专利名称：一种断路器相间弧光短路保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种断路器相间弧光短路保护装置，用于智能型万能式断路器相间弧
光短路时的快速后备保护，属于低压电器制造技术领域。
背景技术：
智能型万能式低压断路器广泛应用于电力低压配电系统，它是电力低压配电系统 过载及短路保护的主要电气设备。现有技术的万能式断路器及其配套控制器，由于只是通 过检测主回路电流或者电压来执行配电保护，故具有局限性，在某些特殊情况下，无法完整 的执行保护，如在使用环境潮湿，或者由于某些原因使断路器铜排变形，使其相间距离变 小，或者是由于中低压配电设备密封性较差会进入小动物，均会造成断路器相间绝缘性能 降低，引起断路器相与相间绝缘击穿拉弧短路。此时包括两种情况①为断路器出线端拉弧 击穿时，断路器本身虽能检测到相应电流并执行保护，但由于是拉弧短路，其短路电流有可 能无法达到断路器瞬时保护的设定值，故只能由短延时甚至长延时来进行保护，时间往往 长达数百毫秒；②为进线端击穿时，由于断路器只能实时检测负载端的电流情况并加以保 护，对于进线端无法执行保护，因此只能由上级断路器来执行保护，但对于低压万能式断路 器，其上级断路器往往是中、高压开关或变压器后备过流保护设备，其保护动作时间往往较 长，一般均大于300ms，甚至能达到几秒以上。而电弧故障的危害程度取决于电弧电流及切 除时间，电弧产生的能量与ft成指数规律快速上升。只有总切除时间小于85ms，才能使设 备不遭受损害，总切除时间大于100ms，将会对设备造成不同程度的损害。IEC298标准附录 AA中也规定了的小于100ms的内部燃弧时间。国外曾对各种燃弧持续时间下设备的损坏程
度进行过试验，其结果如下
电弧燃烧持续时间设备损坏程度
35ms没有明显损坏， 一般可在检验绝缘电阻后投入使用
100ms设备损坏较小，在开关柜投入运行前仅需要清洁或可能的小的修理
500ms设备损坏很严重，现场工作人员可能受到严重伤害，必须更换部分设备 才可以再投入运行 因此，在目前使用常规万能式断路器的场合，如发生相间拉弧击穿，往往会造成以 下几方面重大危害①电弧温度相当太阳温度的2倍，大约为IOOO(TC，由于过热将导致铜 排、铝排熔毁，气化；②电缆熔毁，电缆包覆层的着火；③过热导致压力上升，使开关设备爆 炸；④开关设备强烈振动，使固定元件松脱；⑤高温烧灼皮肤，强光剌伤眼睛；⑥产生大量 的有害气体，伤害呼吸系统；⑦爆破音震损耳膜、肺脏；⑧碎片飞射，造成人员伤害，甚至死
3亡。
发明内容
本发明的目的是针对断路器进线端拉弧短路情况，提供一种断路器相间弧光短路
保护装置。该保护装置带有燃弧快速判断装置，能成倍縮短拉弧击穿的燃弧时间，减少由于
燃弧时间过长引起的事故和损失。 本发明的目的通过以下技术方案如下 本发明所述的一种断路器相间弧光短路保护装置，包括有用于检测弧光强度的弧 光传感器1、弧光信号处理单元2、动作执行单元3和供电电源4，其特征是弧光信号处理单 元2输入端和弧光传感器1相连；弧光信号处理单元2输出端和动作执行单元3相连，供电 电源4为弧光传感器1、弧光信号处理单元2、动作执行单元3供电。 本发明所述的检测弧光强度的弧光传感器1由导光罩、高灵敏光敏二极管1V1 1V7、电阻1R1 1R4、R1 R4、电容Cl C4连接线组成；光敏二极管1V1 1V7负端共同 接电压VD，正端分别连接电阻1R1 1R7 ;电阻1R1 1R7另一端分别连接电阻Rl R7 — 端，同时与信号处理单元的AN0、AN1、AN2、AN3、AN4、AN8、AN9连接；电阻Rl R7另一端共 同接信号地；电容Cl C7与电阻Rl R7分别并联。 本发明所述的供电电源4由芯片Nl、电容C10、C11、C12、V10组成；DC12V的VD与 V10的正端连接，芯片Nl的1号脚连接C10 —端并与二极管V10的负端相连接，芯片Nl的 2号脚连接C10的另一端并与输入电源DC12V的负端连接；芯片Nl的3号脚连接电容C12 正端，此端输出电压+5V ;电容C12的负端与芯片Nl的2号脚连接以作为信号地；电容Cll 与电容C12并联； 本发明所述的信号处理单元由芯片MCU、电阻R8、R9，电容C8、C9和拨码开关Sl组 成MCU的1号脚与R8、 C8相连接，R8另一端接电源+5V， C8另一端接信号地；MCU的11号 脚与R9、 Sl相连接，R9另一端接信号地，Sl另一端接电源+5V ;MCU的8号和19号脚接信 号地，20号脚接电源+5V，19号和20号脚之间加电容C9 ;MCU的2、3、4、5、7、23和24脚为 ANO、 AN1、 AN2、 AN3、 AN4、 AN8和AN9，与弧光传感器输出端相连接15号脚为动作控制引脚， 与动作执行单元相连接； 本发明所述的动作执行单元由电阻R10、R11 ， 二极管V8，三极管V9和继电器KA组 成。MCU的15号的动作控制与R10的一端连接，电阻R10的另一端与电阻Rll相连后与三 极管V9基极相连接；电阻Rll另一端与三极管V9发射极共同接信号地，三极管V9的集电 极与二极管V8正端、继电器线包一端相连接，二极管V8负端与继电器线包另一端相连后接 电源+5V ;继电器有两组触点，一组控制本级断路器分闸，一组为发与上级开关的信号； 本发明的优点是能够保证在断路器进线端发生相间拉弧短路时快速的分断断 路器本身，同时发送相间短路信号与上级开关，使其分闸，从根本上限制电弧故障的持续时 间，减少电弧故障引起的所引起的各种人员、设备危害，尽可能的减少经济损失。
图1为本发明断路器相间弧光短路保护装置的原理框图。
图2为弧光传感器原理图
图3为供电电源原理图
图4为信号处理单元原理图
图5为动作执行单元原理图
具体实施例方式
为有助于理解本发明，以下结合附图对本发明的具体实施方式
进行进一步说明。
参阅图l本发明的原理框图；当发生弧光短路故障时，弧光传感器l将弧光信号转 换成电信号并送入信号处理单元2，信号处理单元2对电信号进行判断处理后，将命令发与 动作执行单元3，动作执行单元通过无源触点方式控制本级断路器分闸，并将弧光故障信号 发与上级断路器，供其判断处理；供电电源4将输入电源VD给动作执行单元3供电，电压转 换后给弧光传感器1、信号处理单元2供电。 参阅图2弧光传感器原理图；本发明弧光传感器由7组光电转换的器件组成，当发 生弧光短路故障时，有弧光产生必然突然增加光敏二极管的反向电流，R1 R7作为采样电 阻，其中某些采样电阻上面的电压也必然突增，此即可作为信号处理单元进行判断的依据。
参阅图3供电电源原理图，外部输入的VD为DC12V，经过防电源接反保护二极管 V10后给芯片Nl (LM7805)供电，芯片Nl的3号脚输出系统电压+5V，电容C10、 Cll和C12 为滤波电容。 参阅图4信号处理单元原理图，芯片MCU的VSS和VDD端口分别与信号地和+5V相 连接；AN0、AN1、AN2、AN3、AN4、AN8和AN9为MCU (PIC16F883)中的AD转换口，其采集图2上 采样电阻Rl R7的电压值并将电压值转换成数字量，然后通过程序与预设基准值相比较， 如果连续3次的采样值都大于基准值，则立即发出动作指令，将动作端口的置成高电平；R8 和C8组成一个RC上电延时电路，接入芯片MCU的MCLR引脚；开关Sl和电阻R9组成弧光 保护开关，当需要打开柜门或者希望弧光保护功能关闭时，可通过开关Sl进行设置。
参阅图5动作执行单元原理图，当信号处理单元动作端口发出高电平信号时，三 极管V9导通，使继电器KA的线包通电，继电器的2组触点吸合；V8为续流二极管。
本发明采用上述方案后，当所控制区域发生弧光短路时，弧光传感器能够在微秒 级的时间之内将光信号转换成电信号，传与信号处理单元，信号处理单元通过采样、软件滤 波、判断处理后，也能在2 3毫秒内将动作命令发送与动作执行单元，相关动作命令或信
号发出整个过程不超过io毫秒，如动作执行单元中的继电器采用固态继电器等无触点的
继电器，其时间还可縮短5毫秒左右。可大大降低设备的损伤。
权利要求
一种断路器相间弧光短路保护装置，包括检测弧光强度的弧光传感器(1)、弧光信号处理单元(2)、动作执行单元(3)和供电电源(4)，其特征是弧光信号处理单元(2)输入端和弧光传感器(1)相连，弧光信号处理单元(2)输出端和动作执行单元(3)相连；弧光传感器(1)由若干组光电转换的器件组成，每组包括一个导光罩、一个高灵敏光敏二极管、两个电阻和一个电容组成；作为光电转换主器件的光敏二极管，也可采用光敏三极管或光敏电阻，但由于光敏二极管具有较短的响应时间，故优选采用光敏二极管；为方便调节保护灵敏度，作为采样电阻的R1～R7优先采用可调电位器。
2. 根据权利要求1所述的一种断路器相间弧光短路保护装置，其特征在于信号处理单 元由芯片MCU、电阻R8、R9，电容C8、C9和拨码开关Sl组成，MCU的1号脚与R8、C8相连接， R8另一端接电源+5V， C8另一端接信号地；MCU的11号脚与R9、 Sl相连接，R9另一端接信 号地，S1另一端接电源+5V ;MCU的8号和19号脚接信号地，20号脚接电源+5V， 19号和20 号脚之间加电容C9。
3. 根椐权利要求1所述的一种断路器相间弧光短路保护装置，其特征在于动作执行单 元包括电阻R10、 Rl 1 ， 二极管V8，三极管V9和继电器KA ;电阻R10的另一端与电阻Rl 1相 连后与三极管V9基极相连接；电阻Rl 1另一端与三极管V9发射极共同接信号地，三极管V9 的集电极与二极管V8正端、继电器线包一端相连接，二极管V8负端与继电器线包另一端相 连后接电源+5V。
4. 根据权利要求1所述的一种断路器相间弧光短路保护装置，其特征在于供电电源电 路包括电源转换芯片Nl、电容CIO、 Cll、 C12、 VIO。
全文摘要
本发明公开了一种断路器相间弧光短路保护装置，它包括有用于检测弧光强度的弧光传感器、弧光信号处理单元、动作执行单元和供电电源，其特征是弧光信号处理单元输入端和弧光传感器相连；弧光信号处理单元输出端和动作执行单元相连，供电电源为弧光传感器、弧光信号处理单元、动作执行单元供电；本发明的优点是能够保证在断路器进线端发生相间拉弧短路时快速的分断断路器本身，同时发送相间短路信号与上级开关，使其分闸，从根本上限制电弧故障的持续时间，减少电弧故障引起的所引起的各种人员、设备危害，尽可能的减少经济损失。
文档编号H02H7/22GK101702515SQ20091024676
公开日2010年5月5日 申请日期2009年11月24日 优先权日2009年11月24日
发明者方祥 申请人:杭州之江开关股份有限公司