CN113725807A - 一种保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种保护装置，包括电流采集器、电压采集器、绝缘外壳、电子控制器，磁通变换器、动触头、静触头、操作机构，所述电子控制器包括第一微处理器、第二微处理器，所述电流采集器在额定量程内输出电流信号与主电路电流呈线性关系、同相位，超出额定量程具有饱和特性，饱和后输出电流信号具有一定占空比，所述占空比与主电路电流有对应关系，可以实现短路保护、过欠压保护、剩余电流监测、计量功能、自动物理拓扑支持、就地故障研判、HPLC通信、线损分析支持、电弧保护等功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种低压配电保护装置，属低压电器范畴。
背景技术
随着国家电网不断推进泛在电力物联网计划，电力系统中的各个产品不断改造升级，保护装置中加入载波、蓝牙等通信模块、电子控制器、数据显示等模块。各个模块的正常工作依赖于稳定的电源，相应的国标中也规定，电子式控制器至少应具有一个由被保护线路能量产生的自生电源，以获得稳定的输出电压。当断路器中的电子控制器正常工作时，需要克服系统扰动问题，如电源负载功率变化引起的扰动，电网中电器的启动、关停甚至故障引起的电流变化等。
此外，新型断路器需要实现短路保护、过欠压保护、剩余电流监测、计量功能、自动物理拓扑支持、就地故障研判、HPLC通信、线损分析支持、电弧保护等功能。这就要求电流采集器、电压采集器等具有计量功能和自生电源功能，还需要对电流采集器量程范围进行扩充，如何在小体积下实现这些功能需要对电流采集器、电压采集器等进行合理设计。
发明内容
根据上述的缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种保护装置。
本发明的技术方案如下：
一种保护装置,包括电流采集器、电压采集器、绝缘外壳、电子控制器、执行器、动触头、静触头、操作机构；
所述电流采集器输出电流信号，所述电流信号在额定量程内与主电路电流呈线性关系、同相位，超出额定量程后所述电流信号具有饱和特性和与所述主电路电流具有对应关系的占空比；
所述电压采集器输出与所述主电路电压呈线性关系、同相位的电压信号；
所述电子控制器包括电流信号采样电路、信号处理电路、第一微处理器、第二微处理器和驱动电路，所述第一微处理器和/或所述第二微处理器包括存储器、数学和逻辑运算单元；所述电子控制器采用所述占空比进行固件计算，并根据计算结果判断是否进行过电流保护。
优选的，所述电子控制器还包括电流自生电源电路。
优选的，所述电子控制器还包括电压信号采样电路，所述第一微处理器根据所述电流采集器的电流信号和/或电压采集器的电压信号及第一微处理器的内部固件得出第一处理结果，所述第一处理结果包括电流矢量和数据和/或电流占空比原始数据和/或电流有效值数据和/或电压有效值数据和/或频率数据和/或功率数据和/或功率因数和/或电能数据和/或谐波数据。
优选的，所述第二微处理器根据所述电流采集器的电流信号和/或电压采集器的电压信号和/或第一处理结果得出第二处理结果，所述第二处理结果包括剩余电流故障信息和/或接地故障信息和/或过电流故障信息和/或过欠压故障信息和/或频率故障信息和/或逆功率故障信息和/或非侵入式负荷识别数据。
优选的，所述电流采集器在低压单相LN电路、三相ABC电路或三相四线ABCN电路中每极各设置一所述电流采集器和/或电压采集器。
优选的，所述第二微处理器设置内部和/或外部存储器，所述内部和/或外部存储器内存储各故障保护门限值、算法固件，并根据固件算法和所述第二处理结果，判断是否发出控制信号给所述驱动电路，所述驱动电路驱动所述执行器动作，所述执行器使所述操作机构脱扣，所述操作机构带动所述动触头与所述静触头的分离，实现故障保护。
优选的，所述故障保护包括接地故障保护、或过电流保护、或过欠压保护、或频率保护或逆功率保护中的一种或多种。
优选的，所述电子控制器包括人机交互模块和/或通信模块。
优选的，所述通信模块可采用无线通信和/或有线通信方式，无线通信包括4G、5G、WIFI、BLE、ZigBee、NB-IoT和LoRa等通信方式中的至少一种，有线通信包括HPLC、PLC、RS485、LAN、CAN、DeviceNet和Profibus等通信方式中的至少一种。
优选的，所述电子控制器还包括测温模块，所述测温模块生成温度信号，所述第二微处理器根据内部固件及所述温度信号生成的第二处理结果中还包括温度监测信息及超温保护指令。
优选的，所述电压采集器为与主电路隔离感应式传感器或电阻分压电路。
本发明的有益效果如下：
1、本发明提供了一种保护装置，包括电流采集器、电压采集器、绝缘外壳、电子控制器，磁通变换器、动触头、静触头、操作机构，所述电子控制器包括第一微处理器、第二微处理器，所述电流采集器在额定量程内输出电流信号与主电路电流呈线性关系、同相位，超出额定量程具有饱和特性，饱和后输出电流信号具有一定占空比，所述占空比与主电路电流有对应关系，可以实现短路保护、过欠压保护、剩余电流监测、计量功能、自动物理拓扑支持、就地故障研判、HPLC通信、线损分析支持、电弧保护等功能。
2、绝缘外壳上设置有光脉冲输出显示灯，可以监测光脉冲输出并显示。绝缘外壳的形状多样，可以根据不同的开关进行调整。
3、本发明绝缘外壳中设置有温度采集器，温度采集器为热电偶、热敏电阻、铂电阻、温度IC中的一种，可以实现由于接线故障导致的温度异常的预警及报警。
4、本发明的微处理器与通信模块连接，微处理器通过通信模块接收/发送通信数据，根据所接收的通信数据解析的指令执行校准、上报、设置等操作，然后将运行结果发送，从而实现通信功能，且通信方式多样。
5、所述电源模块设置有电压采集器提供的电压电源和电流采集器与电流自生电源电路提供的电流自生电源，两种电源方式互为备用，提高所述电源模块工作的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种保护装置的一实施例原理图。
图2为本发明的一种保护装置的另一实施例原理图。
图3为本发明的一种保护装置的又一实施例的原理图。
图4为本发明的一种保护装置的结构示意图。
图5为本发明的一种保护装置的电子控制器的结构示意图。
图6为本发明的一种保护装置的另一角度结构示意图。
图7为占空比示意图。
图8为一实施例占空比与主电路电流的对应关系表。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。
如图1、图4、图5、图6所示，本实施例公开了一种保护装置,所述保护装置包括电流采集器电流采集器10、电压采集器11、绝缘外壳20、电子控制器30、执行器12、动触头13、静触头14、操作机构15，所述电流采集器10在其额定量程内输出电流信号10F与主电路电流呈线性关系、同相位，超出额定量程具有饱和特性，饱和后输出电流信号10F具有一定占空比，所述占空比与主电路电流有对应关系，所述电压采集器11的输出电压信号11F与主电路电压呈线性关系、同相位。所述电流采集器10包括但不限于电流互感器、零序互感器、电流传感器等，在本实施例中，所述电流采集器10为电流互感器。所述执行器12可为磁通变换器、电磁铁、分励脱扣器中的一种或多种，在本实施例中，所述执行器12为磁通变换器。占空比是指在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值，如图7所示其占空比即是图示中(t1+t2)/t0的值。
如图8所示是某型630A计量互感器输出波形的占空比数据，体现了占空比与主电路电流的对应关系。
所述电子控制器30包括电流信号采样电路30-1A、信号处理电路30-3、第一微处理器30-4、第二微处理器30-5、驱动电路30-9，所述第一微处理器30-4和/或所述第二微处理器30-5包括存储器、数学和逻辑运算单元，所述电子控制器30设置为通过采用所述占空比进行固件计算，实现所述保护装置过电流保护的控制。
所述电流采集器10在低压单相LN电路、三相ABC电路或三相四线ABCN电路中每极一个，即：在上述电路的相极和N极均分别设有一所述电流采集器10，所述电压采集器11在低压单相LN电路、三相ABC电路或三相四线ABCN电路中每相一个，即在上述电路的相极中分别设有一所述电压采集器11，在N极中则不设置。此种设置在结构上有效克服了现有技术中零序电流互感器因在安装时主电路汇聚通过零序电流采集器的内孔，导致造成温度聚集集中，所述集中处温升很难降低，浪费有色金属资源，不利于小型化，安装装配工艺复杂的缺陷，有效降低了温升，装配工艺也大大简化。所述电子控制器30还包括电压信号采样电路30-2，所述第一微处理器30-4根据所述电流采集器10的电流信号10F和/或电压采集器11的电压信号11F及第一微处理器30-4的内部固件得出第一处理结果30-4F，所述第一处理结果30-4F包括电流矢量和数据和/或电流占空比原始数据和/或电流有效值数据和/或电压有效值数据和/或频率数据和/或功率数据和/或功率因数和/或电能数据和/或谐波数据。
所述第二微处理器30-5根据所述电流采集器10的电流信号10F和/或电压采集器11的电压信号11F和/或第一处理结果30-4F得出第二处理结果30-5F，所述第二处理结果30-5F包括剩余电流故障信息和/或接地故障信息和/或过电流故障信息和/或过欠压故障信息和/或频率故障信息和/或逆功率故障信息和/或非侵入式负荷识别数据。
第二微处理器30-5设置内部和/或外部存储器，所述内部和/或外部存储器内存储各故障保护门限值、算法固件，并根据固件算法和所述第二处理结果30-5F，判断是否发出控制信号给所述驱动电路30-9，所述驱动电路30-9驱动所述磁通变换器12动作，并进一步使所述操作机构15脱扣，进而带动所述动触头13与所述静触头14的分离，从而实现主电路分断，实现相应的故障保护。所述故障保护包括接地故障保护和/或过电流保护和/或过欠压保护和/或频率保护和/或逆功率保护。
所述电子控制器30包括人机交互模块30-7和/或通信模块30-8。所述人机交互模块30-7包括液晶显示屏、声光报警装置、计量脉冲校验灯、红外计量校验接口、输入按键、测试接口和状态显示灯等。所述液晶显示屏用来显示智能电能表内部所有信息，可设置为触屏，所述声光报警装置用来在异常情况声光警告，提醒故障；所述计量脉冲校验灯用于维护校准计量功能时提供便利的接口。
所述通信模块30-8可采用无线通信和/或有线通信方式，无线通信包括4G、5G、WIFI、BLE、ZigBee、NB-IoT和LoRa等通信方式中的至少一种，有线通信包括HPLC、PLC、RS485、LAN、CAN、DeviceNet和Profibus等通信方式中的至少一种。
所述电子控制器30还包括测温模块18，所述测温模块18能够生成温度信号18F，所述第二微处理器30-5根据内部固件及所述温度信号18F生成的第二处理结果30-5F中还包括温度监测信息及超温保护指令。所述温度采集器18为热电偶、热敏电阻、铂电阻、温度IC中的一种，所述温度采集器18采集所述保护装置进线端和/或出线端和/或所述保护装置内部关键电接触点附近的温度并生成温度信号18F，所采集的温度信号18F传递给所述第二微处理器30-5，所述第二微处理器30-5根据其内部固件与预设温度预警/保护门限值进行比对，得出是否进行温度预警/保护。若进行温度预警，则把预警信息传递给人机交互模块30-7进行本地温度预警及显示和/或传递给通信模块30-8，进行远程温度预警；若进行温度保护动作，则驱动所述驱动电路30-9，所述驱动电路30-9收到最终控制信号时，驱动所述磁通变换器12动作，并进一步使所述操作机构15脱扣，进而带动所述动触头13与所述静触头14的分离，从而实现主电路分断，实现相应的过温保护功能。
所述电压采集器11为与主电路隔离感应式传感器或电阻分压电路。
如图1所示，公开了一实施例的所述保护装置原理图，在本实施例中，所述电流电流信号采样电路30-1A接收所述电流采集器10的输出电流信号，生成输出电流信号30-1F，并传递到所述信号处理电路30-3，所述信号处理电路30-3的输出处理信号30-3F传递给所述第一微处理器30-4。所述电压信号采样电路30-2接收所述电压采集器11的输出电压信号11F，并传递到所述信号处理电路30-3，所述信号处理电路30-3的输出处理信号30-3F传递给所述第一微处理器30-4。所述第一微处理器30-4根据处理信号30-3F经其固件计算得到第一处理结果30-4F，然后传递给第二微处理器30-5，经第二微处理器30-5及其固件计算后得到第二处理结果30-5F，符合固件预定比较门限时发出控制信号给所述驱动电路30-9，所述驱动电路30-9驱动所述磁通变换器12动作，并进一步使所述操作机构15脱扣，进而带动所述动触头13与所述静触头14的分离，从而实现主电路分断，实现相应的故障保护。在本实施例中，所述电子控制器30还包括电流自生电源电路，所述电流自生电源电路的在过电流时的输出电源30-1AF提供给所述电源模块30-6，保证所述电子控制器30短路时能正常工作。需要说明的是，所述电流自生电源电路和所述电流信号采样电路30-1A可以同时设置，也可只设置所述电流信号采样电路30-1A和所述电流自生电源电路中的其中一个，根据所述保护装置的功能需求进行设置即可，在本实施例中，同时设置有所述电流自生电源电路和所述电流信号采样电路30-1A。
所述过电流保护的实现过程：
过载保护的实现过程：所述电压采集器11提供电源给所述电源模块30-6，同时所述电流采集器10提供电流信号10F给所述电流自生电源电路，所述电流自生电源电路的在过电流时的输出电源30-1AF提供给所述电源模块30-6，这样双备的电源设计能保证在电压正常及短路时电压跌落的情况下均能满足所述电源模块30-6提供电源给所述电子控制器30，保证所述电子控制器30的正常工作。当所述电流采集器10采集到过载电流时，根据过载保护上下限范围设置，电流采集器10的额定量程一般选取所述保护装置的1.2倍，这样存在着额定量程内输出电流信号10F和饱和后具有一定占空比特性的输出电流信号10F，所述电流信号10F传递给电流自生电源和电流信号采样电路30-1A进行模拟信号的采样处理，生成输出电流信号30-1F，所述输出电流信号30-1F进一步传递给所述信号处理电路30-3，所述信号处理电路30-3的输出处理信号30-3F传递给所述第一微处理器30-4。所述第一微处理器30-4根据处理信号30-3F经其固件计算得到第一处理结果30-4F，其中包括电流有效值计算结果，然后传递给第二微处理器30-5，经第二微处理器30-5与其固件中预设的比较门限值进行比对，并判断及发出延时控制信号给所述驱动电路30-9，所述驱动电路30-9收到最终控制信号时，驱动所述磁通变换器12动作，并进一步使所述操作机构15脱扣，进而带动所述动触头13与所述静触头14的分离，从而实现主电路分断，实现相应的过载保护。
短路保护的实现过程：所述电压采集器11提供电电源给所述电源模块30-6，同时所述电流采集器10提供电流信号10F给所述电流自生电源和电流信号采样电路30-1A，所述电流自生电源电路的在过电流时的输出电源30-1AF提供给所述电源模块30-6，这样双备的电源设计能保证在电压正常及短路时电压跌落的情况下均能满足所述电源模块30-6提供电源给所述电子控制器30，保证所述电子控制器30的正常工作。当所述电流采集器10采集到短路电流时，输出具有一定占空比特性的输出电流信号10F，所述电流信号10F传递给电流自生电源和电流信号采样电路30-1A进行模拟信号的采样处理，生成输出电流信号30-1F，所述输出电流信号30-1F进一步传递给所述信号处理电路30-3，所述信号处理电路30-3的输出处理信号30-3F传递给所述第一微处理器30-4。所述第一微处理器30-4根据处理信号30-3F经其固件计算得到第一处理结果30-4F，其中包括电流有效值计算结果或电流瞬时值的数字信号，然后传递给第二微处理器30-5，经第二微处理器30-5固件计算后，与其中预设的比较门限值进行比对，并判断及发出瞬时或短延时控制信号给所述驱动电路30-9，所述驱动电路30-9收到最终控制信号时，驱动所述磁通变换器12动作，并进一步使所述操作机构15脱扣，进而带动所述动触头13与所述静触头14的分离，从而实现主电路分断，实现相应的短路或短延时保护。
如图2所示，公开了另一具体实施例，在该实施例中，所述电流信号采样电路30-1A接收所述电流采集器10的输出电流信号，生成输出电流信号30-1F，并传递到所述信号处理电路30-3，所述信号处理电路30-3的输出处理信号30-3F传递给所述第一微处理器30-4。所述电压信号采样电路30-2接收所述电压采集器11的输出电压信号11F，并传递到所述信号处理电路30-3，所述信号处理电路30-3的输出处理信号30-3F传递给所述第一微处理器30-4。所述第一微处理器30-4根据处理信号30-3F经其固件计算得到第一处理结果30-4F，然后传递给第二微处理器30-5。同时所述信号处理电路30-3还包括保护电流信号处理电路30-3B，所述保护电流信号处理电路30-3B的输出信号30-3BF直接传递到所述第二微处理器30-5，以上信息经第二微处理器30-5及其固件计算后得到第二处理结果30-5F，符合固件预定比较门限时发出控制信号给所述驱动电路30-9，所述驱动电路30-9驱动所述磁通变换器12动作，并进一步使所述操作机构15脱扣，进而带动所述动触头13与所述静触头14的分离，从而实现主电路分断，实现相应的故障保护。与此同时，所述电流自生电源电路的在过电流时的输出电源30-1AF提供给所述电源模块30-6，保证所述电子控制器30短路时能正常工作。这样的保护电流信号传递更迅速，缩短计算及微处理器间通信的时间延时。
所述过电流保护的实现过程：
过载保护的实现过程：所述电压采集器11提供电源给所述电源模块30-6，同时所述电流采集器10提供电流信号10F给所述电流自生电源电路，所述电流自生电源电路的在过电流时的输出电源30-1AF提供给所述电源模块30-6，这样双备的电源设计能保证在电压正常及短路时电压跌落的情况下均能满足所述电源模块30-6提供电源给所述电子控制器30，保证所述电子控制器30的正常工作。当所述电流采集器10采集到过载电流时，根据过载保护上下限范围设置，电流采集器10的额定量程一般选取所述保护装置的1.2倍，这样存在着额定量程内输出电流信号10F和饱和后具有一定占空比特性的输出电流信号10F，所述电流信号10F传递给电流信号采样电路30-1A进行模拟信号的采样处理，生成输出电流信号30-1F，所述输出电流信号30-1F进一步传递给所述信号处理电路30-3及保护电流信号处理电路30-3B，所述信号处理电路30-3的输出处理信号30-3F传递给所述第一微处理器30-4。所述第一微处理器30-4根据处理信号30-3F经其固件计算得到第一处理结果30-4F，其中包括电流有效值计算结果，然后传递给第二微处理器30-5，同时保护电流信号处理电路30-3B的输出处理信号30-3BF直接传递到所述第二微处理器30-5，经第二微处理器30-5与其固件中预设的比较门限值进行比对，并判断及发出延时控制信号给所述驱动电路30-9，所述驱动电路30-9收到最终控制信号时，驱动所述磁通变换器12动作，并进一步使所述操作机构15脱扣，进而带动所述动触头13与所述静触头14的分离，从而实现主电路分断，实现相应的过载保护。
短路保护的实现过程：所述电压采集器11提供电源给所述电源模块30-6，同时所述电流采集器10提供电流信号10F给所述电流自生电源电路，所述电流自生电源电路的在过电流时的输出电源30-1AF提供给所述电源模块30-6，这样双备的电源设计能保证在电压正常及短路时电压跌落的情况下均能满足所述电源模块30-6提供电源给所述电子控制器30，保证所述电子控制器30的正常工作。当所述电流采集器10采集到短路电流时，输出具有一定占空比特性的输出电流信号10F，所述电流信号10F传递给电流信号采样电路30-1A进行模拟信号的采样处理，生成输出电流信号30-1F，所述输出电流信号30-1F进一步传递给所述信号处理电路30-3，所述信号处理电路30-3的输出处理信号30-3F传递给所述第一微处理器30-4。所述第一微处理器30-4根据处理信号30-3F经其固件计算得到第一处理结果30-4F，其中包括电流有效值计算结果或电流瞬时值的数字信号，然后传递给第二微处理器30-5，同时保护电流信号处理电路30-3B的输出处理信号30-3BF直接传递到所述第二微处理器30-5，经第二微处理器30-5固件计算后，与其中预设的比较门限值进行比对，并判断及发出瞬时或短延时控制信号给所述驱动电路30-9，所述驱动电路30-9收到最终控制信号时，驱动所述磁通变换器12动作，并进一步使所述操作机构15脱扣，进而带动所述动触头13与所述静触头14的分离，从而实现主电路分断，实现相应的短路或短延时保护。
通过采用所述电流采集器10采集的电流信号，作为高频兆赫级的电流采集器，实现故障电弧监测及保护功能。电流采集器10输出的电流模拟信号10F传递到电流信号采样电路30-1A，所述电流信号采样电路30-1A对信号采样后传递给电流信号处理电路30-3，所述电流信号处理电路30-3把信号处理并传递给第二微处理器30-5的内部或外部存储器中。第二微处理器30-5根据其预设固件，并采用诸如电流均值、电流均方根、频率、谐波等特征值与预设特征库判定的方式，辨别电弧是否存在。若进行电弧报警，则把报警信息传递给人机交互模块30-7进行本地电弧报警及显示和/或传递给通信模块30-8，进行远程电弧报警；若进行电弧保护动作，所述驱动电路30-9收到最终控制信号时，驱动所述磁通变换器12动作，并进一步使所述操作机构15脱扣，进而带动所述动触头13与所述静触头14的分离，从而实现主电路分断，进而实现电弧保护功能。所述特征库支持通过通信模块30-8进行本地特征库的更新。
如图3所示，公开了所述保护装置的又一实施例原理图，在本实施例中，所述电流信号采样电路30-1A接收所述电流采集器10的输出电流信号，生成输出电流信号30-1F，并传递到所述信号处理电路30-3，所述信号处理电路30-3的输出处理信号30-3F传递给所述第一微处理器30-4。所述电压信号采样电路30-2接收所述电压采集器11的输出电压信号11F，并传递到所述信号处理电路30-3，所述信号处理电路30-3的输出处理信号30-3F根据一定的控制条件传递给所述第一微处理器30-4或所述第二微处理器30-5。当第二微处理器30-5判断电流有效值未超过切换电流门限时，所述输出处理信号30-3F传递给所述第一微处理器30-4，当第二微处理器30-5判断电流有效值超过切换电流门限时，所述输出处理信号30-3F传递给所述第二微处理器30-5。这样的保护电流信号传递更迅速，缩短计算及微处理器间通信的时间延时。所述第一微处理器30-4根据处理信号30-3F经其固件计算得到第一处理结果30-4F，然后传递给第二微处理器30-5，经第二微处理器30-5及其固件计算后得到第二处理结果30-5F，符合固件预定比较门限时发出控制信号给所述驱动电路30-9，所述驱动电路30-9驱动所述磁通变换器12动作，并进一步使所述操作机构15脱扣，进而带动所述动触头13与所述静触头14的分离，从而实现主电路分断，实现相应的故障保护。与此同时，所述电流自生电源电路的在过电流时的输出电源30-1AF提供给所述电源模块30-6，保证所述电子控制器30短路时能正常工作。
所述过电流保护的实现过程：
过载保护的实现过程：所述电压采集器11提供电源给所述电源模块30-6，同时所述电流采集器10提供电流信号10F给所述电流自生电源电路，所述电流自生电源电路的在过电流时的输出电源30-1AF提供给所述电源模块30-6，这样双备的电源设计能保证在电压正常及短路时电压跌落的情况下均能满足所述电源模块30-6提供电源给所述电子控制器30，保证所述电子控制器30的正常工作。当所述电流采集器10采集到过载电流时，根据过载保护上下限范围设置，电流采集器10的额定量程一般选取所述保护装置的1.2倍，这样存在着额定量程内输出电流信号10F和饱和后具有一定占空比特性的输出电流信号10F，所述电流信号10F传递给电流信号采样电路30-1A进行模拟信号的采样处理，生成输出电流信号30-1F，所述输出电流信号30-1F进一步传递给所述信号处理电路30-3，所述信号处理电路30-3的输出处理信号30-3F传递给所述第一微处理器30-4或所述第二微处理器30-5。当第二微处理器30-5判断电流有效值未超过切换电流门限时，所述输出处理信号30-3F传递给所述第一微处理器30-4，当第二微处理器30-5判断电流有效值超过切换电流门限时，所述输出处理信号30-3F传递给所述第二微处理器30-5。所述第一微处理器30-4根据处理信号30-3F经其固件计算得到第一处理结果30-4F，其中包括电流有效值计算结果，然后传递给第二微处理器30-5，经第二微处理器30-5与其固件中预设的比较门限值进行比对，并判断及发出延时控制信号给所述驱动电路30-9，所述驱动电路30-9收到最终控制信号时，驱动所述磁通变换器12动作，并进一步使所述操作机构15脱扣，进而带动所述动触头13与所述静触头14的分离，从而实现主电路分断，实现相应的过载保护。
短路保护的实现过程：所述电压采集器11提供电源给所述电源模块30-6，同时所述电流采集器10提供电流信号10F给所述电流自生电源电路，所述电流自生电源电路的在过电流时的输出电源30-1AF提供给所述电源模块30-6，这样双备的电源设计能保证在电压正常及短路时电压跌落的情况下均能满足所述电源模块30-6提供电源给所述电子控制器30，保证所述电子控制器30的正常工作。当所述电流采集器10采集到短路电流时，输出具有一定占空比特性的输出电流信号10F，所述电流信号10F传递给电流信号采样电路30-1A进行模拟信号的采样处理，生成输出电流信号30-1F，所述输出电流信号30-1F进一步传递给所述信号处理电路30-3，所述信号处理电路30-3的输出处理信号30-3F传递给所述第一微处理器30-4或所述第二微处理器30-5。当第二微处理器30-5判断电流有效值未超过切换电流门限时，所述输出处理信号30-3F传递给所述第一微处理器30-4，当第二微处理器30-5判断电流有效值超过切换电流门限时，所述输出处理信号30-3F传递给所述第二微处理器30-5。所述第一微处理器30-4根据处理信号30-3F经其固件计算得到第一处理结果30-4F，其中包括电流有效值计算结果或电流瞬时值的数字信号，然后传递给第二微处理器30-5，经第二微处理器30-5固件计算后，与其中预设的比较门限值进行比对，并判断及发出瞬时或短延时控制信号给所述驱动电路30-9，所述驱动电路30-9收到最终控制信号时，驱动所述磁通变换器12动作，并进一步使所述操作机构15脱扣，进而带动所述动触头13与所述静触头14的分离，从而实现主电路分断，实现相应的短路或短延时保护。
本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。
Claims (11)
1.一种保护装置,包括电流采集器（10）、电压采集器（11）、绝缘外壳（20）、电子控制器（30）、执行器（12）、动触头（13）、静触头（14）、操作机构（15）；
所述电流采集器（10）输出电流信号（10F），所述电流信号（10F）在额定量程内与主电路电流呈线性关系、同相位，超出额定量程后所述电流信号（10F）具有饱和特性和与所述主电路电流具有对应关系的占空比；
所述电压采集器（11）输出与所述主电路电压呈线性关系、同相位的电压信号（11F）；
所述电子控制器（30）包括电流信号采样电路（30-1A）、信号处理电路（30-3）、第一微处理器（30-4）、第二微处理器（30-5）和驱动电路（30-9），所述第一微处理器（30-4）和/或所述第二微处理器（30-5）包括存储器、数学和逻辑运算单元；
其特征在于：所述电子控制器（30）采用所述占空比进行固件计算，并根据计算结果判断是否进行过电流保护。
2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于：所述电子控制器（30）还包括电流自生电源电路。
3.根据权利要求1或2所述的保护装置，其特征在于：所述电子控制器（30）还包括电压信号采样电路（30-2），所述第一微处理器（30-4）根据所述电流采集器（10）的电流信号（10F）和/或电压采集器（11）的电压信号（11F）及第一微处理器（30-4）的内部固件得出第一处理结果（30-4F），所述第一处理结果（30-4F）包括电流矢量和数据和/或电流占空比原始数据和/或电流有效值数据和/或电压有效值数据和/或频率数据和/或功率数据和/或功率因数和/或电能数据和/或谐波数据。
4.根据权利要求3所述的保护装置，其特征在于：所述第二微处理器（30-5）根据所述电流采集器（10）的电流信号（10F）和/或电压采集器（11）的电压信号（11F）和/或第一处理结果（30-4F）得出第二处理结果（30-5F），所述第二处理结果（30-5F）包括剩余电流故障信息和/或接地故障信息和/或过电流故障信息和/或过欠压故障信息和/或频率故障信息和/或逆功率故障信息和/或非侵入式负荷识别数据。
5.根据权利要求3所述的保护装置，其特征在于：所述电流采集器（10）在低压单相LN电路、三相ABC电路或三相四线ABCN电路中每极各设置一所述电流采集器（10），在在低压单相LN电路、三相ABC电路或三相四线ABCN电路中每相各设置一个所述电压采集器（11）。
6.根据权利要求4所述的保护装置，其特征在于：所述第二微处理器（30-5）设置内部和/或外部存储器，所述内部和/或外部存储器内存储各故障保护门限值、算法固件，并根据固件算法和所述第二处理结果（30-5F），判断是否发出控制信号给所述驱动电路（30-9），所述驱动电路（30-9）驱动所述执行器（12）动作，所述执行器（12）使所述操作机构（15）脱扣，所述操作机构（15）带动所述动触头（13）与所述静触头（14）的分离，实现故障保护。
7.根据权利要求6所述的保护装置，其特征在于：所述故障保护包括接地故障保护、或过电流保护、或过欠压保护、或频率保护或逆功率保护中的一种或多种。
8.根据权利要求2所述的保护装置，其特征在于：所述电子控制器（30）包括人机交互模块（30-7）和/或通信模块（30-8）。
9.根据权利要求8所述的保护装置，其特征在于：所述通信模块（30-8）可采用无线通信和/或有线通信方式，无线通信包括4G、5G、WIFI、BLE、ZigBee、NB-IoT和LoRa等通信方式中的至少一种，有线通信包括HPLC、PLC、RS485、LAN、CAN、DeviceNet和Profibus等通信方式中的至少一种。
10.根据权利要求1或2所述的保护装置，其特征在于：所述电子控制器（30）还包括测温模块（18），所述测温模块（18）生成温度信号（18F），所述第二微处理器（30-5）根据内部固件及所述温度信号（18F）生成的第二处理结果（30-5F）中还包括温度监测信息及超温保护指令。
11.根据权利要求1或2所述的保护装置，其特征在于：所述电压采集器（11）为与主电路隔离感应式传感器或电阻分压电路。
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