一种阻断工频电流的参量微型断路器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及断路器领域，公开了两种阻断工频电流的参量微型断路器，包括脱扣机构、动触头及静触头，动/静触头设置在所述断路器的主电路上，脱扣机构与动触头联动，第一种断路器还包括检测主电路电流的电流传感器和电磁铁，电磁铁包括电磁铁线圈和动铁芯，电磁铁线圈与电流传感器相连；第二种断路器还包括放电间隙和电磁铁，电磁铁包括电磁铁线圈和动铁芯，电磁铁线圈连接在主电路中，放电间隙与电磁铁线圈并联，以上任一断路器工作中当动铁芯动作时，动铁芯撞击脱扣机构，脱扣机构脱扣的同时分离动、静触头。本发明的参量微型断路器也称作SPD外置脱离器，可以选择性通过雷电流不误动，通过工频电流则脱扣阻止SPD起火，实现对电源SPD的过流保护。
【专利说明】-种阻断工频电流的参量微型断路器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及断路器领域，尤其涉及一种阻断工频电流的参量微型断路器。
【背景技术】
[0002] 雷电是由带电的云在空中放电导致的一种特殊的天气现象，是造成电子设备损坏 的重要原因，它威胁邮电通讯、电力、铁道、机场、石化、工控、军事等各个领域电子信息系统 的安全稳定运行。在与电子设备连接的电源线、信号线以及控制线等金属线路上安装电涌 保护器（SPD)是雷电防护的重要措施之一。
[0003] 随着SPD的大量使用，sro火灾事故和雷电防护失效的问题凸显了起来，给国家和 企业造成了很大的经济损失。根据sro发生的火灾事故和防雷失效事故现场分析及实验室 验证：火灾事故是由电源暂态过电压故障使工频电流流入SPD引发火灾(持续的电源能量 使sro迅速燃烧)，防雷失效事故大多数是sro脱离了保护线路造成(雷电流使sro后备过 流保护装置误动作)。
[0004] 规范中要求电源sro安装后备过流保护装置，目的是当SPD出现金属性短路故障 时，过流保护装置能够迅速切断电路，避免保护开关出现越级脱扣，造成电源系统大面积断 电。另外一个作用是防止电源系统出现电压异常升高导致sro启动流入工频电流起火。 [0005] 国内外用于sro后备过流保护使用的是熔断器或断路器，当电源系统出现异常故 障(如N线断开）导致电压升高，使SPD启动导通流入工频电流时，由于接地电阻和SPD导 通电阻的作用，通过SPD的电源电流往往达不到熔断器、断路器的速断值，致使sro起火燃 烧； 熔断器是通过体电阻对通过的电流产生焦耳热熔断达到保护目的，预使熔断器在雷电 流冲击下（Imax或limp)不烙断，这就要求烙断器Ir2t (实际烙化热能值）必须小于If2t (公称熔化热能值)。熔断器的材质决定了熔断体熔断温度、熔断速度，对电流性质没有选择 性熔断的能力，对于雷电流和工频电流只要达到相等的Ir 2t (实际熔化热能值)能量均会熔 断，这个特性决定了熔断器不能同时满足通过雷电流不熔断、通过不大的工频电流迅速熔 断的要求。
[0006] 当过流保护装置的速断值选择偏小时，满足了工频电流速断保护，但雷电冲击电 流又会造成误断切断了雷电保护电路，使电源失去防雷保护。后备过流保护装置通过雷电 流时不误动才能使防雷持续有效、通过电源工频电流时动作，才能达到保护sro不起火的 目的。现有技术中熔断器、断路器的参数不能与sro协调配合，一直是防雷行业难以解决的 问题。2009年国际电工委员会（IEC)负责起草和修订sro标准第37A分委会（SC37A)在奥 地利维亚纳会议上成立第12课题组（Task F〇rCel2)，专门研究熔断器、断路器与SPD的配 合问题。因此，研发一种阻断工频电流的参量微型断路器显得尤为重要。
【发明内容】
[0007] 为克服现有技术的不足，本发明目的是：提供一种阻断工频电流的参量微型断路 器，该断路器使通过雷电流时不误动，通过电源工频电流时瞬动，彻底解决断路器参数与 sro配套的问题。
[0008] 为了解决【背景技术】中的技术问题，本发明提供了一种阻断工频电流的参量微型断 路器，包括脱扣机构、动触头及静触头，还包括电流传感器和电磁铁，所述动触头和静触头 设置在参量微型断路器的主电路上，所述电流传感器检测所述主电路的电流，所述电磁铁 包括电磁铁线圈和动铁芯，所述电磁铁线圈与所述电流传感器相连，脱扣机构与所述动触 头联动，当动铁芯动作时，所述动铁芯撞击脱扣机构，所述脱扣机构完成脱扣后使动触头与 静触头由接触状态变为分离状态。
[0009] 所述脱扣机构的脱扣时间不小于5 ms，雷电流通过主电路的持续时间小于所述脱 扣机构的脱扣时间，工频电流通过主电路的持续时间大于所述脱扣机构的脱扣时间。
[0010] 所述电磁铁还包括用于使动铁芯动作后恢复至动作前所在位置的回位弹簧。
[0011] 所述阻断工频电流的参量微型断路器还包括操作机构、接线进端子、软铜线、接线 出端子、合闸扳手及灭弧装置，所述动触头与所述接线出端子通过软铜线连接，所述合闸扳 手通过所述操作机构与所述脱扣机构联动，所述灭弧装置包括用于熄灭静触头和动触头之 间产生的电弧的灭弧栅片。
[0012] 本发明还提供了第二种阻断工频电流的参量微型断路器，包括脱扣机构、动触头 及静触头，还包括放电间隙和电磁铁，所述电磁铁包括电磁铁线圈和动铁芯，所述动触头、 静触头及电磁铁线圈设置在参量微型断路器的主电路上，所述放电间隙并联在所述电磁铁 线圈两端，脱扣机构与所述动触头联动，当动铁芯动作时，所述动铁芯撞击脱扣机构，所述 脱扣机构完成脱扣后使动触头与静触头由接触状态变为分离状态。
[0013] 所述放电间隙的击穿电压小于雷电流在所述电磁铁线圈两端产生的感生电压。当 雷电流到来时，在电磁铁两端产生的感生电压高于放电间隙击穿电压，雷电流走放电间隙 通道；当工频电流到来时，电磁铁两端产生的感生电压低于放电间隙击穿电压，放电间隙不 导通，电流走电磁铁线圈而动作。
[0014] 所述电磁铁还包括用于使动铁芯动作后恢复至动作前所在位置的回位弹簧。
[0015] 所述阻断工频电流的参量微型断路器还包括操作机构、接线进端子、软铜线、接线 出端子、合闸扳手及灭弧装置，所述动触头与所述接线出端子通过软铜线连接，所述合闸扳 手通过所述操作机构与所述脱扣机构联动，所述灭弧装置包括用于熄灭静触头和动触头之 间产生的电弧的灭弧栅片。
[0016] 本发明的第一种阻断工频电流的参量微型断路器的原理是①电流传感器将采集 的电流信号送到电磁铁中，当电磁铁采集的信号幅值达到动作值时，动铁芯开始运动，撞击 脱扣机构；②在现有技术中，从撞击脱扣机构到脱扣机构完成脱扣需要5 ms以上的脱扣时 间，如果在这脱扣过程中电流结束，那么脱扣机构无法完成脱扣；③如果在上述脱扣过程中 电流持续存在，那么脱扣机构完成脱扣，分断电路；④不管雷电流大小如何，自然界中每次 雷电流从产生到结束的过程中，首次接闪和后续的多次反击，每个脉冲持续的时间都在微 秒级。综上，第一种阻断工频电流的参量微型断路器是利用雷电流持续的时间短暂这一特 性，对雷电流进行选择性通过，而对在断路器电路中的持续时间超过脱扣机构脱扣时间的 工频电流等实现阻断。
[0017] 本发明的第二种阻断工频电流的参量微型断路器的原理是①电感的感生电压与 通过电感的电流的时间变化率成正比；②雷电流对于时间的变化率在微秒级，雷电流迅速 在电磁铁线圈两端产生大于放电间隙击穿电压的感生电压，放电间隙被击穿导通；③放电 间隙击穿导通后，两端只维持10-20V的电弧电压，这个电压不能使电磁体动作；④雷电流 击穿放电间隙而通过电路的持续时间在微秒级，远小于电磁铁动作时间；⑤工频电流变化 速率在毫秒级，在电磁铁线圈两端产生的感生电压不足以击穿放电间隙，工频电流通过电 磁铁，动铁芯发生动作；⑥工频电流通过断路器电路中的持续时间大于脱扣机构需要的脱 扣时间，从而分断电路。综上，第二种阻断工频电流的参量微型断路器是利用雷电流和工频 电流对于时间的变化率不一样的这一特性，在电磁铁线圈两端产生的感生电压不同，利用 击穿放电间隙对雷电流进行选择性通过，而对工频电流等无法在电感两端产生达到击穿值 电压的电流实现阻断。就是说不同的电流通过电磁铁线圈电感对两种电流的变化率产生的 感生电压大小，是高于还是低于放电间隙的击穿电压，决定了电磁铁是否动作。
[0018] 采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：①第一种阻断工频电流的参量微 型断路器利用雷电流持续的时间短暂这一特性，第二种参量微型断路器利用雷电流对于时 间的变化率高这一特性，雷电流可以顺利通过，从而起到雷电流不误动作，使防雷保护持续 有效，sro能够正常泄放雷电流；②阻断工频电流，避免防雷元件发热导致的sro起火，提高 了电路的安全性和稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要 使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对 于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其 它附图。
[0020] 图1是本发明实施例提供的通过传感器与电磁铁配合组成的合闸状态下阻断工 频电流的参量微型断路器的示意图； 图2是本发明实施例提供的通过传感器与电磁铁配合组成的合闸状态下阻断工频电 流的参量微型断路器的剖面图； 图3是本发明实施例提供的通过传感器与电磁铁配合组成的分闸状态下阻断工频电 流的参量微型断路器的示意图； 图4是本发明实施例提供的通过传感器与电磁铁配合组成的分闸状态下阻断工频电 流的参量微型断路器的剖面图； 图5是本发明实施例提供的通过传感器与电磁铁配合组成的电流选择性通过控制组 件的不意图； 图6是本发明实施例提供的通过放电间隙和电磁铁配合组成的合闸状态下阻断工频 电流的参量微型断路器的示意图； 图7是本发明实施例提供的通过放电间隙和电磁铁配合组成的合闸状态下阻断工频 电流的参量微型断路器的剖面图； 图8是本发明实施例提供的通过放电间隙和电磁铁配合组成的开闸状态下阻断工频 电流的参量微型断路器的示意图； 图9是本发明实施例提供的通过放电间隙和电磁铁配合组成的开闸状态下阻断工频 电流的参量微型断路器的剖面图； 图10是本发明实施例提供的通过放电间隙和电磁铁配合组成的电流选择性通过控制 组件的示意图。
[0021] 图中附图标记对应为：1-接线进端子，2-电磁铁，3-合闸扳手，4-操作机构，5-脱 扣机构，6-接线出端子，7-软铜线，8-动触头，9-灭弧栅片，10-静触头，11-电流传感器， 12-放电间隙。
【具体实施方式】
[0022] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023] 实施例1 :图1至4为本发明实施例提供的第一种阻断工频电流的参量微型断路 器的结构示意图，图中可以清楚地看到该参量微型断路器包括脱扣机构5、动触头8及静触 头10,还包括电流传感器11和电磁铁2,所述动触头8和静触头10设置在参量微型断路器 的主电路上，所述电流传感器11检测所述主电路的电流，所述电磁铁2包括电磁铁线圈和 动铁芯，所述电磁铁线圈与所述电流传感器11相连，脱扣机构5与所述动触头8联动，当动 铁芯动作时，所述动铁芯撞击脱扣机构5,所述脱扣机构5完成脱扣后使动触头8与静触头 10由接触状态变为分离状态。
[0024] 在本实施例中，所述静触头10与传感器11相连,所述脱扣机构5与所述动触头8 联动，当所述动铁芯撞击所述脱扣机构5时，脱扣机构5完成脱扣的同时动触头8与静触头 10分离分段电路，否则动触头8和静触头10接触导通电路。
[0025] 本实施例中脱扣机构5的脱扣时间为5 ms，而目前对自然雷电的检测数据指出， 雷电从发生到结束，从首次接闪到多次反击，每个雷电流脉冲持续的时间都在微秒级别，所 以雷电流通过主电路的持续时间一定是小于所述脱扣机构5的脱扣时间的，而工频电流在 主电路中持续的时间是大于所述脱扣机构5的脱扣时间的，即大于5 ms。
[0026] 所述电磁铁2还包括静铁芯和用于使动铁芯动作后恢复至动作前所在位置的回 位弹簧，电磁铁线圈绕在所述静铁芯上。
[0027] 所述阻断工频电流的参量微型断路器还包括操作机构4、接线进端子1、软铜线7、 接线出端子6、合闸扳手3及灭弧装置，所述动触头8与所述接线出端子6通过软铜线7连 接，所述合闸扳手3通过所述操作机构4与所述脱扣机构5联动，当阻断工频电流后操作所 述合闸扳手3可以使电路恢复接通，优选地，灭弧装置设置在靠近所述动触头8和静触头10 处，所述灭弧装置包括用于熄灭静触头10和动触头8之间产生的电弧的灭弧栅片9。
[0028] 实施例2 :图6至9为本发明实施例提供的第二种阻断工频电流的参量微型断路 器的结构示意图，可以清楚地看到，该参量微型断路器包括脱扣机构5、动触头8及静触头 10,还包括放电间隙12和电磁铁2,所述电磁铁2包括电磁铁线圈和动铁芯，所述动触头8、 静触头10及电磁铁线圈设置在参量微型断路器的主电路上，所述放电间隙12并联在所述 电磁铁线圈两端，脱扣机构5与所述动触头8联动，当动铁芯动作时，所述动铁芯撞击脱扣 机构5,所述脱扣机构5完成脱扣后使动触头8与静触头10由接触状态变为分离状态。
[0029] 在本实施例中，所述静触头10与放电间隙12相连，也可以所述静触头10与电磁 铁2相连，所述脱扣机构5与所述动触头8联动，当所述动铁芯撞击所述脱扣机构5时，脱 扣机构5完成脱扣的同时动触头8与静触头10分离分段电路，否则动触头8和静触头10 接触导通电路。
[0030] 所述放电间隙12的击穿电压小于雷电流在所述电磁铁线圈两端产生的感生电 压，雷电流到达时，电磁铁线圈产生的感生电压高于放电间隙12的击穿电压，于是放电间 隙12被击穿导通放电，放电间隙12两端的电弧电压只有10-20V，这个电压很低，且持续的 时间在微秒级别，不能使电磁铁动铁芯动作，雷电流到达放电间隙12的另一端；而工频电 流的时间变化率在毫秒级，当工频电流到达时，工频电流在所述电磁铁线圈两端产生的感 生电压小于放电间隙12的击穿电压，不能使放电间隙12击穿导通，工频电流只能通过电磁 铁到达另一端，动铁芯动作。
[0031] 需要提出的是，在现有技术中，所述脱扣机构5的脱扣时间不少于5 ms，本实施例 中脱扣机构5的脱扣时间为10 ms，雷电流击穿所述放电间隙12通过主电路的时间小于所 述脱扣机构5的脱扣时间，工频电流无法击穿所述放电间隙12通过电磁铁的持续时间大于 所述脱扣机构5的脱扣时间，即大于10 ms。
[0032] 所述电磁铁2还包括静铁芯和用于使动铁芯动作后恢复至动作前所在位置的回 位弹簧，电磁铁线圈绕在所述静铁芯上。
[0033] 所述阻断工频电流的参量微型断路器还包括操作机构4、接线进端子1、软铜线7、 接线出端子6、合闸扳手3及灭弧装置，所述动触头8与所述接线出端子6通过软铜线7连 接，所述合闸扳手3通过所述操作机构4与所述脱扣机构5联动，当阻断工频电流后操作所 述合闸扳手3可以使电路恢复接通，优选地，灭弧装置设置在靠近所述动触头8和静触头10 处，所述灭弧装置包括用于熄灭静触头10和动触头8之间产生的电弧的灭弧栅片9。
[0034] 本发明利用雷电流持续的时间短暂的特性或者利用雷电流对于时间的变化率高 的特性，设计了两种阻断工频电流的参量微型断路器，都能达到通过雷电流不误动，使防雷 保护持续有效；阻断工频电流避免sro起火事故，极大的提高了防雷电路的安全性和稳定 性。
[0035] 以上所揭露的仅为本发明的几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之 权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
【权利要求】
1. 一种阻断工频电流的参量微型断路器，包括脱扣机构（5)、动触头（8)及静触头 (10)，其特征在于，还包括电流传感器（11)和电磁铁（2)，所述动触头（8)和静触头（10)设 置在参量微型断路器的主电路上，所述电流传感器（11)检测所述主电路的电流，所述电磁 铁（2)包括电磁铁线圈和动铁芯，所述电磁铁线圈与所述电流传感器（11)相连，脱扣机构 (5)与所述动触头（8)联动，当动铁芯动作时，所述动铁芯撞击脱扣机构（5)，所述脱扣机构 (5)完成脱扣的同时使动触头（8)与静触头（10)由接触状态变为分离状态。
2. 如权利要求1所述的阻断工频电流的参量微型断路器，其特征在于，所述脱扣机构 (5)的脱扣时间不小于5 ms，雷电流通过所述主电路的持续时间小于所述脱扣机构（5)的 脱扣时间，工频电流通过所述主电路的持续时间大于所述脱扣机构（5)的脱扣时间。
3. 如权利要求1或2所述的阻断工频电流的参量微型断路器，其特征在于，所述电磁铁 (2)还包括用于使动铁芯动作后恢复至动作前所在位置的回位弹簧。
4. 如权利要求1至3中任意一项所述的阻断工频电流的参量微型断路器，其特征在于， 还包括操作机构（4)、接线进端子（1)、软铜线（7)、接线出端子（6)、合闸扳手（3)及灭弧装 置，所述动触头（8)与所述接线出端子（6)通过软铜线（7)连接，所述合闸扳手（3)通过所 述操作机构（4)与所述脱扣机构（5)联动，所述灭弧装置包括用于熄灭静触头（10)和动触 头（8)之间产生的电弧的灭弧栅片（9)。
5. -种阻断工频电流的参量微型断路器，包括脱扣机构（5)、动触头（8)及静触头 (10)，其特征在于，还包括放电间隙（12)和电磁铁（2)，所述电磁铁（2)包括电磁铁线圈和 动铁芯，所述动触头（8)、静触头（10)及电磁铁线圈设置在参量微型断路器的主电路上，所 述放电间隙（12)并联在所述电磁铁线圈两端，脱扣机构（5)与所述动触头（8)联动，当动 铁芯动作时，所述动铁芯撞击脱扣机构（5)，所述脱扣机构（5)完成脱扣后使动触头（8)与 静触头（10)由接触状态变为分离状态。
6. 如权利要求5所述的阻断工频电流的参量微型断路器，其特征在于，所述放电间隙 (12)的击穿电压小于雷电流在所述电磁铁线圈两端产生的感生电压，所述放电间隙（12) 的击穿电压大于工频电流在所述电磁铁线圈两端产生的感生电压。
7. 如权利要求5或6所述的阻断工频电流的参量微型断路器，其特征在于，所述脱扣 机构（5)的脱扣时间不少于5 ms，雷电流击穿所述放电间隙（12)的时间小于所述脱扣机构 (5)的脱扣时间，工频电流通过电磁铁线圈的持续时间大于所述脱扣机构（5)的脱扣时间。
8. 如权利要求5或7所述的阻断工频电流的参量微型断路器，其特征在于，所述电磁铁 (2)还包括用于使动铁芯动作后恢复至动作前所在位置的回位弹簧。
9. 如权利要求5至8中任意一项所述的阻断工频电流的参量微型断路器，其特征在于， 还包括操作机构（4)、接线进端子（1)、软铜线（7)、接线出端子（6)、合闸扳手（3)及灭弧装 置，所述动触头（8)与所述接线出端子（6)通过软铜线（7)连接，所述合闸扳手（3)通过所 述操作机构（4)与所述脱扣机构（5)联动，所述灭弧装置包括用于熄灭静触头（10)和动触 头（8)之间产生的电弧的灭弧栅片（9)。
【文档编号】H01H71/24GK104157521SQ201410408059
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】李欣, 曾繁其, 范自雄 申请人:厦门大恒科技有限公司