WO2019206059A1

WO2019206059A1 - 用电保护断路器

Info

Publication number: WO2019206059A1
Application number: PCT/CN2019/083607
Authority: WO
Inventors: 黎祥英
Original assignee: 黎耀呀
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2019-10-31
Also published as: US11211787B2; US20210066910A1

Abstract

用电保护断路器，其特征在于包括微处理器芯片部分、连接在电源线与电源间的断路器部分、检测电源线温度的温度检测部分、检测电源线电流的电流检测部分、检测电源线电压的电压检测部分，微处理器芯片部分的内存存有数据集合S=f(temp,I,V,△time)，S：电源线直径，temp：温度，I：电流，V：电压，△time：设定的时间段，微处理器芯片部分将所获得的实时温度变化的电子数据、导入电流的电子数据、电压电子数据与数据集合中数据集进行匹配，并依据匹配结果设定相应的安全保护电流。本发明与已有技术相比，具有能检测电线直径大小并依据电线直径大小设定安全保护电流的优点。

Description

用电保护断路器

技术领域

本发明涉及一种用电保护技术。

背景技术

当前的用电保护断路器与保护方法，都是基于一个预设基准值的比较器。比如额定电流是63A的断路器，在使用时，它会时刻比较实际电流与额定电流63A的大小，当实际电流大于额定电流63A时，断路器将会断开回路，以起到保护的作用。不过，在施工人员出于某种原因，安装的电线直径与断路器的额定电流不匹配时，断路器将会失效。比如施工人员安装了直径为6平方毫米的铜电线，却选用了63A的断路器，就起不到保护作用。6平方毫米的铜电线只能安全通过48A电流，扣除穿管、入墙、环境温度等因素，安全电流只有80%，实际电流不应该超过40A，否则有起火风险。如果用户选择了63A的断路器，那就是线缆起火短路以后才会跳闸保护。这种错误匹配线径与断路器的情况并不少见，特别在一些不厚道楼盘的施工队的工程里，偷工减料经常会出现：断路器是安装在开关箱中，大家都看得见的，不容易作假，但是电线是穿管入墙安装的，大家都看不见，就很容易被不法施工队更改为小直径的电线，以求更高的工程利润。

技术问题

本发明的目的在于提供一种能检测电线直径大小并依据电线直径大小设定安全保护电流的用电保护断路器。

技术解决方案

本发明是这样实现的，包括微处理器芯片部分、连接在电源线与电源间的断路器部分、检测电源线温度的温度检测部分、检测电源线电流的电流检测部分、检测电源线电压的电压检测部分，微处理器芯片部分的内存存有各种国家标准直径电源线（如4平方毫米或者6平方毫米）在国家标准电压（如220V）时，在设定时间段内导入各种数值的电流所导致的温度的变化值的数据集的数据集合，在设定时间段内，检测电源线电流的电流检测部分所检测的电源线的导入电流的电子数据传送到微处理器芯片部分，检测电源线电压的电压检测部分所检测的电源线的电压电子数据传送到微处理器芯片部分，温度检测部分所检测的电源线的温度变化的电子数据传送到微处理器芯片部分，微处理器芯片部分将所获得的温度变化的电子数据、导入电流的电子数据、电压电子数据与数据集合中数据集进行匹配，若匹配成功，则所匹配的数据集对应的国家标准直径电源线即为实际使用的电源线，然后，微处理器芯片部分依据所获得的实际使用的电源线直径信息设定相应的安全保护电流。

电线直径、实时温度与实时功率都有直接相关的数学关系，当电流达到一定数值时，会引起电源线的温度上升，而温度的上升是与电源线直径有关的，如接入数千瓦的电器时，电源线的温度会升高，直至达到发热与散热平衡为止，而起始导入大电流时，温度上升是很明显的，而且主要与电流、电源线直径、电压、持续时间有关，当电流、电压、持续时间确定后，电源线直径就确定了，这样，就为通过分析电流与温度间的关系进而准确获知电源线直径提供了可能，预先在不同条件下进行大量的检测，并将检测所获取的数据集所构成的数据集合预存在微处理器芯片部分，使用大数据机器学习的方法，利用极少量的电流、温度传感器，就可以通过电线的实时温度、实时电流与与电流变化时的线缆温度变化速率之间的关系，推算出电线的直径，从而自动设置一个安全保护电流。这样就可以达到智能设定保护限值的功能。即使用户不懂选择恰当的断路器或者被偷工减料安装错断路器，这个断路器也能起到用电安全的保护功能。

这里，断路器部分包括断电继电器，断电继电器、微处理器芯片部分、电源线构成设置在壳体内的过流保护电路，过流保护电路采用的是带有断电继电器及电源线的高精度计量用电和漏电值的集成电路，断电继电器的电源开关连接在电源线上，电源线的其中一端与外界电源接入接线端子连接，另一端与输出电源接线端子连接，壳体上设置有数据及驱动电源接口，高精度计量用电和漏电值的集成电路的数据交换端及驱动电源输入端与数据及驱动电源接口相连。

使用时，通过外界电源接入接线端子与外接电源相连（如火线外界电源接入接线端子与外接火线相连，零线外界电源接入接线端子与外接零相连），而输出电源接线端子与用户电源接入端连接（如火线输出电源接线端子与用户电源接入端的火线相连，零输出电源接线端子与用户电源接入端的零相连），通过数据线（如USB数据线）与具有数据接收（传输）及输出驱动电源的设备（如wifi设备）连接，这样，高精度计量用电和漏电值的集成电路检测获得的电流数据、温度数据就能发送出去，以便监控者实时监控用电情况，当电流过大或者温度过高时，可通过相应的设备向监控者发出警告，以便监控者及时进行处理或者发出控制信号控制用电保护器断电，当有漏电等情况出现导致电流超出设定安全值或者温度高出设定值时，高精度计量用电和漏电值的集成电路控制继电器动作，断开电源。

现有的用电保护器，一般分三种：漏电保护、过载保护、欠压保护。这些保护器基本都是固定参数，在生产时就预设好目标值，比如01型号产品就是漏电5mA时自动跳闸，02型号就是漏电30mA时跳闸；过载保护和欠压保护产品也是类似这样的设计。用户在用电环境变化时，无法灵活调节。而且，在线路用电电流检测的精度问题上，也往往受制于采样电阻的精度，一旦安装为成品，调整起来，需要拆装，非常麻烦。

当前的用电保护设备中，保护器件与器件之间欠缺信息沟通机制，用户无法清晰知道线路中的具体安全情况，比如只知道房间中有漏电，但不知道具体哪个房间、哪条支路在漏电，漏电的值是多少？用户都无法知晓，无法快速、提前纠正。需要一个一个用电设备来检查。需要等漏电值超过设计阈值跳闸了之后，才知道漏电。无法在未发生跳闸前，提前排除隐患。

现有过载保护器中，同时，在实际用电过程中，由于用电人和线路设计安装人并不是同一人，用电人并不一定按设计人所设计的方式用电，比如设计人设计了30A的过载保护，但用电人使用时接了一根最大负载20A的线路，后果就是即使线路熔化起火，过载保护开关都不会跳闸。这将导致保护机制失灵。这也证明当前的过载保护器的过载监测机制不够完善。

已有技术均是在危险发生时才做出反应，而危险的发生往往都是由预兆的，由于已有技术对危险发生前的电流状况进行有效的检测，因此，是不能依据电流状况做出预防的措施，以避免危险的发生。

采用上述技术就解决了已有技术的问题，从而实现了能实时监测电流大小及温度并在发生过大的电流及过高的温度时发出警示以便使用者及时采取预防措施避免危险发生并在超出设定电流或者温度时切断电源。

这里，设置有无线网络通信部分，高精度计量用电和漏电值的集成电路的微处理器芯片部分所获取的数据通过无线网络通信部分传送到后台服务器，后台服务器也将其所获得的其他用电保护断路器所获取的数据传送到该用电保护断路器，以便用大数据机器学习的方法，来提升用电保护断路器智能判断电源线直径的准确性。

这里，在外界电源接入接线端子、输出电源接线端子中的至少一个上设置有温度检测装置，温度检测装置的电信号输出与高精度计量用电和漏电值的集成电路的电信号输入相连。

已有技术由于仅检测电流，而在电流过大时，往往伴随电线温度的升高的，已有技术是不能感知温度的变化进而采取相应的安全措施的。

使用时，高精度计量用电和漏电值的集成电路检测获得的温度数据就能发送出去，以便监控者实时监控用电情况，当电流过大导致温度过高时，可通过相应的设备向监控者发出警告，以便监控者及时进行处理或者发出控制信号控制用电保护器断电，当有漏电等情况出现导致温度高出设定值时，高精度计量用电和漏电值的集成电路控制继电器动作，断开电源。

这里，为了提高本发明对用电电流和漏电电流的监测精度，在本发明出厂前，使本发明通过一个高精度标准值的用电电流作为参考值，比如100mA，本发明将会把当前监测出来的电流值（比如检测值为101mA）上传云端服务器，云端服务器记录此差异，做好计算修正处理，并把修正算法反馈到微处理器内的内存上。在该本发明投入使用后，每次测量都加上此偏差值。在漏电电流的检测计算技术上，也同样使用这种方法。这样将能显著提高本发明的测量精度。

这里，高精度计量用电和漏电值的集成电路的微处理器芯片部分上设置有一个以上的数据交换接口，相应的电源电路上设置有一个以上的电源输出接口，这样就构成了总用电保护断路器。使用时，没带有无线收发装置及电源电路的用电保护断路器通过带有连接端子的数据线及电源线与带有无线收发装置及电源电路的总用电保护断路器连接，这样，这些没带有无线收发装置及电源电路的用电保护断路器就能获得工作用驱动电源，其所获得的用电情况数据就能通过带有无线收发装置及电源电路的总用电保护断路器的无线收发装置发送出去。

有益效果

本发明与已有技术相比，具有能检测电线直径大小并依据电线直径大小设定安全保护电流，并具有能实时监测电流大小及温度并在发生过大的电流及过高的温度时发出警示以便使用者及时采取预防措施避免危险发生并在超出设定电流或者温度时切断电源的优点。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图;

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例3的结构示意图;

图4为电箱的结构示意图；

图5为大数据网络结构示意图；

图6为实施例2的电路原理图。

本发明的最佳实施方式

现结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1、如图1所示，本发明包括微处理器芯片部分a（如采用CN201810152332.X的技术）、连接在电源线L与电源间的断路器部分b、检测电源线温度的温度检测部分c、检测电源线电流的电流检测部分d、检测电源线电压的电压检测部分e，微处理器芯片部分a集成了电压检测电信号放大器1、电流检测电信号放大器2、带有内存的微处理器3，电源电路f微处理器芯片部分a工作，断路器部分b包括带有继电器J的开关电路4，其中一股电源线（如与火线连接的电源线L）通过继电器J的开关K与负荷（包括如电热水器等大功率用电插座、总开关处）相连，微处理器3的控制信号输出通过开关电路4控制继电器J动作，电流检测电信号放大器2的的两信号输入脚连接在继电器J的开关K的电极板上，两信号输入脚间的电极板形成低阻值电流采样电阻R，微处理器芯片部分a的内存1存有各种国家标准直径电源线在220V时，在设定时间段内导入各种数值的电流所导致的温度的变化值的数据集的数据集合S=f(temp,I,V,△time)，S：电源线直径，temp：温度，I：电流，V：电压，△time：设定的时间段，在设定时间段内，若电源线有温度上升，检测电源线电流的电流检测部分d所检测的电源线的导入电流的电子数据传送到微处理器芯片部分a，检测电源线电压的电压检测部分e所检测的电源线的电压电子数据传送到微处理器芯片部分a，温度检测部分c所检测的电源线的温度变化的电子数据传送到微处理器芯片部分a，微处理器芯片部分a将所获得的温度变化的电子数据、导入电流的电子数据、电压电子数据存储后并与数据集合中数据集进行匹配，若匹配成功，则所匹配的数据集对应的国家标准直径电源线即为实际使用的电源线，然后，微处理器芯片部分a依据所获得的实际使用的电源线直径信息设定相应的安全保护电流以替代预先设置的最高安全保护电流（如产品出厂前，先依据通常所使用最大电源线直径来设定最高安全保护电流）。

设置有无线网络通信部分g，微处理器芯片部分a所获取的数据通过无线网络通信部分g传送到后台服务器h，后台服务器h也将其所获得的其他用电保护断路器所获取的数据传送到该用电保护断路器，以便用大数据机器学习的方法，来提升用电保护断路器智能判断电源线直径的准确性。

实施例2：如图2、6所示，断路器部分b包括断电继电器J，断电继电器J、微处理器芯片部分a、电源线L构成设置在壳体5内的过流保护电路A，过流保护电路A采用的是带有断电继电器J及电源线L的高精度计量用电和漏电值的集成电路A，壳体5上设置有外界电源接入接线端子6（若两相交流电源则两个，若三相交流电源则三个）和输出电源接线端子3（若两相交流电源则两个，若三相交流电源则三个），设置在壳体5内的高精度计量用电和漏电值的集成电路A，高精度计量用电和漏电值的集成电路A采用的是中国专利申请CN201810152332X的带有断电继电器J及电源线（若两相交流电源则电源线有火线L和零线O两条，若三相交流电源则电源线有三条）的高精度计量用电和漏电值的集成电路的技术（如图6所示，包括集成了电压检测电信号放大器1、电流检测电信号放大器2、带有内存的微处理器3的微处理器芯片部分a，微处理器3内设置有电压信号及电流信号处理程序，微处理器芯片部分a上带有通信端口s，以便与外界进行数据交换，微处理器3内设置有电流校正处理程序，在电流检测电信号放大器2的两信号输入脚上并接一低阻值电流采样电阻R，通过校正器将一标准电流B（包括高精度标准直流电流和高精度标准交流电流）施加在该低阻值电流采样电阻R上，并通过校正器i供微处理器芯片部分a的工作电源vcc，使电流检测电信号放大器2的信号输入端获得一检测信号，该检测信号放大后经过微处理器3的电压信号及电流信号处理程序处理后再由电流校正处理程序后形成一校正电流值C并通过校正器输出到微处理器芯片部分a的校正确定控制信号使该校正电流值C固化在微处理器3内的内存上，设置有两股分别与负荷及电源相连的电源线L、O，其中一股电源线（如与火线连接的电源线L）与低阻值电流采样电阻R并接，电流互感器M套接在两股电源线L、O上，电流互感器M的两输出端通过集成在微处理器芯片部分a上的放大器7与微处理器3的电信号输入相连，微处理器芯片部分a的控制电信号通过开关电路6控制断电继电器J工作），断电继电器J上设置有短路测试电路，以便通过测试按钮8测试断电继电器J是否正常工作，断电继电器J的电源开关连接在电源线的火线L上，电源线（火线L和零线O）的其中一端与外界电源接入接线端子6连接，另一端与输出电源接线端子9连接，壳体5上设置有数据及驱动电源接口10，数据及驱动电源接口10采用的是数据接口，高精度计量用电和漏电值的集成电路A的数据交换端及驱动电源输入端与数据及驱动电源接口相连。

这里，为了提高本发明对用电电流和漏电电流的监测精度，在本发明出厂前，使本发明通过一个高精度标准值的用电电流作为参考值，比如100mA，本发明将会把当前监测出来的电流值Ij（比如检测值为101mA）上传云端服务器，云端服务器记录此差异，做好计算修正处理，并把修正算法反馈到微处理器3内的内存上。在该本发明投入使用后，每次测量都加上此偏差值。在漏电电流的检测计算技术上，也同样使用这种方法。这样将能显著提高本发明的测量精度。

断电继电器J采用的是手动复位断电继电器，采用手动复位断电继电器J，一旦断开后，只有通过手动复位，手动复位断电继电器才恢复通路。

在外界电源接入接线端子6、输出电源接线端子9中的至少一个上设置有温度检测装置11，温度检测装置11的电信号输出与高精度计量用电和漏电值的集成电路A的电信号输入相连。当线路过载时，线缆温度必然上升，接线端子上的温度检测装置11将能检测到这种变化，传递给中央处理器后做出相应的动作响应。

实施例3：如图3所示，本实施例是在实施例1的基础上，无线网络通信部分g采用的是wifi或NB-IOT等无线收发装置，电源电路f的电源输出端与高精度计量用电和漏电值的集成电路A及无线网络通信部分g的电源输入端相连，高精度计量用电和漏电值的集成电路A的微处理器芯片部分a的数据输出输入端s有数个，无线网络通信部分g的数据输出输入端与高精度计量用电和漏电值的集成电路A的微处理器芯片部分a的其中一数据输出输入端s相连，与高精度计量用电和漏电值的集成电路A的微处理器芯片部分a的其他的数据输出输入端s数量对应的数据接口有数个，每个数据接口与1个高精度计量用电和漏电值的集成电路A的其他的数据输出输入端s及电源电路f的电源输出端相连，构成总用电保护断路器。

实施例4：如图4所示，本实施例是在实施例2、3的基础上，将实施例2的数个用电保护断路器13和实施例3的总用电保护断路器14装设在一电箱12内，通过带有分别连接在用电保护断路器13的数据插口及总用电保护断路器14的数据插口的数据接头的数据线15获得驱动电源及与总用电保护断路器14进行数据交换。使用时，总用电保护断路器14的外界电源接入接线端子与外接电源相连（如火线外界电源接入接线端子与外接火线相连，零线外界电源接入接线端子与外接零相连），而总用电保护断路器14的输出电源接线端子与各用电保护断路器13的相应的外界电源接入接线端子相连，各用电保护断路器13的输出电源接线端子与相应的用电单元的电源接入端连接（如火线输出电源接线端子与相应的用电单元的电源接入端的火线相连，零输出电源接线端子与相应的用电单元的电源接入端的零线相连），这样，高精度计量用电和漏电值的集成电路A检测获得的电流数据、电压数据、温度数据就能通过总用电保护断路器14的无线网络通信部分g发送出去，以便监控者实时监控用电情况，当电流过大或者温度过高或者有漏电情况发生时，可通过相应的设备向监控者发出警告，以便监控者及时进行处理或者发出控制信号控制用电保护断路器断电，当有漏电等情况出现导致电流超出设定安全值或者温度高出设定值时，高精度计量用电和漏电值的集成电路控制继电器动作，断开电源。

实施例5：如图5所示，本实施例是在上述实施例的基础上，通过标准的APP操作程序，将用电保护断路器13、总用电保护断路器14所收集的电流、电压及温度数据通过总用电保护断路器14上的wifi（或NB-IOT）及与网络相连的wifi设备15、网络传输到云端服务器16上，使用者就能通过授权通过联网的手机17或者电脑18获取这些数据并通过授权通过网络向用电保护断路器13、总用电保护断路器14发出控制指令，以便在发生危险情况时，通过用电保护断路器13、总用电保护断路器14断开电源。安全监测单位19、供电局20也可以从服务器16上获取用户的电流、电压及温度数据，以便准确检测用户用电情况以及安全用电情况。

Claims

[根据细则91更正 15.06.2019]　
用电保护断路器，其特征在于包括微处理器芯片部分、连接在电源线与电源间的断路器部分、检测电源线温度的温度检测部分、检测电源线电流的电流检测部分、检测电源线电压的电压检测部分，微处理器芯片部分的内存存有各种国家标准直径电源线在国家标准电压时，在设定时间段内导入各种数值的电流所导致的温度的变化值的数据集的数据集合，在设定时间段内，检测电源线电流的电流检测部分所检测的电源线的导入电流的电子数据传送到微处理器芯片部分，检测电源线电压的电压检测部分所检测的电源线的电压电子数据传送到微处理器芯片部分，温度检测部分所检测的电源线的温度变化的电子数据传送到微处理器芯片部分，微处理器芯片部分将所获得的温度变化的电子数据、导入电流的电子数据、电压电子数据与数据集合中数据集进行匹配，若匹配成功，则所匹配的数据集对应的国家标准直径电源线即为实际使用的电源线，然后，微处理器芯片部分依据所获得的实际使用的电源线直径信息设定相应的安全保护电流。
[根据细则91更正 15.06.2019]　
根据权利要求1所述的用电保护断路器，其特征在于设置有无线网络通信部分，微处理器芯片部分所获取的数据通过无线网络通信部分传送到后台服务器，后台服务器也将其所获得的其他用电保护断路器所获取的数据传送到该用电保护断路器，以便用大数据机器学习的方法自动设定相应的安全保护电流。
[根据细则91更正 15.06.2019]　
根据权利要求1或2所述的用电保护断路器，其特征在于断路器部分包括断电继电器，断电继电器、微处理器芯片部分、电源线构成设置在壳体内的过流保护电路，过流保护电路采用的是带有断电继电器及电源线的高精度计量用电和漏电值的集成电路，断电继电器的电源开关连接在电源线上，电源线的其中一端与外界电源接入接线端子连接，另一端与输出电源接线端子连接，壳体上设置有数据及驱动电源接口，高精度计量用电和漏电值的集成电路的数据交换端及驱动电源输入端与数据及驱动电源接口相连。
[根据细则91更正 15.06.2019]　
根据权利要求3所述的用电保护断路器，其特征在于在外界电源接入接线端子、输出电源接线端子中的至少一个上设置有温度检测装置，温度检测装置的电信号输出与高精度计量用电和漏电值的集成电路的电信号输入相连。
[根据细则91更正 15.06.2019]　
根据权利要求3所述的用电保护断路器，其特征在于高精度计量用电和漏电值的集成电路的微处理器芯片部分上设置有一个以上的数据交换接口，相应的电源电路上设置有一个以上的电源输出接口，这样就构成了总电保护断路器。
[根据细则91更正 15.06.2019]　
根据权利要求5所述的用电保护断路器，其特征在于数据交换接口、电源输出接口集成在数据接口上，数个用电保护断路器和总用电保护断路器装设在一电箱内，通过带有分别连接在用电保护断路器的数据插口及总用电保护断路器的插口的数据接头的数据线获得驱动电源及与总用电保护断路器进行数据交换。
[根据细则91更正 15.06.2019]　
根据权利要求5所述的用电保护断路器，其特征在于通过标准的APP操作程序，将用电保护断路器、总用电保护断路器所收集的电流、电压及温度数据通过总用电保护断路器上的wifi或NB-IOT无线模块及与网络相连的wifi或NB-IOT设备、网络传输到服务器上，使用者就能通过授权通过联网的手机或者电脑获取这些数据并通过授权通过网络向用电保护断路器、总用电保护断路器发出控制指令，以便在发生危险情况时，通过用电保护断路器、总用电保护断路器断开电源。
[根据细则91更正 15.06.2019]　
根据权利要求7所述的用电保护断路器，其特征在于校准用电保护器的电流检测精度时，通过给用电保护断路器通过一个高精度标准值的参考电流I0，用电保护断路器根据自身的测量机制上传云端服务器一个电流值I1，云端服务器会对这两个电流值进行算法上的修正处理，让系统认可的电流值I=f(I ₁，I ₀），I即是系统修正校准后的电流值。
[根据细则91更正 15.06.2019]　
根据权利要求7所述的用电保护断路器，其特征在于安全监测单位、供电部门也可以从服务器上获取用户的漏电电流、用电电流、电压及温度数据，以便准确检测用户用电情况以及安全用电情况。