一种多功能安全保护系统的低压电源配电柜

1.本发明涉及电力安全技术领域，具体地说，涉及一种多功能安全保护系统的低压（220v，400v）电源配电柜。


背景技术：

2.低压电源配电柜大量使用，由于操作不当引发的人身和电网安全事故也层出不穷。除了加强安全管理和培训，从技术层面改进配电柜安全防护设计，从技术提高配电柜安全性和可靠性意义重大。
3.低压电源配电柜所需三相电源一般经过电力输电线路引入配电柜（室）内，再经过低压电源配电柜的控制接入到试验变压器或用电设备中。安全保护措施常见于高压开关柜机械闭锁和接地等，而操作频繁的低压电源配电柜除过流和漏电保护外，技术上缺乏有效的其他预防性安全保护措施，易出现带地线合闸和误入带电区域触电等严重安全事故。
4.为此，提出一种多功能安全保护系统的低压电源配电柜，实现配电柜输出电源无法带接地线合闸，实现人员或移动物体误入带电危险区域自动快速断电，实现配电柜断路器远程分合闸操作。


技术实现要素：

5.本发明的内容是提供一种多功能安全保护系统的低压电源配电柜，其解决的技术问题是现有的低压试验电源开关柜缺乏有效的预防性安全保护技术，易出现带地线合闸和误入带电区等典型安全事故。
6.根据本发明的一种多功能安全保护系统的低压电源配电柜，其包括柜体，柜体内设有隔离开关、电能表、电流互感器、电流表、用于紧急分闸的断路器、试验电源输出回路断路器、控制电源回路断路器和带安全防护功能的断路器电动分合闸系统；隔离开关安装于柜体最上方，连接试验电源进线与断路器，电流互感器串接于隔离开关与用于紧急分闸断路器之间的每一相导线上，通过连接于开关柜柜门上的三支电流表来显示三相电流数值，电能表安装于隔离开关与电流互感器之间显示用电量，用于紧急分闸的断路器和试验电源输出回路断路器上下串联于电源输出回路，用于紧急分闸的断路器用于电动机构失效紧急情况下的分闸操作，试验电源输出回路断路器与带有安全防护功能的断路器电动分合闸系统进行结合，控制电源回路断路器用于开断带有安全防护功能的电动分合闸系统的控制电源；带安全防护功能的断路器电动分合闸系统包括有dc24v控制电源、断路器电动操作机构、断路器分合闸开关、未拆接地线闭锁开关和光栅安全系统。
7.作为优选，dc24v控制电源输入端与控制电源回路断路器输出端相连，dcv控制电源输出端与光栅安全系统和断路器电动操作机构相连，为光栅安全系统与断路器电动操作机构提供直流电源。
8.作为优选，断路器电动操作机构与试验电源输出回路断路器开关手柄相连接，断路器电动操作机构具有分闸信号输入端s2、合闸信号输入端s2和公共端s1，分闸信号输入
端s2与公共端s1导通实现分闸操作，合闸信号输入端s2与公共端s1导通实现合闸操作。
9.作为优选，断路器分合闸开关包括远程合闸按钮、远程分闸按钮、就近合闸按钮、就近分闸按钮；远程分闸按钮与远程合闸按钮按钮为一组且安装在试验台上；就近分闸按钮与就近合闸按钮为一组且安装于柜门之上；远程分闸按钮与就近分闸按钮通过信号线与分闸信号输入端s2、公共端s1相连；远程合闸按钮与就近合闸按钮通过信号线与合闸信号输入端s2、公共端s1相连。
10.作为优选，未拆接地线闭锁开关包括未拆接地线闭锁开关上壳、未拆接地线闭锁开关下壳、上下壳链接插销、弹簧、按压式常开开关、接地线挂杆和接地线挂杆固定螺栓，未拆接地线闭锁开关上壳与未拆接地线闭锁开关下壳通过上下壳链接插销相连，弹簧固定于未拆接地线闭锁开关上壳与未拆接地线闭锁开关下壳之间，弹簧弹力将未拆接地线闭锁开关上壳与未拆接地线闭锁开关下壳撑开一定距离，按压式常开开关固定于未拆接地线闭锁开关下壳上并位于接地线挂杆之下，接地线挂杆通过接地线挂杆固定螺栓固定于未拆接地线闭锁开关上壳。
11.作为优选，按压式常开开关串联于远程合闸按钮、就近合闸按钮与公共端s1相连的信号线之间，接地线挂杆在挂接上接地线后会在接地线重力的作用下带动未拆接地线闭锁开关上壳将按压式常开开关按下，使远程合闸按钮、就近合闸按钮与公共端s1之间导通；如不将接地线挂接于接地线挂杆之上，则远程合闸按钮、就近合闸按钮与公共端s1之间处于断开状态，无法合闸。
12.作为优选，光栅安全系统包括光栅发射器、光栅接收器、中间继电器；光栅发射器与光栅接收器布置于试验场地外围；光栅发射器、光栅接收器以及中间继电器均由dc24v控制电源供电，光栅接收器的输出侧与中间继电器的电源侧通过信号线连接，中间继电器的常闭触点与分闸信号输入端s2连接，中间继电器的公共触点与公共端s1连接；当光栅传感器形成的安全光幕被闯入人员或闯入物体遮挡时，中间继电器失电使其常闭触点吸合，断路器电动操作机构的公共端s1与分闸信号输入端s2连接，使试验电源输出回路断路器分闸。
13.本发明能实现在不取下电源输出侧接地线并挂在闭锁开关上时配电柜回路断路器不能合闸，无法将试验电源输出，可有效防止配电柜操作出现带地线合闸。本配电柜配套设计了人员进入单一或多个危险区域的光栅隔离保护装置，能够实现人员进入配套光栅所设置的危险带电区域内时自动快速断开试验电源，保证操作人员和设备的人身安全。本发明配电柜具有防未拆接地线安全保护、光栅安全防护、断路器远程分合功能，可以显著降低配电操作安全事故，动作可靠性高，成本低，适宜于各种低压配电柜使用场合，特别适宜于低压电源需频繁操作的配电室和高压实验室等。本发明将预防性安全技术融入柜体本身，整体结构紧凑且适用于各种使用场合，并创新性地设计了一种未拆接地线闭锁开关、光栅安全防护系统和配电柜断路器远程操作结构，实现了电源合闸前的未拆接地线机械与电气双闭锁功能，从技术上保障了操作人员与电气设备的安全。
附图说明
14.图1为实施例中一种多功能安全保护系统的低压电源配电柜的结构示意图；图2为实施例中未拆接地线闭锁开关结构图；
图3为实施例中未拆接地线闭锁开关示意图；图4为实施例中未拆接地线闭锁与断路器电动操作机构接线图；图5为实施例中光栅系统接线图。
附图中：
15.1-隔离开关，2-电能表，3-电流互感器，4-电流表，5-中间继电器，6-dc24v控制电源，7-用于紧急分闸的断路器，8-试验电源输出回路断路器，9-控制电源回路断路器，10-断路器电动操作机构，11-光栅发射器，12-光栅接收器，13-未拆接地线闭锁开关，14-远程合闸按钮，15-远程分闸按钮，16-就近合闸按钮，17-就近分闸按钮，18-未拆接地线闭锁开关上壳，19-未拆接地线闭锁开关下壳，20-上下壳链接插销，21-弹簧，22-接地线挂杆，23-接地线挂杆固定螺栓，24-按压式常开开关。
具体实施方式
16.为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。
实施例
17.如图1-5所示，本实施例提供了一种多功能安全保护系统的低压电源配电柜，其包括柜体，柜体内设有隔离开关1、电能表2、电流互感器3、电流表4、用于紧急分闸的断路器7、试验电源输出回路断路器8、控制电源回路断路器9和带安全防护功能的断路器电动分合闸系统；隔离开关1安装于柜体最上方，连接试验电源进线与断路器，电流互感器3串接于隔离开关1与用于紧急分闸断路器7之间的每一相导线上，通过连接于开关柜柜门上的三支电流表4来显示三相电流数值，电能表2安装于隔离开关1与电流互感器3之间显示用电量，用于紧急分闸的断路器7和试验电源输出回路断路器8上下串联于电源输出回路，用于紧急分闸的断路器7用于电动机构失效紧急情况下的分闸操作，试验电源输出回路断路器8与带有安全防护功能的断路器电动分合闸系统进行结合，控制电源回路断路器9用于开断带有安全防护功能的电动分合闸系统的控制电源；带安全防护功能的断路器电动分合闸系统包括有dc24v控制电源6、断路器电动操作机构10、断路器分合闸开关、未拆接地线闭锁开关13和光栅安全系统。
18.dc24v控制电源6输入端与控制电源回路断路器9输出端相连，dc24v控制电源6输出端与光栅安全系统和断路器电动操作机构10相连，为光栅安全系统与断路器电动操作机构10提供直流电源。
19.断路器电动操作机构10与试验电源输出回路断路器8开关手柄相连接，断路器电动操作机构10具有分闸信号输入端s2、合闸信号输入端s2和公共端s1，分闸信号输入端s2与公共端s1导通实现分闸操作，合闸信号输入端s2与公共端s1导通实现合闸操作。
20.断路器分合闸开关包括远程合闸按钮14、远程分闸按钮15、就近合闸按钮16、就近分闸按钮17；远程分闸按钮15与远程合闸按钮14按钮为一组且安装在试验台上；就近分闸按钮17与就近合闸按钮16为一组且安装于柜门之上；远程分闸按钮15与就近分闸按钮17通过信号线与断路器电动操作机构10的分闸信号输入端s2、公共端s1相连；远程合闸按钮14与就近合闸按钮16通过信号线与断路器电动操作机构10的合闸信号输入端s2、公共端s1相
连。
21.未拆接地线闭锁开关13包括未拆接地线闭锁开关上壳18、未拆接地线闭锁开关下壳19、上下壳链接插销20、弹簧21、按压式常开开关24、接地线挂杆22和接地线挂杆固定螺栓23，未拆接地线闭锁开关上壳18与未拆接地线闭锁开关下壳19通过上下壳链接插销20相连，弹簧21固定于未拆接地线闭锁开关上壳18与未拆接地线闭锁开关下壳19之间，弹簧21弹力将未拆接地线闭锁开关上壳18与未拆接地线闭锁开关下壳19撑开一定距离，按压式常开开关24固定于未拆接地线闭锁开关下壳19上并位于接地线挂杆22之下，接地线挂杆22通过接地线挂杆固定螺栓23固定于未拆接地线闭锁开关上壳18。
22.按压式常开开关24串联于远程合闸按钮14、就近合闸按钮16与断路器电动操作机构10的公共端s1相连的信号线之间，接地线挂杆22在挂接上接地线后会在接地线重力的作用下带动未拆接地线闭锁开关上壳18将按压式常开开关24按下，使远程合闸按钮14、就近合闸按钮16与公共端s1之间导通；如不将接地线挂接于接地线挂杆22之上，则远程合闸按钮14、就近合闸按钮16与公共端s1之间处于断开状态，无法合闸，从而有效避免带地线合闸等典型安全事故的发生。
23.光栅安全系统包括光栅发射器11、光栅接收器12、中间继电器5；光栅发射器11与光栅接收器12布置于试验场地外围，多组光栅传感器收发组件对射形成的红外光幕将试验场地与外围进行光电隔离；光栅发射器11、光栅接收器12以及中间继电器5均由dc24v控制电源6供电，光栅接收器12的输出侧与中间继电器5的电源侧通过信号线连接，中间继电器5的常闭触点与分闸信号输入端s2连接，中间继电器5的公共触点与公共端s1连接；当光栅传感器形成的安全光幕被闯入人员或闯入物体遮挡时，中间继电器5失电使其常闭触点吸合，断路器电动操作机构10的公共端s1与分闸信号输入端s2连接，使试验电源输出回路断路器8分闸，避免人员误闯入带电区域发生危险。
24.在正式通电前将挂接于试验变压器等试验设备上的接地线取下并挂接在安装于柜体侧面的未拆接地线闭锁开关13的接地线挂杆22之上，此时在接地线的重力作用下，未拆接地线闭锁开关上壳18克服内部安装的弹簧21的弹力并按下按压式常开开关24，使得断路器电动操作机构10的公共端s1与远程合闸按钮14、就近合闸按钮16导通。
25.此时合上隔离开关1，再合上用于紧急分闸的断路器7，最后合上控制电源回路断路器9，此时光栅发射器11、光栅接收器12、断路器电动操作机构10、中间继电器5电源导通，试验电源输出回路短路器8将试验负载与电源分隔开，具备合闸条件。
26.然后按下远程合闸按钮14或者就近合闸按钮16，断路器电动操作机构10的公共端s1和合闸信号输入端s2之间导通，试验电源输出回路断路器合闸，试验负载得电。
27.若在正式通电前将没有将挂接于试验变压器等试验设备上的接地线取下并挂接在安装于柜体侧面的未拆接地线闭锁开关13的接地线挂杆22之上，此时在弹簧21得弹力作用下，未拆接地线闭锁开关上壳18不会下压按压式常开开关24，此时断路器电动操作机构10公共端s1与远程合闸按钮14、就近合闸按钮16之间处于断开状态。
28.在这种情况即使继续合上隔离开关1，再合上用于紧急分闸的断路器7，然后合上控制电源回路断路器9，最后按下远程合闸按钮14或者就近合闸按钮16，此时由于断路器电动操作机构10公共端s1与远程合闸按钮14、就近合闸按钮16之间处于断开状态，所以按下合闸按钮后断路器电动操作机构10的公共端s1和合闸信号输入端s2之间仍然不可导通，合
闸无效。从而实现未拆接地线闭锁功能，有效防止带地线合闸等安全事故发生。
29.在正确操作合闸通电后，如需断开电源，只需按下远程分闸按钮15或者就近分闸按钮17，此时断路器电动操作机构10的公共端s1与分闸信号输入端s2导通，试验电源输出回路断路器8分闸，试验电源断开。若按下按钮无效，但急需断开试验电源时，可手动拉开用于紧急分闸的断路器7，保证试验安全。
30.在正确操作合闸通电后，若有试验人员误入光栅发射器11和光栅接收器12所组成的光幕进入带电区域时，中间继电器5得电使得断路器电动操作机构10公共端s1与分闸信号输入端s2导通，试验电源输出回路断路器8分闸，实现快速断开试验电源，有效防止试验人员触电，进一步保证试验人员安全。
31.本实施例可并联多个分闸按钮和光栅收发器，根据各种场地需求，可设置多个紧急分闸按钮和光幕隔离区域，安全保护功能具有良好的拓展性。
32.本实施例能实现在不取下电源输出侧接地线并挂在闭锁开关上时无法将电源断路器置于合闸的位置，实现了未拆接地线机械与电气的双重闭锁，有效防止操作过程中出现带接地线合闸的危险操作；同时实现人员进入配套光栅所设置的隔离区域内时自动快速断开试验电源；预留远程分合闸按钮接线端子。进一步保证试验人员的人身安全与试验设备的稳定可靠。本实施例设计结构简单，功能齐全，既可作为新型配电柜生产制造，也可在现有配电柜上改造实现，动作可靠性高，成本低，适宜于各种使用场合和工作范围。发明样品已在现场安装使用，效果优良。
33.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。