专利名称：带选择性的直流断路器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直流配电系统中使用的直流断路器，具体地，涉及一种能够提供 包含过载保护、短路延时保护、短路瞬时保护的3段故障保护的直流微型断路器，以实现对 下级终端微型断路器的选择性。
背景技术：
随着电气自动化的发展，微型直流断路器已经成为一种广泛应用于低压终端配电 系统中的电器。它通常能够确保各种使用者所要求的额定电流、额定电压和额定负载下的 连接和断开。当电路中有任何异常故障(例如过载或者短路)，它可以通过将动触头与静触 头断开从而断开被保护的电路，这样能够使负载完全与直流电源隔离。目前常用的微型直流断路器仅仅提供2段保护特性，即过载保护和短路瞬时保 护，而没有提供短路短延时保护性能，更不能够实现终端配电系统中的保护动作的选择性。 因此当故障发生时，经常出现微型直流断路器越级跳闸或者同时动作。这就极大影响了各 种配电系统供电的连续性。所以，需要有一种能够提供具有包含过载保护、短路延时保护、短路瞬时保护在内 的3段保护的微型直流断路器，以实现对配电网络中的下级终端微型断路器的选择性，并 使配电系统供电能够稳定可靠。
发明内容
针对上述的缺点和不足，本发明的目的就是实现上述的带有3段保护特性的微型 直流断路器。本发明的带选择性微型直流断路器通过使用磁脱扣器系统，能够准确地检测到短 路故障电流，可靠、稳定地实现短延时功能。根据本发明的选择性直流断路器结构简单、紧 凑，包括主回路和辅助回路两部分。根据本发明的选择性直流断路器通过使用芯片微处理器来实现短延时元件，可以 监控电路故障情况，控制延时时间，保证上下级断路器的选择性。具体地根据本发明一个方面，提供一种直流配电系统中使用的直流断路器，包括 断路器主回路装置和辅助回路装置，断路器主回路装置和辅助回路装置形成两个并联的电 流回路；主回路装置主要包括依次串联连接在直流电源的正、负极之间、形成主电流回路的 第一脱扣器、第一磁脱扣系统、第一主触头、主机构、第二脱扣器、第二磁脱扣系统、第二主 触头；所述主机构在配电系统正常工作和过载故障情况下控制第一主触头和第二主触头的 闭合或切断。所述直流断路器的特征在于辅助回路装置包括电流检测辅助触发装置、短延 时元件、辅助机构、辅助脱扣器。电流检测辅助触发装置串联在直流电源的正、负极之间， 检测直流断路器的负载短路电流，根据检测的负载短路电流值来决定是否进行辅助触发动 作；短延时元件在电流检测辅助触发装置进行辅助触发动作时进行短暂延时，并根据电流 检测辅助触发装置的动作是否维持来决定是否输出延迟时间超时信号；辅助机构带动主机构(5)进行相应的脱扣动作；辅助脱扣器根据短延时元件是否输出延迟时间超时信号进行 动作，来触发辅助机构脱扣。其中辅助回路装置还包括电压转换器，并联连接在断路器的输出端上，输出转换 后的直流电压为短延时元件供电。其中电流检测辅助触发装置选用磁脱扣系统、辅助触头实现，其中磁脱扣系统串 联在第一主触头与后面连接的断路器负载之间。其中电流检测辅助触发装置选用分流器实现。优选地，电流检测辅助触发装置中 的分流器串联在第一主触头与后面连接的断路器负载之间。其中所述第一脱扣器、第二脱扣器选用双金属片实现。其中短延时元件选用RC延时电路来实现。其中短延时元件选用芯片微处理器来实现。根据本发明的上述技术方案，由于针对直流配电系统的不同故障类型提供了选择 性的保护方式，因此能够保证供电的连续性。根据本发明的上述技术方案，仅仅由发生故障 处上一级的断路器消除故障。
通过下面结合附图对示例实施例的详细描述，将更好地理解本发明。应当清楚地 理解，所描述的示例实施例仅仅是作为说明和示例，而本发明不限于此。本发明的精神和范 围仅仅由所附权利要求书的具体内容限定。下面描述附图的简要说明，其中图1是根据本发明第一示例实施例的选择性直流断路器的结构原理示意图；图2是根据本发明第二示例实施例的选择性直流断路器的结构原理示意图。
具体实施例方式现在将详细介绍本发明的示例实施例，其示例在附图中示出，全部附图中相同的 引用数字指代相同的元素。下面参照附图描述实施例以说明本发明。图1是根据本发明第一示例实施例的选择性直流断路器的结构原理示意图。如图1所示，根据本发明的选择性直流断路器包括断路器主回路装置100和辅助 回路装置200，断路器主回路装置100和辅助回路装置200形成两个并联的电流回路。主回路装置100主要包括第一脱扣器1、第一磁脱扣系统2、第一主触头3、主机构 5、第二脱扣器6、第二磁脱扣系统7、第二主触头8。其中第一脱扣器1、第一磁脱扣系统2、 第一主触头3、后面连接的断路器负载、第二主触头8、第二磁脱扣系统7、第二脱扣器6依次 串联连接在直流电源的正、负极之间，形成主电流回路。后面连接的断路器负载连接在断路 器的输出端。辅助回路装置200包括辅助磁脱扣系统4、辅助触头9、辅助机构10、电压转换器 12、短延时元件13以及辅助脱扣器14。其中辅助磁脱扣系统4串联在直流电源的正、负极 之间，优选地，辅助磁脱扣系统4可以串联在第一主触头3与后面连接的断路器负载之间。 电压转换器12、短延时元件13、辅助脱扣器14以及辅助机构10构成辅助电流回路，该辅助 电流回路与断路器回路装置100的主电流回路并联。在辅助回路装置200中，优选地，电压转换器12可以并联连接在断路器的输出端上。电压转换器12将输入的直流电压进行转换，输出转换后的直流电压给短延时元件13 供电。短延时元件13根据辅助触头9的闭合、断开动作进行短暂延时。辅助脱扣器14根 据短延时元件13的延迟时间超时信号动作，来触发辅助机构10脱扣，进而辅助机构10带 动主机构5进行脱扣动作。在图1的直流断路器中，第一脱扣器1、第二脱扣器6可以选用常用的双金属片来 实现；短延时元件13，可以通过RC延时电路来实现。下面分4种情况来具体地描述根据本发明的第一示例实施例的选择性直流断路 器的结构的具体工作原理。(A)当没有故障、正常工作时当没有故障、正常工作时，第一主触头3、第二主触头8都是闭合的，辅助触头9是 断开的。用户通过操作手柄带动主机构5，可以按照期望来闭合、断开第一主触头3、第二主 触头8，进而接通、切断电源与负载之间的连接。(B)当负载发生过载故障时当负载发生过载故障时，第一脱扣器1、第二脱扣器6至少一个能够检测到过载故 障，并且推动主机构5进行脱扣动作，主机构5会断开第一主触头3、第二主触头8，进而切 断电源与存在过载故障的负载之间的连接，排除负载的过载故障对配电系统的影响。只有 在排除故障后靠手动才能重新闭合该直流断路器的第一主触头3、第二主触头8。在负载发生过载故障，一般过载情况下辅助回路装置200不工作，辅助触头9是断 开的。当负载太大时，可以认为是短路故障情况，参见下面的情况(C)和⑶。(C)当负载发生短路故障、且短路电流小于选择性极限电流值Is时当发生短路故障时，如果短路电流小于选择性极限电流值Is，主回路装置100中 的第一磁脱扣系统2、第二磁脱扣系统7不会动作，因而主电流回路继续为出现短路故障的 负载供电。辅助回路装置200中的辅助磁脱扣系统4能够检测到短路故障电流，并且推动 辅助触头9闭合，此时辅助电流回路被接通并且开始工作。在电压转换器12的供电下，短 延时元件13能够实现一定的延时，即可以实现本发明直流断路器的小短路故障的短延时 保护特性。如果在这段延时时间内短路故障被下级断路器切除，短延时元件13不输出延时 时间超时信号给辅助脱扣器14，辅助磁脱扣系统4复位，因此辅助触头9在复位弹簧作用下 会重新断开，直流断路器重新开始正常工作。如果经过短延时元件13的延时时间后，短路故障还没有被清除，短延时元件13输 出延时时间超时信号给辅助脱扣器14，辅助脱扣器14会触发辅助机构10脱扣，进而辅助机 构10带动主机构5进行脱扣动作，主机构5会带动第一主触头3、第二主触头8断开，短路 电流就会被切断，彻底切断电源与存在过载故障的负载之间的连接，排除负载的短路故障 对配电系统的影响。只有在排除短路故障后靠手动才能重新闭合该直流断路器的第一主触 头3、第二主触头8。(D)当负载发生短路故障、且短路电流大于选择性极限电流值Is时当发生短路故障时，如果短路电流大于选择性极限电流值Is，主回路装置100中 的第一磁脱扣系统2、第二磁脱扣系统7至少一个能够检测到短路故障电流，并且推动主机
5构5进行脱扣动作，主机构5会断开第一主触头3、第二主触头8，进而切断电源与存在过载 故障的负载之间的连接，排除负载的过载故障对配电系统的影响。只有在排除短路故障后 靠手动才能重新闭合该直流断路器的第一主触头3、第二主触头8。当发生短路故障时，如果短路电流大于选择性极限电流值Is，辅助回路装置200 中的辅助磁脱扣系统4也能够检测到短路故障电流，并且推动辅助触头9闭合，此时辅助电 流回路也被接通并且开始工作。在电压转换器12的供电下，短延时元件13也能够实现一 定的延时。也即，在发生短路故障时的短路电流大于选择性极限电流值Is的条件下，主回路 装置100的第一主触头3、第二主触头8在短路开始时刻是闭合的，辅助回路装置200中的 辅助磁脱扣系统4能够检测到短路故障电流，并且推动辅助触头9闭合。但是由于主回路 装置100的第一磁脱扣系统2、第二磁脱扣系统7会很快推动主机构5，快速切断短路故障 电流，它的分断时间远远短于短延时的时间，所以主回路装置100不需要等待辅助回路装 置200的延时超时就立即实现大短路故障的短路瞬时保护特性。图2是根据本发明第二示例实施例的选择性直流断路器的结构原理示意图。如图2所示，根据本发明的第二示例实施例的选择性直流断路器与根据本发明的 第一例实施例的选择性直流断路器的结构基本相同。根据本发明的第二示例实施例的选择 性直流断路器选用分流器11进行用于辅助回路装置200的短路器的短路电流检测，分流器 11取代了图1中的辅助磁脱扣系统4和辅助触头9，分流器11实际就是一个阻值很小的电 阻器，当直流负载电流通过时，在分流器11两端产生压降，该电压信号输入到短延时元件 13，当分流器11两端的电压信号达到一定阈值时，触发短延时元件13开始延时动作。根据 本发明的第二示例实施例的选择性直流断路器中的短延时元件可选用芯片微处理器来实 现，它能够检测到短路故障电流，通过延时一段时间来实现根据本发明的第二示例实施例 的选择性直流断路器的短延时保护特性。根据本发明的第二示例实施例的选择性直流断路器与根据本发明的第一示例实 施例的选择性直流断路器的工作原理相同，在此不多述。根据本发明的选择性直流断路器通过使用磁脱扣器系统，能够准确地检测到短路 故障电流，可靠、稳定地实现短延时功能。根据本发明的选择性直流断路器结构简单、紧凑，包括主回路和辅助回路两部分。根据本发明的选择性直流断路器通过使用芯片微处理器来实现短延时元件，可以 监控电路故障情况，控制延时时间，保证上下级断路器的选择性。虽然已经图示和描述了所考虑的本发明的示例实施例，但是本领域技术人员可以 理解，随着技术的进步，可以作出各种变更和修改并可以用等价物替换其元素而不背离本 发明的真实范围。
权利要求
一种直流配电系统中使用的直流断路器，包括断路器主回路装置(100)和辅助回路装置(200)，断路器主回路装置(100)和辅助回路装置(200)形成两个并联的电流回路；主回路装置(100)主要包括依次串联连接在直流电源的正、负极之间、形成主电流回路的第一脱扣器(1)、第一磁脱扣系统(2)、第一主触头(3)、主机构(5)、第二脱扣器(6)、第二磁脱扣系统(7)、第二主触头(8)；所述主机构(5)在配电系统正常工作和过载故障情况下控制第一主触头(3)和第二主触头(8)的闭合或切断；所述直流断路器，其特征在于辅助回路装置(200)包括电流检测辅助触发装置(4，9；11)，串联在直流电源的正、负极之间，检测直流断路器的负载短路电流，根据检测的负载短路电流值来决定是否进行辅助触发动作；短延时元件(13)，在电流检测辅助触发装置进行辅助触发动作时进行短暂延时，并根据电流检测辅助触发装置的动作是否维持来决定是否输出延迟时间超时信号；辅助机构(10)，用于带动主机构(5)进行相应的脱扣动作；辅助脱扣器(14)，根据短延时元件(13)是否输出延迟时间超时信号进行动作，来触发辅助机构(10)脱扣。
2.如权利要求1所述的直流断路器，其特征在于辅助回路装置(200)还包括电压转换器(12)，并联连接在断路器的输出端上，输出转换后的直流电压为短延时元 件(13)供电。
3.如权利要求1所述的直流断路器，其特征在于电流检测辅助触发装置选用磁脱扣系 统(4)、辅助触头(9)实现，其中磁脱扣系统(4)串联在第一主触头(3)与后面连接的断路 器负载之间。
4.如权利要求1所述的直流断路器，其特征在于电流检测辅助触发装置选用分流器 (11)实现。
5.如权利要求4所述的直流断路器，其特征在于优选地，电流检测辅助触发装置中的 分流器(11)串联在第一主触头(3)与后面连接的断路器负载之间。
6.如权利要求1所述的直流断路器，其特征在于所述第一脱扣器(1)、第二脱扣器(6)选用双金属片实现。
7.如权利要求1所述的直流断路器，其特征在于短延时元件(13)选用RC延时电路来实现。
8.如权利要求1所述的直流断路器，其特征在于短延时元件(13)选用芯片微处理器来实现。
全文摘要
一种直流断路器，包括形成两个并联电流回路的断路器主回路装置和辅助回路装置；主回路装置包括第一脱扣器、第一磁脱扣系统、第一主触头、主机构、第二脱扣器、第二磁脱扣系统、第二主触头；主机构控制第一主触头和第二主触头的动作；辅助回路装置包括电流检测辅助触发装置，串联在电源的正、负极之间，检测负载短路电流，根据负载短路电流值来决定是否进行辅助触发动作；短延时元件，在进行辅助触发动作时进行短暂延时，并根据电流检测辅助触发装置的动作是否维持来决定是否输出延迟时间超时信号；辅助机构，带动主机构进行相应的脱扣动作；辅助脱扣器，根据短延时元件是否输出延迟时间超时信号进行动作，来触发辅助机构脱扣。本发明涉及的是一种带选择性的直流断路器。
文档编号H01H71/46GK101807497SQ200910008980
公开日2010年8月18日 申请日期2009年2月17日 优先权日2009年2月17日
发明者周磊, 孙海涛 申请人:施耐德电器工业公司