CN207426660U

CN207426660U - 脱扣器及断路器

Info

Publication number: CN207426660U
Application number: CN201721587702.XU
Authority: CN
Inventors: 周龙明; 王欢; 王颂凯
Original assignee: Changshu Switchgear Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Changshu Switchgear Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2018-05-29
Anticipated expiration: 2027-11-24

Abstract

本实用新型公开了一种脱扣器，带有接通电流保护和高设定瞬时短路保护功能。其包括积分电路和信号比较电路，积分电路用于将母线电流的采样信号进行还原，信号比较电路将还原后的采样信号与保护阈值信号生成模块所输出的保护阈值信号进行比较，并根据比较结果向脱扣驱动电路发出脱扣信号；保护阈值信号生成模块包括：ON/OFF状态检测电路、MCR/HSISC阈值切换电路、延迟闭合电路、MCR/HSISC阈值基准电路。本实用新型还公开了一种断路器。本实用无需控制器的参与，无论辅助电源是否存在都能快速且准确地执行MCR和/或HSISC保护，满足断路器的自保护需求；通过延迟闭合电路就可以简单地调整MCR保护的有效时间，并且通过MCR/HSISC阈值切换电路顺利地实现MCR与HSISC保护功能的准确衔接。

Description

脱扣器及断路器

技术领域

本实用新型涉及一种脱扣器，尤其涉及一种带有接通电流保护MCR和高设定瞬时短路保护HSISC功能的脱扣器。

背景技术

低压断路器在配电***中主要实现控制、保护、测量等功能，出于安全的考虑，当故障电流超大达到预期短路电流的极限或断路器本身的极限时，一些低压断路器通过接通电流保护（Making Current Release，简称MCR）和高设定值瞬时短路（High SetInstantaneous Short Current，简称HSISC）保护进行快速地短路分断。

断路器在短路故障情况下接通闭合会产生很大的短路电流，MCR保护对断路器的这种接通能力进行保护，防止断路器接通超过接通极限能力的电流而导致开关损坏，同时避免设备受到过大的冲击，同时标准GB14048.2-2008又规定当断路器处于闭合位置时MCR保护不应动作。一般厂家定义MCR保护在断路器合闸100ms内起作用，当断路器在合闸瞬间检测到峰值电流超过预定值将瞬时跳闸。高设定值瞬时短路保护即HSISC对断路器的极限承载能力进行高速瞬时保护。实际运行中假如断路器的额定短时耐受电流Icw小于额定极限分断能力Icu时，若关闭短路瞬时保护，断路器可能会在短延时短路保护中承受大于Icw的电流值，出于断路器自保护的要求，当短路电流的峰值电流超过HSISC设定值时，断路器脱扣单元发出瞬时分闸命令，防止断路器在短延保护中承受大于Icw的电流值而损坏。一般厂家定义HSISC保护在合闸100ms后一直起作用，即当MCR保护作用时间失效时就转为HSISC保护，并且在MCR保护失效后一直起作用。

根据上述技术背景，MCR与HSISC保护从功能实现的前后顺序来看是相互衔接的，因此现有专利CN200520123060.9“带有MCR和HSISC功能实现电路的断路器”通过单片机控制三极管的导通与截止来实现MCR与HSISC保护的相互衔接，即断路器闭合100ms内MCR保护有效，100ms过后HSISC有效。虽然该方法通过单片机精确地控制MCR与HSISC保护相互切换，但是有一个明显的缺点，就是当断路器没接辅助电源仅通过能量互感器（即速饱和线圈）供电时，电子脱扣器中的微控制器需要一定的时间启动后才能检测出断路器的合分闸状态（MCR保护与断路器的合分闸状态紧密相关，处于闭合位置时MCR保护应不起作用），因此MCR和HSISC保护响应就慢，显然不能满足断路器的快速自保护需求。现有专利CN201310428241.1“一种含储能检测和判断功能的快速MCR智能控制器”，虽然考虑了速饱和线圈供电时MCR保护的快速启动，但是无HSISC保护。

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，提供一种脱扣器，可通过硬件方式顺利实现MCR与HSISC保护功能的相互准确衔接。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种脱扣器，带有接通电流保护MCR和高设定瞬时短路保护HSISC功能，该脱扣器包括积分电路和信号比较电路，所述积分电路用于将母线电流的采样信号进行还原，信号比较电路将还原后的采样信号与保护阈值信号生成模块所输出的保护阈值信号进行比较，并根据比较结果向脱扣驱动电路发出脱扣信号；所述保护阈值信号生成模块包括以下硬件电路：

ON/OFF状态检测电路，用于响应脱扣器所在断路器的合、分闸状态并输出相应的合、分闸检测信号；

延迟闭合电路，用于将ON/OFF状态检测电路输出的合、分闸检测信号传输至MCR/HSISC阈值切换电路，并且在传输时对合闸检测信号进行延时；

MCR/HSISC阈值切换电路，用于响应所收到延迟闭合电路的分、合闸检测信号，分别输出第一、第二阈值信号；

MCR/HSISC阈值基准电路，用于响应MCR/HSISC阈值切换电路所输出的第一、第二阈值信号，向信号比较电路分别输出MCR保护阈值信号、HSISC保护阈值信号。

优选地，所述ON/OFF状态检测电路包括：电阻R2～R4、二极管D1、三极管V1、电容C2以及响应脱扣器所在断路器的合、分闸状态的微动开关S1；微动开关S1与电阻R2串联后与电容C2一端、电阻R3一端、三极管V1的基极连接，三极管V1的发射极、电容C2另一端、电阻R3另一端接地，三极管V1的集电极连接二极管D1的负极，二极管D1的正极经由电阻R4与电源连接，在二极管D1的正极与电阻R4之间引出合、分闸检测信号输出端。

进一步地，所述微动开关与一惯性滚轮配合，使得微动开关延时响应脱扣器所在断路器的合闸状态。

优选地，所述延迟闭合电路包括：电阻R5～R15、比较器N3A、比较器N3B、电容C3、三极管V2和二极管D2；电阻R5=R6，R11=R12；电阻R5一端、比较器N3A的电源正端、电阻R7一端、三极管V2的发射极、电阻R11一端和电阻R14的一端共电源，电阻R5的另一端、电阻R6一端和比较器N3A的正输入端相连，电阻R7的另一端、电阻R8的一端和比较器N3A的输出端相连，电阻R8的另一端与三极管V2的基极相连，三极管V2的集电极与电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端、电容C3的正极、电阻R10的一端和电阻R13的一端相连，电容C3的负极、电阻R10另一端、电阻R6另一端、比较器N3A的电源负端和电阻R12的一端相连共地，电阻R12的另一端、电阻R11的另一端和比较器N3B的负输入端相连，比较器N3B的正输入端与电阻R13的另一端相连，比较器N3B的输出端、电阻R14的另一端、电阻R15的一端和二极管D2的阳极相连，电阻R15的另一端接至MCR/HSISC阈值切换电路。

优选地，所述MCR/HSISC阈值切换电路包括：电阻R16～R19、MOS管V3；电源正端、电阻R16、R17、R18顺序串联后接地， MOS管V3的漏极接入电阻R17、R18之间，电阻R19接在MOS管V3的栅极和源极之间，MOS管V3的源极接地，MOS管V3的栅极与延迟闭合电路的输出端相连，电阻R16和R17之间引出与MCR/HSISC阈值基准电路相连的信号输出端。

优选地，所述MCR/HSISC阈值基准电路包括电阻R20～R22、运算放大器N4A、运算放大器N4B；运算放大器N4A的输出端、负输入端和电阻R20的一端相连并引出正保护阈值信号输出端，运算放大器N4A的正输入端与MCR/HSISC阈值切换电路的输出端相连，运算放大器N4B的负输入端、电阻R20的另一端和电阻R21的一端相连，电阻R21的另一端与运算放大器N4B的输出端相连并引出负保护阈值信号输出端，运算放大器N4B的正输入端串联电阻R22后与电源相连。

优选地，所述信号比较电路将还原后的各相采样信号与保护阈值信号生成模块所输出的保护阈值信号分别进行比较后，将比较结果并联输出。

进一步地，该脱扣器还包括控制单元和一个逻辑“或”电路，控制单元所发出的脱扣信号与信号比较电路所发出的脱扣信号经过所述逻辑“或”电路进行逻辑“或”运算后输入脱扣驱动电路。

根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：

一种断路器，包括如上任一技术方案所述脱扣器。

优选地，该断路器使用能量互感器供电。

相比现有技术，本实用新型技术方案具有以下有益效果：

1、本实用新型脱扣器无需控制器的参与，无论辅助电源是否存在都能根据硬件电路检测的断路器合分闸状态来快速且准确地执行MCR和/或HSISC保护，满足断路器的自保护需求；

2、本实用新型脱扣器无需控制器的参与，仅通过延迟闭合电路就可以简单地调整MCR保护的有效时间，并且通过MCR/HSISC阈值切换电路顺利地实现MCR与HSISC保护功能的准确衔接。

附图说明

图1是本实用新型脱扣器的原理框图。

图2是具体实施例的信号比较电路。

图3是具体实施例的ON/OFF状态检测电路。

图4是具体实施例的延迟闭合电路。

图5是具体实施例的MCR/HSISC阈值切换电路。

图6是具体实施例的MCR/HSISC阈值基准电路。

图7是具体实施例的逻辑“或”电路。

图8是另一种MCR/HSISC阈值切换电路。

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：

图1显示了本实用新型脱扣器的基本原理，如图1所示，由茹可夫斯基线圈测得的母线上A、B、C、N各相电流信号，经积分电路信号还原后送入信号比较电路，在信号比较电路里分别与来自于MCR/HSISC阈值基准电路的保护阈值信号进行比较，A、B、C、N各相信号的比较输出并联在一起，当A、B、C、N各中的任一相或任几相发生短路时，则相应相的信号值大于MCR或HSISC保护阈值信号，则信号比较电路发送脱扣信号给脱扣驱动电路。

所述ON/OFF状态检测电路用于响应脱扣器所在断路器的合、分闸状态并输出相应的合、分闸检测信号，并将检测信号送入闭合延迟电路；

所述延迟闭合电路用于将ON/OFF状态检测电路输出的合、分闸检测信号传输至MCR/HSISC阈值切换电路，并且在传输时对合闸检测信号进行延时；即在收到合闸检测信号后，先延时一段时间，然后再将合闸检测信号传输至MCR/HSISC阈值切换电路；

所述MCR/HSISC阈值切换电路用于响应所收到的分、合闸检测信号，分别输出第一、第二阈值信号；MCR/HSISC阈值切换电路有两个输出值，第一输出值为MCR阈值，第二输出值为HSISC阈值，当接收到延迟闭合电路的分闸检测信号时，MCR/HSISC阈值切换电路的输出值为第一输出值，MCR功能起作用，当接收到延迟闭合电路的合闸检测信号后，MCR/HSISC阈值切换电路输出值为第二输出值，HSISC功能起作用；

所述MCR/HSISC阈值基准电路，用于响应MCR/HSISC阈值切换电路所输出的第一、第二阈值信号，向信号比较电路分别输出MCR保护阈值信号、HSISC保护阈值信号；如图1所示，能量互感器的输出经速饱和电路和DC/DC产生VDCC电路，产生相应的MCR保护阈值信号与HSISC保护阈值信号，因为电流信号是交流的信号，所以设定MCR/HSISC正保护阈值信号和负保护阈值信号，两者绝对值相等。

逻辑“或”电路，用于将信号比较电路输出的脱扣信号和MCU输出的脱扣指令信号进行逻辑“或”运算后输入脱扣驱动电路，触发磁通变换器动作，从而使断路器断开。

图2显示了信号比较电路的一种具体实现电路。如图2所示，由茹可夫斯基线圈测得的母线上A、B、C、N各相电流信号，经积分电路信号还原为IA、IB、IC、IN，由于IA、IB、IC、IN为正弦信号，IA、IB、IC、IN的正半周信号分别在信号比较电路的比较器N2A、N2C、N1A和N1C中与MCR/HSISC正保护阈值信号MCR/HSISC_Vref+进行比较；IA、IB、IC、IN的负半周信号分别在信号比较电路的比较器N2B、N2D、N1B和N1D中与MCR/HSISC负保护阈值信号MCR/HSISC_Vref-进行比较，比较器N2A、N2C、N1A、N1C、N2B、N2D、N1B和N1D的输出端并联在一起。当断路器侧发生短路故障，检测到的信号大于MCR/HSISC阈值，则信号比较电路发出信号给脱扣驱动电路，使断路器断开。

图3显示了ON/OFF状态检测电路的一种具体实现电路。如图3所示，其包括电阻R2～R4、二极管D1、三极管V1、电容C2以及响应脱扣器所在断路器的合、分闸状态的微动开关S1；微动开关S1与电阻R2串联后与电容C2一端、电阻R3一端、三极管V1的基极连接，三极管V1的发射极、电容C2另一端、电阻R3另一端接地，三极管V1的集电极连接二极管D1的负极，二极管D1的正极经由电阻R4与电源连接，在二极管D1的正极与电阻R4之间引出合、分闸检测信号输出端。当微动开关S1断开时，三极管V1截止，对应的表征断路器合分闸状态的ON/OFF信号为高电平；当微动开关S1闭合时，电源VS给三极管V1的基极供电，三极管V1导通，对应的表征断路器合分闸状态的ON/OFF信号为低电平。本实例中，微动开关S1与一惯性滚轮配合，使得微动开关S1延时响应脱扣器所在断路器的合闸状态，即微动开关闭合较断路器主触头闭合延迟一定的时间t1，该延迟时间t1一般较短（例如十几ms）。

图4显示了延迟闭合电路的一种具体实现电路。如图4所示，该延迟闭合电路包括：电阻R5～R15、比较器N3A、比较器N3B、电容C3、三极管V2和二极管D2；电阻R5=R6，R11=R12；电阻R5一端、比较器N3A的电源正端、电阻R7一端、三极管V2的发射极、电阻R11一端和电阻R14的一端共电源，电阻R5的另一端、电阻R6一端和比较器N3A的正输入端相连，电阻R7的另一端、电阻R8的一端和比较器N3A的输出端相连，电阻R8的另一端与三极管V2的基极相连，三极管V2的集电极与电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端、电容C3的正极、电阻R10的一端和电阻R13的一端相连，电容C3的负极、电阻R10另一端、电阻R6另一端、比较器N3A的电源负端和电阻R12的一端相连共地，电阻R12的另一端、电阻R11的另一端和比较器N3B的负输入端相连，比较器N3B的正输入端与电阻R13的另一端相连，比较器N3B的输出端、电阻R14的另一端、电阻R15的一端和二极管D2的阳极相连，电阻R15的另一端接至MCR/HSISC阈值切换电路。在该电路中，当ON/OFF信号为高电平时（断路器分闸），比较器N3A输出低电平，三极管V2导通，由于电阻R9阻值较小，电容C3两端电平马上接近DVCC，比较器N3B输出高电平。反之，当ON/OFF信号为低电平时（断路器合闸），比较器N3A输出高电平，三极管V2截止，由于电阻R10阻值较大，电容C3通过电阻R10缓慢放电（延迟），直至电容C3两端电平低于比较器N3B的6脚参考电压，比较器N3B输出低电平。比较器N3B的输出电平经二极管D2输入至MCU的I/O口，用于MCU对断路器合分闸状态的检测。

图5显示了MCR/HSISC阈值切换电路的一种具体实现电路。如图5所示，所述MCR/HSISC阈值切换电路包括：电阻R16～R19、MOS管V3；电源正端、电阻R16、R17、R18顺序串联后接地， MOS管V3的漏极接入电阻R17、R18之间，电阻R19接在MOS管V3的栅极和源极之间，MOS管V3的源极接地，MOS管V3的栅极与延迟闭合电路的输出端相连，电阻R16和R17之间引出与MCR/HSISC阈值基准电路相连的信号输出端。在该电路中，当延迟闭合电路的比较器N3B输出高电平时，MOS管V3导通，电阻R18被短路，MCR/HSISC阈值切换电路输出值为第一输出值，MCR功能起作用，Vref=R17/（R16+R17）；反之，MOS管V3截止，MCR/HSISC阈值切换电路输出值为第二输出值，HSISC功能起作用，Vref=（R17+R18）/（R16+R17+R18）。

图6显示了MCR/HSISC阈值基准电路的一种具体实现电路。如图6所示，所述MCR/HSISC阈值基准电路包括电阻R20～R22、运算放大器N4A、运算放大器N4B；运算放大器N4A的输出端、负输入端和电阻R20的一端相连并引出正保护阈值信号输出端，运算放大器N4A的正输入端与MCR/HSISC阈值切换电路的输出端相连，运算放大器N4B的负输入端、电阻R20的另一端和电阻R21的一端相连，电阻R21的另一端与运算放大器N4B的输出端相连并引出负保护阈值信号输出端，运算放大器N4B的正输入端串联电阻R22后与电源相连。基准电压Vref通过运算放大器N4A、N4B产生MCR/HSISC正保护阈值信号MCR/HSISC_Vref+、负保护阈值信号MCR/HSISC_Vref-。

图7显示了逻辑“或”电路的一种具体实现电路。如图7所示，信号比较电路输出的脱扣信号MCR/HSISC_Trip和MCU输出的脱扣指令信号MCU_Trip分别通过并联的二极管D3、D4进行逻辑“或”运算后输入脱扣驱动电路。

图8显示了MCR/HSISC阈值切换电路的另一种具体实现电路，与图5电路不同的是MOS管V3由三极管替代。

该脱扣器的整体工作流程为：断路器进行合闸操作，当微动开关经过延迟时间t1闭合后，该闭合信号通过ON/OFF状态检测电路进行检测判别，输出断路器合闸检测信号，进入闭合延迟电路；在闭合延迟电路中，电容C3充电，然后再放电，使所述断路器合闸信号进一步延迟，设该延迟时间为t2，因此最终延迟闭合电路输出表征断路器合闸状态信号的时间较断路器主触头闭合的时间要延迟t1+t2，本实施例中t1+t2约等于100ms，在这段时间内，MCR/HSISC阈值切换电路输出值为第一输出值，MCR功能起作用，在信号比较电路中的保护阈值信号为MCR阈值，在信号比较电路中，断路器检测到主回路的各相信号与MCR阈值进行比较，当断路器侧发生短路故障，检测到的信号大于MCR阈值，则信号比较电路发出信号给脱扣驱动电路，使断路器断开。断路器合闸状态信号，经过闭合延迟电路的延迟之后，送至MCR/HSISC阈值切换电路，使其中的MOS管导通，MCR/HSISC阈值切换电路输出值为第二输出值，HSISC功能起作用，此时，信号比较电路中的阈值为HSISC阈值，在信号比较电路中，断路器检测到主回路的各相信号与HSISC阈值进行比较，当断路器侧发生短路故障，检测到的信号大于HSISC阈值，则信号比较电路发出信号给脱扣驱动电路，使断路器断开。同时，断路器检测到主回路的各相信号通过信号调理电路输入MCU，当主回路发生长延时故障，或短延时故障，或瞬时故障等动作阈值小于MCR/HSISC的故障时， MCU发出脱扣指令至逻辑“或”电路，再到脱扣驱动电路，使断路器断开。所述速饱和电路、DC/DC产生DVCC电路、脱扣驱动电路等均为现有公开技术，为节省篇幅起见，此处不再赘述。本实施例中的脱扣器在仅由能量互感器供电时，由于免去了微控制器的启动时间，MCR和HSISC保护响应非常快，满足断路器的自保护需求，并且无需MCU参与，通过MCR/HSISC阈值切换电路顺利地实现MCR与HSISC保护功能的相互衔接和切换。

Claims

1.一种脱扣器，带有接通电流保护MCR和高设定瞬时短路保护HSISC功能，该脱扣器包括积分电路和信号比较电路，所述积分电路用于将母线电流的采样信号进行还原，信号比较电路将还原后的采样信号与保护阈值信号生成模块所输出的保护阈值信号进行比较，并根据比较结果向脱扣驱动电路发出脱扣信号；其特征在于，所述保护阈值信号生成模块包括以下硬件电路：

2.如权利要求1所述脱扣器，其特征在于，所述ON/OFF状态检测电路包括：电阻R2～R4、二极管D1、三极管V1、电容C2以及响应脱扣器所在断路器的合、分闸状态的微动开关S1；微动开关S1与电阻R2串联后与电容C2一端、电阻R3一端、三极管V1的基极连接，三极管V1的发射极、电容C2另一端、电阻R3另一端接地，三极管V1的集电极连接二极管D1的负极，二极管D1的正极经由电阻R4与电源连接，在二极管D1的正极与电阻R4之间引出合、分闸检测信号输出端。

3.如权利要求2所述脱扣器，其特征在于，所述微动开关与一惯性滚轮配合，使得微动开关延时响应脱扣器所在断路器的合闸状态。

4.如权利要求1所述脱扣器，其特征在于，所述延迟闭合电路包括：电阻R5～R15、比较器N3A、比较器N3B、电容C3、三极管V2和二极管D2；电阻R5=R6，R11=R12；电阻R5一端、比较器N3A的电源正端、电阻R7一端、三极管V2的发射极、电阻R11一端和电阻R14的一端共电源，电阻R5的另一端、电阻R6一端和比较器N3A的正输入端相连，电阻R7的另一端、电阻R8的一端和比较器N3A的输出端相连，电阻R8的另一端与三极管V2的基极相连，三极管V2的集电极与电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端、电容C3的正极、电阻R10的一端和电阻R13的一端相连，电容C3的负极、电阻R10另一端、电阻R6另一端、比较器N3A的电源负端和电阻R12的一端相连共地，电阻R12的另一端、电阻R11的另一端和比较器N3B的负输入端相连，比较器N3B的正输入端与电阻R13的另一端相连，比较器N3B的输出端、电阻R14的另一端、电阻R15的一端和二极管D2的阳极相连，电阻R15的另一端接至MCR/HSISC阈值切换电路。

5.如权利要求1所述脱扣器，其特征在于，所述MCR/HSISC阈值切换电路包括：电阻R16～R19、MOS管V3；电源正端、电阻R16、R17、R18顺序串联后接地， MOS管V3的漏极接入电阻R17、R18之间，电阻R19接在MOS管V3的栅极和源极之间，MOS管V3的源极接地，MOS管V3的栅极与延迟闭合电路的输出端相连，电阻R16和R17之间引出与MCR/HSISC阈值基准电路相连的信号输出端。

6.如权利要求1所述脱扣器，其特征在于，所述MCR/HSISC阈值基准电路包括电阻R20～R22、运算放大器N4A、运算放大器N4B；运算放大器N4A的输出端、负输入端和电阻R20的一端相连并引出正保护阈值信号输出端，运算放大器N4A的正输入端与MCR/HSISC阈值切换电路的输出端相连，运算放大器N4B的负输入端、电阻R20的另一端和电阻R21的一端相连，电阻R21的另一端与运算放大器N4B的输出端相连并引出负保护阈值信号输出端，运算放大器N4B的正输入端串联电阻R22后与电源相连。

7.如权利要求1所述脱扣器，其特征在于，所述信号比较电路将还原后的各相采样信号与保护阈值信号生成模块所输出的保护阈值信号分别进行比较后，将比较结果并联输出。

8.如权利要求1～7任一项所述脱扣器，其特征在于，该脱扣器还包括控制单元和一个逻辑“或”电路，控制单元所发出的脱扣信号与信号比较电路所发出的脱扣信号经过所述逻辑“或”电路进行逻辑“或”运算后输入脱扣驱动电路。

9.一种断路器，包括如权利要求1～8任一项所述脱扣器。

10.如权利要求9所述断路器，其特征在于，该断路器使用能量互感器供电。