CN202564920U - 智能电子脱扣器及包含其的断路器 - Google Patents

Abstract

一种智能电子脱扣器，包括过热过载保护部件，过热过载保护部件包括：电流互感器、电流信号处理电路，采样电路、MCU电路、脱扣驱动电路、断路器脱扣执行器。过热过载保护部件还包括：热电偶，感测预先设定的监测点的温度，产生与监测点温度相关的电压信号，并将产生的电压信号传送到热电偶电压信号处理电路；热电偶电压信号处理电路，对输入的电压信号进行处理后，将该电压信号传送到MCU电路。MCU电路根据基于电流互感器、电流信号处理电路的电流信号所计算的负载电流的有效值与负载阈值的比较以及根据热电偶电压信号处理电路传送的电压信号算出的监测点的温度值与温度标定值相应的电压信号的比较结果来确定是否发出脱扣指令。

Description

智能电子脱扣器及包含其的断路器

技术领域

本实用新型涉及低压断路器的电子脱扣器及包含该电子脱扣器的断路器。具体地，涉及一种具有非正常发热保护功能的智能电子脱扣器及包含该智能电子脱扣器的断路器。

背景技术

低压断路器常用于低压配电系统中，用来接通、分断负载，以保护线路及设备的安全，是一种低压电器。

智能电子脱扣器(以下简称脱扣器)是断路器中一个重要部件。它通过采样、计算、判断、执行步骤使断路器实现过载反时限保护、短路短延时定时限和反时限保护、接地或漏电定时限和反时限保护、N相保护、以及断相等原因引起的电流不平衡保护等保护功能。

在断路器的使用中，通常会产生发热现象，发热现象通常分为正常发热和非正常发热。

正常发热是指：断路器电路电阻在断路器的产品说明书所陈述的范围内；用户(或安装人员)按产品正确的使用要求接线(断路器的上、下进线)，即正确的上、下进线与接线端子之间的压力，正确的接触面清洁等情况下，断路器因承载电流而发热。

非正常发热是指：断路器因为如触点脱落、触点严重氧化、动/静触点之间有异物等的某种原因造成其电路电阻远高于正常值，由于用户或安装人员的不正确安装造成电源进线与接线端子之间的接触电阻大大高于正常值，由于环境的侵蚀造成导体接触面的氧化使其触电阻增大，由于长期冷(例如不通电或通电电流小时)热(例如通电电流大时)交变应力的存在使导体间的接触变松，从而使其接触电阻大大增加等情况下，断路器因承载电流而发热。

现有技术的脱扣器还具有模拟双金属片的热效应特性的功能，这是一种针对过载的正常发热的保护。在未达到长延时过载脱扣的情况下反复过荷，则会引起导体(例如：断路器内部承载电流的部件，如动、静触头，接线端子及联接动触头与接线端子的软导体等)发热。脱扣器通过记忆主回路电流开始回落以前积聚的过载能量，在回落期间进行释放，并定义为30min释放完毕。在释放期间主回路电流再次过载时，将过载能量从以前积聚而未释放完毕的剩余能量上继续进行积聚，来确认过载脱扣时间。

图1是现有智能电子脱扣器产品的涉及过载保护部分的原理框图。

现有智能电子脱扣器基于对负载电流信号的采集和处理来估算系统的发热，据此作为断路器过载脱扣的判据。

在图1中，智能电子脱扣器产品的过载保护部分包括电流互感器11、电流信号处理电路12、采样电路13、MCU电路14、脱扣驱动电路15。

电流互感器11感测负载电流，产生与负载电流成线性关系的电流感测信号，并将所产生的电流感测信号传送到电流信号处理电路12。电流信号处理电路12对电流感测信号依次进行诸如滤去高频噪声的低通滤波处理、信号放大处理、电平限幅处理等的处理，并将处理后的电流信号传送到采样电路13。采样电路13一般选用A/D转换器，以将处理后的模拟电流信号转换成数字电流信号，并传送数字电流信号到MCU电路14。MCU电路14对采样电路13进行控制，以使得采样电路13在电流信号的每个周波的采样点为32个，即每隔0.625ms采样一次，并把A/D转换寄存器中的采样值传送到MCU电路14的指定的数组中，MCU电路14然后利用32个采样值算出负载电流的有效值，并保存起来，刷新以前的值，供诸如过载判断、显示处理等使用。在MCU电路14中，判断负载电流的有效值是否大于例如1.15倍长延时整定值，如果负载电流的有效值不大于例如1.15倍长延时整定值，则在MCU电路中进行热记忆处理，然后返回去继续下一周期的负载电流监测。如果负载电流的有效值大于例如1.15倍长延时整定值，则MCU电路14将与本次计算的负载电流的有效值对应的本周波能量累加至总累加值，并判断总累加值是否大于能量阈值。若总累加值不大于能量阈值，则返回进行继续下一周期的负载电流监测。若总累加值大于能量阈值，则MCU电路14向脱扣驱动电路15发出脱扣指令，并进行故障的相应处理，并进行热记忆处理。脱扣驱动电路15接收到MCU电路14的脱扣指令之后驱动断路器脱扣执行器执行脱扣动作。

图1的智能电子脱扣器的上述处理精确地估算了正常情况下的电力系统基于负载的发热，对线接的过热保护是有效的。然而，电接触的老化、电联结的松动及触头触点脱落、触点的局部或全部烧毁等都会造成系统的严重发热，导致火灾的发生。而这是不能为上述的现有技术的智能电子脱扣器所侦测到的。

由此可见，现有技术的智能电子脱扣器有效地监测了负载电流所产生的热效应，据此实现过载脱扣保护的判断。但它无法对因非正常的原因造成的电接触不良所造成的热效应进行考虑和计算，从而造成它的过载脱扣判据不全，不能有效地对电气线路进行保护，从而有可能发生火灾。

火灾往往会对人民的生命财产造成巨大的损失，近年来，据统计50％以上的火灾是由于电气的原因造成的。因此，脱扣器如能有效地对电气线路热效应进行模拟，提供充分的过载或其他过热引起的脱扣的判据，并据此令断路器脱扣，则可有效地保护电气线路，减少电气火灾发生的概率。

实用新型内容

本实用新型来源于对电气火灾原因的了解，及对现有智能电子脱扣器缺陷的认识。本实用新型的目的是提供一种采用热电偶及电流互感器同时采样并作出长延时脱扣判断的智能电子脱扣器及具有此智能电子脱扣器的断路器。

根据本实用新型的一方面，提供一种智能电子脱扣器，其特征在于包括过热过载保护部件，所述过热过载保护部件包括：

电流互感器，感测负载电流，产生与负载电流成线性关系的电流感测信号，并将所产生的电流感测信号传送到电流信号处理电路；

电流信号处理电路，对电流感测信号依次进行处理，并将处理后的电流信号传送到采样电路；

采样电路，以将处理后的模拟电流信号转换成数字电流信号，并传送数字电流信号到MCU电路；

热电偶，感测预先设定的监测点的温度，产生与监测点温度相关的电压信号，并将产生的电压信号传送到热电偶电压信号处理电路；

热电偶电压信号处理电路，对输入的电压信号进行处理后，将该电压信号传送到MCU电路；

MCU电路，对采样电路进行控制，并根据采样电路的采样值算出负载电流的有效值；MCU电路根据热电偶电压信号处理电路传送的电压信号算出监测点的温度值；根据所计算的负载电流的有效值与负载阈值的比较以及根据所计算的监测点的温度值与温度标定值相应的电压信号的比较结果来确定是否发出脱扣指令；

脱扣驱动电路，接收MCU电路发送的信号，在收到脱扣指令之后，对断路器中的断路器脱扣执行器进行驱动处理。

其中，若所计算的负载电流的有效值不大于负载阈值且监测点的温度不大于标定值，则MCU电路不发出脱扣指令；若所计算的负载电流的有效值大于负载阈值或者监测点的温度大于标定值二者至少之一发生，则MCU电路发出脱扣指令。

其中，在发出脱扣指令的时候，MCU电路向用户提示故障信息。

其中，采样电路选用A/D转换器。

其中，MCU电路对采样电路进行控制，以使得采样电路在电流信号的每个周波的采样点为32个。

其中，负载阈值是基于负载电流的能量总累加值。

其中，电流信号处理电路进行滤去高频噪声的低通滤波处理、信号放大处理、电平限幅处理。

其中，热电偶电压信号处理电路进行滤波、放大处理。

根据本实用新型的一方面，提供一种断路器，其包含如上所述的智能电子脱扣器之一。

本实用新型提供采用热电偶对断路器上预先设定的监测点的温度进行采样，直接感知系统中发热的情况，综合发热及负载电流因素作为断路器脱扣判断依据。这样即使脱扣器测出的负载电流不大，只要系统处于过热的状况，脱扣器还是会发生指令使断路器脱扣，并告知用户脱扣的原因和脱扣时的电流，以便其及时找出原因并排出故障，有效地防止了火灾的发生。本实用新型继承了现有技术脱扣器的优点，同时克服现有技术脱扣器存在的脱扣判据不全的缺陷。它能有效地保护电气线路的安全，大大减少了由于电器设备的过热造成的电器设备的损坏及火灾发生的概率。

本实用新型可以使断路器的保护功能更全面，填补同类产品的市场空白，使产品更有竞争力。

附图说明

通过下面结合附图对示例实施例的详细描述，将更好地理解本实用新型。应当清楚地理解，所描述的示例实施例仅仅是作为说明和示例，而本实用新型不限于此。本实用新型的精神和范围由所附权利要求书的具体内容限定。下面描述附图的简要说明，其中：

图1是图1是现有智能电子脱扣器产品的涉及过载保护部分的原理框图；

图2是根据本实用新型的智能电子脱扣器产品的涉及过载过热保护部分的原理框图。

具体实施方式

现在参照附图2来详细介绍根据本实用新型的智能电子脱扣器产品。

图2是根据本实用新型的智能电子脱扣器产品的涉及过载过热保护部分的原理框图。

图2的根据本实用新型的智能电子脱扣器在图1的现有智能电子脱扣器产品的基础上增加了热电偶温度采样处理。所述热电偶用于检测断路器上预先设定的监测点的温度。由于可能存在电接触的老化、电联结的松动及触头磨损等问题，监测点的温度会升高。

在图2中，智能电子脱扣器产品的过载过热保护部分包括与图1中相同的电流互感器11、电流信号处理电路12、采样电路13、MCU电路14、脱扣驱动电路15。此外，图2的智能电子脱扣器产品的过载过热保护部分还包括热电偶17以及热电偶电压信号处理电路18。

在图2中，电流互感器11感测负载电流，产生与负载电流成线性关系的电流感测信号，并将所产生的电流感测信号传送到电流信号处理电路12。电流信号处理电路12对电流感测信号依次进行诸如滤去高频噪声的低通滤波处理、信号放大处理、电平限幅处理等的处理，并将处理后的电流信号传送到采样电路13。采样电路13一般选用A/D转换器，以将处理后的模拟电流信号转换成数字电流信号，并传送数字电流信号到MCU电路14。MCU电路14对采样电路13进行控制，以使得采样电路13在电流信号的每个周波的采样点为32个，即每隔0.625ms采样一次，并把A/D转换寄存器中的采样值传送到MCU电路14的指定的数组中，MCU电路14然后利用32个采样值算出负载电流的有效值，并保存起来，刷新以前的值，供诸如过载判断、显示处理等使用。

热电偶17感测监测点的温度，产生与监测点温度相关的电压信号，并将产生的电压信号传送到热电偶电压信号处理电路18。热电偶电压信号处理电路18对输入的电压信号进行诸如滤波、放大等必要的处理后，将该电压信号传送到MCU电路14。MCU电路14根据热电偶电压信号处理电路18传送的电压信号算出监测点的温度值。

在MCU电路14中，首先判断负载电流的有效值是否大于例如1.15倍长延时整定值，如果负载电流的有效值不大于例如1.15倍长延时整定值，则在MCU电路中进行热记忆处理，然后返回去继续下一周期的负载电流监测。如果负载电流的有效值大于例如1.15倍长延时整定值，则MCU电路14将与本次计算的负载电流的有效值对应的本周波能量累加至总累加值，并判断总累加值是否大于能量阈值以及判断监测点的温度是否大于标定值。

若总累加值不大于能量阈值且监测点的温度不大于标定值，则返回进行继续下一周期的负载电流监测。

若总累加值大于能量阈值，或者若监测点的温度大于标定值，或者总累加值大于能量阈值且监测点的温度大于标定值，则MCU电路14向脱扣驱动电路15发出脱扣指令，并进行故障的相应处理，并进行热记忆处理。脱扣驱动电路15接收到MCU电路14的脱扣指令之后驱动断路器脱扣执行器执行脱扣动作。

根据本实用新型的智能电子脱扣器，把监测点的温度是否大于标定值作为脱扣动作的补充判据，使脱扣器在满足过热或过载条件二者至少之一时进行脱扣。

在上述的热电偶的标定值是指：正常发热下，过载脱扣条件(I＞1.15In)满足时的监测点的温度值。

此外，可以在脱扣器上设置一个温度自动标定按钮(Reset)，使脱扣器在出厂前对温度标定值进行自动标定。

本实用新型的脱扣器除增加过热脱扣外的功能及操作之外，与现有技术的脱扣器相同。

脱扣器在出厂前用如下步骤作监测点温度的自动标定：按一下脱扣器的Reset按钮，此时脱扣器的温度判据过热脱扣功能被屏蔽，脱扣器进入监测点温度自动标定程序。将脱扣器与断路器相连后通以1.15In(即1.15倍长延时整定值)电流，待断路器脱扣后，脱扣器会自动记录被监测点的温度，此温度与修正值(保证电流脱扣判据优先的一个温度正值)之和即为标定温度值，被永久地记录在脱扣器中。

此外，MCU电路14在发出脱扣命令时还可以根据上述过热或过载的判断情况向用户提供故障信息。

例如，装有本实用新型的脱扣器的断路器在使用时，当流过断路器的实际电流大于1.15In，持续时间达到设定值，或累积能量达到设定值时，且此时被监测点的温度大于标定值的80％，断路器脱扣，并提供如下故障信息：脱扣原因为电流过载，脱扣时电流为......(例如：201A)；脱扣器温度监测正常。

例如，装有此脱扣器的断路器在使用时，当流过断路器的实际电流小于1.15In，或电流大于1.15In，但持续时间未达到设定值，或累积能量未达到设定值时，但监测点的温度达到设定值时，断路器脱扣，并提供如下故障信息：脱扣原因为电气接触不良，或严重的触头磨损，或其它未知的非正常发热，脱扣时电流为......(例如：153A)

例如，装有此脱扣器的断路器在使用时，当流过断路器的实际电流大于1.15In，持续时间达到设定值，或累积能量达到设定值时，但此时被监测点的温度小于标定值的80％，断路器脱扣，并提供如下故障信息：脱扣原因为电流过载，脱扣时电流为......(例如：201A)；脱扣器温度监测异常。

本实用新型可使现有的智能电子断路器产品全面升级换代，更全面的过热过载保护性能给客户予更安全的保证，减少电气火灾发生的概率。

虽然已经图示和描述了所考虑的本实用新型的示例实施例，但是本领域技术人员可以理解，随着技术的进步，可以作出各种变更和修改并可以用等价物替换其元素而不背离本实用新型的真实范围。

Claims (3)

1.一种智能电子脱扣器，其特征在于包括过热过载保护部件，所述过热过载保护部件包括：

电流互感器，感测负载电流，产生与负载电流成线性关系的电流感测信号，并将所产生的电流感测信号传送到电流信号处理电路；

电流信号处理电路，对电流感测信号依次进行处理，并将处理后的电流信号传送到采样电路；

采样电路，以将处理后的模拟电流信号转换成数字电流信号，并传送数字电流信号到MCU电路；

热电偶，感测预先设定的监测点的温度，产生与监测点温度相关的电压信号，并将产生的电压信号传送到热电偶电压信号处理电路；

热电偶电压信号处理电路，对输入的电压信号进行处理后，将该电压信号传送到MCU电路；

MCU电路，对采样电路进行控制，并根据采样电路的采样值算出负载电流的有效值；MCU电路根据热电偶电压信号处理电路传送的电压信号算出监测点的温度值；根据所计算的负载电流的有效值与负载阈值的比较结果以及根据所计算的监测点的温度值与温度标定值相应的电压信号的比较结果来确定是否发出脱扣指令；

脱扣驱动电路，接收MCU电路发送的信号，在收到脱扣指令之后，对断路器中的断路器脱扣执行器进行驱动处理。

2.如权利要求1所述的智能电子脱扣器，其特征在于：采样电路选用A/D转换器。

3.一种断路器，其特征在于：包含如权利要求1-2之一所述的智能电子脱扣器。 

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