CN112260212A - 断路器及其供电方法 - Google Patents

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曾宪文
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Abstract

本发明公开了断路器及其供电方法，断路器包括断路控制部和辅助部，断路控制部包括计量功能单元和保护功能单元；辅助部包括辅助部电源；计量功能单元连接有三相计量电流互感器，三相电线与辅助部电源连接；三相电线穿过三相计量电流互感器；当辅助部电源正常工作，辅助部电源能为计量功能单元和保护功能单元提供稳定的工作电流，保证两者处于最优工作状态；当辅助部电源异常，由三相保护电流互感器转换的电流为保护功能单元提供工作电流使其能工作。

Description

断路器及其供电方法
技术领域
本发明涉及断路器，特别是断路器及其供电方法。
背景技术
断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器通常依靠三相电线绕过的互感器转换的小电流提供电能。但互感器转换成的电流会波动，不稳定；若互感器转换成的电流过小则不能满足保护功能单元进行运算和通信时所需的工作电流要求，影响保护功能单元对异常回路及时作出反应，给电路带来潜伏危险。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供断路器及其供电方法。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
本发明的第一方面，断路器，包括断路控制部和辅助部，所述断路控制部包括计量功能单元和保护功能单元；所述辅助部包括辅助部电源；所述计量功能单元连接有三相计量电流互感器，三相电线与所述辅助部电源连接，所述辅助部电源与所述计量功能单元、所述保护功能单元均电连接；所述三相电线穿过所述三相计量电流互感器；其中，当所述辅助部电源正常工作，由所述辅助部电源为所述计量功能单元和所述保护功能单元提供工作电流；当所述辅助部电源异常，由所述三相保护电流互感器转换的电流为所述保护功能单元提供工作电流。
根据本发明的第一方面，所述保护功能单元连接有三相保护电流互感器；所述断路控制部设有三相接线端子；从所述三相接线端子的一端引出的三相电线的每一相均穿过所述三相计量电流互感器和所述三相保护电流互感器，且从所述三相接线端子的一端引出的三相电线与所述辅助部电源连接。
根据本发明的第一方面，所述保护功能单元与所述计量功能单元连接的接线中包含第一引线，所述保护功能单元与所述三相保护电流互感器连接的接线中包含第二引线，所述第一引线与所述第二引线由电桥整流成供所述保护功能单元工作所需电源的正负极输入源。
根据本发明的第一方面，所述辅助部设有零线端子，所述零线端子与所述三相电线的任一相共同构成HPLC通信模块的两极输入源。
根据本发明的第一方面，所述辅助部还包括用于与外部通信连接的辅助通信功能单元，所述辅助通信功能单元与所述计量功能单元通信连接。
根据本发明的第一方面，所述辅助通信功能单元至少包括蓝牙通信模块和RS485端口。
根据本发明的第一方面，所述计量功能单元包括主控制芯片、三相电压采样电路、三相电压计量电路、三相电流采样电路和三相电流计量电路；三相电压采样电路与三相电压计量电路连接，所述三相电流采样电路与所述三相电流计量电路连接，所述三相电压计量电路和所述三相电流计量电路分别与所述主控制芯片连接。
根据本发明的第一方面，所述计量功能单元还包括输入保护电路、稳压电路和电平自适应电路。
根据本发明的第一方面，所述辅助部电源与超级电容连接。
本发明的第二方面，断路器的供电方法，应用于如本发明的第一方面所述的断路器，所述供电方法包括：当辅助部电源正常工作，由所述辅助部电源为计量功能单元和保护功能单元提供工作电流；当所述辅助部电源异常，由三相保护电流互感器转换的电流为所述保护功能单元提供工作电流。
上述方案至少具有以下的有益效果：当辅助部与断路控制部连接后，当辅助部电源正常工作时，辅助部电源为计量功能单元和保护功能单元提供稳定的工作电流，保证计量功能单元和保护功能单元不受波动的电流干扰，使计量功能单元对电路数据采集更准确，提供给保护功能单元的工作电流能持续满足保护功能单元进行运算和通信时所需的工作电流要求，使保护功能单元能始终对异常回路及时作出反应。当辅助部被拆除或辅助部电源因内外因素发生异常，由三相保护电流互感器转换的电流为保护功能单元提供工作电流。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例一种断路器的简要电路原理图；
图2是本发明实施例一种断路器的具体电路原理图；
图3是主控制芯片的电路图；
图4是三相电压采样电路的电路图；
图5是三相电压计量电路的电路图；
图6是三相电流采样电路的电路图；
图7是三相电流计量电路的电路图；
图8是输入保护电路的电路图；
图9是稳压电路的电路图；
图10是电平自适应电路的电路图；
图11是警示器控制电路的电路图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1，本发明的一个实施例，提供了断路器，断路器包括断路控制部100和辅助部200，断路控制部100包括计量功能单元110 和保护功能单元120；辅助部200包括辅助部电源230；计量功能单元110连接有三相计量电流互感器111，三相电线与辅助部电源230 连接，辅助部电源230与计量功能单元110、保护功能单元120均电连接；三相电线穿过三相计量电流互感器111；其中，当辅助部电源 230正常工作，由辅助部电源230为计量功能单元110和保护功能单元120提供工作电流；当辅助部电源230异常，由三相保护电流互感器121转换的电流为保护功能单元120提供工作电流。
在该实施例中，当辅助部200与断路控制部100连接后，当辅助部电源230正常工作时，辅助部电源230为计量功能单元110和保护功能单元120提供稳定的工作电流，保证计量功能单元110和保护功能单元120不受波动的电流干扰，使计量功能单元110对电路数据采集更准确，提供给保护功能单元120的工作电流能持续满足保护功能单元120进行运算和通信时所需的工作电流要求，使保护功能单元 120能始终对异常回路及时作出反应；保证计量功能单元110和保护功能单元120处于最优工作状态。当辅助部200被拆除或辅助部电源230因内外因素发生异常，由三相保护电流互感器121转换的电流为保护功能单元120提供工作电流。另外，此时计量功能单元110不工作，只有保护功能单元120工作进而起到保护电路的功能。
参照图2，进一步，保护功能单元120连接有三相保护电流互感器121；断路控制部100设有三相接线端子311；从三相接线端子311 的一端引出的三相电线的每一相均穿过三相计量电流互感器111和三相保护电流互感器121；且从三相接线端子311的一端引出的三相电线与辅助部电源230连接。
在该实施例中，计量功能单元110从三相计量电流互感器111和保护功能单元120采集并计量数据。保护功能单元120由三相保护电流互感器121上通过的三相电线计算检测信号进而控制脱扣器工作，实现短路保护、过载保护以及缺相保护。计量功能单元110和保护功能单元120之间通过UART通信进行数据传输。
另外，由于三相计量电流互感器111和三相保护电流互感器121 的铁芯材质是不同的，三相计量电流互感器111容易存在磁饱和问题，三相计量电流互感器111在250A电流以上环境下是停止工作的，三相保护电流互感器121在250A电流以上环境下是可以工作的；三相计量电流互感器111无法实现将大电流转换为小电流的功能。因此，当辅助部电源230无法为计量功能单元110和保护功能单元120供电时，只由三相保护电流互感器121转换的电流为保护功能单元120提供工作电流。
一般地，三相计量电流互感器111用于检测断路器额定值范围以内的断路器电流大小，三相保护电流互感器121还用于检测断路器额定值范围以外的断路器电流大小。
需要说明的是，保护功能单元120是采用常用的断路器的保护功能电路板即可，在此不再详述。
进一步，断路控制部100设有供电输入端口410，辅助部200设有供电输出端口420；辅助部电源230与供电输出端口420连接，辅助部电源230的输出电流从供电输出端口420输出，从供电输入端口 410输入以为计量功能单元110和保护功能单元120供电。
另外，断路控制部100的元件置于同一个壳体中，辅助部200的元件置于另一个壳体中。两个壳体间能通过卡扣结构等可拆机械结构实现方便拆装；通过提供供电输出端口420和供电输入端口410也便于断路控制部100与辅助部200的电路连接。可以在原有断路器的基础上进行辅助部200的添加，使断路器的改装更方便，同时可以节约成本。且在辅助部200拆除后，断路控制部100依然可以通过由三相电线供电维持工作。
进一步，保护功能单元120与计量功能单元110连接的接线中包含第一引线，保护功能单元120与三相保护电流互感器121连接的接线中包含第二引线，第一引线与第二引线由电桥整流成供保护功能单元120工作所需电源的正负极输入源，且与辅助部电源230连接。
进一步，断路控制部100设有三相接线端子311。从三相接线端子311的一端引出的三相电线绕过三相计量电流互感器111的铁芯，通过三相计量电流互感器111将从三相接线端子311引出的三相电线的大电流转换为小电流作为检测信号供计量功能单元110计量之用。从三相接线端子311的一端引出的三相电线绕过三相保护电流互感器121的铁芯，通过三相保护电流互感器121将从三相接线端子311 引出的三相电线的大电流转换为小电流作为检测信号供保护功能单元120保护之用。
进一步，从三相接线端子311的一端引出的三相电线与辅助部电源230连接，为辅助部电源230充电，当然，从三相接线端子311的一端引出的三相电线与辅助部电源230之间设置有稳压模块、整流模块等，将高压降低至适配辅助部电源230的低压，在此不再详述，此时辅助部电源230采用低压电池。另外，由断路控制部100主电路引出的三相电线接至辅助部电源230，再由辅助部电源230降压处理为直流电，直流电经反向接线回馈至断路控制部100为计量功能单元 110和保护功能单元120作为工作电源，此时辅助部电源230采用具有降压功能的电源。
具体地，辅助部电源230为计量功能单元110和保护功能单元 120提供的是电压值为12V且电流值≥70mA的DC供电。另外辅助部电源230与超级电容连接，超级电容能存储大量的电能。
进一步，辅助部200设有零线端子312，零线端子312与三相电线的任一相共同构成HPLC通信模块310的两极输入源。该断路器通过HPLC通信模块310实现HPLC通信功能，与外部电力设备进行信息交互。
另外，辅助部200还包括用于与外部通信连接的辅助通信功能单元210，辅助通信功能单元210与计量功能单元110通信连接。具体地，辅助通信功能单元210至少包括蓝牙通信模块211和RS485端口 212。辅助部电源230与辅助通信功能单元210连接，为辅助通信功能单元210供电。
在该实施例中，计量功能单元110从三相计量电流互感器111和保护功能单元120采集并计量数据，然后通过HPLC通信模块310或辅助通信功能单元210与外部设备进行数据交互。
参照图3至图11，进一步，计量功能单元110包括主控制芯片 131、三相电压采样电路132、三相电压计量电路133、三相电流采样电路134和三相电流计量电路135；三相电压采样电路132与三相电压计量电路133连接，三相电流采样电路134与三相电流计量电路 135连接，三相电压计量电路133和三相电流计量电路135分别与主控制芯片131连接。
另外，计量功能单元110还包括输入保护电路141、稳压电路142、电平自适应电路143和警示器控制电路144。其中警示器控制电路144 与主控制芯片131连接。输入保护电路141起到对计量功能单元110 的输入端的过流、过压保护以及限流作用。稳压电路142起到在计量功能单元110的输入电压波动或负载发生改变时保持计量功能单元 110的输出电压基本不变的作用。电平自适应电路143起到计量功能单元110与辅助部电源230之间的电平转换的作用。
另外，断路控制部100与辅助部200均设有相互连通的TTL通信端口430，实现双向的数据传输。
本发明的另一个实施例，断路器的供电方法，应用于如上的断路器，供电方法包括：当辅助部电源230正常工作，由辅助部电源230 为计量功能单元110和保护功能单元120提供工作电流；当辅助部电源230异常，由三相保护电流互感器121转换的电流为保护功能单元 120提供工作电流。
在该实施例中，对于断路器，当辅助部200与断路控制部100连接后，当辅助部电源230正常工作时，辅助部电源230为计量功能单元110和保护功能单元120提供稳定的工作电流，保证计量功能单元 110和保护功能单元120不受波动的电流干扰，使计量功能单元110对电路数据采集更准确，提供给保护功能单元120的工作电流能持续满足保护功能单元120进行运算和通信时所需的工作电流要求，使保护功能单元120能始终对异常回路及时作出反应。当辅助部200被拆除或辅助部电源230因内外因素发生异常，由三相保护电流互感器121转换的电流为保护功能单元120提供工作电流。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.断路器，其特征在于，包括断路控制部和辅助部，所述断路控制部包括计量功能单元和保护功能单元；所述辅助部包括辅助部电源；所述计量功能单元连接有三相计量电流互感器，三相电线与所述辅助部电源连接，所述辅助部电源与所述计量功能单元、所述保护功能单元均电连接；所述三相电线穿过所述三相计量电流互感器；其中，当所述辅助部电源正常工作，由所述辅助部电源为所述计量功能单元和所述保护功能单元提供工作电流；当所述辅助部电源异常，由所述三相保护电流互感器转换的电流为所述保护功能单元提供工作电流。
2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述保护功能单元连接有三相保护电流互感器；所述断路控制部设有三相接线端子；从所述三相接线端子的一端引出的三相电线的每一相均穿过所述三相计量电流互感器和所述三相保护电流互感器；且从所述三相接线端子的一端引出的三相电线与所述辅助部电源连接，。
3.根据权利要求2所述的断路器，其特征在于，所述保护功能单元与所述计量功能单元连接的接线中包含第一引线，所述保护功能单元与所述三相保护电流互感器连接的接线中包含第二引线，所述第一引线与所述第二引线由电桥整流成供所述保护功能单元工作所需电源的正负极输入源。
4.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述辅助部设有零线端子，所述零线端子与所述三相电线的任一相共同构成HPLC通信模块的两极输入源。
5.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述辅助部还包括用于与外部通信连接的辅助通信功能单元，所述辅助通信功能单元与所述计量功能单元通信连接。
6.根据权利要求5所述的断路器，其特征在于，所述辅助通信功能单元至少包括蓝牙通信模块和RS485端口。
7.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述计量功能单元包括主控制芯片、三相电压采样电路、三相电压计量电路、三相电流采样电路和三相电流计量电路；三相电压采样电路与三相电压计量电路连接，所述三相电流采样电路与所述三相电流计量电路连接，所述三相电压计量电路和所述三相电流计量电路分别与所述主控制芯片连接。
8.根据权利要求7所述的断路器，其特征在于，所述计量功能单元还包括输入保护电路、稳压电路和电平自适应电路。
9.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述辅助部电源与超级电容连接。
10.断路器的供电方法，其特征在于，应用于如权利要求1至9任一项所述的断路器，所述供电方法包括：当辅助部电源正常工作，由所述辅助部电源为计量功能单元和保护功能单元提供工作电流；当所述辅助部电源异常，由三相保护电流互感器转换的电流为所述保护功能单元提供工作电流。
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