[發明專利]高頻開關電源系統使用的直流斷路器及過載保護方法

有效

• 申請號: 201410403786.1
• 申請日: 2014-08-15
• 公開（公告）號: CN104184124B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 南寅;藍利民;李勇
• 申請（專利權）人: 北京人民電器廠有限公司
• 主分類號: H02H7/12
• 分類號: H02H7/12;H01H71/10
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明涉及低壓電氣領域，尤其是涉及電源的保護開關及過載保護方法，用于帶過流保護的高頻模塊電源或由于短路造成電源輸出電壓下降的系統中，防止高頻模塊電源輸出電壓異常，保證其他并聯支路用電設備正常工作。

背景技術

在供電廠和變電站通信一體化電源中，交流電源通過整流轉換為110V或220V直流電源，經蓄電池組充電儲能后供給直流控制設備和通信設備。通過對各子電源系實行統一管理，優化了作業流程及人力資源調配，降低了運行維護成本，提高電力通信的運維效率。通信設備電源由DC/DC高頻模塊電源實現，通過高頻模塊電源把110V/220V直流電源轉換成通信設備可使用的-48V電源，由于DC/DC高頻模塊電源本身帶有過流保護功能，一般最大輸出電流不超過額定輸出電流的1.2倍。在模塊電源（組）輸出出口短路情況下，會造成輸出電流和電壓的同步下降，由此造成的危害是在多通信設備并聯供電的系統中，如果不能及時切斷故障回路，會造成高頻模塊電源輸出電壓下降，影響其他回路正常負載供電，嚴重會使系統癱瘓。

授權公告號 CN 101976816 B的發明專利，申請了一種過載保護方法和裝置，通過采集供電回路中實時電流、電壓數據，計算出供電回路輸出的瞬時功率和平均功率，瞬時功率超過預先設定的瞬時峰值功率門限或者平均功率在一段時間內連續超過預先設定的平均功率門限則切斷供電回路；當所述瞬時功率超過所述平均功率門限且小于所述瞬時峰值功率門限時，則輸出用戶提示信息。相對電磁斷路器，能夠通過對瞬時功率和平均功率過載的區別對待，以及設備大電流啟動和線路短路特征的識別，實現對供電回路更加精準的保護控制，在保障回路用電設備和電力線纜安全的前提下有效降低保護裝置誤動作的概率。此方法采用了負載功率作為過載判斷依據，在帶限流功能的電源系統中，當負載出現短路故障后，電壓電流會同步下降，實際測量功率會小于額定功率，利用功率已經不能正確判斷負載端是否存在故障，不能滿足帶限流功能的電源系統的過載保護。

專利號為CN 101346863 B的發明專利，申請了一種用于交流/ 直流低壓供電線的保護單元，其直流過流保護功能利用分流器實現直流電流信號的采集，控制器電源經由網絡電源、源自線電壓(VL) 的供電裝置提供。在帶限流功能的電源系統中，當出現大于額定電流而小于電源系統限制輸出電流時，此方法可以正常保護，當負載發生短路故障時，帶限流功能的電源輸出電流減小，分流采集到的電流小于動作電流，會發生拒動而失去保護作用。

專利號為CN 101552160 B 的發明專利，申請了一種具有延時控制裝置的電路保護開關，利用分流器上的壓降作為延時控制和驅動電源，用電磁結構實現電流采樣，實現了與電源電壓無關的直流電流的短路短延時功能，保證了這個系統的可選擇性，分流器壓降和電磁結構的閉合均依賴回路電流來實現功能，帶限流功能的電源系統在過載或短路情況下，并不能提供較大的短路電流，此時不具備本專利提供的方式的動作條件，斷路器拒動。無法實現完整的過載保護。

專利號為CN 102568940 A 的發明專利，申請了一種低電壓工作的延時保護驅動電路，利用電流經過分流器產生的壓差的原理對電流信號進行采樣，并把電壓信號升壓后作為控制器和執行元件的工作電源，實現了與電源電壓無關的直流電流的短路短延時保護功能，由于信號和控制器電源均依賴于回路電流大小，當高頻電源模塊或小功率電池組負載發生短路時，帶限流功能的電源內部進行保護，分流器采集到的電流小于動作電流，不滿足此專利提供的保護方法的動作條件，無法實現過載保護的完整性。

專利號為CN 2924773Y 的實用新型專利，申請了一種小型斷路器過流保護裝置，通過分流器對回路電流采樣進行采樣，采樣輸出連接比較單元的輸入，比較單元經邏輯計算實現過電流保護，此專利僅依靠電流采樣對回路負載情況進行判斷，只能對過載或短路后故障電流大于正常電流的情況進行保護，不能實現對帶限流功能的電源及類似電源系統的過載和短路進行完整保護。

以上專利均對低壓電氣系統中過載保護提出了不同的解決方案，其中四個專利只采集母線電流作為過載保護的依據，一個專利采用功率對過載進行保護，都只能對過載后回路電流增大的電源系統進行保護，不能滿足帶限流功能的電源系統的過載保護。

目前在電廠及變電站通信一體化電源系統中，采用的高頻模塊電源是帶限流功能的電源模塊，為防止短路造成其他并聯負載不能正常工作，采用的常規做法是加大模塊電源與負載功率比、降低斷路器的瞬動倍數和并聯儲能電容的方式來提高斷路器保護功能的成功率。一般要求電源負載功率比不小于4：1，采用瞬時脫扣電流為3In～５In之間的B型斷路器。