[发明专利]接地故障保护型电子式脱扣器

说明书

技术领域

本发明涉及电器设备领域，尤其是用于切断电流的断路器，具体涉及断路器的电子式脱扣器。

背景技术   

塑壳断路器是塑料外壳式断路器。可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。

电子型的塑壳断路器，使用互感器采集各相电流大小，与设定值比较，当电流异常时微处理器发出信号，使电子脱扣器带动操作机构动作。

塑壳断路器之电子式脱扣器一般采用CT（电流互感器）电源自供电，CT（电流互感器）既作为电源供电用，也作为信号取样用；因此，CT（电流互感器）信号地与电源地之间必须有共同的参考地电位。

目前，市场上贩卖的电子式塑壳断路器厂牌很多，功能差异很大，一般都具备过电流保护保护功能（4P产品也包含中性线保护），但不一定都具有接地故障保护；因此，根据是否具有接地故障保护功能，电子式脱扣器可分为接地故障保护型和非接地故障保护型两种；其中非接地故障保护型产品，其电路设计相对简单经济，体积也较小，其电路原理如图1所示；这种电路结构因其各相电流信号相对独立，经全波整流反相放大后取得，所以无法或很难对整流后的信号进行矢量和运算以利于接地故障保护。

接地故障保护型产品也可分为两种类型，其一是采用双线圈CT设计方式，即速饱和CT和信号用空心CT分开，分别用于电源供电与信号取样，其典型电路原理如图2所示；这种电路结构虽很容易通过各相信号矢量和运算取得接地保护信号，但CT设计是双线圈方式，体积较大，成本较高；其二是单CT设计，其典型电路原理如图3所示，包括四个电流互感器CT，信号取样电路，信号处理电路，整流滤波电路，电流电压转换电路，低压差线性稳压器LDO，脱扣电路，以及MCU微处理器及其周边外围电路；各个电流互感器分别串联于电网主电路的A、B、C三相线和中性线N中，对A、B、C三相线和中性线N的电流进行传感变换，实现信号感应以及电路能量供应，各个电流互感器的输出端依次连接整流滤波电路、电流电压转换电路和低压差线性稳压器，低压差线性稳压器的输出即为系统工作电压; 信号处理电路包括信号提升电路和运算放大电路，信号取样电路的输入端分别连接于各个电流互感器的采样端，信号取样电路的输出端连接于运算放大电路的输入端，运算放大电路的输出端连接至信号提升电路的输入端，信号提升电路为由电容隔直以及上拉电阻所组成，上拉电位为基准电压Vref，实现把运放信号的基准电位由0提升至基准电压Vref，信号提升电路的输出端连接至微处理器的AD采样口；微处理器的脱扣输出端连接至脱扣电路的触发端，当电网主电路出现异常状况时，微处理器提供触发信号给脱扣电路，脱扣电路工作切断负载回路，对负载进行保护。信号取样电路中，各相的电流互感器电流取样电阻Ra、Rb、Rc、Rn的一端分别与各相电流互感器的电流采样端对应相连接，另一端则互相连接并与接地信号取样电阻Rf的一端短接，形成一个公共节点；接地信号由接地信号取样电阻Rf变换得到，接地信号取样电阻Rf的另一端与整流滤波电路的整流公共端的中间公共端相连接。这种电路设计，其采用各相CT电流矢量和对接地信号进行取样，但因单CT设计，电流信号地与电源地之间没有共同的参考点，须采用差分运放方可实现对接地信号的取样处理；但对运算放大器的要求非常高，必须采用高精度的专用差分放大器，方可保证信号波形不畸变，价格非常昂贵，而且运放须双电源供电，电源设计较为复杂。

综上所述，非接地故障保护型产品其设计简单，成本较低，但其功能较少，已无法满足特定客户的需求；双线圈设计型产品虽具有接地保护，但须采用双线圈CT，而且CT体积较大，成本较高，实际应用面可能受限；差分运放型产品虽单CT设计，但须采用昂贵的专用差分放大器,成本较高，电路结构复杂。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明的目的是提供一种整体成本较低的接地故障保护型电子式脱扣器。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：