CN205159233U - 可带电插拔控制器的断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可带电插拔控制器的断路器。该断路器包括：取能电路、电压检测电路、控制器、脱扣单元、接插部件；所述取能电路用于从断路器所保护的主回路提取电能供给控制器，所述电压检测电路用于对主回路的电压进行检测，所述脱扣单元用于依据控制器所发出的脱扣信号完成脱扣动作；取能电路、电压检测电路、脱扣驱动电路经由所述接插部件与控制器实现可插拔的电连接；该断路器还包括用于设置控制器处于正常模式或插拔模式的工作模式设置单元；所述控制器被配置为在正常模式下可实现完整的保护功能，而在插拔模式下，其脱扣信号输出端口处于无法输出脱扣信号的闭锁状态。相比现有技术，结构更简单，实现成本更低，且安全可靠性更好。

Description

可带电插拔控制器的断路器

技术领域

本实用新型涉及一种断路器，尤其涉及一种可带电插拔控制器的断路器，属于低压电气技术领域。

背景技术

近年来，随着配电智能化得不断发展，低压断路器的智能化程度也不断提高，带智能控制器的断路器越来越广泛地应用到各个领域。智能控制器作为断路器实现各种测量、保护等功能的核心部件，其重要性不言而喻，因此，在智能断路器长期运行过程中，需定期对智能控制器进行全面的检查、维护，以保证智能控制器可靠工作。另外，当智能控制器出现性能下降或工作异常时，也应及时检修、更换。目前，维护、更换智能控制器时断路器必须先切断主回路电流，避免在卸下智能控制器时因操作不当引起断路器误动作，及避免互感器二次侧开路时产生高压，导致设备损坏，严重时还会危及操作人员的人身安全。

目前一些厂家推出了可带电更换控制器的断路器，利用特殊设计的插拔连接件，实现控制器与断路器其他部分的可插拔电连接，可在不切断主回路电流的情况下进行控制器的更换。要实现这一功能，需要解决以下几方面问题：第一、在控制器的插拔过程中，应避免控制器向分闸执行机构发出错误的脱扣信号，从而导致分闸执行机构误操作，影响主回路的正常供电。第二、目前大量的智能断路器均使用电流互感器从主回路中提取电能来供给控制器使用，在控制器插拔过程中，电流互感器二次侧开路时产生高压可能会对设备乃至人身安全产生影响，因此需要避免这种情况产生。此外，对于某些断路器，其利用分压电阻等与主回路直接接触的电路进行电压采样检测，也应防止控制器插拔过程中，电压检测电路所产生的高电压对设备或人身安全的影响。

现有技术解决上述问题时均是通过特殊设计的机械结构，在控制器拔出过程中，先使得分闸执行机构回路断开，然后使得电流互感器与互感器保护装置接通，最后断开所有二次回路；反之，在***控制器过程中，先接通所有二次回路，然后使得电流互感器与互感器保护装置断开，最后再使分闸执行机构回路接通。上述方案固然可以实现控制器的带电安全更换，但也存在一些不足。从上述分析可知，为了防止控制器插拔过程中可能产生的分闸机构误动作，现有技术是通过在控制器拔、插过程中，将分闸执行机构回路断开/接通，这种方式必然需要在分闸执行机构回路中设置可控开关部件以及相应的线路连接，这样，一方面增加的开关部件及相应的接线会降低整个断路器***的安全可靠性；另一方面，也会带来断路器成本的增加以及所占用的空间的增大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种可带电插拔控制器的断路器，其结构更简单，实现成本更低，且安全可靠性更好。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

本实用新型可带电插拔控制器的断路器，包括：取能电路、电压检测电路、控制器、脱扣单元、接插部件；所述取能电路用于从断路器所保护的主回路提取电能供给控制器，所述电压检测电路用于对主回路的电压进行检测，所述脱扣单元用于依据控制器所发出的脱扣信号完成脱扣动作；取能电路、电压检测电路、脱扣驱动电路经由所述接插部件与控制器实现可插拔的电连接；该断路器还包括用于设置控制器处于正常模式或插拔模式的工作模式设置单元；所述控制器被配置为在正常模式下可实现完整的保护功能，而在插拔模式下，其脱扣信号输出端口处于无法输出脱扣信号的闭锁状态。

进一步地，所述断路器还包括第一保护机构，所述第一保护机构可在控制器完全***接插部件的状态下令取能电路与控制器正常连接，而在控制器非完全***接插部件的状态下令取能电路短路。

更进一步地，所述断路器还包括第二保护机构，可在控制器完全***接插部件的状态下令电压检测电路导通，而在控制器非完全***接插部件的状态下令电压检测电路断路。

优选地，所述工作模式设置单元为与所述控制器连接的人机交互单元或模式选择开关。

进一步地，所述断路器还包括报警模块，用于在所述控制器处于插拔模式下时发出报警信号。

如上任一技术方案所述断路器的控制器插拔方法，包括以下步骤：

步骤1、通过工作模式设置单元将控制器设置为插拔模式；

步骤2、将控制器从所述接插部件中拔出；

步骤3、将控制器***所述接插部件中；

步骤4、通过工作模式设置单元将控制器设置为正常模式。

如上任一技术方案所述断路器的控制器更换方法，包括以下步骤：

步骤1、通过工作模式设置单元将控制器设置为插拔模式；

步骤2、将控制器从所述接插部件中拔出；

步骤3、将新控制器***所述接插部件中，该新控制器被预先设置为插拔模式；

步骤4、通过工作模式设置单元将新控制器设置为正常模式。

相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型实现了断路器控制器的带电插拔，不需要断开主回路电流，对下级负载无影响；

本实用新型通过对控制器内部的调整，从源头上解决控制器插拔过程中可能产生的分闸机构误动作，不需要增加额外的开关部件以及相应的接线，因此结构更简单，实现成本更低，且安全可靠性更好。

附图说明

图1为现有脱扣单元的结构示意图；

图2为本实用新型的原理框图；

图3为本实用新型断路器的一种具体结构；

图4为控制器与基座的配合结构示意图；

图5为基座结构示意图；

图6为本实施例中的脱扣单元的电路原理图；

图7为取能电路中整流电路的电路原理图；

图8为通过人机交互单元设置工作模式的设置界面；

图9为通过DIP开关设置工作模式的示意图。

图中各标号含义如下：

1、控制器，2、基座，3、断路器本体，4、电流互感器，11、接触部件，12、控制器连接插头，13、控制器卡口，21、与电流互感器连接的插座及整流电路，22、与控制器连接的插座、23、转接板，24、常闭微动开关、25、电压检测电路，26、常开微动开关，27、脱扣单元。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：

本实用新型的思路是针对现有可带电插拔控制器的断路器进行改进，在控制器中增设一插拔模式，在该模式下控制器将脱扣信号输出端口进行闭锁，从而从源头上防止控制器插拔过程中可能产生的脱扣器误动作，一方面节省了电路元器件及断路器内部空间，另一方面提高了安全可靠性。

图1显示了现有脱扣单元的基本结构，如图所示，其包括脱扣驱动电路、电源转换电路以及与主回路连接的脱扣器。供电电源输出电能经电源转换电路转换后供给脱扣驱动电路，当控制器向脱扣驱动电路发出脱扣信号时，脱扣驱动电路驱动脱扣器执行脱扣动作，从而实现主回路的断开。在带电插拔控制器时，为了避免插拔过程中脱扣器误动作，现有技术是通过在脱扣单元的回路中连接一个与插拔过程联动的开关来实现在更换控制器过程中脱扣执行回路保持断开状态，而在控制器完全***后，脱扣执行回路导通。采用这种方案，需要在脱扣单元中增加至少一个开关部件，再加上相应的接线，一方面增加了占用空间和硬件成本，另一方面更多的部件及接线也带来了可靠性的降低。

而本实用新型解决脱扣器误动作问题的基本原理如图2所示。除了可实现完整的保护功能的正常模式以外，为控制器增设一个插拔模式，在该模式下控制器的脱扣信号输出端口处于闭锁状态，即该端口无法发出脱扣信号，而控制器的其他保护功能与正常模式下相同。这样，只要在插拔过程中控制器处于插拔模式下，即可从源头上保证脱扣单元不会误动作，且不需要额外增加任何开关部件及相应连线。可利用工作模式设置单元来实现控制器两种模式的转换设置，工作模式设置单元可通过控制器自带的人机交互单元（例如按键及显示操作界面）设置，也可通过单独配置的模式选择开关来设置。

为了防止控制器插拔过程中取能电路、电压检测电路所产生的高压对设备和人身安全造成影响，本实用新型进一步为取能电路和电压检测电路分别设置保护机构，取能电路的保护机构可在控制器完全***接插部件的状态下令取能电路与控制器正常连接，而在控制器非完全***接插部件的状态下令取能电路短路；而电压检测电路的保护机构可在控制器完全***接插部件的状态下令电压检测电路导通，而在控制器非完全***接插部件的状态下令电压检测电路断路。

为了便于公众理解，下面以一个优选实施例来对本实用新型的技术方案进行详细说明。

本实施例的断路器如图3所示，包括连接主回路的断路器本体3、从主回路中获取信号和电能的电流互感器4、与断路器本体相连接的基座2、与基座相连接的智能控制器1。本实施例中的智能控制器包括MCU单元、显示单元、工作模式设置单元。

如图4、图5所示，基座2包括一个转接板23、脱扣单元27，该转接板23上设置有与电流互感器4连接的插座及整流电路21、与控制器连接的插座22、一个常闭微动开关24、电压检测电路25、三个常开微动开关26。电流互感器的二次侧信号输出、整流电路输出、脱扣单元连接至与控制器连接的插座22，插座22可与控制器连接插头12实现可插拔式连接，电流互感器的二次能量输出连接至与电流互感器连接的插座及整流电路21，整流电路的输出连接一个常闭微动开关24，常开微动开关26与电压检测电路25相连，微动开关24、26的驱动杆与固定于智能控制器1上的接触部件11接触。

所述智能控制器包括至少两种工作模式，工作模式一为常规断路器智能控制器的正常模式，即万能式断路器的正常工作模式，可实现完整的保护功能；工作模式二为更换智能控制器模式，即万能式断路器的插拔工作模式，在此模式下，智能控制器闭锁脱扣信号输出端口，使其无法输出脱扣信号驱动脱扣单元动作，防止断路器误动作。工作模式设置单元能够对断路器的工作模式进行设定。

当需要更换智能控制器时，通过工作模式设置单元将智能控制器的工作模式置为插拔模式，此时断路器智能控制器显示单元上插拔模式指示灯亮，表示此时智能控制器处于插拔工作模式，智能控制器暂时不能控制断路器分闸。将智能控制器卡口13沿断路器上的相应位置拉出，智能控制器的接触部件11与常开微动开关26的驱动杆分离，使微动开关26内部触点断开，将智能控制器与电压输入回路断开，避免了更换智能控制器时由高压引起的危险。同时，接触部件11与常闭微动开关24驱动杆分离，使微动开关24内部触点闭合，将能量电流互感器的输出短路，避免了因开路使输出端产生高压。进而，智能控制器连接插头12与基座内的连接插座22完全分离，完成将智能控制器从断路器拔出的过程。

将另一个处于插拔模式的智能控制器（如仅是对控制器进行检查维护，则为原智能控制器）的卡口13沿断路器上的相应位置***断路器，当智能控制器连接插座12与基座内的连接插座22完全接触时，所述智能控制器的接触部件11与常开微动开关26的驱动杆可靠接触，并将驱动杆按下，使微动开关26内部触点闭合，接通智能控制器与电压输入回路，保证智能控制器对主回路电压的监测。同时接触部件11也与常闭微动开关24驱动杆可靠接触，使微动开关24内部触点断开，此时，智能控制器作为能量电流互感器的负载。至此，所述智能控制器连接插头12与基座内的连接插座22完成对接，同时完成了所述智能控制器与断路器连接的过程。

当所述智能控制器与断路器完全连接后，将所述智能控制器的工作模式置为正常模式，断路器正常工作。

本实施例中的脱扣单元的电路原理如图6所示，其工作原理为：当MCU_I/O口输出高电平时，三极管V1导通，驱动磁通变换器L1动作；当MCU_I/O口输出低电平时，三极管V1截止，磁通变换器L1不动作。R1为限流电阻，R2、C1组成RC滤波器，D1为续流二极管。当控制器被设置为插拔工作模式，脱扣信号输出端口处于闭锁状态，此时MCU_I/O口始终保持低电平，三极管V1一直截止，磁通变换器L1不会动作，从而避免在更换控制器过程中因操作不当导致断路器误动作。

本实施例中取能电路中整流电路的电路原理如图7所示，P1、P2、P3分别与A、B、C相能量互感器的输出端相连，X1～X3为连接器，P1、P2、P3分别与连接器X1、X2、X3相连，VD1~VD8组成三相桥式整流电路，连接器X1的第一输出端、连接器X2的第一输出端、连接器X3的第一输出端连接在一起后与二极管VD1的负极和二极管VD2的正极相连，连接器X1的第二输出端与二极管VD3负极、二极管VD4正极连接在一起，连接器X2的第二输出端与二极管VD5负极、二极管VD6正极连接在一起，连接器X3的第二输出端与二极管VD7负极、二极管VD8正极连接在一起，二极管VD1的正极、二极管VD3的正极、二极管VD5的正极、二极管VD7的正极共地，并与常闭微动开关的一端相连，二极管VD2的负极、二极管VD4的负极、二极管VD6的负极、二极管VD8的负极共同连接后与常闭微动开关的另一端相连。。

图8显示了通过智能控制器自带的人机交互单元设置控制器工作模式的设置界面。当需要进行工作模式设置时，操作控制器按键，使其进入工作模式设置界面，如图8，当“正常模式”字符外面有方框时，表示此时控制器处于正常工作模式；再操作按键选择“插拔模式”模式并保存，此时方框移至“插拔模式”字符外面，表示控制器处于插拔工作模式。

也可以通过单独设置的模式选择开关来实现控制器工作模式设置，如图9所示，将DIP开关拨至黑色区域时，表示此时控制器处于正常工作模式；将DIP开关拨至白色区域时，表示此时控制器处于插拔工作模式。

Claims (8)

1.可带电插拔控制器的断路器，包括：取能电路、电压检测电路、控制器、脱扣单元、接插部件；所述取能电路用于从断路器所保护的主回路提取电能供给控制器，所述电压检测电路用于对主回路的电压进行检测，所述脱扣单元用于依据控制器所发出的脱扣信号完成脱扣动作；取能电路、电压检测电路、脱扣驱动电路经由所述接插部件与控制器实现可插拔的电连接；其特征在于，该断路器还包括用于设置控制器处于正常模式或插拔模式的工作模式设置单元；所述控制器被配置为在正常模式下可实现完整的保护功能，而在插拔模式下，其脱扣信号输出端口处于无法输出脱扣信号的闭锁状态。

2.如权利要求1所述断路器，其特征在于，还包括第一保护机构，所述第一保护机构可在控制器完全***接插部件的状态下令取能电路与控制器正常连接，而在控制器非完全***接插部件的状态下令取能电路短路。

3.如权利要求2所述断路器，其特征在于，所述第一保护机构包括一个并联于所述取能电路中的微动开关，以及固定安装于控制器上且与所述微动开关机械耦合的接触部件；所述接触部件被配置为：在控制器完全***接插部件的状态下，使得所述微动开关关断，而在控制器非完全***接插部件的状态下，使得所述微动开关闭合。

4.如权利要求2所述断路器，其特征在于，所述断路器还包括第二保护机构，可在控制器完全***接插部件的状态下令电压检测电路导通，而在控制器非完全***接插部件的状态下令电压检测电路断路。

5.如权利要求4所述断路器，其特征在于，所述第二保护机构包括一个串联于所述电压检测电路中的微动开关，以及固定安装于控制器上且与所述微动开关机械耦合的接触部件；所述接触部件被配置为：在控制器完全***接插部件的状态下，使得所述微动开关闭合，而在控制器非完全***接插部件的状态下，使得所述微动开关关断。

6.如权利要求1所述断路器，其特征在于，所述工作模式设置单元为与所述控制器连接的人机交互单元或模式选择开关。

7.如权利要求1所述断路器，其特征在于，所述断路器还包括报警模块，用于在所述控制器处于插拔模式下时发出报警信号。

8.如权利要求1所述断路器，其特征在于，所述取能电路包括与主回路连接的电流互感器，以及与所述电流互感器的二次侧输出端连接的整流电路。