CN216250471U - 一种具有计量功能的智能微型断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有计量功能的智能微型断路器，该智能断路器包括非隔离电源模块、单片机计量算法模块、漏电流互感器及其接口电路、市电电压采集及其接口电路、NTC温度采集模块及其接口电路、电机驱动电路、RS485通信模块、EEPROM存储模块、拨码开关、分合闸位置检测开关、电磁铁驱动电路、漏电保护模块，单片机计量算法模块作为主控芯片对漏电流互感器及其接口电路、市电电压采集及其接口电路、NTC温度采集模块及其接口电路进行ADC采集并计量，对电机驱动电路、RS485通信模块、EEPROM存储模块、拨码开关、分合闸位置检测开关、电磁铁驱动电路进行控制。

Description

一种具有计量功能的智能微型断路器

技术领域

本实用新型涉及智能断路器技术领域，具体涉及一种增加了过压保护、温度探针保护、远程控制的具有计量功能的智能微型断路器。

背景技术

随着通讯、计算机、自动化等技术在电网中得到广泛深入的应用，电网技术越来越趋向智能化，智能电网成为社会经济发展的必然选择。与此同时，配套电力设备技术也随之升级。智能断路器作为广泛在电力物联网系统建设中必不可少的一个基础设备，其发展更加智能化、自动化，大大提高了用电的智能化水平。

现有电子式断路器其功能仅限于开合闸、过流及漏电保护，没有计量功能，也不具备远程控制功能等，其应用领域有限，不能满足现有市场所有的需求；在安全方面，其没有过压保护、温度探针保护功能等，不能满足日益多元化的用电安全需求。专利202021954956.2 的断路器的计量功能是通过计量芯片测得，其本身的电压电流数据是由芯片提供，而并非原始参数。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种增加了过压保护、温度探针保护、远程控制的具有计量功能的智能微型断路器。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种具有计量功能的智能微型断路器，包括电流互感器及其接口电路、漏电流互感器及其接口电路、市电电压采集模块及其接口电路、电机驱动电路、RS485通信模块、EEPROM存储模块、拨码开关、分合闸位置检测开关，还包括非隔离电源模块、单片机计量算法模块、NTC温度采集模块及其接口电路、漏电保护模块。

所述的非隔离电源模块的接入端连接输入电源，非隔离电源模块的输出端分别连接单片机计量算法模块和电机驱动电路，所述的电机驱动电路、RS485通信模块、EEPROM存储模块、拨码开关、分合闸位置检测开关、漏电流保护模块均连接单片机计量算法模块；所述的单片机计量算法模块通过电流互感器接口电路连接电流互感器、通过漏电流互感器接口电路连接漏电流互感器、通过市电电压采集接口电路连接市电电压采集模块、通过NTC温度采集接口电路连接NTC温度采集模块，所述的电流互感器、漏电流互感器、市电电压采集模块、NTC温度采集模块分别与输入电源连接。

所述的单片机计量算法模块作为主控芯片对电流互感器及其接口电路、漏电流互感器及其接口电路、市电电压采集模块及其接口电路、NTC温度采集模块及其接口电路进行ADC采集并计量，并对电机驱动电路、RS485通信模块、EEPROM存储模块、拨码开关、分合闸位置检测开关、漏电保护模块进行控制。

所述的漏电保护模块，经漏电流互感器输入，通过电阻转换成电压信号，漏电流产生的电压与电压比较器的基准电压比较，当电压比较器产生一个高电平信号时，驱动光耦分合，使断路器进行快速分闸。

所述的EEPROM存储模块还设置有SWD下载接口，方便程序下载升级。

本实用新型的积极效果是：本实用新型的断路器有计量功能，具备远程控制功能，可以满足现有市场所有的需求；在安全方面，有过压保护、温度探针保护功能等，能满足日益多元化的用电安全需求；本实用新型的计量模块是通过电路测得，能够到电压和电流的原始数据，便于以后对电路的扩展，比如功率方向保护，距离保护，差动保护，瓦斯保护等。

附图说明

图1是本实用新型的智能微型断路器的结构框图；

图2是本实用新型的DC/DC3.3电路原理图；

图3是本实用新型的单片机计量算法模块电路原理图；

图4是本实用新型的漏电流保护电路原理图；

图5是本实用新型的市电电压采集电路图；

图6是本实用新型的电流互感器接口电路原理图；

图7是本实用新型的RS485通信模块电路原理图；

图8是本实用新型的温度采集电路原理图；

图9是本实用新型的分合闸位置检测开关的电路原理图；

图10是本实用新型的电机驱动电路的原理图；

图11是本实用新型的拨码开关电路原理图；

图12是本实用新型的EEPROM存储模块原理图；

图13是本实用新型的电磁铁驱动电路的原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种具有计量功能的智能微型断路器，包括电流互感器及其接口电路、漏电流互感器及其接口电路、市电电压采集模块及其接口电路、电机驱动电路、RS485通信模块、EEPROM存储模块、拨码开关、分合闸位置检测开关，还包括非隔离电源模块、单片机计量算法模块、NTC温度采集模块及其接口电路、电磁铁驱动电路、漏电保护模块，非隔离电源模块的接入端连接输入电源，非隔离电源模块的输出端分别连接单片机计量算法模块和电机驱动电路，所述的电机驱动电路、RS485通信模块、EEPROM存储模块、拨码开关、分合闸位置检测开关、漏电保护模块均连接单片机计量算法模块；单片机计量算法模块通过电流互感器接口电路连接电流互感器、通过漏电流互感器接口电路连接漏电流互感器、通过市电电压采集接口电路连接市电电压采集模块、通过NTC温度采集接口电路连接NTC温度采集模块，电流互感器、漏电流互感器、市电电压采集模块、NTC温度采集模块分别与输入电源连接。在220V输入电源转成12V的电源模块中，3P和1P的断路器输入没有零线，电压采集不能构成回路。本实用新型中的电源模块采用了非隔离方式，输入端零线和负载端GND直接连接，输出GND为电压采集提供零线回路。

如图2所示，非隔离电源模块产生的12V由DC/DC分别转换出DC1.6V和DC3.3V电压。DC1.6V主要为漏电流接口电路、电流接口电路、电压接口电路等电路的模拟放大器提供直流偏置电压，DC3.3V主要供单片机计量算法模块、EEPROM存储模块、拨码开关、分合闸位置检测开关、电机驱动电路，RS485通信模块、NTC温度采集模块、漏电保护模块电路、电流接口电路、电压采集接口电路等电路使用。

如图3所示，单片机计量算法模块采用STM32F411RET6作为主控芯片，对漏电流互感器及其接口电路、市电电压采集模块及其接口电路、NTC温度采集模块及其接口电路进行ADC采集并计量；对电机驱动电路、RS485通信模块、EEPROM存储模块、拨码开关、分合闸位置检测开关、电磁铁驱动电路进行控制。

如图4所示，漏电保护模块，经漏电流互感器输入，转换成电压信号，经过电压放大器放大后，一路经有ADC采集传向单片机计量算法模块，另一路经过电压比较器与基准电压比较，如果大于基准电压，则判断是有漏电现象，迅速通过光耦的羲合，快速实现断路器分闸。

如图5所示，电流互感器接口电路，经电流互感器输入，经RC滤波电容后，再经过电流监控电压放大，最后通过单片机ADC采集，与EEPROM存储模块中存储的额定电流值比较，由此判断是否电流过大。

如图6所示，市电电压采集接口电路，市电接入后通过电阻分压，再经过电压放大器放大，由单片机经过ADC采集，与EEPROM存储模块中存储的额定电电压值比较，由此判断是否电压过大。

如图7所示，RS485通信模块接口电路将连接到RS485总线，与通信模组进行通信，该电路采用了RS485芯片，总线输出接口配备有120欧姆的终端电阻，以及6.5VTVS管对静电进行抑制，起到保护内部电路的作用。

如图8所示，NTC温度采集电路采用了热敏电阻NTC10K，两个热敏电阻分别探测L和N线的温度，电路采用电阻分压的方式，通过主控芯片的内部ADC单元采集分压的电压值，然后计算出相应的温度值。

如图9所示，分合闸位置检测开关分别检测断路器合闸和开闸两种状态，当合闸状态时，位置开关1导通，T1输出低电平，当分闸状态时，位置开关2导通，T2输出低电平，然后通过主控芯片检测到合闸还是分闸状态。

如图10所示，电机驱动电路用于合闸和分闸动作，控制直流电机带动齿轮转动并减速，齿轮再带动分合闸动作。电机驱动电路，采用PT5126-HS-TP(GREEN)电机驱动芯片，通过主控芯片IO口芯片控制的IN1和IN2脚，使其正反转。

如图11所示，拨码开关为远程和本地状态的切换开关。

如图12所示：EEPROM存储模块作为数据存储单元，存储了智能断路器的类型、电流电压额定值、设备地址、校准参数等等，还设置有SWD下载接口，方便程序下载升级。

工作原理：电流接入断路器后由电流互感线圈电流互感器接口电路，经电流互感器输入，经RC滤波电容后，再经过电压放大芯片放大，最后通过单片机ADC采集，与单片机内的电流值参数比较，电流增大。短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流。电压降低。当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低；还可以与单片机存储的故障电弧的参数比对，由此可以判断电路中是否有故障。现有的断路器是通过计量芯片测得，其本身的电压电流数据是由芯片提供，而并非原始参数，而本计量模块是通过电路测得，能够到电压和电流的原始数据，便于以后对电路的扩展，比如功率方向保护，距离保护，差动保护，瓦斯保护等。

Claims (4)

1.一种具有计量功能的智能微型断路器，包括电流互感器及其接口电路、漏电流互感器及其接口电路、市电电压采集模块及其接口电路、电机驱动电路、RS485通信模块、EEPROM存储模块、拨码开关、分合闸位置检测开关，其特征在于：还包括非隔离电源模块、单片机计量算法模块、NTC温度采集模块及其接口电路、漏电保护模块；

所述的非隔离电源模块的接入端连接输入电源，非隔离电源模块的输出端分别连接单片机计量算法模块和电机驱动电路，所述的电机驱动电路、RS485通信模块、EEPROM存储模块、拨码开关、分合闸位置检测开关、漏电流保护模块均连接单片机计量算法模块；所述的单片机计量算法模块通过电流互感器接口电路连接电流互感器、通过漏电流互感器接口电路连接漏电流互感器、通过市电电压采集接口电路连接市电电压采集模块、通过NTC温度采集接口电路连接NTC温度采集模块，所述的电流互感器、漏电流互感器、市电电压采集模块、NTC温度采集模块分别与输入电源连接。

2.根据权利要求1所述的具有计量功能的智能微型断路器，其特征在于：所述的单片机计量算法模块作为主控芯片对电流互感器及其接口电路、漏电流互感器及其接口电路、市电电压采集模块及其接口电路、NTC温度采集模块及其接口电路进行ADC采集并计量，并对电机驱动电路、RS485通信模块、EEPROM存储模块、拨码开关、分合闸位置检测开关、漏电保护模块进行控制。

3.根据权利要求1所述的具有计量功能的智能微型断路器，其特征在于：所述的漏电保护模块，经漏电流互感器输入，通过电阻转换成电压信号，漏电流产生的电压与电压比较器的基准电压比较，当电压比较器产生一个高电平信号时，驱动光耦导通，进而驱动电磁铁，使断路器进行快速分闸。

4.根据权利要求1所述的具有计量功能的智能微型断路器，其特征在于：所述的EEPROM存储模块还设置有SWD下载接口，方便程序下载升级。

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