本發(fā)明涉及一種多功能斷路器,用于低壓配電網(wǎng)三相四線負(fù)載電路的實(shí)時(shí)保護(hù)，具體地說(shuō)是一種帶斷零和缺相保護(hù)功能的斷路器。

背景技術(shù)：

在低壓配電網(wǎng)零線斷路時(shí)，三相負(fù)載電路上的電壓會(huì)嚴(yán)重失衡，這樣就造成部分電器設(shè)備上的電壓驟然升高，導(dǎo)致居民用戶大量家用電器燒毀，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損；與此同時(shí)，零線斷路后，三相負(fù)載電路側(cè)的零線對(duì)地電壓也不再為零，這就有可能使一些靠接零保護(hù)的電器設(shè)備帶上危險(xiǎn)電壓，嚴(yán)重威脅到用戶人身安全；另外，低壓配電網(wǎng)缺相故障也時(shí)有發(fā)生，在缺相運(yùn)行中的三相異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速會(huì)急劇下降，從而造成電機(jī)過(guò)熱，如果缺相后不能及時(shí)切斷電源，電動(dòng)機(jī)將會(huì)燒毀；還有，缺相的同時(shí)也會(huì)造成零線電流的驟然增大，從而對(duì)零線的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。由此可見，無(wú)論是零線斷路，還是缺相運(yùn)行，若不能及時(shí)切斷電源，其后果十分嚴(yán)重。但是從故障發(fā)生到切斷電源這個(gè)時(shí)間間隔要求極短，這一過(guò)程只能靠電路的控制機(jī)構(gòu)自動(dòng)完成。就目前低壓配電網(wǎng)使用的各種通用的斷路器的情況來(lái)看，現(xiàn)有各種具有零線斷路和缺相保護(hù)的斷路器設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，制作成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種帶斷零和缺相保護(hù)功能的斷路器，以對(duì)現(xiàn)有三相四線漏電斷路器進(jìn)行升級(jí)，它是在已經(jīng)非常成熟的漏電斷路器上加載一個(gè)零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊，并采取簡(jiǎn)便的對(duì)接，將其升級(jí)為一個(gè)多功能斷路器，以減少新技術(shù)的開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期，充分利用當(dāng)前漏電斷路器成熟的脫扣技術(shù)，使升級(jí)后的多功能斷路器的可靠性能夠得到保障。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種帶斷零和缺相保護(hù)功能的斷路器，它包括脫扣開關(guān)、脫扣開關(guān)第一觸頭、脫扣開關(guān)第二觸頭、脫扣開關(guān)第三觸頭、脫扣線圈、電流信號(hào)放大及脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路、電流互感器、零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊；

零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊用于零線斷路、缺相故障的檢測(cè)并為電流信號(hào)放大及脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路的工作提供電源。所述零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊包括第一～第三無(wú)極電容、第一～第六二極管、第一限流電阻和第二限流電阻；其中：

第一～第三無(wú)極電容的參數(shù)一致；

第一～第六二極管組成三相橋式整流電路，零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊有三個(gè)輸入端；

所述第一二極管、第三二極管與第五二極管的陽(yáng)極，一一對(duì)應(yīng)地接零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊的輸入端中的一個(gè)；第一二極管、第三二極管與第五二極管的陰極連接在一起，經(jīng)第二限流電阻限流后作為零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊的正輸出端；

所述第二二極管、第四二極管與第六二極管的陰極，分別接零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊的三個(gè)輸入端；第二二極管、第四二極管與第六二極管的陽(yáng)極連接在一起，作為零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊的負(fù)輸出端；

三個(gè)無(wú)極電容各自的一端，一一對(duì)應(yīng)地連接零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊的輸入端中的一個(gè)；三個(gè)無(wú)極電容各自的另一端連接在一起，經(jīng)第一限流電阻限流后，作為零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊的中性取樣輸出端；

零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊的三個(gè)輸入端分別連接脫扣開關(guān)第一觸頭、脫扣開關(guān)第二觸頭、脫扣開關(guān)第三觸頭的下刀口的相應(yīng)的相線；零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊的中性取樣輸出端穿過(guò)電流互感器的磁環(huán)后，與零線輸出端連接；

零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊的正輸出端連接到電流信號(hào)放大及脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)控制輸出端，電流信號(hào)放大及脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路的另一個(gè)控制輸出端接到脫扣線圈的一端、脫扣線圈的另一端接零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊的負(fù)輸出端，零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊、電流信號(hào)放大及脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路以及脫扣線圈構(gòu)成一個(gè)閉合的串聯(lián)電路；脫扣開關(guān)第一觸頭、脫扣開關(guān)第二觸頭、脫扣開關(guān)第三觸頭的上刀口以及零線的輸入端，作為所述帶斷零和缺相保護(hù)功能的斷路器的輸入端，用于接到三相四線電源。

作為本發(fā)明的優(yōu)化，所述第一～第六二極管的參數(shù)一致。

本發(fā)明由于采用了上述的結(jié)構(gòu)，其與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得的技術(shù)進(jìn)步在于：

（1）本發(fā)明是對(duì)現(xiàn)有三相四線漏電斷路器的升級(jí)，在已經(jīng)非常成熟的三相四線漏電斷路器上加載一個(gè)“零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊”并采取簡(jiǎn)便的對(duì)接，增加的模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；

（2）本發(fā)明不僅保留了原來(lái)的過(guò)載、短路、漏電保護(hù)功能，同時(shí)還增加了發(fā)生零線斷路或缺相故障時(shí)對(duì)三相四線負(fù)載電路的保護(hù)功能。

本發(fā)明用于對(duì)低壓配電網(wǎng)三相四線負(fù)載電路進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。

在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊電路圖；

圖2（a）是本發(fā)明實(shí)施例的斷零故障向量圖；

圖2（b）是本發(fā)明實(shí)施例的缺相故障向量圖；

圖2（c）是本發(fā)明實(shí)施例的斷零和缺相同時(shí)發(fā)生故障向量圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的帶斷零和缺相保護(hù)功能的斷路器的內(nèi)外接線圖。

圖中：In、三相四線電源， A1、漏電流信號(hào)處理及脫扣線圈控制電路，A2、零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊，L、脫扣線圈，X、電流互感器的磁環(huán)， M、三相四線負(fù)載電路，QF、脫扣開關(guān)， T1、脫扣開關(guān)第一觸頭，T2、脫扣開關(guān)第二觸頭，T3、脫扣開關(guān)第三觸頭。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例　一種帶斷零和缺相保護(hù)功能的斷路器

本實(shí)施例如圖3所示，包括脫扣開關(guān)QF、脫扣開關(guān)第一觸頭T1、脫扣開關(guān)第二觸頭T2、脫扣開關(guān)第三觸頭T3、脫扣線圈L、電流信號(hào)放大及脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路A1、電流互感器（在圖中電流互感器只給出了磁環(huán)X），以及零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊A2。

如圖1所示，零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊A2包括無(wú)極電容C1、C2、C3，還包括二極管D1、D2、D3、D4、D5與D6，也包括限流電阻R1及限流電阻R2。

零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊A2有三個(gè)輸入端為U1、V1和W1。

六個(gè)二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6優(yōu)選為參數(shù)相同的產(chǎn)品，它們共同組成三相橋式整流電路。

在本實(shí)施例中，限流電阻R1為普通小功率電阻，而限流電阻R2采用大功率水泥電阻。

二極管D1、D3、D5的陽(yáng)極，分別接零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊A2的輸入端U1、V1、W1。二極管D1、D3、D5的陰極連接在一起，經(jīng)限流電阻R2后作為零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊A2的正輸出端+。

二極管D2、D4、D6的陰極，分別接零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊A2的輸入端U1、V1、W1。二極管D2、D4、D6的陽(yáng)極連接在一起，作為零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊A2的負(fù)輸出端-。

三個(gè)無(wú)極電容C1、C2、C3的參數(shù)一致。無(wú)極電容C1、C2、C3各自的一端分別連接零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊A2的輸入端U1、V1、W1。無(wú)級(jí)電容C1、C2、C3各自的另一端連接在一起，經(jīng)限流電阻R1后作為零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊A2的中性取樣輸出端N1。

如圖3所示，本實(shí)施例的內(nèi)部，將零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊A2的輸入端U1、V1、W1分別連接斷路器脫扣開關(guān)QF的第一觸頭T1、第二觸頭T2、第三觸頭T3的下刀口相應(yīng)的相線U2、V2、W2，中性取樣輸出端N1穿過(guò)電流互感器的磁環(huán)X后與零線輸出端N2連接。

零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊A2的正輸出端+連接到電流信號(hào)放大及脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路A1的一個(gè)控制輸出端，電流信號(hào)放大及脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路A1的另一個(gè)控制輸出端接到脫扣線圈L的一端、脫扣線圈L的另一端接零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊A2的負(fù)輸出端-，即零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊A2、電流信號(hào)放大及脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路A1以及脫扣線圈L三者構(gòu)成了一個(gè)閉合的串聯(lián)電路。

本實(shí)施例所提供的帶斷零和缺相保護(hù)功能的斷路器的外部，還按照三相四線漏電斷路器原來(lái)的接方式接線，即脫扣開關(guān)第一觸頭T1、脫扣開關(guān)第二觸頭T2、脫扣開關(guān)第三觸頭T3的上刀口及零線輸入接頭，分別作為帶斷零和缺相保護(hù)功能的斷路器本實(shí)施例的輸入端，用于接三相四線電源的四個(gè)接線端U、V、W、N。本實(shí)施例的輸出端用于連接三相四線負(fù)載電路M。

本實(shí)施例在不同故障情況下的的工作原理分述如下：

（１）輸電線路的零線在本實(shí)施例的輸入側(cè)發(fā)生斷路時(shí)

若三相四線負(fù)載電路M不對(duì)稱，三相四線負(fù)載電路M側(cè)的中性點(diǎn)（零線）N′的電位U _N′將會(huì)偏離中性點(diǎn)，并且不平衡程度越嚴(yán)重其零線電位U _N′偏離中性點(diǎn)越遠(yuǎn)，但是A2的中性采樣點(diǎn)N1的電位卻依舊保持在中性點(diǎn)的位置，即零電位，如圖2（a）所示，這就會(huì)在點(diǎn)N1與N′之間形成不平衡電壓，在該電壓的作用下，使得N1——N′導(dǎo)線中產(chǎn)生不平衡電流，由圖3可知該導(dǎo)線在連接過(guò)程中是穿過(guò)電流互感器磁環(huán)X的，這時(shí)就會(huì)在電流互感器的二次側(cè)輸出信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)電流信號(hào)放大及脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路A1放大后驅(qū)動(dòng)電磁脫扣線圈L，使脫扣開關(guān)QF動(dòng)作，切斷電源，三相四線負(fù)載電路M得到保護(hù)。

（2）如果是輸電線路的某一相在本實(shí)施例的輸入側(cè)發(fā)生斷路，即缺相時(shí)

零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊A2的中性采樣點(diǎn)N1的電位便會(huì)偏離中性點(diǎn)，但是在三相四線負(fù)載電路M側(cè)零線的電位U_N′在零線的作用下依舊與電源的中性點(diǎn)U_N保持一致，即零電位，如圖２（ｂ），于是在N1和N′之間產(chǎn)生不平衡電流，這樣在電流互感器的二次側(cè)輸出信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)電流信號(hào)放大及脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路A1放大后驅(qū)動(dòng)電磁脫扣線圈L，使脫扣開關(guān)QF動(dòng)作，切斷電源使三相四線負(fù)載電路M得到保護(hù)。

（3）零線斷路和缺相故障同時(shí)發(fā)生

首先零線斷路及缺相故障探測(cè)模塊A2的中性采樣點(diǎn)N1的電位會(huì)因缺相故障偏離中性點(diǎn)零電位，但是由于電容的對(duì)稱性使得該電位正好介于線電壓的中點(diǎn)處；而三相四線負(fù)載電路M側(cè)零線的電位U_N′也會(huì)因零線斷路故障而偏離中性點(diǎn)，由于三相四線負(fù)載電路M不對(duì)稱，再加上缺相的緣故，這時(shí)三相四線負(fù)載電路M側(cè)零線的電位U_N′不僅偏離中性點(diǎn)而且也會(huì)偏離線電壓的中點(diǎn)，如圖2（c）所示，這就造成了N1和N^′的電位不相等，于是在N1和N^′之間產(chǎn)生不平衡電流，這樣在電流互感器的二次側(cè)輸出信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)電流信號(hào)放大及脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路A1放大后驅(qū)動(dòng)電磁脫扣線圈L，使脫扣開關(guān)QF動(dòng)作，切斷電源使三相四線負(fù)載電路M得到保護(hù)。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。