CN211529887U - 一种模块化断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模块化断路器，包括壳体和设置在壳体内的断路器组件，所述壳体内分隔为独立的功能层和组件层，所述断路器组件设置在组件层内并通过串联在外部电路上控制其开闭；所述组件层与功能层之间设有通道并通过通道使设置在功能层内的功能部件与断路器组件关联。本实用新型通过在不改变现有的单级或多级断路器尺寸前提下，在内部保留有单独的功能层，并通过在功能层内设有单独的检测模块来增加该断路器的分断精度。

Description

一种模块化断路器

技术领域

本实用新型属于电路保护设备技术领域，具体涉及一种模块化断路器。

背景技术

断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器按其使用范围分为高压断路器与低压断路器。断路器在出现严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件。

引发电气火灾或电路负载设备故障的常见供电线路因素有两个，一是由于电流因素引起的电气火灾，由于电流在导体上产生大量的热，只是绝缘损坏从而引起火灾，例如断路过载；二是由故障电弧引起的电气火灾，电气故障产生温度较高的故障电弧或电火花能够引燃周围的可燃物(一般为导线绝缘层材料)，从而进一步引起电气火灾，例如电气部件接触不良接地故障。其中的电流因素分为瞬时大流量和存在剩余电流的情况，而瞬时大流量即为断路情况，一般通过常用的电磁断路器即可起到保护电路的效果。所谓的故障电弧是绝缘体被电压击穿后，由不导电变成导电并发光发热的自然现象。

为了避免因为故障电弧引起线路起火，还需要单独设置AFCI(AFDD)故障电路检测器、RCD等其他线路检测模块，则在配电箱或者配电设施中常见有多个断路器组件并排设置，占用空间较大，且仅能够对故障进行检测并断闸，无法自动重合，需要维护人员现场进行合闸操作，费时费力。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种模块化断路器结构，通过内部单独设有的独立空间便于设置其他检测功能部件。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种模块化断路器，包括壳体和设置在壳体内的断路器组件，所述壳体内分隔为独立的功能层和组件层，所述断路器组件设置在组件层内并通过串联在外部电路上控制其开闭；

所述组件层与功能层之间设有通道并通过通道使设置在功能层内的功能部件与断路器组件关联。

值得说明的是，所谓的关联是指包括传动连接、通信连接、电连接等多种连接方式，还包括没有直接连接而是间接联动的方式，比如磁性联动和热联动等方式。也就是说，断路器组件和功能层内的部件之间能够相互传递力或者信号，力包括直接接触传输的转动力、推动力、拉力等，也包括未接触的磁性力。而信号包括电信号、光信号、无线电信号、热信号等。例如断路器组件中发热并传递至功能层中，导致功能层中的部件受热感知向外反馈，或在功能层内设有低熔点材质，在温度上升至一定阈值后便熔断从而动作。

进一步的，所述壳体上设有分别连通功能层和组件层便于更换安装部件的开口，所述开口上覆盖有可拆卸的挡板。

原本将壳体内分隔为两个独立的空间，则为了方便设置内部的结构，最佳的方式是在壳体上开设有两个开口，每个开口对应每个空间，并通过可拆卸的挡板结构将开口覆盖。当设置组件层内的断路器组件时，仅需在最初将所有组件均设置在组件层内，只有在后续内部部件出现故障需要更换时才会打开。同样的，在装配过程中，功能区中的部件选定后直接装入功能层内，当两侧部件关联后将两侧的挡板扣合形成一体式结构。

进一步的，所述断路器为接入一根线路的单级断路器结构。

进一步的，所述断路器为接入两根线路的两级断路器结构，包括两个独立壳体且每个壳体内均单独设有断路器组件。

进一步的，两个所述壳体相互扣合连接，并在壳体相互扣合时两侧的所述功能层连通形成单个功能空间；在所述功能空间内设有与两侧的断路器组件关联的功能部件。

进一步的，所述断路器为采用同一壳体结构并接入两根线路的双极断路器结构，该壳体靠近外部两侧各设有用于放置断路器组件的组件层，在两个所述组件层之间设有独立的功能层。

进一步的，所述组件层包括：

设有接入端子的接入区；

设有接出端子的接出区；

设有脱扣组件的脱扣区；

设有灭弧组件的灭弧区；

所述接入端子、接出端子、脱扣组件和灭弧组件均属于断路器组件。

进一步的，所述功能部件为带有互感器的电流检测模块，从所述接入端子上引出通过通道穿入互感器中的检测线；

在所述灭弧区与接入端子之间的组件层内壁向内凹陷形成用于避让互感器安装的避让槽。

其中的电流检测模块是包括对接入电路的电流信息分析的多种检测模块，包含但不限于AFDD、AFCI和RCD。

进一步的，所述脱扣组件为电磁脱扣结构，包括静触点、动触点、锁扣组件、手柄和电磁推动机构，当所述静触点与动触点接触时所述锁扣组件锁住并使得动触点保持固定；所述电磁推动机构在接入电路出现短路故障时通过推动锁扣组件解锁使动触点动作脱扣。

进一步的，壳体外部设有与电流检测模块连接的指示灯，所述指示灯展示该断路器的开断情况，同时还在出现故障电弧时进行示警。

现有断路器上大都设置有指示灯和控制按钮，所述指示灯用以反馈该断路器的开断状态，例如正常工作时，通过两个指示灯来展示，绿色即闭合状态，而红色则为断开的状态，因为设有自动重合机构，若多次无法重合，则可设置红灯闪烁进行指示。若因检测到出现故障电弧而发生断路，则通过第三个黄色的指示灯进行指示。

所谓的两级断路器，是指断路器同时控制零线和火线，可同时开闭，从而达到双极控制。原本的两级断路器包括采用同一壳体结构的一体式构型和采用单独的单级断路器扣合联动形成两级构型。采用统一壳体的方案中，其内部设有隔板将两侧的断路器组件隔开并达到屏蔽隔断的效果，为了设置检测组件和自动重合组件，会对内部的断路器组件的位置进行调整，使其尽可能朝两侧移动，在壳体的中部留出空间，则既能够达到较好的隔断效果，避免两侧的断路器组件互相影响，同时又能够有足够的空间设置两个功能组件。

其中，检测组件可同时对两级接入线路进行检测，只需在两个接入端子上单独引出用于检测的线路即可。由于检测组件中可以包含有多种基于电流特征值的检测单元，则一般该检测单元均采用互感器作为检测部件，使得单独引出的通电导体穿过互感器的中心，并由互感器将数据传输至每个模块的处理IC中，再由处理IC分析处理数据并判断是否出现故障，一旦出现故障则控制断路器组件动作断闸或者控制自动重合组件动作间接断闸。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过在不改变现有的单级或多级断路器尺寸前提下，在内部保留有单独的功能层，并通过在功能层内设有单独的检测模块来增加该断路器的分断精度；则既保留了电磁断路器的功能，同时又能够对接入电路进行其他运行状态进行检测，还能够在故障消除后自动重合，从而在保持小体积的前提下具有多个保护功能。

附图说明

图1是本实用新型采用两级断路器结构的示意图；

图2是本实用新型单级或多级断路器结构时的断路器组件装配示意图；

图3是本实用新型壳体单侧挡板拆开后的轴侧结构示意图；

图4是本实用新型壳体单侧挡板拆开后的右视图，图中主要展示了功能层；

图5是本实用新型采用两级断路器结构时将每个壳体外侧挡板和断路器组件均拆下后的轴侧示意图A；

图6是本实用新型采用两级断路器结构时将每个壳体外侧挡板和断路器组件均拆下后的轴侧示意图B；

图7是本实用新型单个壳体取下两侧挡板后的左侧轴侧示意图，其中可以看到该图中展示组件层，其中还包括所述避让槽的凸出结构。

图中：1-壳体，2-功能层，3-组件层，3.1-接入区，3.2-接出区，3.3-脱扣区，3.4-灭弧区，4-接入端子，5-接出端子，6-脱扣组件，7-灭弧组件，8-互感器，9-指示灯。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步阐释。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

断路器即为一种开关结构，本实施例中主要涉及低压断路器领域，其主要作用是对接入的电路实施开闭控制，并通过其内部设有的断路器组件在接入电路出现短路或过载等电路故障时能够快速分断，使得接入电路上的负载设备能够得到保护。

其中，壳体1上设有分别连通功能层2和组件层3便于更换安装部件的开口，所述开口上覆盖有可拆卸的挡板。原本将壳体1内分隔为两个独立的空间，则为了方便设置内部的结构，最佳的方式是在壳体1上开设有两个开口，每个开口对应每个空间，并通过可拆卸的挡板结构将开口覆盖。当设置组件层3内的断路器组件时，仅需在最初将所有组件均设置在组件层3内，只有在后续内部部件出现故障需要更换时才会打开。同样的，在装配过程中，功能区中的部件选定后直接装入功能层2内，当两侧部件关联后将两侧的挡板扣合形成一体式结构。

具体来说，公开一种模块化断路器，包括壳体1和设置在壳体1内的断路器组件，所述壳体1内分隔为独立的功能层2和组件层3，所述断路器组件设置在组件层3内并通过串联在外部电路上控制其开闭；所述组件层3与功能层2之间设有通道并通过通道使设置在功能层2内的功能部件与断路器组件关联。

本实施例将断路器中的功能部件统称为断路器组件，其主要包括接入接出结构和机械动作结构，接入接出为可调节的金属端子结构，通过两个金属端子与外部的线路串联。而所谓的机械动作结构，是指在两个金属端子之间形成的单条串联线路或多条串并联线路的机械结构，且该机械结构能够对接入线路的电流关联，并在出现较大电流或长时间大电流负荷运行时会进行自主动作，从而将两个金属端子间的所有线路封闭或断开。

而现有的分断方式较多，常用的包括电磁脱扣、分励脱扣、热熔脱扣等，但由于断路器组件大部分都是与接入线路的电流值关联，只能通过结构或材料的特殊性质，出现特定电流值或自身温度上升到特定值后立即动作。但对于未出现过载电流的漏电故障无法动作和检测，同时也对部分未达到断路器组件分断条件的电路故障不具有保护效果。故现在的电路保护系统中常常会采用多个模块组合的形式构成综合保护。

本实施例是一种一体式断路器结构，与现有多个模块扣合的方式不同，所述的壳体1采用模块化结构设计，通过在内部设有单独的功能层2和组件层3来实现功能分区，将原本的断路器组件完整保留，并可在功能区内根据需求设置不同的功能部件，例如RCD模块或其他电流检测分析模块。由于断路器本身无法进行较为复杂的数据分析工作，对于接入电路出现上述未达到分断条件的故障时则需要其他的设备进行辅助判断。断路器组件中具有动作机构，则通过在功能层2中设有数据分析设备即可完成检测，并通过设有的通道对断路器组件进行性控制，在检测到电流值出现故障特征时可控制断路器组件动作分断。

实施例2：

本实施例公开一种模块化断路器，如图1-7所示，该断路器为接入两根线路的两级断路器结构，包括两个独立壳体1且每个壳体1内均单独设有断路器组件。

两个所述壳体1相互扣合连接，并在壳体1相互扣合时两侧的所述功能层2连通形成单个功能空间；在所述功能空间内设有与两侧的断路器组件关联的功能部件。

断路器为采用同一壳体1结构并接入两根线路的双极断路器结构，该壳体1靠近外部两侧各设有用于放置断路器组件的组件层3，在两个所述组件层3之间设有独立的功能层2。

断路器组件包括接入端子4、接出端子5、脱扣组件6和灭弧组件7。

组件层3包括：设有接入端子4的接入区3.1、设有接出端子5的接出区3.2、设有脱扣组件6的脱扣区3.3和设有灭弧组件7的灭弧区3.4；

而功能部件为带有互感器8的电流检测模块，从所述接入端子4上引出通过通道穿入互感器8中的检测线；在所述灭弧区3.4与接入端子4之间的组件层3内壁向内凹陷形成用于避让互感器8安装的避让槽。

其中的电流检测模块是包括对接入电路的电流信息分析的多种检测模块，包含但不限于AFDD、AFCI和RCD。

脱扣组件6为电磁脱扣结构，包括静触点、动触点、锁扣组件、手柄和电磁推动机构，当所述静触点与动触点接触时所述锁扣组件锁住并使得动触点保持固定；所述电磁推动机构在接入电路出现短路故障时通过推动锁扣组件解锁使动触点动作脱扣。

如图所示，本实施例中对整个断路器组件进行优化限定。图中可以看到，该断路器组件的整体结构布局与现有技术相同，均是两侧分别为接入端子4和接出端子5，而壳体1上对应单独设有接入区3.1和接出区3.2。接入端子4和接出端子5均包括一个通过螺栓上下移动的压片，与压片对应的是固定不动的桥接板。而接入区3.1和接出区3.2均设有开口便于接入外部的电路，在外部电路的触点插入对应开口内后通过移动压片使其紧贴在桥接板上。

而桥接板通过引弧片与所述灭弧组件7连接，在断路器内部出现电弧时可通过引弧板将电弧引入灭弧组件7灭弧。可以看到，引弧板所在空间较大，其形状为弯折的人字形结构。由于隔壁的功能层2的互感器8需要较大的安放空间，则通过将所有断路器组件整体向外侧移动，并减小引弧片的宽度，从而在引弧区内设置避让槽，增加功能层2下部的空间用以安放互感器8。

而灭弧组件7是多个金属片等距叠加设置的结构，与现有灭弧机构相同，其原理不在赘述。

灭弧组件7上部即为电磁推动机构，在电磁推动机构上部即为锁扣组件和手柄。锁扣组件包括底梁，在底梁上设有三个转轴，其中通过一个转轴A同轴转动连接有主梁(转轴A为图中三个转轴中下部靠左的结构)，所述主梁上设有动触点；而另外两个转轴B和转轴C分别转动连接有锁扣A和锁扣B(转轴B为图中三个转轴中上部的结构，锁扣A套设在其上)，其中锁扣A为体积较小的扇形块结构，且其通过一根拉杆与转柄连接；而锁扣B体积较大，且同样通过一根复位拉杆与接入端子4的桥接板连接。

而接出端子5的桥接板向内延伸并在端部设有静触点，而在接出端子5的桥接板上并联有电磁推动机构的线圈。图中展示为断闸状态，此时推动转柄使得拉杆向右侧推动锁扣A，虽然锁扣A与底梁无阻力转动连接，但由于拉杆初始阶段的推动力水平垂直于转轴轴线，则此时锁扣A并未发生转动，而是先推动底梁饶转轴A顺时针转动(其中的转轴A插设在壳体1内壁上，则整个底梁仅围绕转轴A转动)，而底梁转动时同时推动主梁绕转轴A转动。

而图中可以看到，所述锁扣B虽然与底梁转动连接，但其设有拉杆，而该拉杆端部抵住所述桥接板使得锁扣B在图中状态下无法绕转轴C顺时针转动。则在底梁顺时针转动时，锁扣B与其发生相对转动，既状态不变。直到主梁上的动触点与静触点接触抵住时，此时底梁无法转动，但可继续推动转柄致使所述锁扣A绕转轴B逆时针转动，最后与锁扣B连接扣合固定，从而形成扣合状态。

由于底梁与壳体1之间设有扭簧，该扭簧始终给底梁逆时针转动的回复力。当锁扣A与锁扣B扣接时，整个底梁被锁定。而一旦电磁推动机构中的推杆向外推动时，推杆的端部接触到锁扣B下摆端部并将锁扣B绕转轴C逆时针推动，而锁扣B逆时针转动便于锁扣A脱扣。此时在扭簧的作用下，底梁带动主梁、锁扣A逆时针转动，同时转柄也逆时针转动断闸分断。

图中可以看到，整个壳体1包括两组用于形成两个组件层3的壳部件扣合而成，而两个壳部件之间形成功能层2。但在接入端子4位置，在壳体1上挖设有开槽，并在开槽上设有副壳用于固定两个接入端子4，通过设有的开槽便于两个接线端子单独引出检测线进入功能层2内。

而图中展示为两级断路器结构，而中间设有功能层2，功能层2内设有的PCB板(控制电路)、互感器8和集成在PCB板上的芯片组。可以看到，在功能层2内还设有与PCB板连接的自动重合组件。自动重合组件包括设置在外壳内的电机、减速齿轮组和输出锥齿轮，而该自动重合组件同时与两侧的转柄传动连接，则通过输出锥齿轮与套设在一个转柄轴上的锥齿轮套管传动连接，而转柄轴中设有六角形联动轴，用于联动两个转柄。

壳体1外部设有与电流检测模块连接的指示灯9，所述指示灯9展示该断路器的开断情况，同时还在出现故障电弧时进行示警。

现有断路器上大都设置有指示灯9和控制按钮，所述指示灯9用以反馈该断路器的开断状态，例如正常工作时，通过两个指示灯9来展示，绿色即闭合状态，而红色则为断开的状态，因为设有自动重合机构，若多次无法重合，则可设置红灯闪烁进行指示。若因检测到出现故障电弧而发生断路，则通过第三个黄色的指示灯9进行指示。

所谓的两级断路器，是指断路器同时控制零线和火线，可同时开闭，从而达到双极控制。原本的两级断路器包括采用同一壳体1结构的一体式构型和采用单独的单级断路器扣合联动形成两级构型。采用统一壳体1的方案中，其内部设有隔板将两侧的断路器组件隔开并达到屏蔽隔断的效果，为了设置检测组件和自动重合组件，会对内部的断路器组件的位置进行调整，使其尽可能朝两侧移动，在壳体1的中部留出空间，则既能够达到较好的隔断效果，避免两侧的断路器组件互相影响，同时又能够有足够的空间设置两个功能组件。

其中，检测组件可同时对两级接入线路进行检测，只需在两个接入端子4上单独引出用于检测的线路即可。由于检测组件中可以包含有多种基于电流特征值的检测单元，则一般该检测单元均采用互感器8作为检测部件，使得单独引出的通电导体穿过互感器8的中心，并由互感器8将数据传输至每个模块的处理IC中，再由处理IC分析处理数据并判断是否出现故障，一旦出现故障则控制断路器组件动作断闸或者控制自动重合组件动作间接断闸。

本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种模块化断路器，其特征在于：包括壳体（1）和设置在壳体（1）内的断路器组件，所述壳体（1）内分隔为独立的功能层（2）和组件层（3），所述断路器组件设置在组件层（3）内并通过串联在外部电路上控制其开闭；

所述组件层（3）与功能层（2）之间设有通道并通过通道使设置在功能层（2）内的功能部件与断路器组件关联。

2.根据权利要求1所述的一种模块化断路器，其特征在于：所述壳体（1）上设有分别连通功能层（2）和组件层（3）便于更换安装部件的开口，所述开口上覆盖有可拆卸的挡板。

3.根据权利要求1或2所述的一种模块化断路器，其特征在于：所述断路器为接入一根线路的单级断路器结构。

4.根据权利要求1所述的一种模块化断路器，其特征在于：所述断路器为接入两根线路的两级断路器结构，包括两个独立壳体（1）且每个壳体（1）内均单独设有断路器组件。

5.根据权利要求4所述的一种模块化断路器，其特征在于：两个所述壳体（1）相互扣合连接，并在壳体（1）相互扣合时两侧的所述功能层（2）连通形成单个功能空间；在所述功能空间内设有与两侧的断路器组件关联的功能部件。

6.根据权利要求1所述的一种模块化断路器，其特征在于：所述断路器为采用同一壳体（1）结构并接入两根线路的双极断路器结构，该壳体（1）靠近外部两侧各设有用于放置断路器组件的组件层（3），在两个所述组件层（3）之间设有独立的功能层（2）。

7.根据权利要求1-2、4-6任一项所述的一种模块化断路器，其特征在于：所述组件层（3）包括：

设有接入端子（4）的接入区（3.1）；

设有接出端子（5）的接出区（3.2）；

设有脱扣组件（6）的脱扣区（3.3）；

设有灭弧组件（7）的灭弧区（3.4）；

所述接入端子（4）、接出端子（5）、脱扣组件（6）和灭弧组件（7）均属于断路器组件。

8.根据权利要求7所述的一种模块化断路器，其特征在于：所述功能部件为带有互感器（8）的电流检测模块，从所述接入端子（4）上引出通过通道穿入互感器（8）中的检测线；

在所述灭弧区（3.4）与接入端子（4）之间的组件层（3）内壁向内凹陷形成用于避让互感器（8）安装的避让槽。

9.根据权利要求7所述的一种模块化断路器，其特征在于：所述脱扣组件（6）为电磁脱扣结构，包括静触点、动触点、锁扣组件、手柄和电磁推动机构，当所述静触点与动触点接触时所述锁扣组件锁住并使得动触点保持固定；所述电磁推动机构在接入电路出现短路故障时通过推动锁扣组件解锁使动触点动作脱扣。

10.根据权利要求8所述的一种模块化断路器，其特征在于：所述壳体（1）外表面设有与电流检测模块连接的指示灯（9）。

Images