带断零和缺相保护功能的断路器的制作方法

本发明涉及一种多功能断路器,用于低压配电网三相四线负载电路的实时保护，具体地说是一种带断零和缺相保护功能的断路器。

背景技术：

在低压配电网零线断路时，三相负载电路上的电压会严重失衡，这样就造成部分电器设备上的电压骤然升高，导致居民用户大量家用电器烧毁，造成严重的经济损；与此同时，零线断路后，三相负载电路侧的零线对地电压也不再为零，这就有可能使一些靠接零保护的电器设备带上危险电压，严重威胁到用户人身安全；另外，低压配电网缺相故障也时有发生，在缺相运行中的三相异步电动机，转速会急剧下降，从而造成电机过热，如果缺相后不能及时切断电源，电动机将会烧毁；还有，缺相的同时也会造成零线电流的骤然增大，从而对零线的安全运行构成威胁。由此可见，无论是零线断路，还是缺相运行，若不能及时切断电源，其后果十分严重。但是从故障发生到切断电源这个时间间隔要求极短，这一过程只能靠电路的控制机构自动完成。就目前低压配电网使用的各种通用的断路器的情况来看，现有各种具有零线断路和缺相保护的断路器设计相对复杂，制作成本较高。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明旨在提供一种带断零和缺相保护功能的断路器，以对现有三相四线漏电断路器进行升级，它是在已经非常成熟的漏电断路器上加载一个零线断路及缺相故障探测模块，并采取简便的对接，将其升级为一个多功能断路器，以减少新技术的开发成本，缩短开发周期，充分利用当前漏电断路器成熟的脱扣技术，使升级后的多功能断路器的可靠性能够得到保障。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种带断零和缺相保护功能的断路器，它包括脱扣开关、脱扣开关第一触头、脱扣开关第二触头、脱扣开关第三触头、脱扣线圈、电流信号放大及脱扣线圈驱动电路、电流互感器、零线断路及缺相故障探测模块；

零线断路及缺相故障探测模块用于零线断路、缺相故障的检测并为电流信号放大及脱扣线圈驱动电路的工作提供电源。所述零线断路及缺相故障探测模块包括第一～第三无极电容、第一～第六二极管、第一限流电阻和第二限流电阻；其中：

第一～第三无极电容的参数一致；

第一～第六二极管组成三相桥式整流电路，零线断路及缺相故障探测模块有三个输入端；

所述第一二极管、第三二极管与第五二极管的阳极，一一对应地接零线断路及缺相故障探测模块的输入端中的一个；第一二极管、第三二极管与第五二极管的阴极连接在一起，经第二限流电阻限流后作为零线断路及缺相故障探测模块的正输出端；

所述第二二极管、第四二极管与第六二极管的阴极，分别接零线断路及缺相故障探测模块的三个输入端；第二二极管、第四二极管与第六二极管的阳极连接在一起，作为零线断路及缺相故障探测模块的负输出端；

三个无极电容各自的一端，一一对应地连接零线断路及缺相故障探测模块的输入端中的一个；三个无极电容各自的另一端连接在一起，经第一限流电阻限流后，作为零线断路及缺相故障探测模块的中性取样输出端；

零线断路及缺相故障探测模块的三个输入端分别连接脱扣开关第一触头、脱扣开关第二触头、脱扣开关第三触头的下刀口的相应的相线；零线断路及缺相故障探测模块的中性取样输出端穿过电流互感器的磁环后，与零线输出端连接；

零线断路及缺相故障探测模块的正输出端连接到电流信号放大及脱扣线圈驱动电路的一个控制输出端，电流信号放大及脱扣线圈驱动电路的另一个控制输出端接到脱扣线圈的一端、脱扣线圈的另一端接零线断路及缺相故障探测模块的负输出端，零线断路及缺相故障探测模块、电流信号放大及脱扣线圈驱动电路以及脱扣线圈构成一个闭合的串联电路；脱扣开关第一触头、脱扣开关第二触头、脱扣开关第三触头的上刀口以及零线的输入端，作为所述带断零和缺相保护功能的断路器的输入端，用于接到三相四线电源。

作为本发明的优化，所述第一～第六二极管的参数一致。

本发明由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

（1）本发明是对现有三相四线漏电断路器的升级，在已经非常成熟的三相四线漏电断路器上加载一个“零线断路及缺相故障探测模块”并采取简便的对接，增加的模块结构简单，成本低；

（2）本发明不仅保留了原来的过载、短路、漏电保护功能，同时还增加了发生零线断路或缺相故障时对三相四线负载电路的保护功能。

本发明用于对低压配电网三相四线负载电路进行实时保护。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明实施例的零线断路及缺相故障探测模块电路图；

图2（a）是本发明实施例的断零故障向量图；

图2（b）是本发明实施例的缺相故障向量图；

图2（c）是本发明实施例的断零和缺相同时发生故障向量图；

图3是本发明实施例的带断零和缺相保护功能的断路器的内外接线图。

图中：In、三相四线电源， A1、漏电流信号处理及脱扣线圈控制电路，A2、零线断路及缺相故障探测模块，L、脱扣线圈，X、电流互感器的磁环， M、三相四线负载电路，QF、脱扣开关， T1、脱扣开关第一触头，T2、脱扣开关第二触头，T3、脱扣开关第三触头。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例　一种带断零和缺相保护功能的断路器

本实施例如图3所示，包括脱扣开关QF、脱扣开关第一触头T1、脱扣开关第二触头T2、脱扣开关第三触头T3、脱扣线圈L、电流信号放大及脱扣线圈驱动电路A1、电流互感器（在图中电流互感器只给出了磁环X），以及零线断路及缺相故障探测模块A2。

如图1所示，零线断路及缺相故障探测模块A2包括无极电容C1、C2、C3，还包括二极管D1、D2、D3、D4、D5与D6，也包括限流电阻R1及限流电阻R2。

零线断路及缺相故障探测模块A2有三个输入端为U1、V1和W1。

六个二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6优选为参数相同的产品，它们共同组成三相桥式整流电路。

在本实施例中，限流电阻R1为普通小功率电阻，而限流电阻R2采用大功率水泥电阻。

二极管D1、D3、D5的阳极，分别接零线断路及缺相故障探测模块A2的输入端U1、V1、W1。二极管D1、D3、D5的阴极连接在一起，经限流电阻R2后作为零线断路及缺相故障探测模块A2的正输出端+。

二极管D2、D4、D6的阴极，分别接零线断路及缺相故障探测模块A2的输入端U1、V1、W1。二极管D2、D4、D6的阳极连接在一起，作为零线断路及缺相故障探测模块A2的负输出端-。

三个无极电容C1、C2、C3的参数一致。无极电容C1、C2、C3各自的一端分别连接零线断路及缺相故障探测模块A2的输入端U1、V1、W1。无级电容C1、C2、C3各自的另一端连接在一起，经限流电阻R1后作为零线断路及缺相故障探测模块A2的中性取样输出端N1。

如图3所示，本实施例的内部，将零线断路及缺相故障探测模块A2的输入端U1、V1、W1分别连接断路器脱扣开关QF的第一触头T1、第二触头T2、第三触头T3的下刀口相应的相线U2、V2、W2，中性取样输出端N1穿过电流互感器的磁环X后与零线输出端N2连接。

零线断路及缺相故障探测模块A2的正输出端+连接到电流信号放大及脱扣线圈驱动电路A1的一个控制输出端，电流信号放大及脱扣线圈驱动电路A1的另一个控制输出端接到脱扣线圈L的一端、脱扣线圈L的另一端接零线断路及缺相故障探测模块A2的负输出端-，即零线断路及缺相故障探测模块A2、电流信号放大及脱扣线圈驱动电路A1以及脱扣线圈L三者构成了一个闭合的串联电路。

本实施例所提供的带断零和缺相保护功能的断路器的外部，还按照三相四线漏电断路器原来的接方式接线，即脱扣开关第一触头T1、脱扣开关第二触头T2、脱扣开关第三触头T3的上刀口及零线输入接头，分别作为带断零和缺相保护功能的断路器本实施例的输入端，用于接三相四线电源的四个接线端U、V、W、N。本实施例的输出端用于连接三相四线负载电路M。

本实施例在不同故障情况下的的工作原理分述如下：

（１）输电线路的零线在本实施例的输入侧发生断路时

若三相四线负载电路M不对称，三相四线负载电路M侧的中性点（零线）N′的电位U _N′将会偏离中性点，并且不平衡程度越严重其零线电位U _N′偏离中性点越远，但是A2的中性采样点N1的电位却依旧保持在中性点的位置，即零电位，如图2（a）所示，这就会在点N1与N′之间形成不平衡电压，在该电压的作用下，使得N1——N′导线中产生不平衡电流，由图3可知该导线在连接过程中是穿过电流互感器磁环X的，这时就会在电流互感器的二次侧输出信号，该信号经电流信号放大及脱扣线圈驱动电路A1放大后驱动电磁脱扣线圈L，使脱扣开关QF动作，切断电源，三相四线负载电路M得到保护。

（2）如果是输电线路的某一相在本实施例的输入侧发生断路，即缺相时

零线断路及缺相故障探测模块A2的中性采样点N1的电位便会偏离中性点，但是在三相四线负载电路M侧零线的电位U_N′在零线的作用下依旧与电源的中性点U_N保持一致，即零电位，如图２（ｂ），于是在N1和N′之间产生不平衡电流，这样在电流互感器的二次侧输出信号，该信号经电流信号放大及脱扣线圈驱动电路A1放大后驱动电磁脱扣线圈L，使脱扣开关QF动作，切断电源使三相四线负载电路M得到保护。

（3）零线断路和缺相故障同时发生

首先零线断路及缺相故障探测模块A2的中性采样点N1的电位会因缺相故障偏离中性点零电位，但是由于电容的对称性使得该电位正好介于线电压的中点处；而三相四线负载电路M侧零线的电位U_N′也会因零线断路故障而偏离中性点，由于三相四线负载电路M不对称，再加上缺相的缘故，这时三相四线负载电路M侧零线的电位U_N′不仅偏离中性点而且也会偏离线电压的中点，如图2（c）所示，这就造成了N1和N^′的电位不相等，于是在N1和N^′之间产生不平衡电流，这样在电流互感器的二次侧输出信号，该信号经电流信号放大及脱扣线圈驱动电路A1放大后驱动电磁脱扣线圈L，使脱扣开关QF动作，切断电源使三相四线负载电路M得到保护。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。