CN212542297U - 一种开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种开关，包括基座、大盖、面盖、静触头、动触头、绝缘转轴、灭弧室、操作机构、电子控制器，所述电子控制器包括电源模块，所述基座与所述大盖之间构成第一空腔，所述大盖与所述面盖之间构成至少一个第二空腔，所述电源模块的电源变压器沿所述开关的长度方向设置于所述操作手柄靠近进线端的一侧；所述电源模块的储能法拉电容沿所述开关的宽度方向设置于操作手柄任一侧或沿所述开关的长度方向设于所述操作手柄靠近进线端的一侧的第二空腔里。该开关可使产品电路板设计强弱电分开，大功率发热元件集中，改善电路板温升，改善电路板电磁兼容设计，可靠性高。

Description

一种开关

技术领域

本实用新型涉及低压电器领域，具体涉及一种电的开关。

背景技术

随着国家电网不断推进泛在电力物联网建设，电力系统中的各个产品不断改造升级，开关除保持原有过载、短路等保护功能外，还增加了电气量数据检测、通信、数据显示等功能。为了实现这些新功能，需要增加通信模块、更多的电子控制器、显示模块、高精度宽量程的电流采集模块、电压采集模块。各种模块的加入使得开关的内腔尺寸不能容纳如此繁多的模块，便衍生出诸如背包式开关、LTU等外围设备。设备的增加使得低压配电系统的复杂度增加，并且不易于类似功能模块功能共享，重复建设、设备利用不重复、可靠度降低、维护工作繁杂等一些列问题产生。

降低项目成本、精简设备、提高模块或设备的共享度，适应老旧设备升级改造，是目前面临的重要问题，现急需开发一种新型开关，该开关在包含所有新增模块的前提下，占有空间小，集成度和可靠性高。并能使产品电路板设计强弱电分开，大功率发热元件集中布置，改善电路板温升和实现电磁兼容设计。

实用新型内容

为了解决以上问题的至少之一，本实用新型提出一种开关，技术方案如下：

一种开关，包括基座、大盖、面盖、静触头、动触头、绝缘转轴、灭弧室、操作机构、电子控制器和至少一个电流感应器，所述电子控制器包括电源模块，所述基座与所述大盖组合构成第一空腔，所述静触头、动触头、绝缘转轴、灭弧室、操作机构设于所述第一空腔内；所述大盖与所述面盖之间构成至少一个第二空腔，所述电源模块中的电源变压器沿所述开关的长度方向设置于操作手柄靠近进线端的一侧；所述电源模块中的储能法拉电容沿所述开关的宽度方向设置于所述操作手柄的任一侧或沿所述开关的长度方向设于所述操作手柄靠近进线端一侧的第二空腔里。

优选的，所述电子控制器包括通信模块、拓扑识别模块、至少一个接线端子、电能计量模块。

优选的，所述第二空腔中设置有通信模块、拓扑识别模块、电源模块，所述通信模块、拓扑识别模块和电源模块至少由二块沿所述开关的高度方向上下设置的第一电子线路板和第二电子线路板构成。

优选的，所述开关还包括电磁式后备脱扣器和出线端，所述电流感应器设置在开关的电磁式后备脱扣器与出线端之间。

优选的，所述开关还包括第三电子线路板，所述第三电子线路板设置于基座下方的第三空腔中，所述拓扑识别模块还包含：拓扑信号发生器大功率器件和拓扑信号发生器其他电路，所述拓扑信号发生器大功率器件设置于所述第三电子线路板上，所述拓扑信号发生器其他电路设置于所述第二电子线路板上。

优选的，所述开关还包括热传感器，所述热传感器设置于所述第三电子线路板上。所述热传感器根据需要设置于绝缘外壳的内部或外部的主电路导体附近，热传感器输出的信号传递至所述电子控制器的微处理器，所述微处理器根据所述温度信号生成过温故障判断结果。

优选的，所述电能计量模块设置于所述第二电子线路板上，且沿所述开关的长度方向设于所述操作手柄靠近出线端的一侧。所述电能计量模块将计量电流和电压信号经过电能计量模块处理计算，电能计量模块将计算结果传输给微处理器，微处理器根据所述信号生成计量数据。

优选的，所述通信模块沿所述开关的宽度方向设置于所述操作手柄左侧或右侧的第二空腔里，且设置于所述第二电子线路板上。

优选的，所述至少一个接线端子设置于所述第二电子线路板上，在所述面盖沿长度方向和/或宽度方向的至少一侧设有与所述接线端子对应的出口位置。

优选的，所述开关还包括第四电子线路板，所述第四子线路板沿所述开关的高度方向设于所述第一电子线路板的上方，沿所述开关的长度方向设于所述操作手柄靠近出线端的一侧，所述第三电子线路板包含：LED显示、整定旋钮、LCD显示和按键的至少一个。

优选的，所述通信模块采用内部无线通信和/或有线通信方式进行通信，无线通信包括红外、4G、5G、WIFI、蓝牙、ZigBee、NB-IoT和LoRa等通信方式中的至少一种，有线通信包括HPLC、PLC、RS485、LAN和CAN等通信方式中的至少一种。

优选的，所述电子控制器包括保护信号模块。保护信号模块将保护电流和/或电流信号经过滤波处理后送入微处理器。微处理器还具有ADC电路，能够检测所述电流信号并快速生成包括过电流故障的处理结果。

优选的，所述开关能进行剩余电流保护和/或接地故障保护和/或过电流保护和/或过欠压保护和/或频率保护和/或逆功率保护。

优选的，所述电源模块与主电路连接，包括防护电路、滤波电路、整流电路及电压转换电路，电源模块的输出与微处理器、电能计量模块、保护信号模块等其他模块电路连接。

优选的，所述储能法拉电容与主电路连接，包括储能电容、充电电路和输出升压电路，可保证电子控制器断电后至少延时60s的继续工作延时。

优选的，所述电子控制器包括电操控制电路，接电动操作机构，可通过通信控制电动操作机构使断路器分闸或合闸。

优选的，所述人机交互模块包括本地声和/或光报警组件。

本实用新型的有益效果如下：

1．本实用新型提供了一种开关，所述电子控制器的电源变压器为电压自生电源关键的大体积元件，电压自生电源由开关进线侧接入，所述电源模块中的电源变压器沿所述开关的长度方向设置于操作手柄的靠近进线端的一侧，电源模块中储能法拉电容体积较大，所述储能法拉电容沿所述开关的宽度方向设置于操作手柄的任一侧，或沿所述开关的长度方向设于所述操作手柄靠近进线端的一侧的第二空腔里。因此电源变压器只能设置于操作手柄的靠近进线端的一侧；如此设置能使电子控制器的电路强弱电分开，改善电路板电磁兼容设计，可靠性高。

2．拓扑信号发生器常用方案为开关的某一相电上产生一个几十安以上负载电流，拓扑信号发生器大功率器件属于高电压大功率元件，拓扑信号发生器其他电路为负载电流触发控制电路属于低压小功率元件，因此将所述拓扑信号发生器大功率器件设置于所述第三电子线路板上，所述拓扑信号发生器其他电路设置于所述第二电子线路板上，可使产品电路板设计强弱电分开，大功率发热元件集中，改善电路板温升，改善电路板电磁兼容设计，可靠性高。

3．所述开关内部测温的位置为进线和出线的连接螺钉位置，因此热传感器置于所述第三电子线路板上，可使产品电路板设计改善电路板电磁兼容设计，可靠性高。

4．通信模块中的HPLC通信的输出需要和主回路的A极、N极连接，属于高电压，HPLC通信的控制线需要和微处理器连接属于低电压，同时通信模块的体积较大，将所述通信模块沿所述开关的长度方向设置于所述操作手柄任一侧的第二容腔里，同时设置于所述第二电子线路板上，可实现通信模块的合理布局，有效利用空间。

5．接线端子为用户外接线使用，第二电子线路板位于大盖与面盖的接触位置，因此接线端子设置于所述第二电子线路板上可使大盖与面盖易于开模加工，可使产品电路板设计强弱电分开，改善电路板温升，改善电路板电磁兼容设计，可靠性高。

6．所述第四子线路板沿所述开关的高度方向设于所述第一电子线路板的上方，沿所述开关的长度方向设于所述操作手柄靠近出线端的一侧，所述第三电子线路板包含：LED显示或/和整定旋钮或/和LCD显示或/和按键的至少一个。

7．所述通信模块采用内部无线通信和/或有线通信方式进行通信，无线通信包括红外、4G、5G、WIFI、蓝牙、ZigBee、NB-IoT和LoRa等通信方式中的至少一种，有线通信包括HPLC、PLC、RS485、LAN和CAN等通信方式中的至少一种，通信方式多样，为用户提供了更多的选择空间。

8．所述电子控制器包括保护信号模块，保护信号模块将保护电流和/或电压信号经过滤波处理后送入微处理器，微处理器还具有ADC电路，能够检测所述保护信号并快速生成包括保护故障的处理结果。

9．所述开关能进行剩余电流保护和/或接地故障保护和/或过电流保护和/或过欠压保护和/或频率保护和/或逆功率保护。

10．所述电子控制器包括电源模块，所述电源模块与主电路连接，包括防护电路、滤波电路、整流电路及电压转换电路，电源模块的输出与微处理器、电能计量模块、保护信号模块等其他模块电路连接。

11．所述电源模块包括储能法拉电容，所述储能法拉电容与主电路连接，包括储能电容、充电电路和输出升压电路，可保证电子控制器断电后至少延时60s的继续工作延时。

12．所述电子控制器包括电操控制电路，接电动操作机构，可通过通信控制电动操作机构使断路器分闸或合闸。

13．所述人机交互模块包括本地声和/或光报警组件，从而实现人机交互。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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为本实用新型的电子控制器的原理图。

图2为本实用新型的开关内部结构示意图。

图3为本实用新型的开关的绝缘壳体剖视图。

图4为本实用新型的第一电子线路板、第二电子线路板、第三电子线路板和第四电子线路板的结构示意图。

图5为本实用新型的第二电子线路板结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。本实用新型决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本实用新型的精神的前提下覆盖了元素、部件的任何修改、替换和改进。

如图2和图3所示的X轴方向为开关的长度方向，Y轴方向为开关的高度方向，Z轴方向为开关的宽度方向。如图1为一种开关的电子控制器100的原理图，图2至图5所示为一种开关的结构图。

具体的，请参考图1至图5所示，本实施例公开了一种开关，所述开关包括基座10、大盖11、面盖12，所述基座10、大盖11和面盖12共同围合形成所述开关的绝缘壳体，在所述绝缘外壳内设有静触头13、动触头14、绝缘转轴15、灭弧室16、操作机构17、电子控制器100和至少一个电流感应器101，所述电子控制器100包括通信模块102、拓扑识别模块103、电源模块104、至少一个接线端子105、电能计量模块106和微处理器109，所述动触头14通过所述绝缘转轴15与所述操作机构17转动连接，在所述操作机构17的带动下，所述动触头14与所述静触头13接触或分离，从而实现所述开关的接通或断开，所述灭弧室16用于对所述动触头14和所述静触头13断开时产生的电弧进行冷却切割，保证电气安全。所述电流感应器101设于所述开关的相极内，其数量取决于所述开关的相极数量，在本实施例中，所述开关包括A、B、C三相极，故在每一相极内分别设有一所述电流感应器101，用于采集对应主回路的电流信息，在优选实施例中，当所述开关包括N极时，在所述N极上也可设置1电流感应器101，用于采集所述N极主回路的电流信息，当所述开关不包括N极时，也可将所述电流感应器101设于所述开关的外部对应的N极主回路上。优选的，所述电流感应器101为电流互感器、电流传感器或电流分流器的至少一种。如图2所示，在本实施例中，所述开关还包括电磁式后备脱扣器18和出线端19，所述电流感应器101沿所述开关的长度方向即X轴方向设置在开关的电磁式后备脱扣器18与出线端19之间。

具体的，如图2和图3所示，所述基座10与所述大盖11之间构成第一空腔C1，所述静触头13、动触头14、绝缘转轴15、灭弧室16、操作机构17设于所述第一空腔C1内；所述大盖11与所述面盖12之间构成第二空腔C2，在所述面盖12中设有容纳所述操作机构17的操作手柄17A活动的空间，所述操作手柄17A的一端穿过所述活动空间且伸出所述面盖12。第二空腔C2第二空腔C2第二空腔C2

在所述第二空腔C2中设置有所述通信模块102、所述拓扑识别模块103和所述电源模块104，所述通信模块102、所述拓扑识别模块103和所述电源模块104至少由二块上下设置的第一电子线路板100B和第二电子线路板100A构成，即所述第一电子线路板100B和第二电子线路板100A沿所述开关的高度方向如图2所示的Y轴方向上下设置，且所述第一电子线路板100B和所述第二电子线路板100A设于所述第二空腔C2内，所述通信模块102用于实现所述电子控制器100与外部上位机或其他外部控制中心的通信，所述拓扑识别模块103用于实现整个配电网络的拓扑识别成图，所述电源模块104用于为所述电子控制器100提供工作电源，在本实施例中，所述通信模块102设于所述第二电子线路板100A上，所述拓扑识别模块103设于所述第二电子线路板100A上，所述电源模块104设于所述第一电子线路板100B上。

具体的，所述通信模块102设置于所述第二电子线路板100A上，并可沿所述开关的宽度方向如图4所示的Z轴方向设于所述操作手柄17A的左侧或右侧，在本实施例中，所述通信模块102设置于所述操作手柄17A的左侧。

进一步的，所述通信模块102采用内部无线通信和/或有线通信方式进行通信，无线通信包括红外、4G、5G、WIFI、蓝牙、ZigBee、NB-IoT和LoRa等通信方式中的至少一种，有线通信包括HPLC、PLC、RS485、LAN和CAN等通信方式中的至少一种。通过所述通信模块102，可以实现所述电子控制器100与外部控制中心或上位机的通信。

所述电源模块104与主电路连接，包括防护电路、滤波电路、整流电路及电压转换电路，具体的，在本实施例中如图4所示，所述电源模块104包括电源变压器104A和储能法拉电容104B，所述电源变压器104A用于变换电压、绝缘隔离以及功率传送，所述储能法拉电容104B与主电路连接，包括储能电容、充电电路和输出升压电路，可保证所述电子控制器100断电后至少延时60s的继续工作延时。所述电源变压器104A沿所述开关的长度方向即图4所示的X轴方向设置于所述操作手柄17A靠近所述开关的进线端的一侧，所述储能法拉电容104B可沿所述开关的宽度方向即图所示的Z轴方向设置于操作手柄17A的任一侧，或沿所述开关的长度方向即图4所示的X轴方向设于所述操作手柄17A靠近所述进线端的一侧，在本实施例中所述储能法拉电容104B沿所述开关的宽度方向即Z轴方向设置于所述操作手柄17A的右侧。

如图4和图5所示，所述电子控制器100还包括至少一个接线端子105，所述接线端子105可作为所述电子控制器100与外部传输信号或提供外接工作电源的端口，如所述电子控制器100可通过所述接线端子105实现与外部控制中心的有线通信，或通过所述接线端子105作为所述电子控制器100的外接工作电源的端口，所述电子控制器100可包括多个接线端子105，用于实现不同的功能。

在本实施例中，所述接线端子105设置于所述第二电子线路板100A上，所述接线端子105的数量为多个，在所述面盖12上设有与所述接线端子105相对应的开口，以实现所述接线端子105与外部的连接。所述出口分别设于所述面盖12沿所述开关的长度方向即图3所示的X轴方向的两侧以及所述面盖12沿所述开关的宽度方向即图3所示的Z轴方向的右侧。

如图4和图5所示，所述开关还包括第三电子线路板100C，与所述第三电子线路板100C对应，所述开关还包括第三空腔C3，所述第三空腔C3设于所述基座10的底部，且与所述第二空腔C2之间设有绝缘隔板，通过所述绝缘隔板将所述第二空腔C2和所述第三空腔C3隔开。所述第三电子线路板100C沿所述开关的高度方向即Y轴方向设置于所述第三空腔C3中，此时，所述拓扑识别模块103包含：拓扑信号发生器大功率器件103A和拓扑信号发生器其他电路103B，所述拓扑信号发生器大功率器件103A用于在开关A相电上产生一个几十安的负载电流，所述拓扑信号发生器其他电路103B用于负载电流的触发和检测，所述拓扑信号发生器大功率器件103A设置于所述第三电子线路板100C上，所述拓扑信号发生器其他电路103B设置于所述第二电子线路板100A上。如此设置可使产品电路板设计强弱电分开，大功率发热元件集中，改善电路板温升，改善电路板电磁兼容设计，可靠性高。

如图4和图5所示，所述电能计量模块106对计量电流和电压信号进行处理计算，并将计算结果传输给微处理器109，微处理器109根据所述信号生成计量数据。在本实施例中，所述开关的所述电能计量模块106设置于所述第二电子线路板100A上，且沿所述开关的长度方向即图3所示的X轴方向设于的所述操作手柄17A靠近出线端的一侧。如此设置可使产品电路板设计强弱电分开，改善电路板温升，改善电路板电磁兼容设计，可靠性高。

如图4和图5所示，所述电子控制器100包括保护信号模块107，所述保护信号模块107设于所述第二电子线路板100A上，所述保护信号模块107将保护电流和/或电压信号经过滤波处理后送入微处理器109，与所述保护信号模块107相对应，所述微处理器109还具有ADC电路，能够检测所述电流信号并快速生成包括过电流故障的处理结果。具体的，所述保护信号模块107接收所述电流感应器101采集的电流信号和电压模块采集到的电压信号，经过滤波处理后传递给所述微处理器109。所述保护信号模块107通过接收的电流信息，可实现所述开关的剩余电路保护、接地故障保护和过电流保护的一种或多种保护，所述保护信号模块107通过接收到的电压信息可实现所述开关的过欠压保护、频率保护和逆功率保护的一种或多种，具体功能可根据产品的具体功能需求进行选择。

进一步的，所述电子控制器100还包括故障脱扣模块108，设于所述第二电子线路板100A上，所述微处理器109将接收到的来自所述保护信号模块107的信息与所述电子控制器100的存储器114中存储的整定值进行比较，当接收到的数据大于所述整定值时，所述微处理器109发送保护指令给所述故障脱扣模块108，所述故障脱扣模块108驱动所述开关的执行器动作，所述执行器带动所述动触头14和所述静触头13分离，从而使所述开关断开，保证电气安全。

需要说明的是，所述电源模块104的输出与微处理器109、电能计量模块106、保护信号模块107等其他模块电路连接。

如图4和图5所述开关，还包括热传感器120，所述热传感器120设置于所述第三电子线路板100C上，如此设置可改善电路板电磁兼容设计，可靠性高。所述热传感器120根据需要设置于绝缘外壳的内部或外部的主电路导体附近，热传感器120输出的信号传递至所述微处理器109，所述微处理器109根据所述温度信号生成过温故障判断结果。

如图2和图4所示，在优选实施例中，所述开关还包括第四电子线路板100X，所述第四子线路板100X沿所述开关的高度方向即Y轴方向设于所述第一电子线路板100B的上方且沿所述开关的长度方向即X轴方向设于所述操作手柄17A靠近所述出线端的一侧，在所述第四电子线路板100X上设有人机交互模块，所述人机交互模块包括本地声和/或光报警组件，具体的，在本实施例中，所述人机交互模块包括LED显示110、整定旋钮111、LCD显示112、按键113的至少一个。使产品电路板设计强弱电分开，改善电路板温升，改善电路板电磁兼容设计，可靠性高。

在优选实施中，所述电子控制器100包括电操控制电路，接电动操作机构，可通过通信控制电动操作机构使断路器分闸或合闸。

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

Claims (11)

1.一种开关，包括基座（10）、大盖（11）、面盖（12）、静触头（13）、动触头（14）、绝缘转轴（15）、灭弧室（16）、操作机构（17）、电子控制器（100）和至少一个电流感应器（101），所述电子控制器包括电源模块（104），所述基座（10）与所述大盖（11）组合构成第一空腔（C1），所述静触头（13）、动触头（14）、绝缘转轴（15）、灭弧室（16）、操作机构（17）设于所述第一空腔（C1）内；所述大盖（11）与所述面盖（12）组合构成至少一个第二空腔（C2）；其特征在于：所述电源模块（104）中的电源变压器（104A）沿所述开关的长度方向设置于所述操作手柄（17A）靠近进线端的一侧；所述电源模块（104）中储能法拉电容（104B）沿所述开关的宽度方向设置于操作手柄（17A）任一侧或沿所述开关的长度方向设于所述操作手柄（17A）靠近进线端的一侧的第二空腔（C2）里。

2.根据权利要求1所述的开关，其特征在于：所述电子控制器（100）包括通信模块（102）、拓扑识别模块（103）、至少一个接线端子（105）、电能计量模块（106）。

3.根据权利要求2所述的开关，其特征在于：所述第二空腔（C2）中设置有通信模块（102）、拓扑识别模块（103）、电源模块（104），所述通信模块（102）、拓扑识别模块（103）和电源模块（104）至少由二块沿所述开关的高度方向上下设置的第一电子线路板（100B）和第二电子线路板（100A）构成。

4.根据权利要求1所述的开关，其特征在于：还包括电磁式后备脱扣器（18）和出线端（19），所述电流感应器（101）设置在开关的电磁式后备脱扣器（18）与出线端（19）之间。

5.根据权利要求3所述的开关，其特征在于：还包括第三电子线路板（100C）和第二电子线路板（100A），所述第三电子线路板（100C）设置于基座（10）下方的第三空腔（C3）中，所述拓扑识别模块（103）还包含：拓扑信号发生器大功率器件（103A）和拓扑信号发生器其他电路（103B），所述拓扑信号发生器大功率器件（103A）设置于所述第三电子线路板（100C）上，所述拓扑信号发生器其他电路（103B）设置于所述第二电子线路板（100A）上。

6.根据权利要求5所述的开关，其特征在于：还包括热传感器（120），所述热传感器（120）设置于所述第三电子线路板（100C）上。

7.根据权利要求3所述的开关，其特征在于：所述电能计量模块（106）设置于所述第二电子线路板（100A）上，且沿所述开关的长度方向设于所述操作手柄（17A）靠近出线端的一侧。

8.根据权利要求3所述的开关，其特征在于：所述通信模块（102）沿所述开关的宽度方向设置于所述操作手柄（17A）左侧或右侧的第二空腔（C2）里，且设置于所述第二电子线路板（100A）上。

9.根据权利要求3所述的开关，其特征在于：所述至少一个接线端子（105）设置于所述第二电子线路板（100A）上，在所述面盖（12）沿长度方向和/或宽度方向的至少一侧设有与所述接线端子（105）对应的出口位置。

10.根据权利要求5所述的开关，其特征在于：还包括第四电子线路板（100X），所述第四电子线路板（100X）沿所述开关的高度方向设于所述第一电子线路板（100B）的上方，沿所述开关的长度方向设于所述操作手柄（17A）靠近出线端的一侧，所述第四电子线路板（100X）包含：LED显示（110）、整定旋钮（111）、LCD显示（112）和按键（113）的至少一个。

11.根据权利要求3所述的开关，其特征在于：所述通信模块（102）采用内部无线通信和/或有线通信方式进行通信，无线通信包括红外、4G、5G、WIFI、蓝牙、ZigBee、NB-IoT和LoRa等通信方式中的至少一种，有线通信包括HPLC、PLC、RS485、LAN和CAN等通信方式中的至少一种。

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