CN1039462C - 触头型无弧断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适于配电系统的触头型无弧断路器，是对现有混合式断路器的改进。它具有主触头，在主触头两端并接有一电子开关组件，主要特点在于并接的电子开关组件一侧串接有与主触头联动的辅助性主触头，电子开关组件则由晶体管电路构成。本发明在分断后具有良好的隔离绝缘性能，晶体管电路能使主触头在接通和分断的瞬间快速转移电弧电流，并在分断过程中自衰减截止，使本发明具有高断流容量特性，此外，本发明电路的结构也较为简单。

Description

触头型无弧断路器

本发明涉及一种适用于配电系统的触头型无弧断路器，是对现有混合式断路器的改进。

目前已存在有多种结构的无电弧开关和断路器，就无弧断路器来说，混合式断路器具有导通压降损耗小，并可简化散热装置等优点，它的基本结构是采用机械触头和晶闸管电子开关相并联的方式，由机械触头承载电路的长期负载，而晶闸管电子开关只是在机械触头通断的瞬间转移触头电流，以实现断路器的无弧闭合和分断，目前，混合式断路器还存在以下的不足：其一，由于半导体器件和电容自身特性的作用，该断路器在分断以后仍然存在一定量的泄漏电流，影响了它的隔离绝缘性能，第二，对晶闸管来说，因其不能自关断，需采用过零关断或强迫关断的方式，才能提高晶闸管的过载能力和分断容量，如苏联专利SU1517074《混合式断路器分断电流的方法》中所提出的采用晶闸管和换向电容组成强迫关断电路，可使分断容量得到较大的提高，但上述的强迫关断电路存在着换向电容体积大，控制电路较为复杂的问题。

在中国专利CN86205676U中公布了一种互补开关，它是在主触头两端并接电子开关组件，并设置与主触头联动的辅助性触头与电子开关组件中的控制端(基极)相联，通过辅助性触头的先闭后开来控制电子开关的通断实现主触头的无弧闭合和分断，但该开关在分断后晶体管的发射极和集电极仍并接于主触头的两端，由于半导体器件自身的特件，在分断状态它仍存在一定量的泄漏电流，因而其隔离绝缘性能仍存在问题。

本发明的目的在于避免上述不足之处而提供一种分断后具有良好的隔离绝缘性能、分断容量高且电子开关结构较为简单的触头型无弧断路器。

本发明的目的由以下方案来实现：具有主触头2，在主触头两端并接有一电子开关组件3、电子开关组件(3)由晶体管电路构成，晶体管电路包括有晶体管和基极驱动电路7，其不同之处在于在晶体管的主回路上串接有与主触头联动的辅助性主触头1，在基极驱动电路上串接有联动-变阻器R₃。

上述方案中，辅助性主触头1与主触头2的联动时序为：在闭合时，辅助性主触头先于主触头闭合，在断开时，辅助性主触头后于主触头断开。

上述晶体管电路由晶体管和基极驱动电路7组成，在交流电路中电子开关组件3可由二个反向并接的晶体管电路构成，在直流电路中电子开关组件3可由一个单向的晶体管电路构成。

本发明的工作过程如下：当断路器开始闭合时，主触头2动作并带动辅助性主触头1先行闭合，在基极驱动电路的作用下，晶体管导通，负载电流由晶体管与路接通，直至主触头闭合负载电流转移至主触头支路，此时，晶体管两端电压相等，即自动截止，完成无弧闭合过程；当断路器分断时，在主触头开始分离的瞬间，晶体管两端的电压增加，通过基极驱动电路使晶体管导通，负载电流从主触头支路转移至晶体管支路随着主触头分离动作的继续，晶体管的导通率随之减小，直至晶体管截止，随后，由于联动作用，辅助性主触头也滞后分离断开，完成断路器无弧断开的过程，并使负载和电源安全可靠的绝缘隔离。

本发明的主要特点在于：与主触头联动的辅助性主触头的增设，可防止电子开关电路在截止状态时泄漏电流的产生，使断路器具备安全可靠的隔离绝缘性能；另一方面，电子开关组件采用晶体管电路，构成晶体管快速衰减自关断电路，它能在主触头2接通和分断的瞬间快速转移电弧电流，并在分断过程中自衰减截止，在断路器闭合时，晶体管的导通率由小到大，在断路器分断时，晶体管的导通率由大到小而截止，导通时间通常为1-3ms，由于导通时间短，因而使晶体管的过载能力和分断容量得到大幅度的提高，使本发明具备了高断流容量特性，此外，由于采用晶体管电路，整个电路的结构也较为简单。

图1为本发明的结构原理图。

图2为本发明一个实施例的电路图。

图3为本发明一个实施例的结构图示。

图4为本发明在交流电路中闭合和断开时的动作时序图。

图5为本发明另一个实施例的电路图。

图6为本发明在直流电路中闭合和断开时的动作时序图。

本发明的一个实施例如图2、3所示，具有触头断路器组件5，触头断路器组件由主触头2、热脱扣器4及瞬时脱扣器6串接而成，在主触头的两端并接有电子开关组件3，在电子开关组件的一侧串接有与主触头联动的辅助性主触头1，电子开关组件由两个反向并接的晶体管T₁、T₂电路组成，晶体管的基极与基极驱动电路7相联接，其中二极管D₁、联动开关-变阻器R₃和电阻R₂相串接，R₂、R₃的联接处与晶体管T₁的基极相接，二极管D₂、联动开关一变阻器R₃和电阻R₁相串接，R₁、R₃的联接处与晶体管T₂的基极相接，上述电路中二极管D₁与电阻R₁相并接，二极管D₂与电阻R₂相并接，另外，晶体管T₁的集电极和T₂的发射极及二极管D₁的正极相联并通过辅助性主触头1与主触头2的一端相联，晶体管T₁的发射极和T₂的集电极及二极管D₂的正极相联与主触头2的另一端相联。图3为本实施例的结构图示，在触头式断路器内加装辅助性主触头1，并使其与主触头2联动，辅助性主触头的动触头经绝缘层8与主触头的动触头相互隔离，晶体管T₁，T₂装于断路器的外壳底部。本实施例的断路器适于交流电路中使用，其工作过程如下：闭合时，主触头2动作带动辅助性主触头1先行闭合，联动开关一变阻器R3也同时导通并处于最大电阻位，电流经D₁(或D₂)和联动开关一变阻器R₃并经晶体管T₁(或T₂)的基极使晶体管导通，此时，D₁(或D₂)使晶体管T₂(或T₁)的基极和发射极短接，可防止极间出现过高的反向电压，使其处于截止状态，当主触头即将闭合之际，联动开关一变阻器R₃的阻值变小，晶体管基极电压逐步变高，其导通率也逐步增至最大，直至主触头闭合，晶体管自动截止分断时，在主触头分离的瞬间，晶体管两端产生压差即自动导通，此时联动开关-变阻器R₃的阻值最小，晶体管处于最大导通率状态，尔后，随着主触头分离动作的继续，R₃的阻值逐渐增大，导通率随之减小，直至联动开关-变阻器R₃关断而使晶体管截止，即完成无弧断开过程。上述工作过程的时序如图4所示，t₀为断路器的接通指令，其中t₁-t₄表示辅助性主触头的闭合时间，t₂-t₃为主触头的闭合时间，I₁表示晶体管电路的导通电流波形，I₂表示主触头的导通电流波形，I表示负载电流波形，其中△t_1-2与△t_3-4均为1-3ms，t₅时主触头及辅助性主触头均返回原始分离位置，断路器分断动作完成。

本发明的另一个实施例如图5所示，其触头断路器组件5结构与上一实施例相同，在主触头2的两端并接有电子开关组件3，在电子开关组件的正极串接有与主触头联动的辅助性主触头1，电子开关组件由一个晶体管T₁电路构成，基极驱动电路由联动开关-变阻器R₃和R₂组成，R₃、R₂的联接处与晶体管T₁的基极相联，基极驱动电路的两端与晶体管T₁的集电极和发射极分别相联。本实施例的断路器适于直流电路中使用，其工作过程时序如图6所示，其代号和含义与图4相同。

本发明的晶体管电路中的基极驱动电路还可采用延时控制、行程控制、光电控制、PWM脉宽调制控制等其它合适的方式，其具体结构随所选用晶体管的不同类型(如GTR、GBT或功率MOS等)和断路器的不同品种、规格而不同，电源可采用单电源或双电源，但其功能应能使晶体管的导通时间及导通率达到本发明的要求。

Claims (7)

1、一种适用于配电系统的触头型无弧断路器，具有主触头(2)，在主触头两端并接有一电子开关组件(3)，电子开关组件(3)由晶体管电路构成。晶体管电路包括有晶体管和基极驱动电路(7)，其特征在于在晶体管的主回路上串接有与主触头联动的辅助性主触头(1)，在基极驱动电路上串接有联动开关-变阻器R₃。

2，按权利要求1所述的触头型无弧断路器，其特征在于闭合时，辅助性主触头(1)先于主触头(2)闭合，断开时，辅助性主触头(1)后于主触头(2)断开。

3、按权利要求1或2所述的触头型无弧断路器，其特征在于电子开关组件(3)可由二个反向并接的晶体管电路构成。

4、按权利要求1或2所述的触头型无弧断路器，其特征在于电子开关组件(3)可由一个单向的晶体管电路构成。

5、按权利要求3所述的触头型无弧断路器，其特征在于所述的晶体管电路由晶体管T₁、T₂、二极管D₁、D₂、电阻R₁、R₂及联动开关一变阻器R₃构成，其中二极管D₁、联动开关一变阻器R₃和电阻R₂相串接，R₂、R₃的联接处与晶体管T₁的基极相接，二极管D₂、联动开关-变阻器R₃和电阻R₁相串接，R₁、R₃的联接处与晶体管T₂的基极相接，此外，二极管D₁与电阻R₁相并接，二极管D₂与电阻R₂相并接，晶体管T₁的集电集和T₂的发射极及二极管的D₁的正极相联并通过辅助性主触头(1)与主触头(2)的一端相联，晶体管T₁的发射极和T₂的集电极及二极管D₂的正极相联与主触头(2)的另一端相联。

6、按权利要求4所述的触头型无弧断路器，其特征在于基极驱动电路由联动开关-变阻器R₃和R₂组成，R₃、R₂的联接处与晶体管T₁的基极相联，基极驱动电路的两端与晶体管T₁的集电极和发射极分别相联。

7、按权利要求1或2所述的触头型无弧断路器，其特征在于晶体管的导通时间为1-3ms，在断路器闭合时，晶体管的导通率由小到大，在断路器分断时，晶体管的导通率由大到小而截止。

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