专利名称：一种智能型电弧故障断路器的制作方法
技术领域：
本专利涉及一种断路器装置，应用于低压供配电系统中。对供配电线路中因接触 不良、绝缘不良产生的电弧故障能够起到预警作用，同时还具有具有短路保护、过载保护、 漏电保护、过压保护和浪涌抑制功能。它属于低压供配电安全保护领域。
背景技术：
目前，在低压配电供给系统中，一般都安装有可自动切断电源的断路器和漏电保 护模块，其作用是当电气线路后端出现短路、过载或漏电故障时，可触发保护装置切断电 源，保护用电设备和人身安全。然而，电气线路中由于接触或绝缘不良而产生的电弧故障， 并不能触发这些常规保护装置动作。随着社会发展的需要，用电量的不断增加、电气线路日 益复杂多样，因线路老化、松动而产生的绝缘和接触不良时有发生，由于导致电弧故障引起 的火灾事件的逐年增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种与普及的DZ47型断路器外形相似，功能更加全面的新 型供配电系统的保护装置，它不但在负载线路发生短路、过载、漏电时能够及时切断电源， 而且能够在负载线路中发生过压、因接触不良或绝缘不良造成的电弧故障时，也能及时切 断电源，是一种现有低压供配电线路安全保护手段的创新。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案加以实现一种智能型电弧故障断路器，包括断路器、电子式剩余电流保护模块底壳、标准剩 余电流保护模块壳体上盖、固定在电子式剩余电流断路器模块内的脱扣组件、固定在电子 式剩余电流断路器模块内的测试组件、检测组件、控制电路板；所述控制电路板主要包括电 源电路、信号采样电路、在线编程接口电路、脱扣组件驱动电路、复位电路、参考电压电路和 一个专用电路模块；所述智能型电弧故障断路器，它将AFCI技术模块化后，植入断路器，在 保留断路器本身功能的基础上，增加电弧保护功能；并利用断路器脱扣装置脱扣。所述标准DZ47型塑壳断路器、标准DZ47型电子式剩余电流保护模块底壳，标准 DZ47型电子式剩余电流保护模块上盖，彼此间通过螺钉连接；所述控制电路板和检测组件 安装在电子式剩余电流保护模块上盖和电子式剩余电流保护模块底壳之间；测试组件、脱 扣组件固定在底壳内。所述控制电路板和检测组件、测试组件、脱扣组件之间通过导线焊接连接。所述标准断路器电源相线输出端子、零线输出端子通过两根粗导线分别与剩余电 流保护模块电源相线输出端子、零线输出端子相连，粗导线穿过剩余电流保护模块壳体窗 口，并穿过装入模块底壳内腔的检测线圈，再从剩余电流保护模块内部与剩余电流保护模 块电源相线输出端子、电源零线输出端子分别相连。所述连接电源相线端子与连接电源零线端子的断路器电源输出端子与控制电路 板的两根细导线之间，并联一压敏电阻；所述压敏电阻固定在控制电路板上。
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所述标准断路器电源相线输出端子、零线输出端子通过细导线与控制电路板相 连，所述导线穿过剩余电流保护模块壳体窗口。所述检测组件的检测线圈的信号输出端与控制电路板的信号输入端通过导线相 连；所述控制电路板的信号输出端与脱扣组件通过导线相连；测试组件与控制电路板通过 导线相连，所述导线全部在剩余电流保护模块壳体内。所述控制电路部分失效与否，不影响标准断路器的正常工作。所述检测组件包括差模信号检测线圈、共模信号检测线圈、漏电检测线圈和连接 断路器电源输出端子和剩余电流保护模块端子电源输出端子的两根粗导线、连接断路器电 源输出端子和控制电路板的两根细导线；所述连接断路器电源输出相线端子和剩余电流保 护模块电源输出相线端子的粗导线穿过共模信号检测线圈和漏电检测线圈；所述连接断路 器电源输出零线端子和剩余电流保护模块电源输出零线端子的粗导线穿过共模信号检测 线圈、漏电检测线圈和差模信号检测线圈。所述差模信号检测线圈为环氧铁心骨架线圈、共模信号检测线圈为坡莫合金骨架 线圈；所述漏电线圈为零序电流互感器；所述线圈均为两个引脚，所述引脚分别通过导线 与控制电路板相连。所述专用电路模块包括信号调理电路、信号放大电路、信号处理电路、电压检测电 路、内部存储器和中央处理单元电路。与现有技术比较，本发明具有如下有益效果由于本发明采用以上技术方案，所以它具有集电弧故障、漏电故障、短路故障、过 流故障、过压故障检测功能于一身的特点，并且通过软件算法，能够分辨危险电弧与非危险 电弧。它能在正常供电时自动检测故障，并实现在极短时间内自动切断电源。本发明在 供电系统正常供电时，不需要额外供电的情况下，以在线方式将上述故障信息进行自动识 别处理后，直接驱动电磁脱扣组件，使其动作，迅速切断电源，避免故障后果的扩大；故障排 除后，按照普通断路器的合闸操作即可系统恢复供电。本发明的安装方法与普及的DZ47型 断路器安装方法相同，且不需要额外电源。当控制电路板在极限情况下全部失效时，断路器 的短路、过载保护功能不受影响。本发明是一机电一体化开关组件，可以检测供配电线路中 各种故障的发生，并且避免由于电弧引发的燃烧扩大，减少生命财产的损失。
图1为本发明的外形结构示意图；图2为本发明的分解结构示意图；图3为本发明控制电路板的具体电路图；图4为本发明的工作原理框图；图5为本发明的软件流程图。
具体实施例方式如图1、图2所示，本发明所述智能型电弧故障断路器，主要由DZ47型塑壳断路器 100、DZ47型剩余电流保护模块壳体200、DZ47型剩余电流保护模块壳体自带脱扣组件204、 DZ47型剩余电流保护模块壳体自带测试组件203、控制电路板400、检测组件300、DZ47型
5剩余电流保护模块壳体上盖500构成。所述断路器100为标准DZ47型断路器；包括电源输出端子104、105，窗口 103、断 路开关连杆102。所述剩余电流保护模块底壳200为标准DZ47型剩余电流保护模块壳体；包括自带 脱扣组件204、脱扣组件引线209和210、自带测试组件组成203、测试组件引线207和208、 要保留脱扣驱动杆202、电源输出端子205和206组成。测试组件和脱扣组件固定在壳体 内，通过导线与控制板相连。所述检测组件300，由粗导线304和305、细导线306和307、漏电 检测线圈301、共 模信号检测线圈302、差模信号检测线圈303组成。三个检测线圈安装在壳体211内腔，位 于壳体211和控制电路板400之间。所述检测组件的粗导线304的一端304-2从壳体211 内部与剩余电流保护模块电源输出端子205相连，另一端304-1穿过壳体窗口 201与断路 器电源输出端子104相连；所述检测组件的粗导线305的一端305-2从壳体211内部与剩 余电流保护模块电源输出端子206相连，另一端304-1穿过壳体窗口 201与断路器电源输 出端子105相连；所述检测组件300的细导线306 —端306-2与控制电路板400的线路板 402相连，另一端306-1穿过壳体窗口 201与断路器电源输出端子104相连；所述检测组件 300的细导线307 —端307-2与控制电路板400的线路板402相连，另一端307-1穿过壳体 窗口 201与断路器电源输出端子105相连。所述控制电路板400由电路模块401、线路板402、在线编程接口电路403、电源电 路、复位电路、参考电压电路、脱扣组件驱动电路组成。所述剩余电流保护模块上盖500为标准DZ47型剩余电流保护模块壳体上盖。如图3所示，本发明所述的智能型电弧故障断路器的具体控制电路为电容Cl跨 接在所述两条细导线306、307与线路板402的两个连接端；压敏电阻Rl跨接在所述两条细 导线306、307与控制电路板的两个连接端；电阻R3 —端接细导线306与线路板402的连接 端，一端接整流桥Dl的交流输入端；电阻R2 —端接细导线307与线路板402的连接端，一 端接整流桥Dl的另一交流输入端；电容C2 —端接在整流桥Dl的直流输出正极，一端接地； 整流桥Dl直流输出负极接地；电阻R4 —端接整流桥Dl的直流输出正极端，一端接电路模 块的20管脚；电阻R5 —端接整流桥Dl的直流输出正极，一端接三极管D2的集电极；电阻 R6 —端接整流桥Dl直流输出正极，一端接三极管D2基极；电容C3正极接三极管D2发射 极，一端接地；电容C4 一端接三极管D2发射极；三极管D2发射极接电路模块的12管脚。所述细导线306与线路板402连接端与接整流桥D5的一交流输入端相连；整流 桥D5的另一交流输入端接脱扣组件引线210，整流桥D5直流输出负极接地；脱扣组件引线 209与所述细导线306与线路板402的连接端相连；稳压二极管D6负极接整流桥D5的直流 输出正极，正极接地；单向可控硅D7负极接整流桥D5直流输出正极，D7正极接地；单向可 控硅D7控制极接电阻R8、R7、C5 ；R8另一端接地、C5另一端接地；R7另一端接二极管D3、 D4负极；二极管D3正极电路模块7管脚；二极管D4正极接电路模块17管脚。所述差模信号检测线圈303两跟引线与线路板402相连，一端接电路模块401的1 管脚，另一端接电路模块401的2管脚；所述共模信号检测线圈302两根引线与线路板402 相连，一端接电路模块401的3管脚，另一端接电路模块402的4管脚；所述漏电检测线圈 301的两根引线与线路板402相连，一端接电路模块401的19管脚，另一端接电路模块401的21管脚。电阻R13跨接在电路模块401的19和21管脚之间；电阻R9 —端接电路模块401的8管脚，另一端接LED正极；LED负极接地；电阻R12跨接在电路模块401的11和10管 脚之间；电阻RlO跨接在电路模块401的11和6管脚之间；电阻Rll —端接电路模块401
的6管脚，另一端接地。电阻R14 —端接细导线306与控制电路板相连，一端接测试组件导线207，测试导 线208与细导线307在电路板号上相连。电路模块401的5、6、10、11、22分别与在线编程接口 403的1、2、3、4、5管脚相连。电路模块401的14管脚与所述细导线306与线路板402连接端相连；电路模块 401的15管脚与所述细导线307与线路板连402接端相连；电路模块401的12管脚与三 极管D2发射极相连；电路模块401的18管脚与整流桥Dl的直流输出正极相连；电路模块 401的22管脚接地。如图4所示，本发明所述智能型电弧故障断路器的工作原理为市电220V电源 的相线和零线接入断路器的电源输入端子，智能型电弧故障断路器电源输出端子接负载线 路，断路器手动开关闭合，所述智能型电弧故障断路器为负载线路供电的同时，为控制线路 板供电，控制线路板开始工作。正常工作情况下，检测组件中的细导线将电源送入控制线路 板，为电路供电的同时，为电路模块提供电压信号，电路模块内的电压检测电路对电压信号 分析、处理；通过软件判别线路是否过压，如果过压故障发生则向脱扣驱动电路发出脱扣指 令，脱扣驱动电路工作，驱动脱扣线圈动作使脱扣驱动杆位移，联动短路开关连杆，使断路 器脱扣，切断电源。检测组件的三个线圈实时检测流经粗导线的负载电流信号，通过连接引 线送往控制线路板，送入电路模块。电路模块的内部电路对采集的电信号做放大；分析；处 理，通过软件计算、比较、判定负载线路中是否发生电弧或漏电故障。如果判定线路中有电 弧或漏电故障发生，则向脱扣驱动电路发出脱扣指令，脱扣驱动电路工作，驱动脱扣线圈动 作使脱扣驱动杆位移，联动短路开关连杆，使断路器脱扣，切断电源。当电源输入端发生浪 涌故障时，压敏电阻能够快速泄放部分冲击电流，保护负载线路中的电器和设备。断路器本 身具有的短路、过载保护功能在此不再详述。如图5所示为本发明所述的智能型电弧故障断路器软件流程。以上所述，仅为本发明的具体实施例，本发明的保护范围并不局限于此，任何基于 本发明技术方案的等效变换均属于本发明的保护范围之内。
权利要求
一种智能型电弧故障断路器，包括断路器、电子式剩余电流保护模块底壳、标准剩余电流保护模块壳体上盖、固定在电子式剩余电流断路器模块内的脱扣组件、固定在电子式剩余电流断路器模块内的测试组件、检测组件、控制电路板；所述控制电路板主要包括电源电路、信号采样电路、在线编程接口电路、脱扣组件驱动电路、复位电路、参考电压电路和一个专用电路模块；其特征在于所述智能型电弧故障断路器，它将AFCI技术模块化后，植入断路器，在保留断路器本身功能的基础上，增加电弧保护功能；并利用断路器脱扣装置脱扣。
2.根据权利求1所述的智能型电弧故障断路器，其特征在于所述标准DZ47型塑壳断 路器、标准DZ47型电子式剩余电流保护模块底壳，标准DZ47型电子式剩余电流保护模块上 盖，彼此间通过螺钉连接；所述控制电路板和检测组件安装在电子式剩余电流保护模块上 盖和电子式剩余电流保护模块底壳之间；测试组件、脱扣组件固定在底壳内。
3.根据权利要求1所述的智能型电弧故障断路器，其特征在于所述控制电路板和检 测组件、测试组件、脱扣组件之间通过导线焊接连接。
4.根据权利要求1所述的智能型电弧故障断路器，其特征在于所述标准断路器电源 相线输出端子、零线输出端子通过两根粗导线分别与剩余电流保护模块电源相线输出端 子、零线输出端子相连，粗导线穿过剩余电流保护模块壳体窗口，并穿过装入模块底壳内腔 的检测线圈，再从剩余电流保护模块内部与剩余电流保护模块电源相线输出端子、电源零 线输出端子分别相连。
5.根据权利要求4所述的智能型电弧故障断路器，其特征在于所述连接电源相线端 子与连接电源零线端子的断路器电源输出端子与控制电路板的两根细导线之间，并联一压 敏电阻；所述压敏电阻固定在控制电路板上。
6.根据权利要求1所述的智能型电弧故障断路器，其特征在于所述标准断路器电源 相线输出端子、零线输出端子通过细导线与控制电路板相连，所述导线穿过剩余电流保护 模块壳体窗口。
7.根据权利要求1所述的智能型电弧故障断路器，其特征在于所述检测组件的检测 线圈的信号输出端与控制电路板的信号输入端通过导线相连；所述控制电路板的信号输出 端与脱扣组件通过导线相连；测试组件与控制电路板通过导线相连，所述导线全部在剩余 电流保护模块壳体内。
8.根据权利要求1或7所述的智能型电弧故障断路器，其特征在于所述控制电路部 分失效与否，不影响标准断路器的正常工作。
9.根据权利要求1或7所述的智能型电弧故障断路器，其特征在于所述检测组件包 括差模信号检测线圈、共模信号检测线圈、漏电检测线圈和连接断路器电源输出端子和剩 余电流保护模块端子电源输出端子的两根粗导线、连接断路器电源输出端子和控制电路板 的两根细导线；所述连接断路器电源输出相线端子和剩余电流保护模块电源输出相线端子 的粗导线穿过共模信号检测线圈和漏电检测线圈；所述连接断路器电源输出零线端子和剩 余电流保护模块电源输出零线端子的粗导线穿过共模信号检测线圈、漏电检测线圈和差模 信号检测线圈。
10.根据权利要求9所述的智能型电弧故障断路器，其特征在于所述差模信号检测线 圈为环氧铁心骨架线圈、共模信号检测线圈为坡莫合金骨架线圈；所述漏电线圈为零序电2流互感器；所述线圈均为两个引脚，所述引脚分别通过导线与控制电路板相连。
11.根据权利要求1所述的智能型电弧故障断路器，其特征在于所述专用电路模块包 括信号调理电路、信号放大电路、信号处理电路、电压检测电路、内部存储器和中央处理单 元电路。
全文摘要
本发明公开了一种智能型电弧故障断路器，包括断路器、电子式剩余电流保护模块底壳、标准剩余电流保护模块壳体上盖、固定在电子式剩余电流断路器模块内的脱扣组件、固定在电子式剩余电流断路器模块内的测试组件、检测组件、控制电路板；所述控制电路板主要包括电源电路、信号采样电路、在线编程接口电路、脱扣组件驱动电路、复位电路、参考电压电路和一个专用电路模块；本发明将AFCI技术模块化后，植入断路器，在保留断路器本身功能的基础上，增加电弧保护功能；并利用断路器脱扣装置脱扣，具有集电弧故障、漏电故障、短路故障、过流故障、过压故障检测功能于一身的特点，并且通过软件算法，能够分辨危险电弧与非危险电弧。
文档编号H02H3/08GK101877474SQ201010191119
公开日2010年11月3日 申请日期2010年6月4日 优先权日2010年6月4日
发明者李决龙, 王旭, 黄武杰 申请人:中国人民解放军海军海防工程技术管理室;北京习羽杰创科技发展有限公司