CN215267621U - 一种带有数据存储功能的断路断相保护器 - Google Patents

Abstract

一种带有数据存储功能的断路断相保护器，属保护装置领域。在开关或断路器上，设置由三相电压采集电路、三相电流采集电路、模数转换电路和flash存储电路构成的电压/电流数据存储单元；三相电压采集电路和三相电流采集电路的输入端与开关或断路器的三相主回路分别对应相接；三相电压采集电路和三相电流采集电路的输出端与模数转换电路的输入端分别对应连接；模数转换电路的输出端与微控制器的I/O端口对应连接；flash存储电路与微控制器的I/O端口对应连接。能够为供电回路的故障提供真实有效的分析数据，进行并记录供电回路的功耗测量；用户可以对用电设备进行功耗调整，调节电网负载均衡，最大程度的减少了负载不均衡给供电设备带来的损害。

Description

一种带有数据存储功能的断路断相保护器

技术领域

本实用新型属于保护装置领域，尤其涉及一种带有数据存储功能的断路断相保护器。

背景技术

随着工农业生产的发展，三相电动设备得到了广泛的应用，在生产机械的电气控制线路中，采取了对电动机的各种保护措施。

传统的断路器又叫空气开关，是一种最基本的低压电器；断路器具有过载、短路和欠电压保护功能，能保护线路和电源的能力；它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过热继电器等的组合。

供电线路中可能会因大型负载的变化而产生故障，造成其它用电设备的损坏，为了维护供电线路的安全，目前国内已经出现了过、欠压保护器(亦称断路断相保护器)。由于国内断路断相保护器是普通的机械结构，并非智能，所以现有的断路断相保护器并不能采集和存储电压的数据，分析不了故障原因。

在实际工作中，如何能够实时存储和导出供电开关的三相电压、电流数据，并在上位机分别显示出A、B、C三相断路前后的电压、电流信息，是一个急待解决的实际技术问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种带有数据存储功能的断路断相保护器。其一方面可以在过压/过流或欠压、欠流的状态下切断供电电路，另一方面可以存储和导出断路前供电回路的电压、电流的数据，为供电回路的故障分析提供相关数据，

本实用新型的技术方案是：提供一种带有数据存储功能的断路断相保护器，包括微控制器和与上位机通讯电路，其特征是：

在开关或断路器上，设置由三相电压采集电路、三相电流采集电路、模数转换电路和flash存储电路构成的电压/电流数据存储单元；

其中，三相电压采集电路和三相电流采集电路的输入端，与开关或断路器的三相主回路分别对应相接；三相电压采集电路和三相电流采集电路的输出端，与模数转换电路的输入端分别对应连接；模数转换电路的输出端，与微控制器的I/O端口对应连接；flash存储电路与微控制器的I/O端口对应连接。

进一步的，所述带有数据存储功能的断路断相保护器还包括断相部分电路。

具体的，所述的三相电压采集电路由三个单相电压采集电路并列构成；所述的三相电流采集电路由三个单相电流采集电路并列构成。

进一步的，所述的单相电流采集电路，由一个电流互感器U1、四个电阻R1、 R2、R4、R14和两个电容C1、C2组成；其中，电流互感器U1套装在对应相开关的主回路上，电流互感器U1的第一输出端1，与电阻R1、R2的第一端对应连接，电流互感器U1的第二输出端2，与电阻R4、R14的第一端对应连接；电阻R1的第二端，构成IA+输出端；电阻R14的第二端，构成IA-输出端；电阻R2的第二端及电阻R4的第二端，与接地端连接；在IA+输出端与接地端之间，并联电容C1；在 IA-输出端与接地端之间，并联电容C2。

进一步的，所述的单相电压采集电路，由电阻R46至R49、电压互感器U7、电阻R50、R52、R53、R54和电容C7、C8组成；其中，电阻R46的首端与开关对应相主回路电压回路的UA端连接，电阻R46至R49依次串接后，与电压互感器 U7的第一输入端3连接；电压互感器U7的第二输入端4，与对应相开关主回路电压回路的UN端连接；电压互感器U7的第一输出端1，与电阻R53、R54的第一端对应连接，电压互感器U7的第二输出端2，与电阻R50、R52的第一端对应连接；电阻R50的第二端，构成VA+输出端；电阻R54的第二端，构成VA-输出端；电阻 R52的第二端和电阻R53的第二端，与接地端连接；在VA+输出端与接地端之间，并联电容C7；在VA-输出端与接地端之间，并联电容C8。

具体的，所述的模数转换电路为模数转换芯片ATT7022及其外围电路。

具体的，所述的flash存储电路为串行SPI存储器电路。

具体的，所述的断相部分电路包括光电耦合器U12，电阻R86、R87、R91、 MOS管Q13、二极管D4和继电器K4；其中，光电耦合器U12的第一输入端1经电阻R86与VCC-3.3电源端连接，光电耦合器U12的第二输入端2与N相端连接；光电耦合器U12的第一输出端C与VCC-24电源端连接，光电耦合器U12的第二输出端K经电阻R87与MOS管Q13的G极1连接，MOS管Q13的D极3接地， MOS管Q13的S极2与继电器K4控制线圈21的第二端2连接，电阻R91并接在 MOS管Q13的S极与D极之间；继电器K4控制线圈21的第一端1与VCC-24电源端连接；二极管D4的正极与继电器K4控制线圈21的第二端2连接，二极管D4 的负极与继电器K4控制线圈21的第一端1连接；继电器K4的输入端3与UN端连接，继电器K4的第一输出端4与UONT端连接，继电器K4的第二输出端5悬空。

更进一步的，所述的继电器K4为磁保持继电器。

与现有技术比较，本实用新型的优点是：

1.本实用新型的技术方案，采用就地数据转换及数据存储模式，可以将采集到断电之前供电回路的数据上传到上位机，所以在使用过程中，无论是欠压、欠流，还是过压、过流的状态下，均能够让工作人员对故障断电前的运行状态一目了然，提高了故障判断的工作效率；

2.采用本实用新型的技术方案，可以实现断电前供电回路运行参数的数据存储和导出功能，进而可以为供电回路的故障提供真实有效的分析数据.还可以进行并记录供电回路的功耗测量；

3.在实现数据采集及存储的基础上，本实用新型的技术方案将数据上传给上位机，可以根据实际运行数据，测出用电设备的瞬时功耗和累计功耗，用户可以根据这样的数据，对用电设备进行功耗调整，调节电网负载均衡，最大程度的减少了负载不均衡给供电设备带来的损害，为用户减少损失。

附图说明

图1是本实用新型电压数据储存单元的结构示意图；

图2是本实用新型电流数据储存单元的线路图；

图3是本实用新型单相电流采集电路的线路图；

图4是本实用新型单相电压采集电路的线路图；

图5是本实用新型断相部分电路的线路图；

图6是本实用新型模数转换电路的线路图；

图7是本实用新型flash存储电路的线路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

图1和图2中，本实用新型的技术方案，提供了一种带有数据存储功能的断路断相保护器，包括微控制器和与上位机通讯电路(由于微控制器和与上位机通讯电路部分属于现有技术，在此不再叙述)；本技术方案的发明点在于：

在开关或断路器上，设置一个由三相电压采集电路、三相电流采集电路、模数转换电路和flash存储电路构成的电压/电流数据存储单元；

其中，三相电压采集电路和三相电流采集电路的输入端，与开关或断路器的三相主回路分别对应相接；三相电压采集电路和三相电流采集电路的输出端，与模数转换电路的输入端分别对应连接；模数转换电路的输出端，与微控制器的I/O端口对应连接；flash存储电路与微控制器的I/O端口对应连接。

如图1和图2中所示，本技术方案中的三相电压采集电路由三个单相电压采集电路并列构成；三相电流采集电路由三个单相电流采集电路并列构成。

图3中，单相电流采集电路由一个电流互感器U1、四个电阻R1、R2、R4、R14 和两个电容C1、C2组成；

实际工作时，由电流互感器U1以及R2、R4两个电阻组成回路，由R电阻2、 R4分得的电压分别经过R1、C1和R14、C2组成的滤波电路作为输出提供给采样电路，实现了把电流信息转化为电压信号的功能。

图4中，单相电压采集电路由电阻R46至R49、电压互感器U7、电阻R50、 R52、R53、R54和电容C7、C8组成。

实际工作时，输入电压由R46、R47、R48、R49和电压互感器组成回路，使电压互感器U7的输入电压变低，电压互感器U7以及R52、R53两个电阻组成回路，由电阻R52、R53分得的电压分别经过R50、C7和R54、C8组成的滤波电路作为输出提供给采样电路，实现了电压转化及电气隔离功能。

图5中，所述带有数据存储功能的断路断相保护器还包括断相部分电路。

其断相部分电路包括光电耦合器U12，电阻R86、R87、R91、MOS管Q13、二极管D4和继电器K4；

其中，光电耦合器U12的第一输入端1经电阻R86与VCC-3.3电源端连接，光电耦合器U12的第二输入端2与N相端连接；

光电耦合器U12的第一输出端C与VCC-24电源端连接，光电耦合器U12的第二输出端K经电阻R87与MOS管Q13的G极1连接，MOS管Q13的D极3 接地，MOS管Q13的S极2与继电器K4控制线圈21的第二端2连接，电阻R91 并接在MOS管Q13的S极与D极之间；

继电器K4控制线圈21的第一端1与VCC-24电源端连接；

二极管D4的正极与继电器K4控制线圈21的第二端2连接，二极管D4的负极与继电器K4控制线圈21的第一端1连接；

继电器K4的输入端3与UN端连接，继电器K4的第一输出端4与UONT端连接，继电器K4的第二输出端5悬空。

实际工作时，当控制信号(图中以N相来表示，实际为开关或断路器对应相主回路的工作电压)为低时，光电耦合器U12的输出闭合，使MOS管Q13导通，Q13 使继电器K4吸合，UN端与UOUT端之间的电连接断开，使该相主电路的主开关触点断开连接。当控制信号为高时(意味着开关或断路器对应相主回路的工作电压正常)，则该相电路正常输出。

图6中，本技术方案的模数转换电路采用模数转换芯片ATT7022E，该芯片大大的降低了布线难度以及成本，提高了采样精度以及系统的稳定性。

为了提升了抗干扰能力和稳定性，本技术方案通过差分输入的方式将采集的数据传输给模数转换芯片ATT7022，ATT7022是一颗高精度三相电能专用计量芯片，采集精度为19位，适用于三相三线制和三相四线制交流供电线路的应用。

图7中，本技术方案的flash存储电路采用flash W25Q80，串行SPI存储器。

由于模数转换芯片ATT7022E及串行SPI存储器均为现有市售产品，故其芯片的管脚名称、外围电路的具体连接方式及芯片功能在此不再叙述，本领域的技术人员，可以根据芯片生产厂商提供的产品说明书及标准模板电路(亦称公版电路)，实现其相应的模数转换或数据存储功能。

在本实用新型的技术方案中，由电压数据存储模块，由电压、电流采集电路、断相部分电路、模数转换、flash存储等部分组成的数据转换及数据存储功能电路，可以直接嵌入到传统的断路断相保护器上，实现电压、电流运行数据的直接存储。其中的过压或欠压断路断相保护采用磁保持继电器(即前述的继电器K4)为主电路、模数化标准设计，当供电线路出现过电压、欠电压时，保护器能在持续高压冲击下迅速、安全地切断电路，避免异常电压送入终端电器造成事故的发生，当电压恢复正常值，保护器将在规定时间内自动接通电路，确保终端电器在无人值守情况下正常运行。

实际工作时，断路断相保护器在运行的过程中每20毫秒分别采集A、B、C三相线路的电压数据，并将采集到的数据进行分相存储。

在此过程中，当某一相的电压达到预设定的额定断路电压或等于0V时，本装置会切断负载电路并通知上位机，并将已储存的断电前4秒、断电后1秒的电压数据发送到上位机。

与此同时，在运行的过程中，每20毫秒分别采集A、B、C三相线路的电流数据，并将采集到的数据进行分相存储。

在此过程中，当某一相的使用电流达到预设定的额定断路电流时，本装置会切断负载电路并通知上位机，并将已储存的断电前4秒、断电后1秒的电流数据发送到上位机。

本实用新型的技术方案，在现有传统的断路断相保护器上，直接嵌入由电压采集电路、电流采集电路、断相部分电路、模数转换、flash存储电路组成的数据转换及数据存储功能电路，实现了电压、电流运行数据的直接就地存储。

本实用新型的技术方案，可以将采集到断电之前供电回路的数据上传到上位机，所以在使用过程中，无论是欠压、欠流，还是过压、过流的状态下，均让工作人员对故障断电前的运行状态一目了然，提高了故障判断的工作效率；进而可以为供电回路的故障提供真实有效的分析数据.还可以进行并记录供电回路的功耗测量；还可以根据实际运行数据，测出用电设备的瞬时功耗和累计功耗，用户可以根据这样的数据，对用电设备进行功耗调整，调节电网负载均衡，最大程度的减少了负载不均衡给供电设备带来的损害，为用户减少损失。

本实用新型可广泛用于断路断相保护器的设计和制造领域。

Claims (9)

1.一种带有数据存储功能的断路断相保护器，包括微控制器和与上位机通讯电路，其特征是：

在开关或断路器上，设置由三相电压采集电路、三相电流采集电路、模数转换电路和flash存储电路构成的电压/电流数据存储单元；

其中，三相电压采集电路和三相电流采集电路的输入端，与开关或断路器的三相主回路分别对应相接；

三相电压采集电路和三相电流采集电路的输出端，与模数转换电路的输入端分别对应连接；

模数转换电路的输出端，与微控制器的I/O端口对应连接；

flash存储电路与微控制器的I/O端口对应连接。

2.按照权利要求1所述的带有数据存储功能的断路断相保护器，其特征是所述带有数据存储功能的断路断相保护器还包括断相部分电路。

3.按照权利要求1所述的带有数据存储功能的断路断相保护器，其特征是所述的三相电压采集电路由三个单相电压采集电路并列构成；

所述的三相电流采集电路由三个单相电流采集电路并列构成。

4.按照权利要求3所述的带有数据存储功能的断路断相保护器，其特征是所述的单相电流采集电路，由一个电流互感器U1、四个电阻R1、R2、R4、R14和两个电容C1、C2组成；

其中，电流互感器U1套装在对应相开关的主回路上，电流互感器U1的第一输出端1，与电阻R1、R2的第一端对应连接，电流互感器U1的第二输出端2，与电阻R4、R14的第一端对应连接；

电阻R1的第二端，构成IA+输出端；电阻R14的第二端，构成IA-输出端；

电阻R2的第二端及电阻R4的第二端，与接地端连接；

在IA+输出端与接地端之间，并联电容C1；

在IA-输出端与接地端之间，并联电容C2。

5.按照权利要求3所述的带有数据存储功能的断路断相保护器，其特征是所述的单相电压采集电路，由电阻R46至R49、电压互感器U7、电阻R50、R52、R53、R54和电容C7、C8组成；

其中，电阻R46的首端与开关对应相主回路电压回路的UA端连接，电阻R46至R49依次串接后，与电压互感器U7的第一输入端3连接；

电压互感器U7的第二输入端4，与对应相开关主回路电压回路的UN端连接；

电压互感器U7的第一输出端1，与电阻R53、R54的第一端对应连接，电压互感器U7的第二输出端2，与电阻R50、R52的第一端对应连接；

电阻R50的第二端，构成VA+输出端；电阻R54的第二端，构成VA-输出端；

电阻R52的第二端和电阻R53的第二端，与接地端连接；

在VA+输出端与接地端之间，并联电容C7；

在VA-输出端与接地端之间，并联电容C8。

6.按照权利要求1所述的带有数据存储功能的断路断相保护器，其特征是所述的模数转换电路为模数转换芯片ATT7022及其外围电路。

7.按照权利要求1所述的带有数据存储功能的断路断相保护器，其特征是所述的flash存储电路为串行SPI存储器电路。

8.按照权利要求2所述的带有数据存储功能的断路断相保护器，其特征是所述的断相部分电路包括光电耦合器U12，电阻R86、R87、R91、MOS管Q13、二极管D4和继电器K4；

其中，光电耦合器U12的第一输入端1经电阻R86与VCC-3.3电源端连接，光电耦合器U12的第二输入端2与N相端连接；

光电耦合器U12的第一输出端C与VCC-24电源端连接，光电耦合器U12的第二输出端K经电阻R87与MOS管Q13的G极1连接，MOS管Q13的D极3接地，MOS管Q13的S极2与继电器K4控制线圈21的第二端2连接，电阻R91并接在MOS管Q13的S极与D极之间；

继电器K4控制线圈21的第一端1与VCC-24电源端连接；

二极管D4的正极与继电器K4控制线圈21的第二端2连接，二极管D4的负极与继电器K4控制线圈21的第一端1连接；

继电器K4的输入端3与UN端连接，继电器K4的第一输出端4与UONT端连接，继电器K4的第二输出端5悬空。

9.按照权利要求8所述的带有数据存储功能的断路断相保护器，其特征是所述的继电器K4为磁保持继电器。

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