CN203553078U - 数模化电子式微型断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数模化电子式微型断路器，其包括数模化壳体，还包括安装在壳体内的：机械部分，连接在电路中，用于当电流达到第一阈值时瞬时动作以断开电路，其特征在于，还包括电子控制部分，连接在P极回路中，用于从P极回路采集电路信息，并且在电路信息达到设置条件时动作，同时控制所述机械部分动作以断开电路。通过将电路信号采集装置、电路板组件及继电器集成在了数模化壳体内，使断路器实现大电流瞬时脱扣、低电流延时脱扣、过载脱扣、过压保护、欠压保护、保护选择性、多功能性和交互通讯等功能。本实用新型还公开了多极数模化电子式微型断路器。

Description

数模化电子式微型断路器

技术领域

本实用新型涉及一种数模化电子式微型断路器，更具体地，涉及用于终端配电系统的数模化电子式微型断路器，本实用新型还涉及多极数模化电子式微型断路器。

背景技术

微型断路器是电气终端配电装置中使用最广泛的一种终端保护电器。断路器能在规定的非正常电路条件下接通、承载一定时间和分断电流，来提供电路保护。目前的微型断路器通常为机械型，即当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触点断开主电路。当电路过载时，热脱扣器的热元件发热使双金属片上弯曲，推动自由脱扣机构动作。

但是随着生产的发展以及科技的进步，机械式微型断路器逐渐表现出不能完全胜任各种保护需求，不足之处主要表现在以下几点。

首先，机械双金属片设计复杂，受温度的影响较大。

其次，机械式微型断路器在电路中发生故障的情况下，瞬时断开主回路，选择性差。选择性指通过自动保护装置之间的协调配合，使电网任意点的故障可以并仅由故障直接上一级的断路器排除的性能。简单来说，将选择性用于生活中，利用选择性，可仅断开家中出现故障的电路，而不影响其他电器的正常运转，也因此能够指示故障处，给生活带来很大便利。在工业方面，该选择性则显得尤为重要。工业生产线的断电将造成生产中断，导致耽误交货期，还可能破坏生产设备，经济损失巨大。更严重地，可能关停重要的安全设备，造成泄漏、环境污染等重大事故。如果工业生产线具有选择性，出现故障时，只停止故障线路，则可避免或减轻上述问题。

再次地，机械式断路器对流经电路的电流不具备检测功能。随着电气自动化的发展以及微机的普及，在线路安全保护中应用微机是不可避免的潮流，人们期望能够了解更多的电流或电压信息，以更好地实现保护功能，并且能和其他智能终端设备通信。

因此，期望提供具备选择性、能够采集电路信息并且和能够和其他智能终端设备通信的数模化电子式微型断路器。

实用新型内容

上述目的通过本实用新型的数模化电子式微型断路器全部或部分实现。

根据本实用新型的一方面，提供一种数模化电子式微型断路器，包括数模化壳体，还包括安装在壳体内的：机械部分，连接在电路中，用于当电流达到第一阈值时瞬时动作以断开电路，其特征在于，还包括电子控制部分，连接在P极回路中，用于从P极回路采集电路信息，并且在电路信息达到设置条件时动作，同时控制所述机械部分动作以断开电路。

优选地，所述电子控制部分包括：信号采集感应器、集成电路板组件、继电器、供电装置和第二机械组件，信号采集感应器用于从P极回路采集电路信息，并将电路信息传送到集成电路板组件，供电装置用于给继电器和集成电路板组件供电，集成电路板组件可设置所述条件，并且计算分析电路信息，当达到所述设置条件时，集成电路板组件控制继电器动作，带动第二动机械组件，所述第二机械组件带动所述第一机械部分动作以断开电路。

优选地，所述机械部分包括磁线圈组件，连接到P极回路，当P极回路中电流达到第一阈值时动作；触头组件，包括至少一个连接到P极回路的触头，用于断开和闭合电路；第一机械组件，用于连接触头组件，在磁线圈组件动作时，由磁线圈组件促动而使触头组件动作，并且用于在所述第二机械组件动作时，由所述第二机械组件带动而使触头组件动作；灭弧装置，用于消灭触头组件断开和闭合时产生的电弧。

优选地，所述壳体包括第一部分和第二部分，所述机械部分安装在所述第一部分中，所述电子控制部分安装在第二部分中。

优选地，所述供电装置是磁线圈，感应产生电动势来供电。

优选地，所述供电装置可以是来自主回路的引线。

优选地，还包括连接到电路板组件的数据接口。

优选地，所述用于供电的磁线圈可与所述信号采集感应器可一体形成。

根据本实用新型的另一方面，提供一种多极数模化电子式微型断路器，包括集成在一起的n个根据权利要求1到3中任一项所述的数模化电子式微型断路器。

优选地，n为1到4中的任一整数。

通过根据本实用新型的数模化电子式微型断路器，可完全代替传统的机械式断路器，可实现完全选择性、欠压保护、过压保护，并且可方便地扩展功能，提供电流、电压信息，进行故障记录、脱扣指示、远程报警等，还可实现联网，进行实时控制，联网监控。

附图说明

图1是根据本实用新型的数模化电子式微型断路器的立体视图；

图2是部分壳体去除的根据本实用新型的数模化电子式微型断路器的左侧立体视图；

图3是部分壳体去除的根据本实用新型的数模化电子式微型断路器的左侧正视图；

图4是部分壳体去除的根据本实用新型的数模化电子式微型断路器的立体视图，显示了用于检测电流的线圈；

图5是部分壳体去除的根据本实用新型的数模化电子式微型断路器的右侧立体视图，显示了用于检测电流的线圈和用于供电的线圈；

图6是部分壳体去除的根据本实用新型的数模化电子式微型断路器的右侧正视图，显示了用于检测电流的线圈和用于供电的线圈；

图7是根据本实用新型的一个实施例的线圈组件的立体视图；

图8是显示本实用新型的原理的示意图；

图9是现有技术的机械式微型断路器的脱扣曲线的示例；

图10是根据本实用新型的数模化电子式微型断路器的脱扣曲线的示例；

图11是根据本实用新型的优选实施例的数模化电子式微型断路器的分解立体视图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本实用新型的基本原理和结构。附图中的“上侧”、“左侧”、“右侧”等方向参照本实用新型的断路器安装在垂直面上时的工作状态的方向进行描述，并且仅出于说明目的，不以任何方式进行限制。文中所用的术语P极指火线，N极指零线或中性线。

将微型断路器电子化，需要在断路器中加入电流或电压互感器。但是微型断路器对产品的宽度具有较高要求，一般为9mm的模数设计，即壳体宽度通常为9mm的倍数，因此对微型断路器来说是个挑战。

下面将参照附图详细描述根据本实用新型的一个实施例的具体结构。

GB10963.1规定，微型断路器必须具有过载保护和短路保护功能。因此在根据本实用新型的一个实施例中，提出一种两极拼装的数模化电子式微型断路器，图1为该电子式微型断路器的立体视图，其总体显示在1处。从图1中可以看出，该微型断路器1包括左边一极2，和右边一极3。具体地，参照图11，图11为根据本实用新型的优选实施例的数模化电子式微型断路器的分解立体视图，该断路器包括数模化壳体，所述壳体包括第一壳体101、第二壳体102、第三壳体103、第四壳体104、第五壳体105和第六壳体106，其中，第一壳体101、第二壳体102、第三壳体103和第四壳体104构成左边一极2的壳体，第四壳体104、第五壳体105和第六壳体106构成右边一极3的壳体。

图2是部分壳体去除的根据本实用新型的数模化电子式微型断路器的左侧立体视图，图3是部分壳体去除的根据本实用新型的数模化电子式微型断路器的左侧正视图。同时参照图11，图2和图3中被去除的壳体为第一壳体101和第三壳体103。从图2、图3和图11中，可看到断路器左边一极的在第二壳体102左侧的各部件，包括断路器机械组件4、磁线圈5、N极动触头6、N极静触头7和灭弧室8，并且在第二壳体102右侧包括P极动触头和P极静触头。磁线圈安装在P极主回路中，如图8中所示。P极动触头和P极静触头与N极动触头和N极静触头都固定在断路器机械组件4上。

应注意的是，左边一极2的布置与现有的机械式微型断路器的大体相同，不同之处在于不包括双金属片，当电路发生短路时，大电流（一般15In）通过磁线圈5，使磁组件5感应产生磁动力，克服弹簧弹力，驱动撞杆运动，机械组件失去稳态，P极动触头与P极静触头旋转分离，瞬时断开P电路，同时，N极动触头与N极静触头也旋转分离，瞬时断开N电路。

图4是部分壳体去除的根据本实用新型的数模化电子式微型断路器的左侧立体视图，显示了用于检测电流的线圈；图5是部分壳体去除的根据本实用新型的数模化电子式微型断路器的右侧立体视图，显示了用于检测电流的线圈和用于供电的线圈；图6是部分壳体去除的根据本实用新型的数模化电子式微型断路器的右侧正视图，显示了用于检测电流的线圈和用于供电的线圈。

具体地，图中显示了本实施例的右边一极3的组成部件，该右边一极3主要包括继电器9、线圈组件10、集成电路板组件（PCBA）13和附件侧机械组件14。该部分是将微型断路器实现电子化的控制部分。线圈组件10安装在P极回路中，检测P极回路中的电流信息，并将电流信息提供给PCBA13进行计算分析，同时还作为电源，给PCBA13和继电器9供电。当发现电路中存在过载时，PCBA13发出信号，驱动继电器9，推动附件侧机械组件14动作。同时参照图11的分解立体视图，从图中可看到，附件侧机械组件14包括针轴，针轴穿过壳体104上的腰孔，带动断路器机械组件3，使其失去稳态，P极动触头与P极静触头旋转分离，瞬时断开P电路，同时，N极动触头与N极静触头也旋转分离，瞬时断开N电路。图11中可更详细地看到，微型断路器侧手柄17与断路器机械附件连接，用于将N极动触头、N极静触头、P极动触头和P极静触头复位。附件侧手柄18与附件侧机械组件14连接，用于将继电器复位。

应说明的是，本实施例的采取两极拼装的结构将机械式微断路器和电子控制部分独立设计，然后拼装在一起，该结构对于目前直接将现有机械式微型断路器电子化是有利的，原有机械式微型断路器可基本保持不变，只是去除了双金属片。但是本实施例只是示例性的，采用其他布置方式也是可以的，能够将断路器的各部件，特别是电子控制部分的部件安装在数模化壳体内的布置方式，都应在本实用新型的范围内，而不应受本实施例的限制。

还应说明的是，本实施例中采用双触头，实际应用中，可仅采用单触头，即仅包括P极触头，出现故障时仅断开P极，这也在本实用新型的保护范围内。

还应注意的是，本实施例中采用的线圈组件10，其图示在附图7中，包括电流检测线圈12和铁芯电流感应线圈11以及具有两个开口的硅钢片。P极穿过电流检测线圈12，电流检测线圈12用于检测电路中的电流信息，P极穿过硅钢片上的第一开口，铁芯电流感应线圈11环绕硅钢片上的第二开口一侧安装。P极电流通过时产生变化的磁场，通过硅钢片和铁芯电流感应线圈11，感应出感生电势，作为电源，给PCBA13和继电器9供电。电流检测线圈12和铁芯电流感应线圈11可如本实施例中所示一体形成，也可分开形成。

应说明的，本实用新型可仅采用电流检测线圈12，而不包括铁芯电流感应线圈11，PCBA13和继电器9的供电可通过从电路引线。而且，本实施例的线圈组件10也可进一步改进，电流检测线圈12可以采取圆形形状、方形形状或适于使用的任何形状，线圈11和线圈12的匝数方面也可进一步优化。电流检测线圈12可使用电压检测线圈代替，这些改进都应在本实用新型的范围内。

另外，在上面所述的实现本实用新型的结构中，还可包括数据接口，该数据接口可将微型断路器的故障信息、工作状态以及电流信息等交换给其他监控设备，并且可实现功能的扩展。

通过本实用新型的模数化设计，可方便地实现单极、双极、三极和四极电子式微型断路器。

下面，为了描述的一致性，仍以附图中所示的本实用新型的实施例描述根据本实用新型的数模化电子式微型断路器的各种应用，但是本实用新型的各种应用不局限于附图中所示的实施例。

1、大短路电流瞬时脱扣保护

参照图8，图中显示了根据本实用新型的该实施例的示意性原理图。图8的左边部分对应本实施例中的左边一极，磁线圈5安装在P极回路中，当P极回路中出现大短路电流时，磁线圈5瞬时动作，实现瞬时脱扣保护。该左边一极的瞬时脱扣曲线图示在图10中的箭头10-3处，该处脱扣曲线显示没有延时过程，而是在通常<10ms内瞬时断开，即能量脱扣。

2、低短路电流延时脱扣保护

继续参照图8，图中右边部分对应于本实施例的右边一极。可在PCBA中设置延时时间和电流阈值。例如，可将短路电流阈值设置为5～10In，可将该延时设置为≤20ms。当电路中通过超过该阈值的电流时，可获得图10中的箭头10-2指示的延时脱扣曲线。图10中箭头10-2所指示的延时脱扣曲线与图9中的机械式微型断路器的脱扣曲线相比较，在箭头10-2处存在明显的延时台阶。

3、过载脱扣保护

图10中箭头10-1指示的圆圈代表过载脱扣。在普通的机械型断路器中，相对大的过载电流持续一定时间后，产生的热使双金属片充分变形，从而断开电路。而在本实施例的电子式微型电路器中，可例如通过PCBA设置电流阈值，以及持续时间，准确设置过载脱扣，而且可完全代替双金属片的工作原理，避免双金属片在冷天和热天受温度影响等缺点。

通过上面所述的三种基本应用，根据本实用新型一个实施例的数模化电子式微型断路器可完全实现断路器的功能。而根据本实用新型的断路器还可进一步用于多种应用中。

4、多功能性

通常，需要根据工作电流来选择不同型号的断路器。举例来说，断路器通常分为在三个电流范围内工作的三种类型，电流范围分别为3～5In，5～10In和10～14In。但是，通过使用根据本实用新型的数模化电子式微型断路器，工作范围，也即上面所述的阈值，可在PCBA13中，容易地由用户或厂家设置，也就是说，通过在PCBA13中设置不同的阈值，同一断路器可用于上面所述的三个电流范围内的任一个内，而无需购买新的附件。

进一步地，通过将根据本实用新型的该实施例中的电流检测线圈12替换为电压检测线圈，采集电压信号，在PCBA13中设置电压阈值，并且在PCBA13中设置电压阈值，可将使根据本实用新型的数模化电子式微型断路器实现欠压保护和过压保护的应用。例如，可在PCBA中设置电压降低到约正常电压的70%时断开电路，或设置电压超过约280V时断开电路。

5、完全选择性

当根据本实用新型的数模化电子式微型断路器与机械式断路器一起配合使用，并且本实用新型的电子式微型断路器设置在机械式断路器的上级电路中时，由于根据本实用新型的数模化电子式微型断路器可通过PCBA13设置延时，即当短路电流通过时，通常延时例如≤20ms后才断开，该时间可根据需要任意设置，而机械式断路器的断开时间通常<10ms，因此，当机械式断路器所在电路中出现短路电流时，机械式断路器将其所在回路瞬时断开，而根据本实用新型的电子式断路器由于具有延伸性，未断开，并且在故障电路由机械式断路器断开，电流正常后，仍然保持所在上级电路正常运转，从而可实现完全选择性。

由于本实用新型的断路器延时时间可设置，因此在上述应用情况下，可在电子式微型断路器应用的上级电路的若干上级电路中分别设置相应的根据本实用新型的电子式微型断路器，并且分别在所述若干微型断路器中设置不同的延时，使所述若干上级电路中的任一上级电路中的断路器的延时时间比任一下级电路中的断路器的延时时间长，也可实现完全选择性。

当根据本实用新型的数模化电子式微型断路器与电子式断路器一起配合使用时，可在电气保护系统中设置若干根据本实用新型的数模化电子式微型断路器，所述若干数模化电子式微型断路器通过该断路器的数据接口互相通讯，并且在所述若干数模化电子式微型断路器中设置延时，通过比较所述若干断路器中的电流，准确判断故障，也可以实现完全选择性。

6、与其他终端电子设备通讯

通过根据本实用新型的数模化电子式微型断路器上的数据接口（参见图4和图11中所示的数据接口19），可方便地进行功能扩展，例如可输送电流、电压信息，并且具有故障记录、脱扣指示、故障指示、远程报警等功能。

7、实现联网

通过根据本实用新型的数模化电子式微型断路器上的数据接口，还可对断路器进行实时控制，实现联网监控。

虽然已经详细描述了用于实现本实用新型的最佳模式，但是本实用新型所述属技术领域的技术人员将意识到，用于实践所附权利要求范围内的本实用新型的多种替代设计和实施方式都应包括在本实用新型的范围内。

附图标记列表

1微型断路器     101-106壳体

2左边一极

3右边一极

4断路器机械组件

5磁线圈

6N极动触头

7N极静触头

8灭弧室

9继电器

10线圈组件

11铁芯电流感应线圈

12电流检测线圈

13PCBA

14附件侧机械组件

15P极静触头

16P极动触头

17断路器侧手柄

18附件侧手柄

19数据接口

Claims (10)

1.一种数模化电子式微型断路器，包括数模化壳体，还包括安装在壳体内的： 

机械部分，连接在电路中，用于当电流达到第一阈值时瞬时动作以断开电路， 

其特征在于，还包括电子控制部分，连接在P极回路中，用于从P极回路采集电路信息，并且在电路信息达到设置条件时动作，同时控制所述机械部分动作以断开电路。 

2.根据权利要求1所述的数模化电子式微型断路器，其特征在于，所述电子控制部分包括： 

信号采集感应器、集成电路板组件、继电器、供电装置和第二机械组件，信号采集感应器用于从P极回路采集电路信息，并将电路信息传送到集成电路板组件，供电装置用于给继电器和集成电路板组件供电，集成电路板组件可设置所述条件，并且计算分析电路信息，当达到所述设置条件时，集成电路板组件控制继电器动作，带动第二动机械组件，所述第二机械组件带动所述机械部分动作以断开电路。 

3.根据权利要求2所述的数模化电子式微型断路器，其特征在于，所述机械部分包括： 

磁线圈组件，连接到P极回路，当P极回路中电流达到第一阈值时动作； 

触头组件，包括至少一个连接到P极回路的触头，用于断开和闭合电路； 

第一机械组件，用于连接触头组件，在磁线圈组件动作时，由磁线圈组件促动而使触头组件动作，并且用于在所述第二机械组件动作时，由所述第二机械组件带动而使触头组件动作； 

灭弧装置，用于消灭触头组件断开和闭合时产生的电弧。 

4.根据权利要求1到3中任一项所述的数模化电子式微型断路器，其特征在于，所述壳体包括第一部分和第二部分，所述机械部分安装在所述第一部分中，所述电子控制部分安装在第二部分中。 

5.根据权利要求2或3所述的数模化电子式微型断路器，其特征在于，所述供电装置是磁线圈，感应产生电动势来供电。 

6.根据权利要求5所述的数模化电子式微型断路器，其特征在于，所 述磁线圈与所述信号采集感应器可一体形成。 

7.根据权利要求2或3所述的数模化电子式微型断路器，其特征在于，所述供电装置可以是来自主回路的引线。 

8.根据权利要求1-3中任一项所述的数模化电子式微型断路器，其特征在于，还包括连接到电路板组件的数据接口。 

9.一种多极数模化电子式微型断路器，包括集成在一起的n个根据权利要求1到3中任一项所述的数模化电子式微型断路器。 

10.根据权利要求9所述的多极数模化电子式微型断路器，其中n为1到4中的任一整数。 

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