動測靜測零切防火智能斷路器的制作方法

專利名稱：動測靜測零切防火智能斷路器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種強電與弱電對接的新型智能斷路器，兼有動態檢測、靜態檢測和 大電流分相過零切斷等監控與保護功能。
背景技術：
現有斷路器幾乎全無智能控制，因為存在高壓與低壓、高頻與低頻、交流與直流對 接的技術難題。所以電器產品智能控制仍相對落后，僅以隔離采樣方式檢測參數，短路、過 流采用熱電式保護，切斷速度慢(》150ms)，無法滿足用戶安全用電要求。公開號為101499642的發明專利申請“智能安防電控裝置”，對未合閘送電的預檢 作了開關隔離處理，仍未解決好不用開關隔離的問題，更未解決斷路器投入運行后的動態 阻抗檢測及其保護問題。個別情況下出現大電流誤診為短路的假象。而大電流分相過零切 斷也一直是困擾電氣行業專家的技術難題。

發明內容
針對上述現有技術存在的缺陷，本發明旨在提供一種動測靜測零切防火智能斷路 器，采用三相大功率固態繼電器與主回路斷路器并接解決三相大電流分相過零切斷的技術 難題；同時解決斷路器投入運行后對配供電運行的動態阻抗檢測問題，使檢測結果與靜態 (斷路器未投入運行)檢測結果一致，完成高壓與低壓、高頻與低頻、交流與直流的對接；消 除了開關未合閘時負載端短路和漏電的隱患。為實現上述發明目的，本發明采取的技術方案是一種動測靜測零切防火智能斷路器，由接在三相負載電路中的空氣斷路器和智能 控制保護電路電聯接構成；上述智能控制保護電路的信號采樣端接至三相負載電路，所述 智能控制保護電路的輸出端經微機主控單元電路接至空氣斷路器的脫扣線圈；所述智能控 制保護電路包括三相大電流分相過零切斷電路、相間動態靜態阻抗檢測與短路保護電路、 相零動態靜態阻抗檢測與短路保護電路和相地動態靜態阻抗檢測與漏電保護電路；其中三相大電流分相過零切斷電路包括與空氣斷路器并聯的大功率交流固態繼 電器、所述微機主控單元電路經控制門接入所述固態繼電器的控制端；其中相間動態靜態阻抗檢測與短路保護電路包括高頻信號發生器、短路檢測與信 號比較電路和短路信號輸出電路，其中高頻信號發生器的輸出端通過隔離耦合元件分別與 三相電路中的相線聯接，所述短路檢測與信號比較電路的輸入端通過隔離電容與該相線的 鄰相聯接，所述短路檢測與信號比較電路的輸出端與短路信號輸出電路聯接，短路信號輸 出電路的輸出端接至微機主控單元電路；其中相零動態靜態阻抗檢測與短路保護電路包括高頻信號發生器、短路檢測與信 號比較電路和短路信號輸出電路；所述高頻信號發生器輸出端通過隔離耦合元件分別與三 相電路中的相線聯接，所述短路檢測與信號比較電路的輸入端直接與零線聯接，其輸出端 與短路信號輸出電路聯接，短路信號輸出電路的輸出端接至微機主控單元電路；
其中相地動態靜態阻抗檢測與漏電保護電路包括高頻信號發生器、漏電檢測與信 號比較電路和漏電信號輸出電路；其中高頻信號發生器輸出端通過隔離耦合元件分別與三 相電路中的相線聯接，漏電檢測與信號比較電路輸入端直接與地線聯接，其輸出端與漏電 信號輸出電路聯接，漏電信號輸出電路的輸出端接至微機主控單元電路。進一步所述微機主控單元電路連接有故障鎖定電路、報警電路和顯示電路。本發明所述動測靜測零切防火智能斷路器的設計原理及工作過程是所述動測靜測零切防火智能斷路器中，由多個子保護電路的智能保護電路的信號 采樣端接至三相負載電路，所述保護電路的輸出端經微機主控單元電路接至空氣斷路器的 脫扣線圈，合、分信號分別接至空氣合閘與分斷線圈，大電流分相過零切斷信號接至固態繼 電器的控制端。其中空氣斷路器接在三相負載電路中，與空氣斷路器相并聯的三相大功率交流固 態繼電器構成三相大電流分相過零切斷電路，所述固態繼電器的控制端聯接分斷信號，使 其能在大電流時優先分斷空氣斷路器，再由固態繼電器分相過零切斷，保護了斷路器觸點 免受損害。所述智能控制保護電路還包含有相間、相零之動態靜態阻抗檢測與短路保護電 路，相地動態靜態阻抗檢測與漏電保護電路，微機主控單元電路，鎖定電路，控制門電路， 合、分、復位與調節電路，報警電路和顯示電路。本發明是一種兼有動態阻抗檢測、靜態阻抗檢測和大電流分相過零切斷等系統監 控及故障保護功能的防火智能斷路器；有效防止了因短路、漏電、大電流切斷而造成的電氣 火災、觸電傷亡和觸點損壞。以下結合附圖和實施例對本發明進行進一步描述


圖1是動測靜測零切防火智能斷路器電氣原理方框圖；圖2是相間動態、靜態阻抗檢測與短路保護電路聯接圖；圖3是相零動態、靜態阻抗檢測與短路保護電路聯接圖；圖4是相地動態、靜態阻抗檢測與漏電保護電路聯接圖；圖5是三相大電流分相過零切斷保護電路聯接具體實施例方式如圖1所示，一種動測靜測零切防火智能斷路器，由接在三相負載電路中的空氣 斷路器和智能控制保護電路電聯接構成；上述智能控制保護電路的信號采樣端接至三相 負載電路，所述智能控制保護電路的輸出端經微機主控單元電路接至空氣斷路器的脫扣線 圈；所述智能控制保護電路包括三相大電流分相過零切斷電路，相間動態靜態阻抗檢測與 短路保護電路，相零動態靜態阻抗檢測與短路保護電路和相地動態靜態阻抗檢測與漏電保 護電路。如圖2所示，為相間動態靜態阻抗檢測與短路保護電路。其電氣原理簡述如下智能控制部分上電，斷路器未合閘時，系統進入靜態短路檢測與保護程序。由史密 特觸發器ICl和電阻R1、電容Cl組成高頻信號發生器，電壓比較器IC2與電阻R2、電容C2、電容C3、電阻R3、電阻R4、電阻R5、可調電阻RWl組成相間短路檢測與信號比較電路，反向 器IC3、光電耦合器IC4、電阻R6、電阻R7組成短路信號輸出電路，高頻信號發生器經串接的 電阻R2、電容C2隔離后，與A相聯接，B相經C3與R3及電壓比較器IC2之4腳聯接，Vccl 與電阻R4、可調電阻Rwl構成短路基準電壓設定電路。由微機主控單元給出的基準電壓設 定值對應于短路電阻值，精度可達0. 1 Ω，通常將短路電阻值設定為3 Ω。A、B相間無短路 時，電壓比較器IC2之4腳電位低于5腳電位，電壓比較器IC2之2腳輸出為“1”。當A、B 相間出現短路時，高頻檢測信號經R2 — C2 — A相一C3 — R3 —信號地GND1。在R3產生 的高頻分壓信號進入IC2之4腳，其電平峰值大于或等于IC2之5腳電平值。IC2輸出端2 腳電平由“1”翻“0”，經IC3反相后送至光電耦合器IC4之輸入端，IC4之輸出端5腳輸出 電平由“ 1 ”翻“0”。送至微機主控單元，經微機主控單元電路中信號處理器DSP處理后，輸 出故障保護信號，使系統鎖定，并顯示報警。斷路器不能合閘，消除了短路電氣火災之隱患。斷路器投入運行后，系統啟動相間短路動態檢測實時監控程序。ICl和Rl、Cl組 成的高頻信號發生器產生高頻檢測信號，經R2、C2進入A相，又經A、B相間阻抗至B相，再 經C3、R3至信號地GND1。A、B相間如無短路，則R3上電壓小于短路基準電壓設定值，斷路 器正常運行。一旦發生Α、Β相間短路，動態阻抗值小于或等于設定短路阻抗值，IC2之4腳 信號電壓峰值大于或等于5腳設定電壓值，IC2之2腳輸出端電平由“1”翻“0”，經IC3反 相后送至光電耦合器IC4之輸入端1腳，IC4之輸出端5腳輸出電平由“1”翻為“0”，送至 微機主控單元中信號處理器DSP處理后輸出短路故障保護信號，使斷路器脫扣，實現了動 態檢測短路故障保護。斷路器投入運行后，主回路相間電壓達400V，屬于強電，在與弱電檢測保護電路的 對接中，由于有電容C2、C3隔離，其容抗達到數十K Ω，400V、50Hz強電不可能進入弱電控制 部分，實現了強電與弱電、高壓與低壓、高頻與低頻、交流與直流的成功安全對接。同理，BC相間、AC相間短路動態靜態阻抗檢測與保護電路電氣原理與上述原理相 同，故不贅述。如圖3所示，斷路器投入運行后，作為相零短路動態阻抗的檢測與保護，其原理與 相間短路動態阻抗檢測與保護相同，相零短路靜態阻抗檢測與保護亦與相間靜態檢測保護 相同，故不贅述。相間相零短路檢測保護電路分設6個監測回路，各回路有獨立電源，互不干擾。如圖4所示為相地動態靜態阻抗檢測與漏電保護電氣原理圖。其原理簡述如下智能控制部分上電后，斷路器未合閘時，系統進入靜態漏電阻抗檢測與保護程序。 史密特觸發器IC13與R43、C16組成高頻信號發生器。電壓比較器IC14與R44、R45、R46、 R47、Rw7組成相地漏電檢測與信號比較電路，反向器IC15、光電耦合器IC16與R48、R49組 成漏電信號輸出電路。高頻信號發生器經R44、C17與A相聯接，R45、地線與IC14之4腳相 聯接，Vcc7、R46、Rw7與信號地GND7組成漏電基準電壓設定電路。由微機主控單元給出漏 電電壓設定值，其設定值對應于漏電電阻值。漏電電流值在0.3A IA可調。當A相對地 漏電電阻值大于設定值時，表明A相對地無漏電故障。IC14之4腳電位低于5腳電位，IC14 之2腳輸出為“ 1”。當A相對地漏電阻值小于或等于漏電電阻設定值時，高頻漏電檢測信號 由R44 — C17 — A相一漏電電阻一地線一R45 —信號地GND7。此時漏電信號電壓峰值大 于或等于R46與Rw7間的漏電基準電壓值，IC14之4腳電位高于或等于5腳電位，IC14之2腳輸出由“1”翻為“0”，經IC15反相后送至光電耦合器IC16之輸入端1腳，IC16之輸出 端5腳輸出電平由“1”翻“0”。送至微機主控單元，經微機主控單元中信號處理器DSP處理 后，輸出漏電故障保護信號，使系統鎖定，并顯示報警。斷路器不能合閘，消除了漏電隱患可 能造成的觸電傷亡事故。斷路器投入運行后，系統啟動相地漏電動態阻抗檢測實時監控程序，史密特觸發 器IC13與R43、C16組成高頻信號發生器所產生的高頻檢測信號，經R44 — C17 — A相一漏 電電阻一地線一R45 —信號地GND7，無漏電故障時，R45上的信號電壓值小于漏電電壓設 定值，斷路器正常運行，一旦A相對地漏電電阻下降到小于或等于漏電電阻設定值時，IC14 之4腳上的信號電壓值大于或等于5腳漏電電壓設定值，IC14之2腳輸出由“1”翻為“0”。 經IC15反相后送至光電耦合器IC16之輸入端1腳，IC16之輸出端5腳輸出電平由“1”翻 “0”。送至微機主控單元，經微機主控單元中信號處理器DSP處理后，輸出漏電故障保護信 號，使斷路器脫扣，并鎖定顯示報警，實現了動態漏電檢測與保護。同理，B相、C相對地漏電動態靜態阻抗檢測與保護電路電氣原理與上述原理相 同，故不贅述。如圖5所示，為大電流分相過零切斷保護電路連接圖，其電氣原理簡述如下三相固態繼電器SSR之輸出端了分別與主回路斷路器三相并聯，其控制端經控制 門與微機處理單元相聯接。正常運行時，三相固態繼電器SSR處于斷開狀態，主回路電流 全部流經斷路器三相主觸頭，只有在撳下“分”按鈕時，微機發出分斷指令，經微機主控單元 輸入高電平至反向驅動器IC19之輸入端，反相后輸出低電平送至三相固態繼電器SSR輸入 端，使SSR導通，經20ms后斷開斷路器三相觸頭，此時主回路電流全部流經固態繼電器SSR， 再經20ms后，微機發出指令使三相固態繼電器分相過零切斷。從而有效保護了斷路器觸 頭，使之免遭損壞。三相固態繼電器主回路為雙向硅可控整流元件，具有過零切斷的特性。其控制回 路為光電耦合器件，控制通斷極為方便。圖中電阻R64、R66、R68為SSR輸入端限流電阻，電 阻R65、R67、R69為IC19上拉電阻。本發明還涉及過壓、欠壓、缺相、過流、斷相、錯相、防雷等保護；故障鎖定、參數檢 測、顯示、報警、聯網、消防聯動、微機處理、動態短路電壓監控等電路，皆屬于現有的一般電 路，故未贅述。集成電路器件IC型號對應一覽表IC1、IC7、IC13史密特觸發器，優選型號為74HC14IC2、IC8、IC14電壓比較器優選型號為LM339IC3、IC9、IC15反向器優選型號為74HC06IC4-6、IC10-12、IC16-18 光電耦合器優選型號為 TLP521IC19反向驅動器優選型號為7406SSR1-3固態繼電器優選型號為SGTH40048ZD
權利要求
一種動測靜測零切防火智能斷路器，由接在三相負載電路中的空氣斷路器和智能控制保護電路電聯接構成；上述智能控制保護電路的信號采樣端接至三相負載電路，所述智能控制保護電路的輸出端經微機主控單元電路接至空氣斷路器的脫扣線圈；其特征是，所述智能控制保護電路包括三相大電流分相過零切斷電路、相間動態靜態阻抗檢測與短路保護電路、相零動態靜態阻抗檢測與短路保護電路和相地動態靜態阻抗檢測與漏電保護電路；其中三相大電流分相過零切斷電路包括與空氣斷路器并聯的大功率交流固態繼電器、所述微機主控單元電路經控制門接入所述固態繼電器的控制端；其中相間動態靜態阻抗檢測與短路保護電路包括高頻信號發生器、短路檢測與信號比較電路和短路信號輸出電路，其中高頻信號發生器的輸出端通過隔離耦合元件分別與三相電路中的相線聯接，所述短路檢測與信號比較電路的輸入端通過隔離電容分別與該相線的鄰相聯接，所述短路檢測與信號比較電路的輸出端與短路信號輸出電路聯接，短路信號輸出電路的輸出端接至微機主控單元電路；其中相零動態靜態阻抗檢測與短路保護電路包括高頻信號發生器、短路檢測與信號比較電路和短路信號輸出電路；所述高頻信號發生器輸出端通過隔離耦合元件分別與三相電路中的相線聯接，所述短路檢測與信號比較電路的輸入端直接與零線聯接，其輸出端與短路信號輸出電路聯接，短路信號輸出電路的輸出端接至微機主控單元電路；其中相地動態靜態阻抗檢測與漏電保護電路包括高頻信號發生器、漏電檢測與信號比較電路和漏電信號輸出電路；其中高頻信號發生器輸出端通過隔離耦合元件分別與三相電路中的相線聯接，漏電檢測與信號比較電路輸入端直接與地線聯接，其輸出端與漏電信號輸出電路聯接，漏電信號輸出電路的輸出端接至微機主控單元電路。
2.根據權利要求1所述動測靜測零切防火智能斷路器，其特征是，所述微機主控單元 電路還連接有故障鎖定電路、報警電路和顯示電路。
全文摘要
本發明涉及一種動測靜測零切防火智能斷路器，由接在三相負載電路中的空氣斷路器和智能控制保護電路電聯接構成；上述智能控制保護電路的信號采樣端接至三相負載電路，所述智能控制保護電路的輸出端經微機主控單元電路接至空氣斷路器的脫扣線圈；所述智能控制保護電路包括三相大電流分相過零切斷電路、相間動態靜態阻抗檢測與短路保護電路、相零動態靜態阻抗檢測與短路保護電路和相地動態靜態阻抗檢測與漏電保護電路。本發明解決了三相大電流分相過零切斷問題，解決了配供電電網運行動態阻抗檢測與保護問題，消除了開關未合閘時負載端短路和漏電的隱患。
文檔編號H02H3/28GK101950945SQ201010275798
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月8日 優先權日2010年9月8日
發明者郭勒銘, 郭龍云 申請人:郭勒銘