專利名稱：一種斷路器相間弧光短路保護裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種斷路器相間弧光短路保護裝置，用于智能型萬能式斷路器相間弧
光短路時的快速后備保護，屬于低壓電器制造技術領域。
背景技術：
智能型萬能式低壓斷路器廣泛應用于電力低壓配電系統，它是電力低壓配電系統 過載及短路保護的主要電氣設備。現有技術的萬能式斷路器及其配套控制器，由于只是通 過檢測主回路電流或者電壓來執行配電保護，故具有局限性，在某些特殊情況下，無法完整 的執行保護，如在使用環境潮濕，或者由于某些原因使斷路器銅排變形，使其相間距離變 小，或者是由于中低壓配電設備密封性較差會進入小動物，均會造成斷路器相間絕緣性能 降低，引起斷路器相與相間絕緣擊穿拉弧短路。此時包括兩種情況①為斷路器出線端拉弧 擊穿時，斷路器本身雖能檢測到相應電流并執行保護，但由于是拉弧短路，其短路電流有可 能無法達到斷路器瞬時保護的設定值，故只能由短延時甚至長延時來進行保護，時間往往 長達數百毫秒；②為進線端擊穿時，由于斷路器只能實時檢測負載端的電流情況并加以保 護，對于進線端無法執行保護，因此只能由上級斷路器來執行保護，但對于低壓萬能式斷路 器，其上級斷路器往往是中、高壓開關或變壓器后備過流保護設備，其保護動作時間往往較 長，一般均大于300ms，甚至能達到幾秒以上。而電弧故障的危害程度取決于電弧電流及切 除時間，電弧產生的能量與ft成指數規律快速上升。只有總切除時間小于85ms，才能使設 備不遭受損害，總切除時間大于100ms，將會對設備造成不同程度的損害。IEC298標準附錄 AA中也規定了的小于100ms的內部燃弧時間。國外曾對各種燃弧持續時間下設備的損壞程
度進行過試驗，其結果如下
電弧燃燒持續時間設備損壞程度
35ms沒有明顯損壞， 一般可在檢驗絕緣電阻后投入使用
100ms設備損壞較小，在開關柜投入運行前僅需要清潔或可能的小的修理
500ms設備損壞很嚴重，現場工作人員可能受到嚴重傷害，必須更換部分設備 才可以再投入運行 因此，在目前使用常規萬能式斷路器的場合，如發生相間拉弧擊穿，往往會造成以 下幾方面重大危害①電弧溫度相當太陽溫度的2倍，大約為IOOO(TC，由于過熱將導致銅 排、鋁排熔毀，氣化；②電纜熔毀，電纜包覆層的著火；③過熱導致壓力上升，使開關設備爆 炸；④開關設備強烈振動，使固定元件松脫；⑤高溫燒灼皮膚，強光剌傷眼睛；⑥產生大量 的有害氣體，傷害呼吸系統；⑦爆破音震損耳膜、肺臟；⑧碎片飛射，造成人員傷害，甚至死
3亡。
發明內容
本發明的目的是針對斷路器進線端拉弧短路情況，提供一種斷路器相間弧光短路
保護裝置。該保護裝置帶有燃弧快速判斷裝置，能成倍縮短拉弧擊穿的燃弧時間，減少由于
燃弧時間過長引起的事故和損失。 本發明的目的通過以下技術方案如下 本發明所述的一種斷路器相間弧光短路保護裝置，包括有用于檢測弧光強度的弧 光傳感器1、弧光信號處理單元2、動作執行單元3和供電電源4，其特征是弧光信號處理單 元2輸入端和弧光傳感器1相連；弧光信號處理單元2輸出端和動作執行單元3相連，供電 電源4為弧光傳感器1、弧光信號處理單元2、動作執行單元3供電。 本發明所述的檢測弧光強度的弧光傳感器1由導光罩、高靈敏光敏二極管1V1 1V7、電阻1R1 1R4、R1 R4、電容Cl C4連接線組成；光敏二極管1V1 1V7負端共同 接電壓VD，正端分別連接電阻1R1 1R7 ;電阻1R1 1R7另一端分別連接電阻Rl R7 — 端，同時與信號處理單元的AN0、AN1、AN2、AN3、AN4、AN8、AN9連接；電阻Rl R7另一端共 同接信號地；電容Cl C7與電阻Rl R7分別并聯。 本發明所述的供電電源4由芯片Nl、電容C10、C11、C12、V10組成；DC12V的VD與 V10的正端連接，芯片Nl的1號腳連接C10 —端并與二極管V10的負端相連接，芯片Nl的 2號腳連接C10的另一端并與輸入電源DC12V的負端連接；芯片Nl的3號腳連接電容C12 正端，此端輸出電壓+5V ;電容C12的負端與芯片Nl的2號腳連接以作為信號地；電容Cll 與電容C12并聯； 本發明所述的信號處理單元由芯片MCU、電阻R8、R9，電容C8、C9和撥碼開關Sl組 成MCU的1號腳與R8、 C8相連接，R8另一端接電源+5V， C8另一端接信號地；MCU的11號 腳與R9、 Sl相連接，R9另一端接信號地，Sl另一端接電源+5V ;MCU的8號和19號腳接信 號地，20號腳接電源+5V，19號和20號腳之間加電容C9 ;MCU的2、3、4、5、7、23和24腳為 ANO、 AN1、 AN2、 AN3、 AN4、 AN8和AN9，與弧光傳感器輸出端相連接15號腳為動作控制引腳， 與動作執行單元相連接； 本發明所述的動作執行單元由電阻R10、R11 ， 二極管V8，三極管V9和繼電器KA組 成。MCU的15號的動作控制與R10的一端連接，電阻R10的另一端與電阻Rll相連后與三 極管V9基極相連接；電阻Rll另一端與三極管V9發射極共同接信號地，三極管V9的集電 極與二極管V8正端、繼電器線包一端相連接，二極管V8負端與繼電器線包另一端相連后接 電源+5V ;繼電器有兩組觸點，一組控制本級斷路器分閘，一組為發與上級開關的信號； 本發明的優點是能夠保證在斷路器進線端發生相間拉弧短路時快速的分斷斷 路器本身，同時發送相間短路信號與上級開關，使其分閘，從根本上限制電弧故障的持續時 間，減少電弧故障引起的所引起的各種人員、設備危害，盡可能的減少經濟損失。
圖1為本發明斷路器相間弧光短路保護裝置的原理框圖。
圖2為弧光傳感器原理圖
圖3為供電電源原理圖
圖4為信號處理單元原理圖
圖5為動作執行單元原理圖
具體實施例方式
為有助于理解本發明，以下結合附圖對本發明的具體實施方式
進行進一步說明。
參閱圖l本發明的原理框圖；當發生弧光短路故障時，弧光傳感器l將弧光信號轉 換成電信號并送入信號處理單元2，信號處理單元2對電信號進行判斷處理后，將命令發與 動作執行單元3，動作執行單元通過無源觸點方式控制本級斷路器分閘，并將弧光故障信號 發與上級斷路器，供其判斷處理；供電電源4將輸入電源VD給動作執行單元3供電，電壓轉 換后給弧光傳感器1、信號處理單元2供電。 參閱圖2弧光傳感器原理圖；本發明弧光傳感器由7組光電轉換的器件組成，當發 生弧光短路故障時，有弧光產生必然突然增加光敏二極管的反向電流，R1 R7作為采樣電 阻，其中某些采樣電阻上面的電壓也必然突增，此即可作為信號處理單元進行判斷的依據。
參閱圖3供電電源原理圖，外部輸入的VD為DC12V，經過防電源接反保護二極管 V10后給芯片Nl (LM7805)供電，芯片Nl的3號腳輸出系統電壓+5V，電容C10、 Cll和C12 為濾波電容。 參閱圖4信號處理單元原理圖，芯片MCU的VSS和VDD端口分別與信號地和+5V相 連接；AN0、AN1、AN2、AN3、AN4、AN8和AN9為MCU (PIC16F883)中的AD轉換口，其采集圖2上 采樣電阻Rl R7的電壓值并將電壓值轉換成數字量，然后通過程序與預設基準值相比較， 如果連續3次的采樣值都大于基準值，則立即發出動作指令，將動作端口的置成高電平；R8 和C8組成一個RC上電延時電路，接入芯片MCU的MCLR引腳；開關Sl和電阻R9組成弧光 保護開關，當需要打開柜門或者希望弧光保護功能關閉時，可通過開關Sl進行設置。
參閱圖5動作執行單元原理圖，當信號處理單元動作端口發出高電平信號時，三 極管V9導通，使繼電器KA的線包通電，繼電器的2組觸點吸合；V8為續流二極管。
本發明采用上述方案后，當所控制區域發生弧光短路時，弧光傳感器能夠在微秒 級的時間之內將光信號轉換成電信號，傳與信號處理單元，信號處理單元通過采樣、軟件濾 波、判斷處理后，也能在2 3毫秒內將動作命令發送與動作執行單元，相關動作命令或信
號發出整個過程不超過io毫秒，如動作執行單元中的繼電器采用固態繼電器等無觸點的
繼電器，其時間還可縮短5毫秒左右。可大大降低設備的損傷。
權利要求
一種斷路器相間弧光短路保護裝置，包括檢測弧光強度的弧光傳感器(1)、弧光信號處理單元(2)、動作執行單元(3)和供電電源(4)，其特征是弧光信號處理單元(2)輸入端和弧光傳感器(1)相連，弧光信號處理單元(2)輸出端和動作執行單元(3)相連；弧光傳感器(1)由若干組光電轉換的器件組成，每組包括一個導光罩、一個高靈敏光敏二極管、兩個電阻和一個電容組成；作為光電轉換主器件的光敏二極管，也可采用光敏三極管或光敏電阻，但由于光敏二極管具有較短的響應時間，故優選采用光敏二極管；為方便調節保護靈敏度，作為采樣電阻的R1～R7優先采用可調電位器。
2. 根據權利要求1所述的一種斷路器相間弧光短路保護裝置，其特征在于信號處理單 元由芯片MCU、電阻R8、R9，電容C8、C9和撥碼開關Sl組成，MCU的1號腳與R8、C8相連接， R8另一端接電源+5V， C8另一端接信號地；MCU的11號腳與R9、 Sl相連接，R9另一端接信 號地，S1另一端接電源+5V ;MCU的8號和19號腳接信號地，20號腳接電源+5V， 19號和20 號腳之間加電容C9。
3. 根椐權利要求1所述的一種斷路器相間弧光短路保護裝置，其特征在于動作執行單 元包括電阻R10、 Rl 1 ， 二極管V8，三極管V9和繼電器KA ;電阻R10的另一端與電阻Rl 1相 連后與三極管V9基極相連接；電阻Rl 1另一端與三極管V9發射極共同接信號地，三極管V9 的集電極與二極管V8正端、繼電器線包一端相連接，二極管V8負端與繼電器線包另一端相 連后接電源+5V。
4. 根據權利要求1所述的一種斷路器相間弧光短路保護裝置，其特征在于供電電源電 路包括電源轉換芯片Nl、電容CIO、 Cll、 C12、 VIO。
全文摘要
本發明公開了一種斷路器相間弧光短路保護裝置，它包括有用于檢測弧光強度的弧光傳感器、弧光信號處理單元、動作執行單元和供電電源，其特征是弧光信號處理單元輸入端和弧光傳感器相連；弧光信號處理單元輸出端和動作執行單元相連，供電電源為弧光傳感器、弧光信號處理單元、動作執行單元供電；本發明的優點是能夠保證在斷路器進線端發生相間拉弧短路時快速的分斷斷路器本身，同時發送相間短路信號與上級開關，使其分閘，從根本上限制電弧故障的持續時間，減少電弧故障引起的所引起的各種人員、設備危害，盡可能的減少經濟損失。
文檔編號H02H7/22GK101702515SQ20091024676
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月24日 優先權日2009年11月24日
發明者方祥 申請人:杭州之江開關股份有限公司