低压多功能安全保护配电箱的制作方法

本发明属于电力配电设备技术领域，具体是指一种低压多功能安全保护配电箱。

背景技术：

现有电气终端用户的配电箱大部分都是由空气开关和漏电保护器现场拼装而成，不仅安装麻烦，影响室内美观，而且保护功能单一，很容易引发电气安全事故和电气火灾。现有中国专利的多功能配电箱，虽然解决了上述问题，但还是存在以下三个方面的问题：（1）总回路的通断只是采用了磁保持继电器进行控制，并没有采用断路器进行控制，而国家对配电箱进行强制性3C认证明确要求总回路通断应采用断路器进行控制，不符合国家对配电箱的技术要求；（2）故障断路是采用小型继电器的动作控制磁保持继电器的动作，故障断路时间等于小型继电器动作时间和磁保持继电器动作时间的总和，因此故障断路动作时间较长，线路发生故障时容易引发电气安全事故和电气火灾；（3）欠电压保护功能用户不能选择使用，在用电高峰期，不少线路的电压过低，欠电压保护功能使很多用户有电也不能使用照明设备，因此推广应用较困难。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种低压多功能安全保护配电箱，符合国家对配电箱的技术要求，故障断路动作时间短，避免电气安全事故和电气火灾，而且用户能够选择使用欠电压保护功能，在用电高峰时段能够进行正常照明，保证日常生活用电。

本发明采用的技术方案是：一种低压多功能安全保护配电箱，包括电源变压整流滤波电路、过压取样检测电路、欠压取样检测电路、过载短路取样触发电路、漏电取样触发电路、欠压通道选择开关、延时电路、接通触发电路、切断触发电路、差动电路和大功率磁保持继电器；差动电路由四个三极管两两射极相连、两两集电极相连的桥式电路构成，大功率磁保持继电器的线圈跨接在该桥式电路的两两集电极相连之间，大功率磁保持继电器的触头串联在总电源输入线路上，而将总电源端与总负载端分隔开来；电源变压整流滤波电路的输入端连接自总电源端，电源变压整流滤波电路的输出端连接过压取样检测电路、欠压取样检测电路和作为所有电路的工作电源；过压取样检测电路的输出端连接反相器，反相器输出端分两路：一路连接延时电路，延时电路输出端再连接接通触发电路，接通触发电路输出端连接差动电路的一个三极管基极；反相器输出端另一路连接切断触发电路，切断触发电路输出端连接差动电路的另一个三极管基极；欠压取样检测电路输出端经欠压通道选择开关后同样分两路：一路连接至延时电路，延时电路再连接接通触发电路，接通触发电路输出端连接差动电路的一个三极管基极，另一路连接切断触发电路，切断触发电路输出端连接差动电路的另一个三极管基极；过载短路取样触发电路输入端连接至总负载端火线上的电流互感器，过载短路取样触发电路输出端连接切断触发电路，切断触发电路输出端连接差动电路的另一个三极管基极；漏电取样触发电路的输入端连接自总负载端电源线的零序电流互感器，漏电取样触发电路输出端连接切断触发电路，切断触发电路输出端连接差动电路的另一个三极管基极。

上述技术方案中，所述的总电源端还串接有空气开关。

上述技术方案中，所述过压取样检测电路包括由过压分压电阻构成的过压取样电路、由过压比较电路构成的过压电压检测器电路、由三极管电路构成的反相电路和过电压故障指示电路，上述过压取样电路、过压电压检测器电路和反相电路依次连接。

上述技术方案中，所述欠压取样检测电路包括由欠压分压电阻构成的欠压取样电路、由欠压比较电路构成的欠压电压检测器电路和欠电压故障指示电路，欠压取样电路和欠压电压检测器电路依次连接。

上述技术方案中，所述过载短路取样触发电路包括由安装在总负载端火线上的电流互感器构成的过载短路取样电路、由第二可控硅构成的触发电路、由二极管、电阻、电位器构成的整流滤波调节电路，上述电流互感器、整流滤波调节电路，触发电路依次连接。

上述技术方案中，所述漏电取样触发电路包括由安装在总负载端火线上的零序电流互感器构成的漏电取样电路、由第一可控硅构成的漏电触发电路、由二极管、电阻、电容构成的漏电整流滤波电路，上述零序电流互感器、漏电整流滤波电路、漏电触发电路依次连接。

上述技术方案中，所述欠压通道选择开关一端通过二极管连接至欠压比较电路的输出端；欠压通道选择开关的另一端分为两路：一路通过二极管连接延时电路，另一路通过二极管连接切断触发电路。

上述技术方案中，所述的延时电路由阻容延时参数电路和集成电路NE555连接构成。

上述技术方案中，所述的接通触发电路由三极管开关电路和集成电路NE555连接构成。

上述技术方案中，所述切断触发电路由三极管开关电路和集成电路NE555连接构成。

上述技术方案中，所述的过压取样检测电路由电阻R2、R6、R7、R8、电位器W1、三极管V1、发光二极管FD3和过电压检测器IC2构成。

上述技术方案中，所述的欠压取样检测电路由电阻R3、R4、R5、电位器W2、发光二极管FD2和欠电压检测器IC1构成。

上述技术方案中，所述的过载短路取样触发电路由电流互感器ZCT2、电阻R21、R22、R23、R24、电位器W3、电容C13、C14、二极管D14、D15、发光二极管FD5和第二可控硅T2构成。

上述技术方案中，所述漏电取样触发电路由零序电流互感器ZCT1、电阻R18、R19、R20、电容C11、C12、二极管D 10、D11、闪光二极管FD 4和第一可控硅T1构成。

上述技术方案中，所述延时电路由电阻R9、R10、R11、电容C3、C4、集成电路IC 4构成。

上述技术方案中，所述接通触发电路由电阻R12、R13、R14、R15、R16、R17、电容C5、C6、C7、C8、C9、三极管V2、集成电路IC5构成。

上述技术方案中，所述切断触发电路由三极管V3、集成电路TC6、电阻R25、R26、R27、R28、R29、电容C15、C16、C17、C18、发光二极管FD6构成。

上述技术方案中，所述的差动电路由三极管V4、V5、V6、V7、电阻R30、R31、稳压二极管DW1、DW2构成，三极管V4、V5的射极相连，三极管V6、V7的射极相连，三极管V4、V6的集电极相连，三极管V5、V7的集电极相连，三极管V4的基极通过电阻R30、稳压二极管DW 1与三极管V5的集电极相连，三极管V5的基极通过电阻R31、稳压二极管DW 2与三极管V4的集电极相连，大功率磁保持继电器线圈两端分别连接在三极管V4集电极和V5集电极上；而三极管V6的基极连接至切断触发电路的输出端，三极管V7的基极连接至接通触发电路的输出端。

优点及效果：

本发明的低压多功能安全保护配电箱在给总负载合闸送电前，能对总回路进行自恢复式过、欠电压预检保护，在总负载通电运行后，能对总回路发生的过、欠电压故障进行自恢复式在线检保护，对过载、短路、漏电故障进行断路在线检保护，对各个支路负载发生的过载、短路故障分别进行断路在线检保护，对总回路不仅利用大功率磁保持继电器进行自恢复式故障断路保护，还利用空气开关进行手动通断控制，并利用空气开关自身的过载、短路保护功能对总回路发生的过载、短路故障进行双重保护，同时用户还可根据需要，方便地选择是否使用欠电压保护功能，并告知故障内容，进行闪光报警，这就既保证了用电安全，又不影响正常用电。本发明直接采用大功率磁保持继电器触头对总回路进行连通或切断，其设计完全满足国家3C认证对配电箱的技术要求。而且本发明改变了现有多功能低压配电箱采用小继电器控制磁保持继电器的故障断路方式，本发明直接采用差动电路控制磁保持继电器触头断路，故障断路保护时间快，保护效果好，集成度高，功能齐全，使用方便，美观大方，性价比高，值得大力推广应用。特别是本发明设有欠压通道选择开关，在用电高峰期，不少线路电压过低，但用户使用该欠压通道选择开关，仍能实现照明和日常生活用电，方便了群众，有利于本发明产品的推广应用。

附图说明：

图1为本发明电气原理框图；

图2为本发明实施电路图。

图中所用集成电路的型号为：

IC1、IC2:HT7033A-1;IC3:78L12;IC4、IC5、IC6:NE555

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步说明：

参见图1、图2，本发明的低压多功能安全保护配电箱，包括电源变压整流滤波电路、过压取样检测电路、欠压取样检测电路、过载短路取样触发电路、漏电取样触发电路、欠压通道选择开关、延时电路、接通触发电路、切断触发电路、差动电路和大功率磁保持继电器；差动电路由四个三极管两两射极相连、两两集电极相连的桥式电路构成，大功率磁保持继电器的线包跨接在该桥式电路的两两集电极相连之间，大功率磁保持继电器的触头串联在总电源输入线路上，而将总电源端与总负载端分隔开来；电源变压整流滤波电路的输入端连接至总电源端，电源变压整流滤波电路的输出端连接过压取样检测电路、欠压取样检测电路和作为所有电路的工作电源；过压取样检测电路的输出端连接反相器，反相器输出端分两路：一路连接延时电路，延时电路输出端再连接接通触发电路，接通触发电路输出端连接差动电路的一个三极管基极；反相器输出端另一路连接切断触发电路，切断触发电路输出端连接差动电路的另一个三极管基极；欠压取样检测电路输出端经欠压通道选择开关后同样分两路：一路连接至延时电路，延时电路再连接接通触发电路，接通触发电路输出端连接差动电路的一个三极管基极，另一路连接切断触发电路，切断触发电路输出端连接差动电路的另一个三极管基极；过载短路取样触发电路输入端连接至总负载端火线上的电流互感器，过载短路取样触发电路输出端连接切断触发电路，切断触发电路输出端连接差动电路的另一个三极管基极；漏电取样触发电路的输入端连接自总负载端电源线上的零序电流互感器，漏电取样触发电路输出端连接切断触发电路，切断触发电路输出端连接差动电路的另一个三极管基极。所述的总电源端还串接有空气开关，所述过压取样检测电路包括由过压分压电阻构成的过压取样电路、由过压比较电路构成的过压电压检测器电路、由三极管电路构成的反相电路和过电压故障指示电路，上述过压取样电路、过压电压检测器电路和反相电路依次连接，所述欠压取样检测电路包括由欠压分压电阻构成的欠压取样电路、由欠压比较电路构成的欠电压检测器电路和欠电压故障指示电路，欠压取样电路和欠电压检测器电路依次连接，所述过载短路取样触发电路包括由安装在总负载端火线上电流互感器构成的过载短路取样电路、由第二可控硅构成的触发电路、由二极管、电阻、电位器构成的整流滤波调节电路，上述电流互感器、整流滤波调节电路，触发电路依次连接，所述漏电取样触发电路包括由安装在总负载端火线上的零序电流互感器构成的漏电取样电路、由第一可控硅构成的漏电触发电路、由二极管、电阻、电容构成的漏电整流滤波电路，上述零序电流互感器、漏电整流滤波电路、漏电触发电路依次连接，所述欠压通道选择开关一端通过二极管连接自欠压比较电路的输出端；欠压通道选择开关的另一端分为两路：一路通过二极管连接延时电路，另一路通过二极管连接切断触发电路，所述的延时电路由阻容延时参数电路和集成电路NE555连接构成，所述的接通触发电路由三极管开关电路和集成电路NE555连接构成，所述切断触发电路由三极管开关电路和集成电路NE555连接构成，所述的过压取样检测电路由电阻R2、R6、R7、R8、电位器W1、三极管V1、发光二极管FD3和过电压检测器IC2构成，所述的欠压取样检测电路由电阻R3、R4、R5、电位器W2、发光二极管FD2和欠电压检测器IC1构成，所述的过载短路取样触发电路由电流互感器ZCT2、电阻R21、R22、R23、R24、电位器W3、电容C13、C14、二极管D14、D15、发光二极管FD5和第二可控硅T2构成，所述漏电取样触发电路由零序电流互感器ZCT1、电阻R18、R19、R20、电容C11、C12、二极管D 10、D11、发光二极管FD 4和第一可控硅T1构成，所述延时电路由电阻R9、R10、R11、电容C3、C4、集成电路IC 4构成，所述接通触发电路由电阻R12、R13、R14、R15、R16、R17、电容C5、C6、C7、C8、C9、三极管V2、集成电路IC5构成，所述的差动电路由三极管V4、V5、V6、V7、电阻R30、R31、稳压二极管DW1、DW2构成，三极管V4、V5的射极相连，三极管V6、V7的射极相连，三极管V4、V6的集电极相连，三极管V5、V7的集电极相连，三极管V4的基极通过电阻R30、稳压二极管DW 1与三极管V5的集电极相连，三极管V5的基极通过电阻R31、稳压二极管DW 2与三极管V4的集电极相连，大功率磁保持继电器线包两端分别连接在三极管V4集电极和V5集电极上；而三极管V6的基极连接至切断触发电路的输出端，三极管V7的基极连接至接通触发电路的输出端。

参见图2，本实施例的电路组成是：过压取样检测电路由电阻R2、R6、R7、R8、电位器W1、三极管V1、发光二极管FD3和过电压检测器IC2构成；欠压取样检测电路由电阻R3至R5、电位器W2、发光二极管FD2和欠电压检测器IC1构成，过压取样检测电路与欠压取样检测电路的采样端都接至电源变压整流滤波电路的输出端。过载短路取样触发电路由电流互感器ZCT2，电阻R21至R24，电位器W3，电容C13、C14、二极管D14、D15、发光二极管FD5和可控硅T2构成，总回路负载端的火线穿过电流互感器ZCT2，电流互感器的次级ZCT2-2跨接在过载短路取样触发电路的输入端。漏电取样触发电路由零序电流互感器ZCT1、电阻R18、R19、R20、电容C11、C12、二极管D10、D11、发光二极管FD4和可控硅T1构成，总回路总负载端的火线和零线同时穿过零序电流互感器ZCT1，零序电流互感器的次级ZCT1-2跨接在漏电取样触发电路的输入端。延时电路、接通触发电路、切断触发电路、差动电路这些电路为控制电器，控制电路由电阻R9至R17、R25至R31、电容C3至C10、C15至C18、二极管D5至D9、稳压二极管DW1、DW2、三极管V2至V7、集成电路IC4至IC6构成，大功率磁保持继电器J1的两组触点J1-1和J1-2分别串接在总回路的火线中间和零线中间。电源变压器B的初级跨接在总回路空气开关后面的火线中间和零线中间，电源变压器B的次级接至整流滤波电路，电源指示灯FD1经限流电阻R1后跨接在整流滤波电路的输出端。

电路工作原理：

当合上总回路空气开关K总后，变压器B通电工作，B次级输出的交流低电压经二极管D1-D4整流、电容C1滤波后给本发明提供直流工作电源，在总回路无过、欠电压故障的情况下，欠电压检测器IC1第一输入脚的电压高于IC1的转换电压，IC1第二输出脚为高电平，二极管D5截止，过电压检测器IC2第一输入脚电压低于IC2的转换电压，IC2第二输出脚为低电平，三极管V1截止，V1的集电极为高电平，二极管D6截止，延时集成电路IC4第二触发脚的电压≥2/3电源电压，IC4在接通电源后将由暂稳态转换为稳态，暂稳态的维持时间，由电阻R11的阻值和电容C3的容量决定，改变R11的阻值或C3的容量就能合理选择IC4暂稳态的维持时间，在IC4处于暂稳态期间，IC4第三输出脚为高电平，三极管V2饱和导通，单稳电路IC5没有工作电源，当IC4进入稳态后，IC4第三输出脚变为低电平，V2截止，IC5通电工作，先由暂稳态转换为稳态，改变电阻R14的阻值或电容C6的容量就能合理选择IC5的暂稳态维持时间，在IC5处于暂稳态期间，IC5第三输出脚为高电平，三极管V7和V4导通，大功率磁保持继电器J1的线圈第一脚经V4接通电源正端，J1的线圈第二脚经V7接通电源负端，J1因加上正脉冲电压而转换状态，J1的两组触点J1-1和J1-2由断开状态转换为闭合状态，在J1没有加负脉冲电压之前，其触点将一直保持这一闭合状态，总回路的总电源端和总负载端接通，并开始对总回路发生的过电压故障与欠电压故障进行自恢复式在线检保护，对总回路发生的过载、短路故障与漏电故障进行在线检断路保护，还对各个负载支路发生的过载，短路故障分别进行断路保护。

下面对本发明的保护功能原理分别说明如下：

自恢复式过电压保护：合上总回路空气开关K总时，如总电源端在接通总负载端之前就存在过电压故障，本发明将拒绝给总负载端合闸送电，如总电源端在接通总负载端后发生过电压故障，本发明将立即切断总负载端的电源，以保证总负载端的用电设备不因电压过高而烧坏，避免因电压过高而造成电气安全事故和电气火灾。当总电源端电压下降恢复正常后，本发明将在30s内自动将总电源端和总负载端接通，以确保正常用电。其工作原理是：当总电流端电压过高时，变压器次级电压也随之过高。经二极管D1-D4，电容C1整流滤波后的电压也跟着过高，电压检测器IC2第一输入脚的电压也同样跟着过高，当IC2第一输入脚的电压高于IC2的转换电压时，IC2第二输出脚由低电平变为高电平，三极管V1导通，V1的集电极由高电平变为低电平，过电压故障指示灯FD3通电变亮，二极管D6、D7和D8导通、三极管V3导通，报警闪光二极管FD6通电闪光，IC6通电工作由暂稳态进入稳态、在暂稳态期间，IC6第三输出脚为高电平，三极管V6和V5导通，大功率磁保持继电器J1的线圈第二脚经V5接通电源正端，J1的线圈第一脚经V6接通电源负端，J1加上负脉冲电压，如此时总电源端还未接通总负载端（预检保护），J1的两组触点J1-1和J1-2将被继续锁定在断开状态，如此时总电源端已接通总负载端（负载回路在通电运行中的在线检保护），则J1的两组触点J1-1和J1-2将立即由闭合状态转换为断开状态，本发明立即将总电源端和总负载端切断，同时，二极管D8导通后，IC4第二触发脚的电压将低于1/3电源电压，IC3第三输出脚为高电率，三极管V2饱和导通，IC5因没有正常工作电压而不工作。当总电源端电压下降恢复正常后，过电压检测器IC2第一输入脚的电压低于IC2的转换电压值。IC2第二输出脚由高电平变为低电平，三极管V1由导通变为截止，V1的集电极由低电平变为高电平，过电压故障指示灯FD3断电熄灭，二极管D6，D7和D8都由导通变为截止，三极管V3也由导通变为截止，报警闪光二极管FD6断电熄灭，IC6工作电源被切断而停止工作，IC4第二触发脚电压变回为原来的电压，≥2/3电源电压，IC4待暂稳态结束进入稳态后，IC4第三输出脚由高电平变为低电平，三极管V2由饱和导通变为截止，IC5通电工作，由暂稳态变为稳态，在暂稳态期间，IC5第三输出脚为高电平，三极管V7，V4导通，大功率磁保持继电器J1因加上正脉冲电压而转换状态，J1的两组触点J1-1、J1-2由断开状态转换为闭合状态将总电源端和总负载端接通。

自恢复式欠电压保护：合上总回路空气开关K总时，如总电源端在接通总负载端之前就存在欠电压故障， 本发明将拒绝给总负载端合闸送电，如总电源端在接通总负载端之后发生欠电压故障、本发明将立即切断总负载端的电源。以保证总负载端的用电设备不因电压过低而损坏。从而避免因电压过低造成的电气安全事故和电气火灾。当总电源端电压上升恢复正常后，本发明将在30S内自动将总电源端和总负载端接通、以确保正常用电；在用电高峰期、电网电压过低的情况下、用户还可先关闭低电压易烧坏的用电设备、再通过欠电压功能选择开关停用欠电压保护功能，以保证在低电压情况下使用照明等设备。其工作原理是：当总电源端电压过低时，变压器次级电压也随之过低，经D1-D4 、C1整流滤波后的电压也跟着过低、电压检测器的IC1第一输入脚的电压也同样跟着过低。当IC1第一脚电压低于IC1的转换电压值时，IC1第二输出脚由高电平变为低电平，欠电压故障指示灯FD2通电变亮，二级管D5、D7和D8导通，三级管V3导通、报警闪光二极管FD6通电闪光，IC6通电工作、由暂稳态进入稳态。在暂稳态期间，IC6第三输出脚为高电平、三极管V6和V5导通，大功率磁保持继电器J1加上负脉冲电压。如此时总电源端还未接通总负载端，J1的两组触点J1-1和J1-2将被继续锁定在断开状态（预检保护），如此时总电源端已接通总负载端，J1的两组触点J1-1和J1-2将立即由闭合状态转换为断开状态（在线检保护），本发明立即将总电源端和总负载端切开；同时二极管D8导通后，IC4第二触发脚电压将低于1/3电源电压，IC4第三输出脚为高电平、三极管V2饱和导通。IC5因没有正常工作电压而不工作。当总电源端电压上升恢复正常后，变压整流滤波电路的输出值也随之上升恢复正常，当欠电压检测器IC1第一输入脚电压上升到IC1的转换电压值时，IC1第二输出脚由低电平变为高电平、欠压故障指示灯FD2断电熄灭、二极管D5、D7和D8由导通变为截止，三极管V3也由导通变为截止，报警闪光二极管FD6断电熄灭。IC6工作电源被切断而停止工作。IC4第二脚电压回到原来的≥2/3电源电压。IC4待暂稳态结束进入稳态后，IC4第三脚由高电平变为低电平。V2由饱和导通变为截止；IC5通电工作，由暂稳态变为稳态，IC5在暂稳态期间第三脚输出为高电平，三极管V7和V4导通，大功率磁保持继电器J1因加上正脉冲电压而转换状态、J1的两组触点J1-1和J1-2由断开状态转换为闭合状态，将总电源端和总负载端接通。

过载、短路断电保护：在总负载端接通总电源端正常通电运行后，如总负载端发生过载短路故障，本发明将立即切断总负载端的电源以确保总负载端的用电线路和用电设备不因过载短路故障而烧坏、预防电气火灾。其工作原理是：当总负载端发生过载、短路故障时，在总负载端火线上的电流互感器ZCT2次级ZCT2-2产生的感应电流也将相应地增大、此电流经二级管D14、D15，电阻R24、R23、电位器W3，电容C13、C14触发可控硅T2导通，T2的阳极由高电平变为低电平，过载、短路故障指示灯FD5通电变亮、二极管Ｄ12导通、三极管V3导通、报警闪光二极管FD6通电闪光，IC6通电由暂稳态进入稳态，IC6在暂稳态期间第三脚输出的高电平使三极管V6和V5导通、大功率磁保持继电器J1加上负脉冲电压J1转换工作状态、J1的两组触点J1-1和J1-2立即由闭合状态转换为断开状态。本发明立即将总电源端和总负载端切断。改变可调电阻W3的阻值，就可以调整总负载端过载动作的设定值。在各个支路接通总负载端正常通电运行后，如某一支路发生过载、短路故障，该支路的空气开关直接将该支路负载端和总负载端切断，其它无故障的支路将照常通电运行。

漏电断路保护：在总负载端接通总电源端正常通电运行后，如总负载端发生漏电故障，本发明将立即切断总负载端的电源，以保证人身安全、预防电气接地火灾。其工作原理是：当总负载端发生漏电故障时，流经穿过零序电流互感器ZCT1的两根总回路导线的电流就会不平衡，ZCT1次级ZCT1-2就会产生感应电流、且两根总回路导线流过的电流差值越大、ZCT1-2感应的电流也就越大。当漏电流达到设定值时，ZCT1-2感应的电流经二极管D10、D11，电阻R18。电容差C11、C12触发可控硅T1导通。T1的阳极由高电平变为低电平。漏电故障指示灯FD4通电变亮，二极管Ｄ13导通、三极管V3导通、报警闪光二极管FD6通电闪光，IC6通电由暂稳态进入稳态。IC6在暂稳态期间第三脚输出的高电平使三极管V6和V5导通。大功率磁保持继电器J1加上负脉冲电压、J1转换工作状态。J1的两组触点J1-1和J1-2立即由闭合状态转换为断开状态。本发明立即将总电源端和总负载端切断。合理改变电阻R18的阻值。就可以合理选择总负载端漏电动作的设定值。