CN2363412Y

CN2363412Y - 全信号电子保护断路器

Info

Publication number: CN2363412Y
Application number: CN 97223319
Authority: CN
Inventors: 吕德武
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 2000-02-09
Anticipated expiration: 2007-05-27

Abstract

本实用新型公开一种在三相四线制供电系统中对故障监测的全信号电子保护断路器。在绝缘壳体中,自动机械开关与三相电直接进行电连接,增设了过压、欠压、过载、断相、漏电检测电路,电流设定、同步、对称/非对称开关电路,故障信号比较、显示、触发电路、隔离输出控制电路与机械开关进行机械连接,当三相电路产生故障时,经各故障信号通路,触发控制电路,使电磁机构与自动机械开关连杆联动,切断主电路,起到保护作用。

Description

全信号电子保护断路器

本实用新型涉及一种三相四线制供电系统中，故障保护开关装置。尤其是由绝缘壳体、三相电源监测电路、断相、过载、过压、欠压、漏电信号检测电路、电流设定电路、同步、对称/非对转换开关电路、故障信号比较、触发电路、隔离输出控制电路与机械开关组成的全信号电子保护断路器。

目前，Dz系列的自动保护开关，其内部的保护装置是由机械开关与电感置接进行电连接，电感通入固定的额定电流，当用电设备的电流超过其使用额定电流时，电感产生磁场力，联动机械开关，切断主电路，起到保护作用。D z系列自动保护开关，不能随用电设备功率大小而改变其保护电流。但是很多用电设备功率大小不一，很难与其匹配，而且，对三相电路中的各项故障指标只是单一检测扣控制，给用电设备在使用、安全上造成一定的局限性。

本实用新型的目的是提供一种全信号电子保护断路器，在三相四线制供电系统中，对各种故障进行全方位的检测和控制，已达到具有过载、断相、过压、欠压、漏电多种保护及功率可调的综合性保护目的。

本实用新型的解决方案是，在绝缘壳体中，机械开关与三相电直接进行电连接，设置了四个电流互感器，互感器L₁、L₂、L₃、L₄分别穿入三相电源的相线上，再将相互绝缘的相线与中线合并穿入互感器L₄中，作为三相电路中故障信号的监测元件，将互感器L₁、L₂、L₃、L₄尾端并接一点接地，首端分别与二极管D₁D₄、D₂D₅、D₃D₆阳极并接，其中过载信号由二极管D₁、D₂、D₃取出：一路经电阻R₈与同步三极管T₁基极相接，电阻R₆、对称运行指示二极管ED₂，三极管T₁与电源串联相接，为信号检测的同步开关电路，保证本开关电路在静、动态时均能与负载工作同步。另一路经电流设定电位器W₁、二极管D₉、电阻R₁₆串联与比较器(9)端相接，为过载信号第一通路。

断相信号由二极管D₄、D₅、D₆电阻R₉、R₁₀、R₁₁分别与三极管T₂、T₃、R₄基极相接，三极管T₂、T₃、T₄串联组成或门电路与同步开关电路相连接。同步三极管T₁射极与三极管T₂集电板相接，向二极管D₈提供断相工作电压信号，经电阻R₁₃与比较器(13)端相接，为断相信号第二通路。为使本开关电路在各种特性的负载中均能通用，设置了对称/非对称转换开关电路，开关K₁二极管D₁₅、D₁₀分别与同步三极管T₁的集电极、基极相接，当开关K₁闭合时，关闭了同步开关电路，切除了断相信号在单相负载工作时的影响。

由互感器L₄、二极管D₇、电阻R₁₂、三极管T₅串联相接与R-S触发器A₃的(8)端相接，为漏电信号第三通路。

过压、欠压故障信号、由交流220V通过降压电容CR₁、电阻R₀降压，整流桥Dz整流，输出的脉动直流电，一路经电阻R₁、稳压二极管DW₁、电阻R₅、R₆、R₇提供本电路的工作电压。另一路经电阻R₂、二极管D₁₄分别取出过压和欠压信号，由电位器W₂与比较器(3)端相接，为过压信号控制第四通路，由电阻R₁₈与比较器(5)端相接，为欠压信号控制第五通路。各通路的故障信号经各自的比较器进行比较，产生的负脉冲信号直接触发R-S触发器触发端，输出转为高电平，使其相对应连接的过压、欠压过载、断相、漏电指示二极管ED₃、ED₄、ED₅、ED₆、ED₇显示，并与输出电阻R₂₇相连接，提供控制三极管T₆基极电压。通过光电偶合器Ic控制电磁继电器J动作，电磁继电器J的动触头与自动机械开关D_K的连杆直接接触，进行机电联动，达到全部篮控过程。

由于采用了上述方案，使本全信号电子保护断路器在三相四线制供电回路中具有全方位检测和控制功能。

下面结合附图和具体实施方式作详细说明。

图1是全信号电子保护断路器的线路图。

图2是图1所示全相位检测电路。

图3是图1所示过压、欠压检测、稳压电源电路。

图4是图1所示故障信号比较、R-S触发电路。

图5是图1所示隔离输出控制电路。

图2是图1所示全相位检测电路，可对过载、断相、漏电三种故障信号进行检测和分解：由互感器L₁、L₂、L₃、L₄分别从三相电源中检测故障信号，二极管D₁、D₂、D₃阳极分别与互感器L₁、L₂、L₃首端相接，阴极并接一点与设定电位器W₁、电阻R₈连接，电阻R₈与同步三极管T₁基极相接，提供同步三极管T₁基极电压。设定电位器W₁与二极管D₉、接地电容C₇的接点与电阻R₁₆连接，电阻R₁₆、接地电阻R₁₇的接点与比较器A₁反向输入端(9)相接，为过载信号控制端；为了兼顾瞬间起动电流大的用电设备(如电动机)，增设电容C₇，防止本电路误动作。设定电位器W₁，可改变过载电流与本保护断路器使用功率的大小。

互感器L₁、L₂、L₃首端与二极管D₄、D₅、D₆阳极连接，阴极与电阻R₉、R₁₀、R₁₁与三极管T₂、T₃、T₄的基极分别串联相接，三极管T₂、T₃、T₄或门电路与同步三极管T₁对称运行指示二极管ED₂、电阻R₆串联，连接在电源与地线之间。三极管T₁、T₂的接点与二极管D₈相接，二极管D₃、电阻R₁₃、R₁₄串联与比较器A₁的反向输入端(13)相接，为断相信号控制端。本电路的工作方式是：在三相对称负载工作时，互感器L₁、L₂、L₃均有电信号，此信号通过二极管D₄、D₅、D₆，电阻R₉、R₁₀、R₁₁、滤波电容C₂、C₃、C₄提供基极电压，使三极管T₂、T₃、T₄饱和导通，此刻工作电源经过电阻R₆、对称运行指示二极管ED₂、同步三极管T₁对地，对称运行指示二极管ED₂亮，二极管D₈无电压信号输出，表明三相电路无断相故障，对称性负载工作正常。当三相负载工作断相时，三极管T₂、T₃、T₄中必有其中之一截止，这时同步三极管T₁通过二极管D₁、D₂、D₃其中的两路经过电阻R₆，提供基极电压，使同步三极管T₁继续保持导通状态。同步三极管T₁的射极由电阻R₆经过对称运行指示二极管ED₂提供工作电压信号输出高电平，二极管D₈有断相信号输出，进入比较器A₁，反向输入端(13)进行比较。

二极管D₁、D₂、D₃、电阻R₆、接地电容C₁的接点与同步三极管T₁基极连接，电阻R₆、对称运行指示二极管ED₂、三极管T₁串联，连接于工作电源，组成检测电路的同步开关电路。其工作方式为：在本断路器静态或动态时，即在三相对称性负载工作前及起动工作后，都能保持与负载同步的开关动作，同时，当断相故障出现时，又能保证故障信号顺利通过。

同步三极管T₁基极与二极管D₁₀开关K₂串联接地；电阻R₆、对称运行指示二极管ED₂、同步三极管T₁集电极与二极管D₁₅的接点与开关K₂串联，连接在电源与地线之间；电阻R7、非对称运行指示二极管ED1、开关K2串联，也连接在电源与地线之间，组成对称/非对称转换开关电路。此开关电路为单相用电设备在本断路器上使用而设计。其工作方式为：当此开关拨至非对称时(K₁闭合)，非对称运行指示二极管ED₁亮，此刻无论是对称性负载还是非对称性负载在本断路器中都可以使用。实际上是通过二极管D₁₀、D₁₅、开关K₁、关闭了同步三极管T₁的一切信号通路。切除了断相信号在单相负载工作时在本断路器中的影响。当此开关拨至对称处时(K₁打开)，对称运行指示二极管ED₂亮，表明三相对称负载各种保护功能进入工作状态。

互感器L₄首端与二极管D₇、电阻R₁₂、三极管T₅串联连接，组成漏电信号检测电路。当微弱漏电流产生时，互感器L₄将有很强的感应信号输出。使三极管T₅饱和导通，产生的低电平信号直接进入R-S触发器A₃触发端(9)。

图3是图1所示过压、欠压检测，稳压电源电路，降压电容CR₁、电阻R₀并接与整流桥Dz交流输入端相接，连接在交流220V电压之间。整流桥Dz输出端分别与电阻R₁、R₂连接。电阻R₂、二极管D₁₄、过压设定电位器W₂、电阻R₁₈串联，构成过压、欠压控制通路。过压、欠压是根据交流220V的变化大小而取得，在某个范围内，由电位器W₂、调整过压值、电阻R₁₈固定欠压值。当交流220V变化超过限定值时，为过压或欠压故障，通过电阻R₁₈、电位器W₂分别取出过压、欠压信号进入比较器A₁、(3)、(5)端，为过压、欠压信号控制端。

图4是图1所示故障信号比较与触发电路，信号比较电路采用四运放集成电路LM324，触发电路采用双时基电路NE566。电阻R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅、稳压二极管DW₂、复位开关K₂的接点与供电电阻R₅相接，提供信号比较电路、触发电路工作电压。电阻R₂₁、R₁₅的接点与四比较器A₁、(2)、(6)、(10)、(12)输入端连接，建立四比较器参考电平，各路故障过压、欠压、过载、断相信号与比较器控制端(1)、(3)、(5)、(13)分别连接，当其信号超过比较器参考电平时，比较器由截止状态转为导通状态。输出端(1)、(7)、(8)、(14)分别跨接二极管ED₃、D₁₁、D₁₂、D₁₃与触发器A₂、A₃、(8)、(6)、(6)端连接，漏电信号经三极管T₅集电极与触发器A₃(8)端相接。当某故障信号经比较器放大后进入各自的触发器，其输出端必有高电平信号出现，与其相连接的过压、欠压、过载、断相指示二极管ED₃、ED₄、ED₅、ED₆、ED₇必有其中之一亮，其阴极并接与电R₂₇相接，向隔离控制电路提供控制信号电压。触发器A₂、A₃、(12)、(2)端为复位端，开关K₂、电阻R₂₆的接点与复位端连接，因电阻R₂₆接地，触发器复位端为低电平，静态时输出端保持低电平状态，本触发电路是按R-S触发器方式工作的，只有低电平信号触发有效，其逻辑功能为：(1)R＝1、S＝1、Q＝0输出为低电平；(2)R＝0、S＝0、Q＝1输出为高电平；(3)R＝0、S＝1、Q＝0输出保持低电平。开关K₂是复位开关，其工作方式是：当复位开关K₂闭合时，R＝1、S＝1、Q＝0，当开关K₂松开时，R＝0、S＝1输出保持Q＝0低电平，当负脉冲信号S＝0触发时，R＝0、S＝0、Q＝1输出高平。在各路故障信号经比较器A₁产生的负脉冲信号触发R-S触发器时，输出端有(Q＝1)高电平信号，触发器A₂、(12)、(2)、A3、(2)、(12)端通过电阻R₂₆接地(R＝0)，相当于R＝0、S＝0、Q＝1，此高电平信号使相应的故障指示二极管显示发光，表明电网故障所在，待故障排出后，按下复位按钮K₂，控制电路而被复位，使本电路又进入监控状态。

图5是图1所示隔离输出控制电路。由故障指示二极管ED₃、ED₄、ED₅、ED₆、ED₇的阴极并接一点与电阻R₂₇、电容C₈串联接地。电阻R₂₇、电容C₈的接点与三极管T₆相接，提供三极管T₆基极电压，集电极与光电偶合电路Ic相连接，经电阻R₄连接在电源与地线之间，Ic₄脚与晶闸管SCR控制极相接，5脚与电阻Rc₁、Rc₂串联相接，为晶闸管SCR触发电路。电磁继电器J与晶闸管SCR串联，连接在交流220V电压之间。电磁继电器J动触头与机械开关D_K连杆接触，达到机、电联动的工作方式。其工作原理是：当故障信号经R-S触发器时，输出高电平信号，使其相应的指示二极管显示。同时，经电阻R₂₇，向三极管T₆提供基极电压，使其饱和导通，由工作电压经电阻R₄使光电偶合电路Ic得电，触发晶闸管SCR导通，电磁继电器J瞬间吸合，动触头带动机械连杆动作，切断主电路，同时电磁继电器失电。达到控制的目的。此刻故障指示二极管继续发光显示，表明故障部位，待故障排除后，按下复位按钮K₂，故障指示二极管熄灭，控制电路而被复位，方可进行启动，反之无法启动。

本全信号电子保护断路器，是在已有绝缘壳体中设置了电子监控电路与机械开关组合一体而成，增加对电网的保护范围，改进了Dz系列自动保护开关机械固定式电流保护方法，使其更加安全、方便。

Claims

1、一种全信号电子保护断路器，在绝缘壳体中，自动机械开关与三相电直接进行电连接，其特征在于：四个电流互感器L₁、L₂、L₃、L₄分别穿入三相电源的相线上，再将相互绝缘的相线与中线合并穿入互感器L₄中，将互感器L₁、L₂、L₃、L₄尾端并接一点接地，首端分别与二极管D₁D₄、D₂D₅、D₃D₆阳被并接，其中过载信号由二极管D₁、D₂、D₃取出，二极管D₁、D₂、D₃阴极并接分别与电位器W₁、电阻R₃连接，一路经电阻R₈与同步三极管T₁基极相接，电阻R₆、对称运行指示二极管ED₂、三极管T₁与电源串联连接，为同步开关电路，保证本开关电路在静、动态时均能与负载工作同步，同时断相信号工作电压由此开关电路控制，另一路由电位器W₁、二极管D₉、电阻R₁₆串联与比较器(9)端相接，为过载信号第一通路；断相信号由二极管D₄、D₅、D₆、电阻R₉、R₁₀、R₁₁分别与三极管T₂、T₃、T₄基极连接，三极管T₂、T₃、T₄串联相接，组成或门电路与同步开关电路相接，同步三极管T₁射极与三极管T₂集电极相接，向二极管D₈提供断相工作电压信号，经电阻R₁₃与比较器(13)端相接，为断相信号第二通路。为使本电路适应各种特性负载，设置了对称/非对称转换开关电路，开关K₁、二极管D₁₀、D₁₅与同步三极管T₁的集电极、基极相接。开关K₁另一端接地端，当其闭合时，关闭了同步开关电路，切除了断相信号在单相负载工作时的影响。电流互感器L₄、二极管D₇、电阻R₁₂、三极管T₅串联相接与R-S触发器A₃、(8)端相连接，为漏电信号第三通路；过压、欠压故障信号，由交流220V通过电容CR₁、电阻R₀并接降压，整流桥Dz整流输出的脉动直流电，一路经R₁、稳压二极管DW₁、电阻R₅、R₆、R₇提供本电路的工作电源；另一路经电阻R₂、二极管D₁₄分别取出，由电位器W₂与比较器(3)端相接，为过压信号控制第四通路；由电阻R₁₈与比较器(5)端相接，为欠压信号控制第五通路；由电阻R₂₁、R₁₅的接点与比较器A₁、(2)、(6)、(10)、(12)端相接，连接在电源与地线之间，建立器比较器的参考电平，当各通路过压、欠压、过载、断相、漏电故障分别与各自独立的比较器(3)、(5)、(9)、(13)连接，输出端与各自独立R-S触发器A₂、A₃触发端(8)、(6)连接，采用负脉冲信号触发形式工作的，当故障信号超过比较器的参考电平时，产生的负脉冲信号使触发器输出端由低电平转为高电平，使其相对应连接的过压、欠压、过载、断相、漏电指示二极管ED₃、ED₄、ED₅、ED₆、ED₇显示发光，其阴极并接与电阻R₂₇相接，提供控制三极管T₆基极电压，使其饱和导通，与光电偶合电路Ic(4)脚相接，触发晶闸管SCR导通，晶闸管SCR与电磁继电器J串联，连接在交流220V电压之间，电磁继电器J瞬间吸合，其动触头带动机械开关D_K连杆。切断主电路，达到控制目的。

2、根据权利要求1所述全信号电子保护断路器，其特征在于：四个电流互感器L₁、L₂、L₃、L₄分别穿入三相电的相线上，再将相互绝缘的相线与中线合并穿入互感器L₄中，将L₁、L₂、L₃、L₄尾端并接一点接地，首端分别与二极管D₁D₄、D₂D₅、D₃D₆、D₇并接，分别对过载、断相，漏电故障信号进行检测。

3、根据权利1所述全信号电子保护断路器，其特征在于：对称/非对称转换开关K₁与非对称运行指示二极管ED₁、电阻R₇串联，连接在电源与地线之间；电阻R₆、对称运行指示二极管ED₂、同步三极管T₁集电极的接点与三极管T₁基极分别跨接二极管D₁₀、D₁₅与对称/非对称开关K₁相接，也连接在电源与地线之间，使本开关电路适用各种特性负载。

4、根据权利1、2、3所述全信号电子保护断路器，其特征在于：同步开关电路控制断相信号工作电压，电阻R₆运行指示二极管ED₂、同步开关三极管T₁与三极管T₂、T₃、T₄或门电路串联，连接在电源与地线之间，由过载检测电路经电阻R₈向同步三极管T₁基极提供开关信号，使本电路在静、动态时均能与负载工作同步。

5、根据权利要求1所述全信号电子保护断路器，其特征在于：降压电容C_R1、电阻R₀并联连接，与整流桥Dz串联，连接在交流220V电压之间，取代变压器。

6、根据权利要求1所述全信号电子保护断路器，其特征在于：电阻R₂₁、R₁₅的接点与四比较器输入端(2)、(6)、(10)、(12)连接建立四比较器的参考电平，各故障信号与各自独立的比较器控制端(3)、(5)、(9)、(13)连接，当故障信号超过其参考电平时，比较器由截止状态转为导通状态，由输出端(1)、(7)、(8)、(14)提供各故障触发信号通路。

7、根据权利要求1所述全信号电子保护断路器，其特征在于：触发器采用两块集成电路NE556，按R-S触发器方式工作的，复位开关K₂与电阻R₂₆串联，连接在电源与地线之间，开关K₂、电阻R₂₆的接点与R-S的触发器A₂、A₃、(12)复位端连接，电阻R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅分别与触发器A₂、A₃触发端(8)、(6)连接，提供触发端高电平，当各自独立的故障产生负脉冲信号进入R-S触发器A₂、A₃、(8)、(6)端时，输出端由低电平转为高电平。

8、根据权利要求1所述全信号电子保护断路器，其特征在于：三极管T₆集电极与光电偶合电路Ic(2)脚相接，(1)脚与电阻R4串联，连接在电源与地之间，光电偶合电路Ic(4)脚与晶闸管SCR控制极连接，6脚与电阻Rc₁、Rc₂晶闸管SCR电磁继电器J的接点，串联连接，晶闸管SCR与电磁继电器J串联连接在交流220V电压之间，为本开关光电隔离，无触点控制电路。