故障电弧保护断路器及多匹断路器
技术领域
本实用新型涉及电气电路保护设备领域,具体的说,是涉及一种可承载63A电流的故障电弧保护断路器。
背景技术
据调查由电气引起的火灾约占全部火灾的40%左右,且近年一直呈上升趋势。电气火灾一般是指住宅内电气线路、插座、用电设备等电源线,由于长时间高负荷运行导致线路老化,或者存在不良电气连接,导致出现高温、电弧、电火花等从而造成火灾。
断路器是一种可根据预设条件进行电路开合的电气元件,在故障电弧检测与处理过程中,应用断路器对存在故障电弧的电路进行分断是处理故障电弧的常用方法,这种方法可有效降低故障电弧引发火灾的可能性。
专利公告号CN104282511B,名称:数模化电子微型断路器及使用其的电气系统这一专利文献公开了一种双匹断路器,该双匹断路器可针对故障电弧实现选择性的保护电气系统,并可组合分级使用,但其还存在如下缺陷:
1、不能和其他断路器组合使用,灵活性差;
2、该断路器为双匹结构,若其中的单匹部分损坏,则其整体报废,造成较多浪费。
此外,采用传统方法做出来的额定电流为63A的电弧故障保护断路器的尺寸至少在1.5P 以上,并且在与现有的常规单匹(1P)断路器组合使用的工程现场就会遇到由于配电柜安装导轨空间有限,留给施工人员的操作空间较小,导致安装难度较大,耗费时间较多。由于常规的电户故障保护断路器内均包括电弧检测、电路控制及实现断路的机械部件,其内部结构相对复杂,因此,如何将电弧故障保护断路器的厚度设定在单匹范围内,是目前本领域技术人员较难攻克的问题。
有鉴于此,有必要对现有的故障电弧保护断路器进行结构上的改进,同时改变对现有的断路器安装习惯,以解决上述技术问题。
实用新型内容
为了解决上述技术问题,本实用新型提供了一种故障电弧保护断路器及多匹断路器,本实用新型通过对电弧检测线圈、控制板及机械部件的位置调整,将电弧检测线圈、控制板及机械部件分开设置,优化了断路器内部的结构布局,且火线自断路器侧方输入、底端输出,零线输入供电,无零线输出,明显减小了断路器电子控制部件及接线部分的厚度,采用本实用新型的单匹断路器即可承载63A的电流,且可以与传统的断路器组合使用,不仅有利于节省安装空间及材料成本,同时也简化了安装工序,缩短施工时间。
为了实现上述目的,本实用新型的一个方面,提供一种故障电弧保护断路器,包括壳体及设置于所述壳体内的脱扣部分和电子控制部分,
所述脱扣部分,连接在待保护线路中,用于当检测到待保护线路中存在故障电弧时瞬时动作以控制断开该待保护线路;
所述电子控制部分包括电弧检测线圈及控制板,所述控制板与所述电弧检测线圈连接,通过电弧检测线圈对故障电弧进行检测,并在检测到故障电弧时,控制脱扣部分瞬时动作;所述壳体为前端带有凸起结构的长方体,所述脱扣部分设置于所述凸起结构内;
所述电子控制部分设置于所述脱扣部分的后端,其中,所述控制板位于所述壳体内的上端,所述电弧检测线圈位于所述壳体内的下端,与所述控制板上下相邻设置;
所述壳体上设置火线输入端、火线输出端及一个零线接线端,所述火线输入端设置于壳体侧壁的下端,所述火线输出端设置于所述壳体的下端面上,火线自所述火线输入端进入壳体,并穿过电弧检测线圈再从火线输出端输出,所述零线接线端设置于所述壳体的上端面上,零线自零线接线端接入壳体内为控制板供电。
作为优选,所述控制板与所述电弧检测线圈相邻的部分设有弧形缺口,所述电弧检测线圈的一部分嵌入在所述弧形缺口内。
作为优选,所述控制板包括主控电路及与其连接的电弧检测电路、过零检测电路、脱扣驱动电路及电源电路;
所述主控电路内的主控芯片根据电弧检测电路的检测结果,判断是否存在故障电弧,当检测到发生故障电弧后,主控芯片根据过零检测电路的检测结果,在过零点时刻向脱扣驱动电路发送脱扣信号,通过脱扣驱动电路控制脱扣部分瞬时动作;
所述脱扣驱动电路与所述脱扣部分连接,当接收到脱扣信号时,控制所述脱扣部分瞬时动作以触发常规断路器执行断开电路的动作;
所述电源电路,与所述零线连接,用于为所述主控电路、所述电弧检测电路、过零检测电路及脱扣驱动电路供电。
作为优选,所述电弧检测电路包括顺次连接的电压采样电路、放大电路、滤波电路及跟随器,电压采样电路中的采样电阻采集电流信号并将其转换成电压信号,放大电路、滤波电路及跟随器依次对该电压信号进行放大、滤波,最终通过跟随器将电压信号发送至主控芯片,主控芯片根据电压信号甄别故障电弧,并在出现故障电弧后在过零点时刻控制脱扣驱动电路动作。
作为优选,所述脱扣部分包括脱扣线圈及与其连接的脱扣拨杆;
所述脱扣线圈与所述脱扣驱动电路连接,其内部电流跟随所述脱扣驱动电路内的电流变化,当所述脱扣线圈内的电流大小达到阈值时,将脱扣拨杆上的触头吸合进而控制待保护线路断开。
作为优选,还包括连接到控制板的数据接口,所述数据接口用于设置断电的电流阈值及作为数据上行接口。
作为优选,所述故障电弧保护断路器为单匹断路器,且其最大承载电流为63A。
作为优选,所述控制板的厚度不大于14mm。
作为优选,上述故障电弧保护断路器还包括卡扣,所述卡扣卡装于壳体上火线输入端的下端。
本实用新型的另一个方面,提供一种多匹断路器,该多匹断路器包括如上所述的故障电弧保护断路器及与其连接且配合使用的单匹或双匹断路器,该单匹或多匹断路器为可以实现断路功能的断路器。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果为:
1)本实用新型通过对电弧检测线圈、控制板及机械部件的位置调整,将电弧检测线圈、控制板及机械部件分开设置,优化了断路器内部的结构布局,且火线自断路器侧方输入、底端输出,明显减小了断路器电子控制部件及接线部分的厚度,采用本实用新型的单匹断路器即可承载63A的电流,不仅有利于节省安装空间,同时也可节省材料成本。此外,由于本实用新型提供的故障电弧保护断路器为单匹,因此与常规断路器组合使用时,不会因尺寸受限。
2)本实用新型采用零线输入供电,无零线输出,可明显节省安装断路器的时间成本,且采用零线输入供电的供电方式,替代了传统断路器零线输入、零线输出的接线方式,改变了现有断路器的安装习惯,在不改变外部设备接线的情况下,明显简化断路器的安装工序。
3)本实用新型提供的带卡扣的电弧故障保护断路器在与常规断路器结合使用时,可对常规断路器的下端进行遮挡,保证断路器整体的外观统一,保证美观。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的限定。
图1是本实用新型外壳的立体结构图;
图2是本实用新型实施例一中断路器的外部接线示意图;
图3是本实用新型实施例一中断路器的内部结构示意图(顺时针旋转90度显示);
图4是本实用新型实施例一中断路器的电路原理图;
图5是本实用新型实施例一中断路器的主控电路图;
图6是本实用新型实施例一中断路器的电弧检测电路图;
图7是本实用新型实施例一中断路器的过零检测电路图;
图8是本实用新型实施例一中断路器的脱扣驱动电路图;
图9是本实用新型实施例一中断路器的电源电路图;
图10是本实用新型实施例一中断路器的使用状态参考图;
图11是本实用新型实施例二中断路器的立体结构图。
其中,1、故障电弧保护断路器;2、常规断路器;3、负载;4、插座;
11、壳体;12、脱扣部分;13、电子控制部分;14、火线输入;15、火线输出;16、零线输入;17、卡扣;
121、脱扣线圈;122、脱扣拨杆;
131、控制板;132、电弧检测线圈;133、电源模块;134、主控电路;135、脱扣驱动电路;136、电弧检测电路;141、火线输出接线端子;161、零线接线端子。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
此外,在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确的限定。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例一
如图1所示的一种故障电弧保护断路器1,包括壳体11及设置于该壳体11内的脱扣部分12和电子控制部分13,具体的:
如图3及图4所示,脱扣部分12,包括脱扣线圈121及与其连接的脱扣拨杆122;脱扣拨杆122连接在待保护线路中,用于当检测到待保护线路中存在故障电弧时瞬时动作以控制断路器断开该待保护线路;
电子控制部分13包括电弧检测线圈132及控制板131,参见图3,控制板131与电弧检测线圈132连接,通过电弧检测线圈132对故障电弧进行检测,并在检测到故障电弧时,控制脱扣部分121瞬时动作;壳体11为前端带有凸起结构的长方体,脱扣部分12设置于凸起结构内;
电子控制部分13设置于脱扣部分12的后端,其中,控制板131位于壳体11内的上端,电弧检测线圈132位于壳体11内的下端,与控制板131上下相邻设置;
如图2所示,壳体11上设置火线输入端、火线输出端及一个零线接线端,火线输入端设置于壳体11侧壁的下端,火线输出端设置于壳体11的下端面上,火线自火线输入端进入壳体11,并穿过电弧检测线圈132再从火线输出端输出,零线接线端设置于壳体11的上端面上,零线自零线接线端接入壳体11内为控制板131供电。
需要说明的是:由于对故障电弧保护断路器来说,零线输入16只是给控制板131供电所用,最大电流不超过100mA,因此,在接线端子的设置上,原则为:火线输出接线端子141采用能承受63A以上的端子,确保满足额定电流63A要求,而零线接线端子161采用小尺寸端子即可,综上,故障电弧保护断路器1的零线只输入不输出,只需火线输入并穿过电弧检测线圈132再经火线输出端子输出后与外部零线构成交流220伏系统给用电设备供电,当待保护线路系统出现故障电弧时,线圈感应到电流的变化,使故障电弧保护断路器1进行相应脱扣工作。
如图3所示,控制板131与电弧检测线圈132相邻的部分设有弧形缺口,电弧检测线圈 132的一部分嵌入在弧形缺口内。
如图4及图5所示,控制板131包括主控电路134及与其连接的电弧检测电路136、过零检测电路、脱扣驱动电路135及电源电路;
主控电路134中的主控芯片根据电弧检测电路136检测结果,判断是否存在故障电弧,当检测到发生故障电弧后,主控芯片根据过零检测电路的检测结果,在过零点时刻向脱扣驱动电路135发送脱扣信号,通过脱扣驱动电路135控制脱扣拨杆122上的触头吸合,以触发常规断路器执行断开电路的动作;
脱扣驱动电路135与脱扣部分12的脱扣线圈121电性连接,当检测到待保护线路中存在故障电弧时,控制脱扣线圈121内的电流变化,进而触发脱扣拨杆122动作,从而触发常规断路器执行断开电路的动作;
电源电路,与零线连接,用于为主控电路134、电弧检测电路136、过零检测电路及脱扣驱动电路135供电。
本实施例中,主控芯片采用低功耗的32位MCU,在处理器不工作时进入低功耗待机状态,工作时迅速进入工作状态,使断路器的整体功耗更低,更加环保,主控芯片自带独立的 ADC、DAC、比较器、逻辑浮点运算处理单元功能,MCU对信号进行采样、分析、判断是否给脱扣驱动电路135发出脱扣信号。
如图6所示,电弧检测电路136包括顺次连接的电压采样电路、放大电路、滤波电路及跟随器,电压采样电路包括与电弧检测线圈132并联的采样电阻R8,电压采样电路通过采样电阻采集电流信号,并将其转换成电压信号,放大器U3C、滤波电路及跟随器U3A依次对该电压信号进行放大、滤波,最终通过跟随器将电压信号发送至主控电路134。主控电路134根据电压信号甄别是否存在故障电弧,并在出现故障电弧后,在过零检测电路检测到的过零点时刻控制脱扣驱动电路135驱动脱扣部分12动作。
如图7所示,过零检测电路包括光耦U4,其中,光耦U4内发光二极管的输入引脚通过电阻R7与电源连接,输出端通过R11接地;光耦U4内的放大器的输入引脚通过电阻R6与3.3V电源连接,输出引脚接地。光耦U4的4号引脚P1.2与主控电路134的PA1.2连接,将采集到的过零信号传输至主控芯片。
如图8,脱扣驱动电路135主要由光耦U6、整流桥L5及可控硅Q1组成,当脱扣驱动电路135收到主控电路134发出的脱扣信号后,光耦U6工作,光耦U6的输出三极管导通,可控硅Q1控制极电平置高,进而可控硅Q1导通,电压对地短路,产生瞬时大电流,脱扣线圈 121同样通过大电流,吸合触头,将电路断开。此电路优点在于电路工作响应时间极短,能够很好的保护电路安全。
脱扣线圈121与脱扣驱动电路135电性连接,其内部电流跟随所述脱扣驱动电路135内的电流变化,当所述脱扣线圈121内的电流大小达到阈值时,将脱扣拨杆122吸合进而将待保护线路断开。
本实施例提供的故障电弧保护断路器为单匹断路器,因此其控制板131的厚度不大于14mm,且其最大承载电流为63A。
断路器上还设有连接到控制板131的数据接口,该数据接口用于设置断电的电流阈值及作为数据上行接口。
如图9,本实施例所提供的断路器的电源电路优选市面上最小的AC-DC模块U2嵌入PCB 中,其厚度不大于14mm,该AD-DC模块U2与贴片安规电容、压敏电阻、热敏电阻、工字电感、电解电容及滤波电路组合构成整个电源电路,上述各元件的厚度均在9mm以内,满足1P厚度要求,并且整体所占PCB空间也较小,不仅如此,此电源方案能够为控制电路板提供稳定的5V直流电,此外,5V直流电与LDO(线性稳压器)串接,使电源电路同样可以提供稳定的3.3V直流电,基于此,该电源电路的优点在于发热量低、输出电压稳定且纹波较小。
综上,火线输入14为侧面输入,零线输入端子设置于壳体11内部的上端面,有利于减小断路器尺寸,这区别于其他电弧探测装置的火线从下面跟火线输出端子同方向输入输出的结构,减少内部走线。本实用新型的零线输入端子仅供本产品内部控制系统及内部控制元器件供电,此方式有区别有利于其他电弧探测器装置的零线输入的目的为检测电路。电弧检测线圈132位于下部靠近火线输出接线端子141的一个单独空间的位置。本实用新型火线输入 14穿过电弧探测线圈后与火线输出端子连接,电弧探测线圈在一个单独空间的位置的方式有区别于其他电弧探测装置的电弧探测线圈固定于电路板上。通过对此内部结构的优化,使电弧检测线圈132、脱扣机构、PCB控制板以及63A的火线输出接线端子141、小尺寸零线接线端子161能够在1P的空间里很好的组合起来,符合单匹(1P)断路器的尺寸及电气要求。
此外,需要说明的是,采用一条零线输入作为供电电源,不仅可以节省接线的操作空间,还改变了传统的断路器需要再另外接一路零线输出的接线方式,由接四路线缩减为接三路即可,在大规模施工的情况下,不仅可为人工提供更多的操作空间,而且可显著简化断路器的安装步骤,有利于节省时间成本。
本实施例在应用过程中,与一个单匹的常规断路器2(也可以为双匹断路器)组合使用,如图10所示,在单相220V交流供电系统下,火线从常规断路器2接出后接入故障电弧保护断路器1,并穿过电弧检测线圈132后输出至插座4,为负载3供电。零线接入如图2所示位置,零线不再从故障电弧保护断路器1接出,由于对故障电弧保护断路器1来说,零线输入16只是给PCB控制板供电所用,最大电流不超过100mA,所以火线输出接线端子141采用能承受63A以上的端子,确保满足额定电流63A要求,而零线输入接线端子采用小尺寸端子即可,此外,这种故障电弧保护断路器1的零线只输入不输出的结构设计,在应用时,只需火线穿过线圈后与外部零线构成交流220伏系统即可给用电设备供电,当待保护线路中出现故障电弧时,电弧检测线圈132感应到电流的变化,使故障电弧保护断路器1进行相应脱扣动作,该脱扣动作触发常规断路器2对线路进行断路操作。
实施例二
如图11所示,与实施例一的不同在于,上述断路器还包括用于遮挡其他规格断路器的卡扣17,该卡扣17卡装于所述火线输入14端子的下端。
加装卡扣17的目的在于,一方面可以有效防尘;另一方面,用于遮挡常规断路器2,以使断路器整体外观的统一及美观。
上述仅为本实用新型的一个实施例而已,本领域内的技术人员应明白,本实用新型的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此,本实用新型可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。
此外,需要说明的是:
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此,说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
尽管已描述了本实用新型的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述,但并非对本实用新型保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本实用新型的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。