CN1351399A - 失火、电害综合保护开关装置 - Google Patents

Abstract

一种对覆盖环境内的超温、失火及负载电路电器的漏电、过电流、短路等电害都具断电保护功能及自动转换低压照明功能的失火、电害综合保护开关装置。本发明突破现有的电害保护开关对超温、失火不能断电保护的缺陷,及遇事故断电后失去照明的缺陷,本装置对失火的逃生、扑救都甚具人身安全保障。本发明具有体积小、价格相对低、结构紧凑、基本上不需花耗使用维持费等优点,它可广泛用于商场、医院、宾馆、娱乐等公共场所及一般家庭。

Description

失火、电害综合保护开关装置

本发明涉及一种电源开关装置，特别是一种采用微电子电路控制的对超温、失火及漏电、过电流、短路等电害都具警示、保护功能的电源开关装置。

本装置遇到超温、失火及上述电害时自动关断主电源(220V)的同时再提供低压安全电源照明及发出警示信号，这有利于失火的逃生、扑救及对电害的检修。

现有的用电保护开关都不具备失火的警示、断电保护功能的。当电气设施局部超负荷、短路，超温、着火时，由于它的电流往往都不会超过保护器(或保险管)的断路电流，所以难达到断电保护目的，而导致火点扩大，这是电气自身引起的失火，还有其他原因引起的失火保护开关更是不能断电保护。

对失火，现在普遍都是使用既方便而又量大、价廉的水或液体泡沫灭火剂扑救的，只有高要求的部门、设施才备有气体灭火筒扑救。而对电气失火或靠近电气设备地方失火，采用上述第一、二种灭火方法的都要首先关断电源防止人身触电。因此说断电灭火这是一项安全守则，但它却带来负面影响，就是使现场失去照明，增加扑救、逃生的难度。

现代一些高级的商业大厅、办公楼、酒店、宾馆等都会设有自动喷水灭火系统、断电应急照明灯(储电式)等安全防火设施，但这些系统一般都不能与断电保护系统紧密自动配合，失火时，只有自动喷水灭火，而一般都不能自动关断电源，这易使那些缺乏专业知识的扑救人员触电。设置停电应急照明灯存在着价格较高、容量小、体积大及照明持续时间短、久置不用容易失效等缺点，所以不被普遍使用。

本发明的主要目的在于提供一种对环境设施的超温、失火可自动关断主电源的同时再提供低压电源照明及发出警示信号的电源开关装置。

本发明的另一目的在于提供一种具漏电、过电流数字延时、短路等保护功能的电源开关装置。

本发明再一目的在于提供一种对失火、电害具综合断电保护功能的、结构紧凑、体积小、造价相对低、自耗功率微小、应用范围广的电源开关装置。

本发明主要由外壳(M)、电磁脱扣开关(SB)、检测、控制电路(A)、超温、失火检测控制电路(B)、低压照明电源、警示电路(E)等组成。

检测、控制电路(A)包括：漏电检测电路(A1)、过电流检测电路(A2)、短路检测电路(A3)、控制电路(A4)、推动电路(A5)、整流稳压电路(A6)等逻辑组合。

超温、失火检测控制电路(B)，主要由温(火)、湿(水)感应探头电路B1、低压照明触发电路B2等组成，其感应探头具有体积超小、价格低廉、安装简便等优点。

低压照明电源、警示电路(E)主要由电磁开关EK、复位开关ES、互感降压变压器ET、警示器(EF)等组成。

电磁脱扣开关(SB)主要由开按纽S1、关按纽S2、脱扣线圈Y1、电磁脱扣拉杆Y2、静触点Y3、动触点Y4、输入接线柱Y5、输出接线柱Y6及试漏电按纽S3等组成。

控制电路(A4)由单片集成电路IC2组成，IC2内结构框图如图3所示，它包括中速传输入器I1、I4，数字延时传输入器I2、快速传输入器I3、振荡器F、延时器T、控制器D、直流前驱器P1、脉冲前驱器P2、P3等逻辑组合。

本发明工作原理如下：使用时按下开按纽S1，此时若负载电路、覆盖环境是无故障的，则本开关正常供电。

当覆盖环境内出现超温、失火时，超温、失火检测控制电路(B)其分布在负载电器及环境天花上(或自动喷水系统喷水咀附近)的温(火)、湿(水)感应探头，即对超温、失火或自动喷水灭火系统喷出的水(或泡沫剂)感应出信号，输入控制电路(A4)的IC2入端I4，经整形放大一路由P2输出驱动低压照明触发电路B2、低压照明、警示电路(E)使降压变压器ET通电提供安全低压照明及EF发出声响警示，在此同时IC2另一出端P1也输出信号驱动推动电路(A5)使SCR1、脱扣线圈Y1导通、电磁脱扣拉杆Y2被磁力拉动使SB脱扣断电，从而使事故现场自动关闭高压(220V)电源及自动转换为安全低压电源照明，这有利失火的逃生和安全扑救。

当负载电路出现漏电故障的，则由漏电检测电路(A1)的零序电流互感器CT0感应信号，经IC1放大，输往IC2入端I1作进一步的整形放大，从IC2出端P1输出信号驱动推动电路(A5)使SB脱扣断电以达到漏电断电保护的目的。

当负载出现过电流故障的则由过电流检测电路(A2)的电流互感器CT1感应信号经整流滤波后输往IC2入端I2，I2是具数字延时功能的入端，在过电流延时期间，IC2出端P3不断输出过电流信号使蜂鸣器Z及发光二极管LED发声、光警示。当过电流信号持续到预定时间，IC2的出端P1输出信号驱动推动电路使SB脱扣断电，以达到过电流数字延时断电保护的目的。

当电路发生短路故障的，短路检测电路(A3)的电流互感器CT1(与过电流检测电路共用)即感应出较大的短路信号经整流滤波后输往IC2入端I3，I3是快速传输入端，使信号快速从P1输出，驱动推动电路使SB快速断电，以达到短路快速断电保护的目的。

在上述的漏电、过电流、短路等断电保护的同时，控制电路的IC2也通过出端P2同时输出信号，驱动低压照明触发电路(B)、低压照明电源、警示电路(E)，使低压变压器ET通电，提供安全低压电源照明，避免突然断电一遍黑暗的缺点及有利检修工作进行。

本发明特别适合于商场、宾馆、酒店、娱乐场所作电源总开关及分开关装置，也适合一般家庭作电源总开关装置。

图1为本发明开关部分结构剖视图

图2为本发明装置电原理框图

图3为本发明的单片集成电路内部框图

图4为本发明实施例电路图

图5为本发明装置温(火)、湿(水)感应探头的结构剖视图

图6为本发明超温、失火检测控制电路(B)，低压照明电源、警示电路(E)的结构剖视图。

实施例：本实施例为一单相失火、电害综合保护开关装置，其电原理如图4，主要由电磁脱扣开关SB，检测控制电路(A)，超温、失火检测控制电路(B)，低压照明电源、警示电路(E)等组成。

SB是采用手动开启，负载电故障及超温、失火时由电磁脱扣自动关闭，它也可采用手动按纽(S2)关闭或试漏电按纽(S3)关闭。

电磁脱扣线圈Y1一端串连Fu1连接负载相线L2，另一端串接二极管D1(正-负极)、晶闸管SCR1(阳-阴极)与-V连接，SCR1控制极、阴极并接R1、C1(正-负极)，当SCR1控制极受到故障信号触发时，SCR1即导通、Y1产生磁力拉动脱扣杆使SB断电保护。

由电阻R2、R3，二极管D2、D3，电容C2、C3、C4，稳压管DZ等组成整流稳压电路(A6)。C2一端串连Fn1连接负载相线L2，C2另一端串连D2(正-负极)、R3、DZ(负-正极)与-V连接，R2并接C2，D3负极连接D2正极，C3正极连接D2负极、R3联点，C4正极连接R3、DZ连点，D3正极、C3、C4负极连接-V，DZ二端输出(+V、-V)稳压电源供给各检测、控制电路。

由单片集成电路IC2组成控制电路(A4)它内结构框图如图3，I1、I4为IC2中速传输入端，I2为IC2数字延时传输入端，I3为IC2快速传输入端，P1为IC2直流驱动输出端，P2、P3为IC2脉冲驱动输出端。

由晶闸管SCR2、三极管G1、电阻R4、可调电阻RP1、RP2，热敏电阻Rt、电容C5、C6、C7、C8、整流桥DR、二极管D4、T1(小型降压变压器为各个探头提供隔离电源)、T2(为各探头共用的超小型输出变压器)、测湿极片H1、H2等组成温(火)、湿(水)感应探头电路B1。其中SCR2、G1、C5、C6、R4、RP1、Rt、H1、H2等组成分布在负载电器及天花上的温(火)、湿(水)感应探头。

SCR2(阳-阴极)并接C7(正-负极)，G1集电极连接SCR2阳极，G1发射极串接R4连接SCR2阴极，SCR2控制极连接G1发射R4联点，Rt一端连接G1集电极，Rt另一端连接G1基极，C5并接G1基极、发射极，C6(正-负)并接SCR2控制极、阴极、C7(正-负)并接整流桥DR(正-负)出端，T1次级一端连接DR交流入端，T1次级另一端串连T2初级连接DR另一交流入端，T1初级一端串连复位开关ES、保险管Fu2连接电源相线L1，T1初级另一端连接中性线N1，T2次级一端串连D4(正-负极)、RP2后连接-V，C8(正-负极)并接RP2，RP2可调点连接IC2入端I4、T2次级另一端连接-V，测湿(水)极片H1、H2并接Rt。

当温(火)、湿(水)感应深头，检测到温、湿信号时，可使SCR2短路、T2输出信号输到IC2入端I4，使IC2出端P1输出信号驱动推动电路使SB脱扣断电，以达到超温、失火断电保护的目的。

由电阻R5、R6、R7、三极管G2、脉冲变压器T3、二极管D5、D6、D7、电容C9、晶闸管SCR3、继电器J等组成低压照明触发电路(B2)，其中R5一端连接IC2脉冲输出端P2，R5另一端串连R6连接-V，G2基极连接R5、R6联点，T3初级一端连接+V，T3初级另一端串连G2(集-射极)连接-V，T3次级一端串连D5(正-负极)连接SCR3控制极，T3次级另一端连接SCR3阴极，R7、C9并接SCR3控制极、阴极，SCR3阳极串连D7(负-正极)、J、复位开关ES、保险管Fu2连接电源相线L1，续流二极管D6并接J，电磁开关EK一端串连ES、Fu2连接电源相线L1，EK另一端串连J常开触头J1连接中性线N1，EK常开触头EK2并接J1。

当IC2出端P2输出事故信号通过G2、T3、SCR3、J使EK吸合为低压照明电路(E)提供通路。

由低压照明变压器ET、低压照明灯M1、Mx、电磁开关EK、警示器EF等组成低压照明电源、警示电路(E)，ET初级一端串连ES、Fu2连接电源相线L1，ET初级另一端串连EK1连接电源中性线N1，ET次级输出低压照明电源，M1、Mx、警示器EF并接ET次级。

如上述当出现超温、失火事故时，EK吸合，本电路即可提供低压照明及事故警示。

由零序电流互感器CT0，二极管D8、D9，电容C10、C11，电阻R8、R9、R10，集成电路IC1，可调电阻RP3、试漏电按纽S3等组成漏电检测电路。CT0一端串连C10连接IC1负入端，CT0另一端连接-V，R8一端连接IC1负入端，R8另一端连接-V，IC1正入端连接-V，IC1出端串连RP3连接-V，RP3可调点连接IC2入端I1，D8、D9正反极向并接CT0，R9并接IC1出端、负入端，C11并接RP3，R10一端连接电源相线L2，R10另一端串连S3连接负载中性线N2。当负载电路出现漏电时，CT0感应信号通过IC1、IC2放大驱动推动电路使SB脱扣断电以达到漏电断电保护的目的。

由电流互感器CT1、二极管D10、电容C12、可调电阻RP4、电阻R11、发光二极管LED、蜂鸣器Z等组成过电流检测电路，CT1一端串连D10(正-负极)、RP4连接-V，CT1另一端连接-V，C12(正-负极)并接RP4，RP4可调点连接IC2入端I2，I2是一具数字延时传输功能的入端，过电流信号输入后在IC2内即作计数延时，当过电流信号持续到预定时间，IC2出端P1才有信号输出驱动推动电路使SB脱扣断电，以达到过电流数字延时断电保护的目的。在过电流计数期间IC2另一出端P3不断输出脉冲信号使LED闪光及Z发出节拍声响作过电流警示。LED正极连接IC2出端P3，LED负极串连R11连接-V，Z一端连接IC2出端P3，Z另一端连接-V。

由电流互感器CT1(与过电流检测电路共用)、二极管D11、可调电阻RP5、电容C13组成短路检测电路，CT1一端串连D11、RP5与-V连接，CT1另一端连接-V，C13(正-负极)并接RP5，RP5可调点连接IC2入端I3，I3是一快速传输入端，当负载电路发生短路时，CT1感生较大信号，经IC2快速整形、放大后驱动推动电路使SB快速脱扣断电，以达到短路快速断电保护的目的。

当漏电、过电流、短路等故障信号输入IC2的入端I1、I2、I3都可使IC2出端P2输出脉冲信号驱动低压照明触发电路(B2)，低压照明电源、警示电路(E)以达到高压(220V)断电后即有低压照明补充，突破现有断路保护器断电后失去照明的缺陷。

由晶闸管SCR1、二极管D1、电容C1、电阻R1等组成推动电动(A5)，其中SCR1阳极串连D1(负-正极)、Y1(电磁脱扣线圈，属SB部分)、Fu1连接负载相线L2，R1、C1(正-负极)并接SCR1控制极、阴相，当各种故障信号从IC2出端P1输出，进入SCR1控制极时，SCR1导通，Y1产生磁力，使SB脱扣断电保护。

Fu1为(A)电路保险管、Fu2为(B)、(E)电路共用保险管。

低压照明电源、警示电路(E)，其中的低压变压器ET、电磁开关EK通常都是针对一般家庭使用的小功率配套，至于商场、宾馆等需提供大、中功率断电应急低压照明的，则可通过ET次级出端MW1、MW2加接中间继电器及大、中功率的电磁开关(交流接触器)、低压变压器等即可。

Claims (10)

1.一种失火、电害综合保护开关装置，包括由外壳(M)、电磁脱扣开关(SB)，检测、控制电路(A)，超温、失火检测控制电路(B)，低压照明电源、警示电路(E)等组成，其特征在于检测、控制电路包括漏电检测电路(A1)、过电流检测电路(A2)、短路检测电路(A3)、控制电路(A4)、推动电路(A5)、整流稳压电路(A6)等组成，超火、失火检测控制电路包括温(火)、湿(水)感应探头电路(B1)、低压照明触发电路(B2)等组成，低压照明电源、警示电路包括降压变压器(ET)、电磁开关EK、复位开关ES、警示器EF等组成。

2.根据权利要求1所述的湿(火)、湿(水)感应探头电路(B1)，由SCR2、G1、R4、D4、DR、RP1、RP2、Rt、C5、C6、C7、C8、T1、T2、H1、H2等组成，其中SCR2、G1、C5、C6、R4、RP1、Rt、H1、H2等组成分布在负载电器及天花上的温(火)、湿(水)感应探头，SCR2(阳-阴极)并接C7(正-负极)，G1集电极连接SCR2阳极，G1发射极串接R4连接SCR2阴极，SCR2控制极连接G1发射极、R4联点，Rt一端连接G1集电极，Rt另一端连接G1基极，C5并接G1基极、发射极，C6(正-负)并接SCR2控制极、阴极，C7(正-负极)并接DR(正-负)出端，T1次级一端连接DR交流一入端，T1次级另一端串连T2初级连接DR另一交流入端，T1初级一端串连ES、Fu2连接相线L1，T1初级另一端连接中性线N1，T2次级一端串连D4(正-负极)、RP2后连接-V，C8(正-负极)并接RP2，RP2可调点连接IC2入端I4，T2次级另一端连接-V，H1、H2并接Rt。

3.根据权利要求1所述的低压照明触发电路(B2)，由R5、R6、R7、G2、T3、D5、D6、D7、C9、SCR3、J等组成，其中R5一端连接IC2出端P2，R5另一端串连R6连接-V，G2基极连接R5、R6联点，T3初级一端连接+V，T3初级另一端串连G2(集-射极)连接-V，T3次级一端串连D5(正-负极)连接SCR3控制极，T3次级另一端连接SCR3阴极，R7、C9(正-负极)并接SCR3控制极、阴极，SCR3阳极串连D7(负-正极)、J、ES、Fu2连接相线L1，续流二极管D6并接J。

4.根据权利要求1所述的低压照明电源、警示电路(E)，由ET、EK、M1、MX、EF等组成，其中ET初级一端串连ES、Fu2连接相线L1，ET初级另一端串连EK1连接中性N1，M1、Mx、EF并接ET次级。

5.根据权利要求1所述的漏电检测电路(A1)，由CT0、D8、D9、C10、C11、R8、R9、R10、IC1、RP3、S3等组成，其中CT0一端串连C10连接IC1负入端，CT0另一端连接-V，R8一端连接IC1负入端，R8另一端连接-V，IC1正入端连接-V，IC1出端串连RP3连接-V，RP3可调点连接IC2入端I1，D8、D9正反极向并接CT0，R9并接IC1出端、负入端，C11并接RP3，R10一端连接负载相线L2，R10另一端串连S3连接负载中性线N2。

6.根据权利要求1所述的过电流检测电路(A2)，由CT1、D10、C12、RP4、R11、LED、Z等组成，其中CT1一端串连D10(正-负极)、RP4连接-V，C12(正-负极)并接RP4，RP4可调点连接IC2入端12，LED正极连接IC2出端P3，LED负极串连R11连接-V，Z正端连接IC2出端P3，Z负一端连接-V。

7.根据权利要求1所述的短路检测电路(A3)，由CT1、D11、RP5、C13等组成，其中CT1一端串连D11(正-负极)、RP5与-V连接，CT1另一端连接-V，C13(正-负极)并接RP5，RP5可调点连接IC2入端I3。

8.根据权利要求1所述的控制电路(A4)，由IC2组成，其内部的逻辑组合I1、I2为中速传输入器，I2为数字延时传输入器、I3为快速传输入器、F为振荡器、T为延时器、D为控制器、P1为直流前驱器、P2、P3为脉冲前驱器。

9.根据权利要求1所述的推动电路(A5)，由SCR1、D1、C1、R1等组成，SCR1阳极串连D1(负-正极)、Y1、Fu1连接负载相线L2，R1、C1(正-负极)并接SCR1控制极、阴极。

10.根据权利要1所述，由R2、R3、C2、C3、C4、D2、D3、DZ等组成整流稳压电路(A6)，C2一端串连Fu1连接负载相线L2，C2另一端串连D2(正-负极)、R3、DZ(负-正极)与-V连接，R2并接C2，D3负极连接D2正极，C3正极连接D2负极、R3联点，C4正极连接R3、DZ联点，D3正极、C3、C4负极连接-V，由Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6组成电磁脱扣开关(SB)，其中Y1一端串连Fu1连接负载相线L2，Y1另一端串连D1(正-负极)、SCR1(阳-阴极)连接-V，Y2活动地置于Y1框架内，Y3通过导体连接Y5，Y4通过导体连接Y6。

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