CN102110555A - 跟踪负载变化自动额定值断路器 - Google Patents

Abstract

本发明属高、低压电器技术领域，主要由动、静触头组件1，电动脱扣机构2，电动重合闸机构3，电子控制系统4，电流传感器L1、L2、L3，漏电、接地传感器L4、L5组成，由负载电压检测电路、负载电流检测电路和负载电流的相位检测电路组成的信号采集处理系统作为主要信息来源，根据采集的负载电压与负载电流的变化作为判断与区分断路器工作状态和故障状态的主要依据，同时将采集的负载电流的相位及其计算获得的功率因数也作为判断与区分断路器工作状态和故障状态的重要依据；根据判断结果分别进入脱扣保护程序、额定值更新设定程序，从而获得高灵敏度、高精确性的保护特性，杜绝事故和火灾。

Description

跟踪负载变化自动额定值断路器

技术领域

本发明创造属高、低压电器技术领域

背景技术

现代社会离不开电能，在输配电中断路器占有极其重要的位置，市场占有率极高，断路器主要有开关和保护两大功能，保护功能是断路器非常重要的使用功能。

断路器的保护功能是基于额定值实现的，由负载电流In与额定值Ir比较，由比较结果作出判断，然后选择是否进入过载、短路保护状态。一般出厂时已经订制好它的额定值大小规格，用户按电流规格选用，不能定制它的电流规格大小。虽然有些断路器的额定电流可以由用户做一些调整，但都是属于一次性整定，在运行中不能自动调整或改变，用户在选择断路器时，只能按预期最大负载电流In选择断路器的额定值Ir。

近些年知名电气公司虽然采用现代的电子技术和计算机技术开发设计了一些新型的智能化断路器，如通用电器GE公司的M-PACT InsCn空气断路器，西门子公司的3WT万能式断路器；ABB公司的Emax空气断路器；施耐德公司的EasyPact NS断路器等，其基本原理和功能并没有重大突破性改变。

人们使用断路器的基本原则是根据预期最大的负载电流In来选择断路器的额定值Ir，然而，根据断路器安全负载电流计算公式，如果负载电流In小于额定值Ir的81％以下，断路器的过载保护将失控，如果负载电流In小于额定值Ir的67％以下，断路器将失去短路保护性能，由此将引发人身设备事故和火灾。

由于断路器的额定电流在运行中不能根据负载变化而改变，导致用户负载减轻时，断路器失去有效的保护作用，造成极大的安全隐患，甚至直接引发事故和火灾。

发明内容

本发明目的在于提供一种跟踪负载变化自动额定值断路器，使断路器的额定值能跟踪负载变化而自动改变，以达到安全、有效保护负载设备和用电线路安全的目的。跟踪负载变化自动额定值断路器的额定值一般不需要人工设定，而由其电子控制系统4通过其单片机IC1的软件程序自动完成，使断路器的额定电流Ir始终跟踪负载变化而适时变换至最佳值，从而使跟踪负载变化自动额定值断路器具有安全、可靠保护用电设备和用电线路安全的能力。

跟踪负载变化自动额定值断路器以单片机IC1或其它计算机为控制核心，配有显示器、键盘及相应控制软件构成电子控制系统4，因此，跟踪负载变化自动额定值断路器是具有人工智能的断路器，电子控制系统4通过其A/D转换将采集的电流传感信号、电源电压和负载电压信号及其他传感信号，并将其运算、存储和处理，控制电动脱扣机构2，实现跟踪负载变化自动整定额定值，以达到安全、可靠保护用电设备和用电线路安全的目的，在A/D转换和各个传感器之间设有信号调理电路，以完成传感信号的预处理。

电子控制系统4根据采集的传感信息，经过其单片机IC1运算、记忆存储、数据处理后控制是否执行预报警和脱扣保护。电动脱扣机构2和重合闸机构3是电子控制系统4的外部执行部件，分别完成跟踪负载变化自动额定值断路器脱扣保护动作和重合闸动作。

跟踪负载变化自动额定值断路器的运算、记忆存储、数据处理和保护控制功能是通过电子控制系统4来完成，电子控制系统4由于采用以单片机IC1为核心的硬件结构，主要由带有A/D转换器、时钟发生器、程序存储器、数据存储器和多个外部端口、通讯端口的单片机及键盘、显示器等构成。软件程序主要由初始化程序、信号采集处理程序、记忆存储程序，运行控制程序、更新显示程序、报警及驱动控制程序、键盘设定程序等组成，此外，电子控制系统4的软件程序还包括过载保护、短路保护、接地保护、漏电保护等保护功能程序和进行网络连接的通讯端口和现场总线接口。

跟踪负载变化自动额定值断路器的电源电压、负载电压、负载电流In和负载电流In的相位及功率因数的参数和过载、短路、接地、漏电的保护参数可以由键盘人工设定或修改，并且可以通过其通讯功能由远程终端监控和设定。此外，跟踪负载变化自动额定值断路器还可以设置成上电或复位时是停机前的状态，也可以设置成上电或复位时进入设定状态。

跟踪负载变化自动额定值断路器的判断方法还可以根据负载电流In的增加、负载电流In的相位及功率因数等参数，判断正常的负载增加与过载故障，并且根据负载增加或负载减小后的实际负载自动整定或修改断路器的额定值Ir，以达到根据不同的负载大小变换不同额定值Ir的目的，实现根据负载变化自动变换至最佳额定值的效果，使断路器的额定值Ir始终与用电负载相匹配，获得最佳额定值Ir的跟踪保护效果，断路器的额定值Ir除通过自动记忆存储外，也可以由用户根据实际负载通过键盘进行设定和修正，以获得额定值Ir跟踪负载电流In的变化而改变的最佳保护特性，灵敏、安全、可靠的保护负载设备和用电线路的安全，杜绝各种原因可能引发的电气火灾。

为了设定或修改额定值、漏电保护参数、接地保护参数、电压保护参数及其他参数，本发明配备有键盘设定程序，以便通过键盘设定或修改额定值及其它设定值参数。

显示程序用以显示负载电流In、额定值Ir及其它参数，报警及输出控制程序用以完成断路器的脱扣保护、预报警控制，信号采集处理程序用以采集第一～第三电流传感器L1、L12、L3，漏电传感器L4和接地传感器L5的输入信息，过载保护、短路保护程序是本发明断路器的基本保护功能程序，他们均以额定值Ir为计算基准。

通过键盘的数字键与功能键的配合，除可以对额定值Ir进行设定和修正外，还可以对漏电保护设定值、接地保护设定值、电压保护设定值及其他参数进行设定，具体可参见键盘功能表。

跟踪负载变化自动额定值断路器的电子控制系统4当采集的任意一路传感信号大于设定值时，通过运算、处理后发出执行指令，经驱动控制使电动脱扣机构2完成脱扣保护动作。电子控制系统4还设有预报警电路。

跟踪负载变化自动额定值断路器提高了断路器安全保护用电设备的能力和可靠性，能根据实际负载变化自动适时修改额定值Ir，把额定值Ir切换到最佳值上，其跟踪保护的设定功能不仅省去了繁琐的额定值整定工作，而且记忆存储和自动变换的额定值Ir更符合实际运行的工作参数，更科学地反映实际负载的变化，对过载保护和短路保护具有高灵敏度的精确保护能力，无论是对用电设备还是对输电线路都能提供高灵敏度、高可靠性、高安全性能的最佳保护。

跟踪负载变化自动额定值断路器的原理方法在于：至少根据采集的负载电压与负载电流In的变化作为判断与区分断路器工作状态与故障状态的依据，或将采集的负载电流In的相位及其计算获得的功率因数作为判断与区分断路器工作状态与故障状态的依据；或同时将采集的负载电流In、负载电压、负载电流In的相位及其通过运算获得的功率因数作为判断与区分断路器工作状态与故障状态的依据；

跟踪负载变化自动额定值断路器的初始状态设定为：额定值Ir为最大标称电流值或最大框架电流值，短路电压设定为最大短路电流下的负载端电压，一般可设定在额定电源电压下的一个较低的电压值或者为零，负载的相位及负载的功率因数为正常负载下的负载各相电流相位及负载功率因数；

跟踪负载变化自动额定值断路器的额定值Ir的自动设定由电子控制系统4的单片机IC1的程序存储器内相应的软件程序在对负载电压、负载电流In、负载电流In的相位进行运算分析结果的记忆存储，并将记忆存储的结果对额定值Ir的替换完成；

跟踪负载变化自动额定值断路器在运行中，实时监控电源电压、负载电压、负载电流In和负载电流In的相位及功率因数；

如果负载电流In增加超过其最大短路极限电流，而负载电压低于短路电压，则判定为发生短路故障，并立即进入短路保护程序；

如果阶跃后的负载电流In＞极限额定值Ir(即初始化状态的额定值Ir)，则立即进入短路、过载保护程序；

如果阶跃后的负载电流In≤极限额定值Ir(即初始化状态的额定值Ir)，则先进入重复测试程序(单位时间内重复测试n次采样)：如果负载电流In继续上升，则判断为短路或过载故障状态，进入短路、过载保护程序；如果负载电流In相对稳定在某一值上，则判断为额定负载增加，进入更新设定程序：记忆并存储当前负载电流In，将记忆并存储的负载电流In替换为额定值Ir；额定值更新后，进入运行状态。这是因为，此状态下的时间还允许进行几次重复测试。

如果负载端电压正常或降低、负载电流In出现阶越式增加，并且超过当前额定值Ir及允许误差极限，则视为负载增加或发生过载故障，进入下一步判断程序：

负载增加或发生过载故障的判断程序为：取单位时间变化曲线的参数，然后，查询或测试负载电流In的变化曲线，如果查询或测试负载电流In变化曲线相对稳定，则视为额定负载增加，进入额定值Ir整定、修改程序：记忆并存储当前负载电流In，将记忆并存储的负载电流In替换为额定值Ir，然后进入运行状态。

如果查询或测试负载电流In变化曲线持续向上增长，则视为负载加重，判断为出现过载故障，转入过载保护程序。

如果负载电压正常、负载电流In阶越式减小，查询或测试负载电流In变化曲线相对稳定，则判断为额定负载减轻，进入额定值Ir整定、修改程序：记忆并存储当前负载电流In，将记忆并存储的负载电流In替换为额定值Ir，然后，进入运行状态。

单位时间内重复测试n次采样的查询或测试方法可以采用单位时间重复测试次数的方法，也可以采用延迟一段时间再查询、测试的方法；

跟踪负载变化自动额定值断路器的电源电压、负载电压、负载电流In和负载电流In的相位及功率因数的参数和过载、短路、接地、漏电的保护参数可以由键盘人工设定或修改，并且可以通过其通讯功能由远程终端监控和设定；

跟踪负载变化自动额定值断路器可以设置上电或复位时为默认的停机前的状态，也可以设置成上电或复位时进入设定状态；

判断程序可以加入如下参考因素，如果负载电流In增加，负载电流In的相位及功率因数超过正常状态的相位及功率因数，则判定为发生过载，并进入过载保护程序；

如果负载电流In增加，负载电流In的相位及功率因数仍保持正常状态的相位及功率因数，则判定为新负载接入，则转入额定值Ir整定、修改程序：记忆并存储当前负载电流In，将记忆并存储的负载电流In值替换额定值Ir，然后，进入运行状态。

如果负载电流In减小，负载电流In的相位及功率因数仍保持正常状态的相位及功率因数，则判定为负载减轻，则转入额定值Ir整定、修改程序：记忆并存储当前负载电流In，将记忆并存储的负载电流In替换为额定值Ir，然后，进入运行状态。

本发明跟踪负载变化自动额定值断路器的电子控制系统4适用于塑壳断路器、框架式断路器、真空断路器及其他断路器的更新和产品换代，其电子控制系统4可以做成模块化结构，以便于安装与更新改造。

附图说明

图1：跟踪负载变化自动额定值断路器原理框图

图2：主程序流程图

图3：中断处理程序流程图

图4：重合闸程序流程图

图5：键盘扫描程序流程图

图6：A/D转换程序流程图

图7：运行控制程序流程图

图8：脱扣保护程序流程图

图9：更新显示程序流程图

图10：初始设定程序流程图

图11：键值处理程序流程图

图12：功能处理子程序流程图

图13：删除键(Del)处理子程序流程图

图14：增量键(+)处理子程序流程图

图15：减量键(-)处理子程序流程图

具体实施方式

以下是结合附图的一种具体的实施方式，进一步说明跟踪负载变化自动额定值断路器的工作原理和电子控制系统4的单片机及程序存储器存放程序的执行步骤，典型单片机一般由以下几部分组成：微处理器MCU，程序存储器和数据存储器，或程序、数据通用存储器，多个输入/输出端口，多路A/D转换器，多个定时/计数器、通讯端口等硬件资源集合而成。

其中程序存储器用于存放指令序列的执行程序和数据，微处理器MCU通过读取并执行程序存储器中相关的执行程序和数据完成预期的操作结果，输入/输出端口用于连接外部硬件资源，如显示器、键盘、执行机构等，并与其交换信息、传送数据和控制执行，多路A/D转换器用于连接多路外部传感器，采集其模拟量参数信息，在本发明中多路A/D转换器用于采集负载电流信号、负载电压信号、负载电流的相位信号、漏电故障信号、接地故障信号及其他信号，为微处理器MCU的运算和处理提供必要的模拟量输入信息，数据存储器用于存放数据、常数、表格和运算处理结果，定时/计数器用于产生时钟信号和定时时间以及外部事件的计数，通讯端口用于与外部设备通讯、交换信息和网络连接。此外，在本发明涉及的单片机家族中还有集成捕捉/比较/脉冲调制器等资源，以便进行相位比较和计算功率因数等参数。

根据计算机原理与程序设计理论，如果执行程序是相干的、合乎逻辑的，将产生预先期望和令人满意的结果，跟踪负载变化自动额定值断路器的电子控制系统4正是通过其单片机程序存储器内的软件程序使内部资源与外部资源协调工作，完成跟踪负载变化自动额定值断路器数值运算和数据处理，实现期望的自动运行结果。

按照图1所示的跟踪负载变化自动额定值断路器的系统原理图：加工组装动、静触头组件1，电动脱扣机构2，电动重合闸机构3，电子控制系统4，第一、第二、第三电流传感器L1、L2、L3，漏电传感器L4，接地传感器L5。

单片机IC1内部自带程序存储器和数据存储器，一般不需要扩展外部程序存储器，并且通过软件编程可以方便地存取、修改常数、数据和变量，提供现场修正系数的能力。跟踪负载变化自动额定值断路器的电子控制系统4的软件主要由初始化主程序、中断服务程序、键扫描处理程序、A/D转换程序、重合闸程序、运行控制程序、脱扣保护程序、更新显示程序、初始化设定程序、键值功能处理程序、预报警等组成，软件流程图如图2～15所示。

图2至图15说明图1所示的电子控制系统4的存储程序运行的流程图，程序运行是在单片机IC1的微处理器MCU中响应预先存入在其程序存储器内的指令序列完成，上电或复位后微处理器MCU自动从主程序开始执行，在主程序中完成定时器、工作寄存器、A/D转换器、各个端口等的初始化，然后，置定时器工作方式，然后开放中断，再查询键落标志：如果有中断，则调键盘服务程序，否则，调A/D转换程序，查询等待A/D转换完成，保存A/D转换结果，再调更新显示程序，然后，重置定时器工作方式，重新开放中断。

如果有定时中断请求，则响应中断请求，进入中断服务程序，尔后，再回到主程序，在中断服务程序中，将调运行控制程序、初始化设定程序、脱扣保护程序和显示程序，然后中断返回。如果没有中断请求，则清中断标志寄存器，返回主程序执行。

在键盘扫描程序中，如果有键按下；则查询键值，然后根据键值散转至相应的键值处理子程序。

本发明的跟踪负载变化自动额定值断路器，除复位键外，共设有14个控制键，键功能定义如下：

S1～S10：数字键0～9

S11：初始化设定键

S12：增量键(+)，对指定地址内容+1处理

S13：减量键(-)，对指定地址内容-1处理

S14：删除键(Del)，对所内容删除处理

数字键S1～S10，用于输入2位数的地址指针，然后，再由增量键(+)、减量键(-)

进行设定和修改，或由删除键(Del)进行删除处理。其中，输入的2位数地址指针定义如下：

DB：功能表数值定义如下

01；将设定标志地址指针送设定单元，

02；将短路电压设定值地址指针送设定单元，

03；将负载端a相电压地址指针送设定单元，

04；将负载端b相电压地址指针送设定单元，

05；将负载端c相电压地址指针送设定单元，

06；将额定值Ir地址指针送设定单元，

07；将负载电流In的地址指针送设定单元，

08；将负载电流In的a相相位地址指针送设定单元，

10；将负载电流In的b相相位地址指针送设定单元，

11；将负载电流In的c相相位地址指针送设定单元，

12；将负载功率因数地址指针送设定单元，

13；将接地设定值地址指针送设定单元，

14；将漏电设定值地址指针送设定单元，

15；将缺相设定值地址指针送设定单元，

16；将预报警值地址指针送设定单元，

17；将瞬时值地址指针送设定单元，

18；将长延时电流设定地址指针送设定单元，

19；将长延时时间设定地址指针送设定单元，

20；将长延时始动电流设定地址指针送设定单元，

21；将短延时电流设定地址指针送设定单元，

22；将短延时时间设定地址指针送设定单元，

23；将短延时始动电流设定地址指针送设定单元，

25；将A/D1转换结果地址指针送设定单元，

26；将A/D2转换结果地址指针送设定单元，

27；将A/D3转换结果地址指针送设定单元，

28；将A/D4转换结果地址指针送设定单元，

29；将A/D5转换结果地址指针送设定单元，

30；将A/D6转换结果地址指针送设定单元，

31；将A/D7转换结果地址指针送设定单元，

32；将A/D8转换结果地址指针送设定单元，

33；将A/D9转换结果地址指针送设定单元，

34；将A/D10转换结果地址指针送设定单元，

35；将A/D11转换结果地址指针送设定单元，

36；将A/D12转换结果地址指针送设定单元，

37；将A/D13转换结果地址指针送设定单元，

38；将A/D14转换结果地址指针送设定单元，

39；将A/D15转换结果地址指针送设定单元，

40；将A/D16转换结果地址指针送设定单元，

为了减少控制键的数量，提高键盘效率，本发明采用数字键与功能键混合的键盘控制方式，此方法配置键盘可减少键的数量，获得较多的可修改内容的地址。这种键盘配置给使用增加了一些复杂系数，但考虑到跟踪负载变化自动额定值断路器优异的自动跟踪设定功能，其额定电流的设定与转换一般不须人工键盘设定，键盘只是提供了作为人工设定和修改之用，因此，采用此方法是可行的，当然，也不排除其他键盘的配置方法。

过载长延时保护在执行程序中通过公式LTD＝t(S)×[2Ir/(C-1.25Ir)]计算出不同电流下的延时时间，式中：t为2倍额定电流2Ir下的延时时间，单位为秒(S)；In为电流测量值；Ir为额定值；1.25Ir是过载长延时保护设定的始动电流，一般过载长延时保护取Ir的1.25倍。

短路短延时保护在执行程序中通过公式STD＝t(S)×[15Ir/(C-1.5Ir)计算出不同电流下的延时时间，式中：t为15倍额定电流15Ir下的延时时间，单位为秒(S)；In为电流测量值；Ir为设定的额定电流；1.5Ir是短路短延时保护设定的始动电流，一般短延时保护取Ir的1.5倍。

跟踪负载变化自动额定值断路器的图2主程序流程图执行步骤如下：起始步骤100之后，执行步骤101，初始化寄存器、数据区、A/D通道、I/O端口。然后，执行步骤102：选通A/D通道，置首路A/D通道为AN.0，置键盘初始化，置定时器为定时工作，然后，执行步骤103，置定时中断允许，再执行步骤104，开放中断，然后执行步骤105，查询键盘有键按下否？如果没有，跳至步骤107，调A/D转换程序，如果有，执行步骤106，调键盘扫描程序，再执行步骤107，调A/D转换程序，然后，执行步骤108，查询A/D转换完成否？如果未完成，则查询等待，如果完成，执行步骤109，保存A/D转换结果，再执行步骤110，调更新显示，然后，返回到步骤102执行，选通A/D通道，置首路A/D通道为AN.0，置键盘初始化，重置定时器为定时工作，置定时中断允许，重新开放定时中断。

图3的中断服务程序执行步骤为：起始步骤200之后，执行步骤201：保护现场，然后，执行步骤202：查询是定时中断否？如果不是定时中断，执行步骤203，查询其他中断源，然后，执行步骤204，转其他中断，再执行步骤205，清中断标志，然后，跳至步骤212执行，恢复现场，再执行步骤213，开定时中断，然后，执行步骤214，中断返回。

如果是定时中断，执行步骤206，关中断，再执行步骤207，调运行控制程序，然后执行步骤208，查询设定标志等于1否？如果不等于1，执行步骤209，调脱扣保护程序，然后，执行步骤210，调更新显示，再执行步骤212，恢复现场，然后，执行步骤213，开定时中断，再执行步骤214，中断返回。

如果执行步骤208，查询设定标志不等于1，则执行步骤211，调初始设定程序，再执行步骤212，恢复现场，然后，执行步骤213，开定时中断，再执行步骤214，中断返回。

图4的重合闸程序执行步骤如下：起始步骤300之后，执行步骤301，查询是重合闸中断吗？如果是重合闸中断，执行步骤302，置重合闸端口有效，再执行步骤303，启动重合闸，然后执行步骤304，清合闸标志，再执行步骤307，返回。

执行步骤301，查询不是重合闸中断，执行步骤305，重开定时中断，然后执行步骤306，调更新显示，再执行步骤307，返回。

图5的键盘扫描程序如下：起始步骤400之后，执行步骤401，保护现场，再执行步骤402，关显示，然后执行步骤403，置键扫描参数，然后，执行步骤404，从第一行开始扫描键盘，再执行步骤405，测试键扫描完否？如果未完，则查询等待，如果扫描完毕，则执行步骤406，测试有键按下否？如果无键按下，则执行步骤40，置无键落标志，然后，跳至步骤413，恢复现场，再执行步骤414，返回。

如果执行步骤406，测试有键按下，执行步骤408，测试此前的键命令完成否？如果未完成，则跳至步骤413，恢复现场，再执行步骤414，返回。如果执行步骤408，测试此前的键命令完成，则执行步骤409，查表求键值，然后执行步骤410，保存键值，再执行步骤411，置键落标志，然后，执行步骤412，调键值散转处理子程序，然后执行步骤413，恢复现场，再执行步骤414，返回。

图6的A/D转换程序起始步骤500之后，执行步骤501，保护现场，再执行步骤502，关显示，然后执行步骤503，取A/D通道号、启动A/D转换，然后，执行步骤504，查询A/D转换完成否？如果末完成，则查询等待，如果A/D转换完成，执行步骤505，取A/D转换结果、置A/D转换结束标志，再执行步骤506，取运算参数和参数地址，然后执行步骤507，进行参数运算，再执行步骤508，运算结果置存放单元，然后执行步骤509，测试A/D通道计数等于0否？如果等于0，执行步骤511，置通计数初值，置首路道号为AN.0、置参数1首址、置参数2首址，然后执行步骤512，恢复现场，再执行步骤513，返回。

如果执行步骤509，测试A/D通道计数不等于0，则执行步骤510，A/D通道计数减1、通道号加1、参数1地址加1、参数2地址加1，然后跳至步骤503执行，取A/D通道号、启动A/D转换，直至执行步骤513，返回。

图7的运行控制程序执行步骤；起始步骤600之后，执行步骤601，保护现场，然后执行步骤602，查询设定标志等于1否？如果不等于1，则执行步骤603，调初始化设定程序，然后，执行步骤617，保存额定值Ir，然后，执行步骤618，调更新显示，再执行步骤619，恢复现场，然后执行步骤620，返回。

如果执行步骤602，设定标志不等于1，则执行步骤604，取短路电压值、额定值Ir、负载电流In、负载电流In的相位、负载端电压，然后，执行步骤605，测试负载端电压≥短路电压值否？如果负载端电压≥短路电压值，执行步骤606，测试负载电流In≥极限短路电流否？如果负载电流In≥极限短路电流，执行步骤607，调脱扣保护程序，然后，执行步骤617，保存额定值Ir，然后，执行步骤618，调更新显示，再执行步骤619，恢复现场，然后执行步骤620，返回。

如果执行步骤605，测试负载端电压不≥短路电压值，或执行步骤606，负载电流In不≥极限短路电流，则都执行步骤608，测试负载电流In阶跃式增加否？如果没有阶跃式增加，跳至步骤611执行，测试负载电流In的变化稳定否？

如果执行步骤608，负载电流In阶跃式增加，执行步骤609，测试负载电流In超过当前额定值否？如果不超过当前额定值，执行步骤617，保存额定值Ir，然后，执行步骤618，调更新显示，再执行步骤619，恢复现场，然后执行步骤620，返回。如果超过当前额定值Ir，执行步骤610，取单位时间变化曲线的参数、测试负载电流In的变化曲线，然后执行步骤611，测试负载电流In变化稳定否？如果负载电流In变化稳定，则执行步骤612，记忆并存储当前负载电流In，并将记忆、存储的负载电流In替换为额定值Ir，然后，执行步骤617，保存额定值Ir，然后，执行步骤618，调更新显示，再执行步骤619，恢复现场，然后执行步骤620，返回。

如果执行步骤611，测试负载电流In变化不稳定，则执行步骤613，测试负载电流In持续增加吗？如果负载电流In持续增加，执行步骤614，调脱扣保护程序，然后，执行步骤617，保存额定值Ir，然后，执行步骤618，调更新显示，再执行步骤619，恢复现场，然后执行步骤620，返回。

如果执行步骤613，负载电流In不持续增加，执行步骤615，测试负载电流In阶跃式减小否？如果负载电流In阶跃式减小，执行步骤616，记忆并存储当前负载电流In，并将记忆、存储的负载电流In替换为额定值Ir，然后，执行步骤617，保存额定值Ir，然后，执行步骤618，调更新显示，再执行步骤619，恢复现场，然后执行步骤620，返回。

如果执行步骤615，负载电流In未阶跃式减小，执行步骤617，保存额定值Ir，然后，执行步骤618，调更新显示，再执行步骤619，恢复现场，然后执行步骤620，返回。

图8的脱扣保护程序步骤如下：起始步骤700之后，执行步骤701，取负载电流In，取额定值Ir，取过载、短路保护脱扣参数值，取漏电、接地、报警保护参数值，再执行步骤702，测试漏电、接地的测量值大于各自的设定值否？如果不大于各自的设定值，执行步骤704，测试负载电流In大于或等于瞬时脱扣值否？如果负载电流In大于或等于瞬时脱扣值，执行步骤708，保存负载电流In，启动报警电路发出声光报警，断路器脱扣保护，然后执行步骤716，调更新显示，再执行步骤717，返回。

如果执行步骤702，测试漏电、接地任意一个测量值大于其相应的设定值，则执行步骤703，则启动脱扣保护，然后执行步骤717，返回。

如果执行步骤704，测试负载电流In不大于或等于瞬时脱扣值，执行步骤705，测试负载电流In大于短延时脱扣值否(简称短脱扣电流)？如果大于短延时脱扣值，执行步骤706，计算STD短延时时间并延时处理，然后，执行步骤707，再测试负载电流In大于短延时脱扣值否？如果大于短延时脱扣值，则跳至步骤708执行，保存负载电流In，启动报警电路发出声光报警，同时启动脱扣保护，然后执行步骤716，调更新显示，再执行步骤717，返回。

如果执行步骤707或执行步骤705，测试结果均不大于短延时脱扣值，执行步骤709，测试负载电流In大于长延时脱扣值否(简称长脱扣电流)？如果负载电流In大于长延时脱扣值，执行步骤710，计算LTD长延时的时间并延时处理，然后，再执行步骤711，再测试负载电流In大于长延时脱扣值否？如果负载电流In大于长延时脱扣值，则跳至步骤708执行，保存负载电流In，启动报警电路发出声光报警，同时启动脱扣保护，然后执行步骤716，调更新显示，再执行步骤717，返回。

如果执行步骤711或执行步骤709，测试负载电流In均不大于长延时脱扣值，则执行步骤712，取预报警值，然后，执行步骤713，测试负载电流In大于预报警值否？如果大于预报警值，则执行步骤714，启动预报警电路发出声光报警信号，然后执行步骤716，调更新显示，再执行步骤717，返回。

如果执行步骤713，测试负载电流In不大于预报警值，执行步骤715，保存负载电流In，然后，执行步骤716，调更新显示，再执行步骤717，返回。

图9的更新显示程序起始步骤800之后，执行步骤801，保护现场，再执行步骤802，关显示，然后执行步骤803，置显示首地址、显示位数计数、显示参数，然后，执行步骤804，清显示寄存器及数据存放单元，然后执行步骤805，取显示数据的末位，再执行步骤806，查表求字形代码送显示端口，然后执行步骤807，字符左移一位，位计数减1，然后，执行步骤808，显示延时刷新，再执行步骤809，测试位计数等于n-1否？如果位计数等于n-1，执行步骤810，取n-1位数据，然后，返回到步骤806执行，查表求字形代码送显示端口，如果位计数不等于n-1，执行步骤811，测试位计数等于n-2否？如果位计数等于n-2，执行步骤812，取n-2位数据，然后返回步骤806执行，查表求字形代码送显示端口，如果位计数不等于n-2，则执行步骤813，测试位计数等于n-3否？如果位计数等于n-3，则执行步骤814，取n-3位数据，然后返回步骤806执行，查表求字形代码送显示端口，如果位计数不等于n-3，则执行步骤815，测试位计数等于n-4否？如果位计数等于n-4，则执行步骤816，取n-4位数据，然后返回步骤806执行，查表求字形代码送显示端口，如果执行步骤815，测试位计数不等于n-4，则执行步骤817，测试位计数等于n-5否？如果位计数不等于n-5，执行步骤818，取n-1位数据，然后返回步骤806执行，查表求字形代码送显示端口。如果位计数等于n-5，执行步骤819，恢复现场，然后执行步骤820，返回。

图10的初始化设定程序步骤如下：起始步骤850之后，执行步骤851，保护现场，再执行步骤852，取设定参数的计数，然后执行步骤853，取短路电压设定值地址、额定值Ir地址、负载电流In地址、负载电流In的相位地址、负载端电压地址，取接地、漏电、缺相设定值地址，取过载长延时、短路短延时、短路瞬时值地址，取预报警值地址，然后，执行步骤854，调键盘设定程序，然后，执行步骤855，顺序取设定参数进行设定，再执行步骤856，测试参数计数＝0否？，如果参数计数≠0，执行步骤857，参数计数-1、参数地址+1，然后，跳回到步骤853执行，取短路电压设定值地址、额定值Ir地址、负载电流1n地址、负载电流In的相位地址、负载端电压地址，取接地、漏电、缺相设定值地址，取过载长延时、短路短延时、短路瞬时值地址，取预报警值地址；

如果执行步骤856，测试参数计数等于0，执行步骤858，保存全部设定参数，然后执行步骤859，清除设定标志，再执行步骤860，恢复现场，然后，执行步骤861，返回。

图11键值处理程序执行起始步骤900之后，执行步骤901，取键值、数字键次数计数，然后执行步骤902，测试键值是命令键否？如果是命令键，则执行步骤903，测试键值是设定键否？如果是设定键，执行步骤904，置设定标志、转初始设定程序，然后执行步骤914，调更新显示，然后，执行步骤915，返回：

如果执行步骤903，测试键值不是设定键，则执行步骤905，测试键值是增量键否？如果是增量键，则执行步骤906，调增量键子程序、可连续加，然后执行步骤914，调更新显示，然后，执行步骤915，返回；

如果执行步骤905，测试键值不是增量键，则执行步骤907，测试键值是减量键否？如果是减量键，执行步骤908，调减量键子程序、可连续减，然后执行步骤914，调更新显示，然后，执行步骤915，返回；

如果执行步骤907，测试键值不是减量键，则执行步骤909，测试键值是删除键否？如果是删除键，则执行步骤910，调删除键子程序，然后执行步骤914，调更新显示，然后，执行步骤915，返回。如果执行步骤909，测试键值不是删除键，则返回到步骤902执行，重新测试。

图12的功能处理子程序起始入口950之后，执行步骤951，取键入数据，然后，执行步骤952，取功能表的首地址，然后执行步骤953，计算相应的功能存放地址，再执行步骤954，将地址内容分别送调整单元和显示缓冲区，然后，执行步骤955，返回。

图13的删除键子程序起始入口960之后，执行步骤961，取地址指针，再执行步骤962，地址单元的数据清0，然后执行步骤963，地址单元的数据送显示缓冲区，再执行步骤964，调更新显示程序，然后，执行步骤965，返同。

图14的增量键子程序起始入口970之后，执行步骤971，取被调整数据的地址，再执行步骤972，地址单元的数据+1，然后执行步骤973，数据送显示缓冲区，再执行步骤974，调更新显示程序，然后执行步骤975，返回。

图15的减量键子程序起始入口980之后，执行步骤981，取被调整数据的地址，再执行步骤982，地址单元的数据-1，然后执行步骤983，数据送显示缓冲区，再执行步骤984，调更新显示程序，然后执行步骤985，返回。

取十个数字键0～9和设定键(Study)、增量键(+)、减量键(-)、删除键(Del)构成键盘，十个数字键用于输入地址数值，以便由功能键设定该地址的数据。设定键(Study)，该键用于设定标志和转入设定程序。增量键(+)、减量键(-)和删除键(Del)分别用于设定或删除指定地址的数据。

跟踪负载变化自动额定值断路器的键盘主要用于转入设定程序和提供人工设定、修改运行参数，一般运行一次设定程序既可完成参数设定，并且自动转入运行程序，操作简便。

为了减少控制键的数量，提高键盘效率，虽然采用数字键与功能键混合的键盘控制方式会给使用增加一些复杂系数，但由于跟踪负载变化自动额定值断路器优异的自动设定功能，其额定值Ir一般不须人工设定，键盘只是提供了作为人工设定和修改之用。

作为断路器，他的保护分断功能是十分重要的，因此，本发明的跟踪负载变化自动额定值断路器其额定值Ir是根据用户实际负载而跟踪设定，从而使保护性能极大地提高，可靠性更好，实用性更强，加之漏电保护、接地保护及声光报警功能，对各种电气火灾隐患可提供最全面的保护，也可以通过通讯端口与其他电器或智能电网联接，组成网络式控制系统。

本发明跟踪负载变化自动额定值断路器的电子控制系统4可以做成模块结构，便于在其他断路器上实施。

Claims (6)

1.一种跟踪负载变化自动额定值断路器，主要由动、静触头组件(1)，电动脱扣机构(2)，电动重合闸机构(3)，电子控制系统(4)，电流传感器(L1、L12、L3)，漏电传感器(L4)和接地传感器(L5)，组成，其电子控制系统(4)的控制核心由单片机或数字信号处理器(IC1)组成，电子控制系统(4)的外围电路包括信号调理电路、相位检测电路、电压检测电路以及显示器和键盘，跟踪负载变化自动额定值断路器除具有基本的过载保护、短路保护功能外，还有进行网络连接的通讯端口和现场总线接口，其特征在于：

跟踪负载变化自动额定值断路器至少有负载电流(In)的检测电路作为采集处理系统作为主要信息来源，或由负载电压检测电路、负载电流(In)的相位检测电路组成的采集处理系统作为信息来源；

跟踪负载变化自动额定值断路器至少根据采集的负载电压与负载电流(In)的变化作为判断与区分断路器工作状态与故障状态的依据，或将采集的负载电流(In)的相位及其计算获得的功率因数作为判断与区分断路器工作状态与故障状态的依据；或同时将采集的负载电流(In)、负载电压、负载电流(In)的相位及其通过运算获得的功率因数作为判断与区分断路器工作状态与故障状态的依据；

跟踪负载变化自动额定值断路器的初始状态设定为：额定值(Ir)为最大标称电流值或最大框架电流值，短路电压设定为最大短路电流下的负载端电压，一般设定在额定电源电压下的一个较低的电压值或者为零，负载电流(In)的相位及负载的功率因数为正常负载下的负载各相电流相位及负载功率因数；

跟踪负载变化自动额定值断路器的额定值(Ir)的自动设定由电子控制系统(4)的单片机(IC1)的程序存储器内相应的软件程序在对负载电压、负载电流(In)、负载电流(In)的相位进行运算分析结果的记忆存储，并将记忆存储的结果对额定值(Ir)的替换完成；

2.如权利要求1所述跟踪负载变化自动额定值断路器，其特征还在于；

跟踪负载变化自动额定值断路器在运行中，实时监控电源电压、负载电压、负载电流(In)和负载电流(In)的相位及功率因数；

如果负载电流(In)增加超过其最大短路极限电流，而负载电压低于短路电压，则判定为发生短路故障，并立即进入短路保护程序；

如果阶跃后的负载电流(In)＞极限额定值(Ir)，则立即进入短路、过载保护程序；(极限额定值(Ir)，即为初始化状态的额定值(Ir))

如果阶跃后的负载电流(In)≤极限额定值(Ir)，则先进入重复测试程序(单位时间内重复测试n次采样)：如果负载电流(In)继续上升，则判断为短路或过载故障状态，进入短路、过载保护程序；如果负载电流(In)相对稳定在某一值上，则判断为额定负载增加，进入更新设定程序：记忆并存储当前负载电流(In)，将记忆并存储的负载电流(In)替换为额定值(Ir)；额定值更新后，进入运行状态。

如果负载端电压正常或降低，负载电流(In)出现阶越式增加，并且超过当前额定值(Ir)及允许误差极限，判断为负载增加或发生过载故障，进入下一步判断程序：

判断程序为：取单位时间变化曲线的参数，然后，查询或测试负载电流(In)的变化曲线，如果查询或测试负载电流(In)变化曲线相对稳定，则判断为额定负载增加，进入额定值(Ir)整定、修改程序：记忆并存储当前负载电流(In)，将记忆并存储的负载电流(In)替换为额定值(Ir)，然后进入运行状态。

如果查询或测试负载电流(In)变化曲线持续向上增长，则视为负载加重，判断为出现过载故障，转入过载保护程序。

如果负载电压正常、负载电流(In)阶越式减小，查询或测试负载电流(In)变化曲线相对稳定，则判断为额定负载减轻，进入额定值(Ir)整定、修改程序：记忆并存储当前负载电流(In)，将记忆并存储的负载电流(In)替换为额定值(Ir)，然后，进入运行状态。

3.如权利要求2所述跟踪负载变化自动额定值断路器，其判断程序特征还在于：

查询或测试方法可以采用单位时间重复测试次数的方法，也可以采用延迟一段时间再查询、测试的方法；

4.如权利要求1所述跟踪负载变化自动额定值断路器，其特征还在于：

跟踪负载变化自动额定值断路器的电源电压、负载电压、负载电流(In)和负载电流(In)的相位及功率因数的参数和过载、短路、接地、漏电的保护参数可以由键盘人工设定或修改，并且可以通过其通讯功能由远程终端监控和设定；

5.如权利要求1所述跟踪负载变化自动额定值断路器，其特征还在于：

上电或复位时可设置成默认的停机前的状态，也可以设置成上电或复位时进入设定状态；

6.如权利要求2所述跟踪负载变化自动额定值断路器，其特征还在于：

判断程序可以加入如下参考判断方法，如果负载电流(In)增加，负载电流(In)的相位及功率因数超过正常状态的相位及功率因数，则判定为发生过载，并进入过载保护程序；

如果负载电流(In)增加，负载电流(In)的相位及功率因数仍保持正常状态的相位及功率因数，则判定为新负载接入，则转入额定值(Ir)整定、修改程序：记忆并存储当前负载电流(In)，将记忆并存储的负载电流(In)替换额定值(Ir)，然后，进入运行状态。

如果负载电流(In)减小，负载电流(In)的相位及功率因数仍保持正常状态的相位及功率因数，则判定为负载减轻，则转入额定值(Ir)整定、修改程序：记忆并存储当前负载电流(In)，将记忆并存储的负载电流(In)值替换为额定值(Ir)，然后，进入运行状态。

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