CN201340826Y - 带选择性的断路器 - Google Patents

Abstract

本新型提供一种配电系统中使用的断路器，包括断路器回路，所述断路器回路包括过载脱扣器、磁脱扣系统、主触头、辅助触头和操作机构，操作机构在正常工作和过载故障情况下控制主触头和辅助触头的闭合或切断。所述断路器还包括电子脱扣附件回路，其包括串联连接的选择性电阻和电子脱扣器，选择性电阻和电子脱扣器与串联在断路器第一极中的至少包括主触头、磁脱扣系统的输入电路部分相并联，在短路故障情况下，主触头在磁脱扣系统的推动下断开，使短路电流流经所述辅助触头、选择性电阻和电子脱扣器，所述电子脱扣器根据短路故障在预定延迟时间内是否消除来选择性地控制操作机构，进而操作机构控制主触头和辅助触头的进行相应的闭合或切断操作。

Description

带选择性的断路器

技术领域

本实用新型涉及一种断路器，具体地，涉及一种能够提供包含过载保护、短路延时保护、短路瞬时保护的3段故障保护的低压微型断路器，以实现对配电网络中的下级终端微型断路器的选择性。

背景技术

随着电气自动化的发展，微型直流断路器已经成为一种广泛应用于低压终端配电系统中的电器。它通常能够确保各种使用者所要求的额定电流、电压和负载下的连接和断开。当电路中有任何异常故障(例如过载或者短路)，它可以通过将动触头与静触头断开从而断开被保护的电路，这样能够使负载完全与电源隔离。

目前常用的微型断路器仅仅提供2段保护特性，即过载保护和短路瞬时保护，而没有提供短路短延时保护性能，更不能够实现终端配电系统中的保护动作的选择性。因此当故障发生时，经常出现微型断路器越级跳闸或者同时动作。这就极大影响了各种配电系统供电的连续性，尤其是极大影响了住宅配电系统供电的连续性。

所以，需要有一种能够提供具有包含过载保护、短路延时保护、短路瞬时保护在内的3段保护的微型断路器，以实现对配电网络中的下级终端微型断路器的选择性，并使配电系统供电能够稳定可靠。

实用新型内容

针对上述的缺点和不足，本实用新型的目的就是实现上述的带有3段保护特性的微型断路器。

本实用新型的带选择性微型断路器采用了目前已经在塑壳断路器中广泛使用的电子脱扣器技术，电子脱扣器可以实现短路延时保护特性，并且具有工作稳定、精确度高、能够检测故障电流、快速动作的优点。

根据本实用新型一个方面，提供一种配电系统中使用的断路器，包括断路器回路，所述断路器回路包括串联在断路器的第一极的线路上的过载脱扣器、磁脱扣系统、主触头，所述断路器回路还包括辅助触头和操作机构(4)，所述操作机构在配电系统正常工作和过载故障情况下控制主触头和辅助触头的闭合或切断。所述断路器还包括：电子脱扣附件回路，所述电子脱扣附件回路包括串联连接的选择性电阻和电子脱扣器，所述串联的选择性电阻和电子脱扣器与断路器第一极相关的至少包括主触头，磁脱扣系统的输入电路部分相并联。其中在配电系统短路故障情况下，主触头在磁脱扣系统的推动下断开，使短路电流流经所述辅助触头、选择性电阻和电子脱扣器，所述电子脱扣器根据在预定延迟时间内短路故障是否消除来选择性地控制操作机构，进而操作机构控制主触头和辅助触头选择性地进行相应的闭合或切断操作。

其中，电子脱扣器包括：基准电源产生电路，生成一电子脱扣器工作所需的供电电源；信号检测部件，检测断路器中的短路电流信号；信号放大器，接收信号检测部件所检测的短路电流信号并进行放大处理；信号比较器，将信号放大器的输出信号与一预定的阈值电平进行比较；执行元件，用于执行该电子脱扣器的脱扣动作；以及芯片微处理器，接收信号比较器的输出信号，启动将脱扣器动作延迟一预定时间的处理，分析信号比较器的输出信号以判断短路故障是否被清除，其中如果在预定的延迟时间内短路故障被清除，则主触头重新闭合，并且芯片微处理器不触发执行元件进行脱扣动作；如果经过预定延时时间后，短路故障还没有被清除，则芯片微处理器输出控制信号给执行元件，执行元件根据芯片微处理器的输出信号来进行脱扣动作。

其中，所述辅助触头连接在与断路器的所述第一极形成回路的第二极上，且所述过载脱扣器包括在所述断路器的输入电路部分中；其中，所述电子脱扣附件回路还包括：供电电源，用于为电子脱扣器供电；以及辅助操作机构，在电子脱扣器的触发下进行辅助脱扣工作，以控制操作机构的脱扣动作。

其中，所述辅助触头与选择性电阻和电子脱扣器串联连接在断路器的所述第一极上。

其中，断路器的所述第一极是L极，断路器的所述第二极是N极。

其中，所述过载脱扣器选用双金属片。

其中，信号检测部件为基于霍尔效应的电流检测元件。

根据本实用新型的上述技术方案，由于针对配电系统的不同故障类型提供了选择性的保护方式，因此能够保证供电的连续性。根据本实用新型的上述技术方案，仅仅由发生故障处上一级的断路器消除故障；同时提高微型断路器的短路分断能力。

附图说明

通过下面结合附图对示例实施例的详细描述，将更好地理解本实用新型。应当清楚地理解，所描述的示例实施例仅仅是作为说明和示例，而本实用新型不限于此。本实用新型的精神和范围仅仅由所附权利要求书的具体内容限定。下面描述附图的简要说明，其中：

图1是根据本实用新型第一示例实施例的2极选择性断路器的结构原理示意图；

图2是根据本实用新型第二示例实施例的1极选择性断路器的结构原理示意图；以及

图3是在本实用新型的上述实施例中使用的电子脱扣器的结构示意图。

具体实施方式

现在将详细介绍本实用新型的示例实施例，其示例在附图中示出，全部附图中相同的引用数字指代相同的元素。下面参照附图描述实施例以说明本实用新型。

图1是根据本实用新型第一示例实施例的2极选择性断路器的结构原理示意图。

如图1所示，根据本实用新型的2极选择性断路器包括2个并联的电流回路：断路器回路100和电子脱扣附件回路200。

断路器回路100主要包括过载脱扣器1、磁脱扣系统2、主触头3、辅助触头5、操作机构4。

电子脱扣附件回路200包括选择性电阻6、电子脱扣器7、供电电源8以及辅助操作机构9。

断路器回路100的过载脱扣器1、主触头3、磁脱扣系统2依次串联在断路器的一个极的线路上，优选地连接在断路器的L极线路上。过载脱扣器1可以选用常用的双金属片来实现。

辅助触头5连接在断路器的另一个极的线路上，优选地连接在断路器的N极线路上。

电子脱扣附件回路200中的选择性电阻6、电子脱扣器7串联之后与断路器回路100中串联的过载脱扣器1、主触头3、磁脱扣系统2、相并联。供电电源8可以直接从断路器所连接的电源L、N极得到，以便为电子脱扣器7供电。辅助操作机构9在电子脱扣器7的触发下进行辅助脱扣工作。

操作机构4在过载脱扣器1的推动下或在操作者手动操作下控制主触头3和辅助触头5的断开或闭合操作。此外操作机构4还可以在辅助操作机构9的辅助脱扣操作触发下进行脱扣工作。

当配电系统中发生短路故障时，根据本实用新型的2极选择性断路器将位于电子脱扣附件回路200中的选择性电阻6插入到电流回路中，进而能够大大提高断路器的限流性能和短路分断能力。

下面具体地描述根据本实用新型的2极选择性断路器的具体工作原理。

当没有故障、正常工作时，主触头3和辅助触头5都是闭合的。用户通过操作手柄带动操作机构4，可以按照期望来闭合、断开主触头3和辅助触头5，进而接通、切断电源与负载之间的连接。

当负载发生过载故障时，过载脱扣器1能够检测到故障，并且推动操作机构4进行脱扣动作，操作机构4会断开主触头3和辅助触头5，进而切断电源与负载之间的连接，排除负载的过载故障对配电系统的影响。

当发生短路故障时，磁脱扣系统2能够检测到故障电流，并且推动主触头3断开，当主触头3断开后，短路电流就通过辅助回路(即通过选择性电阻6、电子脱扣器7)和N极返回线路(即辅助触头5)，辅助回路中的电子脱扣器7开始工作，它能够实现一定的延时，如果在这段延时时间内故障被下级断路器切除，主触头3会重新闭合。如果经过延时时间后，短路故障还没有被清除，电子脱扣器7会触发辅助操作机构9进行脱扣动作，辅助操作机构9会带动操作机构4将N极返回线路上的辅助触头5断开，同时使主触头3处于断开位置，从而使2极选择性断路器彻底断开电源与负载之间的连接，只有靠手动才能重新闭合该2极选择性断路器。

图2是第二示例实施例的1极选择性断路器的结构原理示意图。

如图2所示，根据本实用新型的1极选择性断路器包括2个并联的电流回路：断路器回路100和电子脱扣附件回路200。

断路器回路100主要包括过载脱扣器1、磁脱扣系统2、主触头3、辅助触头5、操作机构4。

电子脱扣附件回路200包括选择性电阻6和电子脱扣器7。

断路器回路100的过载脱扣器1、磁脱扣系统2、主触头3依次串联在断路器的一个极的线路上，优选地连接在断路器的L极线路上。过载脱扣器1可以选用常用的双金属片来实现。

辅助触头5与电子脱扣附件回路200串联组成辅助回路，该辅助回路与断路器回路100中串联的磁脱扣系统2、主触头3相并联，如图2所示。

操作机构4在过载脱扣器1的推动下或在操作者手动操作下控制主触头3和辅助触头5的断开或闭合操作。此外操作机构4还可以在电子脱扣器7的触发下进行脱扣工作。

当配电系统中发生短路故障时，根据本实用新型的1极选择性断路器将位于电子脱扣附件回路200中的选择性电阻6插入到电流回路中，进而能够大大提高断路器的限流性能和短路分断能力。

下面具体地描述根据本实用新型的1极选择性断路器的具体工作原理。

当没有故障、正常工作时，主触头3和辅助触头5都是闭合的。用户通过操作手柄带动操作机构4，可以按照期望来闭合、断开主触头3和辅助触头5，进而接通、切断电源与负载之间的连接。

当负载发生过载故障时，过载脱扣器1能够检测到故障，并且推动操作机构4进行脱扣动作，操作机构4会断开主触头3和辅助触头5，进而切断电源与负载之间的连接，排除负载的过载故障对配电系统的影响。

当发生短路故障时，磁脱扣系统2能够检测到故障电流，并且推动主触头3断开，当主触头3断开后，短路电流就通过辅助回路(即通过辅助触头5、电子脱扣器附件回路200)开始工作，辅助回路中的电子脱扣器7能够实现一定的延时，如果在这段延时时间内故障被下级断路器切除，主触头3会重新闭合。如果经过延时时间后，短路故障还没有被清除，电子脱扣器7会触发操作机构4进行脱扣工作，操作机构4会带动辅助触头5断开，同时使主触头3处于断开位置，从而使1极选择性断路器彻底断开电源与负载之间的连接，只有靠手动才能重新闭合该1极选择性断路器。

图3是在本实用新型的上述实施例中使用的电子脱扣器7的结构示意图。

本实用新型实施例中所使用的电子脱扣器7包括：信号检测部件71、信号放大器72、信号比较器73、供电单元74、整流滤波器75、稳压调节器76、芯片微处理器77以及执行元件78。其中供电单元74、整流滤波器75、稳压调节器76组成一基准电源产生部件，产生电子脱扣器7进行工作的基准电源。

供电单元74可以从电源线路的相应极上取电源信号进而产生原始的基准电源信号，也可以根据信号检测部件71检测的信号输出来产生原始的基准电源信号，该原始的基准电源信号经由整流滤波器的整流滤波处理后输入到稳压调节器76中，稳压调节器76对输出的信号进行稳压调节以生成最后的基准电源给电子脱扣器7供电。

信号检测部件71优选地为基于霍尔效应的电流检测元件。信号检测部件71检测断路器中的短路电流，并将所检测的短路电流信号提供给信号放大器72进行放大处理，信号放大器72输出的放大后的短路电流信号在信号比较器73中与一预定的阈值电平进行比较。信号比较器73的输出信号提供给芯片微处理器77。信号检测部件71也可以产生原始的基准电源信号给供电单元74。

芯片微处理器77在接收到信号比较器73的输出信号之后，首先启动将脱扣器动作延迟一预定时间的处理，然后分析信号比较器73的输出信号以判断短路故障是否被清除。如果在预定的延迟时间内短路故障被清除，则主触头3会重新闭合，并且芯片微处理器77不触发执行元件78进行脱扣动作；如果经过预定延时时间后，短路故障还没有被清除，则芯片微处理器77输出控制信号给执行元件78，执行元件78根据芯片微处理器77的输出信号来进行脱扣动作，即电子脱扣器7的执行元件78会触发操作机构4，操作机构4会带动辅助触头5断开，同时使主触头3处于断开位置，从而使断路器彻底断开电源与负载之间的连接，只有靠手动才能重新闭合断路器。

本实用新型实施例中所使用的上述电子脱扣器可以实现短路延时保护特性，并且具有工作稳定、精确度高、能够检测故障电流、快速动作的优点。达到了对配电系统的可靠的选择性保护。

根据本实用新型的选择性断路器通过在短路故障回路中插入选择性电阻，可以很好地限制短路电流，提高产品的短路分断能力；通过使用电子脱扣器，能够准确地检测到故障电流，可靠、稳定地实现短延时功能。本实用新型的选择性断路器结构简单、紧凑，整个断路器仅仅有一个操作机构或仅仅有一个主要操作机构，因而保证了操作机构的可靠动作。本实用新型的选择性断路器减少了电弧在主触头附近的停留时间，减少电弧对动静触头的电腐蚀，提高产品的电气寿命。

虽然已经图示和描述了所考虑的本实用新型的示例实施例，但是本领域技术人员可以理解，随着技术的进步，可以作出各种变更和修改并可以用等价物替换其元素而不背离本实用新型的真实范围。

Claims (7)

1、一种配电系统中使用的断路器，包括断路器回路，所述断路器回路包括串联在断路器的第一极的线路上的过载脱扣器(1)、磁脱扣系统(2)、主触头(3)，所述断路器回路还包括辅助触头(5)和操作机构(4)，所述操作机构(4)在配电系统正常工作和过载故障情况下控制主触头(3)和辅助触头(5)的闭合或切断，

其特征在于：所述断路器还包括：

电子脱扣附件回路，所述电子脱扣附件回路包括串联连接的选择性电阻(6)和电子脱扣器(7)，所述串联的选择性电阻(6)和电子脱扣器(7)与断路器第一极相关的至少包括主触头(3)，磁脱扣系统(2)的输入电路部分相并联，

其中在配电系统短路故障情况下，主触头(3)在磁脱扣系统(2)的推动下断开，使短路电流流经所述辅助触头(5)、选择性电阻(6)和电子脱扣器(7)，所述电子脱扣器(7)根据在预定延迟时间内短路故障是否消除来选择性地控制操作机构(4)，进而操作机构(4)控制主触头(3)和辅助触头(5)选择性地进行相应的闭合或切断操作。

2、如权利要求1所述的断路器，其特征在于电子脱扣器(7)包括：

基准电源产生电路，生成一电子脱扣器工作所需的供电电源；

信号检测部件(71)，检测断路器中的短路电流信号；

信号放大器(72)，接收信号检测部件(71)所检测的短路电流信号并进行放大处理；

信号比较器(73)，将信号放大器(72)的输出信号与一预定的阈值电平进行比较；

执行元件(78)，用于执行该电子脱扣器的脱扣动作；以及

芯片微处理器(77)，接收信号比较器(73)的输出信号，启动将脱扣器动作延迟一预定时间的处理，分析信号比较器(73)的输出信号以判断短路故障是否被清除，其中如果在预定的延迟时间内短路故障被清除，则主触头(3)重新闭合，并且芯片微处理器(77)不触发执行元件(78)进行脱扣动作；如果经过预定延时时间后，短路故障还没有被清除，则芯片微处理器(77)输出控制信号给执行元件(78)，执行元件(78)根据芯片微处理器(77)的输出信号来进行脱扣动作。

3、如权利要求1所述的断路器，其特征在于

所述辅助触头(5)连接在与断路器的所述第一极形成回路的第二极上，且

所述过载脱扣器(1)包括在所述断路器的输入电路部分中；

其中，所述电子脱扣附件回路还包括：

供电电源(8)，用于为电子脱扣器(7)供电；以及

辅助操作机构(9)，在电子脱扣器(7)的触发下进行辅助脱扣工作，以控制操作机构(4)的脱扣动作。

4、如权利要求1所述的断路器，其特征在于

所述辅助触头(5)与选择性电阻(6)和电子脱扣器(7)串联连接在断路器的所述第一极上。

5、如权利要求1-4之一所述的断路器，其特征在于

断路器的所述第一极是L极，断路器的所述第二极是N极。

6、如权利要求1-4之一所述的断路器，其特征在于

所述过载脱扣器(1)选用双金属片。

7、如权利要求1-4之一所述的断路器，其特征在于

信号检测部件(71)为基于霍尔效应的电流检测元件。

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