专利名称：新型中性线保护器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对单相或三相配电系统交流电源中性线安全运行的保护装置，尤其是断零即分支接零处断路和零漂即母线接零处断路故障，都能同时进行迅速作出反应的安全保护装置。
背景技术：
不管是单相还是三相配电系统内的中性线出现了断零或零漂故障时，都会对用户的人身安全及用电设备造成严重危害。目前所采用的保护措施是在主回路中串联中性线断线保护器，当系统内中性线发生非常情况时，保护器自动让主触点脱扣。但现有的该类装置都普遍存在着一是保功能不够全面和完整，二是保护电路的设计比较复杂所需的材料成本费用也比较高。例如，中国实用新型公开了一种申请号为，00263280.2的断零线保护器，只给出了三相配电系统的零漂保护技术解决方案，缺乏通用性。
发明内容
为了克服现有技术解决方案存在电路设计复杂、制造成本高和不能同时满足单相和三相配电系统，对断零和零漂故障保护需求的缺点，本实用新型提供一种新型通用中性线安全保护装置的设计方案，不仅能同时满足对单相和三相配电系统断零和零漂故障的安全保护要求，而且，保护电路的设计简单新颖静态功耗低，制造成本价廉。
本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是在强电主回之外，弱电保护电路设计中，设计一种总保护电路(用符号ZB表示)担任三相配电系统中性线断零与零漂故障的保护任务，再用总保护电路的三分之一部分(用符号ZB/3表示)作为子保护电路，担任单相配电系统中性线断零与零漂故障的保护任务。子保护电路ZB/3的两个共用子网络接点B和PE′，按同名接点分成两组做并联连接，产生总保护电路ZB的总网络接点B′和PE″，总网络接点B′与模拟实验电路之中的接点K1相连，模拟实验电路之中的接点K2与配电系统交流电源的零线N′或N相连，总网络接点PE″经辅助电子开关SCR′与脱扣电磁铁DT的一端相连，脱扣电磁铁DT的另一端与保护接地端(用符号PE表示)相连，而组成总保护电路ZB的三组子保护电路ZB/3部分最后所剩下的三个子网络接点A，不做内部互连单独作为总保护电路ZB的三个专用总网络接点A1、A2、A3与三相配电系统中的三根火线L1′、L2′、L3′对应相连。在子保护电路ZB/3部分的网络电路内，压敏电阻与整流电路输入端并联后，一端接子网络接点B，另一端接子网络接点A，分流电阻RF和备用的功能升级扩展设计电路的接口C′O′并联在整流电路的输出端上，滤波电阻RL一端接电子开关SCR的门极g，另一端经电压偏移电路DB3接到整流电路输出端之中的负极端上，滤波电容CL并联在电子开关SCR的阴极k和门极g的两端上，电子开关SCR的阴极k经阻塞型抗干扰电路与子网络接点PE′相连，电子开关SCR的阳极a与整流电路之间的连接方式有两种可以任选，一种是将SCR的阳极a接到整流电路输入端之中与子网络接点A相连的那一端上，另一种是将SCR的阳极a与整流电路输出端之中的正极端相连。
本实用新型的有益效果是不仅完全克服了现有同类保护器，不能对单相和三相配电系统中性线断零和零漂故障同时进行保护的缺点，而且，还能对中性线的断零故障，具有预期即提前作出保护反应的动作能力，保护电路设计简单不需设置辅助电源、静态功耗低、抗干扰能力强、工作稳定可靠。此外，在保护功能的模拟试验方面，具有设计新颖、操作灵活、试验全面的优点。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的方框原理图。
图2是ZB/3即13或14或15子保护电路网络部分的方框原理图。
图3是ZB/3即13或14或15子保护电路网络部分的电路原理图。
图4是本实用新型具体实施例的电路原理图。
图5是本实用新型又一种实施方式的电路原理图。
图中1.单相配电系统中的火线输入端L或三相配电系统中的火线输入端L1，2.单相配电系统中的火线输出端L′或三相配电系统中的火线输出端L1′，3.单相配电系统中的零线输入端N或三相配电系统中的火线输入端L2，4.单相配电系统中的零线输出端N′或三相配电系统中的火线输出端L2′，5.三相配电系统中的火线输入端L3，6.三相配电系统中的火线输出端L3′，7.三相配电系统中的零线输入端N，8.三相配电系统中的零线输出端N′，9.主回路，10.模拟试验电路，11.试验附件，12.总保护电路ZB(＝ZB/3+ZB/3+ZB/3)，13.子保护电路ZB/3，14.子保护电路ZB/3，15.子保护电路ZB/3，16.压敏电阻RV，17.分流电阻RF，18.整流电路，19.电压偏移电路DB3，20.滤波电阻RL，21.电子开关SCR，22.滤波电容CL，23.阻塞型抗干扰电路，24.辅助电子开关SCR′，25.脱扣电磁铁DT，26.保护接地端PE。
具体实施方式
在图1中，总保护电路(12)，是由电路结构相同的三组ZB/3子保护电路(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)部分的积木式组合而形成的，用子保护电路ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)部分的三个共用子网络接点PE′的并联连接，产生总保护电路ZB(12)的总网络接点PE″。用子保护电路ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)部分的三个共用子网络接点B的并联连接，产生总保护电路的ZB(12)的总网络接点B′。而子保护电路ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)部分最后还剩下总共三个子网络接点A则不进行互联，专供总保护电路ZB(12)用来产生三个供三相配电系统专用的总网络接点A1、A2、A3与三相火线L1′(2)、L2′(4)、L3′(6)对应相连。总网络接点B′经模拟实验电路(10)与三相配电系统的零线N′(8)或N(7)相连。总网络接点PE″经辅助电子开关SCR′(24)与脱扣电磁铁DT(25)的串联电路与保护接地端PE(26)相连。
在图2中，压敏电阻RV(16)和整流电路(18)的输入端共同并联到子网络接点B和A两端上。分流电阻RF(17)并联在整流电路(18)的输出端上。电子开关SCR(21)的门极g经滤波电阻RL(20)与电压偏移电路DB3(19)的串联电路与整流电路(18)输出端之中的负极端相连。滤波电容CL(22)并联在电子开关SCR(21)的阴极k和门极g两端上。电子开关SCR(21)的阴极k经阻塞抗干扰电路(23)与子网络接点PE′相连。电子开关SCR(21)的阳极a，可与整流电路(18)的输入端之中，与子网络接点A相连的那一端相连，也可以与整流电路(18)输出端之中的正极端相连。
在图3中，二极管D1、D2和D3、D4的阴极、阳极分别做顺序串联后再做并联连接产生出整流电路(18)，整流电路(18)的输入端分别从D2的阴极和D3的阳极上引入，与子网络接点B和A相连，压敏电阻Rv(16)并联在整流电路(18)的输入端上，压敏电阻Rv(16)也可以不设置。整流电路(18)的正极输出端从二极管D1、D3相互并联的阴极上引出接至接点C，整流电路(18)的负极输出端从二极管D2、D4相互并联的阳极上引出接至接点0。分流电阻RF(17)并联在接点C、O两点上。滤波电阻RL(20)信号输入端，与电压偏移电路DB3(19)串联后，接到整流电路(18)输出端之中的的负极端上，滤波电阻RL(20)的信号输出端，接到电子开关SCR(21)的门极g端上。电压偏移电路DB3(19)可以采用触发二极管担任，也可以采用稳压二极管担任，也可以采用压敏电阻担任，也可以不设置。滤波电容CL(22)的两端，并联在电子开关SCR(21)的阴极k和门极g两端上。阻塞型抗干扰电路(23)由二极管DK和电阻RK的并联电路担任，DK的阳极接电子开关SCR(21)的阴极k端，DK的阴极接子网络接点PE′，阻塞型抗干扰电路(23)也可以不设置。电子开关SCR(21)的阳极a，可以接在二极管D3的阳极上，也可以接在D3的阴极上。在图3中，与电路接点C、O两点相连的C′、O′两点，是供保护功能升级扩展设计电路连接之用的备用接口，备用接口C′、O′也可以不设置。
在图4中，总保护电路ZB(12)是由电路结构相同的三组子保护电路ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)部分的积木式组合而产生的。子保护电路ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)部分的三个共用子网络接点PE′的并联连接，产生了总保护电路ZB(12)的总网络接点PE″。子保护电路ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)部分的三个共用子网络接点B的并联连接，产生了总保护电路ZB(12)的总网络接点B′。而子保护电路ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)部分最后还剩下的总共三个子网络接点A则不做互联，专供总保护电路ZB(12)用来产生三个供三相配电系统专用的总网络接点A1、A2、A3与三相火线L1′(2)、L2′(4)、L3′(6)对应相连。辅助电子开关SCR′(24)，由可控硅SCR′的阴极与二极管DF的阳极；可控硅SCR′的阳极与二极管DF的阴极做并联连接来担任，SCR′的门极与电容C2及电阻R2、R3的一端做并联连接，电阻R2的另一端与电容C1与电阻R1的一端做并联连接，电阻R1的另一端与二极管D5阴极相连，电容C1、C2和电阻R3的另一端共同做并联连接后再与SCR′的阴极相连，二极管D5的阳极可以从火线L1′(2)、L2′(4)、L3′(6)之中任选其中之一例如L1′(2)与之相连，SCR′的阳极与总保护电路ZB(12)的总网络接点PE″相连，SCR′的阴极与脱扣电磁铁DT(25)的一端相连，脱扣电磁铁DT(25)的另一端与保护接地端PE(26)相连，辅助电子开关SCR′(24)也可以不设置。模拟试验电路(10)中的试验电阻RS的一端与插座CZ上的接点K1相连，另一端与插座CZ上的接点K3相连，接点K1、K2是插座CZ上的常闭合触点，K1与总网络接点B′相连，K2与零线N′(8)或N(7)相连。在试验附件(11)内，插头CT与试验探头TT之间被试验导线连接起来，试验附件(11)与模拟试验电路(10)之间，采用轴孔配合式机械滑动连接或接线柱式固定连接或开关/继电器转换等数种方式可任选其中之一，模拟试验电路(10)和试验附件(11)也可以不设置。主回路(9)中的KL1、KL2、KL3、(KN)分别是三相火线和零线的主分断触点，YTL1、YTL2、YTL3、(YTN)分别是三相火线和零线的的热脱扣装置，CTL1、CTL2、CTL3、(CTN)分别是三相火线和零线的磁脱扣装置，图中用虚线方框画出的KN、YTN、CTN，表示可以不设置。该图是新型中性线保护器应用在三相四线TT、TN-S、TN-C-S接地型式配电系统，三极四线或四极主回路(9)的电路原理图。现结合图2和图3介绍本实用新型(图4)的工作原理在主回路(9)中的主分断触点KL1、KL2、KL3、(KN)合闸后，在三相火线输出端L1′(2)、L2′(4)、L3′(6)与PE(26)上存在的相电压，V226、V426、V626作用下，阻塞型抗干扰电路(23)，会使总保护电路ZB(12)体内的ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)子保护电路中产生出三个I3′的电流来，该电流在子保护电路ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)部分中的三个滤波电容CL上，同时都建立起一个负极性的杂波干扰阻塞电压(通常为12伏左右)，使总保护电路ZB(12)体内分布在子保护电路ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)部分中的三个电子开关SCR都不会被杂波干扰触发而出现误导通现象。当三相配电系统的中性线出现了零漂故障时，漂移电压V826会随着三相负载不平衡程度的增大而升高，当V826升高到大于电压偏移电路DB3(19)的触发阈值时，V826便会在总保护电路ZB(12)体内的ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)子保护电路中，产生出三个零漂检测电流I2′，I2′首先要吸收子保护电路ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)部分中的各个滤波电容CL(22)上，在常态下用电流I3′所建立起来的负电荷，只有在V826随三相负载不平衡程度的增大而升高到大于规定数值(例如50伏)时，在总保护电路ZB(12)体内流动的三条I2′电流中，会至少有其中的一条能在滤波电容CL(22)上建立起正向0.7伏的可控硅门极触发电压，使分布在总保护电路ZB(12)体内三组ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)子保护电路的三只可控硅SCR(21)当中，至少会有其中的一只被触发导通，产生驱动电流I4，I4由PE′流进PE″又经辅助电子开关SCR′(24)变成I4′后，使脱扣电磁铁DT(25)动作，将主分断触点KL1、KL2、KL3、(KN)一起脱扣跳闸。下面介绍新型中性线保护器(下文简称保护器)，对中性线断零故障进行保护的工作原理当保护器三相主回路配电输出端的下游，出现了只有某一相的用电负荷在线而其余两相上的负荷开关均为未接通的断开状态之下时，如若正在此时配电系统的零线输入端N(7)出现了断路故障，假如此时用电负荷在线的是L1相，那么在总保护电路ZB(12)的体内，与L1相相连接的子保护电路ZB/3(13)部分中，因V226＝V826＝220伏，迫使I3＝0，于是就会产生断零触发电流I2并使I2＝I1，又因此时只有子保护电路ZB/3(13)部分中的SCR(21)的门极和阳极上的作用电压的相位相同，所以也只有子保护电路ZB/3(13)中的SCR(21)被此时所发生的断零故障触发而导通，从ZB/3(13)的子网络接点PE′上产生驱动电流I4，I4流进PE″后变成了I4′，使脱扣电磁铁DT(25)动作将主分断触点KL1、KL2、KL3、(KN)，脱扣跳闸。下面介绍本实用新型对中性母线上的零漂故障，可以预期(提前)迅速地作出保护反应动作的工作原理当中性母线上的断线故障，发生在保护器三相交流电压输出端子全部都为空载运行(即保护器下游用电负荷上的电源开关均未接通)的状态之下时，对于三相交流电源而言，此刻唯一的在线负载就只剩下了总保护电路ZB(12)的等效三相星形内阻抗了，而该阻抗又是由三组子保护电路ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)部分电路中的阻值很高且又相等的三个分流电阻RF(17)所决定，故使此时的配电系统就处在了一个微功耗三相星(RY)形负载的平衡状态之下，V826＝0，漂移故障电压信号无输出保护器无法动作。显然，此刻的保护器并没有反映出在中性母线处已经发生了断线故障的真实情况。而本实用新型的预期保护反应功能，却能让保护器在此刻也能及时地作出正确的保护反应动作来，实现预期保护反应动作功能的具体方法共有两种可以任意选择。第一种方法是选择ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)子保护电路部分中三只分流电阻RF(17)其中一只的电阻值故意与另两只不相等。第二种方法是不改变分布在子保护电路ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)部分中的三只分流电阻RF(17)原来阻值都相等的关系，而是，只在保护器三相交流电源的火线输出端子L1′(2)、L2′(4)、L3′(6)之中任选其中之一例如L1′(2)，与零线输出端子N′(8)或零线输入端子N(7)之间，并联一只附加电阻(Rs′)，让三相交流配电系统，因中性母线在此刻出现断线故障所产生的漂移电压V826′(＝VB′PE)，也会有足够的输出，来迫使保护器能够作出正确反应，将主回路(9)中的KL1、KL2、KL3、(KN)脱扣跳闸。下面介绍本实用新型模拟试验的工作原理保护器的模拟试验工作，由模拟试验电路(10)和试验附件(11)来共同完成。目的是在中性线完好无损的情况下，随时查验运行状态下的保护器各组成部分的工作情况正常与否。试验前，先把试验附件(11)上的插头CT插入模拟试验电路(10)插座CZ的孔中，于是，就会在常闭合触点K1与K2分离的同时将试验探头TT与接点K3连接起来。由于触点K1与K2的分离，就会使配电系统零线输出端N′(8)与总网络接点B′的通路被切断，结果，使保护器被强迫的处在了一个如前文所述的那种，等效RY形负载三相微功耗的平衡状态下。因为在总保护电路ZB(12)体内，分布在三组子保护电路ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)部分电路中的三个分流电阻RF(17)的阻值，都是相等的，所以，总网络接点B′与保护接地端子PE(26)之间的漂移电压VB′PE＝0，保护器不动作。但如手拿探头TT与三相火线输出端子L1′(2)、L2′(4)、L3′(6)之中的任意一相火线，例如L1′(2)相接触时，L1相电压220V，就会由探头TT-CT-CZ-K3-Rs-K1，出现在总网络接点B′上，使VB′PE立即产生足够的输出电压让保护器立即动作，将主回路(9)中的KL1、KL2、KL3、(KN)脱扣跳闸。为了验证总保护电路ZB(12)体内，三组子保扩电路ZB/3(13)和ZB/3(14)和ZB/3(15)部分的全部工作情况，每次试验应将探头TT与三相火线输出端L1′(2)、L2′(4)、L3′(6)各接触一次，试验结束后，应将CT从CZ中拔出，让插座CZ中的常闭合触点K1与K2回到原来的常闭合状态之下。
在图5中，脱扣电磁铁DT(25)的一端接在单相配电系统的火线L′(2)上，另一端接在子保护电路ZB/3(13)的子网络接点A上。模拟试验电路(10)由常闭合触点式的开关电路零件S担任，一端接在零线输出端N′(4)上，另一端接在子保护电路ZB/3(13)的子网络接点B上，S可以是一只手动按钮，也可以是一只或一对接线柱，也可以是继电器上的常闭合触点，也可以不设置模拟试验电路(10)。子保护电路ZB/3(13)的子网络接点PE′与保护接地端PE(26)相连。图中的L H是零序电流互感器，只有在备用接口电路C′O′上，外接的功能升级扩展设计电路的扩展保护功能设计项目中，含有过压、欠压、断电延时以及漏电保护功能项目时才需要设置，此时子保护电路ZB/3(13)中的分流电阻RF(17)就可以用在C′O′接口上存在的静态等效直流电阻来取代，电磁铁DT(25)也可以接在子保护电路ZB/3(13)中的整流电路(18)的正极输出端与正极接点C的串联电路之中。当备用接口C′O′悬空闲置时，脱扣电磁铁DT(25)还可以连接在子保护电路ZB/3(13)的子网络接点A与电子开关SCR(21)的阳极a之间，或整流电路(18)输出端之中的正极端与电子开关SCR(21)的阳极a之间，或电子开关SCR(21)的阴极k与阻塞型抗干扰电路(23)之间，或阻塞型抗干扰电路(23)与保护接地端PE(26)之间。主回路(9)中的KL、(KN)，分别是单相火线和零线的主分断触点，YTL、(YTN)分别是单相火线和零线的热脱扣装置，CTL、(CTN)分别是单相火线和零线上的磁脱扣装置，其中用虚线画出的方框部分表示可以不设置。该图是新型中性线保护器应用在三相四线TT、TN-S、TN-C-S接地型式的单相配电系统，二极或单极二线主回路(9)中的电路原理图。当保护器上游三相四线交流电源的中性线发生了零漂故障时，漂移电压V426就会随保护器上游三相配电负荷不平衡程度的增大而升高，当V426大于规定数值(例如50V)时，零漂检测电流I2′便触发ZB/3(13)中的电子开关SCR(21)导通产生驱动电流I4，使脱扣电磁铁DT(25)动作，将主回路(9)中的KL、(KN)脱扣跳闸。当保护器单相交流电源的零线输入端子N(3)处发生了断路故障且用电负荷上的电源开关处在接通位置上时，相电压V226＝V426＝220V，迫使I3＝0产生断零触发电流I2，I2又去触发ZB/3(13)中的电子开关SCR(21)导通产生驱动电流I4，使脱电磁铁DT(25)动作将主回路(9)中的KL、(KN)脱扣跳闸。
权利要求1.一种新型中性线保护器，串联在主回路中的主分断触点，串联在脱扣电磁铁DT电路中的电子开关SCR，其特征是脱扣电磁铁DT与辅助电子开关SCR′串联在总保护电路ZB的总网络接点PE″与保护接地端PE之间，子保护电路ZB/3的子网络接点A可以直接或经电磁铁DT与单相配电系统火线L′相连，总保护电路ZB的总网络接点A1、A2、A3与三相配电系统火线L1′、L2′、L3′直接对应相连，附加电阻Rs′一端与三相配电系统零线N′或N相连另一端与三相火线L1′或L2′或L3′随意选择其中之一相连，模拟试验电路串联在总保护电路ZB的总网络接点B′或子保护电路ZB/3的子网络接点B与配电系统的零线N′或N之间，试验电阻Rs串联在试验电路与试验附件之间。
2.根据权利要求1所述的新型中性线保护器，其特征是三组子保护电路ZB/3的三个子网络接点PE′共同与总保护电路ZB的总网络接点PE″相连，三组子保护电路ZB/3的三个子网络接点B共同与总保护电路ZB的总网络接点B′相连，三组子保护电路ZB/3的三个火线输入用子网络接点A与总保护电路ZB的三个总网络接点A1、A2、A3随意地对应相连。
3.根据权利要求1所述的新型中性线保护器，其特征是子保护电路ZB/3中的整流电路的输入端并联在子网络接点A、B两端上，子保护电路ZB/3中的分流电阻RF并联在整流电路的输出端上，子保护电路ZB/3中的电子开关SCR的门级g经滤波电阻RL与电压偏移电路DB3的串联电路与整流电路输出端之中的负极端相连，子保护电路ZB/3中的电子开关SCR的阴极k经阻塞型抗干扰电路与子网络接点PE′相连，子保护电路ZB/3中的电子开关SCR的阳极a可以与子网络接点A相连也可以与整流电路输出端之中的正极端相连。
4.根据权利要求1所述的新型中性线保护器，其特征是对于单相配电系统，脱扣电磁铁DT可以串联在火线L′与子网络接点A之间，或子网络接点A与电子开关SCR的阳极a之间，或整流电路的正极输出端与电子开关SCR的阳极a或接点C之间，或电子开关SCR的阴极k与阻塞型抗干扰电路之间，或阻塞型抗干扰电路与保护接地端PE之间。
专利摘要一种新型中性线保护器，其特征是；分流电阻并联在整流电路的输出端上。由电子开关、阻塞型抗干扰电路、辅助电子开关与脱扣电磁铁组成的串联电路，一端与主回路中的火线相连，另一端与保护接地端相连。滤波电路与电压偏移电路串联后，一端与电子开关的控制端相连，另一端与整流电路输出端之中的负极端相连。用三组单相子保护单元网络电路的积木式组合来产生供三相配电系统服务的总保护电路。模拟试验电路串联在主回路中的零线与保护电路之间。特点是电路结构简单、不需要辅助电源、静态功耗低，不仅能对TT、TN－S、TN－C－S系统内中性线的零漂故障进行有效保护，而且，还能对中性线的断零故障，具有提前作出保护反应的动作能力。
文档编号H02H3/26GK2894019SQ20052012267
公开日2007年4月25日 申请日期2005年9月21日 优先权日2005年9月21日
发明者张颖 申请人:张颖