一种三相三线智能断路器的制作方法

本发明涉及电力系统设备技术领域，尤其涉及一种三相三线智能断路器。

背景技术：

微型断路器因为小巧方便以及智能化的功能而在各领域中被广泛应用。然而目前无论是城市电网，还是工矿企业、普通家庭电网所用的断路器仍然是非智能化断路器，仍停留在“哑设备”的阶段。因此，在相当长的一段时期内，电力公司、工矿企业要大批地完全更换这些生产生活电力设备或传统断路器，成本非常高昂，而且还会对工矿企业、居民的生产生活带来极大的不便。

如何在原有的断路器及配电箱的基础上，尽可能低成本、方便、牢靠、不占用空间的加装数据采集部件以及控制部件，且无需额外提供数据采集部件和控制部件供电电源，成为一个急需解决且很有价值的创新课题。需要一种微电表可以方便地加装在断路器上，可以计量电压、电流、频率、功率、电度数据并进行管理和存储，并与外接终端设备交互。外接终端设备可以是电脑、手机等终端，数据通过外接终端设备展示出来。

作为电表计算电度，只用2个互感器，但是断路器还有保护功能，我们需要测量每条线路的电压、电流。每条线路的测量，对缺相之类的故障就容易判断，缺相对三相电机负载来说，是不允许的，电机缺相运转会产生事故。

三相异步电动机在工业生产中应用十分广泛，但三相交流电动机因缺相运行造成烧毁的事故在生产中比较多，给企业造成圈套的经济损失。电动机缺相运行会使得电机电流发生变化；运行中电机缺相时，

1、当满载时缺相，电动机处于过流状态，即电流超过额定电流，电机表面为噪声大，转速急剧下降且无力，电机温度急速上升导致电机烧毁。

2、轻载运行时电动机缺相时，电动机会因为惯性的作用继续运转一段时间，但转速偏低，未断相的绕组电流迅速增加，使这相绕组由于温升过高而烧毁。

3、启动时缺相：转子左右摆，有强烈的嗡嗡声，电动机不能起动，电流为额定电流的4-7倍，使其温度迅速升高而使电机烧毁。

4、电动机有一相断线时，会产生以下后果：

1）电动机无法正常运行，造成温升过高使绝缘降低，减少电机使用寿命；

2）在短时间内不断电会烧坏绝缘而烧毁电动机；

3）断线点带电容易造成触电或伤亡事故。

因此，需要一种三相三线智能断路器，加装有电表，与普通电表相比，可以解决三相电流的测量问题，避免缺相。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种三相三线智能断路器。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种三相三线智能断路器，包括微型断路器和微电表，所述微电表依附在所述微型断路器上，所述微电表包括取电插头和计量单元，所述取电插头插在所述微型断路器上并从所述微型断路器上取电，所述取电插头还与所述计量单元之间通过插拔连接，所述计量单元内置3个电流互感器，所述电流互感器的中心与所述微型断路器的接线柱中心重合并用以测量三相电流，所述计量单元通过虚拟地实地化的方式采集三相电流及三相电压。

优选地，所述取电插头包括取电插针和计量插针，所述取电插针插在所述微型断路器上并从所述微型断路器上取电，所述计量插针插在所述计量单元上。

优选地，所述取电插针的数量为3根，所述计量插针的数量为5根，5根所述计量插针中有2根用以将从所述微型断路器上采集的电压经过emc电路保护后送全波整流输出至所述计量单元，剩余的3根所述计量插针用以将从所述微型断路器上采集的电压经过电压调理后输出至所述计量单元。

优选地，所述电流互感器为穿心式电流互感器，并且3个所述电流互感器设置在所述计量单元的下方，所述电流互感器的中心与所述微型断路器的接线柱中心重合。

优选地，所述电流互感器外部设有互感外壳，所述互感外壳由3个带线圈格挡的圆柱形外壳组成，所述电流互感器一一对应的嵌入所述互感外壳内部，所述线圈格挡穿过所述微型断路器的接线柱。

优选地，所述互感外壳包括相对的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面的轮廓向内凹陷呈弧形，所述第二侧面的轮廓向外凸出呈弧形，并且所述第一侧面和所述第二侧面相互平行。

优选地，所述电流互感器的截面为圆环状，所述电流互感器的内径为12毫米，所述电流互感器的外径为25毫米，所述电流互感器的高度为10毫米。

优选地，所述取电插头用以取电并整流，所述计量单元包括开关电源模块和电流调理模块，所述开关电源模块与所述取电插头内部的整流电路相连接，所述开关电源模块用以产生两组隔离的电源并为所述计量单元内部的电路供电，所述电流互感器均与所述电流调理模块相连接，所述电流调理模块用以将电流转化为电平并传递给所述计量单元内部的电路进行处理。

优选地，所述开关电源模块产生的两组隔离的电源分别为5v的gnd1以及3.3v的gnd，所述电流调理模块之前与所述取电插头的3个所述计量插针相连接的是三相负载电路，将三相负载电路的虚拟地与所述gnd相连接，即为所述计量单元的虚拟地实地化。

优选地，所述三相三线智能断路器通过所述微电表中的所述计量单元与外接终端设备交互，所述外接终端设备是电脑或是手机。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的一种三相三线智能断路器，由微型断路器依附在微型断路器上的微电表组成，其中微型断路器包括取电插头、计量单元，其中取电插头与微型断路器和计量单元之间均通过插针插拔连接，取电插头依托计量单元插拔，使得从微型断路器取电和与计量单元连接更加可靠，并且方便拆装和维修。电流互感器采用小尺寸的电流互感器，并且内置于计量单元的内部下方，可以测量三相电流，并且通过虚拟地转实地的方法，可以实现三相电流的测量，不会发生缺相的情况。电流互感器内置的结构，使得外观更加美观整洁，并且相较于互感器外置的安装方式，互感器内置更加安全并且不易损坏，可以在一定程度上延长微电表的使用寿命，减少维修次数。电流互感器可以进行电流的测量，与计量模块配合可以实现电流及电压等其他数据的管理和存储，并且可以与外接终端设备进行交互，用户可以通过手机电脑等直接查看电表数据，方便实用。

附图说明

图1为三相三线智能断路器的整体结构示意图；

图2为微电表的整体结构示意图；

图3为拆分的微电表的内部结构示意图；

图4为微型断路器的电路原理示意图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

请结合参照图1至图4，本发明提供了一种三相三线智能断路器，包括微型断路器3和微电表，如图1所示，微电表依附在微型断路器3上，微电表包括取电插头1和计量单元2，取电插头1插在微型断路器3上并从微型断路器3上取电，取电插头1还与计量单元2之间通过插拔连接，计量单元2内置3个电流互感器21，电流互感器21的中心与微型断路器3的接线柱中心重合并用以测量三相电流，计量单元2通过虚拟地实地化的方式采集三相电流及三相电压。

如图2和图3所示，本发明的微电表分为两部分，各部分功能明确，取电插头1用于从微型断路器3上取电并且将取到的交流电进行整流，为计量单元2供电；计量单元2用以进行计算、存储、通信等管理工作，将电流、电压、频率、功率、电度数据等进行存储和管理。这样的设计和结构不仅在安装时便于加装，而且功能模块区分明显，发生故障时便于维修。电流互感器21采用小尺寸的电流互感器21，并且内置于计量单元2的内部下方，可以测量三相电流，并且通过虚拟地转实地的方法，可以实现三相电流的测量，不会发生缺相的情况。此外，电流互感器21内置于微电表中，与互感器外置的结构相比，整个微电表的外观更加简洁大方，并且互感器内置于微电表中，受外壳保护，可以减少互感器损坏的风险，在一定程度上减小维修次数，延长本发明的使用寿命。

在一实施例中，如图3所示，取电插头1包括取电插针11和计量插针12，取电插针11插在微型断路器3上并从微型断路器3上取电，计量插针12插在计量单元2上。进一步地，取电插针11的数量为3根，计量插针12的数量为5根，5根计量插针12中有2根用以将从微型断路器3上采集的电压经过emc电路保护后送全波整流输出至计量单元2，剩余的3根计量插针12用以将从微型断路器3上采集的电压经过电压调理后输出至计量单元2。取电插针11采集三相电路上的l1、l2、l3电压经emc电路保护后送全波整流输出l+、l-到2个弹簧探针；l+、l-、ua、ub、uc这5个计量探针与计量单元2的5个插针对接。取电插头1依托计量单元2插拔，使得从断路器取电和与计量单元2连接更加可靠，并且方便拆装和维修。

进一步地，取电插头1通过计量插针12连接于计量单元2的内侧顶端，电流互感器21安装在计量单元2的底端，即微电表整体呈7字形，取电插头1与微型断路器3之间的连接面垂直于计量单元2和电流互感器21与微型断路器3之间的连接面。取电插头1、计量单元2以及电流互感器21之间结构连接紧密，取电插头1和计量单元2之间通过插拔连接，计量单元2和电流互感器21之间可以是通过两者外壳之间的相互楔合或是焊接、胶接等其他方式连接，三部分之间连接紧密，使得微电表的体积尽可能减小，便于加装到微型断路器3上。

优选地，电流互感器21为穿心式电流互感器21，并且3个电流互感器21设置在计量单元2的下方，电流互感器21的中心与微型断路器3的接线柱中心重合。这样方便电流互感器21对接线柱上的电流进行感应和测量，并且可以使得结构紧凑美观，尽量减小微电表的体积。

在另一实施例中，电流互感器21外部设有互感外壳22，互感外壳22由3个带线圈格挡223的圆柱形外壳组成，电流互感器21一一对应的嵌入互感外壳22内部，线圈格挡223穿过微型断路器3的接线柱。互感外壳22用于包装和保护电流互感器21，电流互感器21套在线圈格挡223上，起到固定线圈的作用，并且线圈格挡223将微型断路器3的接线柱和电流互感线圈隔开，在一定程度上起到防止电流互感器21的线圈磨损，保护电流互感器21的作用。

优选地，如图2和图3所示，线圈外壳包括第一侧面221和第二侧面222，第一侧面221的轮廓向内凹陷呈弧形，第二侧面222的轮廓向外凸出呈弧形，并且第一侧面221和第二侧面222相互平行。由于要将电流互感器21内置在微电表中，同时保证微电表的体积尽可能小，所以线圈外壳为成排连接的圆形外壳，尽可能与线圈的大小相同，但是圆形外壳在加装时存在诸多不便，尤其是多个微电表同时加装的情况下，因此将互感外壳22的两侧做成平行的弧形面，这样在多个同时加装时，相邻的电表可以拼接，并且可以尽量减小加装所占空间。同时，因为电流互感器21要与计量单元2之间通过导线连接，因此电流互感器21的安装位置也需要进行合理的安装，以保证微电表内走线简单清晰，因此基于实际设计和安装情况，将电流互感器21排列成排向同一侧稍做偏移，并将两侧均设置成弧面。

优选地，电流互感器21的截面为圆环状，电流互感器21的内径为12毫米，电流互感器21的外径为25毫米，电流互感器21的高度为10毫米。在微电表的实际电流要求的情况下选择体积尽量小的电流互感器21，可以进一步减小微电表的体积，便于加装。

如图4所示，取电插头1用以取电并整流，计量单元2包括开关电源模块和电流调理模块，开关电源模块与取电插头1内部的整流电路相连接，开关电源模块用以产生两组隔离的电源并为计量单元2内部的电路供电，电流互感器21均与电流调理模块相连接，电流调理模块用以将电流转化为电平并传递给计量单元2内部的电路进行处理。进一步地，开关电源模块产生的两组隔离的电源分别为5v的gnd1以及3.3v的gnd，电流调理模块之前与取电插头1的3个计量插针12相连接的是三相负载电路，将三相负载电路的虚拟地与gnd相连接，即为计量单元2的虚拟地实地化。

如图4所示，本发明提供的三相三线智能断路器，其中的微电表包括取电插头1和计量单元2。取电插头1包括emc滤波器以及整流电路，取电插头1从微型断路器3上取到三相电之后，经由emc滤波器的滤波，再经由整流电路将取得的交流电变为直流电，通过两根计量插针12供给计量单元2。取电插头1从微型断路器3上取到的三相电压，另一方面经过电压调理模块调理之后，通过剩余的三根计量插针12输送至计量单元2用以进行电压的数据处理。计量单元2包括开关电源模块、电流调理模块、三相计量芯片、微处理器以及通信模块，其中开关电源模块与取电插头1中的整流模块的输出端相连接，开关电源模块将整流后额直流电变为2组隔离的电源，分别是5v的gnd1以及3.3v的gnd，5v的gnd1用于驱动通信模块的对外接口，3.3v的gnd用于驱动三相计量芯片、微处理器以及通信模块，电压调理模块和电流调理模块均与三项计量芯片连接，并且分别产生可以与三相计量芯片相匹配的电瓶；电压调理模块从三相电源处直接采取电压信号，并将采取的电压信号传递给三相计量芯片进行处理，电流调理模块与互感器模块相连接，电流调理模块将从互感器模块中接收到的电流信号传递给三相计量芯片进行处理。三相计量芯片对电压、电流、频率、功率、电度等数据进行转换、计算和存储。计量单元2内部与三根计量插针12相连接的是三相电路，计量单元2将ua连接r1一端，r1另一端分别与r2一端和3相计量芯片连接；ub连接r3一端，r3另一端分别与r4一端和3相计量芯片连接；uc连接r5一端，r5另一端分别与r6一端和3相计量芯片连接；r2、r4、r6的另一端连接到一起形成虚拟地（中点），虚拟地与开关电源隔离的gnd连接使虚拟地实地化。采用小尺寸的3个电流互感线圈且内置于计量单元2，采集l1、l2、l3的电流经电流调理送到3相计量芯片。3相计量芯片对3相l1、l2、l3的电压和电流都进行采集，能够实时监测3相l1、l2、l3的电压和电流变化。

优选地，三相三线智能断路器通过微电表中的计量单元2与外接终端设备交互，外接终端设备是电脑或是手机。计量单元2中设有rs485通信模块，通信模块中的对外接口可以与外接终端设备进行交互，从而实现信息和数据的传递以及在外接终端上的显示

由上所述，本发明提供的一种三相三线智能断路器，由微型断路器依附在微型断路器上的微电表组成，其中微型断路器包括取电插头、计量单元，其中取电插头与微型断路器和计量单元之间均通过插针插拔连接，取电插头依托计量单元插拔，使得从断路器取电和与计量单元连接更加可靠，并且方便拆装和维修。电流互感器采用小尺寸的电流互感器，并且内置于计量单元的内部下方，可以测量三相电流，并且通过虚拟地转实地的方法，可以实现三相电流的测量，不会发生缺相的情况。电流互感器内置的结构，使得外观更加美观整洁，并且相较于互感器外置的安装方式，互感器内置更加安全并且不易损坏，可以在一定程度上延长微电表的使用寿命，减少维修次数。电流互感器可以进行电流的测量，与计量模块配合可以实现电流及电压等其他数据的管理和存储，并且可以与外接终端设备进行交互，用户可以通过手机电脑等直接查看电表数据，方便实用。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。