一种智能低压控制器、低压开关控制系统和装置的制作方法

本发明涉及电器领域，尤其涉及一种智能低压控制器、低压开关控制系统和装置。

背景技术：

智能低压开关是应用低压配电网的关键设备，起着低压配网保护和能量分配的作用。在现有低压开关设备中，由于电流电压测量精度不高，电源模块不支持停电事件上报，无模块化的远程通信模块，开关控制部分电路不方便更换升级等问题，不能满足泛在电力物联网的深化应用需求，如故障研判，停上电事件上报，电能计量，拓扑分析等高级功能。

专利号为zl201610106157.1的专利文献公开了一种家用智能漏电保护器，包括漏电保护器本体，所述漏电保护器本体的表面上部安装有拨杆，所述拨杆和设置在漏电保护器本体内侧的电动伸缩杆固定连接，所述漏电保护器本体的正表面还安装有显示器和操作面板，所述漏电保护器本体的内侧底部安装有蓄电池，所述漏电保护器本体的内部还安装有温度传感器和湿度传感器，所述显示器、操作面板、电动伸缩杆、蓄电池、变压单元、热继电器、熔断器、温度传感器和湿度传感器均与安装在漏电保护器本体内侧的智能控制装置电连接。该家用智能漏电保护器可以将故障信息导出，方便用户查看和分析，提高家庭电路的检修效率，满足了日益智能化家庭设备的工作需求，减少了用电隐患。

但是现有技术依然存在以下缺点：1、ct取电与测量采用相同电流互感器，测量精度低，难于实现计量功能；2、开关内部没有集成辅助电源，没有设计后备电源，开关停电后，不能进行停电事件上报，也不能将故障信息上传到主站；3、没有线路拓扑辅助分析功能，影响线路故障研判；4、开关的二次控制部分不可更换，使得开关应用不灵活。

因而现有的低压控制设备存在不足，还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种智能低压控制器、低压开关控制系统和装置，能够满足物联网要求，并且在台区停电后，可提供一分钟通信电源，能够上报故障或停电信息，提高台区故障抢修效率。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种智能低压控制器，包括处理器、电流采样模块、通信模块和电源模块；所述电流采样模块、所述通信模块、所述电源模块分别与所述处理器连接；

所述电流采样模块包括电流采样装置和采样转换装置；所述电流采样装置与所述采样转换装置连接，所述采样转换装置与所述处理器连接；

所述电源模块包括主电源、辅助电源和后备电源；所述主电源通过所述电流采样装置取电为所述处理器供电；所述辅助电源，用于辅助主电源向所述处理器供电；所述后备电源，用于在所述主电源和所述辅助电源停止供电时向所述处理器供电。

优选的所述的智能低压控制器，所述电流采样装置包括多组电流采样器；所述电流采样器包括：滤波电容和采样电阻；所述滤波电容与所述采样电阻并联；所述采样电阻的两端分别与所述采样转换装置连接。进一步的，在正常使用中，所述电流采样装置中所述电流采样器优选组数为4组。

优选的所述的智能低压控制器，所述主电源包括：比较器、第一整流器、开关管、储能电容、第一隔离器；所述比较器的输入端与多组所述电流采样器中一组连接，输出端与所述开关管的基极连接；所述第一整流器与所述比较器连接的所述电流采样器连接；所述开关管的集电极与所述第一整流器连接，发射极与所述第一隔离器连接；所述储能电容的一端与所述第一整流器连接，另一端与所述第一隔离器连接；所述第一隔离器与所述处理器连接。

优选的所述的智能低压控制器，所述辅助电源包括：降压变压器、第二整流器和第二隔离器；所述降压变压器的两个输出端都与所述第二整流器连接；所述第二整流器与所述第二隔离器连接；所述第二隔离器与所述处理器连接。

优选的所述的智能低压控制器，所述后备电源为超级电容，所述超级电容一端与所述第二整流器连接，另一端与所述第二隔离器连接。

优选的所述的智能低压控制器，所述通信模块包括载波通信器、无线通信器、蓝牙通信器、rs485通信器。

优选的，所述开关管为三极管，且为三极管的开关功能的常规使用。

优选的，所述第一整流器和所述第二整流器均为整流二极管。

优选的，所述第一隔离器和所述第二隔离器均为隔离二极管。

一种低压开关控制系统，包括所述的智能低压控制器以及断路器；所述断路器包括开关触点、上口取电位、下口电流互感装置；所述上口取电位和所述下口电流互感装置分别位于所述开关触点的上下口位置；

所述下口电流互感装置与所述电流采样装置连接；所述上口取电位与所述辅助电源连接。

优选的所述的低压开关控制系统，所述下口电流互感装置包括多组电流互感器；多组所述电流互感器与所述电流采样装置中电流采样器分别连接。优选的，所述电流互感装置中，所述电流互感器的组数为4组。

优选的所述的低压开关控制系统，所述断路器还包括多个电压互感器和脱扣装置；所述脱扣装置，用于驱动和检测线路开关的通断，与所述智能低压控制器中的处理器连接；多个所述电压互感器均与所述智能低压控制器中的采样转换装置连接。

一种低压开关控制装置，包括本体、所述的低压开关控制系统；所述低压开关控制系统中的所述断路器和所述智能低压控制器对外接口均为标准接插口，方便插拔。

相较于现有技术，本发明提供的一种智能低压控制器、低压开关控制系统和装置，与现有技术相比具有一下效果：

1、开关的二次部份采用模块化设计，支持热插拔，便于维护；

2、采用具有自动切换功能的ct自举切换电路，线路电流在正常负荷范围内采样电路负载电阻恒定不变，有效提升采样精度；

3、开关内部集成辅助电源，并采用超级电容作为后备电源，开关停电后，进行停电事件上报以及故障信息上传。

附图说明

图1是本发明提供的智能低压控制器的结构框图；

图2是本发明提供的低压开关系统的原理图；

图3是本发明提供的实施例2中低压开关系统的电路图；

图4是本发明提供的实施例3中的低压开关控制装置的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请一并参阅图1-图3，本发明提供一种智能低压控制器，包括处理器1、电流采样模块2、通信模块3和电源模块4；所述电流采样模块2、所述通信模块3、所述电源模块4分别与所述处理器1连接；所述处理器1为本领域常用的处理器1即可，包括但不限于微处理器d8和中央处理器，本发明不做具体限定；

所述电流采样模块2包括电流采样装置21和采样转换装置22；所述电流采样装置21与所述采样转换装置22连接，所述采样转换装置22与所述处理器1连接；所述采样转换装置22优选为模数转换器d7，所述模数转换器的选取本发明不做具体限定，为本领域的常用器件；

所述电源模块4包括主电源41、辅助电源42和后备电源43；所述主电源41通过所述电流采样装置21取电为所述处理器1供电；所述辅助电源42，用于辅助主电源41向所述处理器1供电；所述后备电源43，用于在所述主电源41和所述辅助电源42停止供电时向所述处理器1供电。

作为优选方案，本实施例中，所述电流采样装置21包括多组电流采样器(未标示)；所述电流采样器包括：滤波电容c1和采样电阻r1；所述滤波电容c1与所述采样电阻r1并联；所述采样电阻r1的两端分别与所述采样转换装置22连接。

如图3所示，控制器辅助电源42由降压变压器l1，第二整流器d4，超级电容c2，第二隔离器d5组成，辅助电源42从开关上口取电。所述降压变压器l1输入端接开关上口的c相电压和n线，所述降压变压器l1的输出端接所述第二整流器d4的输入端，所述第二整流器d4的输出端接超级电容c2，所述超级电容c2连接到第二隔离器d5。辅助电源42通过二极管d5给处理器d8供电。

作为优选方案，本实施例中，所述主电源41包括：比较器d1、第一整流器d2、开关管d3、储能电容c3、第一隔离器d6；所述比较器d1的输入端与多组所述电流采样器中一组连接，输出端与所述开关管d3的基极连接；所述第一整流器d2与所述比较器d1连接的所述电流采样器连接；所述开关管d3的集电极与所述第一整流器d2连接，发射极与所述第一隔离器d6的正极连接；所述储能电容c3的一端与所述第一整流器d2连接，另一端与所述第一隔离器d6的正极连接；所述第一隔离器d6的负极与所述处理器1连接。所述第一整流器d2为桥式整流电路式，为本领域通用使用，不做具体限定；所述第一隔离器d6为隔离二极管。

智能低压开关控制器的电流互感器自举切换电路由电流互感器ct、采样电阻r1、比较器d1、第一整流器d2、开关管d3、储能电容c3、第一隔离器d6组成。电流互感器ct二次绕组输出端接滤波电容c1与采样电阻r1，电流信号经采样电阻r1后转换为电压信号，接入模数转换器d7的p1和p2端口，完成模数转换。电压信号同时接入比较器d1与第一整流器d2，第一整流器d2的输出回路通过开关管d3进行控制，开关管d3输出端接入储能电容c3和第一隔离器d6。当低压配电网产生短路故障时，ct回路产生较大冲击电流(一般为600a以上)，比较器d1动作打开关管d3，ct回路产生的冲击电流通过储能电容c3泄放与存储，并为开关跳闸存储能量，并为处理器d8供电。第一/二隔离器d6/d5将辅助电源42和主电源41自动切换，为处理器d8和脱扣机构提供电源。

请着重参阅图3，本实施例中测量、保护和取电共用一个电流互感器，为了降低电流互感器取电对测量的影响，设计比较切换电路，以电流值600a为基准，当电流互感器检测到线路中的电流在600a以下时，电流互感器自取电回路不工作，电流互感器负载恒定，可提高测量准确度。当出现短路故障时，比较切换电路自动投入电流互感器取电回路，为断路器跳闸提供电源。

当线路电流小于600a时，电流互感器接入采样回路，不会接入主电源41的自举电路，电流互感器的负载恒定，测量精度高，可用作计量与测量功能，从而实现故障录波与拓扑辅助分析功能。

电压信号同时接入比较器d1与第一整流器d2，第一整流器d2的输出回路通过开关管d3进行控制，开关管d3输出端接入储能电容c3和第一隔离器d6。当低压配电网产生短路故障时，电流互感器回路产生较大冲击电流(一般为600a以上)，比较器d1动作打开关管d3，ct回路产生的冲击电流通过储能电容c3泄放与存储，并为开关跳闸存储能量，并为处理器d8供电。第一/二隔离器d6/d5将辅助电源42和主电源41自动切换，为处理器1和脱扣机构提供电源。

作为优选方案，本实施例中，所述辅助电源42包括：降压变压器l1、第二整流器d4和第二隔离器d5；所述降压变压器l1的两个输出端都与所述第二整流器d4连接；所述第二整流器d4与所述第二隔离器d5的正极连接；所述第二隔离器d5的负极与所述处理器1连接。所述第二整流器d4与所述第一整流器d2为相同的整流器，均为整流二极管，且为常规使用，图3中整流二极管为桥式整流二极管，当然在实际运用本发明提供的技术方案时，不仅仅限于使用桥式整流二极管，也可以使用其他整流器件；所述第二隔离器d5与所述第一隔离器d6为相同的隔离器，均为隔离二极管，且为常规使用。

作为优选方案，本实施例中，所述后备电源43为超级电容c2，所述超级电容c2一端与所述第二整流器d4连接，另一端与所述第二隔离器d5的正极连接。

具体的，所述电源模块4由所述主电源41、所述辅助电源42、所述后备电源43三级电源构成。

本发明提供的智能控制器与断路器配合使用，所述辅助电源42取断路器上口电源，当断路器为3p接线时，采用ab线电压供电，当断路器为4p接线时，采用cn相电压供电，载波模块也采用单相载波。断路器保护跳闸后，辅助电源42由开关上口取电，可为断路器提供电源。所述后备电源43为超级电容c2，其电容量的选取在所述辅助电源42停电后，可为通信系统提供1分钟电量，并可提供断路器跳闸电源。

采用超级电容c2作为断路器跳闸的缺陷是，系统第一次上电超级电容c2需要充电，充满电量预计需要5分钟，充电时间受电源功率与功耗要求影响，这个问题影响台区试送电，合于故障的保护需求，不能及时跳闸。

以上问题可通过所述主电源41与所述辅助电源42配合解决，短路时将产生大电流冲击，ct回路通过比较切换电路将测量回路接入ct自举电源，将大电流的电量存储到超级电容c2中，为断路器跳闸提供能量。

作为优选方案，本实施例中，所述通信模块3包括载波通信器、无线通信器、蓝牙通信器、rs485通信器。

实施例2

请一并参阅图1-图3，本发明还提供一种低压开关控制系统，包括实施例1中提供的所述的智能低压控制器20以及断路器30；所述断路器30包括开关触点、上口取电位、下口电流互感装置；所述上口取电位和所述下口电流互感装置分别位于所述开关触点的上下口位置；

所述下口电流互感装置与所述电流采样装置21连接；所述上口取电位与所述辅助电源42连接。

作为优选方案，本实施例中，所述下口电流互感装置包括多组电流互感器；多组所述电流互感器与所述电流采样装置21中电流采样器分别连接。优选的所述电流互感器为4组，断路器本体内部集成三只电流互感器(图2中的cta、ctb、ctc)分别测量三相电的线路电流，一只剩余电流互感器(图2中的cts)选配，适用于电流，均能够同时实现取电和测量功能。所述电流互感器的精度为0.01级。

作为优选方案，本实施例中，所述断路器还包括多个电压互感器和脱扣装置；所述脱扣装置，用于驱动和检测线路开关的通断，与所述智能低压控制器中的处理器1连接；多个所述电压互感器均与所述智能低压控制器中的采样转换装置22连接。当断路器接入四线三相电网中，多个所述电压互感器检测到的电压信号分别为ua、ub、uc。

电压信号ua、ub、uc接入模数转换器d7的p3、p4、p5端口,完成模数转换，电压和电流信号经过模数转换后，数据接入处理器d8，处理器d8根据采样到的电压和电流数据进行相应计算，实现短路保护，此处进行的相应计算为本领域的常用步骤即可，本发明不做具体限定。

实施例3

请参阅图4，本发明还提供一种低压开关控制装置，包括本体10、实施例2提供的所述的低压开关控制系统；所述低压开关控制系统中的所述断路器和所述智能低压控制器对外接口均为标准接插口，方便插拔。智能低压开关控制器采用模块化设计，采用标准化硬件接口和结构，并实现带电插拔功能。控制器可灵活集成到低压塑壳断路器，剩余电流保护断路器中，构成智能开关产品。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。