CN102170107B - 一体式带剩余电流保护动作智能塑壳断路器 - Google Patents

Abstract

一种一体式带剩余电流保护动作智能塑壳断路器，所述智能塑壳断路器包括：三相电源处理电路，电流信号采样电路，剩余电流采样电路，综合脱扣装置为电路动作执行机构，微处理控制器，用以判断各相电流的运行状况，当发生过载、短路故障时，输出相应的控制信号给脱扣装置，使产品脱扣跳闸；以及，当剩余电流值达到脱扣条件时，输出相应的控制信号给脱扣装置和漏电脱扣指示装置，使产品脱扣跳闸并指示漏电脱扣；本发明成本较低，相应速度快，精度高，额定电流可调，过载延时时间可调，额定剩余电流可调，剩余电流动作时间可调。

Description

一体式带剩余电流保护动作智能塑壳断路器

技术领域

本发明属于一种塑壳断路器，尤其涉及一种带剩余电流保护动作塑壳断路器。

背景技术

随着智能电网技术改造的深入开展，人们对用电安全和智能控制用电的要求日趋严格，带剩余电流保护动作塑壳断路器因其结构紧凑，体积小，性价比高而得到广泛应用。目前，市场上带剩余电流保护动作塑壳断路器有两种形式：一种是分体式，由非智能塑壳断路器或智能塑壳断路器和剩余电流保护模块拼装而成，其缺点是产品体积比较大，成本高，安装比较繁琐；另一种为一体式，产品由非智能塑壳断路器内部直接安装剩余电流保护模块构成，但由于采用的是非智能塑壳断路器，其过载、短路保护采用的脱扣方式为热动、电磁脱扣方式，其缺点是产品的额定电流不可调节，动作响应速度慢，精度难控制，且剩余电流值和剩余电流动作时间的调节有很大的局限性。鉴于以上缺点，本发明采用智能塑壳断路器内部直接安装剩余电流保护模块的解决方案。

发明内容

为了克服现有带剩余电流保护动作塑壳断路器的成本高、响应速度慢、精度低、额定电流不可调、过载延时时间不可调、额定剩余电流不可调、剩余电流动作时间不可调的不足,本发明提供一种成本较低，相应速度快，精度高，额定电流可调，过载延时时间可调，额定剩余电流可调，剩余电流动作时间可调的一体式带剩余电流保护动作智能塑壳断路器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种一体式带剩余电流保护动作智能塑壳断路器，所述智能塑壳断路器包括：

三相电源处理电路，其中由一路对电容进行快速充电后自动关闭，再由另一路多级降压恒流电路保持电容两端电压和电量，供应微处理控制器和综合脱扣装置正常工作；

电流信号采样电路，用以采取各相主电路的电流信号，并将电流信号进行放大后输入微处理控制器中；

剩余电流采样电路，用以由安装在产品内部的零序互感器对各相电流进行矢量运算后输入到微处理控制器中；

综合脱扣装置为电路动作执行机构，用以当电路发生过载、短路、漏电情况满足脱扣要求时，微处理控制器发出脱扣指令给综合脱扣器，执行断开断路器操作；

微处理控制器，用以判断各相电流的运行状况，当发生过载、短路故障时，输出相应的控制信号给脱扣装置，使产品脱扣跳闸；以及，当剩余电流值达到脱扣条件时，输出相应的控制信号给脱扣装置和漏电脱扣指示装置，使产品脱扣跳闸并指示漏电脱扣；

所述三相电源处理装置连接所述微处理控制器、综合脱扣装置，所述电流信号采样电路、剩余电流采样电路均与所述微处理控制器连接，所述微处理控制器与所述综合脱扣装置连接。

作为优选的一种方案：所述智能塑壳断路器还包括：

漏电脱扣指示装置为电复位指示装置，用以当产品因剩余电流而脱扣跳闸的情况下，指示产品的脱扣原因是漏电引起，当漏电故障排除后，产品重新合闸，微处理控制器判断无剩余电流或剩余电流未满足脱扣条件时，指示能自动进行电复位，翻转指示；

所述微处理控制器与所述漏电脱扣指示装置连接。

进一步，所述智能塑壳断路器还包括：

人机交换界面，用以供用户查阅产品的各项技术参数，各相主电路实际电流值，实际剩余电流值，前次脱扣跳闸的故障查询；对产品的各相技术参数进行设置，包括产品的额定电流、过载长延时动作时间、短延时动作电流、短延时动作时间、瞬时动作电流、N相额定电流、额定剩余电流、剩余电流动作时间、剩余电流保护功能的开关设定；

所述三相电源处理电路连接所述人机交换界面，所述微处理控制器连接所述人机交换界面。

再进一步，所述智能塑壳断路器还包括：

自生电源处理电路，用以将由主电路电流产生的感应交流高电压电能转换成直流低电压电能后对电容充电，在无外接电源时供应微处理控制器和脱扣装置正常工作；

所述三相电源处理电路连接所述自身电源处理电路，所述自身电源处理电路连接所述微处理控制器、综合脱扣装置。

本发明的有益效果主要表现在：成本较低，相应速度快，精度高，额定电流可调，过载延时时间可调，额定剩余电流可调，剩余电流动作时间可调。

附图说明

图1为本发明的工作原理框图。

图2为本发明的三相电源处理电路原理图。

图3为本发明的自生电源处理电路原理图。

图4为本发明的电流信号采样电路原理图。

图5为本发明的剩余电流采样电路原理图。

图6为本发明的智能微处理控制电路原理图。

图7为本发明的漏电脱扣指示装置结构示意图。

图8为本发明的漏电脱扣指示控制电路原理图。

图9为本发明的人机交换界面的机构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参照图1~图9，一种一体式带剩余电流保护动作智能塑壳断路器，包括三相电源处理电路、自生电源处理电路、电流信号采样电路、剩余电流采样电路、智能微处理控制电路、漏电脱扣指示装置及控制电路、综合脱扣装置和人机交换界面；

其中三相电源处理电路由双回路构成，一路能对电容进行快速充电后自动关闭，由另一路多级降压恒流电路保持电容两端电压和电量，供应人机交换界面、微处理器和脱扣装置正常工作；自生电源处理电路将由主电路电流产生的感应交流高电压电能转换成直流低电压电能后对电容充电，使产品在无外接电源的情况下，保证人机交换界面、微处理控制器和脱扣装置正常工作；电流信号采样电路负责采取各相主电路的电流信号，并将电流信号进行放大后输入微处理控制器中，由微处理控制器判断各相电流的运行状况，当发生过载、短路故障时，微处理控制器输出相应的控制信号给脱扣装置，使产品脱扣跳闸；剩余电流采样电路由安装在产品内部的零序互感器对各相电流进行矢量运算后输入到微处理控制器中，当剩余电流值达到脱扣条件时，微处理控制器输出相应的控制信号给脱扣装置和漏电脱扣指示装置，使产品脱扣跳闸并指示漏电脱扣；漏电脱扣指示装置为电复位指示装置，其电路功能是当产品因剩余电流而脱扣跳闸的情况下，指示产品的脱扣原因是漏电引起的，当漏电故障排除后，产品重新合闸，微处理器判断无剩余电流或剩余电流未满足脱扣条件时，指示能自动进行电复位，翻转指示；综合脱扣装置为电路动作执行机构，当电路发生过载、短路、漏电等情况满足脱扣要求时，微处理控制器发出脱扣指令给综合脱扣器，执行断开断路器操作；人机交换界面主要功能：用户查阅产品的各项技术参数，各相主电路实际电流值，实际剩余电流值，前次脱扣跳闸的故障查询等；用户可以通过人机交换界面对产品的各相技术参数进行设置，包括产品的额定电流、过载长延时动作时间、短延时动作电流、短延时动作时间、瞬时动作电流、N相额定电流、额定剩余电流、剩余电流动作时间、剩余电流保护功能的开关设定等功能。

参照图1，本发明的工作原理框图，三相电源处理电路给智能微处理控制电路、漏电脱扣指示装置、人机交换界面和综合脱扣装置提供电源；自生电源处理电路给智能微处理控制电路、综合脱扣装置和人机交换界面提供电源；人机交换界面使用户可以通过它实现产品各技术参数的设置和查询主电路运行的实际状况；通过电流信号采样电路和剩余电流采样电路将电路中各数据采集后经微处理控制电路判断产品的运行状况，如果满足脱扣条件，则微处理控制电路输出脱扣指令，由综合脱扣器执行动作指令，实现切断电路。

参照图2，三相电源处理电路由双回路构成，其中一路为电容快速充电电路，另一路为多级串联三极管降压恒流电路；快速充电电路能先对电容C1、C2进行快速充电，当电压达到稳压二极管D9电压后，可控硅Q1自动关闭，由另一路多级三极管降压恒流电路保持电容两端电压和电量；三相整流电路采用由D1、D2、D5、D6整流二极管构成的两相全桥整流，整流正极接整流二极管D7，再接由整流二极管D3、D4构成的另一相整流正极，整流负极为公共端；整流电路可保证产品在任缺一相的情况下，电容都能进行快速充电，保证产品正常工作。

参照图3，自生电源处理电路由各相的主电路电流互感器产生的交流电流经过整流桥堆B1、B2、B3、B4，晶圆电阻R14、R15、R16、R17，再经过稳压后对电容C1、C2充电，提供智能微处理控制电路、综合脱扣装置和人机交换界面电源。

参照图4， 电流信号采样电路由各相主电路电流互感器产生的交流电流经过整流桥堆B1、B2、B3、B4整流后，各整流桥堆的负极一路分别经晶圆电阻R14、R15、R16、R17后，依次输入运算放大器IC2的3、12、10、5脚，另一路分别经电阻R18、R19、R20、R21和电阻R35、R36、R37、R38后依次输入运算放大器IC2的2、13、9、6脚，由运算放大器1、7、8、14脚输出到微处理控制器IC1的2、3、4、5脚，运算放大器IC2的11脚接地，4脚接直流电源VCC。

参照图5， 剩余电流采样电路由安装在产品内部的零序互感器对各相电流进行矢量运算后输入到微处理控制器IC1的7脚。

参照图6， 智能微处理控制电路中的微处理控制器IC1为可编程单片机，其9、10脚接晶振，2、3、4、5脚分别接各相电流采样信号；6脚用来控制综合脱扣装置；7、11脚接剩余电流采样信号和综合脱扣器控制输出；8、19脚接地；12、17脚接漏电脱扣指示装置电路，判断产品是否因漏电脱扣而做出相应的指示；13、14、15脚接人机交换界面中的液晶显示屏；16脚接自生电源电路中场效应管V5的栅极；18脚悬空；20脚接直流电源VCC；21接人机交换界面中的“↓”按钮和发光二极管L4、L6的阳极；22脚接人机交换界面中的“8 ”按钮和发光二极管L3、L7的阳极；23脚接人机交换界面中的“M”按钮和发光二极管L2、L8的阳极；24脚接人机交换界面中的“↑”按钮和发光二极管L1、L5的阳极；25脚接发光二极管L1、L2 、L3、L4的负极；26脚接发光二极管L5、L6 、L7、L8的负极；18、27、28脚悬空；微处理控制器通过内部编写的单片机程序，对各相电流互感器采样的电流、零序互感器采样的剩余电流进行比较分析，判断产品的运行情况，如满足程序中规定的脱扣条件，则输出相应的脱扣指令。

参照图7， 漏电脱扣指示装置由底座1、盖2、罩3、指示片4、永磁体5、电感线圈6、U形导磁棒7构成，指示片4的两面是不同的颜色，用来指示产品的两种状况，指示片4中放有永磁体5，安放在U型导磁棒7中间，当电感线圈6通直流电后磁化U型导磁7棒，指示片4可根据永磁体的N、S极和U型导磁棒磁化的N、S极做出相应的指示，如两者极性相反，则保持指示片不翻转，如两者极性一致，则翻转指示片；

参照图8， 指示装置的控制电路由两路控制，分别通过微处理控制器IC1的12、17脚来控制三极管V3、V4的开关来实现电感线圈的电流方向，控制U型导磁棒磁化极性，从而指示产品的状态，通过稳压二极管V8、V9来关闭三极管V1、V2，从而关闭电感线圈的电流。

参照图9， 人机交换界面由液晶显示屏，L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8八个发光二极管，“M”、 “8 ”、 “↑”、 “↓”四个按钮开关组成；产品接通电源后，如产品前次有故障跳闸，则液晶显示屏闪烁显示上次故障跳闸原因，如无故障，则显示产品各相电流中最大的电流值，此时，如果按下“↑”或“↓”按钮开关，可切换显示A、B、C、N相电流值大小和剩余电流值的大小；如果按下“M”按钮，则发光二极管L1亮，液晶显示屏显示设定的额定电流值，此时如果按下“↑”或“↓”按钮可设定产品的额定电流值；依次按下“M”按钮，则发光二极管L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8依次发亮，按下“↑”或“↓”按钮，可依次设定过载长延时动作时间、短延时动作电流、短延时动作时间、瞬时动作电流、N相额定电流、额定剩余电流、剩余电流动作时间，发亮二极管与设定参数的对应关系如下：L1亮—额定电流值，L2亮—长延时动作时间，L3亮—短延时动作电流，L4亮—短延时动作时间，L5亮—瞬时动作电流，L6亮—N相额定电流，L7亮—额定剩余电流，L8亮—剩余电流动作时间；其中额定剩余电流值可设置成“OFF”,即关闭剩余电流保护功能。

本发明由于采用了以上各电路和装置，使产品内部控制电路结构比较简单，具有动作可靠性高，抗干扰能力强，体积小，性价比高的优点。

Claims (4)

1.一种一体式带剩余电流保护动作智能塑壳断路器，其特征在于：所述智能塑壳断路器包括：

三相电源处理电路，由两路构成，其中一路对电容进行快速充电后自动关闭，再由另一路多级降压恒流电路保持电容两端电压和电量，供应微处理控制器和综合脱扣装置正常工作；

电流信号采样电路，用以采取各相主电路的电流信号，并将电流信号进行放大后输入微处理控制器中；

剩余电流采样电路，用以由安装在智能塑壳断路器内部的零序互感器对各相电流进行矢量运算后输入到微处理控制器中；

综合脱扣装置为电路动作执行机构，用以当电路发生过载、短路、漏电情况满足脱扣要求时，微处理控制器发出脱扣指令给综合脱扣器，执行断开断路器操作；

微处理控制器，用以判断各相电流的运行状况，当发生过载、短路故障时，输出相应的控制信号给脱扣装置，使智能塑壳断路器脱扣跳闸；以及，当剩余电流值达到脱扣条件时，输出相应的控制信号给脱扣装置和漏电脱扣指示装置，使智能塑壳断路器脱扣跳闸并指示漏电脱扣；

所述三相电源处理电路连接所述微处理控制器、综合脱扣装置，所述电流信号采样电路、剩余电流采样电路均与所述微处理控制器连接，所述微处理控制器与所述综合脱扣装置连接。

2.如权利要求1所述的一体式带剩余电流保护动作智能塑壳断路器，其特征在于：所述智能塑壳断路器还包括：

漏电脱扣指示装置为电复位指示装置，用以当断路器因剩余电流而脱扣跳闸的情况下，指示智能塑壳断路器的脱扣原因是漏电引起，当漏电故障排除后，智能塑壳断路器重新合闸，微处理控制器判断无剩余电流或剩余电流未满足脱扣条件时，指示能自动进行电复位，翻转指示；

所述微处理控制器与所述漏电脱扣指示装置连接。

3.如权利要求1或2所述的一体式带剩余电流保护动作智能塑壳断路器，其特征在于：所述智能塑壳断路器还包括：

人机交换界面，用以供用户查阅智能塑壳断路器的各项技术参数，各相主电路实际电流值，实际剩余电流值，前次脱扣跳闸的故障查询；对智能塑壳断路器的各相技术参数进行设置，包括智能塑壳断路器的额定电流、过载长延时动作时间、短延时动作电流、短延时动作时间、瞬时动作电流、N相额定电流、额定剩余电流、剩余电流动作时间、剩余电流保护功能的开关设定；

所述三相电源处理电路连接所述人机交换界面，所述微处理控制器连接所述人机交换界面。

4.如权利要求1或2所述的一体式带剩余电流保护动作智能塑壳断路器，其特征在于：所述智能塑壳断路器还包括：

自生电源处理电路，用以将由主电路电流产生的感应交流高电压电能转换成直流低电压电能后对电容充电，在无外接电源时供应微处理控制器和脱扣装置正常工作；

所述三相电源处理电路连接所述自生电源处理电路，所述自生电源处理电路连接所述微处理控制器、综合脱扣装置。

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