CN204349438U - 检测超温预警谐波故障断路器 - Google Patents

Abstract

一种检测超温预警谐波故障断路器，属于电工技术领域，在其预警部分壳体电缆进口处中性线接线端装有符合国家标准GB14048.1规定的易接近部件中金属定型静触点，将该金属定型静触点确定为检测谐波致热的基准发热源器件(YJJ)，并在该基准发热源器件上装有测温热敏电阻，将热敏电阻检测的超温电信号通过比较电路进行比较，将比较电路输出信号进行运算放大，运算放大后的信号输出给瞬动和延时电路，实现对谐波故障的分级预警和分断保护，本装置在电路中可多级设置，使用本装置可降低集肤效应，降低损耗，防止电气火灾，减弱或防止其它谐波危害，可以节约电能。

Description

检测超温预警谐波故障断路器

技术领域

本实用新型属于电工技术领域，是具有热探测及报警功能的断路器，特别涉及一种能预警电路谐波故障的断路器。

背景技术

由于电子设备的应用逐渐增多，使得电路中的谐波含量越来越严重了。各类谐波对电网的危害很大，其表现也有多种多样。诸如，谐波使电能的生产、输送和利用的效率降低；谐波会引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，损坏电气设备以及干扰通信线路的正常工作；谐波还会引起继电保护和自动装置的误动作，使得电能计量出现混乱，造成经济损失等等；而因集肤效应所引起的导体对谐波电流有效电阻的增加，不但使设备的电能损耗加大，而且还使电气设备、线缆发热严重，致其绝缘老化加速，使用寿命缩短，甚至发生短路、烧毁的故障，也是引发电气火灾的原因之一。

对于谐波，目前侧重于如何抑制和滤除。较大型的设备，以及大型用户，在这方面往往比较重视，在电路中装设各类谐波抑制器和滤波器；而比较分散、小型的用户，则相对重视不够，目前装设如上设备的用户寥寥无几。殊不知，有的散户单独产生的谐波也很严重，而众多散户的谐波累积所产生的危害，更是不容小视。根据本人多年来电气维护的经历与经验，在63A及以下的单相负荷中，因谐波的致热故障引发开关、断路器、电度计量表、线缆的本体以及这些器件与导线连接部位的过热乃至烧毁的事故时有发生。在处理这类故障的过程中，我们逐渐地产生试图减少其故障与危害的办法。由于这些小型散户的负荷大多不是长期连续工作，且具有波动性，可调性，其单体所生谐波也远小于大型电子设备；况且，这类用户也大多不愿投入较高费用，用以安装抑制或滤除谐波的装置。但是，当其谐波电流增加，各种形式的谐波危害都在发生发展，电路器件、线缆的温度也会逐渐升高甚至超温，这种情况下，也迫切需要施以保护。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种带有电路谐波故障预警功 能的断路器。它由两部分组成：即断路器部分和预警部分。其实用新型内容在预警部分中，它是利用谐波致热的原理，检测电路基准发热源器件的温度，在其达到设定值时，发出报警信号，严重时则断路器动作。先行预警则提示用户自行调减谐波负荷量，从而降低谐波致热的温度，减弱谐波的其它危害与影响，避免更为严重的事故发生。这种装置，既可使用户节省投资，又可对小型用户实施预警和断电保护，还可作为大型谐波用户的后备保护，同时也是电路过载、过热保护的一种补充。

本实用新型的技术方案是：

一种检测超温预警谐波故障断路器，其特征在于：具有断路器部分和预警部分，其断路器部分整体选用现有定型断路器产品，其预警部分的器体选用现有定型宽度为36mm模数的双极微断开关壳体，壳体装设电路元件，在其电缆进口处中性线接线端装有符合国家标准GB14048.1规定的易接近部件中金属定型静触点，将该金属定型静触点确定为检测谐波致热的基准发热源器件(YJJ)，并在该基准发热源器件上装有测温热敏电阻，将热敏电阻检测的超温电信号通过比较电路进行比较，将比较电路输出信号进行运算放大，运算放大后的信号输出给瞬动和延时电路，实现对电路谐波故障的分级预警和分断跳闸保护，该装置在电路中可多级设置，分断跳闸保护在电路中可有选择性地设置，该断路器还具有定型产品断路器的其他功能。

所述检测超温预警谐波故障断路器，其特征在于：其具体电路为；其预警部分电缆进口处中性线接线端的定型静触点为检测谐波致热的基准发热源器件(YJJ)，热敏电阻检测器件(YJJ)的温度，并与普通电阻串联跨接在稳压二极管两端，热敏电阻上端分别接入运算放大器的两个非反相输入端，运算放大器的两个输出分别经功率放大器连接第一继电器K1线圈和第二继电器K2线圈和第一发光二极管VL1和第二发光二极管VL2，第一继电器K1的接点连接直流电源，I段延时电路中二进制串行计数器的输出连接第三继电器K3线圈，第二继电器K2的接点和第三继电器K3的接点并联连接直流电源和音响报警器，II段延时电路中二进制串行计数器的输出连接第四继电器K4线圈，K4接点连接断路器分励跳闸线圈。

所述运算放大器为LM2904运算放大器，所述延时器件为7555时基电路和CD4020二进制串行计数器。

本实用新型效果是：

“检测超温预警谐波故障断路器”的结构与电路均较简单，断路器部分的整体为定型产品；预警部分的器体亦为定型产品，内部创新之处所确定的检测谐波致热的基准发热源器件，即符合国家标准GB14048.1规定的易接近部件中金属定型静触点，将该金属定型静触点确定为检测谐波致热的基准发热源器件(YJJ)，其结构亦较简单，属定型通用而技术成熟的电器配件产品；电路亦较成熟，元器件费用低廉，因而装置总体投资不多。以63A及以下的三相、单相终端用户为例，装置的整体造价只100多元，与其所保护的电路设备价值，乃至发生谐波致热超温故障及其他谐波故障后所造成的损失相比，实不及九牛一毛。另外，“检测超温预警谐波故障断路器”还具有节能的作用，在其预警后，人为减少谐波的负荷，进而人为控制负荷的安全、合理、科学的运行，即可降低集肤效应，降低损耗，减弱或防止其它谐波危害，从而可以节约电能。在防止电气火灾方面，本装置亦能有一定的作用。可见，从技术经济角度分析，该装置可行；同时，其所产生的经济和社会效益可观。

附图说明

图1是“检测超温预警谐波故障断路器”预警部分硬件电路框图。

图2是“检测超温预警谐波故障断路器”预警部分电路图。

图3是“检测超温预警谐波故障断路器”跳闸电路图。

具体实施方式

一种检测超温预警谐波故障断路器，其结构为：具有断路器部分和预警部分，其断路器部分整体选用现有定型断路器产品，其预警部分的器体选用现有定型宽度为36mm模数的双极微断开关壳体，壳体装设电路元件；其电路为：如附图所示，在其电缆进口处中性线接线端装有符合国家标准GB14048.1规定的易接近部件中金属定型静触点，将该金属定型静触点确定为检测谐波致热的基准发热源器件(YJJ)，并在该基准发热源器件上装有测温热敏电阻，将热敏电阻检测的超温电信号通过比较电路进行比较，将比较电路输出信号进行运算放大，运算放大后的信号输出给瞬动和延时电路，实现对电路谐波故障的分级预警和分断跳闸保护；“检测超温预警谐波故障断路器”在电路中可多级设置，分断跳闸保护在电路中可有选择性地设置，该断路器还具有定型产品断路器的其他功能。

所述检测超温预警谐波故障断路器，其特征在于：其具体电路为：其预警部分电缆进口处中性线接线端的定型静触点为检测谐波致热的基准发热源 器件(YJJ)，热敏电阻检测器件(YJJ)的温度，并与普通电阻串联跨接在稳压二极管两端，热敏电阻上端分别接入运算放大器的两个非反相输入端，运算放大器的两个输出分别经功率放大器连接第一继电器K1线圈和第二继电器K2线圈和第一发光二极管VL1和第二发光二极管VL2，第一继电器K1的接点连接直流电源，I段延时电路中二进制串行计数器的输出连接第三继电器K3线圈，第二继电器K2的接点和第三继电器K3的接点并联连接直流电源和音响报警器，II段延时电路中二进制串行计数器的输出连接第四继电器K4线圈，K4接点连接断路器分励跳闸线圈。

所述运算放大器为LM2904运算放大器，所述延时器件为7555时基电路和CD4020二进制串行计数器。

“检测超温预警谐波故障断路器”是一种针对供电电路的谐波发热，实施检测、报警与分断保护的装置。

电器的发热和散热是一个极其复杂的过程，影响它的因素很多，很难建立一个包括一切影响因素的热过程的解析公式。目前电器的热计算大多还需经过实验校核。而且，一般电器，线缆的发热、散热设计是按照能满足正常工作电流考虑的，而有了谐波电流，集肤效应明显增强，热效应也与基波时不同，其计算也变得更加复杂。对于谐波致热故障的研究，采用以试验为主，再将实验结果与国家相关标准相对照的方法，以求使其依据更充分。选择一家曾发生过谐波致热故障，并因此将其计量电度表两度烧毁的比较典型的小型用户为实验单位。它的第一次故障是将电度表的接线端烧坏，而第二次则是将智能电度表内部烧毁而不能计量。经再次更换新的智能电度表后，对其运行状况进行连续跟踪，记录相关电流与发热的数据，观察超温对元器件的影响，以图找出其发热与形成故障的规律，找出其热超温故障的薄弱环节，发现热超温时其它谐波故障的状况，然后确定检测点、预警值以及设计相应的电路。

实验发现，因为集肤效应，谐波电流在导体中的生热会比相同基波电流的生热要大很多。另外，三次谐波的奇数倍谐波，在配电系统的中性线中具有累积的特性，它使得中性线中的电流增加，其数值甚至会超过相线电流，因而其所生之热会更快更高，很显然，中性线回路是谐波致热故障的薄弱环节。再有，当随着谐波电流的增加，整体电路各部温度都在逐渐升高时，总会在中性线回路里的某一处接线端及其附近最早发生绝缘降低、产生糊味、 烧焦、接触点变色、变形、甚至烧熔等现象。查看记录，大多数情况下是发生在75℃或略高的温度之时，并且一般要保持此发热温度在几个小时以上。按说，这样的温度已经可以设定为预警值，测得该数值的部位也可作为检测点。然而我们知道，接线端的发热不仅与电流、谐波、环境、导线材质及截面积等因素有关，还与其接触良好与否有关。而决定其接触性能的接线工作属人力所为，其紧固力会因人而异，即便是一人操作，对不同连接点的紧固压接力的大小也不会一致，致使在其他条件均处于相同情况时，各接线端的发热温度也会各有差异。我们的实验也证明了这一点，在中性线回路的不同接线端测量，其发热温度值也不尽相同。这就是说，不是中性线回路里的任一处接线端都可以作为检测点，这样会有预警温度不能保护电路中出现最低允许温升值的部位，会使得“检测超温预警谐波故障断路器”的预警值和检测点产生离散性，从而不利于它的标准化和推广应用。为了解决这个问题，也为了使检测点和预警值具有普遍性、规范性和更具科学性，我们将上述接线端和国家标准GB14048.1中对相应器件的规定进行比较。发现：实验确定的检测点即中性线的接线端的发热，其达到临界故障时的温度和上述标准规定的易接近部件中正常操作时不触及的部件(外壳接近电缆进口处外表面)金属的器件的极限温升相近(规范规定该类器件的极限允许温升为40K)。这样，我们就以标准为准绳，在“检测超温预警谐波故障断器路”预警部分的电缆进口处中性线接线端装设符合国家标准GB14048.1规定的易接近部件中金属定型静触点，将该金属定型静触点确定为检测谐波致热的基准发热源器件(YJJ)，从而使问题得以解决。由于国家标准中所规定的器件允许温升，都经过大量的理论计算、调查研究和试验验证。因而，它具有充分的实验和理论依据。据此确定的基准发热源检测点和预警值，也就与规范一样，具有了普遍性和更具科学性。由于规范规定易接近部件中金属定型静触点的极限允许温升在电路所有元器件中是最低的，所以，谐波致热超温会首先在这里显现。因而，当其首先发出预警后，经值班人员及时处理，就可以保护包括中性线回路在内的全电路所有元器件都不会发生谐波致热故障和其他谐波故障，超温严重时还可以分断跳闸，这就更起到了对谐波故障的保护作用。

“检测超温预警谐波故障断路器”的设计

电路简介：由于断路器部分整体采用现有成熟定型产品，只需配套选用即可，这里只给出“检测超温预警谐波故障断路器”的预警部分电路。电路 本身不算先进，属于常规的超温报警电子电路。其创新之处在于：其一，用检测电路中的器件发热超温的方法来预警谐波故障(此前对谐波故障的检测只有显示波形的一种方法，并且尚无谐波故障预警的装置)；其二，是找到检测谐波超温故障的基准发热源器件和检测点：即在预警部分的电缆进口处中性线接线端装设的符合国家标准GB14048.1规定的易接近部件中金属定型静触点(YJJ)；其三，对于小型间歇运行谐波负荷，电路设计为四段预警电路，通过热敏电阻感知基准发热源器件检测点的温度；I段：当器件达预警温度值(65℃)时，警示黄灯亮；II段：连续4h大于预警温度值(65℃)时，警示黄灯亮+音响鸣声；III段：当达到预警温度值(75℃)时，警示红灯亮+音响鸣声；IV段，连续30min达到预警温度值(75℃)时，断路器分断。其他类型的各种谐波负荷亦可参照此设计。其四，“检测超温预警谐波故障断路器”在电路中还可多级设置，低挡预警值的上下级配合可根据谐波负荷情况确定，我们的实验电路设置了三级，分别是45℃，60℃和65℃，并且有选择地只在第二级设置了第IV段保护。

图1为“检测超温预警谐波故障断路器”预警部分硬件电路框图，

图2为“检测超温预警谐波故障断路器”预警部分电路图，

图3为“检测超温预警谐波故障断路器”跳闸电路图。

“检测超温预警谐波故障断路器”结构与安装

“检测超温预警谐波故障断路器”由两部分组成：即断路器部分和预警部分。为了简化产品结构，尽量利用成熟的装置，断路器部分直接选用现有定型的断路器产品。在我们的实验用户(63A的单相用户)，选用63A规格双极微型断路器，它具有开关负荷以及短路、过载等保护功能。在预警部分，我们选用宽度为36mm模数的双极微断开关壳体作为器体；壳体装设预警部分电路元件，在其电缆进口处中性线接线端装有符合国家标准GB14048.1规定的易接近部件中金属定型静触点，将该金属定型静触点确定为检测谐波致热的基准发热源器件(YJJ)，其面板嵌入式装设声光报警器件。对于63A及以下的单相及三相用户，均可作如上设计。而大于63A的三相用户，则要选用与负荷电流相匹配的定型断路器以及与之相配的预警部分器体。“检测超温预警谐波故障断路器”不仅具有现有断路器的一切功能，还增加了“检测超温预警谐波故障”的功能。

“检测超温预警谐波故障断路器”技术经济分析

由“检测超温预警谐波故障断路器”设计一节可见，该装置结构与电路均较简单，断路器部分的整体为定型产品；预警部分的器体亦为定型产品，内部创新之处所确定的符合国家标准GB14048.1规定的检测谐波致热的基准发热源器件，即易接近部件中金属定型静触点(YJJ)的器件亦较简单，属定型通用而成熟的技术产品；电路亦较成熟，元器件费用低廉，因而装置总体投资不多。以63A及以下的三相、单相终端用户为例，装置的整体造价只100多元，与其所保护的电路设备价值，乃至发生谐波致热超温故障及其他谐波故障后所造成的损失相比，实不及九牛一毛。另外，该装置还具有节能的作用，在其预警后，人为减少谐波的负荷，进而人为控制负荷的安全、合理、科学的运行，即可降低集肤效应，降低损耗，减弱或防止其它谐波危害，从而可以节约电能。在防止电气火灾方面，本装置亦能有一定的作用。可见，从技术经济角度分析，该装置可行；同时，其所产生的经济和社会效益可观。

Claims (3)

1.一种检测超温预警谐波故障断路器，其特征在于：具有断路器部分和预警部分，其断路器部分整体选用现有定型断路器产品，其预警部分的器体选用现有定型宽度为36mm模数的双极微断开关壳体，壳体装设电路元件，在其电缆进口处中性线接线端装有符合国家标准GB14048.1规定的易接近部件中金属定型静触点，将该金属定型静触点确定为检测谐波致热的基准发热源器件(YJJ)，并在该基准发热源器件上装有测温热敏电阻，将热敏电阻检测的超温电信号通过比较电路进行比较，将比较电路输出信号进行运算放大，运算放大后的信号输出给瞬动和延时电路。

2.根据权利要求1所述的检测超温预警谐波故障断路器，其特征在于：其具体电路为：其预警部分电缆进口处中性线接线端的定型静触点为检测谐波致热的基准发热源器件(YJJ)，热敏电阻检测器件(YJJ)的温度，并与普通电阻串联跨接在稳压二极管两端，热敏电阻上端分别接入运算放大器的两个非反相输入端，运算放大器的两个输出分别经功率放大器连接第一继电器K1线圈和第二继电器K2线圈和第一发光二极管VL1和第二发光二极管VL2，第一继电器K1的接点连接直流电源，I段延时电路中二进制串行计数器的输出连接第三继电器K3线圈，第二继电器K2的接点和第三继电器K3的接点并联连接直流电源和音响报警器，II段延时电路中二进制串行计数器的输出连接第四继电器K4线圈，K4接点连接断路器分励跳闸线圈。

3.根据权利要求2所述的检测超温预警谐波故障断路器，其特征在于：所述运算放大器为LM2904运算放大器，所述延时器件为7555时基电路和CD4020二进制串行计数器。