一种电的多功能装置的制作方法

本发明涉及低压电器领域，具体涉及一种电的多功能装置。

背景技术：

1、随着光伏发电的发展和逐步成熟，光伏发电在新能源中扮演越来越重要的角色，每年新装机容量逐年暴增，仅2022年预计有200gw的新装机容量，这其中分布式光伏就占有七成以上的份额。

2、传统的光伏并网开关，例如国网制定的分布式光伏并网专用低压断路器标准，通常由塑壳断路器演化而来，以125壳架为例，高度通常约为160~260mm，深度通常约为160mm。体积大，占用较大的安装空间。另外分布式光伏并网开关要解决的问题还有安全地就地方便地并网发电的问题。以往有防孤岛保护装置和塑壳断路器的组合式方案，防孤岛保护装置提供被动式防孤岛保护，但一般保护算法简单，仅依靠电压幅值的门限值作为被动式防孤岛保护的判据，存在误判的问题，而且体积大，安装不便，不利于功能升级和二次改造。塑壳断路器仅提供线路的过流保护，无任何针对分布式光伏并网特点的专有保护。此外，传统的光伏并网开关对于电子控制过程中，对于安全控制过程很多都是依靠人工及其机械进行控制，使得控制过程不精准且存在一定的安全隐患，且由于内部的控制部件较大，使得整个开关的体积也较大。

3、有鉴于此，确有必要提出一种开关装置，以解决上述问题。

技术实现思路

1、基于上述背景，本发明提供的一种电的多功能装置，通过模块化的设计，实现在小空间下布局的同时，为光伏电网提供稳定的电路保护。

2、为实现上述发明目的，本技术提供了一种电的多功能装置，包括至少一个l极和n极电动式小型断路器，还至少包括电子线路板、绝缘外壳、电流采集器、电源进线端子、电源出线端子；

3、在上述实施例中，通过设置在绝缘外壳的电子线路板对光伏电网的电压信号、电流信号进行分析及阈值判断，完成防孤岛保护和需量保护、过载保护或电流反向的保护，实现光伏并网保护，并保障人身、设备安全，并防止恶意上网，通过逆电流保护实现潮流控制。

4、在一些实施例中，所述至少一个l极和n极电动式小型断路器由1极或2极或3极l极断路器与1极n极断路器组成，所述l极断路器、n极断路器设置有防护外壳；

5、在上述实施例中，通过设置的多极的l极断路器与1极n极断路器，实现对光伏电源线和市电电源线的接触和分开，保障两侧电压的稳定运行。

6、在一些实施例中，所述n极断路器的防护外壳的内部还设置有电动机、磁通变换脱扣器、第一动触头、第一静触头、第一操作机构、多个传动齿轮，所述第一操作机构上设置有供人力操作的第一手柄，所述供人力操作的第一手柄设在防护外壳的外侧；所述电动机的电源线和磁通变换脱扣器的电源线分别与所述外部的电子线路板直接或间接相连接,设置在所述断路器电源进线端子侧和电源出线端子侧的电压电源线分别与所述外部的电子线路板直接或间接相连接；

7、在上述实施例中，电子线路板在光伏电源线和市电电源线出现故障时，自动控制第一手柄联动第一操作机构进行动、静触头的开合，从而提高分布式光伏并网发电的安全性。这样的设置既能实现光伏并网的被动式防孤岛保护，又能够防止远程电动误合闸、本地手动误合闸，可靠地保证电网侧的维修安全。

8、在一些实施例中，所述l极断路器的防护外壳内设置有第二动触头、第二静触头、第二操作机构、灭弧室、电流故障脱扣器，所述第二操作机构在所述防护外壳外部可设置或不设置传动件，在所述防护外壳外面设置所述传动件时，所述传动件最高处高度低于所述第二手柄最高处的高度 ,设置在电源进线端子侧和电源出线端子侧的电压电源线分别与所述外部的电子线路板直接或间接相连接；

9、在上述实施例中，所述第二手柄和第一手柄联动设计，在第一手柄控制开合的过程中，通过第一手柄和第二手柄之间的传动轴同步控制所述l极断路器的分合闸；此外，电子线路板相连接所述l极断路器的电源进线端子侧和电源出线端子侧，在光伏电源线和市电电源线出现故障时，也能够自动控制l极断路器的分闸，进而实现过载保护保护电缆和供用电设备的安全。

10、在一些实施例中，所述电流采集器设置在l极断路器的内部或l极断路器与绝缘外壳之间的导体上；

11、在上述实施例中，电流采集器采集流经所述n极断路器和/或3l断路器各单极断路器中光伏发电系统侧主电路电流的大小和方向，其中，电流采集器可以设置有多个，每个单极断路器对应设置至少一个电流采集器，针对光伏并网特点，对光伏并网的电路中，本实施例提供的电的多功能装置进行电压和电流特点的专有保护功能，同时适应能源互联网架构下的低压配电网发展趋势。

12、在一些实施例中，所述l极断路器的第二操作机构上方设置有电子线路板中的电源电子线路板，所述电源电子线路板的两侧分别连接电压电源线，其中一侧连接电源进线端子检测光伏电源线,另一侧连接电源出线端子检测市电电源线。

13、在上述实施例中，电网侧电压来源于所述市电供电电源，电压接口包括电网侧电压接口、光伏侧电压接口，所述电网侧电压接口通过电压量采集线路取所述3l+n电动式断路器的电网侧电压量，并传递给所述电子线路板的所述电源电子线路板和控制模块，所述控制模块通过电压处理电路处理并接收所述电网侧电压量；光伏侧电压接口通过电压量采集线路取所述3l+n电动式断路器的光伏侧电压量，并传递给所述电子线路板的所述控制模块，所述控制模块通过电压处理电路处理并接收所述光伏侧电压量。当所述控制模块判定所述电网侧电压接口无电压，光伏侧电压接口有电压时，输出控制信号到电动机控制接口并驱动所述3l+n电动式断路器内部的电动机，进一步驱动所述第一手柄到分闸闭锁位实现机械电气双闭锁。

14、在一些实施例中，所述绝缘外壳包括带有电子线路板的第一腔体。

15、在上述实施例中，通过带有电子线路板的第一腔体，且根据不同的腔体布局，实现了多功能装置的模块化、并充分利用了断路器长度及柜体高度。

16、在一些实施例中，所述电源电子线路板的上方设置有第二腔体。所述第二腔体内设有通信模块。

17、在上述实施例中，电源电子线路板全部或部分设置在所述相极顶端部的所述绝缘外壳中，或者设置在所述开关装置宽度一侧的所述绝缘外壳中，为在高度和深度方向上实现紧凑小型化提供了必要的结构基础，实现了模块化生产，且实现了整个多功能装置的结构紧凑。

18、在一些实施例中，所述电源电子线路板设置于第一腔体内，或者不设置于第一腔体内。

19、在上述实施例中，通过对电源电子线路板的不同方式结构布局，实现对绝缘外壳内部腔体的空间利用最大化，实现整个多功能装置的结构紧凑。

20、在一些实施例中，所述电源电子线路板上设置有第一接插件，所述第一接插件与通信模块上的第二接插件进行电信号连接。

21、在上述的实施例中，通过可插拔模块化的电源电子线路板和控制模块有效解决了电子元器件与机械结构件寿命不同期的问题，降低了产品全生命周期的总成本，也降低了产品运维更换成本。

22、在一些实施例中，所述断路器设置有断路器状态信号输出用的第二电子线路板。

23、在上述的实施例中，通过不同电子线路板的布局，为多功能装置模块化布局提供了控制过程和结构空间。

24、在一些实施例中，所述n极断路器的第一手柄伸出所述第一腔体，且位于所述第二腔体的外壁一侧。所述第二手柄与传动件机械连接。

25、在上述的实施例中，所述第一手柄自所述绝缘外壳上的第一通孔内伸出且可以沿所述n极断路器的高度方向自由转动，即能够在第一手柄合分闸的运动空间内无阻挡分合，且能够有效满足了光伏并网电路中对断路器的体积小且功能多的要求。且能够通过第一手柄联动第二手柄，实现两个手柄的同步分合。

26、在一些实施例中，所述电子线路板至少还包括接口模块、控制模块、电能管理模块。

27、在上述的实施例中，通过接口模块、控制模块、电能管理模块多种不同的模块布局，实现了多功能装置的模块化生产，且有效解决了电子元器件与机械结构件寿命不同期的问题，降低了产品全生命周期的总成本，也降低了产品运维更换成本。

28、在一些实施例中，所述电子线路板部分设置在所述左侧腔体上方。

29、在上述的实施例中，通过左侧腔体设置部分的电子线路板，最大化的利用腔体内部的空间，且能够通过左侧腔体设置部分的电子线路板控制左侧腔体内部的电子部件。

30、在一些实施例中，所述绝缘外壳上设置有活动的盖。

31、在上述的实施例中，通过在绝缘外壳进行活动盖的结构设计，容易对活动的盖下面的各种模块进行更换，且容易实现多功能装置的模块化生产和布局。

32、在一些实施例中，所述绝缘外壳至少包括了第一腔体，第二腔体和左侧腔体，所述第二腔体设置在在所述第一腔体上方，所述左侧腔体位于所述第一腔体的一侧。

33、在上述的实施例中，通过罩壳模块的多个腔体设计，实现结构紧凑地有机地集成设计，缩小了整体外形尺寸，并通过断路器本体上的可拔插接口实现模块化组装，为断路器装置在深度方向上实现紧凑小型化提供了必要的结构基础，缩小了整体外形尺寸。

34、发明的有益效果如下：

35、1、通过n极断路器内部设置电动机、磁通变换脱扣器、第一动触头、第一静触头、第一操作机构、多个传动齿轮和灭弧室等结构，实现了断路器本体在电路故障状态下动、静触头的快速断开，提高了断路器本体接触和断开的效率。

36、2、通过电子线路板包括的电源电子线路板上设置中间信号输出端子、电流采集器、控制模块以及电能管理模块，电源电子线路板的两侧分别连接电压电源线，其中一侧连接电源进线端子检测光伏电源线,另一侧连接电源出线端子检测市电电源线实现了对上下两侧两路电源、电压的获取和比较，通过对光伏电网的电压信号、电流信号进行分析及阈值判断，完成防孤岛保护和需量保护、过载保护或电流反向的保护，实现光伏并网保护。

37、3、通过控制模块、电能管理模块包括的多个微处理器，且部分控制器呈倒t形；再根据电源电子线路板上方设置通信模块，并根据通信模块部分压住其它电子线路板；所述绝缘外壳上设置有活动的盖；信号端子在出线端侧的绝缘外壳设置，实现了断路器长度及柜体高度的减少，节约铜排，并提升防护等级的安全性。

38、4、通过设置对光伏电网的电压电流的信号连接，以及浪涌保护点进行信号连接，提高分布式光伏并网发电的安全性，保障人身、设备安全，并防止恶意上网，实现过载保护保护电缆和供用电设备的安全，实现逆电流保护实现潮流控制。

39、5、通过特殊的结构和巧妙的空间布局，电子线路板全部或部分设置在所述l极顶端部的所述绝缘外壳中，或者设置在所述开关装置宽度一侧的所述绝缘外壳中，为电的多功能装置在高度和深度方向上实现紧凑小型化提供了必要的结构基础，缩小了整体外形尺寸，高度尺寸小于130mm，同比缩小18%以上，深度尺寸小于130mm，同比缩小18%以上，进一步提供了电的多功能装置安装空间的小型化，同时也提高了电的多功能装置的抗冲击能力和等级，由于绝缘外壳相比操作手柄的高度更高，避免了操作手柄在运输，磕碰可能造成的断裂，由于部分或全部的绝缘外壳覆盖并位于所述l极 的上方，进一步地提高了所述电的多功能装置的防护等级。

40、6、通过对电子线路板和电子部件的模块化设计，使得各个电子部件之间可插拔，方便各个电子部件以不同规格进行生产和暂存，用于电的多功能装置的整机组装，简化生产工序，方便维护更换，同时，有效解决了电子元器件与机械结构件寿命不同期的问题，降低了产品全生命周期的总成本，也降低了产品运维更换成本。

41、7、通过将绝缘外壳以及绝缘外壳的左侧腔体在开关装置的宽度度方向上并排排布，且有绝缘外壳的左侧腔体设置在远离所述第一手柄的一侧的方式，并在绝缘外壳的左侧腔体设置有电子线路板，进一步降低了开关装置在深度方向上的尺寸。另外，绝缘外壳的左侧腔体受电动式断路器通电发热影响较小，因此有更低的温度环境，对电子元器件的寿命有进一步的提高作用，因此可以提高电子线路板的寿命。