CN2720615Y - 智能型漏电断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种漏电保护装置，具体涉及一种智能型漏电断路器。包括：三相整流电路、稳压电路、谐波抑制电路、时钟发生器、漏电监测装置、漏电动作电流及动作时间设定电路、显示电路及漏电脱扣执行电路；其特征在于：电路以单片微处理控制器为核心微机自动程序的控制方式，能够执行的功能有：内部故障自诊断并显示，被保护线路漏电故障状况监测并显示，漏电动作电流及动作时间可根据需要现场设定，能自动识别漏电电流波形并决定其工作状态。当漏电断路器内部由于各种原因引起温度升高时，只要内部温度超过80℃，就能可靠自动分断电源，起到自身的安全保护作用。本实用新型具有多功能，安全保护性能稳定可靠、实用性强、使用调节方便等优点。

Description

智能型漏电断路器

技术领域

本实用新型属于一种漏电保护装置，具体涉及一种智能型漏电断路器。

背景技术

目前，电子式电流动作型漏电保护器由于其电子控制电路结构不同而种类繁多，但工作原理及基本结构大同小异，都是在自动空气开关的基础上，安装零序电流互感器，电子控制及信号处理电路，电磁脱扣装置。而电子控制电路是漏电保护器的核心组成，其电路的结构原理和电子原器件的选用直接影响产品的特性及保护性能。现电子式电流动作型漏电保护器用电子控制电路分两大类：一类为直接推动式：零序电流信号直接触发可控硅元件导通，使电磁脱扣装置动作切断电源，达到漏电保护的目的。这类产品电路原理及结构简单、元件少、功能单一，灵敏度及可靠性差，缺少必要的抗干扰措施，经常出现误动作，漏电动作特性受环境温度的变化影响大。另一类为放大式：零序电流信号经放大处理后，触发可控硅导通，使电磁脱扣装置动作切断电源，放大电路采用晶体三极管或漏电保护器专用集成电路，漏电动作特性及动作灵敏度比直接推动式的好，稳定性及可靠性提高，但需要供放大电路工作的直流电源，在没有稳压电路及抗干扰措施的情况下，其动作特性受电源电压的变化及线路传导干扰的影响大。以上两大类电路都只具有漏电超限跳闸的作用，都存在如下不足：

1.漏电流为一个固定值不能现场调节，实用性差。在实际情况下，各种用配电线路的固有漏电是不可能相同的，且在不同气候，不同环境条件及不同的线路状况下，漏电电流的变化很大，如果漏电保护器的漏电动作电流为一固定值，同一产品在固有漏电小的线路中使用时，可能起不到有效的安全保护作用，在固有漏电大的线路中使用时，又会出现经常跳闸停电，造成供电安全可靠性差，给用户带来不必要的停电损失。

2、漏电动作时间为一固定值不可调。在现有配电线路中，为了提高漏电保护可靠性，采用三级漏电保护即漏电总保护，分支漏电保护和终端漏电保护。而现有各种漏电保护器多为快速型，全分断时间在15ms～0.1s以内，三级漏电保护的实际区别只是各级选用的额定电流及额定漏电动作电流值不同。这样，当终端出现大的可满足第一级漏电总保护器动作的漏电电流时，由于前两级漏电保护在动作时间上不能可靠躲开，会出现三级同时跳闸或越级跳闸断电现象，造成停电范围大，检修困难。

3、不能监测并显示线路的漏电状况。现有漏电保护器不能直观地监测并显示用电线路的漏电状况，直到线路漏电超限跳闸，不能重新合闸时，才能知道配电线路有严重的漏电故障，有时不得不将漏电保护装置退出运行才能恢复供电，造成停电检修时间长，用电管理不方便。

4、无法区别漏电电流波形和干扰脉冲信号波形，抗干扰能力差，经常出现误动作。

5、漏电保护器本身的故障不能自诊断及报警或显示。漏电保护器在运行过程中，由于各种原因会造成元器件损坏及失效，如开关装置不能断开，电磁脱扣器失效，零序电流互感器失效，电子电路元件损坏等，如不能及时报警或显示其工作状态，用电管理人员不能及时发现，会给安全用电带来很大的威胁。

6、现有漏电保护器本身温升过高时，不能自动跳闸切断电源。漏电保护器触头部分接触不良或由于端子接线不牢固，带负荷运行时会产生大量的热，使漏电保护器本身温度升高，不及时分断电源会造成绝缘损坏，导致漏电保护器烧毁及其它安全事故。

要解决以上问题，采用常规分离元件及一般的电路结构是不可能满足要求，且电路复杂，制造成本高，电路板体积大，安装和检修都非常困难。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述技术的不足，提供一种智能型漏电断路器。

本实用新型的目的是采用下述的技术方案实现的：一种智能型漏电断路器，包括：在自动空气开关的基础上，安装零序电流互感器，智能型电子控制电路，电磁脱扣装置，一个电源电路；电源电路包括一个滤波整流电路，一个电子降压电路和一个稳压集成电路，采用无隔离降压变压器供电的方式，滤波整流电路的J1-1～J1-3直接接漏电断路器输出侧三相电源，经二极管DA1、DC1整流后，一路脱扣器K提供电源，一路连接到降压电路，降压电路的输出接稳压集成电路，稳压集成电路的输出为直流电压，为电子控制电路提供工作电源；电子控制电路是由电源电路和信号处理电路组成，电源电路采用无隔离降压变压器，包括滤波整流电路、电子降压电路、稳压集成电路，其特征在于：所述的信号处理电路是采用一块单片机作为信号处理路的核心，还包括有漏电动作电流、动作时间设置电路、漏电脱扣执行电路和漏电信号输入电路；另外还设有温度检测装置、漏电断路器工作状态显示电路、脱扣器工作状态检测电路；

所述的漏电信号输入电路是通过电阻R15、R17、R20、R13、R14分别与单片机的14脚、17脚、1脚、3脚及8脚连接，组成信号检测及比较输入电路；

所述的漏电动作电流、漏电动作时间设置电路，其一端通过编码开关与电源连接，编码开关与数字逻辑电路组成的编码信号输入电路，分别与单片机的4脚、13脚及10脚、11脚连接，作为漏电动作电流、漏电动作时间设置信号输入；

所述的温度检测装置，其一端与电源连接，另一端与单片机的9脚连接，控制9脚电位为“1”或“0”；

所述漏电脱扣执行电路，一端通过电阻R7与单片机的2脚连接，单片机的2脚输出指令由它完成，即控制脱扣器K的工作状态，从而控制漏电断路器；所述的漏电断路器工作状态显示电路，单片机的18脚、20脚分别通过电阻R21、R22与工作状态显示电路的双色发光二极管LED正端连接，单片机输出的状态信号经漏电断路器工作状态显示电路显示；所述的脱扣器工作状态检测电路，一端通过电阻R9与漏电脱扣器执行电路可控硅CR03阳极连接，另一端接单片机的12脚，监测漏电脱扣执行电路的工作状态。

所述零序电流互感器，当检测到的漏电电流≤0.5IΔn时，IΔn为设定漏电动作电流值，绿色指示灯亮，表示线路正常；当检测到的漏电电流＞0.5IΔn时，绿色指示灯闪亮，表示线路漏电较大；当检测到的漏电电流≥IΔn，且漏电时间大于或等于设定动作时间时，单片机第二脚发出指令，使Q2导通到CR₁可控硅触发导通，电磁脱扣器动作，漏电断路器动作跳闸；当信号处理电路及单片机存在元件损坏故障时，红灯亮；电磁脱扣器回路存在故障时，红灯闪亮；零序电流

所述的全部电子元件安装在主板、调节板、显示板三块不同大小的印刷线路板上，其主要采用双面印刷线路板，电源部分采用引脚元件插孔安装，信号处理部分采用微型元件贴片式安装，线路连接采用插接式连接，调节板上安装二只编码开关及逻辑数字电路，显示板上安装双色发光二极管。

本实用新型电路结构原理为：供电电源部分：采用无隔离降压变压器供电的方式，滤波整流电路的J1-1～J1-3直接接漏电断路器输出侧三相电源，经L1～L3电感滤波，压敏电阻AB1、BC1、AC1组成的浪涌电压吸收电路，二极管DA1、DC1组成二相半波整流，DB1、DC2组成电回路整流，其特点是当三相任一相缺相时，电源电路都能正常工作。经整流后的脉动直流分两路供电；一路为电磁脱扣装置K提供工作电源；另一路接至降压电路。降压电路由电压调整电路和电压跟随器组成；三极管Q1与D1、R4、R1、R2、D6、组成电压跟随器，当电源电压升高或降低时，Q1的基极电压也跟着升高或降低，由于基极电压与集电极电压反变化，Q1的集电极电压跟着下降或升高。D2为Q3基极稳压二极管，Q3为电压调整管，起降压及高压隔离作用，在Q3的发射极输出电压约为12V。降压电路的特点是：输出电压稳定，工作电压范围宽，高压隔离安全可靠。降压电路的输出接稳压集成电路1117M3的输入1端，输出端为+3.3V直流电压，为电子控制电路提供工作电源。漏电信号输入电路：由零序电流互感器组件，限幅电路及单片机1脚、3脚、8脚、14脚、17脚组成的I/O输入输出端口；零序电流互感器检测到的漏电信号经滤波后，为了防止高感应电势损坏单片机，采用D4，D5二个反向连接的二极管对漏电信号幅度进行限制，同时单片机14脚经电阻R15，1脚经电阻R20，3脚经电阻R13组成的信号比较电路，对漏电信号的波形，幅度进行比较，比较信号一路经电阻R17输入到单片机17脚，另一路经电阻R14输入到8脚；漏电动作电流，漏电动作时间设置电路：各由一只编码开关与二输入数字逻辑门电路组成，编码开关有0～3四个档位，每次只能设定一个档位，公共端与+3.3V电源连接；漏电动作电流设置时，+3.3V电压经编码开关C端变换与电阻R1、R2连接，经数字电路输入到单片机4脚、13脚，其两脚的电位变化为“00”、“01”、“10”、“11”；同样，漏电动作时间设置时，+3.3V电压经编码开关C端变换与电阻R3、R4连接，经数字电路输入到单片机10脚、11脚，其两脚的电位变化也为“00”、“01”、“10”、“11”；漏电脱扣执行电路：由开关三极管Q2、可控硅CR1、电磁脱扣装置K及单片机的2脚组成；由单片机2脚输出的脉冲指令信号送至开关三极管Q2的基极，使Q2导通，+3.3V电源经Q2集电极至发射极到单向可控硅CR1触发极，使可控硅CR1导通，电磁脱扣器K有电流流过产生电磁力动作；脱扣器工作状态检测电路，由降压电阻R9与稳压二极管D3组成，稳压二极管稳定电压为3V，其实际是检测可控硅阳极与阴极两端之间的电压，可控硅导通时，两端电压接近零；可控硅关断时电压为0.8V左右，检测到的电压信号输入到单片机的12脚；工作状态显示电路：由一只双色发光二极管与电阻R21、R22组成；由单片机18脚、20脚输出的工作状态信号分别加在双色发光二极管的正端，需要时此输出可外接报警电路；温度检测装置：由一只温度开关组成；温度开关安装在断路器适当的位置，并与断路器主电路间绝缘，温度开关一端与+3.3V电源连接，另一端经限流电阻与单片机9脚连接；当温度开关所处环境温度≥80℃时，开关导通，+3.3V电压经开关至限流电阻加到单片机9脚，使9脚电位由“O”变为“1”。

本实用新型的优点是：1、具有漏电动作电流及动作时间设置功能：漏电动作电流及动作时间设置分别由一个编码开关完成，设置分四个档位，每档为一个固定值，现场使用时，可根据需要调节。2、具有显示功能：以发光二极管的颜色及状态显示被保护线路的漏电状况及漏电断路器本身的工作状况。3具有自诊断功能：漏电断路器内部元件发生故障，可通过发光二极管的颜色和状态显示，如断路器不能分断故障，电磁脱扣器故障，零序电流互感器开路故障及电子控制电路元件损坏等，也可接报警装置报警。4、具有自动波形识别功能：能自动识别漏电电流波形和干扰脉冲电流波形，抗干扰能力大幅提高，不会出现误动作现象。5、具有超温度保护功能：由于各种原因引起的漏电断路器内部温度升高，达到或超过80℃时，控制电路发出指令，使漏电断路器动作切断电源。另外由于采用了单片机控制器件，使漏电保护特性智能化，适应现代用电安全保护需求。且电路外围元件小，体积小，结构较简单，安装维护方便。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图。

图2是图1的方框图

图3是图1的安装结构简图。

图4是图1的一个实施例面板说明图。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本实用新型。如图1和图2所示：一种智能型漏电断路器，包括：在自动空气开关的基础上，安装零序电流互感器、智能型电子控制电路、电磁脱扣装置、一个电源电路、电源电路包括一个滤波整流电路1，一个电子降压电路2和一个稳压集成电路3，采用无隔离降压变压器供电的方式，滤波整流电路1的J1-1～J1-3直接接漏电断路器输出侧三相电源，经二极管DA1、DC1整流后，一路为8的脱扣器K提供电源，一路连接到降压电路2，降压电路2的输出接稳压集成电路3，稳压集成电路3的输出为直流电压，为电子控制电路提供工作电源；电子控制电路是由电源电路和信号处理电路组成，电源电路采用无隔离降压变压器，包括滤波整流电路1、电子降压电路2、稳压集成电路3，信号处理电路是采用一块单片机4作为信号处理路的核心，还包括有漏电动作还设有温度检测装置7、漏电断路器工作状态显示电路9、脱扣器工作状态检测电电流、动作时间设置电路6、漏电脱扣执行电路8和漏电信号输入电路5；另外路11；漏电信号输入电路5是通过电阻R15、R17、R20、R13、R14分别与单片机4的14脚、17脚、1脚、3脚及8脚连接，组成信号检测及比较输入输出电路；漏电动作电流、漏电动作时间设置电路6，其一端通过编码开关与电源3连接，编码开关与数字逻辑电路组成的编码信号输入电路，分别与单片机4的4脚、13脚及10脚、11脚连接，作为漏电动作电流、漏电动作时间设置信号输入；温度检测装置7，其一端与电源3连接，另一端与单片机4的9脚连接，控制9脚电位为“1”或“0”；漏电脱扣执行电路8，一端通过电阻R7与单片机4的2脚连接，单片机4的2脚输出指令由8完成，即控制8的脱扣器K的工作状态，从而控制漏电断路器；漏电断路器工作状态显示电路9，单片机4的18脚、20脚分别通过电阻R21、R22与工作状态显示电路9的双色发光二极管LED正端连接，单片机4输出的状态信号经9显示；脱扣器工作状态检测电路11，一端通过电阻R9与漏电脱扣器执行电路8可控硅CR03阳极连接，另一端接单片机4的12脚，监测漏电脱扣执行电路的工作状态。电感L1、L2、L3分别与漏电断路器输出侧2、4、6端子连接，当漏电断路器合闸时，380V电源经滤波后，其中2、4两端电源分别经二极管DA1、DC1整流。4、6两端分别连接一个反向的二极管DC2、DB1构成工作电流回路，其目的是当任意一相缺相时，电源电路都能正常工作。整流后的脉动直流一路到电磁脱扣器K，作为电磁脱扣器动作时的工作电源；另一路经电感CEC滤波后送到降压管Q3的集电极。D1、R4、D2、与R1、R5、R2、D6、Q1组成电压跟随及保护电路。当电源电压变化时Q3的基极电压保持不变，确保Q3发射极输出稳定的12V电压，12V电压经电容C3滤波后输入到三端稳压IC1117M3的第一脚。在第3脚输出+3.3V直流电压，作为信号处理电路的工作电源，同时单片机P87LPC762FD进入自动程序工作状态。自动复位触发由+3.3V电压经电阻R12，双向二极管D，电阻R11至单片机19脚，另一路经电阻R18、R19分压后至单片机16脚，向单片机19脚提供的是触发复位信号，向单片机16脚提供的是A/D转换电位。自诊断故障信号分别由电磁脱扣器回路和零序电流互感器回路提供。当电磁脱扣器在正常待命状态时，可控硅触发极无触发电流，阳极与阴极间为开路状态，电磁脱扣器工作电压经R9、R10分压后，D3两端的电压输入至单片机第12脚，即第12脚在正常不动作时为高电位。当脱扣器回路有故障时，如脱扣器线圈开路，可控硅导通但脱扣器不能动作时，单片机第12脚电位变为零。经单片机内部处理后，在第18脚输出一断续高电位信号，使双色发光二极管LED红色灯闪烁亮。零序电流互感器回路在正常状态时，由单片机第1脚、3脚、14脚与零序电流互感器组成信号比较电路，比较后的信号分别经电阻R17、R14输入到单片机的17脚和8脚，作为漏电电流信号和波形识别信号。当零序电流互感器短路或断路时，比较信号中断。经单片机内部电路处理后，在第18脚输出一高电位，使双色发光二极管LED红色灯亮。零序电流互感器CT检测到的漏电信号经比较后，分别输入到单片机的第17脚和第8脚，经单片机内部波形与幅度识别，并决定其输出工作状态。信号处理电路的功能是：当零序电流互感器检测到的漏电电流小于或等于0.5IΔn时，IΔn为设定漏电动作电流值，绿色指示灯亮，表示线路正常；当零序电流互感器检测到的漏电电流＞0.5IΔn时，绿灯闪亮，表示线路漏电较大；当零序电流互感器检测到的漏电电流≥IΔn，且漏电时间大于或等于设定动作时间时，单片机第二脚发出指令，使Q2导通至CR1可控硅触发导通，电磁脱扣器动作，漏电断路器动作跳闸；当信号处理电路及单片机存在元件损坏故障时，红色灯亮；电磁脱扣器回路存在故障时，红灯闪亮；零序电流互感器回路存在短路或开路故障时，红灯亮。

关键元件①、单片机U3选用PHILIPS半导体公司生产的P87LPC762FD型双列直排(贴片式)20脚塑料封装。②、二极管DA1、DC1、DC2、DB1、D1选用IN4007型，要求反向耐压大于1000V。③、三极管Q3选用K2527型或K1119型高反向耐压三极管。④、稳压二极管：D2为12V，D3为3V。⑤、电阻R1、R2、R5、R6、R4为1W金属膜电阻。⑥、电容C2耐压为630V或以上。⑦、零序电流互感二次输出感应电势根据漏电动作电流值决定，但要求N1输入50mA时，N2最低输出应大于650mV。

装配后调试：装配后检查连接线正确后，接通电源，测量稳压IC第1端对地电压约为12V，第3端电压为+3.3V，发光二极管为绿色正常显示，电源电压为380V时，D3两端电压为0.83V，单片机16脚电压不大于0.1V，智能型漏电断路器就能正常工作。

图3为一个安装实施例，全部电子元件安装在主板、调节板、显示板三块不同大小的印刷线路板上，其主要采用双面印刷线路板，电源部分采用引脚元件插孔安装，信号处理部分采用微型元件贴片式安装，线路连接采用插接式连接，调节板上安装二只编码开关及逻辑数字电路，显示板上安装双色发光二极管。其漏电断路器选用DZ20L-160型，主要参数：漏电动作电流设置为：50mA、100mA、150mA、200mA四档。漏电动作时间设置为：0.1S、0.2S、0.4S、0.6S四档。安装方法：主电路板8插在塑料盒9内，安装在漏电断路器左侧底座16上。与主板连接的线路用J1～J6接插线连接。J1-1～J1-3为电源连接线，分别接在漏电断路器输出侧接线端15的2、4、6端子上。J2-1～J2-2为电磁脱扣器6的接线，电磁脱扣器用安装支架固定在底座16的右侧上方插槽内，电磁脱扣器传动拉钩能灵活可靠带动牵引杆7。J3-1～J3-2为零序电流互感器13的连线，零序电流互感13固定在漏电断路器下方底座16上。J4-1～J4-6为调节板10的连线。J5-1～J5-3为显示板11的连线，调节板与显示板并排安装在安装支架12上，安装支架12固定在漏电断路器下方底座16上。J6-1～J6-2为温度检测装置14的连线，温度检测装置固定在零序电流互感器13的紧靠四根一次导线的集束处。

图4是智能漏电断路器的一个实施例面板说明图。图中状态指示灯1为双色发光二极管，当绿灯亮时，显示漏电断路器工作正常，绿灯变为显烁亮时，显示被保护线路漏电大于或等于设定漏电动作电流值IΔn的0.5倍。红灯亮时，显示零序电流互感器回路或电子控制电路有故障不能正常工作。红灯显烁亮时，显示脱扣器有故障或断路器不能正常分闸。漏电动作电流设置2为调节漏电动作电流，面盘箭头指向的值为设置动作电流值。漏电动作时间设置3为调节漏电动作时间，面盘箭头指向的值为设置动作时间值。试验按钮4用于检测漏电断路器是否能可靠动作，操作试验按钮时，漏电断路器应能跳闸。

Claims (3)

1、一种智能型多功能漏电断路器，包括：在自动空气开关的基础上，安装零序电流互感器，智能型电子控制电路，电磁脱扣装置，一个电源电路；电源电路包括一个滤波整流电路(1)，一个电子降压电路(2)和一个稳压集成电路(3)，采用无隔离降压变压器供电的方式，滤波整流电路(1)的J1-1～J1-3直接接漏电断路器输出侧三相电源，经二极管DA1、DC1整流后，一路为(8)的脱扣器K提供电源，一路连接到降压电路(2)，降压电路(2)的输出接稳压集成电路(3)，稳压集成电路(3)的输出为直流电压，为电子控制电路提供工作电源；电子控制电路是由电源电路和信号处理电路组成，电源电路采用无隔离降压变压器，包括滤波整流电路(1)、电子降压电路(2)、稳压集成电路(3)，其特征在于：所述的信号处理电路是采用一块单片机(4)作为信号处理路的核心，还包括有漏电动作电流、动作时间设置电路(6)、漏电脱扣执行电路(8)和漏电信号输入电路(5)；另外还设有温度检测装置(7)、漏电断路器工作状态显示电路(9)、脱扣器工作状态检测电路(11)；

所述的漏电信号输入电路(5)是通过电阻R15、R17、R20、R13、R14分别与单片机(4)的14脚、17脚、1脚、3脚及8脚连接，组成信号检测及比较输入电路；

所述的漏电动作电流、漏电动作时间设置电路(6)，其一端通过编码开关与电源(3)连接，编码开关与数字逻辑电路组成的编码信号输入电路，分别与单片机(4)的4脚、13脚及10脚、11脚连接，作为漏电动作电流、漏电动作时间设置信号输入；

所述的温度检测装置(7)，其一端与电源(3)连接，另一端与单片机(4)的9脚连接，控制9脚电位为“1”或“0”；

所述漏电脱扣执行电路(8)，一端通过电阻R7与单片机(4)的2脚连接，单片机(4)的2脚输出指令由(8)完成，即控制(8)的脱扣器K的工作状态，从而控制漏电断路器；

所述的漏电断路器工作状态显示电路(9)，单片机(4)的18脚、20脚分别通过电阻R21、R22与工作状态显示电路(9)的双色发光二极管LED正端连接，单片机(4)输出的状态信号经(9)显示；

所述的脱扣器工作状态检测电路(11)，一端通过电阻R9与漏电脱扣器执行电路(8)可控硅CR03阳极连接，另一端接单片机(4)的12脚，监测漏电脱扣执行电路的工作状态。

2、根据权利要求1所述的智能型多功能漏电断路器，其特征在于，所述零序电流互感器，当检测到的漏电电流≤0.5IΔn时，IΔn为设定漏电动作电流值，绿色指示灯亮，表示线路正常；当检测到的漏电电流＞0.5IΔn时，绿色指示灯闪亮，表示线路漏电较大；当检测到的漏电电流≥IΔn，且漏电时间大于或等于设定动作时间时，单片机第二脚发出指令，使Q2导通到CR₁可控硅触发导通，电磁脱扣器动作，漏电断路器动作跳闸；当信号处理电路及单片机存在元件损坏故障时，红灯亮；电磁脱扣器回路存在故障时，红灯闪亮；零序电流互感器回路存在短路或开路故障时，红灯亮。

3、根据权利要求1所述的智能型多功能漏电断路器，其特征是：所述的全部电子元件安装在主板、调节板、显示板三块不同大小的印刷线路板上，其主要采用双面印刷线路板，电源部分采用引脚元件插孔安装，信号处理部分采用微型元件贴片式安装，线路连接采用插接式连接，调节板上安装二只编码开关及逻辑数字电路，显示板上安装双色发光二极管。

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