CN210323280U - 一种剩余电流保护断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布一种剩余电流保护断路器，包括壳体、触头系统、脱扣单元、电源模块、零序电流互感器和电子控制单元，所述电子控制单元分别与所述脱扣单元和所述电源模块相连，其特征在于，所述电子控制单元包括分合闸及试验检测单元和数据处理单元，所述分合闸及试验检测单元的一端与所述零序电流互感器的绕组连接，另一端与所述数据处理单元连接，在所述零序电流互感器与所述分合闸及试验检测单元之间还设有试验按钮。本实用新型在剩余电流保护断路器剩余电流保护功能关闭时，按下试验按钮后试验回路产生剩余电流，零序互感器输出信号，试验电路同时输出信号至电子控制单元，电子控制单元能够有效区分此时检测到剩余电流信号由试验电路产生。

Description

一种剩余电流保护断路器

技术领域

本实用新型涉及低压电器技术领域，具体地说涉及一种剩余电流保护断路器。

背景技术

剩余电流保护断路器是一种重要的低压保护电器，主要用来在设备发生剩余电流故障时以及对有致命危险的人身触电时进行保护。常规的具有试验功能的剩余电流保护断路器，通过按下本地试验按钮后接通试验回路，试验回路一端连接电网，另一端单向穿过零序互感器后连接试验电阻，试验电阻另一端连接电网构成试验电流回路。试验电流产生后零序互感器输出信号，剩余电流检测单元检测到剩余电流信号后控制断路器分闸完成剩余电流检测功能的验证，当断路器可以正常分闸，则表明剩余保护电流功能正常，但传统的具有剩余电流保护功能的断路器的剩余电流保护功能一旦关闭或损坏，则无法对其剩余电流保护功能进行检测，即用户无法判断当前剩余电流保护功能是否正常，从而在使用中带来极大的安全隐患。

而智能化、信息化是剩余电流保护断路器的应用趋势，智能电网中剩余电流保护断路器可以受信息控制，外部控制中心可将剩余电流保护功能开启或关闭。受信息控制的剩余电流保护断路器在剩余电流保护功能关闭后，使用传统检测方法即使零序互感器检测到剩余电流信号，断路器也不能进行分闸，无法完成剩余电流保护功能的检测。剩余电流保护功能被禁止后，检测功能的缺失将给剩余电流保护器断路器的使用及其检测带来极大的不便，同时也产生极大的安全隐患。

实用新型内容

基于上述背景，本实用新型提供，可有效解决上述问题，

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种剩余电流保护断路器，包括壳体、触头系统、脱扣单元、电源模块、零序电流互感器和电子控制单元，所述电子控制单元分别与所述脱扣单元和所述电源模块相连，所述电子控制单元包括分合闸及试验检测单元和数据处理模块，所述分合闸及试验检测单元的一端与所述零序电流互感器的绕组连接，另一端与所述数据处理单元连接，在所述零序电流互感器与所述分合闸及试验检测单元之间还设有试验按钮。

优选的，当所述试验按钮断开时，所述分合闸及试验检测单元输出第一信号并传输给所述数据处理单元，当所述试验按钮被接通时，所述分合闸及试验检测单元输出第二信号并传输给所述数据处理单元。

优选的，所述第一信号的周期为10ms，所述第二信号的周期为20ms。

优选的，所述分合闸及试验检测单元包括：

至少两个降压电阻R1、R3，所述降压电阻R1的一端可与穿过零序互感器的L极或N极导线相连，另一端和双向整流二极管D1串联，所述降压电阻R3的一端可与穿过零序互感器的且未与所述降压电阻R1连接的N极或L极导线相连，另一端与双向整流二极管D2串联；

双向整流二极管D1、D2,所述整流二极管D1的一端和所述降压电阻R1串联，所述整流二极管D2的一端和所述降压电阻R3串联，且所述整流二极管D1和所述整流二极管D2另一端分别与所述光耦U1的输入端相连；

光耦U1，所述光耦U1的输入端分别与所述整流二极管D1和所述整流二极管D2相连，所述光耦U1的输出端与所述数据处理单元相连。

优选的，所述绕组的一端串联所述试验按钮后和所述整流二极管D2的一端相连，所述绕组的另一端和所述整流二极管D2的另一端相连。

优选的，所述二极管D1包括二极管D1a和二极管D1b，所述二极管D1a和二极管D1b为并联，且方向相反；所述整流二极管D2包括二极管D2a和二极管D2b，所述二极管D2a和二极管D2b为并联，且方向相反。

优选的，所述分合闸及试验检测单元还包括降压电阻R2和R4，所述R2的两端分别与所述降压电阻R1和双向整流二极管D1串联，所述R4的两端分别与所述降压电阻R3和双向整流二极管D2串联。

优选的，所述电子控制单元还包括通信单元，所述通信单元与所述数据处理单元相连，且所述通信单元以有限或无线的方式对外进行通信。

优选的，所述通信单元可通过有线或无线的方式与外部控制中心相连，所述有线方式包括RS485，RS232，RS422，EtherNet、CAN、DeviceNet、Profibus中的一种，所述无线方式包括Wifi,Bluetooth、ZigBee、NFC、GRPS、NB-IoT、LoRa中的一种。

优选的，所述电子控制单元还包括剩余电流检测单元，所述剩余电流检测单元分别与所述零序互感器的二次输出端和所述数据处理单元相连。

优选的，所述剩余电流检测单元包括差分放大电路，所述差分放大电路将所述零序互感器输出的微小电流信号转化为电压信号，并放大为所述数据处理单元可以识别的信号。

优选的，所述脱扣单元的输入端与所述数据处理单元相连，输出端与脱扣线圈相连。

优选的，所述脱扣单元包括可控开关装置，所述可控开关装置为可控硅。

优选的，所述数据处理单元包括可编程数据处理芯片，所述可编程数据处理芯片可以是微控制器或微处理器。

优选的，所述电源模块包括全波整流电路、开关电源模块和线性降压电路，所述电源模块的输入端连接电网电压，所述全波整流电路对所述电网电压进行全波整流，所述开关电源模块和所述线性降压电路对整流后的电网电压进行降压和稳压。

优选的，所述电源模块的输入端还设有过压保护电路，所述过压保护电路包括压敏电阻和/或气体放电管。

本实用新型的有益效果如下：

通过设置的分合闸及试验检测单元，在剩余电流保护断路器剩余电流保护功能关闭时，按下试验按钮后试验回路产生剩余电流，零序互感器输出信号，试验电路同时输出信号至电子控制单元，电子控制单元能够有效区分此时检测到剩余电流信号由试验电路产生；同时该电路还能检测断路器是否正常分合闸，剩余电流保护断路器能通过通信方式连接控制中心，控制中心能够准确了解断路器各种状态信息，极大的提高剩余电流保护断路器智能化水平。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例的剩余电流检测及保护电路的框图。

图2为本实用新型一实施例的剩余电流发生过程示意图。

图3为本实用新型另一实施例的剩余电流发生过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，作为一个示例性实施方式，一种剩余电流保护断路器，包括：壳体、触头系统、脱扣单元3、电源模块4、零序电流互感器7和电子控制单元，所述触头系统、脱扣单元3、电源模块4、零序电流互感器7和电子控制单元均设于所述壳体内，脱扣单元3所述电子控制单元分别与所述脱扣单元3和所述电源模块4相连，所述电子控制单元包括分合闸及试验检测单元1、剩余电流检测单元2和数据处理单元5和通信模块6，所述分合闸及试验检测单元1除用于进行断路器分合闸状态检测外，还可用于对断路器的剩余电流保护功能进行验证，包括剩余电流发生和试验按钮按下检测。所述分合闸及试验检测单元1的输入端分别与绕过零序互感器7的L极导线和N极导线连接，所述分合闸及试验检测单元1的输出端与所述数据处理单元5相连，所述分合闸及试验检测单元1包括：降压电阻R1、R2、R3、R4、二极管D1、D2、光耦U1和试验按钮8。优选地，所述二极管D1、D2为整流用双二极管。如图1所示，所述降压电阻R1的一端与穿过所述零序互感器7的N极导线相连，且所述降压电阻R1与所述降压电阻R2、二极管D1串联，所述二极管D1为整流双二极管，所述二极管D1包括二极管D1a和二极管D1b，所述二极管D1a和二极管D1b为并联，且方向相反；所述降压电阻R3的一端与穿过所述零序互感器7的L极导线相连，且所述降压电阻R3与所述降压电阻R4、二极管D2串联，所述二极管D2为整流二极管，所述二极管D2包括二极管D2a和二极管D2b，所述二极管D2a和二极管D2b为并联，且方向相反。当然，也可将所述降压电阻R1的一端与穿过所述零序互感器7的L极导线相连,此时，所述降压电阻R3的一端与穿过所述零序互感器7的N极导线相连。所述光耦U1的输入端分别与所述二极管D1和所述二极管D2相连，且所述光耦U1的输出端与所述数据处理单元5相连。在所述零序互感器7上还绕设有绕组71，所述绕组71的一端串联所述试验按钮8后和所述整流二极管D2的一端相连，所述绕组71的另一端和所述整流二极管D2的另一端相连。优选地，试验按钮8为微断开关，为了增强试验回路产生的剩余电流信号，绕过零序互感器7的绕组71应绕过所述零序互感器7多圈。所述零序互感器7用于感应电网中的剩余电流。

请继续参考图1所示，所述剩余电流检测单元2的输入端与所述零序互感器7连接，所述剩余电流检测单元2的输出端与所述数据处理单元5连接。所述剩余电流检测单元2包括差分放大电路，所述差分放大电路可将所述零序互感器7感应的负载电路中的剩余电流信号转换为电压信号，并放大为数据处理单元5能够识别、计算的信号。

所述脱扣单元3为脱扣控制单元，脱扣单元的驱动电源与所述电源模块44连接，所述脱扣单元3的控制信号输入端与所述数据处理单元5连接，所述脱扣单元3的输出端与脱扣线圈连接，当所述数据处理单元5发出控制信号后，所述脱扣单元3中的可控开关装置导通，此时，所述脱扣线圈中有较大电流流过，线圈中的撞针使得断路器脱扣。优选的，可控开关装置为可控硅。

所述数据处理单元5包括可编程数据处理芯片及其必要的外围电路。优选地，所述可编程数据处理芯片是微控制器或微处理器，所述可编程数据处理芯片能够实现AD转换和计时功能，通过AD转换功能，可编程数据处理芯片可将所述剩余电流检测单元2传输过来的模拟信号转化为可以处理的数字信号，通过计时功能所述可编程数据处理芯片可以识别电路中的方波信号周期，所述可编程数据处理芯片具备多个输入、输出端口，其中包括通信接口，通过所述通信接口可与通信单元6进行通信。综上所述，所述可编程数据处理芯片能够实现剩余电流测量功能，能够输出高、低电平控制可控硅开关电路，能够检测高低电平用于识别断路器分合闸状态，且能够实现与外界的通信功能。

所述电源模块4包括全波整流电路、开关电源模块和线性降压电路，所述电源模块4的输入端连接电网电压，所述全波整流电路对所述电网电压进行全波整流，所述电网电压经过全波整流后由所述开关电源模块进行降压，稳压电路对降压后的电网电压稳压后经过线性稳压电路再次降压及稳压最后得到系统工作电源。所述电源模块4的输入端还设有过压保护电路，所述过压保护电路包括压敏电阻和/或气体放电管。

所述剩余电流检测及保护电路还包括通信单元6，所述通信单元6的一端与所述数据处理单元5连接，另一端通过有线或无线的通信方式与外部控制中心连接，所述通信单元6可接收来自所述数据处理单元5的信息，并将接收到的信息传输给所述外部控制中心，所述外部控制中心根据所述通信单元6传输过来的数据可查看断路器的各种状态，包括：断路器所在电网的运行信息和断路器的状态信息，所述运行信息包括剩余电流实时值和故障信息，所述短路器的状态信息包括分闸、合闸状态、是否打开剩余电流保护功能等信息，可对剩余电流保护动作值、保护动作时间等进行远程设定操作等等，并可发送剩余电流保护功能开启或关闭命令，所述通信单元6可接收来自所述外部控制中心的指令，并将所述指令传输给所述数据处理单元5，所述数据处理单元5控制所述脱扣电路进行脱扣。优选地，所述通信单元6与外部控制中心采用蓝牙通信方式进行通信。当然，除蓝牙通信外，还可以通过RS485，RS232，RS422，EtherNet，Wifi,ZigBee，NFC,GRPS,NB-IoT,LoRa,CAN，DeviceNet,Profibus中的一种进行通信。

以下，将结合图1和前述实施方式说明，进一步说明根据本公开实施方式描述的一种剩余电流检测单元的具体工作过程。

请参考图1所示，所述分合闸及试验检测单元1的输入端通过穿过所述零序互感器7的L极与N极导线与电网连接，电网输入的正弦交流电压的频率为50hz,对应的正弦波周期为20ms,当断路器闭合后，通过降压电阻R1、R2、R3、R4对电网输入的正弦交流电压进行降压，降压后通过所述二极管D1和二极管D2组成的全波整流电路对输入的正弦波进行整流，整流后正弦波变为周期为10ms的半波信号，光耦U1将输出周期为10ms的方波信号，该信号输入至所述数据处理单元5，数据处理单元5将根据是否有方波信号来判断断路器处于合闸或者分闸状态，若有方波信号，则表明所述断路器当前为合闸状态，若无方波信号，则表明所述断路器当前为分闸状态。

当所述试验按钮8被按下后，全波整流电路中二极管D2的一个桥臂将被短路。具体的，如图2所示，图中所示箭头方向为电路中电流的方向，所述降压电阻R1、R2输入端电压为正时，电流经过降压电阻R1和降压电阻R2后，通过二极管D1中正向导通的二极管D1a，经由光耦U1中的发光二极管，经过绕组71及试验按钮8，再经过降压电阻R3、R4回到负极；因二极管D2处的电阻较大，因此电流在流转过程中寻找阻力较小的线路流动，因此，当电流经过光耦U1后，将避开电阻较大的二极管D2，而转向电阻较小的试验按钮8和绕组71。此时，因电流仅流经二极管D1而未流经二极管D2，因此在试验按钮8被按下后只有半个周期的电流流经光耦U1的发光二极管，在光耦U1的输出端输出周期为20ms的方波。

同理，如图3所示，电阻R3、R4输入端电压为正时，当所述试验按钮8被按下后，电流经过绕组71及试验按钮8，通过D1反向导通的二极管D1b，再经过降压电阻R1、R2回到负极。通过上述描述，在试验按钮8被按下后只有半个周期的电流流经光耦U1的发光二极管，在光耦U1的输出端输出周期为20ms的方波。无论是正半周还是负半周的电压，穿过所述零序互感器7导线中均有电流流过，可在分合闸及试验检测回路1中产生正弦信号，作为剩余电流试验信号。

综上所述，试验按钮8未被按下时，光耦U1输出端输出周期为10ms的方波信号；试验按钮8被按下后，光耦U1输出端输出周期为20ms的方波信号，同时所述零序互感器7将向剩余电流检测单元2输出剩余电流信号，剩余电流检测单元2将该信号放大后输出至数据处理单元5，所述数据处理单元5检测到剩余电流信号同时检测到分合闸及试验检测单元1发出的20ms方波后判定该剩余电流信号由试验电路产生，数据处理单元5向脱扣单元3发送脱扣指令，脱扣单元3驱动执行线圈使得断路器脱扣，从而完成剩余电流保护功能的验证。

本实用新型的剩余电流检测及保护电路通过在分合闸及检测电路中设置两个双向的整流二极管，在断路器在不同的状态时产生不同的方波信号，并将方波信号通过光耦传输至数据处理单元，从而可准确了解断路器的各种状态信息。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (9)

1.一种剩余电流保护断路器，包括壳体、触头系统、脱扣单元（3）、电源模块（4）、零序电流互感器（7）和电子控制单元，其特征在于：

所述电子控制单元包括分合闸状态及试验检测单元(1)、和数据处理单元(5)，所述分合闸状态及试验检测单元(1)与所述零序电流互感器（7）的绕组（71）连接，所述分合闸状态及试验检测单元(1)接收断路器的负载端L极和N极的输入信号，并对所述输入信号处理后输出信号至所述数据处理单元（5），在所述零序电流互感器（7）与所述分合闸及试验检测单元（1）之间设有试验按钮（8）。

2.根据权利要求1所述的一种剩余电流保护断路器，其特征在于，当所述试验按钮（8）断开时，所述分合闸状态及试验检测单元（1）输出第一频率信号给所述数据处理单元（5），当所述试验按钮（8）被接通时，所述分合闸状态及试验检测单元（1）输出第二频率信号给所述数据处理单元（5）。

3.根据权利要求1所述的一种剩余电流保护断路器，其特征在于，所述分合闸状态及试验检测单元(1)包括降压电阻、整流二极管、和输出光耦，所述降压电阻与所述整流二极管连接，所述整流二极管与所述光耦连接。

4.根据权利要求1所述的一种剩余电流保护断路器，其特征在于，所述电子控制单元还包括通信单元（6），所述通信单元（6）与所述数据处理单元（5）相连，且所述通信单元（6）以有线或者无线的方式对外进行通信。

5.根据权利要求1所述的一种剩余电流保护断路器，其特征在于，所述电子控制单元还包括剩余电流检测单元（2），所述剩余电流检测单元（2）分别与所述零序电流互感器（7）的二次输出端和所述数据处理单元（5）相连。

6.根据权利要求1所述的一种剩余电流保护断路器，其特征在于，所述脱扣单元（3）的输入端与所述数据处理单元（5）相连，输出端与脱扣线圈相连。

7.根据权利要求1所述的一种剩余电流保护断路器，其特征在于，所述数据处理单元（5）包括可编程数据处理芯片，所述可编程数据处理芯片可以是微控制器或微处理器。

8.根据权利要求1所述的一种剩余电流保护断路器，其特征在于，所述电源模块（4）包括全波整流电路、开关电源模块和线性降压电路，所述电源模块（4）的输入端连接电网电压，所述全波整流电路对所述电网电压进行全波整流，所述开关电源模块和所述线性降压电路对整流后的电网电压进行降压和稳压。

9.根据权利要求8所述的一种剩余电流保护断路器，其特征在于，所述电源模块（4）的输入端还设有过压保护电路，所述过压保护电路包括压敏电阻和/或气体放电管。

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