專利名稱：智能電子脫扣器及包含其的斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及低壓斷路器的電子脫扣器及包含該電子脫扣器的斷路器。具體地，涉及一種具有非正常發(fā)熱保護(hù)功能的智能電子脫扣器及包含該智能電子脫扣器的斷路器。
背景技術(shù)：
低壓斷路器常用于低壓配電系統(tǒng)中，用來接通、分?jǐn)嘭?fù)載，以保護(hù)線路及設(shè)備的安全，是一種低壓電器。智能電子脫扣器(以下簡稱脫扣器)是斷路器中一個重要部件。它通過采樣、計算、判斷、執(zhí)行步驟使斷路器實現(xiàn)過載反時限保護(hù)、短路短延時定時限和反時限保護(hù)、接地 或漏電定時限和反時限保護(hù)、N相保護(hù)、以及斷相等原因引起的電流不平衡保護(hù)等保護(hù)功倉泛。在斷路器的使用中，通常會產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，發(fā)熱現(xiàn)象通常分為正常發(fā)熱和非正常發(fā)熱。正常發(fā)熱是指斷路器電路電阻在斷路器的產(chǎn)品說明書所陳述的范圍內(nèi)；用戶(或安裝人員)按產(chǎn)品正確的使用要求接線(斷路器的上、下進(jìn)線)，即正確的上、下進(jìn)線與接線端子之間的壓力，正確的接觸面清潔等情況下，斷路器因承載電流而發(fā)熱。非正常發(fā)熱是指斷路器因為如觸點(diǎn)脫落、觸點(diǎn)嚴(yán)重氧化、動/靜觸點(diǎn)之間有異物等的某種原因造成其電路電阻遠(yuǎn)高于正常值，由于用戶或安裝人員的不正確安裝造成電源進(jìn)線與接線端子之間的接觸電阻大大高于正常值，由于環(huán)境的侵蝕造成導(dǎo)體接觸面的氧化使其觸電阻增大，由于長期冷(例如不通電或通電電流小時)熱(例如通電電流大時)交變應(yīng)力的存在使導(dǎo)體間的接觸變松，從而使其接觸電阻大大增加等情況下，斷路器因承載電流而發(fā)熱。現(xiàn)有技術(shù)的脫扣器還具有模擬雙金屬片的熱效應(yīng)特性的功能，這是一種針對過載的正常發(fā)熱的保護(hù)。在未達(dá)到長延時過載脫扣的情況下反復(fù)過荷，則會引起導(dǎo)體(例如斷路器內(nèi)部承載電流的部件，如動、靜觸頭，接線端子及聯(lián)接動觸頭與接線端子的軟導(dǎo)體等)發(fā)熱。脫扣器通過記憶主回路電流開始回落以前積聚的過載能量，在回落期間進(jìn)行釋放，并定義為30min釋放完畢。在釋放期間主回路電流再次過載時，將過載能量從以前積聚而未釋放完畢的剩余能量上繼續(xù)進(jìn)行積聚，來確認(rèn)過載脫扣時間。圖I是現(xiàn)有智能電子脫扣器產(chǎn)品的涉及過載保護(hù)部分的原理框圖。現(xiàn)有智能電子脫扣器基于對負(fù)載電流信號的采集和處理來估算系統(tǒng)的發(fā)熱，據(jù)此作為斷路器過載脫扣的判據(jù)。在圖I中，智能電子脫扣器產(chǎn)品的過載保護(hù)部分包括電流互感器11、電流信號處理電路12、采樣電路13、MCU電路14、脫扣驅(qū)動電路15。電流互感器11感測負(fù)載電流，產(chǎn)生與負(fù)載電流成線性關(guān)系的電流感測信號，并將所產(chǎn)生的電流感測信號傳送到電流信號處理電路12。電流信號處理電路12對電流感測信號依次進(jìn)行諸如濾去高頻噪聲的低通濾波處理、信號放大處理、電平限幅處理等的處理，并將處理后的電流信號傳送到采樣電路13。采樣電路13 —般選用A/D轉(zhuǎn)換器，以將處理后的模擬電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電流信號，并傳送數(shù)字電流信號到MCU電路14。MCU電路14對采樣電路13進(jìn)行控制，以使得采樣電路13在電流信號的每個周波的采樣點(diǎn)為32個，即每隔 0.625ms采樣一次，并把A/D轉(zhuǎn)換寄存器中的采樣值傳送到MCU電路14的指定的數(shù)組中，MCU電路14然后利用32個采樣值算出負(fù)載電流的有效值，并保存起來，刷新以前的值，供諸如過載判斷、顯示處理等使用。在MCU電路14中，判斷負(fù)載電流的有效值是否大于例如
1.15倍長延時整定值，如果負(fù)載電流的有效值不大于例如I. 15倍長延時整定值，則在MCU電路中進(jìn)行熱記憶處理，然后返回去繼續(xù)下一周期的負(fù)載電流監(jiān)測。如果負(fù)載電流的有效值大于例如I. 15倍長延時整定值，則MCU電路14將與本次計算的負(fù)載電流的有效值對應(yīng)的本周波能量累加至總累加值，并判斷總累加值是否大于能量閾值。若總累加值不大于能量閾值，則返回進(jìn)行繼續(xù)下一周期的負(fù)載電流監(jiān)測。若總累加值大于能量閾值，則MCU電路14向脫扣驅(qū)動電路15發(fā)出脫扣指令，并進(jìn)行故障的相應(yīng)處理，并進(jìn)行熱記憶處理。脫扣驅(qū)動電路15接收到MCU電路14的脫扣指令之后驅(qū)動斷路器脫扣執(zhí)行器執(zhí)行脫扣動作。圖I的智能電子脫扣器的上述處理精確地估算了正常情況下的電力系統(tǒng)基于負(fù)載的發(fā)熱，對線接的過熱保護(hù)是有效的。然而，電接觸的老化、電聯(lián)結(jié)的松動及觸頭觸點(diǎn)脫落、觸點(diǎn)的局部或全部燒毀等都會造成系統(tǒng)的嚴(yán)重發(fā)熱，導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。而這是不能為上述的現(xiàn)有技術(shù)的智能電子脫扣器所偵測到的。由此可見，現(xiàn)有技術(shù)的智能電子脫扣器有效地監(jiān)測了負(fù)載電流所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，據(jù)此實現(xiàn)過載脫扣保護(hù)的判斷。但它無法對因非正常的原因造成的電接觸不良所造成的熱效應(yīng)進(jìn)行考慮和計算，從而造成它的過載脫扣判據(jù)不全，不能有效地對電氣線路進(jìn)行保護(hù)，從而有可能發(fā)生火災(zāi)?；馂?zāi)往往會對人民的生命財產(chǎn)造成巨大的損失，近年來，據(jù)統(tǒng)計50%以上的火災(zāi)是由于電氣的原因造成的。因此，脫扣器如能有效地對電氣線路熱效應(yīng)進(jìn)行模擬，提供充分的過載或其他過熱引起的脫扣的判據(jù)，并據(jù)此令斷路器脫扣，則可有效地保護(hù)電氣線路，減少電氣火災(zāi)發(fā)生的概率。

實用新型內(nèi)容本實用新型來源于對電氣火災(zāi)原因的了解，及對現(xiàn)有智能電子脫扣器缺陷的認(rèn)識。本實用新型的目的是提供一種采用熱電偶及電流互感器同時采樣并作出長延時脫扣判斷的智能電子脫扣器及具有此智能電子脫扣器的斷路器。根據(jù)本實用新型的一方面，提供一種智能電子脫扣器，其特征在于包括過熱過載保護(hù)部件，所述過熱過載保護(hù)部件包括電流互感器，感測負(fù)載電流，產(chǎn)生與負(fù)載電流成線性關(guān)系的電流感測信號，并將所產(chǎn)生的電流感測信號傳送到電流信號處理電路；電流信號處理電路，對電流感測信號依次進(jìn)行處理，并將處理后的電流信號傳送到采樣電路；采樣電路，以將處理后的模擬電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電流信號，并傳送數(shù)字電流信號到MCU電路；[0020]熱電偶，感測預(yù)先設(shè)定的監(jiān)測點(diǎn)的溫度，產(chǎn)生與監(jiān)測點(diǎn)溫度相關(guān)的電壓信號，并將產(chǎn)生的電壓信號傳送到熱電偶電壓信號處理電路；熱電偶電壓信號處理電路，對輸入的電壓信號進(jìn)行處理后，將該電壓信號傳送到MCU電路；MCU電路，對采樣電路進(jìn)行控制，并根據(jù)采樣電路的采樣值算出負(fù)載電流的有效值;MCU電路根據(jù)熱電偶電壓信號處理電路傳送的電壓信號算出監(jiān)測點(diǎn)的溫度值；根據(jù)所計算的負(fù)載電流的有效值與負(fù)載閾值的比較以及根據(jù)所計算的監(jiān)測點(diǎn)的溫度值與溫度標(biāo)定值相應(yīng)的電壓信號的比較結(jié)果來確定是否發(fā)出脫扣指令；脫扣驅(qū)動電路，接收MCU電路發(fā)送的信號，在收到脫扣指令之后，對斷路器中的斷路器脫扣執(zhí)行器進(jìn)行驅(qū)動處理。 其中，若所計算的負(fù)載電流的有效值不大于負(fù)載閾值且監(jiān)測點(diǎn)的溫度不大于標(biāo)定值，則MCU電路不發(fā)出脫扣指令；若所計算的負(fù)載電流的有效值大于負(fù)載閾值或者監(jiān)測點(diǎn)的溫度大于標(biāo)定值二者至少之一發(fā)生，則MCU電路發(fā)出脫扣指令。其中，在發(fā)出脫扣指令的時候，MCU電路向用戶提示故障信息。其中，采樣電路選用A/D轉(zhuǎn)換器。其中，MCU電路對采樣電路進(jìn)行控制，以使得采樣電路在電流信號的每個周波的采樣點(diǎn)為32個。其中，負(fù)載閾值是基于負(fù)載電流的能量總累加值。其中，電流信號處理電路進(jìn)行濾去高頻噪聲的低通濾波處理、信號放大處理、電平限幅處理。其中，熱電偶電壓信號處理電路進(jìn)行濾波、放大處理。根據(jù)本實用新型的一方面，提供一種斷路器，其包含如上所述的智能電子脫扣器之一。本實用新型提供采用熱電偶對斷路器上預(yù)先設(shè)定的監(jiān)測點(diǎn)的溫度進(jìn)行采樣，直接感知系統(tǒng)中發(fā)熱的情況，綜合發(fā)熱及負(fù)載電流因素作為斷路器脫扣判斷依據(jù)。這樣即使脫扣器測出的負(fù)載電流不大，只要系統(tǒng)處于過熱的狀況，脫扣器還是會發(fā)生指令使斷路器脫扣，并告知用戶脫扣的原因和脫扣時的電流，以便其及時找出原因并排出故障，有效地防止了火災(zāi)的發(fā)生。本實用新型繼承了現(xiàn)有技術(shù)脫扣器的優(yōu)點(diǎn)，同時克服現(xiàn)有技術(shù)脫扣器存在的脫扣判據(jù)不全的缺陷。它能有效地保護(hù)電氣線路的安全，大大減少了由于電器設(shè)備的過熱造成的電器設(shè)備的損壞及火災(zāi)發(fā)生的概率。本實用新型可以使斷路器的保護(hù)功能更全面，填補(bǔ)同類產(chǎn)品的市場空白，使產(chǎn)品更有競爭力。

通過
以下結(jié)合附圖對示例實施例的詳細(xì)描述，將更好地理解本實用新型。應(yīng)當(dāng)清楚地理解，所描述的示例實施例僅僅是作為說明和示例，而本實用新型不限于此。本實用新型的精神和范圍由所附權(quán)利要求書的具體內(nèi)容限定。下面描述附圖的簡要說明，其中圖I是圖I是現(xiàn)有智能電子脫扣器產(chǎn)品的涉及過載保護(hù)部分的原理框圖；圖2是根據(jù)本實用新型的智能電子脫扣器產(chǎn)品的涉及過載過熱保護(hù)部分的原理框圖。
具體實施方式
現(xiàn)在參照附圖2來詳細(xì)介紹根據(jù)本實用新型的智能電子脫扣器產(chǎn)品。圖2是根據(jù)本實用新型的智能電子脫扣器產(chǎn)品的涉及過載過熱保護(hù)部分的原理框圖。圖2的根據(jù)本實用新型的智能電子脫扣器在圖I的現(xiàn)有智能電子脫扣器產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加了熱電偶溫度采樣處理。所述熱電偶用于檢測斷路器上預(yù)先設(shè)定的監(jiān)測點(diǎn)的溫度。由于可能存在電接觸的老化、電聯(lián)結(jié)的松動及觸頭磨損等問題，監(jiān)測點(diǎn)的溫度會升高。在圖2中，智能電子脫扣器產(chǎn)品的過載過熱保護(hù)部分包括與圖I中相同的電流互感器11、電流信號處理電路12、采樣電路13、MCU電路14、脫扣驅(qū)動電路15。此外，圖2的智能電子脫扣器產(chǎn)品的過載過熱保護(hù)部分還包括熱電偶17以及熱電偶電壓信號處理電路·18。在圖2中，電流互感器11感測負(fù)載電流,產(chǎn)生與負(fù)載電流成線性關(guān)系的電流感測信號，并將所產(chǎn)生的電流感測信號傳送到電流信號處理電路12。電流信號處理電路12對電流感測信號依次進(jìn)行諸如濾去高頻噪聲的低通濾波處理、信號放大處理、電平限幅處理等的處理，并將處理后的電流信號傳送到采樣電路13。采樣電路13 —般選用A/D轉(zhuǎn)換器，以將處理后的模擬電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電流信號，并傳送數(shù)字電流信號到MCU電路14。MCU電路14對采樣電路13進(jìn)行控制，以使得采樣電路13在電流信號的每個周波的采樣點(diǎn)為32個，即每隔0. 625ms采樣一次，并把A/D轉(zhuǎn)換寄存器中的采樣值傳送到MCU電路14的指定的數(shù)組中，MCU電路14然后利用32個采樣值算出負(fù)載電流的有效值，并保存起來，刷新以前的值，供諸如過載判斷、顯示處理等使用。熱電偶17感測監(jiān)測點(diǎn)的溫度，產(chǎn)生與監(jiān)測點(diǎn)溫度相關(guān)的電壓信號，并將產(chǎn)生的電壓信號傳送到熱電偶電壓信號處理電路18。熱電偶電壓信號處理電路18對輸入的電壓信號進(jìn)行諸如濾波、放大等必要的處理后，將該電壓信號傳送到MCU電路14。MCU電路14根據(jù)熱電偶電壓信號處理電路18傳送的電壓信號算出監(jiān)測點(diǎn)的溫度值。在MCU電路14中，首先判斷負(fù)載電流的有效值是否大于例如I. 15倍長延時整定值，如果負(fù)載電流的有效值不大于例如I. 15倍長延時整定值，則在MCU電路中進(jìn)行熱記憶處理，然后返回去繼續(xù)下一周期的負(fù)載電流監(jiān)測。如果負(fù)載電流的有效值大于例如I. 15倍長延時整定值，則MCU電路14將與本次計算的負(fù)載電流的有效值對應(yīng)的本周波能量累加至總累加值，并判斷總累加值是否大于能量閾值以及判斷監(jiān)測點(diǎn)的溫度是否大于標(biāo)定值。若總累加值不大于能量閾值且監(jiān)測點(diǎn)的溫度不大于標(biāo)定值，則返回進(jìn)行繼續(xù)下一周期的負(fù)載電流監(jiān)測。若總累加值大于能量閾值，或者若監(jiān)測點(diǎn)的溫度大于標(biāo)定值，或者總累加值大于能量閾值且監(jiān)測點(diǎn)的溫度大于標(biāo)定值，則MCU電路14向脫扣驅(qū)動電路15發(fā)出脫扣指令，并進(jìn)行故障的相應(yīng)處理，并進(jìn)行熱記憶處理。脫扣驅(qū)動電路15接收到MCU電路14的脫扣指令之后驅(qū)動斷路器脫扣執(zhí)行器執(zhí)行脫扣動作。根據(jù)本實用新型的智能電子脫扣器，把監(jiān)測點(diǎn)的溫度是否大于標(biāo)定值作為脫扣動作的補(bǔ)充判據(jù)，使脫扣器在滿足過熱或過載條件二者至少之一時進(jìn)行脫扣。[0047]在上述的熱電偶的標(biāo)定值是指正常發(fā)熱下，過載脫扣條件(I > I. 15In)滿足時的監(jiān)測點(diǎn)的溫度值。此外，可以在脫扣器上設(shè)置一個溫度自動標(biāo)定按鈕(Reset)，使脫扣器在出廠前對溫度標(biāo)定值進(jìn)行自動標(biāo)定。本實用新型的脫扣器除增加過熱脫扣外的功能及操作之外，與現(xiàn)有技術(shù)的脫扣器相同。脫扣器在出廠前用如下步驟作監(jiān)測點(diǎn)溫度的自動標(biāo)定按一下脫扣器的Reset按鈕，此時脫扣器的溫度判據(jù)過熱脫扣功能被屏蔽，脫扣器進(jìn)入監(jiān)測點(diǎn)溫度自動標(biāo)定程序。將脫扣器與斷路器相連后通以I. 15In(即I. 15倍長延時整定值)電流，待斷路器脫扣后，脫扣器會自動記錄被監(jiān)測點(diǎn)的溫度，此溫度與修正值(保證電流脫扣判據(jù)優(yōu)先的一個溫度正值)之和即為標(biāo)定溫度值，被永久地記錄在脫扣器中。此外，MCU電路14在發(fā)出脫扣命令時還可以根據(jù)上述過熱或過載的判斷情況向用
戶提供故障信息。例如，裝有本實用新型的脫扣器的斷路器在使用時，當(dāng)流過斷路器的實際電流大于I. 15In，持續(xù)時間達(dá)到設(shè)定值，或累積能量達(dá)到設(shè)定值時，且此時被監(jiān)測點(diǎn)的溫度大于標(biāo)定值的80%，斷路器脫扣，并提供如下故障信息脫扣原因為電流過載，脫扣時電流為......(例如201A);脫扣器溫度監(jiān)測正常。例如，裝有此脫扣器的斷路器在使用時，當(dāng)流過斷路器的實際電流小于I. 15In，或電流大于I. 15In，但持續(xù)時間未達(dá)到設(shè)定值，或累積能量未達(dá)到設(shè)定值時，但監(jiān)測點(diǎn)的溫度達(dá)到設(shè)定值時，斷路器脫扣，并提供如下故障信息脫扣原因為電氣接觸不良，或嚴(yán)重的觸頭磨損，或其它未知的非正常發(fā)熱，脫扣時電流為......(例如153A)例如，裝有此脫扣器的斷路器在使用時，當(dāng)流過斷路器的實際電流大于I. 15In，持續(xù)時間達(dá)到設(shè)定值，或累積能量達(dá)到設(shè)定值時，但此時被監(jiān)測點(diǎn)的溫度小于標(biāo)定值的80%，
斷路器脫扣，并提供如下故障信息脫扣原因為電流過載，脫扣時電流為......(例如
201A);脫扣器溫度監(jiān)測異常。本實用新型可使現(xiàn)有的智能電子斷路器產(chǎn)品全面升級換代，更全面的過熱過載保護(hù)性能給客戶予更安全的保證，減少電氣火災(zāi)發(fā)生的概率。雖然已經(jīng)圖示和描述了所考慮的本實用新型的示例實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，隨著技術(shù)的進(jìn)步，可以作出各種變更和修改并可以用等價物替換其元素而不背離本實用新型的真實范圍。
權(quán)利要求1.一種智能電子脫扣器，其特征在于包括過熱過載保護(hù)部件，所述過熱過載保護(hù)部件包括 電流互感器，感測負(fù)載電流，產(chǎn)生與負(fù)載電流成線性關(guān)系的電流感測信號，并將所產(chǎn)生的電流感測信號傳送到電流信號處理電路； 電流信號處理電路，對電流感測信號依次進(jìn)行處理，并將處理后的電流信號傳送到采樣電路； 采樣電路，以將處理后的模擬電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電流信號，并傳送數(shù)字電流信號到MCU電路； 熱電偶，感測預(yù)先設(shè)定的監(jiān)測點(diǎn)的溫度，產(chǎn)生與監(jiān)測點(diǎn)溫度相關(guān)的電壓信號，并將產(chǎn)生的電壓信號傳送到熱電偶電壓信號處理電路；熱電偶電壓信號處理電路，對輸入的電壓信號進(jìn)行處理后，將該電壓信號傳送到MCU電路； MCU電路，對采樣電路進(jìn)行控制，并根據(jù)采樣電路的采樣值算出負(fù)載電流的有效值；MCU電路根據(jù)熱電偶電壓信號處理電路傳送的電壓信號算出監(jiān)測點(diǎn)的溫度值；根據(jù)所計算的負(fù)載電流的有效值與負(fù)載閾值的比較結(jié)果以及根據(jù)所計算的監(jiān)測點(diǎn)的溫度值與溫度標(biāo)定值相應(yīng)的電壓信號的比較結(jié)果來確定是否發(fā)出脫扣指令； 脫扣驅(qū)動電路，接收MCU電路發(fā)送的信號，在收到脫扣指令之后，對斷路器中的斷路器脫扣執(zhí)行器進(jìn)行驅(qū)動處理。
2.如權(quán)利要求I所述的智能電子脫扣器，其特征在于采樣電路選用A/D轉(zhuǎn)換器。
3.—種斷路器，其特征在于包含如權(quán)利要求1-2之一所述的智能電子脫扣器。
專利摘要一種智能電子脫扣器，包括過熱過載保護(hù)部件，過熱過載保護(hù)部件包括電流互感器、電流信號處理電路，采樣電路、MCU電路、脫扣驅(qū)動電路、斷路器脫扣執(zhí)行器。過熱過載保護(hù)部件還包括熱電偶，感測預(yù)先設(shè)定的監(jiān)測點(diǎn)的溫度，產(chǎn)生與監(jiān)測點(diǎn)溫度相關(guān)的電壓信號，并將產(chǎn)生的電壓信號傳送到熱電偶電壓信號處理電路；熱電偶電壓信號處理電路，對輸入的電壓信號進(jìn)行處理后，將該電壓信號傳送到MCU電路。MCU電路根據(jù)基于電流互感器、電流信號處理電路的電流信號所計算的負(fù)載電流的有效值與負(fù)載閾值的比較以及根據(jù)熱電偶電壓信號處理電路傳送的電壓信號算出的監(jiān)測點(diǎn)的溫度值與溫度標(biāo)定值相應(yīng)的電壓信號的比較結(jié)果來確定是否發(fā)出脫扣指令。
文檔編號H02H5/04GK202564920SQ20122001446
公開日2012年11月28日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者劉振忠 申請人:施耐德電器工業(yè)公司