一種具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置的制作方法

專利名稱：一種具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種中低壓開關裝置或者是交流接觸器，更具體地說，涉及一種具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置的安全保護裝置。
背景技術：
空氣斷路器，又稱為自動空氣開關，是中低壓配電網絡中重要的控制和保護電器之一。當電路發生短路，嚴重過負荷以及電壓過低等故障時，它能自動切斷電路。其主要功能為對負荷側實現自動保護，自動開關是電器控制中的重要成員，它保護了千家萬戶的安全，但卻無法保護自身的故障，本方案使用特種絕緣高導熱性的陶瓷組成的傳感技術和物聯網通信技術解決了中、低壓電器自身保護難的問題。所述的中、低壓電壓等級是指6000V 及以下的電壓等級設備。
常用的低壓自動開關具有多種脫扣器，如特大短路瞬時動作脫扣器、過載延時脫扣器、短路延時脫扣器、欠壓脫扣器和分勵脫扣器等。每臺開關可裝設其中的幾種或全部。 合理地選擇和正確調整就能有選擇地、可靠地保護中、低壓配電線路和用電設備，以防止事故擴大和提高供電的可靠性。
也就是說，自動開關起到了保護其它電氣設備故障的功能。但如果因負荷或氧化、 環境等因素引起開關本身的接頭或觸點短路，接觸不良引起的發熱情況，在現有的開關中并沒有能夠進行有效的保護，這樣對運行中的電氣設備是極其不利的，不但會引起開關自身的損壞，同時易引起短路而影響鄰近線路或發生次生的事故，因此在運行中實現對自動開關本身的運行監測十分必要，尤其是電連接的觸頭。根據電連接理論可知
(1)、由于電接觸面的實際表面并不是光滑的，而是粗糙的、凹凸不平的。接觸時， 接觸元件的粗糙表面將刺破表面氧化層，建立金屬接觸的導電路徑。
(2)、實際中必須考慮的因素有氧化(污染)，接觸表面存在的雜質、塵土或其他污染物。
(3)、氧化是賤金屬中氧含量增大的化學過程，氧化的結果是賤金屬或賤基失去電子。金屬與金屬的接觸中，接觸面內的氧化反應被公認為機械連接器最為嚴重的。
0)、腐蝕是金屬和周圍環境發生的化學或電化學反應，它引起金屬一些可察覺的改變，使金屬材料的性能和功能惡化。
觸頭的失效機理，如圖1所示，使用中的氧化、污染等原因造成觸頭的溫度升高， 觸頭發生熱膨脹，引發觸頭發生熱彈性松脫或微動。其中，觸頭熱彈性松脫會造成觸頭的蠕變應力松弛，引發氧化腐蝕，同時觸頭電阻增大；觸頭微動同樣會造成觸頭電阻增大。而觸頭電阻增大又加重了觸頭的溫度升高，進入惡性循環。
為了解決上述問題，中國發明專利申請號200710308369，公開了一種空氣斷路器的保護裝置，包括溫度檢測部、微控制器、脫扣線圈。溫度檢測部通過溫度傳感器檢測空氣斷路器的溫度；微控制器將溫度檢測部所檢測的溫度與預設的基準溫度進行比較，從而判斷空氣斷路器有無誤動作可能性；若微控制器判斷為存在誤動作可能性，脫扣線圈根據微控制器的控制切斷提供給負載的電源。
而此申請并未就溫度檢測部的具體結構進行說明，只在其說明書第6頁第2自然段中指出“上述多個溫度檢測部230-1、230-2分別將溫度傳感器(未圖示)連接在，空氣斷路器向負載供電用的R、S、T、N相的電源線、觸點等各種發熱源；”。上述技術方案相當于將溫度傳感器直接安裝在電源線樁頭、觸點等各種發熱源上，用于檢測溫度。
上述裝置雖然給出了利用檢測溫度的方法對斷路器進行保護的概念，但其依然存在以下缺陷
如果將溫度傳感器直接連接于觸頭的接合處附近，由于動、靜觸頭在合閘的巨大沖擊力下極易損壞溫度傳感器(振碎或變形)。
因為傳感器是以正常工作環境設計的一種極其精密的器件，并不能承受開關的動觸頭1-2的沖擊敲震。無論傳感器安裝在主觸頭附近的任何位置，由于是直接接觸，這樣安裝均會對溫度傳感器帶來影響，在發生振動后松動減少了接觸面而影響溫度采集的精度， 要么振動沖擊造成傳感器破損。當傳感器因振動損壞時，會造成絕緣層的破壞，而將傳感器的信號與強電回路發生接觸，從而會導致主觸頭的接地短路或相間短路事故，而將本來的目的是保護斷路器反而引發了事故的發生，因為有些開關是需要頻繁地開合的，極易造成傳感器的損壞，因此直接將傳感器連接于觸頭處是非常危險的一種設計。而該專利申請的目的是實現保護斷路器的目的，而其技術方案卻存在傳感器損壞，造成斷路器的接地和短路事故的潛在危險，并沒有真正解決其所期望解決的技術問題。
再者，目前的傳感器一般最高只能承受1500V左右的電壓，而相對于中低壓斷路器的范圍往往遠高于1500V，甚至達到6000V的高電壓。即使采用此類傳感器，勢必要增加溫度傳感器外層的絕緣防護強度和體積，這樣在實際工程難以安裝和實施。
結合上述專利申請與現有技術中的最優質的傳感器，將其運用到實際工程中，僅停留在理論階段，并不能真正地實施到實際的工程設計方案中。并且，將傳感器直接運用至中、高電壓的設備上，也是本領域至今為止未能解決的重大技術問題。發明內容
本發明的目的是解決以上提出的問題，提供一種對自動開關的觸頭進行溫度監測，監測結果準確，結構簡單可行，能夠實現自我保護的具有觸頭回路發熱保護裝置的自動開關。
本發明的技術方案是這樣的
一種具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置，所述開合電器裝置為中低壓電壓等級，所述的中低壓電壓等級為6000V及以下；所述開合電器裝置包括開合裝置的本體與過電流脫扣保護裝置，在電源開合裝置的觸頭上安裝有由高導熱絕緣體(the insulation heat conduction以下簡稱I. H. C)制成的溫度采集組件，溫度采集組件與測溫裝置連接，測溫裝置與溫控執行裝置連接，溫控執行裝置與電源連接；所述的高導熱絕緣體的導熱系數不小于50W/m · k，電絕緣擊穿強度不小于10KV/mm。
作為優選，所述的溫度采集組件安裝在電源開合裝置的靜觸頭上或電源側的接線端子附近。
作為優選，所述的溫度采集組件是由氮化鋁陶瓷或氧化鈹陶瓷或氮化硼(六方)陶瓷或氮化鋁復合聚合物或碳纖維復合聚合物制成的高導熱絕緣元件。
作為優選，所述的測溫裝置與溫度采集組件的無電側連接，測溫裝置由溫度傳感器或熱電偶或溫度開關和溫控執行裝置組成。
作為優選，所述的溫度采集組件不與觸頭接觸的另一面安裝有絕緣隔熱板，所述的絕緣隔熱板導熱系數不大于0. 15ff/m · k。
作為優選，所述的隔熱板安裝在開關的架體與溫度采集組件之間。
作為優選，測溫裝置還與通信組件連接，所述的通信組件是有線通信裝置、電力線載波裝置或無線通信裝置的一種或幾種。
作為優選，所述的電力線載波裝置是電力線載波調制器與解調器，若測溫裝置與電力線載波調制器連接，電力線載波調制器接入電力線，解調器與電力線載波調制器接入在同一電力線網絡內，進行信號接收；所述的無線通信裝置可以是藍牙、Zigbee或GPRS通信方式。
作為優選，溫控執行裝置的電源通過本開合裝置的低壓電力線或干電池進行供應連接。
作為優選，溫控執行裝置包括脫扣跳閘機構和/或聲光報警器。
作為優選，溫控執行裝置還包括檔位轉換開關，可選擇地連接跳閘機構或聲光報目命O
作為優選，所述的電源開合裝置可以是斷路器、自動開關、交流接觸器或隔離開關
發明的有益效果如下
蓄能彈簧產生高強度敲擊的動觸頭1-2沖擊力高達2. 5-lOkg/cm2，將測量目標點轉移的方法來保證溫度傳感器得以可靠地工作。本發明采用高強度絕緣耐壓15KV/mm的導熱材料制成的溫度采集組件將溫度測量體加以物理延長，轉換測量點，在并不影響準確值的情況下轉移測量的目標點，使得使用常規溫度傳感器不加以任何改造，即可靠穩定地工作，從而實現了對電氣裝置觸頭溫度的測量，使得自動開關能夠得到可靠的安全保護。
本發明的創造性在于，采用了一種使用橋接過渡取樣技術的方法，使用了絕緣性能極好(絕緣耐壓強度大于15KV/mm)的導熱材料氮化鋁陶瓷(導熱系數大于170W/m. k) 進行溫度傳遞，相當于由一個導熱性極好的絕緣來導熱，再使用溫度傳感器在無電側監測的方法。在本發明的技術方案中，高導熱絕緣材料的應用是本技術必不可少且最為關鍵的部件，但在現有技術中不存在將其運用至采用橋接技術進行測溫的技術方案。
背景技術：
中所引用的專利申請僅描述了一個概念，其技術方案并沒有達到可以具體實施和進行現場工程使用的可行性，也不存在本發明所述的將絕緣高導熱材料采用橋接技術運用到本領域進行測溫的啟示。由于普通的工程塑料的熱導率為0. 2W/m. k左右，而且本發明所要解決的問題是本領域內至今為止未能解決的重大技術問題，因此本發明的技術方案自然不是本領域內解決該問題的慣用技術手段。
因此，所述的技術方案是對實際工程創造性的技術革新，解決本領域內至今為止未能解決的重大技術問題，而且非顯而易見，具備突出的實質性特點和顯著的進步的。
本發明同時使用溫度開關，降低實際中的成本，通信裝置使用無線通信經Zigbee 等方式同時也可以根據現場情況，使用電力載波通信網絡，這樣可以省下控制信號線并減少現場的安裝成本。
本裝置特別適用于防爆電器中，可以大大提高供電的可靠性，防止在石化、核電廠、煤礦因發熱故障造成突然停電而影響生產的安全，是空氣自動開關、接觸器、隔離開關等必不可少的一種安全保護裝置。本方案可及時發現設備的早期故障而減少事故及停電的概率及設備損壞而造成的損失，對交通、工業、生產中電氣設備的安全，可靠運行起到必要的監測作用。


圖1是現有技術的自動開關的觸頭的失效機理示意圖2是本發明一個實施例的結構示意圖中1-1是靜觸頭，1-2是動觸頭，2是溫度采集組件，3是隔熱板，4是測溫線，5 是測溫裝置，6是溫控執行裝置，7是通信組件，8是遠端接收與控制中心，9是低壓電力線， 10是電源，11是手動脫扣機構，12是電動脫扣機構，13是架體。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施例進行進一步詳細說明
本發明的主題所述的電源開合裝置為中低壓電壓等級的電壓等級設備，所述的中低壓電壓等級為6000V及以下；本發明所述的電源開合裝置包括斷路器、自動開關、交流接觸器或隔離開關等具有電路過載保護功能的裝置。
如圖2所示的一種具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置，包括電源開合裝置本體與過電流脫扣保護裝置。電源開合裝置的觸頭上安裝有由絕緣高導熱體制成的溫度采集組件2，溫度采集組件2與測溫裝置5連接，測溫裝置5與溫控執行裝置6連接，溫控執行裝置6與電源10連接。測溫裝置5用于讀取溫度采集組件2傳導的溫度，并發送至溫控執行裝置6，通過溫控執行裝置6的判斷，作出相應的控制動作。溫控執行裝置6與電源 10通過低壓電力線9進行連接。所述的絕緣高導熱體的導熱系數不小于50W/m · k。
所述的溫度采集組件2是由氮化鋁陶瓷或氧化鈹陶瓷或氮化鋁復合聚合物或碳纖維復合聚合物制成的高導熱絕緣元件。本實施例中，將絕緣熱導材料，如氮化鋁、氧化鈹陶瓷的矩型材料緊貼于自動開關(或交流接觸器)的靜觸頭1-1的銅件處，也可以使用導熱膏粘合、以絕緣高導熱體來感知發熱導體的運行溫度，本實施例中，絕緣導熱材料采用的氮化鋁產自福建華清電子材料科技有限公司，種類號=AIN(D)，主要性能指標抗電強度彡17kv/mm ；抗彎強度彡330Mpa ；熱導率彡170ff/m · k。所述的測溫裝置5由溫度傳感器或熱電偶和溫度控制儀或溫度開關組成測量元件。實施例中，所述的測溫裝置5直接連接于溫度采集組件2即I · H · C氮化鋁陶瓷上的無電側，測溫裝置5選用線性溫度傳感器型號HN82型線性溫度傳感器(大連和華電氣制造公司)或環氧型B3435(杭州科納傳感器件有限公司)，或熱電偶型號K型(杭州科納傳感器件有限公司)，或溫度開關型號為 KSD-9700，廣東東莞凱恩電子科技有限公司生產，溫度控制儀(例如余姚開拓溫度儀表廠， 型號TED)。但實際的熱傳遞過程中，存在少量的熱量損耗。因此需根據現場采集導熱體的形狀和長度來修正測溫裝置5采集到的數據，即對測溫線4處的溫度和靜觸頭1-1的實際溫度進行溫度修正后，確定溫控執行裝置6的啟動溫度值。
所述的溫度采集組件2安裝在電源切換裝置的靜觸頭1-1上或電源10側的接線端子附近。溫度采集組件2不與觸頭接觸的另一面安裝有絕緣隔熱材料制成的隔熱板3。 所述的絕緣隔熱板3導熱系數不大于0. 15ff/m · k。所述的隔熱板3安裝在開關的架體13 與溫度采集組件2之間。
本實施例中，隔熱板3采用環氧樹脂或低導熱系數的石棉紙、石棉襯墊、石棉布、 石棉絕熱帶組成。玻璃棉熱導率為0. 041w/m · k，玻璃纖維材料熱導率為0. 035w/m · k，均是性能良好的絕緣隔熱材料。
溫控執行裝置6包括跳閘機構和/或聲光報警器。根據實際使用場合，可以選擇溫控執行裝置6的組成機構，可以只包含跳閘機構或聲光報警器其中之一，也可以包括跳閘機構和聲光報警器兩個組成機構。當溫控執行裝置6包括跳閘機構和聲光報警器兩個組成機構，還可以設置檔位轉換開關，分別連接跳閘機構、聲光報警器，用于選擇其工作模式。 跳閘機構可以是手動脫扣機構11或電動脫扣機構12。采用電動脫扣機構12，則能自動完成跳閘動作；如選擇聲光報警工作模式，則可以選用手動脫扣機構11與其進行配合使用， 實現手動保護效果。實施例中，所述的聲光報警器可以采用江蘇省興化市華興機電公司生產，型號為SFM-27的電子蜂鳴器。溫控執行裝置6的電源通過本開合裝置的低壓電力線9 或干電池進行供應連接。
測溫裝置5還與通信組件7連接，所述的通信組件7是有線通信裝置、電力線載波裝置或無線通信裝置的一種或幾種。
通信組件7運用的通信方式可以是
1)有線的方式傳輸，可以是電源將遙測、遙信信號傳向遠端接收與控制中心8。
2)無線方式可以使用無線傳感器網絡如ZigBee，(型號為STM-32W，MXCHIP公司生產)Wi-Fi方式進行傳輸。
3)使用電力線載波調制解調器型號PLC-200深圳市奧碩通信技術有限公司生產進行傳輸，即所述的通信組件7是電力線載波調制器與解調器，測溫裝置5與電力線載波調制器連接，電力線載波調制器接入電力線，解調器與電力線載波調制器接入在同一電力線網絡內，進行信號接收。
根據實際使用情況，可以選擇上述的一種通信模式，或者多種通信模式同時使用， 以保證通信質量，提高連續無故障工作時間。
遠端接收與控制中心8，可將儲備的自動開關溫度監測值的運行歷史數據進行分析比較，及時發現事故隱患，以及在不同負荷電流下的正常溫度數據，如數據及時報警。
設定啟動溫度值為T，經溫度修正Δ T后，設定測溫裝置5的溫度為Tl，則溫控執行裝置6在Tl+Δ T時進行動作。如果觸頭發熱到一定溫度，溫控執行裝置6根據測溫裝置 5的數據進行動作，當觸頭是閉合的，使開關跳閘。也可以設計成報警式。如果自動開關為簡單型，設定為本地報警則啟動聲光報警器，例如本地蜂鳴器報警；如果自動開關為安全要求較高的，則測溫裝置5將報警信號送入通信組件7，進行通信發送傳輸信號。
本發明特別適用于，由于發熱引起觸頭熔化短路，造成連環事故的場所，包括化工、石化、煤炭、電廠、加油站、船艦工業等，或者重要負荷、環境有煙霧、可燃易爆氣體等場合，同樣適用。
以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域中的普通技術人員來說，在不脫離本發明核心技術特征的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改7進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置，所述開合電器裝置為中低壓電壓等級，所述的中低壓電壓等級為6000V及以下；所述開合電器裝置包括開合裝置的本體與過電流脫扣保護裝置，其特征在于，在電源開合裝置的觸頭上安裝有由高導熱絕緣體 (the insulation heat conduction，簡稱I. H. C)制成的溫度采集組件(2)，溫度采集組件 (2)與測溫裝置(5)連接，測溫裝置(5)與溫控執行裝置(6)連接，溫控執行裝置(6)與電源(10)連接；所述的高導熱絕緣體的導熱系數不小于50W/m · k，電絕緣擊穿強度不小于 10KV/mm。
2.根據權利要求1所述的具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置，其特征在于，所述的溫度采集組件⑵安裝在電源開合裝置的靜觸頭(1-1)上或電源(10)側的接線端子附近。
3.根據權利要求1所述的具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置，其特征在于，所述的溫度采集組件( 是由氮化鋁陶瓷或氧化鈹陶瓷或氮化硼陶瓷(六方)或氮化鋁復合聚合物或碳纖維復合聚合物制成的高導熱絕緣元件。
4.根據權利要求1所述的具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置，其特征在于，所述的測溫裝置( 與溫度采集組件( 的無電側連接，測溫裝置(5)由溫度傳感器或熱電偶或溫度開關和溫控執行裝置(6)組成。
5.根據權利要求1或2所述的具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置，其特征在于，所述的溫度采集組件( 不與觸頭接觸的另一面安裝有絕緣隔熱板(3)，所述的絕緣隔熱板(3)的導熱系數不大于0. 15ff/m · k。
6.根據權利要求4所述的具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置，其特征在于，所述的隔熱板⑶安裝在開關的架體(1 與溫度采集組件(2)之間。
7.根據權利要求1所述的具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置，其特征在于，測溫裝置(5)還與通信組件(7)連接，所述的通信組件(7)是有線通信裝置、電力線載波裝置或無線通信裝置的一種或幾種。
8.根據權利要求7所述的具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置，其特征在于，所述的電力線載波裝置是電力線載波調制器與解調器，若測溫裝置(5)與電力線載波調制器連接，電力線載波調制器接入電力線，解調器與電力線載波調制器接入在同一電力線網絡內，進行信號接收；所述的無線通信裝置可以是藍牙、Zigbee或GPRS通信方式。
9.根據權利要求1所述的具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置，其特征在于，溫控執行裝置(6)的電源通過本開合裝置的低壓電力線(9)或干電池進行供應連接。
10.根據權利要求1所述的具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置，其特征在于，溫控執行裝置(6)包括脫扣跳閘機構和/或聲光報警器。
11.根據權利要求10所述的具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置，其特征在于，溫控執行裝置(6)還包括檔位轉換開關，可選擇地連接跳間機構或聲光報警器。
12.根據權利要求1所述的具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置，其特征在于，所述的電源開合裝置可以是斷路器、自動開關、交流接觸器或隔離開關。
全文摘要
本發明涉及一種具有主觸頭回路發熱保護裝置的電源開合裝置，所述開合電器裝置為中低壓電壓等級，所述的中低壓電壓等級為6000V及以下；所述開合電器裝置包括開合裝置的本體與過電流脫扣保護裝置，在電源開合裝置的觸頭上安裝有由高導熱絕緣體(the insulation heat conduction以下簡稱I.H.C)制成的溫度采集組件，溫度采集組件與測溫裝置連接，測溫裝置與溫控執行裝置連接，溫控執行裝置與電源連接；所述的高導熱絕緣體的導熱系數不小于50W/m·k，電絕緣擊穿強度不小于10KV/mm。本發明所述的電源開合裝置對觸頭進行溫度監測，監測結果準確，結構簡單可行，能夠實現自我保護。
文檔編號H01H71/14GK102522270SQ20111042625
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者張健 申請人:張健