CN2364547Y - 带显示的安全断路开关 - Google Patents
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Abstract
一种由磁力脱扣部件、显示部件、电子控制保护装置和有试验按钮的盒组成带显示的安全断路开关。该开关能对漏电、短路、过载、过电压的故障信号及负载的浪涌现象进行全天候的准确识别和控制,且控制保护断电后能显示出故障原因。采用这种开关可以有效地防止电故障造成人身伤亡、电器具毁坏和电火灾事故的发生,同时又便于直观了解和排除用电隐患。利用该技术可以制造出系列产品。本开关有安装简便、控制精确、实用安全的特点。
Description
本实用新型是涉及单相配电的装置，特别是一种能够防止因漏电、短路、过载、过电压等用电故障造成人身伤亡、电器具毁坏和引起火灾事故发生带显示的安全断路开关。
现在常用的断路开关其主要的自动断闸方式有两种：一种是采用双金属片遇过载电流而发热产生形变推动脱扣机构动作。另一种是根据电磁铁原理，以定量电流通过电磁线圈产生定量大的磁力推动脱扣机构动作。这类开关有国产DZ型空气断路开关，有近些年引进国外技术的FIN、DLL43以及E45、NC系列断路开关。这些断路开关的控制动作均是以通过双金属片、或者电磁铁线圈的额定电流为其动作基准，对于负载电流，尤其大电流状态的控制方式，由于受金属材质、形状、温度、生产调整等许多客观条件的制约很难达到控制精确，在开关使用时尤其对负载浪涌电流易发生误控动作。
本实用新型的不同在于注重对负载电流和电压故障信号的提取和鉴别，并根据对故障信号的鉴别作出相应的控制。这种对故障信号的提取，鉴别和控制的方式可以做到对故障信号的微观掌握，达到对负载电源的宏观控制。其优点不仅提高了控制的精确度和可靠性，而且对设计和制造实用性更强的用电保护装置起了关键作用。本实用新型的目的是为了提供一种兼具对负载网络遇到漏电、短路、过载、浪涌和电源电压过高的情况时能有效起到控制保护，同时保护断电后可显示用电故障原因的安全断路开关，从而实现安全可靠用电又方便了解和排除用电故障。
本实用新型包括磁力脱扣开关1、试验电路直流稳压器11、显示部件27和电子控制保护装置。而电子控制保护装置是由信号提取部件特殊电流互感器7和电流互感器8，信号整形、放大部件24，信号鉴别、延时部件15，以及控制信号输出的电压比较部件25，触发部件26，可控硅管28和分压电阻13、14组成，且所有元器件安装在有实验按钮的盒中。
下面结合本实用新型的电原理图(见附图)进行详细描述。
附图中，N1、N2为带显示的安全断路开关交流电源输入接线端，N3、N4为该断路开关交流电源输出负载接线端，B为磁力脱扣开关静触点(5)输出连线上的一结点，C为该断路开关输出负载接线端N3连线上的一结点，F是分压电阻13、14串联处的一结点，磁力脱扣开关1，磁力脱扣开关动触点2、3，磁力脱扣开关静触点4、5，磁力脱扣开关线圈6，特殊电流互感器7，电流互感器8，试验按钮开关9，试验电阻10，直流稳压器11，桥式整流器12，分压电阻13、14，信号鉴别延时部件15，整流二极管16，电容器17，电阻18，电阻19，电容器20，电阻21，稳压二极管22，电阻23，信号整形、放大部件24，电压比较部件25，触发部件26，显示部件27，可控硅管28，二极管29，电容器30。
合上磁力脱扣开关1，磁力脱扣开关动触点2、3与静触点4、5同时分别闭合，这时该断路开关负载接线输出端N3、M4接通交流电源，同时经B、C两结点可以得到试验电路电源、经桥式整流器12得到直流电源和经直流稳压器11得到直流稳压电源。直流电源经串联电阻13、14在F点得到分压值，同时使可控硅管28、磁力脱扣开关线圈6得到工作电源。直流稳压器11为电压比较部件25、触发部件26、显示部件27提供工作电源。二极管29的反向端与电容器30的正极连接，二极管正向端接直流稳压器11的电源正极，电容器的负极接电源负极。正常时电容器30被充电，以储备电荷待控制保护断电后供显示用。
特殊电流互感器7是根据闭合回路内电流矢量和为零的原理并按一定工艺要求制作的，它有两组初级线圈，其中一组的一端连接在磁力脱扣开关静触点4上，另一端连接在该断路开关负载输出接线端N3连线结点C上；另一组初级线圈的一端连接在磁力脱扣开关静触点输出连线结点B上，另一端与电流互感器8的初级线圈一端连接，而电流互感器8初级线圈的另一端与该断路开关负载输出接线端N4连接。特殊电流互感器7次级线圈两端X1、X2对应连接信号整形、放大部件24的输入两端X1、X2。电流互感器8次级线圈两端Y1、Y2对应连接信号鉴别、延时部件15的输入两端Y1、Y2。
电压比较部件25有四个输入极和对应的四个输出极。对四个输入极分别都设有供输入信号电压作比较的标准电压值，四个输出极将根据电压比较结果对应输出控制信号。触发部件26有四个输入极和对应的四个输出极。输出U极与四个输出极在部件内连接。电压比较部件25的四个输入极A1连接分压电阻13、14串联的F点，A2、A3分别连接信号鉴别、延时部件15的输出极L1、L2、A4连接信号整形、放大部件24的输出极L3。电压比较部件25的四个输出极A5、A6、A7、A8分别连接触发部件26的输入极I1、I2、I3、I4，A9极接直流稳压器11的正极，A10接电源负极，触发部件26的输出极I5、I6、I7、I8分别连接显示部件27的输入极K1、K2、K3、K4，I9经二极管29接直流稳压器11的正极，U极连接可控硅管28的触发极，显示部件27的K5极接电源负极。
特殊电流互感器7、信号整形、放大部件24、电压比较部件25、触发部件26、可控硅管28、磁力脱扣开关1组成漏电动作电流控制保护部份。当特殊电流互感器7的次级线圈两端(X1、X2)将感应到的漏电动作电流的电动势E1输给信号整形、放大部件24对应的输入两端(X1、X2)，信号经整形、放大由L3输出给电压比较部件25的输入极A4与其对应的标准电压作比较，如果这一电压高于标准电压值则电压比较部件25的A8极输出控制信号给触发部件26的输入极I4，于是触发部件26的U极触发可控硅管28导通、磁力脱扣开关线圈6得电后产生磁力推动脱扣开关动触点2、3开启，该断路开关负载接线输出端N3、N4停止供电。只有排除了漏电动作电流故障才能合上磁力脱扣开关1，获得重新供电，否则仍再遭控制断电保护。同时，触发部件26输出极I5也将对应的触发信号输入显示部件27的K1极使其显示出“漏电”。
试验电路是为了检验漏电动作电流控制保护的灵敏度或长久使用是否良好而设的。试验电阻10用于模拟人体或漏电电阻。试验电路是由磁力脱扣开关线圈6、试验按钮开关9、试验电阻10串联组成，其串联的一端接在磁力脱扣开关静触点5的输出连线结点B上，另一端接在该断路开关负载输出接线端N3的连线结点C上。当按下试验按钮开关9，电流经试验电阻10、试验按钮开关9、磁力脱扣开关线圈6形成漏电回路，于是特殊电流互感器7的电流矢量和不为零，其次级线圈两端(X1、X2)将感应到的漏电动作电流的电动势E1输给信号整形、放大部件24对应的输入两端(X1、X2)，以下同样发生已描述的漏电动作电流的控制保护和显示的过程，表明漏电动作电流的控制保护工作正常。
电流互感器8、信号鉴别、延时部件15、电压比较部件25、触发部件26、可控硅管28和磁力脱扣开关1组成短路电流、过载电流、浪涌电流鉴别控制保护部份。而信号鉴别、延时部件15又是由整流二极管16、电容器17、电阻18、电阻19、电容器20、电阻21、稳压二极管22、电阻23组成，且须按以下连接：整流二极管16的反向端与电容器17一端连接于D结点，其正向端为信号输入极Y2，电容器17的另一端和信号输入极Y1同接于电源负极。信号在D结点处择两路之一输出：一路是稳压二极管22的正向端与电阻23的一端串联，反向端连接于D结点，电阻23的另一端为输出L1极，另一路由电阻18与电阻21连接于G结点，电阻21的另一端为输出L2极，电阻18的另一端连接于D结点，且另有电阻19和电容器20并联后其并联的一端接于G结点，并联的另一端接于电源的负极。
当电流互感器8的次级线圈两端(Y1、Y2)将感应到的短路电流的电动势E2输给信号鉴别、延时部件15对应的输入两端(Y1、Y2)，经整流二极管16向电容器17充电。因短路电流比正常工作电流大几十倍甚至几百倍，所以其感应电动势也必然很大，使得电容器17两端电压瞬时间高于稳压二极管22的稳压值，于是稳压二极管22被击穿，这样信号电源经电阻23由L1输出给电压比较部件25的输入极A2与其对应的标准电压值作比较，如果这一电压高于标准电压值则电压比较部件25的A6极输出控制信号给触发部件26的输入极I2，于是触发部件26的U极触发可控硅管28导通、磁力脱扣开关线圈6得电后产生磁力推动脱扣开关动触点2、3开启，该断路开关负载接线输出端N3、N4停止供电。只有排除了短路故障才能合上磁力脱扣开关1获得重新供电，否则仍再遭控制断电保护。同时，触发部件26的I6将对应的触发信号输给显示部件27的K2极使其显示出“短路”。
当电流互感器8的次级线圈两端(Y1、Y2)将感应到的过载电流的电动势E3输给信号鉴别、延时部件15对应的输入两端(Y1、Y2)。因过载电流中超出额定电流的部份不会很大，故其感应电动势E3也不会很大，经整流二极管16向电容器17充电，而电容器17两端电压始终低于稳压二极管22的稳压值，只有经电阻18向电容器20继续充电，经过一定时间的延时充电，电容器20两端电压达到一定伏值并由L2输出与电压比较部件25的输入极A3对应的标准电压值作比较，如果这一电压高于标准电压值则电压比较部件25的A7极输出控制信号给触发部件26的输入极I3，于是触发部件26的U极触发可控硅管28导通、磁力脱扣开关线圈6得电后产生磁力推动脱扣开关动触点2、3开启，该断路开关负载接线输出端N3、N4停止供电。只有排除了过载故障，才能合上磁力脱扣开关1获得重新供电，否则仍再遭控制断电保护。同时，触发部件26的I7极也将对应的触发信号输给显示部件27的K3极使其显示“过载”。
当电流互感器8的次级线圈两端(Y1、Y2)将感应到的浪涌电流的电动势E4输给信号鉴别、延时部件15的对应输入端(Y1、Y2)，因浪涌电流能达到额定电流的3-7倍，但衰减速度很快，故电动势E4经整流二极管16先向电容器17充电，而电容器17两端电压始终低于稳压二极管22的稳压值，同时也经电阻18向电容器20充电，而电容器20两端电压要达到一定伏值需要一段时间，但浪涌状态很快消失，已没有感应电流继续对电容器20充电。已充电荷的电容17、20将通过电阻19放电。这样，信号鉴别、延时部件15的输出极L1、L2没有信号电压输出，磁力脱扣开关1不受控制，该断路开关负载接线输出端N3、N4照常供电，同时显示部件不显示。
分压电阻13、14、电压比较部件25、触发部件26、可控硅管28和磁力脱扣开关1组成过电压控制保护部份。
当输入该断路开关N1、N3接线端的交流电源电压过高时，经桥式整流器12所得到的直流电压也高，此直流电源经过分压电阻13、14在分压点F上比原整定的电压值高，如果这一电压高于电压比较部件25的输入极A1对应的标准电压值则电压比较部件25的A5极输出控制信号给触发部件26的输入极I1，于是触发部件26的U极触发可控硅管28导通、磁力脱扣线圈6得电后产生磁力推动脱扣开关动触点2、3开启，该断路开关负载接线端N3、N4停止供电。只有排除了过电压故障才能合上磁力脱扣开关1获得重新供电，否则仍再遭控制断电保护。同时，触发部件26的I8极将对应的触发信号输给显示部件27的K4极使其显示“过电压”。
本断路开关可根据磁力脱扣开关动触点2、3和静触点4、5承载电流强度的不同而生产规格不同的系列产品，其它元器件均可共用。
本实用新型的典型实施例：10安培磁力脱扣开关1，特殊电流互感器7的两组初级线圈均为多股软质铜芯导线，线径Φ1.5毫米，导线穿入玻璃丝套管，两组同向并绕3圈；次级线圈为高强度漆包线，线径Φ0.23毫米同向绕300圈；铁芯为非晶钛磁环，电流互感器8的初级线圈为多股软质铜芯导线，线径Φ1.5毫米，导线穿入玻璃丝套管，绕1圈；次级线圈为高强度漆包线，线径Φ0.23毫米同向绕300圈；铁芯为非晶钛磁环，直流稳压器11电源稳压为10伏，桥式整流器12耐电压800伏，承载电流1安培，可控硅管28耐电压800伏，承载电流1安培，电压比较部件25使用单电源四运算放大器，型号是BGF124。
Claims (5)
1、一种包括磁力脱扣开关(1)、试验电路、直流稳压器(11)、显示部件(27)和电子控制保护装置的带显示的安全断路开关，其特征在于电子控制保护装置是由特殊电流互感器(7)、电流互感器(8)、信号整形、放大部件(24)、信号鉴别、延时部件(15)、电压比较部件(25)、触发部件(26)、可控硅管(28)和分压电阻(13)、(14)组成，且所有元器件安装在有试验按钮的盒中。
2、按权利要求1所述的带显示的安全断路开关，其特征在于组成电子控制保护装置的元器件须按以下连接：电压比较部件(25)的四个输入极A1连接分压电阻(13)、(14)串联的F点，A2、A3分别连接信号鉴别、延时部件(15)的输出极L1、L2，A4连接信号整形、放大部件(24)的输出极L3，其四个输出极A5、A6、A7、A8分别连接触发部件(26)的输入极I1、I2、I3、I4，A9极接直流稳压器(11)电源正极，A10接电源负极，触发部件(26)的输出极I5、I6、I7、I8分别连接接显示部件(27)的输入极K1、K2、K3、K4、I9经二极管(29)接直流稳压器(11)的电源正极，U极连接可控硅管(28)的触发极，显示部件(27)的K5极接电源负极。
3、按权利要求1所述的带显示的安全断路开关，其特征在于信号鉴别、延时部件是由整流二极管(16)、电容器(17)、(20)、电阻(18)、(19)、(21)、(23)和稳压二极管(22)组成且须按以下连接；整流二极管(16)的反向端与电容器(17)的一端连接于D结点，其正向端为信号输入极Y2，电容器(17)的另一端和信号输入极Y1同接于电源负极，信号在D结点处择两路之一输出，一路是稳压二极管(22)的正向端与电阻(23)的一端串联，其反向端连接于D结点，电阻(23)的另一端为输出L1极；另一路是电阻(18)与电阻(21)连接于G结点，电阻(21)的另一端为输出L2极，电阻(18)的另一端连接于D结点，且另有电阻(19)和电容器(20)并联后其并联的一端接于G结点，并联的另一端接电源负极。
4、按权利要求1所述的带显示的安全断路开关，其特征在于受控该断路开关负载接线输出端N3、N4停止供电，但显示部件(27)仍可显示控制断电原因，这是因为二极管(29)的反向端与电容器(30)的正极连接，二极管的正向端接直流稳压器(11)的电源正极，电容器的负极接电源的负极，正常时电容器(30)被充电储备电荷待控制保护断电后供显示用。
5、按权利要求1所述的带显示的安全断路开关，其特征在于可根据磁力脱扣开关动触点(2)、(3)、和静触点(4)、(5)承载电流强度的不同而生产规格不同的系列产品，其它元器件均可共用。
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1999
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