CN104466885A - 一种断路器控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断路器控制器，属于断路器技术领域。本发明将断路器控制器所要执行的功能分由多个控制单元实现，并根据主配电回路所能提供的能量情况，采用多级供电的方式自适应地为多个控制单元分配电能，为执行较重要功能的用电单元优先供电，从而可在主配电回路电流较小的情况下也可保证断路器基本保护功能的正常实现；本发明还进一步根据各用电单元的实际负载电流对电能分配进行调整，当出现过流现象时，自适应地切断相应用电单元的供电，可大大降低由于部分电路失效导致整个控制器失效的概率，提高控制器的可靠性。

Description

一种断路器控制器

技术领域

本发明涉及一种断路器控制器，属于断路器技术领域。

背景技术

在低压断路器领域，断路器用控制器包含两种供电方式 ：第一种是自供电，即采用断路器内置的能量线圈，当主配电回路中有电流流过时感应出电能；第二种是辅助电源供电，由另外的电源模块为控制器提供电能。

对于目前市场上绝大多数的塑壳断路器来说，均采用自供电的方式。对于万能式框架断路器来说，基本上是采用自供电和辅助电源联合供电的方式，但是也可以只采用自供电的方式运行。断路器在采用自供电时，存在一些局限性：

第一，能量线圈输出的能量与主配电回路流过的电流成正比，当主配电回路中流过的电流减小时，能量线圈输出的能量相应减少，这会导致两个问题，一是在主配电回路电流较低时控制器无法正常启动，二是在断路器合闸时如遇到短路电流会由于短时间电能不足使断路器脱扣时间延长。

第二，控制器正在朝功能多样化的方向发展，电路的规模在不断地被加大，使控制器的功耗越来越大。相反地，断路器正在朝着小型化的方向发展，内部空间被不断地压缩从而限制了能量线圈的尺寸，无法提供更多的电能，使控制器的功能多样化发展和断路器的小型化发展相互制约。

第三，控制器中采用的电子元器件，在经过长时间的工作后可能会失效，失效元器件可能会引出过流或者短路现象，进一步增加控制器的电能需求，在提供的电能有十分有限的情况下，可导致控制器无法工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有断路器自供电技术的不足，提供一种断路器控制器，采用分级供电的方式，可根据自供电装置所提供电能大小，自适应地进行电能分配，优先保证断路器基本保护功能所需电能，从而有效提高断路器的安全性、可靠性。

本发明的技术方案具体如下：

一种断路器控制器，包括：用于从断路器所保护的主配电回路提取电能的自供电装置，并联于所述自供电装置的输出回路中的第一控制单元、第二控制单元、附加模块，可对断路器所保护的主配电回路的电流进行监测的信号采集装置，可同时关断第二控制单元与附加模块的电源输入的第一开关装置，可关断附加模块电源输入的第二开关装置；第一控制单元、第二控制单元、附加模块依次信号连接，信号采集装置的输出端分别与第一控制单元、第二控制单元信号连接，第一开关装置的控制端与第一控制单元信号连接，第二开关装置的控制端与第二控制单元信号连接；第一控制单元可实现以下控制功能：判断信号采集装置所输入的电流是否大于预设的第一电流阈值，如是，控制第一开关装置导通，如否，控制第一开关装置关断；第二控制单元可实现以下控制功能：比较信号采集装置所输入的电流是否大于预设的第二电流阈值，如是，控制第二开关装置导通，如否，控制第二开关装置关断；所述第一电流阈值小于第二电流阈值。

为了使断路器能够在合闸瞬间检测到短路电流时将能量集中用于保护控制输出，加快断路器的分闸速度，在控制器上电初始化时，第一控制单元执行所述开关控制功能的任务优先级低于第一控制单元执行保护控制功能的任务优先级。

为进一步提高控制器的可靠性，降低由于部分元器件失效而导致的过流、短路现象对控制器的影响，进一步地，所述断路器控制器还包括可对第二控制单元与附加模块的负载电流进行检测的电流检测装置；所述电流检测装置的输出端与第一控制单元信号连接；第一控制单元还可实现以下控制功能：

在第一开关装置导通、第二开关装置关断的情况下，如电流检测装置输入的检测结果大于预设的第二控制单元最大负载电流值，则控制第一开关装置关断；

在第一开关装置、第二开关装置均导通的情况下，如电流检测装置输入的检测结果大于所述第二控制单元最大负载电流值与预设的附加模块最大负载电流值之和，则通知第二控制单元关断第二开关装置。如此时电流检测装置输入的检测结果仍大于所述第二控制单元的最大负载电流值，第一控制单元控制第一开关装置关断。

更进一步地，第一控制单元在通知第二控制单元关断第二开关装置后会要求第二控制单元回复，如在预设时间内未收到第二控制单元的回复，则第一控制单元直接控制第一开关装置关断。

相比现有技术，本发明的各项技术方案具有以下有益效果：

本发明采用了多级供电的方式，根据能量线圈提供的功率的大小，自适应地工作于多种不同的供电模式，与传统全局供电的方式相比，使控制器可在更小的主配电回路电流下便能够进入工作模式，实现断路器的核心保护功能。

在控制器上电初始化的过程中，本发明将第一控制单元执行供电模式切换功能的任务优先级设置为最低，这样，当断路器合闸瞬间检测到短路电流时，控制器能够将电能 集中用于保护控制输出，加快断路器的分闸速度，降低断路器的损耗。

本发明的断路器控制器可实时监测各用电单元的实际负载电流，当出现过流现象时，可自适应地切断相应用电单元的供电，从而保证控制器基本保护功能的正常工作；与传统控制器相比，可大大降低由于部分电路失效导致整个控制器失效的概率，提高控制器的可靠性。

本发明断路器控制器的结构简单，实现成本较低。

附图说明

图1为本发明断路器控制器的结构框图；

图2为优选实施例的断路器控制器在初始上电时的工作流程图；

图3为优选实施例的断路器控制器在各用电单元均正常运行时的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明针对现有现有断路器自供电技术的不足，将断路器控制器所要执行的功能分由多个控制单元实现，并根据主配电回路所能提供的能量情况，采用多级供电的方式自适应地为多个控制单元分配电能，为执行较重要功能的用电单元优先供电，从而可在主配电回路电流较小的情况下也可保证断路器基本保护功能的正常实现；本发明还进一步根据各用电单元的实际负载电流对电能分配进行调整，当出现过流现象时，自适应地切断相应用电单元的供电，可大大降低由于部分电路失效导致整个控制器失效的概率，提高控制器的可靠性。

为了便于公众理解，下面以一个本发明断路器控制器的一个优选实施例来对本发明技术方案进行更详细描述。

图1显示了本实施例的基本结构。如图所示，该断路器控制器包括：自供电装置、信号采集装置、电流检测装置、第一开关装置、第二开关装置、第一控制单元、第二控制单元以及附加模块，附加模块在本实例中优选显示与输入单元。

自供电装置用于从主配电回路中感应出电能，然后通过整流、滤波等处理后，为第一控制单元、第二控制单元以及显示与输入单元提供电能。如图1所示，第一控制单元、第二控制单元、显示与输入单元依次并联于自供电装置的输出回路中。

信号采集装置用于对主配电回路的电流进行监测，并将监测到的电流信息传输至第一控制单元和第二控制单元。

第一开关装置为可控开关，由与其信号连接的第一控制单元进行控制，其串接于供电线路中，用于接通/关断第二控制单元和显示与输入单元的电源；第二开关装置为可控开关，由与其信号连接的第二控制单元进行控制，其串接于供电线路中，用于接通/关断显示与输入单元的电源。

第一控制单元、第二控制单元、显示与输入单元依次信号连接，相互之间可进行信息交互。第一控制单元用于执行断路器的基本保护功能，第二控制单元用于执行除基本保护任务之外的扩展功能。基本保护功能和扩展功能的划分可根据实际需要进行，本实施例中的基本保护功能包括：过载长延时保护、短路短延时保护、短路瞬时保护、接地保护等。其它的扩展功能，例如功率、电能的计算及通信功能等，由第二控制单元执行。显示与输入单元为用户接口，用于显示和修改断路器控制器的信息参数。

该断路器控制器具有三种供电模式：一种是第一控制单元供电运行，一种是第一控制单元与第二控制单元同时供电运行，最后一种是第一控制单元、第二控制单元以及显示与输入单元同时供电运行。三种供电模式间的切换根据信号采集装置所采集到的主配电回路电流的大小自适应地进行，具体方法如下：

第一控制单元内预设第一电流参考值，该参考值是根据第一控制单元和第二控制单元同时工作时所需要的电能，结合能量线圈的输出特性计算得出。当第一控制单元通过信号采集装置检测到主配电回路电流上升并达到该参考值时，控制第一开关装置闭合，使第二控制单元上电工作，当主配电回路电流下降并低于该参考值时，控制第一开关装置断开，切断第二控制单元的电源。第二控制单元内预设第二电流参考值，该参考值是根据控制器所有用电单元同时工作时所需要的电能，结合能量线圈的输出特性计算得出，其值大于第一电流参考值。当第二控制单元通过信号采集装置检测到主配电回路电流上升并达到该参考值时，控制第二开关装置闭合，使显示与输入单元上电工作，当主配电回路电流下降并低于该参考值时，控制第二开关装置断开，切断显示与输入单元的电源。

为了使断路器能够在合闸瞬间检测到短路电流时将能量集中用于保护控制输出，加快断路器的分闸速度，本发明进一步设定在控制器上电初始化时，第一控制单元根据第一电流参考值开启第一开关装置的任务优先级低于第一控制单元所执行的其它任何保护功能的任务优先级。例如，当第一控制单元在上电时检测到主配电回路中电流超出了保护设定范围并且达到第一电流参考值时，暂不控制开启第一开关装置，首先进行保护功能计算与处理，如电流超出了断路器设定的动作域值，则直接驱动断路器脱扣。

为进一步提高控制器的可靠性，降低由于部分元器件失效导致的过流和短路问题对控制器造成的影响，本发明在控制器中增加了可对后级负载进行监控的电流检测装置，并根据电流检测装置的监控结果对后级用电单元进行过流关断。如图1所示，电流检测装置串接于第一控制单元之后的供电电路中，用于检测后级的第二控制单元和显示与输入单元的负载电流，并将检测结果传输给与其信号连接的第一控制单元。如图1所示，第二控制单元和显示与输入单元的负载电流均从电流检测装置流过。为方便实现过流关断功能，第一控制单元中预先设定两个参考值：第二控制单元运行电流最大值Imax1，显示与输入单元运行电流最大值Imax2。当第一开关装置闭合后，第二控制单元运行，此时第一控制单元可通过电流检测装置检测到第二控制单元的负载电流，与预先设定的参考值相比较，当负载电流值大于Imax1时，第一控制单元直接控制第一开关装置断开，如不大于Imax1，第一控制单元向第二控制单元发送通知。第二控制单元接收到通知后，如此时检测到的主配电回路电流达到第二电流参考值时，控制第二开关装置闭合，显示与输入单元上电运行。当显示与输入单元运行后，第一控制单元所检测到的负载电流值将发生变化，如果负载电流大于Imax1与Imax2的和时，则向第二控制单元发送通知，将第二开关装置断开。上述工作过程的流程如图2所示，图中I代表主配电回路电流，Iref1表示第一电流参考值，Iref2表示第二电流参考值，Iload表示电流检测装置检测到的后级电路负载电流值，Imax1表示第二控制单元的最大负载电流值，Imax2表示显示与输入单元的最大负载电流值。

如果在控制器的所有用电单元均开启并正常运行的过程中第一控制单元检测到负载电流值大于Imax1与Imax2的和，那么第一控制单元首先发送通知，使第二控制单元将第二开关装置断开，第二开关装置断开后的负载电流如果大于Imax1,第一控制单元直接控制第一开关装置断开。如果第一控制单元向第二控制单元发送通知后未收到回复，则直接控制第一开关装置断开。上述工作过程如图3所示，图中字母的含义与图2相同。

电流检测装置优先选择分流器（电阻），负载电流流过分流器时，在分流器两端产生一个直流电压，该直流电压输送至第一控制单元中，进行A/D转换后即可计算出此时负载电流值。

本发明所涉及的控制单元、信号采集装置、自供电装置、开关装置等部分均为现有成熟技术，本领域技术人员完全可根据实际情况选用，为简便起见，此处不做过多描述。

Claims (8)

1.一种断路器控制器，其特征在于，包括：用于从断路器所保护的主配电回路提取电能的自供电装置，并联于所述自供电装置的输出回路中的第一控制单元、第二控制单元、附加模块，可对断路器所保护的主配电回路的电流进行监测的信号采集装置，可同时关断第二控制单元与附加模块的电源输入的第一开关装置，可关断附加模块电源输入的第二开关装置；第一控制单元、第二控制单元、附加模块依次信号连接，信号采集装置的输出端分别与第一控制单元、第二控制单元信号连接，第一开关装置的控制端与第一控制单元信号连接，第二开关装置的控制端与第二控制单元信号连接；第一控制单元可实现以下控制功能：判断信号采集装置所输入的电流是否大于预设的第一电流阈值，如是，控制第一开关装置导通，如否，控制第一开关装置关断；第二控制单元可实现以下控制功能：比较信号采集装置所输入的电流是否大于预设的第二电流阈值，如是，控制第二开关装置导通，如否，控制第二开关装置关断；所述第一电流阈值小于第二电流阈值。

2.如权利要求1所述断路器控制器，其特征在于，在控制器初始上电时，第一控制单元执行所述开关控制功能的任务优先级低于第一控制单元执行保护控制功能的任务优先级。

3.如权利要求1所述断路器控制器，其特征在于，还包括可对第二控制单元与附加模块的负载电流进行检测的电流检测装置；所述电流检测装置的输出端与第一控制单元信号连接；第一控制单元还可实现以下控制功能：

在第一开关装置导通、第二开关装置关断的情况下，如电流检测装置输入的检测结果大于预设的第二控制单元最大负载电流值，则控制第一开关装置关断；

在第一开关装置、第二开关装置均导通的情况下，如电流检测装置输入的检测结果大于所述第二控制单元最大负载电流值与预设的附加模块最大负载电流值之和，则通知第二控制单元关断第二开关装置，如此时电流检测装置输入的检测结果仍大于所述第二控制单元的最大负载电流值，第一控制单元控制第一开关装置关断。

4.如权利要求3所述断路器控制器，其特征在于，第一控制单元在通知第二控制单元关断第二开关装置后会要求第二控制单元回复，如在预设时间内未收到第二控制单元的回复，则第一控制单元直接控制第一开关装置关断。

5.如权利要求3所述断路器控制器，其特征在于，所述电流检测装置为分流器。

6.如权利要求3所述断路器控制器，其特征在于，第一控制单元用于执行断路器的基本保护功能，第二控制单元用于执行断路器的扩展保护功能。

7.如权利要求6所述断路器控制器，其特征在于，所述基本保护功能包括：过载长延时保护、短路短延时保护、短路瞬时保护、接地保护。

8.如权利要求3所述断路器控制器，其特征在于，所述附加模块为用于显示和修改断路器控制器的信息参数的显示与输入单元。