一种智能断路器的制作方法

本发明属于断路器设计的技术领域，特别是涉及一种智能断路器。

背景技术：

断路器装置用于实现电力系统中某电流路径的通断，以小型断路器为例，小型断路器具有结构先进、性能可靠、分断能力强、外型美观小巧等特点，主要用于交流50hz或60hz，额定电压400v以下，额定工作电流为125a以下的场所。作办公楼、住宅和类似的建筑物的照明、配电线路及设备的过载和短路保护之用，亦可作为线路不频繁通断操作与转换之用。主要用于工业、商业、高层和民用住宅等各种场所。

然而，传统的断路器在使用中会出现过压、过流及温度过高等故障，给所在的电力系统带来安全隐患，目前的断路器通过热敏元件进行过流故障的保护，但针对断路器的各种故障，保护措施有待进一步提高。

因此，如何提供一种智能断路器，以解决现有技术无法提供一种针对断路器异常状态可以进行多方面保护的断路器结构等缺陷，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种智能断路器，用于解决现有技术无法提供一种针对断路器异常状态可以进行多方面保护的断路器结构的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种智能断路器，所述智能断路器包括：进线模块，与外部进线连接；电磁模块，与所述进线模块连接，用于所述智能断路器的触点闭合后提供第一电流路径；灭弧模块，与所述进线模块电性连接，用于所述智能断路器的触点断开产生电弧电流后提供第二电流路径；其中，所述灭弧模块包括引弧板；于所述引弧板处设置电流采集元件，所述电流采集元件用于与所述智能断路器中的热敏元件结合，对电流故障进行双重保护；机械模块，与所述电磁模块连接，用于通过所述机械模块中手柄的运动来控制所述触点的开合状态，以使所述机械模块和所述电磁模块之间随所述开合状态实现通断；出线模块，分别与所述机械模块、所述灭弧模块以及外部出线连接。

于本发明的一实施例中，所述电流采集元件设置于所述引弧板的下方。

于本发明的一实施例中，所述电流采集元件的孔径方向与所述智能断路器中由进线至出线的电流方向相同。

于本发明的一实施例中，所述电流采集元件的孔径方向与所述智能断路器中由进线至出线的电流方向垂直。

于本发明的一实施例中，所述电流采集元件的孔径方向与所述智能断路器中进线模块、电磁模块、灭弧模块、机械模块和出线模块的铺设平面垂直。

于本发明的一实施例中，所述机械模块包括脱扣单元，所述脱扣单元与所述热敏元件连接，用于根据所述热敏元件形变产生的力度执行脱扣操作。

于本发明的一实施例中，所述脱扣单元包括脱扣杆、脱扣件和锁扣；所述脱扣杆的两端分别与所述热敏元件和所述脱扣件连接，所述脱扣件与所述锁扣连接。

于本发明的一实施例中，所述智能断路器还包括：检测模块，与所述电流采集元件连接，用于对所述电流采集元件采集的电流进行检测。

于本发明的一实施例中，所述检测模块还分别与电压采集单元、温度采集单元和合闸单元连接，用于针对所述电压采集单元和温度采集单元采集的异常值进行报警，并根据所述合闸单元的信号进行报警消除。

于本发明的一实施例中，所述电流采集元件为电流互感器。

如上所述，本发明所述的智能断路器，具有以下有益效果：

本发明将电流采集元件放置在引弧板下面，不占用断路器的多余空间，且可以采用多种放置形态，长度和宽度与传统小型断路器一致，可以替代原有传统断路器的安装空间。进一步，通过电流互感器作为电流采集元件，使断路器具备电子式过载保护功能。本发明中针对电流进行双重保护，即电流互感器的电子式保护和热敏元件保护，电流互感器实时采样电流，即使检测模块mcu(microcontrolleruni，微控制单元或单片机)故障或者电源及电流采集回路故障，发生过电流故障也可通过热敏元件进行保护，以针对断路器的异常状态进行多方面的保护，从而更加安全可靠。

附图说明

图1显示为本发明的智能断路器于一实施例中的结构连接示意图。

图2显示为本发明的智能断路器于一实施例中的结构原理图。

图3显示为本发明的智能断路器于一实施例中的电流互感器设计原理图。

图4显示为本发明的智能断路器于另一实施例中的电流互感器设计原理图。

图5显示为本发明的智能断路器于又一实施例中的电流互感器设计原理图。

图6显示为本发明的智能断路器于一实施例中的检测连接示意图。

元件标号说明

1智能断路器

11进线模块

12电磁模块

121热敏元件

13灭弧模块

131电流采集元件

132引弧板

14机械模块

141手柄

142脱扣单元

1421脱扣杆

1422脱扣件

1423锁扣

143u型栓

15出线模块

16检测模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明所述的智能断路器在不改变现有的断路器结构的情况下，在断路器的闲置空间内设置电流采集元件，可以与热敏元件结合，对电流故障进行双重保护。

以下将结合图1至图6详细阐述本实施例的一种智能断路器的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的智能断路器。

请参阅图1，显示为本发明的智能断路器于一实施例中的结构连接示意图。如图1所示，所述智能断路器1包括：进线模块11、电磁模块12、灭弧模块13、机械模块14和出线模块15。此外，所述智能断路器1还包括外壳模块，所述外壳模块用于将进线模块11、电磁模块12、灭弧模块13、机械模块14和出线模块15封装于预设空间内。

所述进线模块11与外部进线连接。

所述电磁模块12与所述进线模块11连接，用于所述智能断路器的触点闭合后提供第一电流路径。

所述灭弧模块13与所述进线模块11电性连接，用于所述智能断路器的触点断开产生电弧电流后提供第二电流路径；其中，所述灭弧模块13包括引弧板；于所述引弧板处设置电流采集元件，所述电流采集元件用于与所述智能断路器中的热敏元件结合，对电流故障进行双重保护。

所述机械模块14与所述电磁模块12连接，用于通过所述机械模块14中手柄的运动来控制所述触点的开合状态，以使所述机械模块14和所述电磁模块123之间随所述开合状态实现通断；

所述出线模块15分别与所述灭弧模块13、所述机械模块14以及外部出线连接。

请参阅图2，显示为本发明的智能断路器于一实施例中的结构原理图。如图2所示，所述智能断路器1包括：进线模块11、电磁模块12、灭弧模块13、机械模块14和出线模块15。其中，所述灭弧模块13包括引弧板132；于所述引弧板132处设置电流采集元件131，所述电流采集元件131用于与所述智能断路器中的热敏元件结合，对电流故障进行双重保护。

如图2所示，于一实施例中，所述电流采集元件设置于所述引弧板的下方。需要说明的是，将电流采集元件设置于引弧板下方仅为本发明的其中一种实施方式，其他的在现有断路器内部除引弧板下方以外其他的闲置空间或者基于现有断路器构造额外扩展的空间内设置电流采集元件，在不影响本发明原理实现的情况下，均在本发明保护的范围内。

于一实施例中，所述电流采集元件为电流互感器。

需要说明的是，电流互感器仅为本发明电流采集元件的其中一种实施方式，除电流互感器以外的可以在断路器中实现电流采集功能以及具备将其他电信号或物理信号转换为电流功能的元件均包含在本发明保护的范围内。

请参阅图3，显示为本发明的智能断路器于一实施例中的电流互感器设计原理图。所述电流采集元件以电流互感器为例，其在引弧板下方可以通过不同的方向进行设置。如图3所示，所述电流采集元件的孔径方向与所述智能断路器中由进线至出线的电流方向相同。具体地，由进线至出线的方向为由左向右的水平方向，则电流互感器的孔径方向也为水平方向。

如图3所示，所述机械模块14包括手柄141、脱扣单元142和u型栓143。其中，手柄141用于控制动、静触点的有效闭合和分断。

所述脱扣单元142与所述热敏元件121连接，用于根据所述热敏元件121形变产生的力度执行脱扣操作。

具体地，所述脱扣单元142包括脱扣杆1421、脱扣件1422和锁扣1423。其中，热敏元件121与脱扣杆1421、脱扣件1422、锁扣1423构成热脱扣系统，与出线模块15连接，当线路出现过载故障时，过载电流使热敏元件121弯曲变形，使锁扣1423脱离u型栓143，进而脱扣机构解锁，实现过载保护。

进一步地，所述脱扣杆1421的两端分别与所述热敏元件121和所述脱扣件1422连接，所述脱扣件1422与所述锁扣1423连接。

热敏元件121以双金属片为例，通过热敏元件实现断路器的过载保护功能原理如下：

利用双金属片随着温度升高而定向按规律弯曲的原理，小型断路器闭合后在正常工作状态下.内部的双金属片因其上通过一定的电流而发热.两片金属的热膨胀系数不同而导致弯曲，电流正常的情况下弯曲角度不大，因此推力不足以使锁扣1423从u型栓143中脱扣，当线路出现一般性过载，产生过流时，电流较大导致双金属片弯曲角度较大而触动脱扣单元142中的脱扣杆1421，推力足以推动脱扣杆1421，进而，脱扣杆1421带动脱扣件1422和锁扣1423运动，从而使小型断路器的锁扣1423从u型栓143中脱扣，起到了超负载保护的作用。

所述机械模块14与所述电磁模块12连接，用于通过所述机械模块14中手柄的运动来控制所述触点的开合状态，以使所述机械模块14和所述电磁模块123之间随所述开合状态实现通断。

所述出线模块15分别与所述灭弧模块13、所述机械模块14以及外部出线连接。

如图3所示，在智能断路器工作时，进线模块11、电磁模块12、灭弧模块13、机械模块14和出线模块15各模块的工作原理如下：

当所述智能断路器1通过机械模块14的手柄141实现触点闭合后，电磁模块12与机械模块14连通，电磁模块12向进线模块11提供第一电流路径，以使电流由进线模块11依次经过电磁模块12、机械模块14到达出线模块15，同时提供短路保护。具体地，第一电流路径是指电流由进线模块进入后，依次通过断路器的第一连接导线、电磁线圈、静触点、动触点、第二连接导线、双金属片到达出线模块。其中，第一连接导线为电磁线圈一端的导线，第二连接导线用于连接热敏元件和动触点。

当所述智能断路器1通过机械模块14的手柄141实现触点断开后，产生电弧电流，灭弧模块13中的引弧板132将电弧电流引向灭弧模块13，以通过灭弧模块13向进线模块11提供第二电流路径。具体地，第二电流路径是指熄灭电弧的电流路径。电弧在灭弧室内被分割为多段，例如14段，随后很快冷却、熄灭。电弧熄灭后，电流彻底中断。

请参阅图4，显示为本发明的智能断路器于另一实施例中的电流互感器设计原理图。如图4所示，所述电流采集元件的孔径方向与所述智能断路器中由进线至出线的电流方向垂直。

具体地，由进线至出线的方向为由左向右的水平方向，则电流互感器的孔径方向与水平方向垂直，即垂直方向。

请参阅图5，显示为本发明的智能断路器于又一实施例中的电流互感器设计原理图。如图5所示，所述电流采集元件的孔径方向与所述智能断路器中进线模块、电磁模块、灭弧模块、机械模块和出线模块的铺设平面垂直。

具体地，所述智能断路器中进线模块、电磁模块、灭弧模块、机械模块和出线模块的铺设平面是指视图的正对面，则电流互感器的孔径方向与视图的正对面垂直。

需要说明的是，图3至图5仅为电流互感器放置的三种实施方式，除此之外，其他的符合本发明智能断路器原理实现的电流互感器的放置位置及放置方向均包括在本发明保护的范围内。

请参阅图6，显示为本发明的智能断路器于一实施例中的检测连接示意图。如图6所示，所述智能断路器1还包括：检测模块16。优选的，所述检测模块可以是mcu(microcontrolleruni，微控制单元或单片机)。

所述检测模块16与所述电流采集元件连接，用于对所述电流采集元件采集的电流进行检测。

于一实施例中，所述智能断路器中，所述检测模块还分别与电压采集单元、温度采集单元和合闸单元连接，用于针对所述电压采集单元和温度采集单元采集的异常值进行报警，并根据所述合闸单元的信号进行报警消除。具体地，报警的方式包括但不限于声光报警和向用户进行报警消息推送的方式。报警的同时断路器执行了断开操作，通过电力系统自动消除故障或人工核查后消除故障后，进而针对智能断路器进行合闸操作，由此合闸单元产生合闸信号。

所述检测模块在所述智能断路器中具体原理如下：

(1)电压检测：电压采集单元所采集的电压传输至检测模块，检测模块判断当电压超过过压预警值或低于欠压预警值或缺相时进行报警；直到检测模块接收到合闸单元的合闸信号，使报警消除。

(2)电流检测：电流采集单元所采集的电流传输至检测模块，检测模块判断当电流超过设定预警电流值时进行报警；直到检测模块接收到合闸单元的合闸信号，使报警消除。

(3)温度检测：温度采集单元所采集的温度传输至检测模块，检测模块判断当温度值超过温度预警值时进行报警；直到检测模块接收到合闸单元的合闸信号，使报警消除。

除此之外，本发明所述的智能断路器还包括四遥功能以及与电压、电流及温度相关的功率、电能、功率因数等电参数的检测及分析。

其中，四遥功能由远动系统终端rtu(remoteterminalunit，远端终端单元)实现，在本发明中可以通过至少一个mcu所连接的通信芯片与网络通信模块进行通信，进行数据交互，多个网络通信模块形成可以对不同位置的断路器进行远程控制的物联网网络，进而，利用该物联网网络，用户在远动系统终端rtu进行操作控制，实现对不同位置、不同区域的多个智能断路器的四遥功能，所述网络通信模块包括但不限于4g/5g通信模块、gps(globalpositioningsystem，全球定位系统)模块、wifi模块和蓝牙模块。具体包括：

遥测(遥测信息)：远程测量。采集并传送运行参数，包括各种电气量(线路上的电压、电流、功率等量值)和负荷潮流等。

遥信(遥信信息)：远程信号。采集并传送各种保护和开关量信息。

遥控(遥控信息)：远程控制。接收并执行遥控命令，主要是通过控制合闸单元实现分合闸，对远程的一些开关控制设备进行远程控制。

遥调(遥调信息)：远程调节。接收并执行遥调命令，对远程的控制量设备进行远程调试，如调节发电机输出功率。

本发明所述的智能断路器的实现装置包括但不限于本实施例中已列举的智能断路器的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。

综上所述，本发明所述智能断路器将电流采集元件放置在引弧板下面，不占用断路器的多余空间，且可以采用多种放置形态，长度和宽度与传统小型断路器一致，可以替代原有传统断路器的安装空间。进一步，通过电流互感器作为电流采集元件，使断路器具备电子式过载保护功能。本发明中针对电流进行双重保护，即电流互感器的电子式保护和热敏元件保护，电流互感器实时采样电流，即使检测模块故障或者电源及电流采集回路故障，发生过电流故障也可通过热敏元件进行保护，以针对断路器的异常状态进行多方面的保护，从而更加安全可靠。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。