设计有多组电容模块，具有控制功能；

电源板上侧设计有压板，压板上安装有压板插头，当压板插头插在压板上时，整个磁控低压开关正常工作，当压板插头从压板上拔掉时，整个磁控低压开关无法电动控制；

在顶壳上还设有安装载波模块孔槽，用于放置载波模块。

进一步的，所述底壳的两端设计有把手结构，方便对刀片式二次模块的安装与拆卸。

进一步的，底壳中间设计有导向凸台，用于包裹磁控式一次模块的顶壳上的凸起外壳，在刀片式二次模块与磁控式一次模块合并及拆卸时起导向作用。

进一步的，载波模块包括载波板、载波底座、载波顶壳，载波板卡位在载波底座上，并用载波顶壳盖住，载波底座和载波顶壳通过卡槽卡位固定，载波模块用于通讯功能。

进一步的，在顶壳上设计有安装长翻盖的圆柱，可以卡位住长翻盖，长翻盖可以相对圆柱转动，在顶壳上表面还设计孔槽，使卡位长翻盖紧紧贴在顶壳上。

本发明的技术方案能够实现如下有益的技术效果：

本发明的刀片式二次模块，可以做到整个二次单元的不停电更换、运维，不影响开关的正常使用，实现一二次使用寿命同期，大大提高了整机的使用寿命。二次模块中的关键易损零部件实现单独可插拔，灵活性更高。一次模块与二次模块分离设计，可以优先实现隔热与电磁干扰防护，提高二次单元的可靠性。所有线路均设计有走线通道，实现线束化有序管理，并且整个刀片式二次模块实现无线设计，使整体更加简洁美观，更具有合理性。

附图说明

图1为本发明的刀片式二次模块结构示意图；

图2为本发明的刀片式二次模块翻盖效果示意图；

图3为本发明的刀片式二次模块与磁控式一次模块装配示意图；

图4为本发明的电路板二次元器件结构示意图；

图5为本发明的载波模块内部结构示意图；

图6为本发明的顶壳结构示意图；

图7为本发明的顶壳局部结构示意图；

图8为本发明的底壳结构示意图；

图9为本发明的短翻盖结构示意图；

图10为本发明的一二模块分离示意图；

图11为本发明的一二模块组合示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在具体的实施例中，本发明提供了一种应用于低压开关的刀片式二次模块装置。如图1和图2所示，本发明的片式二次模块装置包括：底壳162、顶壳163、长翻盖164、短翻盖165、液晶显示电路板166、外插端子公头167、支撑弹簧168、超级电容169、载波模块170、外接端口171、压板插头172、压板173。

刀片式二次模块中，由底壳和顶壳形成整个壳体框架，刀片式二次模块位于磁控式一次模块上部。底壳上两端设计有用于连接磁控式一次模块的顶壳的螺栓孔，通过螺栓固定连接磁控式一次模块的顶壳，从而将刀片式二次模块和磁控式一次模块固定，完成整机组装。底壳的四个角设计有四个用于连接顶壳的螺母孔，内嵌嵌件螺母，顶壳的四个角设计有四个用于连接底壳的螺栓孔，顶壳与底壳通过螺栓连接，且螺母孔向上凸起，螺栓孔向上凹陷，可以对两者进行卡位。

底壳的两端设计有把手结构，方便对刀片式二次模块的安装与拆卸。底壳中间设计有导向凸台，用于包裹磁控式一次模块的顶壳上的凸起外壳，在刀片式二次模块与磁控式一次模块合并及拆卸时起导向作用。底壳中设计有漏出32位/64位欧式端子公头、分合闸指示杆的孔槽。底壳的底部上表面设计有六个用于连接电路板的螺母孔，内置嵌件螺母，通过螺栓固定电源板与控制板。

整个磁控低压开关设有四层电路板。第一层为安装在磁控式一次模块的顶壳上的前端连接板和后端连接板，第二层为安装在刀片式二次模块的底壳上的电源板，第三层为安装在所述电源板上的控制板，第四层板为安装在所述控制板上的液晶显示电路板166。

其中，所述第一层仅为连接传输采样信号使用，其耐久度较高，不易损坏，另外三层(第二层、第三层、第四层)为控制用的电路板，含有多种电子元器件，并且包含强电区和弱电区，容易损坏，而另外三层板(第二层、第三层、第四层)均设计在刀片式二次模块中，在其损坏后，可以进行插拔更换，从而实现一二次寿命同期，提高整个塑壳断路器的运维能力及使用寿命。且电路板采用分层设计，可有效利用二次模块的空间，在一定的空间体积内放置更多的电子元器件，使整个磁控低压开关的功能更广，智能化程度更高。

控制板与电源板直接连接有六个高螺柱，高螺柱空心，螺栓依次通过控制板、电源板，固定在底壳上，从而实现控制板和电源板的双重固定。在电源板底侧安装有64位欧式端子公头和32位欧式端子公头，用于插接前端连接板和后端连接板。当两组欧式端子插接后，整个磁控低压开关的线路导通，刀片式二次模块开始工作。当两组欧式端子分开后，整个刀片式二次模块失去对磁控式一次模块的控制。在电源板上设计有多组电容模块其也具有控制功能，电源板上侧设计有压板，压板上安装有压板插头，当压板插头插在压板上时，整个磁控低压开关正常工作，当压板插头从压板上拔掉时，整个磁控低压开关无法电动控制，该功能主要用于保护维修作业时的可靠性，防止开关误动。在控制板上设计有外接端口，可以外接后备电源，从而保证在长时间停电后，工人维修时的电动分合闸运维工作。在控制板末端安装有外插端子母头，外插端子母头与外插端子公头相连接，可以实现磁控低压开关与外界的实时数据传输。控制板与液晶显示电路板直接连接有多个矮螺柱，矮螺柱两侧通过螺栓固定连接控制板和液晶显示电路板。液晶显示电路板可以实现对磁控低压开关的手动控制操作，手动电分、手动电合均通过液晶显示电路板的控制按钮操作控制。

在顶壳上设计有漏出分合闸指示杆的孔，方便用户了解到开关目前的分合闸状态。顶壳上设计有漏出液晶显示电路板中指示灯、液晶显示板、控制按钮的孔槽，方便用户操作与观察，并且液晶显示板孔槽与指示灯孔槽用塑料透明薄膜封住，控制按钮的孔槽上面设计有PVC材料的软按键。顶壳上设计有漏出外接端口的孔槽，方便外界的后备电源接入。在其旁边设计有漏出压板的孔槽，方便压板插头的投入与投退。且在此处还设计有安装短翻盖的孔槽，短翻盖与孔槽通过细金属杆固定连接，并且短翻盖可以相对于孔槽相对转动。短翻盖为弯臂形，且在顶端设计有卡槽，可以被顶壳中设计的卡位短翻盖的孔槽卡主，用于保护压板和外接端口。在顶壳中设计有安装超级电容的孔槽，可以安装超级电容，超级电容用于当做手动电分时的内部后备电源。在超级电容一端固定安装有支撑弹簧，用于卡位超级电容。在顶壳上还设有安装载波模块孔槽，用于放置载波模块，载波模块包括载波板、载波底座、载波顶壳，载波板卡位在载波底座上，并用载波顶壳盖住，载波底座和载波顶壳通过卡槽卡位固定，载波模块用于通讯功能。在顶壳上设计有安装长翻盖的圆柱，可以卡位住长翻盖，长翻盖可以相对圆柱转动，在顶壳上表面还设计孔槽，使卡位长翻盖紧紧贴在顶壳上。

本发明对低压开关的整个二次区域进行了模块化设计，在进行运维、或者更换二次模块时，只需要将刀片式二次模块拔出更换即可，操作方便，并且实现一二次同期，极大提高了产品的使用寿命。

由图4可知，电路板二次元器件包括：外插端子母头174、载波底座175、载波顶壳176、电源板177、高螺柱178、矮螺柱179、控制板180、64位欧式端子公头181、32位欧式端子公头182、载波板183。

顶壳包括：连接底壳的螺母孔163-1、漏出分合闸指示杆的孔163-2、漏出液晶显示电路板中指示灯的孔163-3、漏出液晶显示电路板中液晶显示板的孔163-4、漏出液晶显示电路板中控制按钮的孔槽163-5、漏出外接端口的孔槽163-6、漏出压板的孔槽163-7、连接长翻盖的螺母孔163-8、安装超级电容的孔槽163-9、安装载波模块的孔槽163-10、卡位长翻盖的孔槽163-11、安装长翻盖的圆柱163-12、漏出磁控机构中旋转台的孔槽163-13、安装短翻盖的孔槽163-14、卡位短翻盖的孔槽163-15。

底壳包括：连接第一顶壳的螺栓孔162-1、连接顶壳的螺母孔162-2、连接电路板的螺母孔162-3、把手163-4、漏出64位欧式端子公头的孔槽162-5、漏出32位欧式端子公头的孔槽162-6、导向凸台162-7、漏出分合闸指示杆的孔槽162-8。

二次模块更换：当需要更换二次模块时，首先退掉压板插头，卸掉连接底壳和第一顶壳之间的螺栓，力作用在底壳的两端把手上，向上拔出，64位欧式端子、32位欧式端子公头与母头分离，整个刀片式二次模块以第一顶壳的凸起外壳为导向向外退出，之后将新的刀片式二次模块插入，64位欧式端子、32位欧式端子公头与母头连接卡紧，之后打紧连接底壳和第一顶壳之间的螺栓，再插入压板插头，完成刀片式二次模块的更换，且整个更换过程磁控低压开关不停电，实现一二次寿命同期。

综上所述，本发明提供了一种应用于低压开关的刀片式二次模块装置，所述二次模块装置包括：底壳、顶壳、液晶显示电路板、外插端子公头、电容模块、载波模块、压板插头、压板。本发明的刀片式二次模块，可以做到整个二次单元的不停电更换、运维，不影响开关的正常使用，实现一二次使用寿命同期，大大提高了整机的使用寿命。二次模块中的关键易损零部件实现单独可插拔，灵活性更高。一次模块与二次模块分离设计，可以优先实现隔热与电磁干扰防护，提高二次单元的可靠性。所有线路均设计有走线通道，实现线束化有序管理，并且整个刀片式二次模块实现无线设计，使整体更加简洁美观，更具有合理性。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (2)

1.一种应用于低压开关的刀片式二次模块装置，其特征在于，所述二次模块装置包括：底壳、顶壳、液晶显示电路板、外插端子公头、电容模块、载波模块、压板插头、压板；由底壳和顶壳形成整个壳体框架；

刀片式二次模块的底壳上设置电源板，所述电源板上设置控制板，所述控制板上设置液晶显示电路板；

在电源板底侧安装有64位欧式端子公头和32位欧式端子公头，用于插接前端连接板和后端连接板；在电源板上设计有多组电容模块，具有控制功能；电源板上侧设计有压板，压板上安装有压板插头，当压板插头插在压板上时，整个磁控低压开关正常工作，当压板插头从压板上拔掉时，整个磁控低压开关无法电动控制；在顶壳上还设有安装载波模块孔槽，用于放置载波模块；

底壳中间设计有导向凸台，用于包裹磁控式一次模块的顶壳上的凸起外壳，在刀片式二次模块与磁控式一次模块合并及拆卸时起导向作用；载波模块包括载波板、载波底座、载波顶壳，载波板卡位在载波底座上，并用载波顶壳盖住，载波底座和载波顶壳通过卡槽卡位固定，载波模块用于通讯功能。

2.根据权利要求1所述的应用于低压开关的刀片式二次模块装置，其特征在于，在顶壳上设计有安装长翻盖的圆柱，可以卡位住长翻盖，长翻盖可以相对圆柱转动，在顶壳上表面还设计孔槽，使卡位长翻盖紧紧贴在顶壳上。