CN205377257U - 智能漏电重合闸保护开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能漏电重合闸保护开关，包括磁保持继电器模块，零序电流传感器模块，交直流电压变换模块，电压电流采样模块，温湿度传感器模块，电能采集模块，板载天线模块，微处理器模块，所述磁保持继电器模块输入端与交直流电压变换模块连接，所述磁保持继电器模块输出端分别与零序电流传感器模块、电压电流采样模块连接，所述微处理器模块输入端与温湿度传感器模块连接，所述电压电流采样模块与电能采集模块连接，所述微处理器模块输出端分别与电能采集模块和板载天线模块连接。本实用新型的有益效果是：实时监测电压、电流等电能运行信息，利用磁保持继电模块实现电能通断，实现电路保护功能，实现遥测、遥控功能，实现智能保护。

Description

智能漏电重合闸保护开关

技术领域

本实用新型涉及一种智能漏电重合闸保护开关，尤其是一种智能漏电重合闸保护开关。

背景技术

目前，电能在国民经济发展中扮演着举足轻重的角色，在当前能源紧缺、环境形势严峻的背景下，安全用电、节能环保显得尤为重要。19世纪末美国著名发明家爱迪生发明了保险丝，一百多年来，保险丝拯救了无数生命。1885年，世界上最早产生的断路器闸刀开关问世，主要作用是隔离电源，确保电路和设备维修的安全。1972年，西班牙西蒙电气与德国西门子联合开发空气开关。从此，空气开关逐渐成为各类配电场所的必备短路设备。50年代末，由于电子元件的兴起，又产生了电子脱扣器，到了今天，由于单片机的普及又有了智能型断路器的问世。

随着电子信息技术和物联网技术的推进，智能配电设备的技术水平突飞猛进，智能配电设备解决方案逐步向一次设备加内嵌智能组件的方向转变，可完成调整、控制、状态监测、计量、保护等多种功能，而目前工业和民用电能监控设备种类繁多，但大多价格昂贵，而且功能较原始，无法满足物联网时代智能电网发展的需要。

传统的配电箱空气开关一般有两种：一种是不带保护功能的、简单的用手拨动实现通断的普通断路开关；另外一种是具有保护功能的空气开关，这种开关一般有以下几种。

1、电磁脱扣器：当线路中出现短路故障时，电流超过正常电流的若干倍，电磁铁产生的电磁力大于反作用力弹簧的作用力，衔铁被电磁铁吸动通过传动机构推动自由脱扣机构释放主触头。主触头在分闸弹簧的作用下分开切断电路起到短路保护作用。只能提供短路保护。

2、热脱扣器：当电流过高时，提供二段保护；动作值误差比较大，不可以调节(现在所谓的新一代断路器可以机械调节，但调节幅度很小，且误差相当大)；受环境影响较大。

3、失压脱扣器：失压脱扣器并联在断路器的电源测，可起到欠压及零压保护的作用。

4、分励脱扣器：分励脱扣器用于远距离操作低压断路器分闸控制。在具体使用中，分励脱扣侧重于控制，失压脱扣侧重于保护。

5、漏电保护器：它主要包括检测元件(零序电流互感器，用0.05～0.08mm的线在磁环上绕1000～2000圈，各厂家不同的)，中间环节(包括放大器、比较器、脱扣器等)，执行元件(主开关)和试验元件等。当被保护电路发生漏电或有人触电时，由于漏电电流的存在，通过零序电流互感器一次侧各相电流的相量和不再等于零，产生了漏电电流。该电流在铁心中出现交变磁通。在交变磁通作用下,零序电流互感器二次侧线圈就有感应电动势产生，此漏电信号经中间环节进行处理和比较，当达到预定值时，使主开关分励脱扣器线圈通电，驱动主开关自动跳闸，切断故障电路，从而实现保护。

漏电保护开关又分两种形式：一种是偏机械结构的脱扣器式漏电保护开关，这种开关历史悠久，质量可靠，反应速度慢，断电后需要手动拨动开关合闸，这种漏电开关老化后跳闸门限值会发生漂移，安全性降低；另外一种是电子式的自动重合闸漏电保护开关，这种开关技术成熟可靠，漏电电流超过跳闸门限后，控制继电器断开线路实现跳闸，保护合闸次数范围内线路恢复可以自动合闸(继电器闭合线路)，合闸次数超限需要待线路恢复后，通过手动拨动开关实现合闸。

这两种漏电保护开关，通过采集零序电流传感器的信号感测漏电电流，它的保护动作漏电流门限都不可调，只能实现漏电保护，线路运行状态的电能质量未知，没有对供电线路的漏电流、电流、电压、功率和环境参量等进行综合检测与多种保护，更没有可以通过互联网或其它无线通讯方式实现遥测、遥控、遥调和遥信的功能。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种智能漏电重合闸保护开关。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

智能漏电重合闸保护开关，包括零序电流传感器模块，交直流电压变换模块，电压电流采样模块，温湿度传感器模块，电能采集模块，板载天线模块，磁保持继电器模块和微处理器模块，所述磁保持继电器模块输入端与交直流电压变换模块连接，所述磁保持继电器模块输出端分别与零序电流传感器模块、电压电流采样模块连接，所述微处理器模块输入端与温湿度传感器模块连接，所述电压电流采样模块与电能采集模块连接，所述微处理器模块输出端分别与电能采集模块和板载天线模块连接；

所述零序电流传感器模块，用于采集零序电流，获取漏电信息；

所述交直流电压变换模块，用于实现模数电源变换，获取保护开关所需的直流电源；

所述电压电流采样模块，用于对电能质量监测所需要的电流和电压进行采样，获取电流电压监测信息；

所述温湿度传感器模块，用于采集环境温度和湿度，获取开关环境信息；

所述电能采集模块，用于采集用电线路电能质量参数，获取电能质量信息；

所述微处理器模块，用于接收漏电信息、电能质量信息、开关环境信息和电流电压监测信息，将上述信息进行信息处理，获取电能运行信息，并将电能运行信息通过液晶显示模块进行显示，同时将上述信息通过板载天线模块发送至远程媒体终端，与远程媒体终端进行远程数据交换，并根据远程媒体终端传输的信息控制磁保持继电器模块通断；

所述磁保持继电器模块，受控于微处理器模块，用于实现电能通断。

优选的，所述智能漏电重合闸保护开关还包括电流电压变换模块和漏电流信号调理模块，电流电压变换模块与零序电流传感器模块的输出端并联，用于将零序电流信号转换为电压信号，所述漏电流信号调理模块串联于零序电流传感器模块输出端和微处理器输入端所在的支路上，用于对所述电压信号依次进行放大、滤波和整形，获取漏电中间信号，并传输至微处理器。

进一步优选的，所述漏电流信号调理模块包括全波整流电路，用于对零序电流传感器模块输出的零序电流信号进行单极性变换。

优选的，所述智能漏电重合闸保护开关还包括继电器驱动模块，所述继电器驱动模块与磁保持继电器模块输入端连接。

优选的，所述智能漏电重合闸保护开关还包括液晶显示模块，所述液晶显示模块与微处理器模块输出端连接。

优选的，所述板载天线模块采用Zigbee无线通信方式实现微处理器模块与远程媒体终端进行双向通信。

优选的，所述微处理器模块包括单极性模数转换模块、电平匹配模块、低通滤波模块和仪表放大器模块。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型可以实时监测电压、电流等电能运行信息，利用磁保持继电模块实现电能通断，实现电路保护功能；

2.本实用新型通过板载天线模块与远程媒体终端配合工作，实现遥测、遥控功能，实现智能保护；

3.本实用新型集监测、监控、保护为一体，符合智能电网改造要求，符合未来智慧城市发展趋势，适用范围广。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型提供的全波整流电路电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，智能漏电重合闸保护开关，包括零序电流传感器模块，交直流电压变换模块，电压电流采样模块，温湿度传感器模块，电能采集模块，板载天线模块，磁保持继电器模块和微处理器模块，所述磁保持继电器模块输入端与交直流电压变换模块连接，所述磁保持继电器模块输出端分别与零序电流传感器模块、电压电流采样模块连接，所述微处理器模块输入端与温湿度传感器模块连接，所述电压电流采样模块与电能采集模块连接，所述微处理器模块输出端分别与电能采集模块和板载天线模块连接；

所述零序电流传感器模块，用于采集零序电流，获取漏电信息；

所述交直流电压变换模块，用于实现模数电源变换，获取保护开关所需的直流电源；

所述电压电流采样模块，用于对电能质量监测所需要的电流和电压进行采样，获取电流电压监测信息；

所述温湿度传感器模块，用于采集环境温度和湿度，获取开关环境信息；

所述电能采集模块，用于采集用电线路电能质量参数，获取电能质量信息；

所述微处理器模块，用于接收漏电信息、电能质量信息、开关环境信息和电流电压监测信息，将上述信息进行信息处理，获取电能运行信息，并将电能运行信息通过液晶显示模块进行显示，同时将上述信息通过板载天线模块发送至远程媒体终端，与远程媒体终端进行远程数据交换，并根据远程媒体终端传输的信息控制磁保持继电器模块通断；

所述磁保持继电器模块，受控于微处理器模块，用于实现电能通断。

优选的，所述智能漏电重合闸保护开关还包括电流电压变换模块和漏电流信号调理模块，电流电压变换模块与零序电流传感器模块的输出端并联，用于将零序电流信号转换为电压信号，所述漏电流信号调理模块串联于零序电流传感器模块输出端和微处理器输入端所在的支路上，用于对所述电压信号依次进行放大、滤波和整形，获取漏电中间信号，并传输至微处理器。

进一步优选的，所述漏电流信号调理模块包括全波整流电路，用于对零序电流传感器模块输出的零序电流信号进行单极性变换。

优选的，所述智能漏电重合闸保护开关还包括继电器驱动模块，所述继电器驱动模块与磁保持继电器模块输入端连接。

优选的，所述智能漏电重合闸保护开关还包括液晶显示模块，所述液晶显示模块与微处理器模块输出端连接。

优选的，所述板载天线模块采用Zigbee无线通信方式实现微处理器模块与远程媒体终端进行双向通信。

优选的，所述微处理器模块包括单极性模数转换模块、电平匹配模块、低通滤波模块和仪表放大器模块。

下面结合具体实施例对智能漏电重合合闸保护开关工作过程进行说明：

微处理器采用集成无线通信模块和8051内核的SOC芯片，通过Zigbee无线通信与外部进行双向通信，远程媒体终端包括手持智能终端或者服务器。

零序电流传感器模块采集零序电流，获得漏电信息，所述电能采集模块采集用电线路电能质量参数，获得电能质量信息，温湿度传感器模块采集温湿度，获得开关环境信息，微处理器接收上述漏电信息、用电线路电能质量信息和开关环境信息，将上述信息进行信息处理，获取电能运行信息，并将电能运行信息通过液晶显示模块进行显示，同时将上述信息通过Zigbee无线通信方式发送至远程媒体终端，与远程媒体终端进行远程数据交换，并根据远程媒体终端传输的信息控制磁保持继电器模块通断。对于电能用户来说，通过手持智能终端随时查看家中的用电量和用电状况，并可以进行远程控制通断电，即安全又方便，另外对于输电维护和检修工人而言，对某一处线路故障点维修时不用重复往返于维修点和闸刀处进行重复拉合闸测试，只需用手持智能终端远程控制即可。

由于零序电流传感器模块输出双极性交流电压信号，而微处理器模块采用单极性模数转换模块，因此在进行模数转换之前要进行信号电平的匹配，因此在微处理器模块中设置电平匹配模块，用于将双极性交流电压信号转换为单极性的幅值范围在0-3.3V之间的直流电压信号。

由于需要对零序电流传感器模块输出的微弱信号进行检测，为了最大程度的减少信号的失真和损失，充分发挥传感器的灵敏度，在微处理器模块中采用仪表放大器模块。

零序电流传感器模块的输出信号属于微小电压信号，极易受到各种干扰的影响。由于电网中存在对被测信号的干扰以及电路板存在高频噪声干扰，这些会对后续模数转换造成不良影响，进而导致数据准确性降低，最终造成保护器跳闸动作不可靠性增加，因此，在仪表放大器模块输出端设置低通滤波模块。

由于微处理器内部的模数转换模块为单极性，必须对交流信号进行单极性变换。如图2所示，采用全波整流电路实现极性变换。输出端的0.1uF电容的作用主要是消除输出波形的毛刺，起到平滑作用。

目前各大电气设备制造商开发的多功能保护开关，一般包括了漏电、过载、欠压、过压、雷击等保护。但是这些保护都只是单纯的跳合闸，只有达到一定的阈值才会产生动作。由于在没有达到阈值之前不产生保护动作，因此长时间的小漏电流、过载但没达到动作阈值的输电线路隐含了很大的安全隐患。本专利所设计的智能漏电保护开关，可以实时掌握输电线路的电路运行信息，在遇到漏电、过载和超温等安全问题时，可以提前做出预测预报，能够早发现早处理，并在达到预设的动作门限时自动断电，真正做到安全用电。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种智能漏电重合闸保护开关，其特征是，包括零序电流传感器模块，交直流电压变换模块，电压电流采样模块，温湿度传感器模块，电能采集模块，板载天线模块，磁保持继电器模块和微处理器模块，所述磁保持继电器模块输入端与交直流电压变换模块连接，所述磁保持继电器模块输出端分别与零序电流传感器模块、电压电流采样模块连接，所述微处理器模块输入端与温湿度传感器模块连接，所述电压电流采样模块与电能采集模块连接，所述微处理器模块输出端分别与电能采集模块和板载天线模块连接；

所述零序电流传感器模块，用于采集零序电流，获取漏电信息；

所述交直流电压变换模块，用于实现模数电源变换，获取保护开关所需的直流电源；

所述电压电流采样模块，用于对电能质量监测所需要的电流和电压进行采样，获取电流电压监测信息；

所述温湿度传感器模块，用于采集环境温度和湿度，获取开关环境信息；

所述电能采集模块，用于采集用电线路电能质量参数，获取电能质量信息；

所述微处理器模块，用于接收漏电信息、电能质量信息、开关环境信息和电流电压监测信息，将上述信息进行信息处理，获取电能运行信息，并将电能运行信息通过液晶显示模块进行显示，同时将上述信息通过板载天线模块发送至远程媒体终端，与远程媒体终端进行远程数据交换，并根据远程媒体终端传输的信息控制磁保持继电器模块通断；

所述磁保持继电器模块，受控于微处理器模块，用于实现电能通断。

2.如权利要求1所述的智能漏电重合闸保护开关，其特征是，所述智能漏电重合闸保护开关还包括电流电压变换模块和漏电流信号调理模块，电流电压变换模块与零序电流传感器模块的输出端并联，用于将零序电流信号转换为电压信号，所述漏电流信号调理模块串联于零序电流传感器模块输出端和微处理器输入端所在的支路上，用于对所述电压信号依次进行放大、滤波和整形，获取漏电中间信号，并传输至微处理器。

3.如权利要求2所述的智能漏电重合闸保护开关，其特征是，所述漏电流信号调理模块包括全波整流电路，用于对零序电流传感器模块输出的零序电流信号进行单极性变换。

4.如权利要求3所述的智能漏电重合闸保护开关，其特征是，所述智能漏电重合闸保护开关还包括继电器驱动模块，所述继电器驱动模块与磁保持继电器模块输入端连接。

5.如权利要求1所述的智能漏电重合闸保护开关，其特征是，所述智能漏电重合闸保护开关还包括液晶显示模块，所述液晶显示模块与微处理器模块输出端连接。

6.如权利要求1所述的智能漏电重合闸保护开关，其特征是，所述板载天线模块采用Zigbee无线通信方式实现微处理器模块与远程媒体终端进行双向通信。

7.如权利要求1所述的智能漏电重合闸保护开关，其特征是，所述微处理器模块包括单极性模数转换模块、电平匹配模块、低通滤波模块和仪表放大器模块。