一种断路器系统的制作方法

本发明涉及一种断路器系统，属于断路器技术领域。

背景技术：

对于电力部门而言，开关断路设备是保证用电安全、进行线路切换必不可少的设备。

在断路器的安装使用过程中，许多断路器损坏、烧毁现象是由于接线端子未拧紧或者后期松动后导致端子部位温度过高而发生的损坏、烧毁现象。由于此类现象是由大电流流经接触不良的导线节点而导致的发热，特别是在夏天，此类问题更加严重。

除了温度问题之外，断路器在运行中N线断开即“断零”故障时有发生，当存在单相负载情况下，三相负载大多不平衡，导致中点位移，当发生断零故障时，将引发相电压突然升高，超出额定相电压1.3倍以上，这样势必造成单相设备损坏、三相电动机无法正常运行，更有甚者还可能导致人员伤亡。

供电部门对其管辖的每个用电单位的用电量只能给出一个限载值，这是根据每个用电单位的用电峰值和供电部门可能供给的电能进行评估得出的数值。但某个供电部门管辖的一大批用电单位在每天不同时间段的用电量差异很大，电路产生的负荷电流大小也相差甚远，用电高峰可能达到几百安培，但低谷时也许只有十几安培。在用电高峰时，如果出现负载电流过大时，断路器能够起到保护作用，但是在用电低谷时，由于负载电流小，而档位又比较大，有时就不能判断到故障的产生。

以上均为断路器在使用的过程中较为频繁出现且非常危险的情况，因此，为了更加安全地使用断路器和用电，如何尽量避免这些问题，已成为当前断路器系统技术研究的重点。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种可以实时监测断路器的温度及负载情况，对断路器进行实时保护的断路器系统。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种断路器系统，其特征在于：包括电源模块、温度感应模块、数据采集模块、按键输入模块、信息处理模块、显示模块、执行模块和通信模块；所述电源模块为断路器系统提供合适的电源输入和采集信号量；所述温度感应模块反馈断路器系统的温度变化；所述数据采集模块负责采集数据，包括零线电流采样部、电压采样部、负荷电流采样部和漏电电流采样部，分别对断路器进行信息采样并将采样信息传递给信息处理模块；所述按键输入模块实现人机互动；所述信息处理模块接收和处理来自所述电源模块、温度感应模块、数据采集模块和按键输入模块的信息并将计算好的信息传递给执行模块，显示模块也同时接收信息并显示；所述通信模块实现信息处理模块和外部上位机的信息传递。

温度感应模块实时监控断路器的温度变化情况，并将信息传递给信息处理模块，信息通过信息处理模块的分析运算之后，若结果为温度过高，则信息处理模块下达信号给执行模块切断电路；若结果为温度在安全范围内，则断路器保持运行状态。数据采集模块负责对零线电流、电压、负荷电流和漏电电流进行数据采集，并传递给信息处理模块。这些信息直接或间接的反应断路器以及用户端的负载情况，经过信息处理模块的分析计算后，即可得知用户的用电安全情况，若分析后得出负载情况不正常则立即由信息处理模块下达信号给执行模块切断电路，从而保证断路器和用户端的安全。温度感应模块和数据采集模块的配合避免了断路器通常容易碰到的使用故障，直接提高了断路器的使用安全性以及用户端用电器的安全。

进一步地，所述温度感应模块包括温度感应部和运放调理部；所述温度感应部连接在断路器端子的两端；所述运放调理部将温度感应部产生的信号经过处理后传递给信息处理模块；所述信息处理模块对处理后的信号进行分析运算后判断断路器端子的温度状态后，再将信息传递给所述执行模块。

温度感应部连接在断路器端子的两端可以实时感应端子两端的温度变化，而温度变化将导致温度感应部内的信息发生变化。温度感应部随后将变化的信息传递给运放调理部进行信号大小调理后传送给信号处理模块。信号处理模块接收到信息后，进而进行运算分析，将信息与事先设置好的数据进行对比，即可判断此时断路器端子两端的温度是否过高。若分析结果是温度正常，则断路器正常运行；若分析结果判断为温度过高，则信号处理模块会下达一个指令到后续的分闸机构，产生报警并强制断开电路保护断路器。

进一步地，所述温度感应部包括串联在断路器端子两端的热敏电阻RT和固定电阻R1，其中热敏电阻RT接地，固定电阻R1则接在端子的正极；所述运放调理模块包括固定电阻R2、固定电阻R3、固定电阻R4、固定电阻R5和四运算放大器；所述热敏电阻RT的正负端分别串联固定电阻R2和固定电阻R3后接入所述四运算放大器的输入端口二和输入端口三上；所述固定电阻R4两端分别连接四运算放大器的输入端口二和输出端口一；所述固定电阻R5两端分别连接运算放大器的输出端口一和信息处理模块；所述四运算放大器按照正负极接入电源模块。

进一步地，所述零线电流采样部包括电流互感器、信号转换及限幅电路和低通滤波电路；所述电流互感器接在零线上，所述信号转换及限幅电路可将电流信号转换成电压信号并对其进行限幅后，再传递给低通滤波电路；所述低通滤波电路过滤掉高频段的干扰信号后再将信号传递给信息处理模块；所述信息处理模块经过计算分析后将指令下达给所述执行模块。

电流互感器连接在零线上，可以感知流经零线的电流的大小，随后将此电流信号传递给信号转换及限幅电路，由信号转换及限幅电路对电流信号转换成电压信号并将电压信号的大小进行限幅，使得传递到低通滤波电路上的电压信号处于一定的范围内。低通滤波电路接收到电压信号后，又再次将高频段的干扰信号过滤掉，最后传递给MCU。MCU接收到信号后，通过计算分析，对比事先设置好的数据，再对控制执行模块进行指令的下达。

进一步地，所述断路器系统还具有时控负载功能；配合按键输入模块和显示模块对信息处理模块进行程序的设置之后，既可配合执行模块实现。所述时控负载模块与信息处理模块连接，实现数据的设置和反馈；所述信息处理模块根据数据分析处理后实现执行模块状态的切换；所述执行模块包括漏电保护开关S1和漏电保护开关S2，所述漏电保护开关S1和漏电保护开关S2并联，均为一端与信息处理模块连接，另一端接地。

信息处理模块内带有通过按键输入模块和显示模块事先设置好的程序，通过调整漏电保护开关S1和S2的开关来改变使用状态。当信息处理模块检测到此时是用电高峰期时，下达指令给执行模块调整到高档位状态，使得断路器能够起到保护用电器的作用；当信息处理模块检测到此时为用电低峰期时，则下达指令给执行模块调整到低档位状态，从而实现分时段跳闸电流保护档位，增加对电路的保护；当电流超过当时的额定档位时，信息处理模块即可下达指令给执行模块断开电路。

进一步地，断路器系统还包括可拆卸的防雷模块，所述防雷模块包括电源进线IN端、电源出线OUT端、零线、A相的防浪涌扼流电感线圈L1、压敏电阻RV1和自恢复保险丝F1，B相的防浪涌扼流电感线圈L2、压敏电阻RV2和自恢复保险丝F2，C相的防浪涌扼流电感线圈L3、压敏电阻RV3和自恢复保险丝F3；所述电源进线IN端接入外部电源，电源出线OUT端与电源模块连接。

雷涌来袭时，电源进线IN端通过A、B、C相的防浪涌扼流电感线圈可扼制雷击产生的突发电流，然后通过压敏电阻吸收突发的浪涌电压，对于未能完全吸收而又超过一定限度的电流，则通过自恢复保险丝限定流入电流，达到及时切断电路的能力；同时，在雷击过后能够自动恢复电路正常通电，使得电源出线OUT端电压受到保护。防雷模块独立于断路器，可随时拆卸，一旦该模块遭受破坏，可立即更换新的防雷模块，非常的简单方便，在进一步提高了断路器的安全性的同时由于电路用到的电器元件较少，制作方便、成本低廉，非常实用。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明温度感应模块可以实时监测断路器电路的温度情况，防止由于温度过高而产生故障；数据采集模块则通过实时监测电路中的零线电流、电压、负荷电流和漏电电流，从而得知电路中三相负载使用情况，避免由于“断零”故障而导致的设备损坏和人员伤亡；同时，时控负载模块的安装使得电路中的负载情况更加地容易被发现，配合数据采集模块使用，大大提高了断路器和电路的安全性；最后，可拆卸防雷模块的安装提高了断路器在雷雨天气下的使用安全性。故而，本发明从温度、电路负载情况、负载时控切换和防雷这四个方面入手，全面提高了断路器、电路和负载的使用安全性。

附图说明

图1为本发明系统框架示意图。

图2为本发明温度感应模块与信息处理模块、执行模块示意图。

图3为本发明数据采集模块与的信息处理模块、执行模块连接示意图。

图4为本发明防雷模块的电路示意图。

图5为本发明按键输入模块与显示模块、信息处理模块、执行模块的连接示意图。

附图中：1为温度感应部，2为运放调理部，3为零线电流采样部，4为电流互感器，5为信号转换及限幅电路，6为按键输入模块，7为执行模块。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1-图5，包括电源模块、温度感应模块、数据采集模块、可拆卸的防雷模块、按键输入模块6、信息处理模块MCU、显示模块、执行模块7和通信模块。

电源模块为断路器系统提供合适的电源输入和采集信号量。

温度感应模块包括三个温度感应部1和三个运放调理部2，用于同时监测断路器上三个接线端子的温度。

温度感应部1连接在断路器端子的两端，包括串联在断路器端子两端的耐高温热敏电阻RT和固定电阻R1。其中热敏电阻RT接地，固定电阻R1则接在端子的正极。当断路器端子两端的温度发生变化时，将直接影响热敏电阻RT的电阻值，温度变化反馈非常的及时精准。

运放调理部2将温度感应模块产生的信号经过处理后传递给信息处理模块MCU。运放调理部2包括固定电阻R2、固定电阻R3、固定电阻R4、固定电阻R5和四运算放大器。热敏电阻RT的正负端分别串联固定电阻R2和固定电阻R3后接入四运算放大器的输入端口二和输入端口三上，固定电阻R4两端分别连接四运算放大器的输入端口二和输出端口一，固定电阻R5两端分别连接运算放大器的输出端口一和信息处理模块MCU，四运算放大器按照正负极接入电源。

信息处理模块MCU对处理后的信号进行分析运算后判断断路器端子的温度状态。

数据采集模块负责采集数据，包括零线电流采样部3、电压采样部、负荷电流采样部和漏电电流采样部。零线电流采样部包括电流互感器4、信号转换及限幅电路5和低通滤波电路6；将电流互感器的一侧绕在零线上，另一侧则绕在测量电路上，从而将零线上较大的电流转换成较小的电流后，再进行测量。

信号转换及限幅电路可将电流信号转换成电压信号并对其进行限幅后。其具体包括并联在电流互感器两端形成三支并联电路的固定电阻R6、普通二极管D1和普通二极管D2。其中普通二极管D1反接，普通二极管D2正接。固定电阻R6起到将电流信号转换成电压信号的功能，两个普通二极管则对电压信号进行限幅。普通二极管D1和普通二极管D2组成双向限幅电路，当输入电压值过高或者过低时，都将只取设定值为此时的电压值，从而将电压值限定在设定值的范围内,然后，再将信号传递给低通滤波电路。

低通滤波电路包括一个电容C1和运放调理部2，电容C1并联在固定电阻四R4的两端。低通滤波电路接收到电压信号后，电容配合运放调理电路形成对电路的低通滤波功能，低频信号可以正常通过，而超过设定的临界值的高频信号将被阻隔、削弱,再次将高频段的干扰信号过滤掉，最后传递给信息处理模块MCU。

信息处理模块MCU将从零线上传递过来的信号和电压采样部、负荷电流采样部、漏电采样部上传递来的信号进行对比分析之后，通过事先设置好的程序对执行模块7下达指令。当系统判断负载电流较大，而零线无电流时，即可判定零线已经断开，从而下达指令给执行模块7断开电路，完成对用电设备的保护，使得用电设备免于遭受损坏。

本实施例还具有时控负载功能，配合按键输入模块6和显示模块对信息处理模块进行程序的设置之后，既可配合执行模块7实现。其中按键输入模块6包括固定电阻R7、固定电阻R8、固定电阻R9、开关S3、开关S4、开关S5、电容C2、电容C3和电容C4。固定电阻R7、固定电阻R8、固定电阻R9的一端分别与电容C2、电容C3、电容C4连接，另一端与信息处理模块MCU连接。电容C2、电容C3和电容C4的另一端接地。开关S3、开关S4、开关S5的一端分别连接在固定电阻R7和电容C2之间、固定电阻R8和电容C3之间、固定电阻R9和电容C4之间；另一端接地。

防雷模块包括电源进线IN端、电源出线OUT端、零线、A相的防浪涌扼流电感线圈L1、压敏电阻RV1和自恢复保险丝F1，B相的防浪涌扼流电感线圈L2、压敏电阻RV2和自恢复保险丝F2，C相的防浪涌扼流电感线圈L3、压敏电阻RV3和自恢复保险丝F3。电源进线IN端接入外部电源，电源出线OUT端与电源模块连接。

雷涌来袭时，电源进线IN端通过A、B、C相的防浪涌扼流电感线圈可扼制雷击产生的突发电流，然后通过压敏电阻吸收突发的浪涌电压，对于未能完全吸收而又超过一定限度的电流，则通过自恢复保险丝限定流入电流，达到及时切断电路的能力；同时，在雷击过后能够自动恢复电路正常通电，使得电源出线OUT端电压受到保护。

防浪涌扼流电感线圈L1和自恢复保险丝F1串联在电源进线IN端和电源出线OUT端之间，压敏电阻RV1一端连接在L1和R1之间，另一端连接在电源进线IN端和电源出线OUT端之间的零线上。

防浪涌扼流电感线圈L2和自恢复保险丝F2串联在电源进线IN端和电源出线OUT端之间，压敏电阻RV2一端连接在L2和F2之间，另一端连接在电源进线IN端和电源出线OUT端之间的零线上。

防浪涌扼流电感线圈L3和自恢复保险丝F3串联在电源进线IN端和电源出线OUT端之间，压敏电阻RV3一端连接在L3和F3之间，另一端连接在电源进线IN端和电源出线OUT端之间的零线上。

防雷模块独立于断路器，可随时拆卸，一旦该模块遭受破坏，可立即更换新的防雷模块，非常的简单方便，在进一步提高了断路器的安全性的同时由于电路用到的电器元件较少，制作方便、成本低廉，非常实用。

显示模块为液晶显示器。用户可从液晶显示器上获取电压、电流等数据，也可通过液晶显示器与按键输入模块6的配合使用，从而对信息处理模块MCU进行设定。

执行模块7与信息处理模块连接，实现模块状态的切换。

执行模块7包括漏电保护开关S1和漏电保护开关S2。漏电保护开关S1和漏电保护开关S2并联，均为一端与信息处理模块MCU连接，另一端接地。漏电保护开关S1和漏电保护开关S2的并联使得断路器的高低档位的调整得以实现，且互不干扰。

信息处理模块MCU内带有通过按键输入模块6和显示模块事先设置好的程序，通过调整漏电保护开关S1和S2的开关来改变使用状态。当信息处理模块MCU检测到此时是用电高峰期时，下达指令给执行模块7调整到高档位状态，使得断路器能够起到保护用电器的作用；当信息处理模块MCU检测到此时为用电低峰期时，则下达指令给执行模块7调整到低档位状态，从而实现分时段跳闸电流保护档位，增加对电路的保护；当电流超过当时的额定档位时，信息处理模块MCU即可下达指令给执行模块7断开电路。

温度感应模块可以实时监测断路器电路的温度情况，防止由于温度过高而产生故障；数据采集模块则通过实时监测电路中的零线电流、电压、负荷电流和漏电电流，从而得知电路中三相负载使用情况，避免由于“断零”故障而导致的设备损坏和人员伤亡；同时，时控负载模块的安装使得电路中的负载情况更加地容易被发现，配合数据采集模块使用，大大提高了断路器和电路的安全性；最后，可拆卸防雷模块的安装提高了断路器在雷雨天气下的使用安全性。故而，本实施例从温度、电路负载情况、负载时控切换和防雷这四个方面入手，全面提高了断路器、电路和负载的使用安全性。同时，通信模块可以使得断路器随时保持与外部上位机的信息交流。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。