CN102201302B - 一种脱扣装置，断路器以及断路器的保护功能扩展方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脱扣装置，用于低压断路器。该脱扣装置包括第一脱扣执行单元、第一脱扣驱动单元，所述第一脱扣驱动单元与所述第一脱扣执行单元电连接；所述第一脱扣驱动单元与第一脱扣执行单元所形成的回路中连接有一屏蔽单元，该屏蔽单元能够接受外部信号控制使所述回路关断或导通。本发明还公开了一种断路器，该断路器包含本发明的脱扣装置，以及一种断路器的保护功能扩展方法。相比现有技术，本发明可实现多重保护，且相互之间无干扰。

Description

一种脱扣装置,断路器以及断路器的保护功能扩展方法

技术领域

本发明涉及一种脱扣装置，特别涉及低压断路器的脱扣装置，属低压电器领域。 

背景技术

众所周知，低压断路器用于不频繁地分断和接通电路，其最重要的作用之一是在电路发生短路故障的情况下切断电源，以保护线路、设备和人员安全。断路器通常由触头灭弧系统、脱扣执行机构及脱扣驱动单元构成，其中触头灭弧系统的作用是依靠触头的开闭接通和分断电路；脱扣执行机构的作用是为触头的开闭提供驱动力，例如最常见的磁通变换器；脱扣驱动单元则起到监测电路运行参数的变化，并在故障发生时向操作机构发出开断指令的作用。根据供电方式的不同，脱扣装置通常可分为外部电源供电和自供能两种类型，其中自供能是指利用与主回路交链的电流互感器直接从主回路提取所需电能。 

当前断路器技术发展的重要趋势之一是丰富的保护功能，而使用电子技术设计的智能脱扣器是实现断路器丰富保护功能的重要发展方向。智能脱扣器使用电子芯片进行数据处理，充分利用微处理器的数据处理能力获得准确、灵活并具多样性的保护特性。但智能脱扣器需要电源才能正常工作，在交流系统中，智能脱扣器的工作电源通常都取自与主回路交链的电流互感器。这样就带来一个问题，在主回路中无电流或电流很小的情况下，智能脱扣器处于失效状态，此时如果发生短路故障，或是断路器接通短路故障时，断路器将无法有效动作而失去保护功能；另一方面，对于使用在直流系统中的断路器，由于无法通过电磁感应的方法从主回路取得稳定的工作电源，因此通常需要为脱扣器提供外部电源。无论是交流系统中取自主回路的电源，还是直流系统中由外部提供的电源本身，都存在可靠性问题，一旦电源发生故障，智能脱扣器将失去保护功能，在智能脱扣器失效的状态下如果电路发生故障，断路器将失去保护功能而引发事故。 

为克服上述问题，一般现有的智能式断路器通常都设计有一自供能的快速脱扣装 

置，以非电子的方法直接响应主回路发生的短路故障，以确保断路器能够在智能脱扣器电源失效或者响应速度达不到要求的情况下，可靠地使断路器能够在断路故障时分断电路。例如，美国专利US6034858A介绍了一种不依赖于外部电源的电流互感器，该电流互感器包含一个关联电流一次主回路的磁路以及带脱扣继电器的二次线圈。该磁路包含运动件和固定件。当一次主回路的电流超出预设值时运动件会从开口位置向闭合位置移动。运动件位置的改变会导致磁路中磁通的变化从而在二次线圈中感应出电流，该感应电流触发磁通变换器，从而实现快速脱扣。该专利部分解决了直流断路器的自供源问题，根据其结构只有在其运动件运动过程中产生电流，时间是毫秒级的，不能长时间、稳定有效地为智能控制器供电，无法实现实时数据记录、在线监测等功能，实现的保护功能十分有限。而现有技术提供的智能脱扣器与快速脱扣装置同时使用的方案，存在一个矛盾：由于使用了自供能的快速脱扣装置，当主电路中的短路电流达到某一阀值时，无论智能脱扣器是否发出脱扣信号，快速脱扣装置都将触动操作机构动作分断电路。但是在智能脱扣器能够正常工作的情况下，从整个电路系统更合理保护的角度出发，往往希望断路器不响应快速脱扣装置发出的开断指令，而仅响应智能脱扣器发出的开断指令，便在现有技术中目前未有合理实现这一功能的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有智能脱扣装置与自供能的快速脱扣装置共用所存在的相互干扰的问题，提供一种可实现多重保护且多重保护之间不相互干扰，可靠保证电力系统安全的脱扣装置。 

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题， 

一种脱扣装置，包括第一脱扣执行单元、第一脱扣驱动单元，所述第一脱扣驱动单元与所述第一脱扣执行单元电连接；其特征在于，所述第一脱扣驱动单元与第一脱扣执行单元所形成的回路中连接有一屏蔽单元，该屏蔽单元能够接受外部信号控制使所述回路关断或导通。

进一步地，该脱扣装置还包括第二脱扣执行单元和第二脱扣驱动单元，第二脱扣执行单元与第二脱扣驱动单元电连接；所述第二脱扣驱动单元与所述屏蔽单元电连接，当第二脱扣执行单元和第二脱扣驱动单元所形成的回路导通时，第二脱扣驱动单元控制所述屏蔽单元使所述第一脱扣驱动单元与第一脱扣执行单元所形成的回路关断；当第二脱扣执行单元和第二脱扣驱动单元所形成的回路关断时，第二脱扣驱动单元控制所述所述屏蔽单元使所述第一脱扣驱动单元与第一脱扣执行单元所形成的回路导通。 

更进一步地，所述第一脱扣执行单元与第二脱扣执行单元为同一脱扣执行单元。 

优选地，所述第一脱扣驱动单元为自供能脱扣驱动单元。 

根据本发明的发明构思，可得到一种断路器，该断路器包含本发明的脱扣装置。 

根据本发明的发明构思，还可得到一种断路器的保护功能扩展方法如下： 

一种断路器的保护功能扩展方法，所述断路器包含一脱扣装置，所述脱扣装置包含一第一脱扣驱动单元，及与该第一脱扣驱动单元电连接的脱扣执行单元；其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤A、在所述第一脱扣驱动单元与脱扣执行单元所形成的回路中接入一屏蔽单元，该屏蔽单元能够接受外部信号控制使所述第一脱扣驱动单元与脱扣执行单元所形成的回路关断或导通；

步骤B、将所述脱扣执行单元与另外一智能控制器的输出端连接，该智能控制器的输入端连接有用于对主回路进行检测的检测单元；

步骤C、将所述屏蔽单元的控制端与所述另外的智能控制器的输出端连接。。

作为一优选方案，所述屏蔽单元为开关管，该开关管与所述脱扣执行单元并联；并在所述另外的智能控制器与该开关管所形成的回路中串联一二极管，该二极管的位置及方向可使所述另外的智能控制器与该开关管所形成的回路断路，且在所述开关管导通时，所述开关管可使所述第一脱扣驱动单元与脱扣执行单元所形成的回路关断。 

作为另一优选方案，所述屏蔽单元为继电器，该继电器与所述脱扣执行单元串联。

本发明通过将一个屏蔽单元接入脱扣驱动单元与脱扣执行单元所形成的回路中，该脱扣装置可与其它的脱扣装置（例如内部或外部的智能脱扣器）结合形成多重保护机制，且相互之间无干扰。使用时，将屏蔽单元的控制回路与其它脱扣装置连接，在其它脱扣装置正常工作的情况下，切断脱扣驱动单元与脱扣执行单元之间的联系，由其它脱扣装置进行保护，例如内部或外部的智能脱扣器，从而可利用其强大的功能实现完整的保护、检测、监控等功能；在其它脱扣装置故障的情况下，本发明的脱扣装置的保护功能开启，从而实现基本的保护功能，保证电力系统的安全。 

附图说明

图1为本发明的脱扣装置的原理框图； 

图2为本发明实施例一的结构示意图；

图3为本发明实施例二的结构示意图。

具体实施方式

本发明的脱扣装置，如附图1（虚线框中部分）所示，包括脱扣执行单元、脱扣驱动单元，所述脱扣驱动单元与所述脱扣执行单元电连接；所述脱扣驱动单元与脱扣执行单元所形成的回路中连接有一屏蔽单元，该屏蔽单元能够接受外部信号控制使所述脱扣驱动单元与脱扣执行单元所形成的回路关断或导通。该屏蔽单元的控制端可以与其它脱扣装置连接，从而在实现多重保护的情况下，相互之间无干扰。 

下面结合具体实施例及附图对本发明的技术方案进行详细说明： 

实施例一

如图2所示，本实施例中，所述第一脱扣执行单元为最常用的磁通变换器2，磁通变换器2接受与其连接的第一脱扣驱动单元的信号，触发触头灭弧系统或触头动作，关断主回路。所述第一脱扣驱动单元为自供能脱扣驱动单元1。本发明中的自供能脱扣驱动单元1，可以采用美国专利US6034858A中的电流互感器，也可以采用其它类似的技术方案。如图2所示，在自供能脱扣驱动单元1与磁通变换器2所形成的回路中，接有一个与磁通变换器2并联的开关管3，开关管3的控制端与一个使用外部电源的智能脱扣器连接。该智能脱扣器包括检测主回路电流变化的检测单元5，接收检测单元5发出的检测信号的智能控制器4，以及脱扣执行单元，本实施例中以磁通变换器2共用为该智能脱扣器的脱扣执行单元，即第一、第二脱扣执行单元均为磁通变换器2，从而可减少部件数量。智能控制器4由外部电源（用ACC表示）供电并与磁通变换器2连接，根据检测到的主回路电流情况控制磁通变换器2的动作。从图2可以看到，采用并联的开关管作为屏蔽单元时，外部的智能控制器4与开关管3形成回路，为了防止外部电源被开关管3短路，从而不能为磁通变换器提供电源，需要在智能控制器4与开关管3所形成的回路中串联一个二极管31，连接时，二极管31的安装位置及方向可使智能控制器4与开关管3所形成的回路断路。即二极管31的导通方向应与智能控制器4与开关管3所形成的回路的电流方向相反，且为了在外部智能脱扣器工作时，开关管3能将磁通变换器2与自供能脱扣驱动单元1所形成的回路断开，二极管31必须连接在开关管3与自供能脱扣驱动回路（即磁通变换器2与自供能脱扣驱动单元1所形成的回路）的连接节点之后，且在智能控制器4与磁通变换器2的连接节点之前，例如图2中所示位置。自供能脱扣驱动单元1与主回路耦合连接，从主回路提取所需电能并监测主回路的电流变化，当主回路电流异常时，自供能脱扣驱动单元1驱动磁通变换器2关断主回路。开关管3的控制端与智能控制器4连接，当智能控制器4可以给磁通变换器2正常供源时，同时给开关管3提供一控制电流，使开关管3导通，此时自供能脱扣驱动单元1与开关管3构成一回路，即磁通变换器2被开关管3短路，此时自供能脱扣驱动单元1不能给磁通变换器2提供脱扣电能，保护功能由检测单元5、智能控制器4及磁通变换器2所组成的智能脱扣器承担。在该智能脱扣器无法有效工作的情况下，如外部电源VCC断电、智能控制器4产生故障等时，开关管3处于截断状态，此时自供能脱扣驱动单元1为磁通变换器2供源，实现保护功能。开关管3可以是晶体管，例如金属氧化物半导体场效应管（Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor ，即MOSFET），绝缘栅双极型晶体管（Insulate Gate Bipolar Transisto，即IGBT），双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor，即BJT），或者其它类似功能的开关管。本实施例中的智能脱扣器可以是智能控制器内置的，也可以是智能控制器外置；智能控制器可以使用外部电源，也可以采用自供能的形式，利用电流互感器从主电路中提取所需电能，当然，采用自供能形式的智能控制器只适用于交流系统。

实施例二

    如图3所示，本实施例中，在自供能脱扣驱动单元1与磁通变换器2所形成的回路中，串联有一继电器3，该继电器3的输入端与智能控制器4连接。其它部分均与实施例一相同，此处不再赘述。当智能控制器4可以给磁通变换器2正常供源时，同时给继电器3提供一控制电流，使继电器3的输出回路处于关断状态，此时自供能脱扣驱动单元1与磁通变换器2所形成的回路断开，自供能脱扣驱动单元1不能给磁通变换器2提供脱扣电能，由检测单元5、智能控制器4及磁通变换器2所组成的智能脱扣器承担。在智能脱扣器无法有效工作的情况下，如外部电源VCC断电、智能控制器4产生故障等时，继电器3的输出回路处于导通状态，自供能脱扣驱动单元1与磁通变换器2所形成的回路导通，自供能脱扣驱动单元1为磁通变换器2供源，实现保护功能。继电器3可以是电磁继电器、固态继电器等。

本发明虽然非常适用于直流，但并不仅仅用于直流，也可以运用于交流。如用于交流塑壳断路器，由于塑壳断路器体积有限，塑壳断路器设计时，功能可能不完整，在需要拓展其保护功能时，需外配功能强、精度高的检测单元和智能控制器，将塑壳断路器内部保护功能屏蔽，例如塑壳断路器内部智能脱扣器的保护功能，以防止干扰，则此时可采用本发明的断路器保护功能扩展方法，将如塑壳断路器内部智能脱扣器与磁通变换器的联系切断，既实现了功能拓展，而在外部智能控制器无法有效工作的情况下，如外部电源VCC断电、产生故障时，断路器内部智能脱扣器的保护功能启动，实现了多重保护的功能。 

以上仅例举了本发明的两种具体实施方式，并未对所有可能的实施方式进行穷举。本领域技术人员应知基于本发明构思的其它可选择的实施方式均落入本发明的保护范围。 

Claims (5)

1.一种脱扣装置，包括第一脱扣执行单元、第一脱扣驱动单元，所述第一脱扣驱动单元与所述第一脱扣执行单元电连接；其特征在于，所述第一脱扣驱动单元与第一脱扣执行单元所形成的回路中连接有一屏蔽单元，该屏蔽单元能够接受外部信号控制使所述回路关断或导通；该脱扣装置还包括第二脱扣执行单元和第二脱扣驱动单元，第二脱扣执行单元与第二脱扣驱动单元电连接；所述第二脱扣驱动单元与所述屏蔽单元电连接，当第二脱扣执行单元和第二脱扣驱动单元所形成的回路导通时，第二脱扣驱动单元控制所述屏蔽单元使所述第一脱扣驱动单元与第一脱扣执行单元所形成的回路关断；当第二脱扣执行单元和第二脱扣驱动单元所形成的回路关断时，第二脱扣驱动单元控制所述所述屏蔽单元使所述第一脱扣驱动单元与第一脱扣执行单元所形成的回路导通；所述屏蔽单元为与所述第一脱扣执行单元并联的开关管；在所述第二脱扣驱动单元与该开关管所形成的回路中串联有一二极管，该二极管的位置及方向可使所述第二脱扣驱动单元与该开关管所形成的回路断路，且在所述开关管导通时，所述开关管可使所述第一脱扣驱动单元与第一脱扣执行单元所形成的回路关断。

2.如权利要求1所述脱扣装置，其特征在于，所述第一脱扣执行单元与第二脱扣执行单元为同一脱扣执行单元。

3.如权利要求1所述脱扣装置，其特征在于，所述第一脱扣驱动单元为自供能脱扣驱动单元。

4.一种断路器，包括一脱扣装置，其特征在于，所述脱扣装置为权利要求1-3任一项所述脱扣装置。

5.一种断路器的保护功能扩展方法，所述断路器包括一脱扣装置，所述脱扣装置包含一第一脱扣驱动单元，及与该第一脱扣驱动单元电连接的脱扣执行单元；其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤A、在所述第一脱扣驱动单元与脱扣执行单元所形成的回路中接入一屏蔽单元，该屏蔽单元能够接受外部信号控制使所述第一脱扣驱动单元与脱扣执行单元所形成的回路关断或导通；

步骤B、将所述脱扣执行单元与另外一智能控制器的输出端连接，该智能控制器的输入端连接有用于对主回路进行检测的检测单元；

步骤C、将所述屏蔽单元的控制端与所述另外的智能控制器的输出端连接；

所述屏蔽单元为开关管，该开关管与所述脱扣执行单元并联；并在所述另外的智能控制器与该开关管所形成的回路中串联一二极管，该二极管的位置及方向可使所述另外的智能控制器与该开关管所形成的回路断路，且在所述开关管导通时，所述开关管可使所述第一脱扣驱动单元与脱扣执行单元所形成的回路关断。

Images