CN218385063U - 全面感知万能式断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及低压电器领域，具体涉及一种全面感知万能式断路器，其控制系统的智能控制器包括MCU电路，智能控制器的断路器自检模块包括：电流采样电路，其包括用于检测空心互感器的连接状态的互感器断线检测电路；用于监测铁芯互感器的输出电流的铁芯互感器工作电流检测电路；用于检测执行单元的磁通脱扣器的连接状态的磁通脱扣器断线检测电路；用于检测为短路保护机构供电的辅助电源的输入状态的辅助电源电压检测电路；用于检测储能操作机构的储能状态的储能就绪检测电路；用于检测万能式断路器的脱扣状态的脱扣状态检测电路；所述全面感知万能式断路器的断路器自检模块能对万能式断路器的工作状态进行自检，保证万能式断路器可靠稳定工作。

Description

全面感知万能式断路器

技术领域

本发明涉及低压电器领域，具体涉及一种全面感知万能式断路器。

背景技术

传统的万能式断路器，其核心功能是对配电网络进行保护，一般搭载功能较为简单的智能控制器，故一般只对电流、电压参数进行采集。随着产品性能的不断提升和完善，也对其可靠性提出了更高的要求，因此需要对产品的自身工作状态进行监测，现有万能式断路器无法满足这一需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种全面感知万能式断路器，其断路器自检模块能对万能式断路器的工作状态进行自检，保证万能式断路器可靠稳定工作。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种全面感知万能式断路器，所述全面感知万能式断路器包括断路器本体和控制系统，控制系统包括智能控制器，智能控制器包括MCU电路以及与MUC 电路相连的断路器自检模块；

所述断路器自检模块包括：

电流采样电路，其包括用于检测万能式断路器的空心互感器的连接状态的互感器断线检测电路；

用于监测万能式断路器的铁芯互感器的输出电流的铁芯互感器工作电流检测电路；

用于检测万能式断路器的执行单元的磁通脱扣器的连接状态的磁通脱扣器断线检测电路；

用于检测为万能式断路器的短路保护机构供电的辅助电源的输入状态的辅助电源电压检测电路；

用于检测万能式断路器的储能操作机构的储能状态的储能就绪检测电路；

用于检测万能式断路器的脱扣状态的脱扣状态检测电路。

优选的，所述电流采样电路还包括电流处理电路，电流处理电路包括积分电路和放大电路，对空心互感器的信号进行处理并传输至MCU电路。

优选的，所述铁芯互感器工作电流检测电路与MCU电路的AD采样端口相连，将铁芯互感器的输出电流信号转换为电压信号并通过AD采样端口传输给MCU电路。

优选的，所述磁通脱扣器断线检测电路包括二极管D6、二极管D8、电阻R1、电阻R2和比较器U4A，二极管D6和二极管D8的阴极相连，二极管D8的阳极与电阻R1一端相连，电阻R1另一端与电阻R2一端相连，电阻R2另一端与比较器U4A的正极输入端相连，二极管D6和二极管D8之间的节点以及二极管D8和电阻R1之间的节点分别与磁通线圈相连。

优选的，所述辅助电源电压检测电路与MCU电路的AD采样端口相连，对辅助电源进行电阻分压、电源滤波后输送至MCU电路。

优选的，所述断路器自检模块还包括：用于检测万能式断路器内部母排温度的母排温度采集电路。

优选的，所述万能式断路器还包括用于检测断路器本体所处工作位置的位置监测模块。

优选的，所述智能控制器还包括电流电压测量电路，电流电压采样电路包括计量芯片以及分别与计量芯片相连的电流采样部分和电压采样部分，计量芯片与MCU电路相连。

优选的，所述万能式断路器还包括附件检测模块，附件检测模块包括分别对万能式断路器的欠压脱扣器、分励脱扣器、闭合电磁铁和储能电机进行检测的欠压监测电路、分励监测电路、闭合监测电路和电机监测电路。

优选的，所述智能控制器还包括与MCU电路相连的环境监测模块，环境监测模块包括温湿度传感电路、大气压测量电路和粉尘检测电路。

优选的，所述智能控制器包括接口板、电源板、控制板、MCR保护板、无线通讯模组和液晶显示模块。

优选的，所述智能控制器还包括控制器壳体，控制器壳体包括透明长门，透明长门延伸至按键部分且设有锁结构。

优选的，所述智能控制器通过以下方法计算万能式断路器的触头磨损率：

η(n)＝1/[(In/I(n))^α*Le]

η＝[η(1)+η(2)+…η(n)]

其中，η(n)为单次分闸磨损率，最小值为机械寿命倒数；η为总触头磨损率；In为额定电流；I(n)为分闸电流；α为系数，是一常数；Le为产品电寿命，是一常数。

优选的，所述智能控制器通过以下方法计算万能式断路器的热老化率：

R＝1-(N-(I/0.8In)^2*(W/40)^2*D)/N

其中，R为万能式断路器的热老化率；N为设计折旧天数；I为日运行平均电流；W为万能式断路器运行环境温度；D为累计运行天数。

优选的，所述智能控制器通过以下方法计算万能式断路器的健康度：

H＝min[(1-R*100),(1-η*100)]

其中，H为万能式断路器的健康度；R为断路器的热老化率；η为触头磨损率。

本发明全面感知万能式断路器，其智能控制器的断路器自检模块能够对万能式断路器的多个组成部件或结构进行检测，以确定其是否正常工作，从而确保万能式断路器稳定可靠的工作。

此外，本发明全面感知万能式断路器，其智能控制器还包括环境监测模块，对万能式断路器所处环境进行检测，保证万能式断路器在正确的模式下工作。

此外，本发明全面感知万能式断路器，其智能控制器还能计算触头磨损率、热老化率、健康度，使用户可以实时掌握万能式断路器的机械和电气寿命，保证配电网的可靠、稳定。

此外，本发明全面感知万能式断路器，其附件检测模块可实时检测各附件的工作状态，保证各附件的可靠、稳定运行。

附图说明

图1是本发明全面感知万能式断路器的结构示意图；

图2a是本发明智能控制器的结构示意图；

图2b是本发明智能控制器的分解结构示意图；

图3是本发明MCU电路的拓扑图；

图4是本发明电流处理电路的拓扑图；

图5是本发明铁芯互感器工作电流检测电路的拓扑图；

图6是本发明磁通脱扣器断线检测电路的拓扑图；

图7a是本发明储能就绪检测电路的拓扑图；

图7b是本发明脱扣状态检测电路的拓扑图；

图8a是本发明电流采样部分的拓扑图；

图8b是本发明电压采样部分的拓扑图；

图8c是本发明计量芯片的拓扑图；

图9是本发明母排温度采集电路的拓扑图；

图10a是本发明温湿度传感电路的拓扑图；

图10b是本发明大气压测量电路的拓扑图；

图10c是本发明粉尘检测电路的拓扑图；

图11是本发明全面感知万能式断路器的功能模块示意图；

图12是本发明辅助电源电压检测电路的拓扑图。

具体实施方式

以下结合说明书附图给出的实施例，进一步说明本发明的全面感知万能式断路器的具体实施方式。本发明的全面感知万能式断路器不限于以下实施例的描述。

本发明全面感知万能式断路器，其包括断路器本体1和控制系统，控制系统包括智能控制器2，智能控制器2包括MCU电路以及与MCU电路相连的断路器自检模块；所述断路器自检模块包括：

电流采样电路，其包括用于检测万能式断路器的空心互感器的连接状态的互感器断线检测电路；

用于检测万能式断路器的铁芯互感器的输出电流的铁芯互感器工作电流检测电路；

用于检测万能式断路器的执行单元的磁通脱扣器的连接状态的磁通脱扣器断线检测电路；

用于检测为万能式断路器的短路保护机构供电的辅助电源的输入状态的辅助电源电压检测电路。

本发明全面感知万能式断路器，其智能控制器的断路器自检模块能够对万能式断路器的多个组成部件或结构进行检测，以确定其是否正常工作，从而确保万能式断路器稳定可靠的工作。

以下为本发明全面感知万能式断路器的一个实施例。

如图1和11所示，本实施例全面感知万能式断路器包括断路器本体1和控制系统，控制系统包括智能控制器2。

所述断路器本体1包括导电系统、灭弧系统和操作机构，操作机构与导电系统驱动相连以控制全面感知万能式断路器合闸或分闸，灭弧系统与导电系统配合以熄灭导电系统分断或闭合时产生的电弧。

如图1所示，所述智能控制器2固定设置在断路器本体1上。

如图11所示，所述智能控制器2包括MCU电路以及与MCU电路相连的断路器自检模块，断路器自检模块包括电流采样电路、用于监测铁芯互感器的输出电流的铁芯互感器工作电流检测电路、用于检测执行单元的磁通脱扣器的连接状态的磁通脱扣器断线检测电路和用于检测为短路保护机构供电的辅助电源的输入状态的辅助电源电压检测电路，电流采样电路包括用于检测空心互感器的连接状态的互感器断线检测电路。进一步的，所述断路器自检模块还包括用于检测储能操作机构的储能状态的储能就绪检测电路，用于检测万能式断路器的脱扣状态的脱扣状态检测电路和用于检测万能式断路器内部母排温度的母排温度采集电路。

如图11所示，所述智能控制器2还包括通讯电路，通讯电路与PC主机和/ 或便携式手持设备和/或云端通讯相连，以进行信息展示和/或报警和/或对智能控制器2进行参数设置。进一步的，所述通讯电路通过RS485与PC主机通讯相连，通过蓝牙或WIFI与便携式手持设备通讯相连，通过互联网与云端通讯相连。

如图2b所示，所述智能控制器2包括接口板21、电源板22、控制板23、 MCR保护板24、无线通讯模组25和液晶显示模块26。进一步的，如图2a所示，所述智能控制器还包括控制器外壳，以上各部件均安装在控制器外壳内，控制器外壳还包括透明长门20，透明长门20延伸至智能控制器的按键部分，透明长门设有锁结构，避免无关人员操作智能控制器。

如图3所示，为所述MCU电路的一个实施例。

所述MCU电路包括EEPROM存储单元和FLASH存储单元，MCU电路通过数据处理可判断EEPROM存储单元和FLASH存储单元是否正常连接，以保证信息正常存储。

如图4所示，所述电流采样电路包括电流处理电路，电流处理电路包括积分电路和放大电路，对空心互感器的信号进行处理并传输至MCU电路。进一步的，所述积分电路对空心互感器的信号进行滤波，然后通过放大电路进行放大，放大电路包括两路，一路放大倍数较大，用于检测前端小信号，放大后连接至MCU电路进行AD换算；另一路放大倍数较小，用于检测前端大信号，也连接至 MCU电路进行AD换算。

所述电流处理电路与万能式断路器的各相一一对应，也即是万能式断路器的每一相分别连接一个电流处理电路，各个电流处理电路的结构相同。例如，所述万能式断路器为四相断路器时，其A、B、C、D各相分别与四个电流处理电路相连。

以下将以与万能式断路器的C相相连的电流处理电路，以下称为C相电流处理电路，为例进行说明：

如图4所示，所述C相电流处理电路包括放大器U19A、放大器U19B和放大器U20A；所述放大器U20A的正相输入端(第3管脚)通过电容C60接地，电阻 R73与电容C60并联，放大器U20A的正相输入端还通过电阻R69与IC_P端相连，放大器U20A的反相输入端(第2管脚)通过电阻R65与IC_N端相连，IC_P端、 IC_N端分别与万能式断路器C相的空心互感器的输出端相连，二极管D8的阳极与电阻R65和IC_N端之间的节点相连，二极管D8的阴极与C_LINE端相连， C_LINE端与MCU的第5管脚相连，放大器U20A的反相输入端还通过并联的电阻 R59和电容C52与放大器U20A的输出端(第1管脚)相连，放大器U20A的负侧电源引脚(第11管脚)通过电容C53接地且与-2.5V电源相连，放大器U20A的正侧电源引脚(第4管脚)通过电容C58接地且与+2.5V电源相连；所述放大器U20A的输出端通过电阻R57与放大器U19A的反相输入端(第2管脚)相连，放大器U19A的正相输入端通过电阻R67接地且通过电阻R63与+3.0V电源相连，放大器U19A的反相输入端通过电阻R55与放大器U19A的输出端(第1管脚) 相连，放大器U19A和电阻R55之间的节点为T54节点，T54节点可作为测试节点，放大器U19A的输出端通过依次串联的电阻R61和电容C55接地，放大器U19A 的负侧电源引脚(第11管脚)接地，放大器U19A的正侧电源引脚通过电容C57 接地且接AVCC端，(AVCC端优选为3.3V电源正端，连接至电流电压采样电路的计量芯片的第26管脚)电阻R61和电容C55之间的节点为L3M节点，L3M节点与MCU的第16管脚相连；所述放大器U20A的输出端通过电阻R75与放大器U19B 的反相输入端(第6管脚)相连，放大器U19B的反相输入端通过电阻R71与放大器U19B的输出端(第7管脚)相连，放大器U19B的正相输入端(第5管脚) 通过电阻R81接地且通过电阻R71与+3.0V电源相连，放大器U19B的输出端通过依次串联的电阻R77和电容C62接地，电阻R77和电容C62之间的节点为L3L 节点，L3L节点与MCU的第25管脚相连。

所述电流采样电路还包括用于检测万能式断路器的空心互感器的连接状态的互感器断线检测电路。进一步的，所述互感器断线检测电路包括四个二极管，以检测空心互感器是否正常连接，以提前识别互感器断线故障。进一步的，所述四个二极管包括C相电流处理电路的二极管D8以及其余三相(A、B、D相) 电流处理电路的对应二极管；例如，若C相的空心互感器未断线，二极管D8的阳极连接至MCU的第5管脚，MCU引脚至高电平，放大电路的电平或抬高至3V 左右(常态为1.5V)；若C相空心互感器断线，MCU引脚为低电平。

如图5所示，所述铁芯互感器工作电流检测电路与MCU电路的AD采样端口相连。

如图5所示，所述铁芯互感器工作电流检测电路，将铁芯互感器的输出电流信号转换为电压信号，传输给MCU电路，以实时监测铁芯互感器是否可靠稳定(例如电压、电流数值是否保持稳定)的输出工作电流。进一步的，所述铁芯互感器的输出电流流经电阻R202后，电阻R202两端产生电位差后，经运放放大后输送至MCU电路，以计算铁芯互感器的输出电流。

具体的，如图5所示，所述铁芯互感器工作电流检测电路包括电阻R202、电阻R204、电阻R205、电阻R206、电阻R207、放大器U113A、极性电容C152、电容C153，电阻R202串接在铁芯互感器的一个输出端和负载之间，电阻R204 一端与铁芯互感器和电阻R202的节点相连，电阻R204另一端与放大器U113A 的反相输入端相连，电阻R205串接在放大器U113A的反相输入端(第2管脚) 和输出端(第1管脚)之间，放大器U113A的正相输入端(第3管脚)通过电阻R206接地，放大器U113A的输出端通过电阻R207与MCU电路相连，放大器 U113A的正侧电源引脚(第4管脚)接地，放大器U113A的负侧电源引脚(第8 管脚)接+5V电源，极性电容C152的正极与电阻R207和MCU电路之间的节点相连，极性电容C152的负极接地，电容C153与极性电容C152并联。

如图6所示，所述磁通脱扣器断线检测电路用于检测万能式断路器的执行单元的磁通脱扣器的连接状态(正常连接或断线两种状态)，其包括二极管D6、二极管D8、电阻R1、电阻R2和比较器U4A，二极管D6和二极管D8的阴极相连，二极管D8的阳极与电阻R1一端相连，电阻R1另一端与电阻R2一端相连，电阻R2另一端与比较器U4A的正极输入端相连，二极管D6和二极管D8之间的节点以及二极管D8和电阻R1之间的节点分别与磁通线圈相连。

具体的，如图6所示，所述磁通脱扣器断线检测电路包括二极管D6、二极管D8、电阻R1、电阻R2和放大器U4A，二极管D6和二极管D8的阴极相连，二极管D6的阳极与VIN端相连，VIN端与智能控制器的输入电源相连，二极管D8 的阳极通过依次串接的电阻R1和电阻R2接地，二极管D6和二极管D8之间的节点以及二极管D8和电阻R1之间的节点分别与磁通脱扣器线圈相连，电阻R1 和电阻R2之间的节点为DX节点，DX节点与比较器U4A的正相输入端(第3管脚)相连，比较器U4A的反相输入端(第2管脚)通过依次串接的电容C20、电阻R73和电阻R74接地，电容C20与电阻R72之间的节点与+5V电源相连，比较器U4A的输出端(第1管脚)与DX1DX1端相连，DX1DX1端与MCU的第38管脚相连，比较器U4A的正侧电源引脚(第4管脚)接地，比较器U4A的负侧电源引脚(第8管脚)接+5V电源。

如图12所示，所述辅助电源电压检测电路与MCU电路的AD采样端口相连，对辅助电源输入端进行电阻分压、电源滤波后输送至MCU电路，以实时监测辅助电源的输入状态(例如辅助电源的有无，电压和电流是否稳定等)，检测辅助电源的供电情况，优先保证万能式断路器的短路保护功能执行。

如图7a所示，所述储能就绪检测电路用于实时检测万能式断路器的储能操作机构是否完成储能，其包括光耦U24和储能微动开关MS1，储能微动开关MS1 与储能操作机构配合，储能操作机构完成储能后触发储能微动开关MS1改变导通状态，光耦U24的第①引脚通过依次串接的电阻R127、储能微动开关MS1与电源DVCC相连，第②引脚接地，第③引脚与chuCHEAK端相连，chu CHEAK端与MCU的第59管脚相连，第④引脚通过电阻R126与电源DVCC相连。

如图7b所示，所述脱扣状态检测电路用于检测万能式断路器的脱扣状态，也即是检测万能式断路器脱口与否，其包括光耦U6和脱扣微动开关MS2，万能式断路器脱扣时触发脱扣微动开关MS2改变导通状态，光耦U6的第①引脚通过依次串联的电阻R125、脱扣微动开关MS2与电源DVCC相连，第②引脚接地，第③引脚与TRIP_CHEAK端相连，TRIP_CHEAK端与MCU的第60管脚相连，第④管脚通过电阻R39与电源DVCC相连。

如图9所示，所述母排温度采集电路通过安装在母排上的温度采集热敏电阻实时检测万能式断路器内部的母排温度。进一步的，本实施例万能式断路器为多相(例如三相或四相)断路器，万能式断路器的每一相母排均与对应的母排温度采集电路配合，以下一A相对应的母排温度采集电路为例进行说明：所述万能式断路器的A相母排对应的母排温度采集电路包括放大器U5A，放大器 U5A的正相输入端(第3管脚)通过电容C26接地且通过电阻R7与NFC_VCC电源相连，电容C26与温度采集热敏电阻并联，放大器U5A的反相输入端(第2管脚)与放大器U5A的输出端(第1管脚)相连，放大器U5A的输出端通过依次串接的电阻R9和电容C24接地，电阻R9和电容C24之间的节点与TA_AD端相连，TA_AD端可以直接连接至图3所示的MCU以进行温度计算或者连接至具有蓝牙功能的第二MCU，由第二MCU计算温度后，通过串口通讯将温度数据传送给图3所示的MCU。所述全面感知万能式断路器，其各相与对应的温度采集热敏电阻和母排温度采集电路配合。

如图8和11所示，所述智能控制器还包括电流电压测量电路，电流电压采样电路包括计量芯片电路以及分别与计量芯片电路相连的电流采样部分和电压采样部分，计量芯片电路与MCU电路相连。进一步的，所述电流电压测量电路通过串口通讯与MCU电路相连，计量芯片电路对电流采样部分、电压采样部分采集的数据进行计算后传输给MCU电路。

如图8a所示，为所述电流采样部分的一个实施例：所述电流采样部分包括多个(优选为4个)电流采样支路，分别用于采集万能式断路器各相的电流信号，以采集万能式断路器的A相的电流信号的电流采样支路为例进行说明，其包括三极管D1，三极管D1的第1管脚通过电阻R1、三极管D1的第2和3管脚通过电阻R6分别与电流互感器相连，三极管D1的第1管脚还通过依次串接的电阻R2和电阻R3与INP端相连，三极管D1的第2和3管脚还通过依次串接的电阻R7和电阻R8与INN端相连，三极管D1的第1管脚通过依次串接的电阻R4 和电阻R5与三极管D1的第2和3管脚相连，电阻R2和电阻R3之间的节点以及电阻R7和电阻R8之间的节点之间依次串接有电容C1和电容C3，电阻R3和 INP端之间的节点以及电阻R8和INN端之间的节点之间依次串接有电容C2和电容C4，电阻R4和电阻R5之间的节点、电容C1和电容C3之间的节点以及电容 C2和电容C4之间的节点相连且接地。

如图8b所示，为所述电压采样部分的一个实施例：所述电压采样部分包括多个(优选为4个)电压采样支路，分别用于采集万能式断路器各相的电压信号，以采集万能式断路器的A相的电压信号的电压采样支路为例进行说明，其包括三极管D1，三极管D1的第1管脚与VAP端相连且通过依次串接的电阻R16、电阻R76、电阻R77、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20与万能式断路器的A相相连，VAP端与计量芯片的第23管脚相连，三极管D1的第2和3管脚相连后通过电容C7接地且通过并联的C4和电阻R21与三极管D1的第1管脚相连。

所述计量芯片电路，其计量芯片优选为一款高精度、三相电能计量IC，采用串行接口，内置多个二级Σ-Δ型模数转换器(ADC)、数字积分器、基准电压源电路以及所有必须的信号处理电路，能实现总(基波和谐波)有功/视在功率测量和有效值计算，以及基波有功/无功功率测量。

如图8c所示，为所述计量芯片电路的一个实施例：所述计量芯片的型号为ADE7880，其第7-9管脚、第12-16管脚分别与电流采样部分的四个电流采样支路相连，其第18、19、22、23管脚分别与电压采样部分的四个电压采样支路相连。

如图10-11所示，所述智能控制器还包括与MCU电路相连的环境监测模块，环境监测模块包括温湿度传感电路、大气压测量电路和粉尘检测电路，温湿度传感电路以型号为HDC2010的高精度温度测量芯片为核心并通过串口连接至MCU 电路，大气压测量电路以型号为BMP180的芯片为核心并通过串口连接至MCU电路，粉尘测量电路通过光敏电阻检测光源光照度大小以判断环境内的粉尘状态。

如图10a所示，为所述温湿度传感电路的一个实施例：所述温湿度传感电路包括芯片HDC2010，芯片HDC2010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。进一步的，所述温湿度检测电路与智能控制器的MCU电路连接，在智能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电路通过温湿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；进一步的，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，则由智能控制器根据当前环境温度所对应的降容系数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。

如图10b所示，为所述大气压测量电路的一个实施例：所述大气压测量电路包括芯片BMP180M，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接入到智能控制器的对应端口处。进一步的，所述大气压测量电路与智能控制器的MCU电路连接，智能控制器内预设有海拔阈值，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电路通过大气压测量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，提示断路器处于非安全工作状态。进一步的，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，则由智能控制器根据当前海拔高度参数所对应的降容系数，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。

如图10c所示，为所述粉尘检测电路的一个实施例：所述粉尘检测电路包括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，反馈至智能控制器的AD采样信号也下降，使智能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。进一步的，所述光敏电阻R6的两端并联电容器C4，光敏电阻R6的一端与智能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与智能控制器连接，由智能控制器控制LED光源H1发光。

如图11所示，本实施例万能式断路器还包括用于检测断路器本体1所处工作位置的位置监测模块，断路器本体1具有三个工作位置，为依次设置的连接位置、试验位置和分离位置。进一步的，所述位置监测模块通过RS485与智能控制器相连。

所述位置监测模块可通过现有技术实现，例如采用中国专利CN211579947U 的技术方案实现，在此不再展开描述。

如图11所示，所述万能式断路器还包括附件检测模块，附件检测模块包括分别对万能式断路器的欠压脱扣器、分励脱扣器、闭合电磁铁和储能电机进行检测的欠压监测电路、分励监测电路、闭合监测电路和电机监测电路。进一步的，所述附件检测模块通过RS485与智能控制器相连。

所述附件检测模块可以通过现有技术实现，例如采用中国专利CN201922215425.5的技术方案，在此不再展开描述。

所述智能控制器通过以下方法计算万能式断路器的触头磨损率：

η(n)＝1/[(In/I(n))^α*Le]

η＝[η(1)+η(2)+…η(n)]

其中，η(n)为单次分闸磨损率，最小值为机械寿命倒数；η为总触头磨损率； In为额定电流；I(n)为分闸电流；α为系数，是一常数；Le为产品电寿命，是一常数。

所述智能控制器通过以下方法计算万能式断路器的热老化率：

R＝1-(N-(I/0.8In)^2*(W/40)^2*D)/N

其中，R为万能式断路器的热老化率；N为设计折旧天数；I为日运行平均电流；W为万能式断路器运行环境温度；D为累计运行天数。

所述智能控制器通过以下方法计算万能式断路器的健康度：

H＝min[(1-R*100),(1-η*100)]

其中，H为万能式断路器的健康度；R为断路器的热老化率；η为触头磨损率。

以下为所述触头磨损率的一个计算示例：

假设所述万能式断路器的额定电流1000A，分闸电流为2000A，系数a为2，产品电寿命Le为10000；

分闸一次的触头磨损率为：

η(1)＝1/(((1000/2000)2)×10000)＝0.04％

在相同参数下再分闸一次的触头磨损率为：η(2)＝0.04％

分闸两次后总的触头磨损率为：η＝η(1)+η(2)＝0.08％

以下为所述热老化率和健康度的一个计算示例：

假设设计折旧天数N为5000天，日平均电流I为1000A，额定电流为1000A，环境运行温度为40℃，累计运行1000天；

R＝1-(5000-(1000/1600)^2*(40/40)^2*1000)/5000＝7.81％

H＝1-0.0781＝92.19％

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示相对重要性。

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

Claims (12)

1.一种全面感知万能式断路器，其特征在于：所述全面感知万能式断路器包括断路器本体(1)和控制系统，控制系统包括智能控制器(2)，智能控制器(2)包括MCU电路以及与MUC电路相连的断路器自检模块；

所述断路器自检模块包括：

电流采样电路，其包括用于检测万能式断路器的空心互感器的连接状态的互感器断线检测电路；

用于监测万能式断路器的铁芯互感器的输出电流的铁芯互感器工作电流检测电路；

用于检测万能式断路器的执行单元的磁通脱扣器的连接状态的磁通脱扣器断线检测电路；

用于检测为万能式断路器的短路保护机构供电的辅助电源的输入状态的辅助电源电压检测电路；

用于检测万能式断路器的储能操作机构的储能状态的储能就绪检测电路；

用于检测万能式断路器的脱扣状态的脱扣状态检测电路。

2.根据权利要求1所述的全面感知万能式断路器，其特征在于：所述电流采样电路还包括电流处理电路，电流处理电路包括积分电路和放大电路，对空心互感器的信号进行处理并传输至MCU电路。

3.根据权利要求1所述的全面感知万能式断路器，其特征在于：所述铁芯互感器工作电流检测电路与MCU电路的AD采样端口相连，将铁芯互感器的输出电流信号转换为电压信号并通过AD采样端口传输给MCU电路。

4.根据权利要求1所述的全面感知万能式断路器，其特征在于：所述磁通脱扣器断线检测电路包括二极管D6、二极管D8、电阻R1、电阻R2和比较器U4A，二极管D6和二极管D8的阴极相连，二极管D8的阳极与电阻R1一端相连，电阻R1另一端与电阻R2一端相连，电阻R2另一端与比较器U4A的正极输入端相连，二极管D6和二极管D8之间的节点以及二极管D8和电阻R1之间的节点分别与磁通线圈相连。

5.根据权利要求1所述的全面感知万能式断路器，其特征在于：所述辅助电源电压检测电路与MCU电路的AD采样端口相连，对辅助电源进行电阻分压、电源滤波后输送至MCU电路。

6.根据权利要求1所述的全面感知万能式断路器，其特征在于：所述断路器自检模块还包括：用于检测万能式断路器内部母排温度的母排温度采集电路。

7.根据权利要求1所述的全面感知万能式断路器，其特征在于：所述万能式断路器还包括用于检测断路器本体(1)所处工作位置的位置监测模块。

8.根据权利要求1所述的全面感知万能式断路器，其特征在于：所述智能控制器还包括电流电压测量电路，电流电压采样电路包括计量芯片以及分别与计量芯片相连的电流采样部分和电压采样部分，计量芯片与MCU电路相连。

9.根据权利要求1所述的全面感知万能式断路器，其特征在于：所述万能式断路器还包括附件检测模块，附件检测模块包括分别对万能式断路器的欠压脱扣器、分励脱扣器、闭合电磁铁和储能电机进行检测的欠压监测电路、分励监测电路、闭合监测电路和电机监测电路。

10.根据权利要求1所述的全面感知万能式断路器，其特征在于：所述智能控制器还包括与MCU电路相连的环境监测模块，环境监测模块包括温湿度传感电路、大气压测量电路和粉尘检测电路。

11.根据权利要求1所述的全面感知万能式断路器，其特征在于：所述智能控制器(2)包括接口板(21)、电源板(22)、控制板(23)、MCR保护板(24)、无线通讯模组(25)和液晶显示模块(26)。

12.根据权利要求11所述的全面感知万能式断路器，其特征在于：所述智能控制器还包括控制器壳体，控制器壳体包括透明长门，透明长门延伸至按键部分且设有锁结构。

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