CN211629005U - 一种集成在断路器中的电路故障检测模块 - Google Patents

Abstract

本申请设涉及电气设备领域，公开了一种集成在断路器中的电路故障检测模块，包括设置于断路器中的多种检测模块，所述检测模块均包括处理端和检测端，所述检测模块的处理端集成形成一体式电路结构，所述检测模块中对接入断路器的电路的电流、电压检测的检测端并排设置在同一区域供从断路器端子引出的检测线穿过。本实用新型将故障检测模块集成在断路器中的同时，通过优化检测端的布局以及共用处理端，使检测模块在断路器中结构紧凑，节省占用空间。

Description

一种集成在断路器中的电路故障检测模块

技术领域

本实用新型涉及电气设备领域，具体涉及一种集成在断路器中的电路故障检测模块。

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。断路器可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生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。

现有断路器由于不能检测故障电弧而不能降低故障电弧引起的电气火灾危险，且现有断路器中的温度检测往往以断路器内部环境温度为参考，其检测数据的准确度较低。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的问题，本申请提供一种集成在断路器中的电路故障检测模块。

本申请所采用的技术方案为：

一种集成在断路器中的电路故障检测模块，包括设置于断路器中的多种检测模块，所述检测模块均包括处理端和检测端，所述检测模块的处理端集成形成一体式电路结构，所述检测模块中对接入断路器的电路的电流、电压检测的检测端并排设置在同一区域供从断路器端子引出的检测线穿过。

本方案将检测模块的处理端集成一体化设置，在检测模块较多时便于节省空间。同时，检测端并排设置在同一区域，使断路器内的布局尽量紧凑，便于引线。

进一步的，所述检测模块为温度检测模块、AFDD模块、RCD模块和电压检测模块中的一种或多种。

AFDD即电弧故障检测装置，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现象，故障电弧是电气线路中常见的安全隐患，可能发生在线路绝缘不良或解除不良处。电弧性短路隐蔽不易发现成为电气防火的首要。每次电弧的温度超过5500℃，高强热电弧发射出的热粒子经时间累积易引燃线路周围绝缘层材料，引起电气火灾。串联故障电弧的电流值小于回路额定电流，并联故障电弧的电流值可能大于额定电流，而家用电器的启动涌流大于额定电流。针对两种电弧故障实施保护并需绕过设备启动涌流，传统的热磁系统(如终端过电流保护或漏电保护装置)无法检测出故障电弧电流并识别出电弧故障，达不到防范电气火灾的要求。

RCD即剩余电流装置，电气设备漏电时，将呈现出异常的电流和电压信号，剩余电流装置检测此异常电流或异常电压信号并将信号传递至执行机构或外部。

现有断路器能在线路发生过载、漏电和短路等情况下脱扣切断电源，但是缺乏电弧故障检测装置及断路器内部的温度检测装置。本方案在断路器内部设置多种检测模块，配置不同检测模块的断路器适用于不同的应用场景。

进一步的，所述检测模块中对接入断路器的电路的电流、电压检测的检测端采用霍尔传感器。

霍尔传感器根据霍尔效应原理，通过测量霍尔电势的大小可以间接测量载流导体电流或电压的大小，可以实现非接触测量。且霍尔传感器测量范围广，响应速度快，测量精度高，在断路器这种线路安全保障设备来说，响应速度与测量精度保证了断路器在线路发生故障时能及时切断电源。

进一步的，所述检测模块中对接入断路器的电路的电流、电压检测的检测端采用互感器结构。

互感器能将高电压变成低电压，大电流变成小电流。在供电用电的线路中，电流电压都比较高，直接测量是非常危险的，互感器可以起到变流变压和电气隔离的作用。

进一步的，所述一体式电路结构为PCB板，所述PCB板上设有用于接收单个或多个检测端采集的数据信息的数据处理器。

进一步的，所述检测模块包括温度检测模块、AFDD模块和RCD模块，其中所述AFDD模块包括第二互感器，RCD模块包括第一互感器，所述温度检测模块包括设置在靠近断路器端子位置的温度传感器。

现有的断路器在温度检测方面也是通过内部金属受热产生微量形变自行脱扣或检测断路器内部整体温度进行高温示警，然而由于温度的扩散作用，断路器内部的整体温度不能准确的反映线路的真实温度，存在较大的检测误差，缺乏针对断路器内部线路的故障检测装置。本方案将温度检测模块、剩余电流检测模块和电弧检测模块集成在断路器中，其中，温度检测模块专门针对线路进行检测，避免了现有技术中的检测误差。

进一步的，所述断路器包括中心壳体，所述中心壳体内分布有温度传感器、第一互感器、第二互感器以及与上述元件连接的PCB板，所述中心壳体两侧分别设有左壳体和右壳体使断路器形成具有左右两部的整体封闭腔室。

本方案限定断路器的壳体部分，具体的，从左到右依次设置左壳体、中心壳体和右壳体形成断路器的封闭外壳，其中，中心壳体内主要安装本实用新型中的温度检测模块、剩余电流检测模块和电弧检测模块，中心壳体两侧的腔室内主要安装断路器的脱扣装置、灭弧装置等等。将断路器的基础功能部分与本实用新型的功能模块区分开，避免相互影响。

进一步的，所述中心壳体的下方设有使断路器左右两部连通的安装槽，所述安装槽内用于安装与数据处理器连接的执行机构。

进一步的，所述执行机构包括电机，连接电机输出端的减速机构以及将减速机构输出端与断路器操作合闸/断闸的机构连接的换向机构。

本实用新型的有益效果是：本实用新型将故障检测模块集成在断路器中，使断路器兼具电弧故障保护和漏电保护功能，以及温度报警功能等，功能强大。同时，通过在断路器内共用PCB板和数据处理器，结构紧凑，节省占用空间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型中左壳体、中心壳体和右壳体的拆解图；

图2是本实用新型隐藏部分中心壳体后的结构示意图；

图3是本实用新型中第一互感器、第二互感器、数据处理器和执行机构等的布局示意图

图中：1-左壳体；2-中心壳体；3-右壳体；4-PCB板；5-温度传感器；6-第一互感器；7-第二互感器；8-数据处理器；9-执行机构。

具体实施方式

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。

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：

一种集成在断路器中的电路故障检测模块，包括设置包括设置于断路器中的多种检测模块，所述检测模块均包括处理端和检测端。检测模块包括温度检测模块、AFDD模块和RCD模块，其中，温度检测模块的检测端包括设置在靠近断路器端子位置的温度传感器5，AFDD模块的检测端包括第二互感器7，RCD模块的检测端包括第一互感器6，第一互感器6和第二互感器7并排设置在同一区域供从断路器端子引出的检测线穿过，各个模块的处理端集成形成一体式电路结构。所述一体式电路结构为PCB板4，所述PCB板4上设有用于接收单个或多个检测端采集的数据信息的数据处理器8。

工作原理如下：

RCD(Res i dua l Current Dev i ce)即剩余电流装置是一种漏电保护装置，电气设备漏电时，将呈现出异常的电流和电压信号。漏电保护装置通过检测此异常电流或异常电压信号，经信号处理，借助开关设备迅速切断电源，实施漏电保护。根据故障电流动作的漏电保护装置是电流型漏电保护装置，根据故障电压动作的是电压型漏电保护装置。

当第一互感器6应用在断路器中的剩余电流装置(RCD)时，往往采用零序电流互感器作为剩余电流装置中的检测元件，此外，还设有中间环节对零序电流互感器检测到的漏电信号进行处理，譬如放大器、比较器等。然后将经中间环节处理过的电信号传输至数据处理器8进行信号分析处理。

将第一互感器6作为剩余电流装置的检测元件时，所有线路即构成完整电流回路的全部线路均穿过互感器内孔，以三相四线的供电系统和零序电流互感器为例，三根火线和一根零线均穿过互感器的铁芯。在被保护电路工作正常，没有漏电或触电发生的情况下，根据基尔霍夫定律，通过铁芯内电流的向量和为零，则互感器内不产生感应电动势，绕组无信号输出；当被保护电路漏电或发生触电的情况时，由于漏电电流的存在，电流的向量和不再为零，则产生了剩余电流，则互感器内产生感应电动势，此信号经过中间环节的放大比较处理，当达到预定值时，跳闸切断电源。

AFDD即电弧故障检测装置，使用时，第二互感器7作为采样元件选用电流互感器或电弧互感器，第二互感器7一次回路只有一根相导线或中性线即零线或火线穿过，当有电弧产生时，第二互感器7感应到电信号变化，将电信号传送至数据处理器8，数据处理器8采用傅里叶分解来分析电弧电流的谐波成分，采用小波变换分析方法分析电流中周期性的奇异点来判断是否发生电弧故障，当达到预定值时，切断电源来实现电弧故障保护功能。

温度传感器5用于检测断路器中线路上的温度，检测信号经过PCB板4传输到数据处理器8，数据处理器8根据检测信号判断是否需要切断电源。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，进行了进一步的优化与限定。

如图1-3所示，所述断路器包括中心壳体2，所述中心壳体2内分布有温度传感器5、第一互感器6、第二互感器7以及与上述元件连接的PCB板4，所述中心壳体2两侧分别设有左壳体1和右壳体3使断路器形成具有左右两部的整体封闭腔室。所述中心壳体2的下方设有使断路器左右两部连通的安装槽，所述安装槽内用于安装与数据处理器8连接的执行机构9。所述执行机构9包括电机，连接电机输出端的减速机构以及将减速机构输出端与断路器操作合闸/断闸的机构连接的换向机构。

工作原理如下：

断路器的外壳由从左到右依次设置左壳体1、中心壳体2和右壳体33组成，其中，中心壳体2内主要安装本实用新型中的温度检测模块、剩余电流检测模块和电弧检测模块，中心壳体2两侧的腔室内主要安装断路器的脱扣装置、灭弧装置等等。将断路器的基础功能部分与本实用新型的功能模块区分开，避免相互影响。

断路器中温度检测模块、剩余电流检测模块和电弧检测模块共用一个数据处理器8，数据处理器8连接执行机构9，数据处理器8用于判断是否需要切断电源，当需要切断电源时，只需要控制执行机构9来实现切断电源的动作。

执行机构9是能使断路器脱扣的机构，根据现有技术，如电磁脱扣器等，以电磁脱扣器为例，数据处理器8连接电磁铁，当数据处理器8控制执行机构9切断电源时，向电磁铁输入电流使电磁铁产生的电磁力大于反作用力弹簧的作用力，衔铁被电磁铁吸动通过传动机构推动自由脱扣机构释放主触头，主触头在分闸弹簧的作用下分开切断电路。

本实施例优选自动重合闸机构，即包括电机，连接电机输出端的减速机构以及将减速机构输出端与断路器操作合闸/断闸的机构连接的换向机构，数据处理器8连接电机，通过控制电机转动来控制断路器合闸或断闸。

值得说明的是，PCB板4起到和导线相同的作用，本实用新型中优选双面PCB板，便于位于PCB板4两侧的元件与PCB板4连接。

值得说明的是，在断路器中，存在一个断路器中有两个单元，分别将零线和火线分别接入的形式，则一个断路器中的两个单元虽然各有一个脱扣点，但共用一个数据处理器8及PCB板4。例如，在本实用新型中，断路器的两个单元连接在一起并将故障检测模块安装在两个单元之间，便于接线且节省空间。具体的，两个单元之间用一个PCB板4使断路器内部形成两个腔室，腔室内安装每个单元需独立使用的脱扣装置、灭弧装置等等。此外，第一互感器6、第二互感器7以及数据处理器8作为共用的装置安装在两个单元之间，便于与PCB板4连接。

值得说明的是，断路器本身具备过载或温度过高脱扣的功能，与本实用新型不同的是，断路器本身温度过高脱扣是由于触点金属片由于温度过高产生形变脱扣，而本实用新型是在进线端检测线路的温度，当线路的温度过高时，通过电信号控制自动脱扣。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上，进行了进一步的优化与限定。

在上述实施例的基础上，除了故障检测与自动脱扣，还可以为断路器增加对外示警功能，具体的，数据处理器8与安装在断路器壳体表面的显示器、警示灯或声音警报器等示警装置连接，当温度检测模块、剩余电流检测模块或电弧检测模块中任意一个检测模块检测到故障时，断路器切断电源的同时通过示警装置向外部传递故障信号，便于操作人员及时处理。

此外，断路器内还可以设置无线数据传输模块，使故障信息可以通过无线数据传输模块，实现远程数据采集、监控与控制等功能。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种集成在断路器中的电路故障检测模块，包括设置于断路器中的多种检测模块，所述检测模块均包括处理端和检测端，其特征在于：所述检测模块的处理端集成形成一体式电路结构，所述检测模块中对接入断路器的电路的电流、电压检测的检测端并排设置在同一区域供从断路器端子引出的检测线穿过。

2.根据权利要求1所述的一种集成在断路器中的电路故障检测模块，其特征在于：所述检测模块为温度检测模块、AFDD模块、RCD模块和电压检测模块中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种集成在断路器中的电路故障检测模块，其特征在于：所述检测模块中对接入断路器的电路的电流、电压检测的检测端采用霍尔传感器。

4.根据权利要求2所述的一种集成在断路器中的电路故障检测模块，其特征在于：所述检测模块中对接入断路器的电路的电流、电压检测的检测端采用互感器结构。

5.根据权利要求4所述的一种集成在断路器中的电路故障检测模块，其特征在于：所述一体式电路结构为PCB板(4)，所述PCB板(4)上设有用于接收单个或多个检测端采集的数据信息的数据处理器(8)。

6.根据权利要求5所述的一种集成在断路器中的电路故障检测模块，其特征在于：所述检测模块包括温度检测模块、AFDD模块和RCD模块，其中所述AFDD模块包括第二互感器(7)，RCD模块包括第一互感器(6)，所述温度检测模块包括设置在靠近断路器端子位置的温度传感器(5)。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种集成在断路器中的电路故障检测模块，其特征在于：所述断路器包括中心壳体(2)，所述中心壳体(2)内分布有温度传感器(5)、第一互感器(6)和第二互感器(7)以及与所述温度传感器(5)、第一互感器(6)和第二互感器(7)连接的PCB板(4)，所述中心壳体(2)两侧分别一一对应设有左壳体(1)和右壳体(3)使断路器形成具有左右两部的整体封闭腔室。

8.根据权利要求7所述的一种集成在断路器中的电路故障检测模块，其特征在于：所述中心壳体(2)的下方设有使断路器左右两部连通的安装槽，所述安装槽内用于安装与数据处理器(8)连接的执行机构(9)。

9.根据权利要求8所述的一种集成在断路器中的电路故障检测模块，其特征在于：所述执行机构(9)包括电机，连接电机输出端的减速机构以及将减速机构输出端与断路器操作合闸/断闸的机构连接的换向机构。

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