CN111650413A - 智能微型断路器的计量及保护系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种智能微型断路器的计量及保护系统及其方法，包括用于微型断路器的保护电路和计量电路；所述保护电路用于采集和整合数据来控制微型断路器接通或切断给该微型断路器相连的电源；所述计量电路用于计量出微型断路器所在线路上的电压、电流、频率、功率和电能数据。有效的实现了降低了用户采购大量电能表的成本、提供更加安全的保障、提供更加方便的服务、可实现电能计量计费功能、可限定电量、达到限定电量自动断电、充钱后自动送点、提供阀值可设置的过压、欠压、功率限定保护功能、防止出现火灾、可自动录波、可用来分析电力系统故障原因的功能。

Description

智能微型断路器的计量及保护系统及其方法
技术领域
本发明涉及微型断路器技术领域，也属于计量与保护技术领域， 具体涉及一种智能微型断路器的计量及保护系统及其方法。
背景技术
断路器是指能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，也 能在规定的非正常电路条件下接通、承载一定时间和分断电流的一 种机械开关电器。而微型断路器，简称MCB(Micro Circuit Break er/Miniature Circuit Breaker)，是建筑电气终端配电装置引中使用最广泛的一种终端保护电器。用于125A以下的单相、三相的短 路、过载、过压等保护，包括单极1P，二极2P、三极3P、四极4P 等四种。具体而言，断路器(也叫空气开关)无论家庭还是工业上 都是很常见的，断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故 障电路，防止事故扩大，保证安全运行。传统断路器，特别是微型 断路器使用的结构示意图，如图1所示，基本上由短路脱扣器1-1 、操作机构1-2、双金属片1-3、触头系统1-4、灭弧系统1-5组成；传统断路器，特别是微型断路器使用的电路示意图如图2所示， 电路很简单，其中标号2-1为220V输入端，标号1-1为短路脱扣器 ，标号1-4为触头系统，标号1-3为双金属片，标号为2-5为220V 输出端即负载端，无需内置电路板和数字电路。
图1的操作机构1-2包括各种连接杆以及操作手柄；
图1的灭弧系统当断路器切断电源时，会在触头两端产生电弧 ，灭弧系统就是通过拉长电弧拉长电弧减小各电弧之间的电压并降 温来灭掉电弧；
图2的220V输入端用于接入断路器的电源；
图2的短路脱扣器1-1串联在负载回路中，当正常使用时，流 过的电流不足以使短路脱扣器动作，当负载发生短路故障时，大电 流产生的磁场克服脱扣器的反力弹簧，脱扣器推动操作机构动作， 开关瞬时跳闸；
图2的触头系统1-4起接通/切断电源的作用，类似于生活中的 开关；
图2的双金属片1-3串联在负载回路中，当正常使用时，流过 的电流使双金属片发热很小，不足以使双金属片变形，当线路过载 时，电流变大，发热量加剧，双金属片变形，经过一段时间后，双 金属片变形到一定程度拉动操作机构动作，开关跳闸；
图2的220V输出端作为断路器的负载端，即用来接电设备用于 接入断路器的电源。
上述方案是传统微型断路器常用的方案，在一般的场合用是可 以满足需求的，但是在某些特定的场合是不能满足要求或存在缺陷 的，这些缺陷带来的需要解决的问题如下所示：
1.用户需要集中管理各个房间，需要知道各房间所消耗的电能 ，以及各房间的电费使用情况，自动切断超出限定电量房间的电源 ；
2.用户所使用的电子产品需要严格限定电压的区间，过高或过 低的电压都会损坏用户设备，用户要求过压/欠压的阀值可以灵活配 置；
3.用户需要限制某场所的用电功率，且用电功率限制阀值可灵 活配置；4.4.用户要求出现过载故障时，需要立即切断电源；
5.用户要求在电力系统发生故障时，需要记录故障前后波形， 用来分析电力系统故障原因。
针对第一个问题，目前单个微型断路器无法解决，目前解决办 法一种是使用电能表和微型断路器进行串联，人工巡检每个房间电 能表的电量，如超出限定电量，则手动拉闸断电；第二种解决办法 是使用新兴的物联网智能电表和微型断路器串联，物联网智能电表 会在用户超出限定电量后自动断电；但是无论是第一种办法还是第 二种办法，成本相对于微型断路器来说都增加了好几倍甚至几十倍 ，而且需要人为干预，增加工作量。
针对第二个问题，目前还没有比较好的解决方案；
针对第三个问题，目前还没有比较好的解决方案；
针对第四个问题，目前微型断路器过载保护都是使用双金属片 受热变形的原理来实现的，但是这种方案是存在缺陷的，也存在一 定风险性的，因为发生过载故障以后，双金属片需要一定的时间才 能变形到可以拉动操作机构动作切断电源的程度，这个时间可能是 几秒钟也可能是几分钟，在这段时间里如果出现过载故障的用电器 产生了大量的热量或产生明火，很容易引起火灾；
针对第五个问题，目前还没有比较好的解决方案；
综上所述，在某些特定的场合中，传统微型断路器使用的技术 方案是存在缺陷的，对于解决上述问题，目前还没有好的解决方案 。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种智能微型断路器的计量及 保护系统及其方法，有效的实现了降低了用户采购大量电能表的成 本、提供更加安全的保障、提供更加方便的服务、可实现电能计量 计费功能、可限定电量、达到限定电量自动断电、充钱后自动送点 、提供阀值可设置的过压、欠压、功率限定保护功能、防止出现火 灾、可自动录波、可用来分析电力系统故障原因的功能。
为了克服现有技术中的不足，本发明给予了一种智能微型断路器 的计量及保护系统及其方法的解决方案，具体如下：
一种智能微型断路器的计量及保护系统的方法，该方法包括：
(1)计量所述微型断路器所在线路上的数据；
(2)对所述微型断路器进行保护。
进一步的，所述计量所述微型断路器所在线路上的数据，包括：
流过所述电源L线的电流产生的磁场在电流互感器1中感应出 了微小的电流，根据所述电流互感器的变比为2000:1，所以电流互 感器1所感应出的电流I2的大小为流过所述电源L线的电流大小的 1/2000,即I2＝I1/2000,然后经过电流采样电路2将电流I2转换为 电压I_AMP，而电压I_AMP的电压值＝I2*(采样电阻R12的电阻值) ＝I1*(采样电阻R12的电阻值)/2000，而所述电压I_AMP信号进 入计量电路6后通过所述计量电路6的RC滤波电路一滤波后而得到 计量用电流信号IA+/IA-；
所述限流电阻和电压互感器4串联后再一起并联在所述电源 L线和电流N线上，这样流过限流电阻3和电压互感器4的电流为 Iu＝U1/(限流电阻R14的电阻值)，根据所述电压互感器4的变比 为1:1，则经过取样电阻R16后将电流转换为电压U_AMP，电压 U_AMP的电压值＝Iu*(取样电阻R16的电阻值)＝U1*(取样电阻 R16的电阻值)/(限流电阻R14的电阻值),电压U_AMP信号进入 计量电路6后经过计量电路6的RC滤波电路二得到计量用电压信号 U_PT+/U_PT-；
所述计量电路采集到传送来的所述电压信号U_PT+/U_PT-以及 电流信号IA+/IA-，计算出所述微型断路器的当前电压、电流、频 率、功率和电能这样的信息，再通过所述串口将所述微型断路器的 当前电压、电流、频率、功率和电能这样的信息传输到单片机电路 9，再由其单片机根据预先设置的电能阀值来控制切断电源。
进一步的，所述对所述微型断路器进行保护，包括：
流过所述电源L线的电流产生的磁场在电流互感器1中感应出 了微小的电流，根据所述电流互感器的变比为2000:1，所以电流互 感器1所感应出的电流I2的大小为流过所述电源L线的电流大小的 1/2000,即I2＝I1/2000,然后经过电流采样电路2将电流I2转换为 电压I_AMP，而电压I_AMP的电压值＝I2*(采样电阻R12的电阻值) ＝I1*(采样电阻R12的电阻值)/2000；而所述电流放大电路8的 作用是将输入的所述电压I_AMP信号放大1.5倍，所以电压 I_AMP信号经过电流放大电路8放大后并传送到所述ADC引脚一 ADC1的电压值＝电压I_AMP的电压值*1.5＝1.5*I1*(采样电阻 R12的电阻值)/2000；
所述限流电阻和电压互感器4串联后再一起并联在所述电源 L线和电流N线上，这样流过限流电阻3和电压互感器4的电流为 Iu＝U1/(限流电阻R14的电阻值)，根据所述电压互感器4的变比 为1:1，则经过取样电阻R16后将电流转换为电压U_AMP，电压 U_AMP的电压值＝Iu*(取样电阻R16的电阻值)＝U1*(取样电阻 R16的电阻值)/(限流电阻R14的电阻值)；而所述电压放大电路 7的作用是将输入的电压U_AMP信号放大2倍，所以信号U_AMP经过电压放大电路7放大并传送到所述ADC引脚二ADC2的电压值 ＝(电压U_AMP的电压值)*2＝2*U1*(取样电阻R16的电阻值) /(限流电阻R14的电阻值)；
所述单片机电路9中的单片机采样到传送到所述ADC引脚一 ADC1的电压值和传送到所述ADC引脚二ADC2的电压值，就可以反 向推出实际电压值U1和电流值I1，其中电压值U1＝(传送到所述 ADC引脚二ADC2的电压值*限流电阻R14的电阻值)/(2*取样电阻R16的电阻值)，电流值I1＝(传送到所述ADC引脚一ADC1的电压值 *2000)/(1.5*采样电阻R12的电阻值)；在得出实际电压值U1和电流 值I1后就可以得出微型断路器所在线路的负载的实际功率 P1＝U1*I1；这样得到所述电压值U1、电流值I1和功率值P1以后就 可以分别根据是否超过预设的过压阀值、欠压阀值以及功率限定阀 值来确定是否瞬间切断所述电源。
当发生故障导致微型断路器动作时，单片机电路9自动地、准 确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况，并对电流和电 压的波形进行记录，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理 事故、判断保护是否正确动作、提高微型断路器所在的电力系统安全运行水平有着重要作用。
所述智能微型断路器的计量及保护系统，包括用于微型断路器 的保护电路和计量电路；
所述保护电路用于采集和整合数据来控制微型断路器接通或切 断给该微型断路器相连的电源；
所述计量电路6用于计量出微型断路器所在线路上的电压、电 流、频率、功率和电能数据。
进一步的，所述保护电路包括电流互感器1、电流采样电路2、 限流电路3、电压互感器4、电压采样电路5、电压放大电路7、电 流放大电路8以及单片机电路9；
所述单片机电路包括单片机和集成在所述单片机上的串口，所 述单片机包括ADC引脚一ADC1和ADC引脚二ADC2；
所述电流互感器1用于感应出所述电源接入所述微型断路器的 电源L线的电流信号，所述电流互感器与电流采样电路2连接，所 述电流采样电路2还与电流放大电路8连接，所述电流放大电路8 还与所述单片机的ADC引脚一ADC1连接；
所述电压互感器4用于感应出所述电源接入所述微型断路器的 电源L线和电源N线之间的电压信号，所述电压互感器4与所述电 压采样电路5连接，所述电压采样电路5还与所述电压放大电路7 连接，所述电压放大电路7还与所述单片机的ADC引脚二ADC2连接 。
进一步的，所述电流采样电路2和电压采样电路5还均与所述 计量电路6连接，所述计量电路6通过串口接入集成在所述单片机 上的串口。
进一步的，所述电压互感器4与所述微型断路器的电源L线之 间串联着作为限流电路3的限流电阻并一起并联在所述电源L线和 电流N线上；
所述电压采样电路5包括与所述电压互感器4并联的取样电阻 R16；
所述电流采样电路2包括与所述电流互感器1并联的采样电阻 R12。
进一步的，所述电流互感器1的变比为2000:1；
所述电压互感器4的变比为1:1；
所述电压放大电路7用于将所述电压采样电路输入的信号放大 2倍后输出；
所述电流放大电路8将所述电流采样电路输入的信号放大1.5 倍后输出；
所述单片机电路9用于采集计量电路中电压、电流、频率、功 率和电能数据，以及计算保护用的实时电压和实时电流，整合数 据并控制所述断路器接通或切断所述电源。
本发明的有益效果为：
(1)本发明计量加保护二合一，目前市场上还没有这种方案，此 方案会降低用户采购大量电能表的成本，提供更加安全的保障，提 供更加方便的服务；
(2)本发明可实现电能计量计费功能，可限定电量，达到限定电 量自动断电，充钱后自动送电；
传统断路器不具备电能计量计费能力，本发明可填补传统断路 器功能空缺；
相对于使用电能表+传统断路器方案，本发明成本低，且占用空 间小，使用安全方便；
(3)本发明保护功能增加，不仅支持传统断路器的灭弧、短路、 过载保护，还提供阀值可设置的过压、欠压、功率限定保护功能： 传统断路器只具备灭弧、短路保护、过载保护功能，如果出现过压、 欠压问题会损坏用电设备，而本发明可以在出现过压、欠压、轻度过载问题时瞬间切断电源；且本发明过压、欠压、功率限定的都是 可以更改的，方便又安全；
(4)本发明保护功能升级，出现过载故障时，可瞬间切断电源， 防止出现火灾；出现过压、欠压故障时，可瞬间切断电源，防止损 坏用电设备；
传统断路器过载保护都是使用双金属片受热变形的原理来实现 的，但是这种方案是存在缺陷的，也存在一定风险性的，因为发生 过载故障以后，双金属片需要一定的时间才能变形到可以拉动操作 机构动作切断电源的程度，这个时间可能是几秒钟也可能是几分钟， 在这段时间里如果出现过载故障的用电器产生了大量的热量或产生 明火，很容易引起火灾；本发明的过载功率限定阀值可设置，当出 现负载功率大于设置阀值时，断路器瞬间断电，防止出现火灾。
(5)电力系统发生故障时，可自动录波，可用来分析电力系统故 障原因；
故障录波器可在系统发生故障时，自动地、准确地记录故障前、 后过程的各种电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较， 对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行 水平有着重要作用。
附图说明
图1传统的微型断路器使用的结构的示意图。
图2传统的微型断路器使用的电路的示意图。
图3本发明智能微型断路器的计量及保护系统的电路示意图。
图4本发明智能微型断路器的计量及保护系统的电路图。
图5为本发明的单片机控制微型电路器合闸和断开的原理图。
图6为本发明的故障录波的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步地说明。
如图1-图4所示，智能微型断路器的计量及保护系统的方法， 该方法包括：
(2)计量所述微型断路器所在线路上的数据；
(2)对所述微型断路器进行保护。这样就能不仅支持传统断路 器的灭 弧、短路、过载保护，还提供阀值可设置的过压、欠压、功率限定 保护功能，还可实现电能计量计费功能，可限定电量，达到限定电 量自动断电，充钱后自动送点的功能。
所述计量所述微型断路器所在线路上的数据，包括：
假设用户用电时，也就是所述电源和所述微型断路器导通时， 所述电源接入所述微型断路器的电源L线和电流N线之间电压为 U1，流过所述电源L线的电流值为I1；流过所述电源L线的电流产 生的磁场在电流互感器1中感应出了微小的电流，本发明中，根据 所述电流互感器的变比为2000:1，所以电流互感器1所感应出的电 流I2的大小为流过所述电源L线的电流大小的1/2000,即 I2＝I1/2000,也就是说电流互感器1线性的将大电流转换为小电流， 然后经过电流采样电路2将电流I2转换为电压I_AMP，而电压 I_AMP的电压值＝I2*(采样电阻R12的电阻值)＝I1*(采样电阻 R12的电阻值)/2000，而所述电压I_AMP信号进入计量电路6后通 过所述计量电路6的RC滤波电路一滤波后而得到计量用电流信号 IA+/IA-；所述限流电阻和电压互感器4串联后再一起并联在所述电 源L线和电流N线形成的线路上，这样流过限流电阻3和电压互感 器4的电流为Iu＝U1/(限流电阻R14的电阻值)，本发明中，根据 所述电压互感器4的变比为1:1，则经过取样电阻R16后将电流转 换为电压U_AMP，电压U_AMP的电压值＝Iu*(取样电阻R16的电阻 值)＝U1*(取样电阻R16的电阻值)/(限流电阻R14的电阻值), 电压U_AMP信号进入计量电路6后经过计量电路6的RC滤波电路二得到计量用电压信号U_PT+/U_PT-；所述计量电路采集到传送来 的所述电压信号U_PT+/U_PT-以及电流信号IA+/IA-，计算出所述微 型断路器的当前电压、电流、频率、功率和电能这样的信息，再通 过所述串口将所述微型断路器的当前电压、电流、频率、功率和电 能这样的信息传输到单片机电路 9，再由其单片机根据用户预先设置的电能阀值来控制切断电源并将 电能上传到与所述单片机通信连接的用户服务器。
所述对所述微型断路器进行保护，包括：
假设用户用电时，也就是所述电源和所述微型断路器导通时， 所述电源接入所述微型断路器的电源L线和电流N线之间电压为 U1，流过所述电源L线的电流值为I1；流过所述电源L线的电流产 生的磁场在电流互感器1中感应出了微小的电流，本发明中，根据 所述电流互感器的变比为2000:1，所以电流互感器1所感应出的电 流I2的大小为流过所述电源L线的电流大小的1/2000,即 I2＝I1/2000,也就是说电流互感器1线性的将大电流转换为小电流， 然后经过电流采样电路2将电流I2转换为电压I_AMP，而电压 I_AMP的电压值＝I2*(采样电阻R12的电阻值)＝I1*(采样电阻 R12的电阻值)/2000；而所述电流放大电路8的作用是将输入的 所述电压I_AMP信号放大1.5倍，所以电压I_AMP信号经过电流放 大电路8放大后并传送到所述ADC引脚一ADC1的电压值＝电压 I_AMP的电压值*1.5＝1.5*I1*(采样电阻R12的电阻值)/2000； 所述限流电阻和电压互感器4串联后再一起并联在所述电源L线和 电流N线形成的线路上，这样流过限流电阻3和电压互感器4的电 流为Iu＝U1/(限流电阻R14的电阻值)，本发明中，根据所述电压 互感器4的变比为1:1，则经过取样电阻R16后将电流转换为电压U_AMP，电压U_AMP的电压值＝Iu*(取样电阻R16的电阻值)＝ U1*(取样电阻R16的电阻值)/(限流电阻R14的电阻值)；而所 述电压放大电路7的作用是将输入的电压U_AMP信号放大2倍，所 以信号U_AMP经过电压放大电路7放大并传送到所述ADC引脚二ADC2的电压值＝(电压U_AMP的电压值)*2＝2*U1*(取样电阻 R16的电阻值)/(限流电阻R14的电阻值)；所述单片机电路9中 的单片机采样到传送到所述ADC引脚一ADC1的电压值和传送到所述 ADC引脚二ADC2的电压值，就可以反向推理出用户通过所述微型断 路器所在线路用电时的实际电压值U1和电流值I1，其中电压值 U1＝(传送到所述ADC引脚二ADC2的电压值*限流电阻R14的电阻值) /(2*取样电阻R16的电阻值)，电流值I1＝(传送到所述ADC引脚一 ADC1的电压值*2000)/(1.5*采样电阻R12的电阻值)；在得出用户用 电时的实际电压值U1和电流值I1后就可以得出微型断路器所在线 路的负载的实际功率P1＝U1*I1；这样得到所述电压值U1、电流值 I1和功率值P1以后就可以分别根据是否超过用户预设的过压阀值、 欠压阀值以及功率限定阀值来确定是否瞬间切断所述电源。
当发生故障导致微型断路器动作时，单片机电路9自动地、准 确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况，并对电流和电 压的波形进行记录，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理 事故、判断保护是否正确动作、提高微型断路器所在的电力系统安全运行水平有着重要作用。
如图6所示，当断路器所在线路的负载端发生短路故障时，单 片机通过ADC1和ADC2检测到电流突然增大电压突然降低，便开始 记录电流和电压的波形，此时断路器中的短路脱扣器发挥作用，带 动脱扣杠杆使断路器脱扣断电分闸。维护人员查询故障原因时将单 片机记录的故障时电流和电压的波形导出来，分析发现电流突然增 加，电压突然降低，从而得故障原因是负载端发生短路。也就是说， 当电路发生故障时，故障录波器记录故障前后的波形，从图中看出 当电流I突然增大时，伴随着电压U迅速降低，因此根据故障录波功能所录到的波形我们可以判断出这个故障可能是由于负载端负载 突然增加或者线路虚连短路而导致的电流I突然增大，电压U迅速 降低。
所述智能微型断路器的计量及保护系统，包括用于微型断路器 的保护电路和计量电路；所述保护电路用于采集和整合数据来控制 微型断路器接通或切断给该微型断路器相连而通电的电源；所述计 量电路6用于计量出微型断路器所在线路上的电压、电流、频率、 功率和电能数据。这样根据所述保护电路来采集和整合数据以此控 制微型断路器接通或切断给该微型断路器通电的电源，以及所述计 量电路来计量出微型断路器的电压、电流、频率、功率或者电能数 据，就能不仅支持传统断路器的灭弧、短路、过载保护，还提供阀值可设置的过压、欠压、功率限定保护功能，还可实现电能计量计 费功能，可限定电量，达到限定电量自动断电，充钱后自动送点的 功能。所述保护电路包括如图3所示的电流互感器1、电流采样电 路2、限流电路3、电压互感器4、电压采样电路5、电压放大电路 7、电流放大电路8以及单片机电路9；所述单片机电路包括单片机 和集成在所述单片机上的串口，所述单片机包括ADC引脚一ADC1 和ADC引脚二ADC2；所述电流互感器1用于感应出所述电源接入所 述微型断路器的电源L线的电流信号，所述电流互感器与电流采样 电路2连接，所述电流采样电路2还与电流放大电路8连接，所述 电流放大电路8还与所述单片机的ADC引脚一ADC1连接；所述电压 互感器4用于感应出所述电源接入所述微型断路器的电源L线和电源N线之间的电压信号，所述电压互感器4与所述电压采样电路5 连接，所述电压采样电路5还与所述电压放大电路7连接，所述电 压放大电路7还与所述单片机的ADC引脚二ADC2连接。这样所述电 流放大电路8就能将电流采样信号放大后接入单片机的ADC一引脚 ADC1；所述电压放大电路7将电压采样信号放大后接入单片机的AD C二引脚ADC2。所述电流采样电路2和电压采样电路5还均与所述 计量电路6连接，所述计量电路6通过串口接入集成在所述单片机 上的串口。这样，所述电流互感器1、电流采样电路2、电压互感器 4、电压采样电路5、计量电路6和所述单片机电路9组成电能计量 计费系统；所述电流互感器1、电流采样电路2、电压互感器4、电 压采样电路5、电流放大电路8、电压放大电路7和单片机电路9组成保护系统。所述电流互感器1变比能够为2000:1，所述电流互感 器1感应到的电流信号经过电流采样电路2后分成两条路，一条接 入计量电路6，一条接入电流放大电路8；所述电压互感器4变比能 够为1:1，所述电压互感器4感应到的信号经过电压采样电路5后 分成两条路，一条接入计量电路6，一条接入电压放大电路7；所述 电流放大电路8将电流采样信号放大后接入单片机ADC1引脚；所述 电压放大电路7将电压采样信号放大后接入单片机ADC2引脚；所述 计量电路通过串口接入单片机串口；所述单片机电路9实现计量计 费以及保护控制功能，通过其ADC引脚一ADC1和ADC引脚二ADC2 引脚采样所得数据实现过压检测、欠压检测、功率限定的功能，当 达到用户所设置的过压、欠压、功率时，微型断路器自动切断电源，单片机还通过串口采集计量电路中的电能电量数据，实现计量计 费功能。
如上所述，单片机通过控制电机带动齿轮正向转动来控制断路 器手柄做出合闸动作来实现接通电源(合闸)，单片机通过控制电 机带动齿轮反向转动触发脱扣杠杆，断路器瞬间脱扣来实现切断电 源(分闸)，其原理如：脱扣的方式分为两种，一种是短路脱扣器动作，带动脱扣杠杆使断路器脱扣；另外一种是单片机通过电机驱 动控制电机反转，电机带动齿轮反转，直到触发脱扣杠杆以断路器 切断电源以后，电机停止转动。
举例1来说，当负载端发生短路故障时，断路器中的短路脱扣 器动作，带动脱扣杠杆使断路器脱扣断电分闸。
举例2来说，当发生超过限定功率故障时，单片机通过电机驱 动控制电机反转，电机带动齿轮反转，直到触发脱扣杠杆以断路器 切断电源以后，电机停止转动。
电能计量举例：计量电路中含有电能计量单元模块，用户用电 时电能计量单元模块会自动计算出用户所消耗的电量，单片机从电 能计量单元模块中读取该电量数据，传送到管理平台，管理平台就 可以看到该用户所消耗的电能了。这就实现了电能计量功能。
电能计费举例：管理平台收到断路器所传送过来的电量数据后 比如100度电，根据当前电费的价格来进行计费，比如当前电费价 格为0.5元/度，则可以计算出该用户需要缴纳的费用为100*0.5＝5 0元。这就实现了电能计费功能。
所述电压互感器4与所述微型断路器的电源L线之间串联着作 为限流电路3的限流电阻并一起并联在所述电源L线和电流N线形 成的线路上；这样所述限流电路3就能将大电压转换为小电流，以 此还能起到限流的作用，有效保护好所述电压互感器4.所述电压采样电路5包括与所述电压互感器4并联的取样电阻R16；所述电流 采样电路2包括与所述电流互感器1并联的采样电阻R12，所述电 流采样电路2能通过采样电阻将所述电流互感器1感应到的小电流 转换为电压信号。所述电流互感器1的变比为2000:1，起将大电流 转换为小电流、强弱电隔离的作用；所述电压互感器4的变比为1: 1，能起到强弱电隔离作用；所述电压放大电路7用于将所述电压采 样电路输入的信号放大2倍后输出；所述电流放大电路8将所述电 流采样电路输入的信号放大1.5倍后输出；所述单片机电路9用于 采集计量电路中电压、电流、频率、功率和电能数据，以及计算保 护用的实时电压和实时电流，整合数据并控制所述断路器接通或切 断所述电源。
整合数据举例：例如将电能数据、频率数据、电压数据、电流 数据、功率数据整合到一起打包发送给外部与之通信连接的管理平 台。
断路器接通电源举例：例如当单片机收到来自外部与之通信连 接的管理平台的合闸命令时，单片机通过电机驱动控制电机正转， 电机带动齿轮正转，直到手柄转动到合闸位置接通电源以后，电机 停止转动。这个流程便实现了充值后自动送点的功能。
断路器切断电源举例：例如当单片机收到来自外部与之通信连 接的管理平台的分闸命令时，单片机通过电机驱动控制电机反转， 电机带动齿轮反转，直到触发脱扣杠杆以断路器切断电源以后，电 机停止转动。
如图5所示，单片机通过电机驱动电路与电机控制连接，所述 电机的输出端串传动连接着减速齿轮组中的主动齿轮，减速齿轮组 中与主动齿轮啮合的冲动齿轮传动连接微型断路器的手柄，该手柄 与脱扣杠杆连接，这样单片机通过控制电机带动减速齿轮组正向转 动来控制断路器手柄做出合闸动作来实现接通电源(合闸)，单片 机通过控制电机带动齿轮反向转动触发脱扣杠杆，断路器瞬间脱扣 来实现切断电源(分闸)，其原理如:另外，例如某用户充值电量 为100度电，则限定电量为100度电，则本设备从此刻开始累加用 户所使用的电量，直到用电量达到100度电时，单片机通过电机驱 动控制电机反转，电机带动齿轮反转，直到触发脱扣杠杆以断路器 切断电源以后，电机停止转动。这个流程便实现了限定电量功能。
当用户在平台上充值以后，单片机接收到自动送点指令，单片 机通过电机驱动控制电机正转，电机带动齿轮正转，直到手柄转动 到合闸位置接通电源以后，电机停止转动。这个流程便实现了充值 后自动送点的功能。
以上以用实施例说明的过程对本发明作了描述，本领域的技术 人员应当理解，本公开不限于以上描述的实施例，在不偏离本发明 的范围的状况下，能够做出每种变动、改变和替换。

Claims (8)

1.一种智能微型断路器的计量及保护系统的方法，其特征在于，该方法包括：
(1)计量所述微型断路器所在线路上的数据；
(2)对所述微型断路器进行保护。
2.根据权利要求1所述的智能微型断路器的计量及保护系统的
方法，其特征在于，所述计量所述微型断路器所在线路上的数据，包括：
流过所述电源L线的电流产生的磁场在电流互感器中感应出了微小的电流，根据所述电流互感器的变比为2000:1，所以电流互感器所感应出的电流I2的大小为流过所述电源L线的电流大小的1/2000,即I2＝I1/2000,然后经过电流采样电路将电流I2转换为电压I_AMP，而电压I_AMP的电压值＝I2*(采样电阻R12的电阻值)＝I1*(采样电阻R12的电阻值)/2000，而所述电压I_AMP信号进入计量电路后通过所述计量电路的RC滤波电路一滤波后而得到计量用电流信号IA+/IA-；
所述限流电阻和电压互感器串联后再一起并联在所述电源L线和电流N线上，这样流过限流电阻和电压互感器的电流为Iu＝U1/(限流电阻R14的电阻值)，根据所述电压互感器的变比为1:1，则经过取样电阻R16后将电流转换为电压U_AMP，电压U_AMP的电压值＝Iu*(取样电阻R16的电阻值)＝U1*(取样电阻R16的电阻值)/(限流电阻R14的电阻值),电压U_AMP信号进入计量电路后经过计量电路的RC滤波电路二得到计量用电压信号U_PT+/U_PT-；
所述计量电路采集到传送来的所述电压信号U_PT+/U_PT-以及电流信号IA+/IA-，计算出所述微型断路器的当前电压、电流、频率、功率和电能这样的信息，再通过所述串口将所述微型断路器的当前电压、电流、频率、功率和电能这样的信息传输到单片机电路，再由其单片机根据预先设置的电能阀值来控制切断电源。
3.根据权利要求1所述的智能微型断路器的计量及保护系统的方法，其特征在于，所述对所述微型断路器进行保护，包括：
流过所述电源L线的电流产生的磁场在电流互感器中感应出了微小的电流，根据所述电流互感器的变比为2000:1，所以电流互感器所感应出的电流I2的大小为流过所述电源L线的电流大小的1/2000,即I2＝I1/2000,然后经过电流采样电路将电流I2转换为电压I_AMP，而电压I_AMP的电压值＝I2*(采样电阻R12的电阻值)＝I1*(采样电阻R12的电阻值)/2000；而所述电流放大电路的作用是将输入的所述电压I_AMP信号放大1.5倍，所以电压I_AMP信号经过电流放大电路放大后并传送到所述ADC引脚一ADC1的电压值＝电压I_AMP的电压值*1.5＝1.5*I1*(采样电阻R12的电阻值)/2000；
所述限流电阻和电压互感器串联后再一起并联在所述电源L线和电流N线上，这样流过限流电阻和电压互感器的电流为Iu＝U1/(限流电阻R14的电阻值)，根据所述电压互感器的变比为1:1，则经过取样电阻R16后将电流转换为电压U_AMP，电压U_AMP的电压值＝Iu*(取样电阻R16的电阻值)＝U1*(取样电阻R16的电阻值)/(限流电阻R14的电阻值)；而所述电压放大电路的作用是将输入的电压U_AMP信号放大2倍，所以信号U_AMP经过电压放大电路放大并传送到所述ADC引脚二ADC2的电压值＝(电压U_AMP的电压值)*2＝2*U1*(取样电阻R16的电阻值)/(限流电阻R14的电阻值)；
所述单片机电路中的单片机采样到传送到所述ADC引脚一ADC1的电压值和传送到所述ADC引脚二ADC2的电压值，就可以反向推出实际电压值U1和电流值I1，其中电压值U1＝(传送到所述ADC引脚二ADC2的电压值*限流电阻R14的电阻值)/(2*取样电阻R16的电阻值)，电流值I1＝(传送到所述ADC引脚一ADC1的电压值*2000)/(1.5*采样电阻R12的电阻值)；在得出实际电压值U1和电流值I1后就可以得出微型断路器所在线路的负载的实际功率P1＝U1*I1；这样得到所述电压值U1、电流值I1和功率值P1以后就可以分别根据是否超过预设的过压阀值、欠压阀值以及功率限定阀值来确定是否瞬间切断所述电源。
4.一种智能微型断路器的计量及保护系统，其特征在于，包括用于微型断路器的保护电路和计量电路；
所述保护电路用于采集和整合数据来控制微型断路器接通或切断给该微型断路器相连的电源；
所述计量电路用于计量出微型断路器所在线路上的电压、电流、频率、功率和电能数据。
5.根据权利要求4所述的智能微型断路器的计量及保护系统，其特征在于，所述保护电路包括电流互感器、电流采样电路、限流电路、电压互感器、电压采样电路、电压放大电路、电流放大电路以及单片机电路；
所述单片机电路包括单片机和集成在所述单片机上的串口，所述单片机包括ADC引脚一ADC1和ADC引脚二ADC2；
所述电流互感器用于感应出所述电源接入所述微型断路器的电源L线的电流信号，所述电流互感器与电流采样电路连接，所述电流采样电路还与电流放大电路连接，所述电流放大电路还与所述单片机的ADC引脚一ADC1连接；
所述电压互感器用于感应出所述电源接入所述微型断路器的电源L线和电源N线之间的电压信号，所述电压互感器与所述电压采样电路连接，所述电压采样电路还与所述电压放大电路连接，所述电压放大电路还与所述单片机的ADC引脚二ADC2连接。
6.根据权利要求4所述的智能微型断路器的计量及保护系统，其特征在于，所述电流采样电路和电压采样电路还均与所述计量电路连接，所述计量电路通过串口接入集成在所述单片机上的串口。
7.根据权利要求4所述的智能微型断路器的计量及保护系统，其特征在于，所述电压互感器与所述微型断路器的电源L线之间串联着作为限流电路的限流电阻并一起并联在所述电源L线和电流N线上；
所述电压采样电路包括与所述电压互感器并联的取样电阻R16；
所述电流采样电路包括与所述电流互感器并联的采样电阻R12。
8.根据权利要求4所述的智能微型断路器的计量及保护系统，其特征在于，所述电流互感器的变比为2000:1；
所述电压互感器的变比为1:1；
所述电压放大电路用于将所述电压采样电路输入的信号放大2倍后输出；
所述电流放大电路将所述电流采样电路输入的信号放大1.5倍后输出；
所述单片机电路用于采集计量电路中电压、电流、频率、功率和电能数据，以及计算保护用的实时电压和实时电流，整合数据并控制所述断路器接通或切断所述电源。
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