CN210404707U - 一种具有自动分合闸装置的断路器 - Google Patents

Abstract

一种具有自动分合闸装置的断路器（100），包括绝缘外壳（110）、触头系统（120）、操作机构（130）、电流采集器（140）、电子控制器（170）、电动操作机构（180）和通信模块（190），所述操作机构驱动件（131）的中心在合闸及分闸位置时形成的连线与在合闸位置时所述操作机构驱动件（131）的中心和电动机（181）输出轴的中心在水平面的投影连线间的夹角在25度至40度之间，所述电动机（181）输出轴上设置一固定力臂（182），所述固定力臂（182）可直接或间接驱动所述第一活动力臂（183），所述第一活动力臂（183）可直接或间接地驱动操作机构驱动件（131）。本实用新型在空间上呈现扁平化设计，能够节约空间，使断路器的整体高度降低。

Description

一种具有自动分合闸装置的断路器

技术领域

本实用新型涉及低压电器领域，具体涉及一种具有自动分合闸装置的断路器。

背景技术

自动分合闸装置的三相四线剩余电流保护断路器，具有在电路出现诸如短路、漏电、欠压等电流电压故障时可以检测、判断并自动分合闸的功能，同时具有测量线路数据和检测故障以及显示和远程通讯等功能，从而满足电力系统物联网需求。断路器满足以上功能，需要在传统的断路器的基础上设置有控制器模块、显示模块、重合闸机构、通信模块等。为了断路器的换代升级不影响与之配合的箱体的使用，所以断路器的高度尺寸需要做到105mm以下，以装在原箱体内，同时断路器的长度及宽度尺寸也需要做到尽可能小，节约安装箱体空间，实现老尺寸箱体装载多功能的断路器，这就需要自动分合闸装置的断路器中的不同功能模块合理布置，做到极限尺寸满足极限功能，现有的断路器无法同时满足尺寸和功能的多重需求，同时，如何在小体积的前提下实现自动分合闸装置的可靠工作，也是面临的问题之一。

实用新型内容

基于上述背景，本实用新型提供一种自动分合闸装置的三相四线剩余电流保护断路器，可有效解决上述问题，通过合理布置各功能模块，使断路器的整体高度降低，满足小体积的前提下可实现自动分合闸装置的可靠工作。

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种具有自动分合闸装置的断路器，包括绝缘外壳、触头系统、操作机构、电流采集器、电子控制器、电动操作机构和通信模块，所述操作机构可带动所述触头系统运动，所述电流采集器包括零序电流互感器，所述电动操作机构包括电动机，所述操作机构包括操作机构驱动件，所述电动机至少部分设于断路器中盖内且位于N极及与所述N极相邻的相内，所述电动机主体边缘与断路器基座N极空腔远离A、B、C相的内侧壁之间的最小距离不小于5mm，所述电动机的底面沿z轴方向设于所述零序电流互感器通心孔的最高点与最低点之间，所述操作机构驱动件的中心在合闸及分闸位置时形成的连线与在合闸位置时所述操作机构驱动件的中心和电动机输出轴的中心在水平面的投影连线间的夹角在25度至40度之间，所述电动机输出轴上设置一固定力臂，所述固定力臂可直接或间接驱动第一活动力臂，所述第一活动力臂可直接或间接地驱动操作机构驱动件。

优选的，所述固定力臂可包括齿轮或连杆。

优选的，所述固定力臂还可以通过齿轮与所述第一活动力臂连接。

优选的，所述第一活动力臂可直接与所述操作机构驱动件活动连接。

优选的，所述断路器还包括第二活动力臂，第二活动力臂的一端与所述第一活动力臂相连，另一端可在所述第一活动力臂的驱动下带动所述操作机构驱动件运动。

优选的，所述第二活动力臂通过至少一运动槽直线运动。

优选的，所述运动槽设于所述绝缘外壳的中盖上。

优选的，所述运动槽设置在固定板上，所述固定板固定在绝缘外壳的中盖上。

优选的，所述的电流采集器还包括第一电流互感器，所述第一电流互感器设置在断路器出线端一侧。

优选的，所述断路器的N极导线还套设有第二电流互感器。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型在空间上呈现扁平化设计，能够节约更多的空间，使断路器的整体高度降低。

2、本实用新型中的电动操作机构采用连杆或齿轮传动结构，简单可靠，传动平稳效率高。

3、通过调整电动操作机构的电动机在绝缘外壳内的位置，实现零序电流互感器和电动操作机构的合理布局，从而使断路器的高度进一步降低，满足极限尺寸下的功能需求。

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是本实用新型的断路器整体外形结构示意图。

图2是本实用新型的断路器基座内部结构示意图。

图3是本实用新型的断路器一较佳实施例电动操作机构结构示意图。

图4是本实用新型的断路器另一较佳实施例电动操作机构结构示意图。

图5是本实用新型的断路器另一较佳实施例的电动操作机构结构示意图。

图6是图5的局部放大示意图。

图7是本实用新型的断路器另一较佳实施例的电动操作机构另一运动状态结构示意图。

图8是本实用新型的断路器另一较佳实施例的电动操作机构的第二活动力臂结构示意图。

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。

本实用新型所述的“上”、“下”、“左”、“右”、“高”、“低”等方位用语以图2所示位置为准。

如图1至图8所示，本实用新型提供了一种具有自动分合闸装置的断路器100，包括绝缘外壳110、触头系统120、操作机构130、电流采集器140、脱扣器160、电子控制器170、电动操作机构180和通信模块190，所述操作机构130可带动所述触头系统120运动，所述电流采集器140包括零序电流互感器150，所述电动操作机构180包括电动机181，所述操作机构130包括操作机构驱动件131，所述电动机181设于断路器的中盖内，且位于N极及其相邻相内，所述电动机181主体边缘与断路器基座111的N极空腔远离A、B、C相的内侧壁之间的最小距离不小于5mm，所述操作机构驱动件131中心与电动机181输出轴的中心连线在水平面的投影线与Y轴之间的角度在25度至40度之间，所述Y轴设定为操作机构驱动件131的中心在合闸及分闸位置时形成的连线方向，所述电动机181的底面沿z轴方向设于所述零序电流互感器150通心孔的最高点与最低点之间。电动机181输出轴上设置一固定力臂182，所述固定力臂182与一活动力臂183相连，所述活动力臂183可直接或间接地驱动操作机构驱动件131。

具体的，请参考图1所示，所述绝缘外壳110包括基座111、中盖112和上盖113,所述基座111、中盖112和上盖113沿z轴方向依次设置。

所述触头系统120和所述操作机构130设于所述绝缘外壳110内，所述触头系统120可在所述操作机构130的带动下进行分合闸的动作，从而实现电路的开通或关闭，所述操作机构130包括操作机构驱动件131，通过推动所述操作机构驱动件131，可通过所述操作机构130带动所述触头系统120的断开或接通。

所述电流采集器140设于所述绝缘外壳110内，可采用零序电流互感器、电流互感器、电流传感器、分流器中的任意一种或多种，根据所述断路器所要实现的功能进行设置即可，在此不做限制。在本实施例中，所述电流采集器140包括零序电流互感器150，断路器A、B、C、N极负载端导体同时从零序电流互感器150穿出，且所述零序电流互感器150的穿心孔对应设置在B相。

在一优选实施例中，所述电流采集器140还包括第一电流互感器141，所述第一电流互感器141分别设于所述断路器的A、B、C相内，所述断路器的A、B、C相导电线分别穿过对应的第一电流互感器141，第一电流互感器141可采集对应相的电流信息，并将所述的电流信息传输给所述电子控制器170。在本实施例中，所述电流互感器141设于靠近所述断路器出线端的一侧。

在三相四线制供电系统中，中性线如果发生断线，三相负载的不平衡将使得三相电压不能保持平衡，各相负载两端电压可能会异常升高或降低，电压过高的相可能会烧毁用电设备，对用户造成财产损失；电压过低的相可能会使用电设备无法正常工作，严重影响供电可靠性。在本实施例中，所述断路器100的内部还设有中性线断相保护，实现了对中性线断线的检测和保护功能。具体的，在所述断路器100的N极导线也套设有第二电流互感器，所述第二电流互感器可用来采集N极电流，通过比对A、B、C三相电流和N极的电流数据，来进行判断中性线是否断相，可有效克服上述问题，保证用电安全。

所述断路器100还包括至少一个脱扣器160，所述脱扣器160设于所述绝缘外壳110内，且所述脱扣器160可以为过载保护脱扣器或分励脱扣器中的一种，也可以是两者的结合使用，不同的断路器制作商可以根据实际需求选择实现保护的类型，如过载长延时保护、短路保护或二者具有，在此不做限定。

所述断路器100内还设有电子控制器170，所述电子控制器170可接收所述电流采集器140发送的信息，并可对信息进行处理及发送指令。

所述断路器100内还设有所述通信模块190，所述通信模块190设于绝缘外壳110内，通过所述通信模块190可实现所述电子控制器170与外部控制中心的通信，所述通信模块190为模块化设计，可以实现热插拔，用户拆装维护方便。

所述断路器100内还设有电动操作机构180，所述电动操作机构180包括电动机181、固定力臂182和第一活动力臂183，在所述中盖112内设有可容纳所述电动机181的空腔，所述空腔的侧壁可伸入所述基座111内，所述电动机181位于所述空腔内并可伸入所述基座111中，所述电动机181位于N相及其相邻相内，当所述断路器的各相的分布顺序依次为A、B、C、N时，所述电动机181同时位于N相和C相内，当所述断路器的各相分布顺序依次为N、A、B、C时，所述电动机181同时位于N相和A相内，在本实施例中，所述电动机181位于N相和C相内。所述电动机181的底面沿Z轴方向的设置范围为所述零序电流互感器150通心孔的最高点与最低点之间，所述Z轴为所述断路器100的高度方向。所述电动机181主体边缘与断路器基座111的N极空腔远离A、B、C相的内侧壁之间的最小距离不小于5mm，以便布置电子控制器170的电子线路板，或为所述电子控制器170各电子线路板之间的导电线的排布提供空间。

所述电动操作机构180的固定力臂182的一端套设于所述电动机181的输出轴上，另一端与所述第一活动力臂183相连，当所述电动机181转动时，所述固定力臂182可带动所述活动力臂183共同转动。所述第一活动力臂183的一端与所述固定力臂182相连，另一端可直接或间接的与所述操作机构驱动件131相连，并可直接或间接的驱动所述操作机构驱动件131。

在一优选实施例中，如图3所示，所述第一活动力臂183与所述操作机构驱动件131固定连接，当所述电动机181转动时，所述固定力臂182同步转动，从而带动所述第一活动力臂183转动，进而所述第一活动力臂183带动所述操作机构驱动件131沿Y轴方向直线运动，所述操作机构驱动件131通过所述操作机构130带动所述触头系统120自动闭合或打开，实现自动重合闸的功能。

在另一较佳实施例中，如图4至图8所示，所述第一活动力臂183与所述操作机构驱动件131间接连接，所述电动操作机构180还包括第二活动力臂184和固定板185，所述第二活动力臂184套设于所述操作机构驱动件131的端部，且可相对所述固定板185滑动，所述固定板185与所述绝缘外壳110相固定。

在所述固定板185上设有可让所述操作机构驱动件131通过的避空孔，在所述固定板185上设置有至少一个运动槽187，所述第二活动力臂184可沿所述运动槽187直线运动，所述运动槽187为长腰型结构。

所述第二活动力臂184放置在所述固定板185上，且可分别与所述固定板185和所述第一活动力臂183滑动连接，所述操作机构驱动件131的端部穿过所述第二活动力臂184。具体的，所述第二活动力臂184通过第一连接轴188与所述第一活动力臂182连接，所述第一连接轴188位于所述运动槽187内，在所述运动槽187内还设有第二连接轴189，当所述第二活动力臂184在所述第一活动力臂183的带动下直线运动时，所述第二连接轴189对所述第二活动力臂184起到限位作用，防止出现第二活动力臂184出现偏斜。当然，在另一较佳实施例中，也可不设置所述固定板185，而将所述运动槽187直接设于所述中盖112上，同样可以实现上述效果。

请继续参考图8所示，在所述第二活动力臂184上设有可让所述操作机构驱动件131穿过的通槽1841，所述通槽上设有可与所述操作机构驱动件131接触或分离的相对设置的第一端面1842和第二端面1843，当所述第一活动力臂183通过所述离合机构4在所述电动机181的驱动下转动时，所述第一活动力臂183带动所述第二活动力臂184相对所述固定板185沿所述运动槽187直线运动，当所述第二活动力臂184运动一段距离后，所述第一端面304或第二端面1843才会与所述操作机构驱动件131的端部接触并带动所述操作机构驱动件131共同直线运动，所述操作机构驱动件131驱动件在所述第一端面304或第二端面1843与所述操作机构驱动件131接触之前的这一段形成称之为空行程。

在一优选实施例中，如图5至图7所示，所述电动机181的转轴位于所述固定板185的一侧，当电动操作机构180推动所述操作机构驱动件131分闸时，所述第一活动力臂183与所述固定板185上的运动槽187之间的角度为θ1，设定所述第一活动力臂183对所述第一连接轴188的作用力为F，则F可分解为驱动所述第二活动力臂184直线运动的竖直方向的分力F1和水平方向的分力，由勾股定理可知F1=Fcosθ1。

当所述电动操作机构180推动所述操作机构驱动件131合闸时，所述第一活动力臂183与所述固定板185上的运动槽187之间的角度为θ2，由图可知θ2>θ1，当所述第一活动力臂183对所述第一连接轴188施加的作用力F’时，所述作用力F’可分解为驱动所述第二活动力臂184直线运动的竖直方向的力F2和水平方向的分力，由勾股定理可知F2=F’cosθ2；因θ2>θ1，在作用力F和F’相等的情况下，则驱动所述第二活动力臂184的有效分力F1>F2,因此，在驱动所述操作机构驱动件131合闸的初始状态时驱动所述操作机构驱动件131运动的有效分力F2较小，但此时所述第二端面1843与所述操作机构驱动件131尚未接触，所述操作机构驱动件131处于空行程，然后随着所述电动机181的继续转动，第一活动力臂183与所述固定板185上的第一运动槽186之间的角度θ2逐渐变小，F3逐渐变大，可以满足产品的功能需求，通过设置一段空行程，可有效避开有效分力较小的行程，用较小的电机扭矩即可满足产品正常分合闸功能，从而保证电动操作机构的正常运行。

当然，除上述公开的结构外，在另一优选实施例中，所述电动操作机构180的固定力臂182也可以为第一齿轮，所述第一活动力臂183为连杆，在所述固定力臂182与所述第一活动力臂183之间还设有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合，且与所述第一活动力臂183的一端活动连接，所述第一活动力臂183的另一端与所述操作机构驱动件131活动连接，当所述固定力臂182在电动机181的驱动下转动时，可通过第二齿轮间接驱动所述第一活动力臂183，从而第一活动力臂183直接或间接地驱动操作机构驱动件131。

通过重新调整所述断路器内部的空间布局，使得所述断路器100的总体高度不超过105mm，从而可以满足较小的箱体内实现对产品的多功能需求。

本实用新型的断路器，所述电动机181输出轴与操作机构驱动件131的中心连线在水平面的投影线与Y轴之间的角度在25度至40度之间，所述Y轴设定为操作机构驱动件131的中心在合闸位置及分闸位置时形成的连线方向，在行业现有的技术方案中，电动操作机构的电动机沿Z轴方向与零序电流互感器对应设置，并设置在断路器中盖上，电动机的输出轴与操作机构驱动件的中心连线在水平面的投影线与Y轴之间的角度通常为0度左右，这样造成了断路器沿Z轴的高度方向尺寸较大，断路器高度远大于105mm，而在本实施例中，电动机181设置在其输出轴与操作机构驱动件131的中心连线在水平面的投影线与Y轴之间的角度为25度至40度之间的位置，且通过将电动机181的底面沿Z轴方向的设置在所述零序电流互感器150通心孔的最高点与最低点之间，在Z轴方向上避开了所述零序电流互感器150，有效降低了断路器100的高度，保证了断路器高度不高于105mm，当然，也可将断路器沿Y轴方向的长度增加，将所述电动机181位置设置靠近断路器出线端的区域，所述电动机181输出轴与操作机构驱动件131的中心连线在水平面的投影线与Y轴之间的角度小于25度，同样能实现本实施例中的产品功能，但这样带来了断路器Y轴方向长度尺寸的增加，增大了断路器的体积，并不利于电网系统中电表箱的断路器升级改造，若将所述电动机181输出轴与操作机构驱动件131的中心连线在水平面的投影线与Y轴之间的角度设置为大于40度，则所述电动机181可能会与断路器的重要部件牵引杆发生干涉，影响断路器功能。本发明通过以上对电动机新颖、合理的布局，能够降低断路器高度为105mm及以下且不增加原有长度、宽度，而实现智能化功能，可以直接替换电表箱内的原有断路器，可以为电网改造、为社会带来巨大的经济价值。

具体来说，全国现有的居民用配电箱基本上都只是具备过载保护、短路保护及剩余电流保护传统功能的配电箱，已远远跟不上智能化发展的需求，目前传统功能的配电箱的数量平均每省不低于200万台，当前国家电网在网用户约4亿户，全国约有5500万~7000万台的传统居民用配电箱，随着智能化覆盖到各行各业，将断路器升级为智能化的带自动分合闸装置的断路器的需求也日益增多，为能适应智能化的需求，如此庞大数量的配电箱需要在国家电网智能化发展的过程中进行更新换代。每个配电箱的成本约5000元-8000元，若对现有的居民配电箱进行重新设计，一方面成本较高，本发明的断路器可在不更换配电箱的前提下实现国家电网的智能升级，初步估算每个省可节省100亿~160亿元，全国将节省2800亿~5400亿元；另一方面配电箱不需要重新设计、制作，相关配电线路也不会重新调整，所以完成国家电网配电智能化的时间将会大大缩短；此外，也有效克服了因更换居民配电箱的工作量增加、更换时间较长，给居民的生活带来的不便。

综上所述，本实用新型在空间上呈现扁平化设计，能够节约更多的空间，使断路器的整体高度降低；电动操作机构采用连杆或齿轮传动结构，简单可靠，传动平稳效率高，此外，通过调整电动操作机构的电动机在绝缘外壳内的位置，实现零序电流互感器和电动操作机构的合理布局，从而使断路器的高度进一步降低，满足极限尺寸下的功能需求。

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 (10)

1.一种具有自动分合闸装置的断路器（100），包括绝缘外壳（110）、触头系统（120）、操作机构（130）、电流采集器（140）、电子控制器（170）、电动操作机构（180）和通信模块（190），所述操作机构（130）可带动所述触头系统（120）运动，所述电流采集器（140）包括零序电流互感器（150），所述电动操作机构（180）包括电动机（181），所述操作机构（130）包括操作机构驱动件（131），其特征在于：所述电动机（181）至少部分设于断路器中盖（112）内且位于N极及与所述N极相邻的相内，所述电动机（181）主体边缘与断路器基座（111）N极空腔远离A、B、C相的内侧壁之间的最小距离不小于5mm，所述电动机（181）的底面沿z轴方向设于所述零序电流互感器（150）通心孔的最高点与最低点之间，所述操作机构驱动件（131）的中心在合闸及分闸位置时形成的连线与在合闸位置时所述操作机构驱动件（131）的中心和电动机（181）输出轴的中心在水平面的投影连线间的夹角在25度至40度之间，所述电动机（181）输出轴上设置一固定力臂（182），所述固定力臂（182）可直接或间接驱动第一活动力臂（183），所述第一活动力臂（183）可直接或间接地驱动操作机构驱动件（131）。

2.根据权利要求1所述的一种具有自动分合闸装置的断路器（100），其特征在于：所述固定力臂（182）可包括齿轮或连杆。

3.根据权利要求1所述的一种具有自动分合闸装置的断路器（100），其特征在于，所述固定力臂（182）还可以通过齿轮与所述第一活动力臂（183）连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有自动分合闸装置的断路器（100），其特征在于，所述第一活动力臂（183）可直接与所述操作机构驱动件（131）活动连接。

5.根据权利要求1所述的一种具有自动分合闸装置的断路器（100），其特征在于，还包括第二活动力臂（184），第二活动力臂（184）的一端与所述第一活动力臂（183）相连，另一端可在所述第一活动力臂（183）的驱动下带动所述操作机构驱动件（131）运动。

6.根据权利要求5所述的一种具有自动分合闸装置的断路器（100），其特征在于，所述第二活动力臂（184）通过至少一个运动槽（187）直线运动。

7.根据权利要求6所述的一种具有自动分合闸装置的断路器（100），其特征在于，所述运动槽（187）设于所述绝缘外壳（110）的中盖（112）上。

8.根据权利要求6所述的一种具有自动分合闸装置的断路器（100），其特征在于，所述运动槽（187）设置在固定板（185）上，所述固定板（185）固定在绝缘外壳（110）的中盖（112）上。

9.根据权利要求1所述的一种具有自动分合闸装置的断路器（100），其特征在于：所述的电流采集器（140）还包括第一电流互感器（141），所述第一电流互感器（141）设置在断路器出线端一侧。

10.根据权利要求1所述的一种具有自动分合闸装置的断路器（100），其特征在于：所述断路器（100）的N极导线还套设有第二电流互感器。

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