一种断路器的计量保护装置及断路器的制作方法

本技术涉及断路器，具体而言，涉及一种断路器的计量保护装置及断路器。

背景技术：

1、目前，现有的断路器具备保护和测量功能，以保护功能为主，测量精度误差较大，无法满足高精度计量的需求，因此，为了实现高精度计量功能一般需要结合专门的电力仪表，但此种组合方式存在多个缺点：第一步，电力仪表一般均采用配电柜柜面安装的方式，占用了柜面的空间，导致配电柜体积增大；第二步，电力仪表需要配合高精的采样模块，例如高精度分流器或者高精度霍尔电流传感器，需要增加安装空间以及增加成本。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种断路器的计量保护装置及断路器，用以解决现有断路器的测量精度误差较大无法满足高精度计量的问题。

2、本技术实施例提供的一种断路器的计量保护装置，包括：信号采集模块、计量处理电路、保护处理电路以及控制器单元；

3、信号采集模块的输出端连接计量处理电路的输入端，计量处理电路的输出端连接控制器单元；

4、信号采集模块用于采集断路器的导电回路上电流和/或电压的信号；计量处理电路用于根据信号，计量信号中的电流和/或电压，以得到计量数据；控制器单元用于读取计量数据；

5、信号采集模块的输出端连接保护处理电路的输入端，保护处理电路的输出端连接控制器单元；

6、保护处理电路用于对信号进行设定放大倍数的放大处理，得到放大信号；

7、控制器单元还用于根据放大信号以及设定放大倍数，计算采集的电流或电压的值，并将电流或电压的值与对应的预设阈值进行比较，并在电流或电压的值超出了对应的预设阈值时，输出脱扣指示。

8、上述技术方案中，断路器中的保护和计量分别通过独立的通道进行检测，即，计量处理电路用以实现断路器的高精度计量，保护处理电路用以实现断路器的快速保护，也就是说，本实施例的断路器在实现了高精度计量和快速保护的同时，还避免了传统的断路器结合专门的电力仪表方式导致的安装复杂和成本较高。

9、在一些可选的实施方式中，信号采集模块包括：电流采样单元和/或电压采样单元。

10、在一个实施例中，信号采集模块为电流采样单元，相应地，本实施例的计量处理电路被配置为对电流采样单元采集的电流信号的电流进行计量，保护处理电路被配置为对电流采样单元采集的电流信号进行放大处理。

11、在另一个实施例中，信号采集模块为电压采样单元，相应地，本实施例的计量处理电路被配置为对电压采样单元采集的电压信号的电压进行计量，保护处理电路被配置为对电压采样单元采集的电压信号进行放大处理。

12、在另一个实施例中，信号采集模块包括电流采样单元和电压采样单元，本实施例的计量处理电路具有两个处理通道，计量处理电路的两个处理通道分别被配置为：对电流采样单元采集的电流信号的电流进行计量，以及，对电压采样单元采集的电压信号的电压进行计量。本实施例的保护处理电路也具有两个处理通道，保护处理电路的两个处理通道分别被配置为：对电流采样单元采集的电流信号进行放大处理，以及，为对电压采样单元采集的电压信号进行放大处理。

13、在一些可选的实施方式中，电流采样单元包括：分流器、互感器或霍尔电流传感器。

14、在一个实施例中，断路器为具体应用于直流发配电系统中的直流断路器，此时，电流采样单元可以采用分流器、霍尔电流传感器或隧道磁阻电流传感器等。

15、在另一实施例中，断路器为具体应用于交流发配电系统中的交流断路器，此时，电流采样单元可以采用互感器。

16、在一些可选的实施方式中，电压采样单元采用一组分压电阻进行电压采样。

17、在一些可选的实施方式中，计量处理电路包括计量信号调理单元和计量处理单元；信号采集模块、计量信号调理单元、计量处理单元和控制器单元依次连接；

18、计量信号调理单元，用于对信号采集模块采集的信号进行滤波、放大或缩小后，得到调理后的信号；

19、计量处理单元，用于接收调理后的信号，并计量电流或电压得到计量数据。

20、上述技术方案中，计量信号调理单元的输入端连接信号采集模块的输出端，计量信号调理单元的输出端连接计量处理单元的输入端，计量处理单元的输出端连接控制器单元。计量信号调理单元将信号采集模块采集到的信号进行滤波、倍数缩小或放大等处理，得到调理后的信号，并将该调理后的信号作为计量处理单元的输入。

21、在一个实施例中，为了保证计量处理单元的输入的信号精度，计量信号调理单元采用高精度低零点失调运放来实现信号缩放。

22、计量处理单元包括计量芯片及其外围电路，计量芯片内部集成了多路高精度adc、参考电压电路以及所有功率、能量、有效值、功率因数及频率测量的数字信号处理等电路，通过对计量芯片的内部数字电路进行一些必要的模式配置，例如adc失调校正、增益校正以实现电流和电压的校准，从而得到计量的电流、电压。

23、在一个实施例中，计量芯片在计量采样之前需要对计量芯片进行模式配置，具体包括：

24、第一步，根据外部采样的是交流或直流信号，进行不同的模式配置，包括电压及电流采样通道，各通道内部增益配置，滤波器选择，采样频率配置；

25、第二步，为防止器件制造误差引起的失调对信号采样精度造成较大影响，为滤除直流偏置，当信号为0时，对计量芯片进行adc失调校正、电压电流有效值失调校正；

26、第三步，进行增益校正，接入标准电压电流信号，计量芯片进行采样得到采样电压或电流值与标准电压或电流进行对比计算得到增益校正值写入增益校正寄存器中；

27、第四步，将以上步骤计算得到的配置参数保存到控制器单元的存储电路中，断路器重新上电时，控制器单元对计量芯片进行参数配置，然后进行采集电流和电压。

28、在一些可选的实施方式中，计量处理电路还包括计量数字隔离单元，计量处理单元、计量数字隔离单元和控制器单元依次连接；

29、计量数字隔离单元，用于对计量数据进行数字隔离。

30、上述技术方案中，计量数字隔离单元的输出端与控制器单元对应的数字输入接口相连接，也就是将计量芯片与控制器单元进行电气隔离连接，计量芯片与控制器单元通过spi/iic接口连接，装置上电后控制器单元对计量芯片进行参数配置，计量芯片开始计量，控制器单元实时读取计量芯片的电压或电流计量数据。

31、在一些可选的实施方式中，保护处理电路包括保护信号调理单元和保护信号放大单元；信号采集模块、保护信号调理单元、保护信号放大单元和控制器单元依次连接；

32、保护信号调理单元，用于对信号采集模块采集的信号进行第一次放大；

33、保护信号放大单元，用于对第一次放大后的信号进行第二次放大操作。

34、上述技术方案中，信号采集模块的输出端连接保护调理单元的输入端，保护调理单元的输出端连接保护信号放大单元的输入端，保护信号放大单元的输出端连接控制器单元的adc端口，即采用独立的保护测量通道将模拟信号直接送入到控制器单元的adc端口，进行快速采集电流和电压，从而在电流或电压异常时，控制器单元能够更早发出脱扣指令，避免由于未及时脱扣导致的危险情况发生。

35、在一些可选的实施方式中，保护处理电路还包括保护模拟隔离单元；保护信号调理单元、保护模拟隔离单元和保护信号放大单元依次连接；

36、保护模拟隔离单元，用于对第一次放大后的信号进行隔离。

37、上述技术方案中，保护信号调理单元的输出端连接保护模拟隔离单元的输入端，保护模拟隔离单元的输出端连接保护信号放大单元的输入端，保护放大信号单元的输出端连接控制器单元的adc端口。

38、在一些可选的实施方式中，控制器单元还用于：

39、在读取到计量数据之后，利用预先配置的校正参数对计量数据进行校正，得到校正后的计量数据。

40、上述技术方案中，由于电流采样单元、电压采样单元和计量处理电路不能达到理论完全线性，其必然存在非线性误差，若要得到高精度电流计量值，则必须对其误差进行纠正或补偿。

41、本技术实施例提供的一种断路器，包括了如以上任一所述的装置。

42、上述技术方案中，断路器包括了计量保护装置，通过该计量保护装置，实现断路器的保护和计量分别通过独立的通道进行检测，计量处理电路用以实现断路器的高精度计量，保护处理电路用以实现断路器的快速保护，也就是说，本实施例的断路器在实现了高精度计量和快速保护的同时，还避免了传统的断路器结合专门的电力仪表方式导致的安装复杂和成本较高。