CN201181682Y - 多功能小型断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能小型断路器，包括：固定于机壳内的操作机构；固定于机壳内阻抗传感器，所述阻抗传感器的中设有与被保护电路连接的导线；与阻抗传感器连接的控制电路；与控制电路的连接的电磁脱扣器；所述阻抗传感器用于采集被保护电路的电压或电流信号；所述控制电路用于根据阻抗传感器所采集的信号检测出过载、漏电、短路、过电压保护、欠电压及断相故障，控制电磁脱扣器使操作机构脱扣；电磁脱扣器用于根据控制电路的控制使操作机构脱扣；所述操作机构用于在电磁脱扣器的控制下断开被保护电路或在手柄的带动下接通被保护电路。该多功能小型断路器集过载、漏电、短路、过电压、欠电压、三相电路的断相等保护功能于一体，结构简单，制造成本较低。

Description

多功能小型断路器

技术领域

本实用新型涉及供配电系统的控制和保护技术，特别涉及一种多功能小型断路器。

背景技术

小型断路器目前广泛应用于居民家庭配电线路以及小功率电器设备的控制和保护。在供配电线路或小功率电器发生电流过载、短路等故障时，连接在电路中的小型断路器能自动切断电路，从而保护电器设备和人身安全。因为小型断路器相对于传统的刀开关和熔断器具有控制灵敏度高、通电安全可靠、故障复电简易快捷等特点，近几十年来得到了快速的发展，相继开发出具有漏电保护、过电压保护、欠电压保护、三相电路的断相保护、及断中性线保护等功能的小型断路器，使小型断路器产品的品种和型号更加丰富。

虽然小型断路器由于其保护功能的不同而种类繁多，但是均包括动静触头、操作机构和脱扣器三部分；正常状态下，操作机构中的锁扣锁合，使动触头与静触头接触，线路通电；当出现电流过载、漏电、短路、瞬时过电流等电路故障时，脱扣器触发锁扣打开，使动触头与静触头分离，从而将电路断开，待故障排除后，再扳动操作机构中的手柄将锁扣锁合，使动触头与静触头再次接触，将电路接通。

市场上的大多数小型断路器仅具有单一的保护功能，或者仅漏电保护、或者仅过载保护、或者仅短路保护等等。同时集多种保护于一体的多功能小型断路器的对保护电器设备和人身安全更加可靠，目前仅有少数的小型断路器具有两种以上的保护功能，图1是现有技术公开的一种小型断路器的结构示意图，该小型断路器同时具有过载和短路保护功能，如图1所示，该小型断路器包括：由手柄5、锁扣3、跳扣4、压力弹簧9和连杆6、7、8组成的操作机构，由双金属片2组成的过载脱扣器，由拉杆10、电磁线圈17和推杆18组成的短路脱扣器，动触头11，静触头12，外壳1，底座13，以及由隔弧板14、隔弧板16、灭弧室15组成的灭弧系统。该小型断路器接入电路中，扳动操作机构中的手柄5将锁扣3与跳扣4锁合，使动触头11与静触头12接触，电路接通；当大功率电器同时工作，超过电路负荷，使电流过大时，双金属片2发热，热量的积累使双金属片2产生弯曲，由其推动锁扣3，使跳扣4脱离，在压力弹簧9作用下，各连杆6、7、8迅速带动动触头11与静触头12分开，电路分断，实现过载保护功能；当发生短路故障时，此时电磁线圈17流过特大电流，就会产生强大的电磁吸力，线圈内的铁芯在磁场作用下立即吸合，与铁芯连成一体的推杆18伸出推动锁扣3，使跳扣4脱离，连动拉杆10推动动触头11与静触头12分离，电路分断，实现短路保护功能。

然而问题在于，现有的多功能小型断路器中几乎每一种保护功能都要配一套脱扣装置，如图1所示的小型断路器同时包括了两种脱扣装置，即实现过载保护的过载脱扣器和实现短路保护的短路脱扣器，如果具备3、4种保护功能的小型断路器，那么也要相应配备3、4种脱扣装置，其结构更加复杂，从而导致断路器的体积增大，安装灵活性降低，制造成本也相应提高。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是提供一种集中过载、漏电、短路、过电压、欠电压、三相电路的断相等保护功能于一体多功能小型断路器，该多功能小型断路器仅有一套脱扣装置即可实现上述多种保护功能。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种多功能小型断路器，包括：固定于机壳内的操作机构；固定于机壳内阻抗传感器，所述阻抗传感器的中设有与被保护电路连接的导线；与阻抗传感器连接的控制电路；与控制电路的连接的电磁脱扣器；

所述阻抗传感器，用于采集被保护电路的电压或电流信号；所述控制电路，用于根据阻抗传感器所采集的信号检测出过载、漏电、短路、过电压保护、欠电压及断相故障，控制电磁脱扣器使操作机构脱扣；电磁脱扣器，用于根据控制电路的控制使操作机构脱扣；所述操作机构，用于在电磁脱扣器的控制下断开被保护电路或在手柄的带动下接通被保护电路。

所述阻抗传感器包括分别与控制电路连接的零序电流互感器和电流互感器。

所述电流互感器设有穿过其中心孔的单相电路的相线，所述零序电流互感器设有穿过其中心孔的单相电路的相线和中性线。

所述电流互感器包括第一电流互感器、第二电流互感器和第三电流互感器，各设有穿过各自中心孔一条相线，所述相线分别来自三相电路的三相，所述零序电流互感器设有穿过其中心孔的三相电路的三条相线和一条中性线。

所述控制电路中包括：电源单元，信号采集单元，检测单元，执行单元；

电源单元，用于给控制电路的各功能单元供电；

信号采集单元，用于从所述阻抗传感器获得电压或电流信号；

检测单元，用于根据收到的电流信号或电压信号检测出过载、漏电、短路、过电压保护、欠电压故障向执行单元输出控制信号；

执行单元，用于根据检测单元的输出的控制信号向所述电磁脱扣器发出执行动作的信号。

所述检测单元包括：

比较模块，用于将从信号采集单元收到的电流或者电压信号与设定值进行比较，产生过载、漏电、短路、过电压保护或欠电压故障信号并向放大模块输出；

放大模块，用于将收到故障信号放大并向所述延时模块输出；

延时模块，用于将放大后的信号延时输入到所述执行单元。

所述控制电路还包括断相检出单元，用于根据收到的电流或电压信号检测出断相故障并向执行单元输出控制信号。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型所述的多功能小型断路器设有用于采集被保护电路的电压或电流信号的阻抗传感器和用于根据阻抗传感器所采集的信号检测出过载、漏电、短路、过电压保护、欠电压及断相故障的控制电路，控制电路检测到被保护电路出现故障时，则控制电磁脱扣器使操作机构脱扣，及时断开被保护电路。可见，所述的多功能小型断路器仅用一个电磁脱扣器，即可实现过载、漏电、短路、过电压保护、欠电压保护、三相电路的断相多种保护功能，因此结构简单，体积较小，安装灵活性，制造成本也较低。

其次，所述多功能小型断路器的控制电路为电子电路，增减其功能模块，改变设定值的电气元件，就可以改变断路器的规格、品种和额定参数。

此外，本实用新型所述的多功能小型断路器没有电流过载保护的耗能发热的双金属片及瞬时过电流保护的电磁线圈，可节省大量的电能和原材料的消耗。

附图说明

通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1是现有技术公开的一种小型断路器的内部结构示意图；

图2是实施例一所述多功能小型断路器的内部结构示意图；

图2a是实施例一所述阻抗传感器的示意图；

图3是实施例一所述多功能小型断路器的外接部分结构示意图；

图4是实施例一所述多功能小型断路器控制电路的原理框图；

图4a是实施例一所述控制电路的检测单元原理框图；

图5是实施例二所述多功能小型断路器的内部结构示意图；

图6是实施例二所述多功能小型断路器控制电路的原理框图。

图中标号说明：

1、外壳，13、底座；

2、双金属片，

3、锁扣，4、跳扣；

5、手柄，34、试验按钮；

6、7、8、连杆，9、压力弹簧，10、拉杆；

17、电磁线圈，18、推杆；

11、动触头，12、静触头；

11’、动试验片，12’、静试验片；

14、16、隔弧板，15、灭弧室；

21a、21b、21c、电流互感器，22、零序电流互感器；

23、电磁脱扣器；231、推杆；

24、控制电路，241、电路输入输出接口，242、电源单元，243、信号采集单元，244、检测单元，245、执行单元，246、相位检出单元；

25、操作机构，251、连动杆，252、连杆；

31、输入接线座，32、输出接线座；

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

所述示意图只是实例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。

实施例一

本实施例结合附图揭示在单相供配电线路中所述多功能小型断路器的具体实施方式。图2是本实施例所述多功能小型断路器的内部结构示意图，图2a是本实施例所述多功能小型断路器的阻抗传感器示意图，图3是本实施例所述多功能小型断路器的外接部分结构示意图，图4是本实施例所述多功能小型断路器控制电路的原理框图，图4a是本实施例所述控制电路的检测单元原理框图。

如图2所示，所述多功能小型断路器包括：底座13，安装在底座13上的外壳1，所述外壳1和底座13均由绝缘材料制成；分别位于外壳1内部两端的输入接线座31和输出接线座32；固定在外壳1内靠近底座13一侧的电流互感器21、零序电流互感器22和控制电路24，所述电流互感器21和零序电流互感器22分别与控制电路24连接；固定在外壳1内远离底座13一侧的电磁脱扣器23、操作机构25，所述操作机构25设有连动杆251，所述电磁脱扣器23包括固定在外壳1内的线圈、线圈内的铁芯(图中未示出)和与铁芯连接的推杆231；以及试验按钮34。还包括的静试验片12’和动试验片11’，当按下试验按钮将静试验片12’和动试验片11’接通时，即可产生模拟的漏电电流，使断路器断开。电流互感器21和零序电流互感器22组成阻抗传感器。

图3是本实施例所述多功能小型断路器的外接部分结构示意图，其中外接部分是指图2中除零序电流互感器22、电流互感器21和控制电路24之外的结构。如图3所示，虚线A中为所述的操作机构25，其包括伸出外壳的手柄5，外壳1内的跳扣4、锁扣3、以及多个用于传动的连杆252和用于使跳扣4复位的弹性元件(图中未示出)，所述跳扣4通过连杆与手柄5连接。所述多功能小型断路器还包括与输入接线座31连接的静触头12；与输出接线座32连接的动触头11，所述动触头11的一端固定于外壳1内，另一端可活动，能与静触头12接触或分离。

通路状态下，所述跳扣4和锁扣3锁合，动触头11和静触头12接触，电流由输入接线座31、静触头12、动触头11、连接导线(图中未示出)、输出接线座32的通路流过断路器。

如图2所示，当控制电路24控制电磁脱扣器23线圈内的铁芯吸合时，与铁芯相连的推杆231朝向锁扣3运动，带动连动杆251将锁扣3顶开，使跳扣4脱扣，同时操作机构25拉动动触头11与静触头12分离，从而断开被保护电路。

图2a所示为电流互感器21和零序电流互感器22的示意图，外接电路的相线依次穿过所述电流互感器21的中心孔、零序电流互感器22的中心孔，外接电路的中性线穿过零序电流互感器22的中心孔，所述电流互感器21和零序电流互感器22将采集到的电流信号由控制电路24上的输入输出接口241输入到控制电路中，控制电路检测出故障后，控制电磁脱扣器23动作从而使操作机构25脱扣。连线时，相线与中性线采用焊接方式，并列保证其于其它零部件间绝缘，外接电路的相线一端连接动触头11，另一端穿过依次零序电流互感器22和电流互感器21后与输出接线座32连接。

图4是本实施例所述多功能小型断路器控制电路的原理框图，所述控制电路包括：电源单元242，用于给控制电路的各功能单元供电；信号采集单元243，用于从所述电流互感器21和零序电流互感器22采集电压或电流信号；检测单元244，用于根据收到的电流信号或电压信号检测出过载、漏电、短路、过电压保护、欠电压故障并向执行单元输出控制信号；执行单元245，用于根据检测单元244的控制信号向所述电磁脱扣器23发出执行动作的信号。

如图4a所示，检测单元244进一步包括：比较模块2441、放大模块2442、延时模块2443，其中，比较模块2441，用于将从信号采集单元242收到的电流或者电压信号与设定值进行比较，产生过载、漏电、短路、过电压保护或欠电压故障信号并向放大模块2442输出；放大模块2442，用于将收到故障信号放大并向延时模块2443输出；延时模块2443，用于将放大后的信号延时输入到执行单元245。

所述的控制电路244为电子电路，增减功能模块，改变设定值的电气元件，就可以改变断路器的规格、品种和额定参数。

当配电线路中有漏电或人身触电时，本实施例中所述的多功能小型断路器的工作过程如下：穿过零序电流互感器22中心孔的导线中的电流发生改变信号采集单元243从零序电流互感器22得到电压信号，经过检测单元244与设定值进行比较，收到的电压信号与设定值不同，则向执行单元245输出控制信号，执行单元245输出执行信号使所述的电磁脱扣器23的线圈通电，产生电磁吸引力，线圈内的铁芯吸合，与铁芯相连的推杆231朝向锁扣3运动，带动连动杆251将锁扣3顶开，使跳扣4脱扣，同时操作机构25拉动动触头11与静触头12分离，从而将被保护电路断开，起到漏电保护的作用。故障排除后，扳动手柄5带动操作机构的连杆252使动触头11和静触头12重新接触，导通电路，同时带动锁扣3和跳扣4重新锁合。

当配电线路中有较大电压波动时，本实施例中所述的多功能小型断路器的工作过程如下：通过电流互感器21的电流产生感应电动势，信号采集单元243从电流互感器21得到电压信号，经过检测单元244与设定值进行比较，收到的电压信号与设定值不同，则向执行单元245输出控制信号，执行单元245输出执行信号使电磁脱扣器23的线圈通电，产生电磁吸引力，线圈内的铁芯吸合，与铁芯相连的推杆231朝向锁扣3运动，带动连动杆251将锁扣3顶开，使跳扣4脱扣，同时操作机构25拉动动触头11与静触头12分离，从而将电路断开，起到过电压和欠电压保护的作用。故障排除后，扳动手柄5带动操作机构的连杆252使动触头11和静触头12接触，导通电路，同时带动锁扣3和跳扣4重新锁合。

同样的，如果多功能小型断路器所保护的电路中出现短路、电流过载、瞬时过电流、断中性线等故障，本实施例所述的多功能小型断路器也是从阻抗传感器即电流互感器21和零序电流互感器22采集电信号，将采集到的信号均输入控制电路24进行处理，由控制电路24控制电磁脱扣器23使操作机构带动锁扣3与跳扣4脱扣，将被保护电路断开。优选的，所述电磁脱扣器的动作时间为5ms。

因此，本实施例所述的多功能小型断路器，仅有一套电磁式脱扣装置，能够对配电线路的过载、漏电、短路、过电压、欠电压、瞬时过电流和断中性线等多种故障进行保护。

此外，所述多功能小型断路器没有耗能发热的电流过载保护的双金属片及瞬时过电流保护的电磁线圈，可节省大量的电能和原材料的消耗；断路器结构简单，制造成本较低，具有明显的社会效益和经济效益。

以上实施例中所述的多功能小型断路器接入在单相的电路中，事实上，本实用新型所述的多功能小型断路器安装在三相交流电路中，除了具备过载、漏电、短路、过电压、欠电压、瞬时过电流保护功能之外，还可以对三相的断相故障进行保护，在以下实施例中详细描述。

实施例二

本实施例结合附图揭示所述多功能小型断路器安装在三相交流电路中的具体实施方式。与实施例一的区别在于，本实施中的多功能小型断路器的阻抗传感器包括三个用于采集信号的电流互感器和一个零序电流互感器，同时控制电路中还包括相位检出单元。图5是本实施例所述多功能小型断路器的内部结构示意图，图6是本实施例所述多功能小型断路器控制电路的原理框图。

如图5所示，所述多功能小型断路器包括：底座13，安装在底座13上的外壳1，所述外壳1和底座13均由绝缘材料制成；分别位于外壳1内部两端的输入接线座31和输出接线座32；与输入接线座31连接的静触头12；与输出接线座32连接的动触头11，所述动触头11的一端固定于外壳1内，另一端可活动，能与静触头12接触或断开(所述动触头11和静触头12与实施例一相同，即如图3中所示)；固定在外壳1内靠近底座13一侧的第一电流互感器21a、第二电流互感器21b、第三电流互感器21c，零序电流互感器22和控制电路24；固定在外壳1内远离底座13一侧的电磁脱扣器23和操作机构25，所述电磁脱扣器23包括固定在外壳1内的线圈、线圈内的铁芯(图中未示出)和与铁芯连接的推杆231；以及试验按钮34。本实施例中所述多功能小型断路器的操作机构25和电磁脱扣器23与实施例一中相同，在此不再赘述。

所述第一电流互感器21a、第二电流互感器21b、第三电流互感器21c的中心孔各穿过外接电路的三个相线中的一条，零序电流互感器22的中心孔同时穿过外接电路的相线和中性线；第一电流互感器21a、第二电流互感器21b、第三电流互感器21c各自采集一相的信号输入到控制电路24。

图6是本实施例所述多功能小型断路器控制电路的原理框图，所述控制电路包括：电源单元242，用于给控制电路的各功能单元供电；信号采集单元243，用于从所述电流互感器21和零序电流互感器22采集电压或电流信号；检测单元244，用于根据收到的电流信号或电压信号检测出过载、漏电、短路、过电压保护、欠电压故障并向执行单元输出控制信号；执行单元245，用于根据检测单元244的控制信号向所述电磁脱扣器23发出执行动作的信号。与实施例一不同之处在于，所述控制电路24中还包括相位检出单元246，用于检测断相故障并向执行单元245输出控制信号。

当三相交流电路中有一相断路时，本实施例中所述的多功能小型断路器的工作过程如下：通过第一电流互感器21a、第二电流互感器21b、第三电流互感器21c的三相中的某一相断相，例如，穿过第一电流互感器21a的相线断路，信号采集单元243从第一电流互感器21a得到信号，经过相位检出单元246，检出断相故障，向执行电路245输出控制信号，执行电路245输出信号使所述的电磁脱扣器23的线圈通电，产生电磁吸引力，线圈内的铁芯吸合，与铁芯相连的推杆231朝向锁扣3运动，带动连动杆251将锁扣3顶开，使跳扣4脱扣，同时操作机构25拉动动触头11与静触头12分离，从而将电路断开，起到断相保护的作用，断相故障排除后，扳动手柄5带动操作机构的连杆252使动触头11和静触头12重新接触，导通电路，同时带动锁扣3和跳扣4重新锁合。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。需要说明的是，本实用新型中的电磁脱扣器、零序电流互感器可以是目前漏电保护器中任一种配套件，操作机构也可以是现有的多功能小型断路器的操作机构的一种，也能实现本实用新型的目的，因此，现有漏电保护器或多功能小型断路器中的电磁脱扣器、零序电流互感器、操作机构与本实用新型的电流互感器、控制电路等其他部件组成的多功能小型断路器也在本实用新型的保护范围之内。

虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1、一种多功能小型断路器，包括固定于机壳内的操作机构；其特征在于，还包括：固定于机壳内阻抗传感器，所述阻抗传感器的中设有与被保护电路连接的导线；与阻抗传感器连接的控制电路；与控制电路的连接的电磁脱扣器；

所述阻抗传感器，用于采集被保护电路的电压或电流信号；所述控制电路，用于根据阻抗传感器所采集的信号检测出过载、漏电、短路、过电压保护、欠电压及断相故障，控制电磁脱扣器使操作机构脱扣；电磁脱扣器，用于根据控制电路的控制使操作机构脱扣；所述操作机构，用于在电磁脱扣器的控制下断开被保护电路或在手柄的带动下接通被保护电路。

2、根据权利要求1所述的多功能小型断路器，其特征在于，所述阻抗传感器包括分别与控制电路连接的零序电流互感器和电流互感器。

3、根据权利要求2所述的多功能小型断路器，连接于单相被保护电路，其特征在于，所述电流互感器设有穿过其中心孔的单相电路的相线，所述零序电流互感器设有穿过其中心孔的单相电路的相线和中性线。

4、根据权利要求2所述的多功能小型断路器，连接于三相被保护电路，其特征在于，所述电流互感器包括第一电流互感器、第二电流互感器和第三电流互感器，各设有穿过各自中心孔一条相线，所述相线分别来自三相电路的三相，所述零序电流互感器设有穿过其中心孔的三相电路的三条相线和一条中性线。

5、根据权利要求1～3任一项所述的多功能小型断路器，其特征在于，所述控制电路中包括：电源单元，信号采集单元，检测单元，执行单元；

电源单元，用于给所述控制电路的各功能单元供电；

信号采集单元，用于从所述阻抗传感器获得电压或电流信号；

检测单元，用于根据收到的电流信号或电压信号检测出过载、漏电、短路、过电压保护、欠电压故障向所述执行单元输出控制信号；

执行单元，用于根据所述检测单元的输出的控制信号向所述电磁脱扣器发出执行动作的信号。

6、根据权利要求5所述的多功能小型断路器，其特征在于，所述检测单元包括：

比较模块，用于将从信号采集单元收到的电流或者电压信号与设定值进行比较，产生过载、漏电、短路、过电压保护或欠电压故障信号并向所述放大模块输出；

放大模块，用于将收到故障信号放大并向所述延时模块输出；

延时模块，用于将放大后的信号延时输入到所述执行单元。

7、根据权利要求5所述的多功能小型断路器，其特征在于，所述控制电路还包括断相检出单元，用于根据收到的电流或电压信号检测出断相故障并向所述执行单元输出控制信号。

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