专利名称：智能电能表专用空气开关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于智能电能表的空气开关，属电力电工器材技术领域。
背景技术：
电能表是每家每户必须安装的计量设备，电能表的发展过程大致为机械表、电子 表、智能电子表。目前，国家正在规划打造智能电网，智能电表就是其中重要的设备之一。其 中，在数据传输媒介方面，规定了有线和无线两种，而有线传输指的是“电力线载波”，简称 PLC。采用PLC传输命令/数据的电能表，它的优点是无数据传输线，因而从根本上防 止了因通信线中断而不能抄表的问题；不需要单独施工，成本低；但美中不足的是抄收的成功率不理想。由于用户的用电时间、负荷性质、负荷大小 都是个随机数，台区的阻抗不断变化，干扰非常严重，尤其是家用变频空调的安装，往往对 系统产生很大的干扰。采用PLC技术抄收电能表，是国家实现智能电网的重要工作之一，是大势所趋，要 想利用PLC抄表达到理想的效果，就必须给PLC的运行提供一个较好的环境，即干扰达到最 小。要想使干扰最小，就必须从每家每户开始治理干扰。传统的自动空气开关一般由触头装置、灭弧装置、脱扣机构、传动装置和保护装置 五部分组成，其功能一般包括过流保护、欠压保护、漏电保护等，有的空气开关增加了单片 机系统，使空气开关智能化；有的空气开关采用电、磁、热脱扣结构，增加空气开关的可靠 性。但传统的空气开关缺乏对高频谐波干扰的防护，对目前智能电表的应用极为不利。本实用新型就是生产一种空气开关，在这个空气开关中，除了具有传统的过压、过 流、漏电、防雷功能外，还加入了谐波治理元件，使家用电器产生的干扰尽可能少地影响系 统，从而提高电力线载波通信的速率和可靠性。
发明内容本实用新型的目的是，为了弥补传统的自动空气开关在功能性方面的不足，尤其 是解决自动空气开关对谐波的抗干扰性，本实用新型除了具有传统的过压、过流、漏电、防 雷功能外，还加入了谐波治理元件，使家用电器产生的干扰尽可能少地影响系统，从而提高 电力线载波通信的速率和可靠性。本实用新型的技术方案是，在传统的自动空气开关的基础上，在空气开关的保护 电路中增设了低通滤波器，用于阻止高频信号通过，让50Hz的工频信号无损通过。本实用新型由空气开关本体、带灭弧罩的动触头(3)、脱扣及复位装置、保护装置 所组成。带灭弧罩的动触头(3)、脱扣及复位装置和保护装置安装在空气开关本体上；脱扣 及复位装置包括脱扣机构(5)、脱扣线圈(6)和复位弹簧(1)；保护装置包括由LC组成的 Γ形低通滤波器构成的高频滤波电路、由漏电检测线圈⑶与脱扣线圈(6)构成的漏电保 护电路、由短路线圈与过流保护热继电器构成的过流保护和短路保护电路、由双向可控硅(13)与稳压二极管(12)组成的过压保护电路(11)、由压敏电阻(2)构成的雷击保护电路。本实用新型的工作原理如附图所示，带灭弧罩的动触头”是本实用新型传输电流 的通路，其作用是用于通、断负荷电流，动触头的通、断由脱扣机构操纵，而脱扣机构的动作 由脱扣线圈控制，脱扣线圈的电流由安全保护电路提供。本实用新型的安全保护电路包括由短路线圈和过流保护热继电器构成过流保护 和短路保护电路，一旦电路电流超过一定限度，过电流引起过流保护热继电器双金属片发 热，双金属片发热膨胀，从而带动“脱扣机构”动作，在“复位弹簧”的拉力下，“带灭弧罩的 动触头”迅速进入断开位置，即跳闸，起到过流保护作用。由漏电检测线圈与脱扣线圈构成漏电保护电路；当一次侧由L线流入漏电检测线 圈的电流不等于N线流出漏电检测线圈的电流(这个值大于或等于国家规定的标准)时， 漏电检测线圈的二次侧感应出一个数值大于或等于脱扣线圈的动作电流，使得装在脱扣线 圈上的衔铁动作，从而带动“脱扣机构”动作，在“复位弹簧”的拉力下，“带灭弧罩的动触头” 迅速进入断开位置，即跳闸，实现了漏电保护。由双向可控硅(13)、稳压二极管(12)组成的过压保护电路；当系统电压超过某个 限值时，(11)中的过电压检测(由(1、03、04、03组成)在1 3上的直流分压超过稳压二极 管(12)的门槛电压，使双向可控硅(13)导通，Rl上有一个超过漏电限值的电流流过。由于 双向可控硅(13)的一端接在漏电检测线圈的进端(L)，一端接在漏电检测线圈的出端(N)， 双向可控硅(13)的导通，使得一次侧由L线流入漏电检测线圈的电流不等于N线流出漏电 检测线圈的电流。此时，在漏电检测线圈的二次感应出电流，这个电流进入脱扣线圈，使得 装在脱扣线圈上的衔铁动作，从而带动“脱扣机构”动作，在“复位弹簧”的拉力下，“带灭弧 罩的动触头”迅速进入断开位置，即跳闸，实现了过压保护。由Li、C2组成的Γ形低通滤波器构成高频滤波电路；电感的阻抗Zl = 2 π fL，当 电感L是个定值时，电抗\与频率f成正比，即f越大，Zl就越大，也即对低频信号几乎就 是直通，对高频起限制作用，能抵御谐波高频信号的干扰。而电容的阻抗Z。= l/2JifC，是 当电容C是个定值时，容抗Z。与频率f成反比，即f越大，Zc就越小，也即对高频信号几乎 就是直通，对低频起限制作用，选择合适的L和C的值，可以获得理想的抗高频信号干扰特 性。由压敏电阻(2)构成的雷击保护电路，“压敏电阻” (2)用于防雷或操作过电压，其 动作阀值设计在大于过压保护。当有雷击或操作过电压侵入时，压敏元件(2)以纳秒级的 速度放电，从而保护家用电器。本实用新型与现有技术相比的有益效果是，(1)本实用新型的“智能电能表专用 空气开关”具有过压、过流、短路、漏电、防雷等保护，除低压保护外(若增加低压保护，可能 导致在系统每失电一次，用户就要去手动合开关一次，反而给用户带来不便)，几乎囊括了 低压电器的所有保护，用户可以放心用电；(2)由于本实用新型的“智能电能表专用空气开 关”采用了 “低通滤波器”，使得家用电器产生的高频干扰不会污染到系统中去，智能电表抄 表的高频信号同样不会“分流”到家用电器中去，从而使系统中的抄表信号变得“纯洁”，也 即可以大大提高智能抄表系统一次性正确抄收的成功率；(3)本实用新型的“智能电能表 专用空气开关”体积小巧，选用的元件市场上已非常成熟，没有特制元器件，价格便宜，便于 推广应用。[0018]本实用新型适用于所有需要通、断小电流的使用场合，尤其适用于民用智能电能 表的空气开关。
附图为本实用新型的电器原理图图中图号为(1)复位弹簧；(2)压敏电阻；(3)带灭弧罩的动触头；(4)过流保护 热继电器；(5)脱扣机构；(6)脱扣线圈；(7)短路保护线圈；⑶漏电检测线圈；(9)低通滤 波器；(10)负荷；(11)过压保护电路；(12)稳压二极管；(13)双向可控硅；(14)漏电试验按钮。
具体实施方式
本实用新型的智能电能表专用空气开关其内部元件包括空气开关本体、带灭弧 罩的动触头(3)、过流保护热继电器(4)、短路保护线圈(7)、脱扣机构(5)、脱扣线圈(6)、压 敏电阻(2)、漏电检测线圈(8)、漏电试验按钮(14)、复位弹簧(1)、低通滤波器(9)和由双 向可控硅(13)、双向二极管(12)组成的过压保护电路，带灭弧罩的动触头(3)、脱扣及复位 装置和保护装置安装在空气开关本体上，本实用新型实施例的电路如附图所示。本实施例的“过流保护”由双金属片组成，当用户的用电负荷较大时(大于某个限 值)，双金属片发热膨胀，从而带动“脱扣机构”动作，在“复位弹簧”的拉力下，“带灭弧罩的 动触头”迅速进入断开位置，即跳闸。本实用新型的“短路保护”由带衔铁的电感线圈组成，当用户侧短路时，产生一个 很大的电流，当这个电流超过某个限值时，该电感线圈上的衔铁动作，从而带动“脱扣机构” 动作，在“复位弹簧”的拉力下，“带灭弧罩的动触头”迅速进入断开位置，即跳闸。本实用新型的“漏电保护”由漏电检测线圈、脱扣线圈组成。当一次侧由L线流入 漏电检测线圈的电流不等于N线流出漏电检测线圈的电流(这个值大于或等于国家规定的 标准)时，漏电检测线圈的二次侧感应出一个数值大于或等于脱扣线圈的动作电流，使得 装在脱扣线圈上的衔铁动作，从而带动“脱扣机构”动作，在“复位弹簧”的拉力下，“带灭弧 罩的动触头”迅速进入断开位置，即跳闸。本实用新型的“试验按钮”就是人为地使一次侧由L线流入漏电检测线圈的电流 不等于N线流出漏电检测线圈的电流，使保护动作。本实用新型的“过压保护电路(11)”由双向可控硅01、稳压二极管02、(1、03、04、 R3、R2组成。当系统电压超过某个限值时，由C1、D3、D4、C3产生的直流在R3上的分压超过 稳压二极管D2的门槛电压，使稳压二极管D2导通，也即双向可控硅Dl导通，Rl上有一个 超过漏电限值的电流流过。由于双向可控硅Dl的一端接在漏电检测线圈的进端(L)，一端 接在漏电检测线圈的出端(N)，双向可控硅Dl的导通，使得一次侧由L线流入漏电检测线圈 的电流不等于N线流出漏电检测线圈的电流。此时，在漏电检测线圈的二次感应出电流，这 个电流进入脱扣线圈，使得装在脱扣线圈上的衔铁动作，从而带动“脱扣机构”动作，在“复 位弹簧”的拉力下，“带灭弧罩的动触头”迅速进入断开位置，即跳闸。本实用新型的“低通滤波器”由串联电感Ll和并联电容C2组成。电感的阻抗& =2JifL，其特点是当电感L是个定值时，Z^与f成正比，即F越大，Zp就越大，也即对低频信号几乎就是直通，对高频起限制作用，能抵御谐波高频信号的干扰。电容的阻抗Z。= 1/2 π fC，其特点是当电容C是个定值时，Z。与f成反比，即F越 大，Z。就越小，也即对高频信号几乎就是直通，对低频起限制作用。本实用新型的“压敏电阻”用于防雷或操作过电压，其动作阀值设计在大于过压保 护。当有雷击或操作过电压侵入时，压敏元件以纳秒级的速度放电，从而保护家用电器。
权利要求一种智能电能表专用空气开关，由空气开关本体、带灭弧罩的动触头、脱扣及复位装置、保护装置所组成，带灭弧罩的动触头、脱扣及复位装置和保护装置安装在空气开关本体上，其特征是，所述专用空气开关的保护装置包括由LC组成的Γ形低通滤波器构成的高频滤波电路、由漏电检测线圈(8)与脱扣线圈(6)构成的漏电保护电路、由短路线圈与过流保护热继电器构成的过流保护和短路保护电路、由双向可控硅(13)与稳压二极管(12)组成的过压保护电路(11)、由压敏电阻(2)构成的雷击保护电路。
专利摘要一种智能电能表专用空气开关，由带灭弧罩的动触头(3)、过流保护热继电器(4)、短路保护线圈(7)、脱扣机构(5)、脱扣线圈(6)、压敏电阻(2)、漏电检测线圈(8)、漏电试验按钮(14)、复位弹簧(1)、低通滤波器(9)、双向可控硅(13)、稳压二极管(12)所组成。所述专用空气开关的保护装置包括由LC组成的Γ形低通滤波器构成的高频滤波电路；由漏电检测线圈与脱扣线圈构成漏电保护电路；由短路线圈和过流保护热继电器构成过流保护和短路保护电路；由双向可控硅、稳压二极管组成的过压保护电路；由压敏电阻构成的雷击保护电路。本实用新型适用于所有需要通、断小电流的使用场合，尤其适用于民用智能电能表的空气开关。
文档编号H02H7/22GK201732719SQ201020137270
公开日2011年2月2日 申请日期2010年3月22日 优先权日2010年3月22日
发明者刘友仁, 黄瑛 申请人:江西省电力科学研究院