CN213519831U - 一种电子式直流断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子式直流断路器，包括保护器、控制电路、脱扣机构及电源电路，控制电路控制脱扣机构驱动保护器动作以实现电路保护，电源电路用于为断路器中各电路提供电源；所述控制电路包括用于对所保护电路的电流进行监控的电流传感器，以及用于对电流传感器信号进行处理的信号放大电路、二阶低通滤波电路和信号处理电路；所述控制电路还包括档位调节电路，用于对长延时保护、短延时保护和瞬动保护的动作电流值、动作时间分别进行分档设置。相比现有技术，本实用新型实现了直流断路器的电子式三段保护：且具有长延时保护、短延时保护和瞬动保护的动作电流、动作时间都可调，方便进行多用途保护，适用性强。

Description

一种电子式直流断路器

技术领域

本实用新型涉及一种直流断路器，尤其涉及一种电子式直流断路器。

背景技术

直流系统是电力系统中控制、保护、信号及自动装置等的电源，它的可靠性直接关系到电力系统的安全。直流电流保护器是用于直流配电线路及直流用电设备的一种监测保护装置，传统的直流塑壳保护器具有热磁式保护动作，长延时热过载动作，短路瞬时磁脱扣动作，保护电路及设备的正常运行。随着电力工程对电源要求的提高，对电路保护开关性能的要求也越来越高。当发生故障时，开关既不应拒动，也不应误动，尤其是不允许越级误动，否则将导致电力设备的损坏、系统故障、事故波及范围扩大甚至造成大面积停电等严重后果。在多级直流断路器系统中，要求上下级间实现选择性保护，即在发生短路故障时，保证最近断路器跳闸，而不影响其它回路的供电，这就要求上级断路器具有短路延时脱扣功能，即三段保护式断路器。综上可知，为了满足较复杂的直流电源系统选择性的要求，需要一种具有三段保护可调延时功能的电子式直流断路器，以提供更丰富的保护策略和保护特性。

实用新型内容

本实用新型所要解决现有技术不足，提供一种具有结构简洁，体积小，适用性强，可实现三段保护可调延时功能，方便进行多用途保护的电子式直流断路器。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种电子式直流断路器，包括保护器、控制电路、脱扣机构及电源电路，控制电路控制脱扣机构驱动保护器动作以实现电路保护，电源电路用于为断路器中各电路提供电源；所述控制电路包括用于对所保护电路的电流进行监控的隧道磁阻电流传感器，用于对隧道磁阻电流传感器信号进行放大的信号放大电路，用于对信号放大电路过来的信号进行滤波处理的二阶低通滤波电路，以及用于对二阶低通滤波电路滤波过的电流信号进行处理的信号处理电路，和用于对长延时保护、短延时保护和瞬动保护的动作电流值、动作时间分别进行分档设置的档位调节电路。

优选地，所述动作时间的分档设置包括0和一组非0值，动作时间设置为0表示关闭相应的保护功能。

优选地，所述隧道磁阻电流传感器为由一个或多个隧道磁阻电流互感器所构成的隧道磁阻阵列电流互感器。

进一步地，所述控制电路还包括电源掉电检测电路。

优选地，所述电源掉电检测电路包括依次串联的直流电压检测电路、分压电路、光耦隔离电路。

优选地，所述保护器为四极断路器，其相邻两极用短接排串接。

相比现有技术，本实用新型技术方案具有以下有益效果：

本实用新型实现了直流断路器的电子式三段保护，且具有长延时保护、短延时保护和瞬动保护的动作电流、动作时间都可调，实现了直流塑壳断路器内置高压开关电源，结构简洁，体积小，方便进行多用途保护，适用性强。

附图说明

图1为本实用新型一个具体实施例的电路原理框图；

图2为具体实施例中的二阶低通滤波电路与信号处理电路；

图3为具体实施例中的电源掉电检测电路；

图4为档位调节电路。

具体实施方式

针对现有技术不足，本实用新型的解决思路是在直流断路器中设置用于对长延时保护、短延时保护和瞬动保护的动作电流值、动作时间分别进行分档设置的档位调节电路，从而实现直流断路器的三段保护均可调。

具体而言，本实用新型所提出的电子式直流断路器，包括保护器、控制电路、脱扣机构及电源电路，控制电路控制脱扣机构驱动保护器动作以实现电路保护，电源电路用于为断路器中各电路提供电源；所述控制电路包括用于对所保护电路的电流进行监控的隧道磁阻电流传感器，用于对隧道磁阻电流传感器信号进行放大的信号放大电路，用于对信号放大电路过来的信号进行滤波处理的二阶低通滤波电路，以及用于对二阶低通滤波电路滤波过的电流信号进行处理的信号处理电路，和用于对长延时保护、短延时保护和瞬动保护的动作电流值、动作时间分别进行分档设置的档位调节电路。

为了便于公众理解，下面通过一个具体实施例并结合附图来对本实用新型的技术方案进行详细说明：

如图1所示，本实施例的电子式直流断路器包括：保护器、控制电路、脱扣机构及高压开关电源电路，控制电路控制脱扣机构驱动保护器动作以实现电路保护，高压开关电源电路用于为断路器中各电路提供电源；本实施例中的控制电路包括MCU电路以及分别与MCU电路连接的脱扣电路、信号处理电路、档位调节电路；脱扣电路与脱扣机构以及MCU电路连接，用于响应MCU电路发出的脱扣信号，推动脱扣机构进行动作，从而实现保护器的动作；信号处理电路用于对电流传感器所采集的电流信号进行处理，并送至MCU电路；档位调节电路用于对长延时保护、短延时保护和瞬动保护的动作电流值、动作时间分别进行分档设置。

如图1所示，本实施例的保护器采用四极断路器，用短接排将相邻两极进行串接，用于执行热磁脱扣以及直流电流故障时进行分断，实现输入端与负载端的隔离。在其它实施例中也可以采用无触点的固态断路器等作为保护器。

为了对所保护电路的电流进行更精准的监控，如图1所示，本实施例中的电流传感器采用由一个或多个隧道磁阻电流互感器所构成的隧道磁阻阵列电流互感器，并且在隧道磁阻阵列电流互感器与信号处理电路之间设置有信号放大电路和二阶低通滤波电路，用于将隧道磁阻电流互感器的信号进行初级放大和滤波处理，滤除直流系统中干扰信号；信号处理电路与二阶低通滤波电路以及MCU电路连接，用于将二阶低通滤波电路处理过的直流电流信号进行放大或缩小处理后送入MCU电路的A/D口。图2显示了本实施例中的二阶低通滤波电路与信号处理电路，如图2所示，信号放大电路由电阻R1～R4，电容C1～C3和运放N2A组成，隧道磁阻阵列电流互感器将电流信号差分输入信号放大电路，调理后送入二阶低通滤波电路，VREF为抬高电平基准。二阶低通滤波电路由电阻R5、R6，电容C4、C5组成的两节RC滤波电路，以及由运放N1A组成的一级电压跟随电路组成。信号放大电路过来的电流信号进入二阶低通滤波电路，经RC滤波电路滤波后，经运放N1A电压跟随后送入信号处理电路。该二阶低通滤波电路具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点，二阶低通滤波电路相比于一阶低通滤波电路对高频干扰信号衰减的更快，滤波效果更好，幅频特性更陡峭。

信号处理电路由电阻R7、R8、R9，电容C6、C7，运放N1B组成的反向放大电路，以及由电阻R10，电容C8组成的抗混叠滤波电路组成，其中VREF为抬高电平基准。信号处理电路将二阶低通滤波电路处理过的直流电流信号进行放大或缩小处理后送入MCU电路的A/D口。其中运放N1A、N1B和N2A采用TLC2252。

档位调节电路用于对长延时保护、短延时保护和瞬动保护的动作电流值、动作时间分别进行分档设置。具体的分档情况可根据实际需要设置，本实施例中可通过档位调节电路预设的动作电流值Ir为0.4In、0.5In、0.6In、0.7In、0.8In、0.9In、In、2In、3In、4In、5In、6In、7In、8In、9In、10In（In为额定工作电流）；预设的动作时间t为0s、0.06s、0.1s、0.2s、0.3s、12s、60s、100s、150s。当动作时间档位调节为0s时，该动作时间档位对应的动作电流档位功能关闭，即长延时保护关闭、短延时保护关闭或瞬动保护关闭。当用户需要实现选择性保护时，将相应的动作时间档位调节至非0值，根据实际应用情况实现三段保护可调可关闭。如图4所示为档位调节电路，长延时保护，短延时保护，和瞬动保护的动作电流值，以及动作时间分别进行分档设置的的档位调节电路相同，本实用新型以一个档位调节电路为例。采用二进制BCD旋转编码开关的方式来实现对电流和时间的设定值的分级整定。该档位调节电路由上拉电阻R19、R20、R21、R22，编码开关S1组成，共10档编码位置，编码开关S1的输出接上拉电阻R19、R20、R21、R22与MCU电路，上拉电阻R19、R20、R21、R22的另一端接VDD2，公共端C接地，该编码开关S1各引脚有对应的编码值8、4、2、1，内部触点根据与公共脚C是否连通，有高和低2种状态，引脚输出0-9共10个编码状态。

MCU电路为控制电路的控制核心，用于对信号处理电路送至的直流电流信号进行计算、处理后与接收至档位调节电路的预设的动作电流值Ir进行比较，超过时，按照预设的动作时间值t，MCU电路瞬时或延时发出脱扣信号至脱扣电路。

本实施例的电源电路包括与直流母线顺次连接的高压开关电源电路、直流24V电源电路、电源转换电路，高压开关电源电路将母排电压输入转换为24V直流电源后，经电源转换电路转换成为断路器各电路的工作电源。

如图1所示，本实施例的控制电路中还包括用于检测直流系统电压的电源掉电检测电路，其包括依次串联的直流电压检测电路、分压电路、光耦隔离电路，直流电压检测电路所采集的电压信号经分压电路转换为小电压信号并经光耦隔离电路安全隔离后送入MCU电路的A/D口；MCU电路一旦检测到电源掉电信号，立即发出脱扣信号至脱扣电路。图3显示了电源掉电检测电路的一种具体电路结构，如图3所示，该电源掉电检测电路包括由电阻R11、R12、R13、电容C9组成的降压电路将系统电压通过电阻分压转换为小电压信号，经限流电阻R14接运放N2B跟随后，通过电阻R15把电压信号转变成电流信号送入线性光耦N11，线性光耦N11把电信号转变成光信号，电阻R16、电容C10负反馈回路消除线性光耦的非线性和偏差特性带来的误差，改善输入与输出电路间的线性和温度特性，稳定电路性能，电阻R17、电容C11把光耦输出的电流信号转变为电压信号送给MCU采样。其中运放N2B采用TLC2252，线性光耦N11采用HCNR201。

Claims (6)

1.一种电子式直流断路器，其特征在于，包括保护器、控制电路、脱扣机构及电源电路，控制电路控制脱扣机构驱动保护器动作以实现电路保护，电源电路用于为断路器中各电路提供电源；所述控制电路包括用于对所保护电路的电流进行监控的隧道磁阻电流传感器，用于对隧道磁阻电流传感器信号进行放大的信号放大电路，用于对信号放大电路过来的信号进行滤波处理的二阶低通滤波电路，以及用于对二阶低通滤波电路滤波过的电流信号进行处理的信号处理电路，和用于对长延时保护、短延时保护和瞬动保护的动作电流值、动作时间分别进行分档设置的档位调节电路。

2.如权利要求1所述电子式直流断路器，其特征在于，所述动作时间的分档设置包括0和一组非0值，动作时间设置为0表示关闭相应的保护功能。

3.如权利要求1所述电子式直流断路器，其特征在于，所述隧道磁阻电流传感器为由一个或多个隧道磁阻电流互感器所构成的隧道磁阻阵列电流互感器。

4.如权利要求1所述电子式直流断路器，其特征在于，所述控制电路还包括电源掉电检测电路。

5.如权利要求4所述电子式直流断路器，其特征在于，所述电源掉电检测电路包括依次串联的直流电压检测电路、分压电路、光耦隔离电路。

6.如权利要求1所述电子式直流断路器，其特征在于，所述保护器为四极断路器，其相邻两极用短接排串接。

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