CN217282173U

CN217282173U - 一种断路器

Info

Publication number: CN217282173U
Application number: CN202123431525.5U
Authority: CN
Inventors: 肖磊; 陈高丰; 张世微; 蔡朦朦; 周源浩
Original assignee: Zhejiang Chint Electrics Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Chint Electrics Co Ltd
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2022-08-23
Anticipated expiration: 2031-12-30

Abstract

一种断路器，包括控制器以及分别与控制器连接的外围检测电路、保护模块，控制器通过外围检测电路获得断路器的实际工作环境参数，并通过与储存的环境参数阈值进行比较判断是否存在异常，所述外围检测电路包括与控制器连接的环境粉尘检测电路，和/或与控制器连接的海拔气压检测电路，通过与储存的环境参数阈值进行比较监测环境粉尘浓度和/或海拔气压以便调整断路器使其更适应环境，提高了系统的安全性。

Description

一种断路器

技术领域

本实用新型涉及低压电器技术领域，具体涉及一种断路器。

背景技术

随着万物互联，产品功能增加越来越多，用户对于产品的可靠性、稳定性、适应性等要求也越来越高。而在实际应用中，智能断路器的使用环境比较复杂，包括应用于高温、高湿、高压环境中。这些工作环境参数均会影响万能断路器的允许持续工作电流。当工作环境或工作条件改变时，需降低保护电流的整定值，以使断路器适应当前运行环境，避免影响系统安全性。

目前，在断路器运行过程中，对断路器运行参数的检测多集中于母排温度、断路器的电流、电压参数以及断路器运行环境的温度方面，而在运行环境中，能够影响断路器绝缘性能的环境粉尘浓度以及海拔气压高度却很少被关注，这样一来，由于缺乏对环境粉尘浓度以及海拔气压高度的检测，使得工作人员无法及时发现运行环境的异常以调整断路器，严重影响了系统的安全性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种断路器。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种断路器，包括控制器以及分别与控制器连接的外围检测电路、保护模块，控制器通过外围检测电路获得断路器的实际工作环境参数，并通过与储存的环境参数阈值进行比较判断是否存在异常，所述外围检测电路包括与控制器连接的环境粉尘检测电路，和/或与控制器连接的海拔气压检测电路。

优选的，所述外围检测电路还包括分别与控制器连接的环境温度检测电路、环境湿度检测电路、母排温度检测电路以及电流、电压检测电路中的一种或一种以上。

优选的，所述保护模块包括脱扣保护模块、HMI显示模块、通讯模块和数据储存模块，所述脱扣保护模块用于驱动断路器自动分闸，HMI显示模块和通讯模块用于对外反馈参数信息以及发出报警信号，数据储存模块用于储存控制器工作所需数据。

优选的，所述通讯模块包括有线通讯和/或无线通讯。

优选的，当控制器判断存在异常时，控制器向保护模块发送控制信号使保护模块发出报警信号，若在预设时间内，保护参数未被人工调整，则控制器自动调整保护参数。

优选的，所述保护参数包括过载长延时保护参数、短路短延时保护参数、短路瞬时保护参数以及接地保护参数中的一种或一种以上。

优选的，所述母排温度检测电路包括安装在母排上的热敏电阻以及通过热敏电阻进行AD采样的跟随器电路，所述跟随器电路包括上拉电阻、滤波电容、电阻和运算放大器，所述热敏电阻与滤波电容并联，上拉电阻、滤波电容的一端连接在运算放大器的正向输入端，运算放大器的反向输入端与输出端连接并通过电阻与MCU电路连接。

优选的，环境湿度检测电路包括电容式传感器，温度传感器包括温度传感器。

优选的，海拔气压检测电路包括气压传感器。

优选的，保护模块还包括外部附件模块，所述外部附件模块包括除湿装置和冷却装置，控制器与除湿装置和冷却装置连接，用于驱动除湿装置和冷却装置工作或关闭；和/或，所述外部附件模块包括除尘装置，控制器与除尘装置连接，用于驱动除尘装置工作或关闭。

本实用新型的一种断路器，控制器通过外围检测电路获得实际工作环境的粉尘浓度和/或海拔气压的参数，通过与储存的环境参数阈值进行比较监测环境粉尘浓度和/或海拔气压以便调整断路器使其更适应环境，提高了系统的安全性。

附图说明

图1是本实用新型一种断路器的示意图；

图2是本实用新型中第一实施例的电路图；

图3是本实用新型中第二实施例的电路图；

图4是本实用新型中第三实施例的电路图；

图5是本实用新型中第四实施例的电路图；

图6是本实用新型中第五实施例的电路图。

具体实施方式

以下结合附图1至6给出的实施例，进一步说明本实用新型的一种断路器的具体实施方式。本实用新型的一种断路器不限于以下实施例的描述。

如图1-6所示，一种断路器，包括控制器以及分别与控制器连接的外围检测电路、保护模块，所述外围检测电路在进行实时的环境采样后向控制器反馈采样信号，由控制器根据采样信号获得断路器的实际工作环境参数，并通过与储存的环境参数阈值进行比较判断是否存在异常，当控制器判断存在异常时，控制器发送控制信号使保护模块发出报警信号，或者自动调整保护参数。

优选的，控制器先发送控制信号使保护模块发出报警信号，以提示需要人工调整，若在预设时间内，预设的保护参数未被人工调整，则由控制器自动调整保护参数，并驱动保护模块对外反馈当前参数信息；当实际工作环境参数处于正常范围时，控制器保持当前预设的保护参数并使保护模块维持当前状态并对外反馈参数信息。

具体如图1所示，所述外围检测电路包括环境温度检测电路、环境湿度检测电路、环境粉尘检测电路、海拔气压检测电路、母排温度检测电路以及电流、电压检测电路中的一种或一种以上，外围检测电路与控制器的MCU电路连接用于向控制器反馈采样信号，预设的保护参数包括过载长延时保护参数、短路短延时保护参数、短路瞬时保护参数以及接地保护参数中的一种或一种以上，保护参数可以通过人工进行调整，也可以由控制器进行调整。

保护模块优选通过接口电路与控制器的MCU电路连接，通过保护模块可以实现对保护参数的设置与修改，发出报警信号、反馈运行参数以及实现保护功能，保护模块包括脱扣保护模块、HMI显示模块、通讯模块和数据储存模块，所述脱扣保护模块用于驱动断路器自动分闸，HMI显示模块和通讯模块用于对外反馈参数信息以及发出报警信号，优选通讯模块包括通讯或无线通讯两种工作模式，其中有线通讯采用RS485、CAN、Profibus、DeviceNet，主要功能为设备的信息获取以及设备调试时使用；无线通信可采用NFC模块、蓝牙模块，也可采用如GPRS、4G、5G、Lora等方式，实现数据的无线传输，以达到进行远程监控的目的；数据储存模块用于储存储存控制器工作所需数据，包括保护参数、环境参数阈值等。另外，保护模块还可以包括外部附件模块，外部附件模块优选包括除尘装置、除湿装置以及冷却装置，除尘装置、除湿装置和冷却装置与控制器连接，在断路器运行环境粉尘浓度较大、湿度较大或温度较高时，由控制器驱动除尘装置、除湿装置或冷却装置工作，在工作参数正常后，控制器驱动除尘装置、除湿装置或冷却装置关闭，以保证断路器的运行安全与稳定性。

结合图1、2提供第一种实施例，在本实施例中，外围检测电路包括环境粉尘检测电路，保护模块包括HMI显示模块、通讯模块、数据储存模块以及由控制器驱动的除尘装置。

环境粉尘检测电路通过MCU电路与控制器连接，在控制器预设有环境粉尘浓度阈值，控制器通过环境粉尘检测电路的采样信号得到实际环境粉尘浓度，将实际环境粉尘浓度与环境粉尘浓度阈值进行比较以判断环境粉尘是否正常；当实际环境粉尘浓度小于等于环境粉尘浓度阈值，则环境粉尘正常，当实际环境粉尘浓度大于环境粉尘浓度阈值，则环境粉尘异常。环境粉尘正常则通过HMI 显示模块以通讯模块保持当前状态，即由HMA模块以及通讯模块继续将断路器当前运行数据反馈至用户；环境粉尘异常则由HMI显示模块以及通讯模块发出报警信号并反馈异常参数，以提示用户通风排气，在本实施例中，控制器同时还可以驱动连接在控制器上的除尘装置，以确保产品的安全性和可靠性。当然，若未设置除尘装置，可以仅发出报警信号以及反馈异常参数，由工作人员进行除尘。

如图2所示，环境粉尘检测电路包括LED光源H1、光敏电阻R6以及加热电阻R4，其中LED光源H1与光敏电阻R6用于采集空气中散射的颗粒信号，由加热电阻R4推动采样气流，在采样过程中，当空气中粉尘颗粒增多时，LED 光源H1被遮挡，光敏电阻R6的阻值下降，反馈至控制器的AD采样信号也下降，使控制器根据内置参数对照得出对应的粉尘浓度等级，提醒用户进行通风排气。

在图2中，热敏电阻R6的两端并联电容器C4，光敏电阻R6的一端与控制器连接反馈采样信号，光敏电阻R6的另一端与GND连接，LED光源H1的一端通过电阻R5与控制器连接，由控制器控制LED光源H1发光。

结合图1、3提供第二种实施例，在本实施例中，外围检测电路包括母排温度检测电路，保护模块包括脱扣保护模块、HMI显示模块、通讯模块和数据储存模块，母排温度检测电路与控制器的MCU电路连接，MCU电路通过母排温度检测电路的采样信号得到母排温度参数，将母排温度参数与母排温度阈值比较判断母排温度参数是否异常，以通过HMI显示模块、通讯模块报警，和/或驱动脱扣保护模块动作使断路器分闸。

在本实施例中，如图3所示，所述母排温度检测电路包括热敏电阻以及通过热敏电阻进行AD采样的跟随器电路，热敏电阻分别装配于断路器的A、B、 C以及N相母排，跟随器电路包括上拉电阻、滤波电容、电阻和运算放大器，图3中上拉电阻为R1，滤波电容为C1，运算放大器为U1A，电阻为R2，所述热敏电阻与滤波电容C1并联，上拉电阻R1、滤波电容C1的一端连接在运算放大器U1A的正向输入端，运算放大器U1A的反向输入端在与输出端连接后与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与MCU电路连接用于向控制器反馈 AD采样信号，另外，电阻R2的另一端连接有一个电容器C2，电容C2以及滤波电容C1的另一端接地。在采样过程中，当母排温度升高时，热敏电阻的阻值下降，相应的采样电压下降，进而反馈至控制器的AD采样信号也下降，控制器可以根据热敏电阻阻值参数对照表既可以准确得到对应的温度，以此获得实际母排温度参数。

结合1、4图提供第三种实施例，在本实施例中，外围检测电路包括环境湿度检测电路，保护模块包括HMI显示模块、通讯模块、数据储存模块以及由控制器驱动的除湿装置。

环境湿度检测电路与控制器的MCU电路连接，在控制器预设有环境湿度阈值，例如，环境湿度阈值为75％，MCU电路通过环境湿度检测电路的采样信号得到环境湿度参数，将环境湿度参数与环境湿度阈值比较判断环境湿度是否异常，以通过HMI显示模块、通讯模块报警，以提示用户进行绝缘性能检测；在本实施例中，控制器同时还可以驱动连接在控制器上的除湿装置，以确保产品的安全性和可靠性。当然，未设置除湿装置，可以仅发出报警信号以及反馈异常参数。

在本实施例中，环境湿度检测电路由HDC2010温湿度数字传感器来实现， HDC2010为电容式传感器，当环境湿度改变时，湿敏电容的介电常数也发生变化，即电容变化量与相对湿度成正比，也就是随着环境湿度上升，湿敏电容的介电常数变大，电容量也增大，如图5所示，HDC2010温湿度数字传感器的 VDD引脚接入电源，提供1.62～3.6V的电压，VDD引脚还通过电容器C56与 GND连接，ADDR引脚定义地址，在HDC2010温湿度数字传感器的VDD引脚与ADDR引脚之间并联有电阻R60，ADDR引脚还通过电阻R61与GND连接，SDA引脚与SCL引脚分别通过上拉电阻R68和上拉电阻R69与MCU电路的端口连接，DRDY_INT引脚与MCU电路的对应端口连接，GND引脚与 GND连接。

结合图1、5提供第四种实施例，在本实施例中，外围检测电路包括环境温度检测电路，环境温度检测电路与控制器的MCU电路连接，在控制器预设有环境温度阈值，例如环境温度阈值为40℃，也就是板载温度在40℃，以型号为 NA1-2000X-2000的断路器为例，断路器的额定电流In值为2000A，在环境温度低于40℃时，保护参数中长延时电流保护值Ir为2000A，MCU电路通过环境温度检测电路的采样信号得到环境温度参数，将环境温度参数与环境温度阈值比较判断环境温度是否异常，以通过HMI显示模块、通讯模块报警，以提示用户手动调整长延时电流保护值Ir；优选，若在一定时间内，例如在5～60min 内，长延时电流保护值Ir未被人工调整，则由控制器根据当前环境温度所对应的降容系数(表1环境温度与降容系数的对应关系表)将长延时电流保护值Ir 调整。例如当环境温度变为55℃时，按照该环境温度对应的降容系数，此时长延时电流保护值Ir为2000×0.9＝1800A。

在本实施例中，环境温度检测电路由多种温度传感器(HDC2010、TC1047、 TC1047A等)来实现，如图5所示，以TC1047温度传感器为例，TC1047温度传感器的输出电压与测量的温度成正比，温度越高，传感器输出电压越高， TC1047的输出信号Vout与MCU电路的对应端口连接。

表1环境温度与降容系数的对应关系表

结合图1、6提供第五种实施例，在本实施例中，外围检测电路包括海拔气压检测电路，海拔气压检测电路与控制器的MCU电路连接，在控制器预设有海拔阈值，例如海拔高度阈值为2000米，以型号为NA1-2000X-2000的断路器为例，断路器的额定电流In值为2000A，在海拔高度低于2000米时，保护参数中长延时电流保护值Ir为1000A，MCU电路通过海拔高度检测电路的采样信号获得海拔高度参数，将海拔高度参数与海拔高度阈值进行比较以判断断路器运行海拔高度是否异常，以通过HMI显示模块、通讯模块报警，以提示断路器处于非安全工作状态，需要手动调整长延时电流保护值Ir；

优选，若在一定时间内，例如在5～60min内，长延时电流保护值Ir未被人工调整，则由控制器根据当前海拔高度参数所对应的降容系数(海拔高度与降容系数对应表参见表2)，将长延时电流保护值Ir调整。例如当海拔高度变为 3500米时，调整长延时电流保护值Ir为2000×0.83＝1660A。

在本实施例中，海拔气压检测电路由多种气压传感器(BA5803、BP5607、 BMP180等)来实现，如图6所示，以BMP180传感器为例，其通讯方式采用 I²C通讯协议，该传感器的SDA引脚、SCL引脚分别通过上拉电阻R7、上拉电阻R8接入到控制器的对应端口处。

表2海拔高度与降容系数的对应关系表

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种断路器，包括控制器以及分别与控制器连接的外围检测电路、保护模块，控制器通过外围检测电路获得断路器的实际工作环境参数，并通过与储存的环境参数阈值进行比较判断是否存在异常，其特征在于：所述外围检测电路包括与控制器连接的环境粉尘检测电路，和/或与控制器连接的海拔气压检测电路。

2.根据权利要求1所述的一种断路器，其特征在于：所述外围检测电路还包括分别与控制器连接的环境温度检测电路、环境湿度检测电路、母排温度检测电路以及电流、电压检测电路中的一种或一种以上。

3.根据权利要求2所述的一种断路器，其特征在于：

所述保护模块包括脱扣保护模块、HMI显示模块、通讯模块和数据储存模块，所述脱扣保护模块用于驱动断路器自动分闸，HMI显示模块和通讯模块用于对外反馈参数信息以及发出报警信号，数据储存模块用于储存控制器工作所需数据。

4.根据权利要求3所述的一种断路器，其特征在于：所述通讯模块包括有线通讯和/或无线通讯。

5.根据权利要求1所述的一种断路器，其特征在于：当控制器判断存在异常时，控制器向保护模块发送控制信号使保护模块发出报警信号，若在预设时间内，保护参数未被人工调整，则控制器自动调整保护参数。

6.根据权利要求5所述的一种断路器，其特征在于：所述保护参数包括过载长延时保护参数、短路短延时保护参数、短路瞬时保护参数以及接地保护参数中的一种或一种以上。

7.根据权利要求2所述的一种断路器，其特征在于：所述母排温度检测电路包括安装在母排上的热敏电阻以及通过热敏电阻进行AD采样的跟随器电路，所述跟随器电路包括上拉电阻、滤波电容、电阻和运算放大器，所述热敏电阻与滤波电容并联，上拉电阻、滤波电容的一端连接在运算放大器的正向输入端，运算放大器的反向输入端与输出端连接并通过电阻与MCU电路连接。

8.根据权利要求2所述的一种断路器，其特征在于：环境湿度检测电路包括电容式传感器，温度传感器包括温度传感器。

9.根据权利要求2所述的一种断路器，其特征在于：海拔气压检测电路包括气压传感器。

10.根据权利要求2所述的一种断路器，其特征在于：保护模块还包括外部附件模块，所述外部附件模块包括除湿装置和冷却装置，控制器与除湿装置和冷却装置连接，用于驱动除湿装置和冷却装置工作或关闭；和/或，所述外部附件模块包括除尘装置，控制器与除尘装置连接，用于驱动除尘装置工作或关闭。