專(zhuān)利名稱(chēng)：預(yù)防電氣火災(zāi)保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于消防產(chǎn)品中予防電氣火災(zāi)的繼電保護(hù)領(lǐng)域。
火，是人類(lèi)走向文明的基礎(chǔ)，是人類(lèi)賴(lài)以生存的根本，但失控的大火每年也要吞噬人類(lèi)無(wú)數(shù)的生命和財(cái)產(chǎn)。隨著人類(lèi)向文明的邁進(jìn)，自動(dòng)化程度的日益提高，在全球范圍內(nèi)，電器設(shè)備、電氣線(xiàn)路故障所引起的重大、特大火災(zāi)，正在以驚人的速度上升，已引起世界各國(guó)的極大關(guān)注和不安。
在現(xiàn)有的公知技術(shù)中，對(duì)電氣線(xiàn)路或設(shè)備的保護(hù)，有過(guò)電壓保護(hù)器、漏電保護(hù)器；對(duì)于線(xiàn)路或設(shè)備運(yùn)行電流的檢測(cè)和保護(hù)，基本上都是互感器式、雙金屬片式。
其缺陷在于1、沒(méi)有定型的專(zhuān)門(mén)為預(yù)防電氣火災(zāi)而設(shè)計(jì)的保護(hù)裝置，雖有的有單項(xiàng)功能，但不能完全適應(yīng)預(yù)防電氣火災(zāi)的要求，且不全面。
2、在過(guò)電流保護(hù)中，對(duì)于線(xiàn)路所通過(guò)電流值的采樣，互感器式的缺陷在于受磁滯、磁飽和、傅里葉特性曲線(xiàn)的影響，輸出的信號(hào)不能真實(shí)的反映線(xiàn)路實(shí)際通過(guò)的電流，直接影響了互感器式過(guò)電流保護(hù)器的精度和可靠性。
而雙金屬片式的過(guò)電流保護(hù)器，由于是采用電流加熱后，不同膨脹系數(shù)的金屬材料發(fā)生彎曲的物理特性進(jìn)行工作的。因此，既受外界環(huán)境溫度影響，又會(huì)在幾次大電流的沖擊下，使雙金屬片的內(nèi)部金相結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，而使動(dòng)作特性無(wú)法回到原整定值上，且動(dòng)作時(shí)間太長(zhǎng)，按國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，1.25倍額定電流時(shí)，冷態(tài)2小時(shí)內(nèi)分?jǐn)嚯娏鳎懿荒苓m應(yīng)預(yù)防電氣火災(zāi)的要求。
3、在故障發(fā)生后，均不能明確的記憶和指示分?jǐn)嚯娐返墓收显颉?br>
4、也有一些電子消防專(zhuān)用設(shè)備，如煙霧報(bào)警、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)；溫度報(bào)警、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，都是一些消極的被動(dòng)的“消”，是在火災(zāi)發(fā)生之后，且發(fā)展到一定程度，才能有所反映，而不能積極主動(dòng)的將電氣火災(zāi)預(yù)防和消滅在發(fā)生之前。
本實(shí)新型的目的在于將電器設(shè)備和電氣線(xiàn)路中所發(fā)生的可能引發(fā)電氣火災(zāi)的過(guò)電流、短路、過(guò)電壓、漏電等故障，快速、自動(dòng)切斷在電氣火災(zāi)發(fā)生之前，并對(duì)造成切斷電路的故障原因給予明確的區(qū)分、記憶和指示。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的方法是將電壓檢測(cè)及過(guò)電壓指令輸出部份，即圖5-單元電路B1；漏電檢測(cè)、漏電指令輸出部份，即圖6--單元電路B2；電流信號(hào)采樣部份，即圖7--單元電路B3；電流信號(hào)比較部份，即圖8--單元電路B4；過(guò)電流故障的確認(rèn)、過(guò)電流指令輸出部份，即圖9--單元電路B5；高倍電流短路的后備保護(hù)部份，即
圖10--單元電路B6等四種可能引發(fā)電氣火災(zāi)的故障，輸出指令或直接給予保護(hù)。輸出的過(guò)電壓、漏電、過(guò)電流信號(hào)送往邏輯指令部份，即圖3--單元電路A2，并推動(dòng)執(zhí)行部份，即圖2--單元電路A1，達(dá)到分?jǐn)嚯娐返哪康摹＿^(guò)電壓信號(hào)并同時(shí)送往過(guò)電壓故障記憶、指示部分，即圖11--單元電路C1進(jìn)行記憶和指示。漏電信號(hào)并同時(shí)送往漏電故障記憶、指示部份，即12--單元電路C2進(jìn)行記憶和指示。過(guò)電流故障信號(hào)并同時(shí)送往過(guò)電流故障記憶、指示部份，即圖13--單元電路C3進(jìn)行記憶和指示。同時(shí)配合為因故障而分?jǐn)嚯娐泛蟮挠洃洝⒅甘咎峁┑碾娫床糠荩磮D14--單元電路D；為集成塊提供正常工作電源部份，即圖15--單元電路D2；記憶清零，圖16--單元電路E1部份；整機(jī)試驗(yàn)，圖17--單元電路E2等單元電路以積木塊的形式有機(jī)的組合在一起，構(gòu)成了一個(gè)同時(shí)具有過(guò)電壓保護(hù)及記憶指示；漏電保護(hù)及記憶指示；過(guò)電電流保護(hù)及記憶指示；短路保護(hù)等四種功能。對(duì)過(guò)電壓、漏電、過(guò)電流、短路可能引發(fā)電氣火災(zāi)的故障在發(fā)生后，還未有達(dá)到引發(fā)火災(zāi)之前，即自動(dòng)分?jǐn)嘀骰芈罚袛喙收显?，達(dá)到有效預(yù)防電氣火災(zāi)之目的。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于優(yōu)點(diǎn)在于將四種保護(hù)功能有機(jī)的組合在一起，減少購(gòu)買(mǎi)保護(hù)裝置的投資、占用空間、接線(xiàn)和能源消耗。
積極效果在于1、改變了對(duì)電流信號(hào)取樣的國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的互感器式或雙金屬片等模式，以歐姆定律V＝IR的原理，構(gòu)成了一種忠實(shí)的線(xiàn)性的反映線(xiàn)路實(shí)際流過(guò)電流的采樣方法。
2、提供了一種將從交流高電壓直接取出的電流信號(hào)送入低壓直流運(yùn)行的集成電路塊去進(jìn)行運(yùn)算、比較、判斷的方法，并將RC對(duì)數(shù)式反時(shí)限延時(shí)特性引入到預(yù)防電氣火災(zāi)的繼電保護(hù)領(lǐng)域中來(lái)，達(dá)到了既能有效的避開(kāi)用電設(shè)備的起動(dòng)電流，又能在過(guò)電流故障發(fā)生后，還沒(méi)有引起電路過(guò)熱時(shí)，即可有效的切斷故障電路。
3、對(duì)各種故障造成保護(hù)器自動(dòng)分?jǐn)嚯娐泛?，能有明確的區(qū)分和指示，讓維修人員可以盡快的查明故障；讓使用人員明白今后使用中應(yīng)注意的方面。讓保護(hù)器具備了一定的智能。
4、解決了繼電保護(hù)領(lǐng)域中令人頭痛的短路電流發(fā)生后而經(jīng)常出現(xiàn)的觸頭熔粘、燒死、損壞，以至不能分?jǐn)嚯娐罚l(fā)更大范圍的故障，直至導(dǎo)致電氣火災(zāi)的問(wèn)題，將高倍短路的后備保護(hù)，直接引入保護(hù)器內(nèi)部。
以附圖的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為積木式電氣原理方框圖。
圖2為執(zhí)行部分，單元電路積木塊A1電氣原理圖。
圖3為邏輯指令部分，單元電路積木塊A2電氣原理圖。
圖4為正常工作指示部分，單元電路積木塊A3電氣原理圖。
圖5為電壓檢測(cè)及過(guò)電壓指令輸出部分，單元電路積木塊B1電氣原理圖。
圖6為漏電檢測(cè)、漏電指令輸出部分，單元電路積木塊B2電氣原理圖。
圖7為電流信號(hào)采樣部分，單元電路積木塊B3電氣原理圖。
圖8為電流信號(hào)比較部分，單元電路積木塊B4電氣原理圖。
圖9為過(guò)電流故障確認(rèn)，過(guò)電流指令輸出部分，單元電路積木塊B5電氣原理圖。
圖10為后備保護(hù)--高倍短路部分，單元電路積木塊B6電氣原理圖。
圖11為過(guò)電流故障記憶、指示部分，單元電路積木塊C1電氣原理圖。
圖12為漏電故障記憶、指示部分，單元電路積木塊C2電氣原理圖。
圖13為過(guò)電流故障記憶、指示部分，單元電路積木塊C3電氣原理圖。
圖14為故障記憶、指示電源部分，單元電路積木塊D1電氣原理圖。
圖15為集成塊工作電源部分，單元電路積木塊D2電氣原理圖。
圖16為故障記憶清零部分，單元電路積木塊E1電氣原理圖。
圖17為整機(jī)試驗(yàn)部分，單元電路積木塊E2電氣原理圖。
圖18為總體電氣原理圖。
現(xiàn)以圖18，總體電氣原理圖對(duì)各功能部分工作原理，按附圖的順序加以說(shuō)明。
單元電路A1為執(zhí)行部分，是由脫扣線(xiàn)圈H、晶閘管3CT4、電容C5、電阻R7構(gòu)成。正常工作情況下，H被3CT4閘斷，沒(méi)有工作電流，從而保持了主回路不被切斷。C5和R7構(gòu)成了3CT4的控制極阻容抗干擾吸收回路。單元電路A2為或邏輯門(mén)，由集成電路IC3的三個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端組成。正常工作情況下，輸入端和輸出端均為邏輯零。只有當(dāng)某種故障發(fā)生，并發(fā)出了停機(jī)指令時(shí)，其相應(yīng)的輸入端有邏輯1輸入，輸出端也相應(yīng)的有1邏輯輸出，此信號(hào)打開(kāi)3CT4控制極，脫扣線(xiàn)圈H得電而分?jǐn)嘀骰芈贰?br>
單元電路A3為正常工作指示部分，由發(fā)光二極管LED4、整流二極管D4、限流電阻R6組成。正常工作時(shí)，LED4經(jīng)D4整流，R6限流而點(diǎn)燃。發(fā)生故障后，由于斷電而熄滅。單元電路B1為電壓檢測(cè)及過(guò)電壓指令發(fā)出部分，由電阻R8、電位器RW1、穩(wěn)壓二級(jí)管DW1、開(kāi)關(guān)二極管D3和電容C6組成。由R8、RW1構(gòu)成分壓，通過(guò)調(diào)整RW1，使DW1的輸出端為邏輯零。當(dāng)線(xiàn)路電壓超出設(shè)定的允許值時(shí)，分壓點(diǎn)的電位高于穩(wěn)壓管DW1的齊納電位而出現(xiàn)雪崩效應(yīng)，DW1輸出端變?yōu)檫壿?，這就是過(guò)電壓指令。此指令分兩路，一路經(jīng)單元電路A2，控制單元電路A1，分?jǐn)嘀骰芈罚涣硪宦匪腿雴卧娐稧1對(duì)過(guò)電壓故障進(jìn)行記憶和指示。C6為抗干擾吸收電容。
單元電路B2為漏電流檢測(cè)及指令輸出部分，由零序電流互感器L、電容G10、C11和二極管D7、D8、D9、D10組成。正常情況下，穿過(guò)L的兩根導(dǎo)線(xiàn)上流過(guò)的電流相等，方向相反，因而在L上所感應(yīng)出的磁場(chǎng)矢量和等于零，D9、D10無(wú)信號(hào)，輸出為零邏輯。當(dāng)線(xiàn)路或設(shè)備出現(xiàn)漏電故障時(shí)，漏電電流通過(guò)大地或人體構(gòu)成了另一條回到變壓器中性點(diǎn)的回路，從而使穿過(guò)L的兩根導(dǎo)線(xiàn)上方向相反的電流值出現(xiàn)了差額。這個(gè)不等于零的交變磁場(chǎng)切割L上的繞組，使D9、D10有信號(hào)輸出，這就是漏電指令，一路經(jīng)單元電路A2、A1分主斷回路；一路送單元電路C2，對(duì)漏電故障進(jìn)行記憶和指示。C10、G11是抗干擾吸收電容。
單元電路B3為電流信號(hào)采樣部分，由一段普通的正常導(dǎo)體構(gòu)成。U＝IR，歐姆定律告訴我們?cè)陔娮枳柚挡蛔兊那闆r下，電壓與流過(guò)電路中的電流成正比。設(shè)該段采樣導(dǎo)線(xiàn)的阻值為1mΩ，流過(guò)該段導(dǎo)體上的電流為10A，則U＝IR＝10mV；阻值不變，I＝11A，則U＝11mV。這個(gè)既簡(jiǎn)單而又非常忠實(shí)反映實(shí)際通過(guò)該段導(dǎo)體電流值的線(xiàn)性信號(hào)，送到單元電路B4進(jìn)行分析、比較。由于在電路設(shè)計(jì)時(shí)，采樣導(dǎo)體的溫度系數(shù)和IC塊的溫度系數(shù)取互補(bǔ)，從而達(dá)到溫度穩(wěn)定性。
單元電路B4，為對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行分析、判斷部分，由集成塊IC1、電阻R10、電位器RW2和二極管D6組成。當(dāng)主回路流過(guò)的電流值低于或等于我們的設(shè)定值時(shí)，D6輸出端為邏輯零。當(dāng)主回路流過(guò)的電流值超出我們的設(shè)定值時(shí)，D6輸出端有經(jīng)高倍放大后的正電位輸出。這個(gè)輸出的正電位幅值，將始終與流過(guò)主回路的電流值成正比。RW2對(duì)主回路允許流過(guò)的電流值給予準(zhǔn)確的設(shè)定。
單元電路B5為過(guò)電流故障確認(rèn)和指令輸出部分，由集成塊IC2、電阻R11、R12、R13、R14、開(kāi)關(guān)二極管D2和電容C9組成。當(dāng)出現(xiàn)過(guò)電流故障后，單元電路B4輸出的信號(hào)，經(jīng)R11限流，給C9充電，以對(duì)數(shù)式反時(shí)限特性，提供了對(duì)過(guò)電流故障的確認(rèn)、延時(shí)，從而有效的避開(kāi)了各種用電設(shè)備的起動(dòng)電流沖擊。當(dāng)C9的電位上升到由R13、R14構(gòu)成的分壓門(mén)電位時(shí)，IC2翻轉(zhuǎn)，有邏輯1指令輸出。此指令一路經(jīng)單元電路A2、A1控制分?jǐn)嘀骰芈?，一路送單元電路積木塊C3，對(duì)主回路的過(guò)電流故障給予記憶和指示。R12為C9的放電電阻。
單元電路B6為高倍短路后備保護(hù)部分，由主回路設(shè)定允許電流值10倍左右的熔斷管RS及其相應(yīng)卡、座組成。目的在于1、當(dāng)供電電網(wǎng)容量足夠大而供電線(xiàn)路內(nèi)阻足夠小的情況下，發(fā)生直接短路時(shí)，可以認(rèn)為短路電流足夠大，任何具有分?jǐn)鄼C(jī)構(gòu)和觸頭的裝置，都不能保證不被熔粘而可靠的分?jǐn)?。只有?ài)迪生1879年發(fā)明的熔斷體，能夠可靠的保證分?jǐn)嚯娐?，而不致造成大面積的導(dǎo)線(xiàn)起火。
2、以銅材作熔體材料時(shí)，額定電流為10A的熔體，直流電阻為0.0143Ω，鉛、錫合金阻值更高。運(yùn)行電壓220V，電流10A，功耗1.43W，如果使用100A額定容量的熔體，其直流電阻為0.000B2Ω，運(yùn)行在10A的情況下，其功耗為0.082W，僅為原功耗5.7％，節(jié)電94.3％。
3、更為重要的是當(dāng)10A額定電流的熔體，在10A電流通過(guò)的情況下運(yùn)行，熔體發(fā)熱，極易氧化、老化，經(jīng)常發(fā)生熔斷。同時(shí)也極易造成卡、座、接線(xiàn)柱，直至外殼的發(fā)熱、氧化、老化、燒焦而無(wú)法使用。而當(dāng)額定容量為100A的熔體在10A的電流的情況下運(yùn)行，上述故障發(fā)生的機(jī)率就似乎等于零。
4、減少了多種設(shè)備安裝所占用的空間，給接線(xiàn)、維修和使用都帶來(lái)了極大的方便。
單元電路C1為過(guò)電壓故障記憶及指示部分，由發(fā)光二極管LED1、晶閘管3CT1、電容C2和電阻R3組成。當(dāng)過(guò)電壓信號(hào)經(jīng)B1單元電路輸出，送到3CT1、控制極而打開(kāi)晶閘管，過(guò)電壓指示燈LED1，點(diǎn)燒。當(dāng)主回路分?jǐn)嗪?，過(guò)電壓信號(hào)消失，但由于流過(guò)，晶閘管的電流大于其維持電流而保持繼續(xù)導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)了電路分?jǐn)嗪蟮挠洃浌δ?。R3為抗干擾吸收回路。
單元電路C2為漏電故障指示及記憶部分，由發(fā)光二級(jí)管LED2、晶閘管3CT2電容C3和電阻R4組成。工作原理同C1單元電路。
單元電路C3為過(guò)電流故障指示及記憶部分，由發(fā)光二極管LED3、晶閘管3CT3、電容C4、電阻R5組成。工作原理同C1單元電路。
單元電路D1為故障指示、記憶部分提供工作電源部分，由整流二極管D1、電容C1和電阻R1、R2組成。正常工作時(shí)，交流電源經(jīng)D1整流，C1濾波，R1限流。當(dāng)某故障記憶指示部分導(dǎo)道后，由R1限流后的電流即流過(guò)相應(yīng)的LED而使其發(fā)光指示。
D2為集成電路IC1、IC2、IC3提供工作電源的單元電路，由電容C7、C8、整流二極管D5、電阻R9和穩(wěn)壓二級(jí)管DW2組成。C7限流、降壓；R9抗沖擊、鉗位；D5整流；DW2穩(wěn)壓；C8濾波構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電源。
單元電路E1為故障記憶清零部分，由AN1構(gòu)成，當(dāng)排除故障后按AN1，則切斷所有故障記憶指示單元的電流回路，相應(yīng)的晶閘管恢復(fù)到關(guān)斷狀態(tài)，達(dá)到故障記憶清零的目的。
單元電路E2為整機(jī)試驗(yàn)部分，由AN2和電阻R15組成，當(dāng)按AN2時(shí)，由R15限流，提供了一個(gè)人為的模擬漏電電流，用以檢驗(yàn)整機(jī)的工作是否正常。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的最好方式是將保護(hù)器安裝于現(xiàn)代化高層建筑的每一個(gè)用電單元各自獨(dú)立的回路中去，如現(xiàn)代化的高層辦公樓、商場(chǎng)、娛樂(lè)場(chǎng)所、公寓、居民住宅，每一層樓的每一個(gè)獨(dú)立供電單元，按照建筑設(shè)計(jì)時(shí)的供電容量和實(shí)際布線(xiàn)的線(xiàn)徑，選擇合適容量的保護(hù)器安裝，即可達(dá)到有效的將故障控制在最小的單元范圍內(nèi)，也不會(huì)造成大面積的停電，從而將電氣火災(zāi)有效的消滅在發(fā)生之前的初始階段。
至此已經(jīng)說(shuō)明，按照本實(shí)用新型制作的預(yù)防電氣火災(zāi)保護(hù)器，對(duì)電氣線(xiàn)路和電器設(shè)備可能引起火災(zāi)的過(guò)電流、短路、過(guò)電壓、漏電等電氣故障，已具備了將其消滅在火災(zāi)發(fā)生之前的功能。適用于各種建筑設(shè)施內(nèi)部預(yù)防電氣火災(zāi)的安全保護(hù)之用，尤其適用現(xiàn)代化高層建筑內(nèi)部各單元作為電氣火災(zāi)預(yù)防。和固態(tài)繼電器、密封式熔斷器配合使用，還可以應(yīng)到燃化、防爆、船用等場(chǎng)合中作為保護(hù)之用。同時(shí)也可以擴(kuò)展到三相三線(xiàn)、三相四線(xiàn)等高、低壓供電回路中，作為安全防護(hù)的保護(hù)設(shè)備。
權(quán)利要求1.一種預(yù)防電氣火災(zāi)保護(hù)器，是由對(duì)電氣線(xiàn)路、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的B1、B2、B3、B6等單元；判斷、確認(rèn)的B4、B5等單元；并對(duì)自身所發(fā)出的各種故障指令執(zhí)行分?jǐn)嗪蛯?duì)各種故障區(qū)分的B1、B2、B5等單元；記憶、指示的C1、C2、C3、A3等多個(gè)互相有機(jī)聯(lián)系在一起的單元電路組成。其特征在于電流信號(hào)采樣單元電路B3，是一根直接串接在主回路中的導(dǎo)體材料，并于兩端直接連接兩根信號(hào)線(xiàn)，一根信號(hào)線(xiàn)的另一端直接接到電流比較單元--IC1的一個(gè)輸入端，另一根經(jīng)電阻R10進(jìn)入集成塊IC1的另一個(gè)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)防電氣火災(zāi)保護(hù)器，其特征在于反時(shí)限延時(shí)單元電路B5--集成塊IC2的兩個(gè)輸入端，一端接于分壓電阻R13、R14中間的分壓點(diǎn)，另一端接延時(shí)充電電容C9，限流延時(shí)電阻R11，放電電阻R12的共同連接點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)防電氣火災(zāi)保護(hù)器，其特征在于過(guò)電壓故障記憶單元C1的觸發(fā)極直接和電壓檢測(cè)單元B1的輸出二極管D3連接；漏電故障記憶、指示單元C2的觸發(fā)極直接與漏電檢測(cè)單元B2的正輸出端相連接；過(guò)電流故障記憶，指示單元C3的觸發(fā)極直接和過(guò)電流故障確認(rèn)單元B5的輸出二極管D2連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)防電氣火災(zāi)保護(hù)器，其特征在于高倍短路后備保護(hù)B6保險(xiǎn)絲的一端作為保護(hù)器和電網(wǎng)連接的輸入端，另一端連接在保護(hù)器輸入端的一只靜觸頭上。
專(zhuān)利摘要一種用于預(yù)防電氣火災(zāi)的多功能保護(hù)器，是對(duì)有電氣線(xiàn)路或設(shè)備運(yùn)行中的各種狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)、判斷、運(yùn)算并發(fā)出指令的單元電路B1至B6；各種故障控制和執(zhí)行的A1、A2；運(yùn)行及各種故障區(qū)分、記憶和指示的A1、C1至C3；電源D1、D2；輔助單元E1、E2等共同組成的。具有對(duì)可能引發(fā)電氣火災(zāi)的過(guò)電流、過(guò)電壓、漏電、短路等故障進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、判斷、處理、記憶、指示等功能?？蓱?yīng)用到各種電氣線(xiàn)路或設(shè)備的運(yùn)行、保護(hù)中去。
文檔編號(hào)H01H3/20GK2262303SQ9520267
公開(kāi)日1997年9月10日 申請(qǐng)日期1995年2月10日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月10日
發(fā)明者闞武 申請(qǐng)人:闞武