专利名称：负载总线智能断路器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能对偏离正常用电工作状态的有害变化直接起反应的自动断开紧急保护电路装置，具体是指一种负载总线智能断路器。
背景技术：
现有的断路器或带漏电保护的断路器的功能单一，灵敏度低，无法对电流过载(指未达到短路跳闸电流值)和因电流过载而引起的导线超温以及电网电压超高等引起的电气故障进行保护，以致轻则造成用电设备的损坏，重则引发火灾事故。尤其是这种断路器安装在智能大厦中时，小区管理中心无法监视分支路用户各项安全用电指标情况，从而大大降低了智能大厦用电管理的水平。已申请专利的也有智能开关之类，但其智能并不齐全，比如不能与小区管理中心的计算机进行网络通讯，也就无法提供正常运行及发生故障时的电压、电流、功率、温度、用户识别号等数据；又如没有设置在线编程接口，无法在现场修改某些数据和给用户编号；还如不能提供对载流导体超温进行保护；再如灵敏度及可靠性都不太高等等。
发明内容
本实用新型的目的，乃是为了解决现有断路器产品和已申请专利的智能开关之类存在着的上述功能不全以及灵敏度可靠性低的问题，提供一种特别适于在小区管理中心下属各用户等负载总线上使用的可对电气短路、过电流、过电压、漏电及对载流导体超温进行灵敏可靠的全方位智能保护且还能进行网络通讯和在线编程的负载总线智能断路器本实用新型的解决方案如下。参见图1本实用新型电原理方框图，本实用新型包括现有带漏电保护断路器具有的电动跳闸开关14及其跳闸线圈15、零序电流互感器16、漏电试验电路17和漏电保护电路18，其中零序电流互感器16和漏电试验电路17接在电动跳闸开关14的下端头线路中，漏电保护电路18的输入端和输出端分别与零序电流互感器16的输出端和跳闸线圈15的输入端相连，漏电试验电路17对零序电流互感器16提供漏电试验控制信号，而其结构上的特征之处是，具有一单片计算机电路1，以及具有分压取样电路3、温度传感器接口4和滤波电路7，且它们的输出端分别与单片计算机电路1的A/D输入端口相接，具有复位电路9和编程接口11，且它们的输出端分别与单片计算机电路1的I/O端口相接，具有故障指示电路10、通讯接口电路12和跳闸驱动电路13，且它们的输入端分别与单片计算机电路1的I/O端口相接，具有数字电位器电路8，且其控制端与单片计算机电路1的I/O端口相接；具有一降压整流电路2，且其输出端向整机电路提供直流工作电源，同时还与分压取样电路3的输入端相连；具有变流器5和整流电路6，且变流器5的输入端串接在电动跳闸开关14的下端头线路中，整流电路6的输入端和输出端分别与变流器5的输出端和滤波电路7的输入端相连，滤波电路7的输出端还与数字电位器电路8的电阻端相接；跳闸驱动电路13的输出端与漏电保护电路18的输入端相连。
具有上述电路结构的本实用新型，可按现有引漏电保护断路器一样安装使用在小区管理中心下属各用户等电路负载总线上，并给电动跳闸开关14上端头和降压整流电路2输入端通入220V交流市电。合上电动跳闸开关14，其下端头线路就给负载总线供电，降压整流电路2则向整机电路提供低压直流工作电源。很显然，其电动跳闸开关14、跳闸线圈15、零序电流互感器16、漏电试验电路17及漏电保护电路18结合起来，仍然保持了现有带漏电保护断路器的短路保护和漏电保护功能，故其工作原理不再详述。而新增电路的功能则如下所述。分压取样电路3的分压输出值作为单片计算机电路1的A/D转换的电压模拟量。温度传感器接口4在使用时外接温度传感器，并将温度传感器与电源进线绑扎在一起以感受导线发热的温度，温度传感器接口4给单片计算机电路1提供作为A/D转换的温度模拟量。变流器5从负载总线得到的电流经变换后输出电流给整流电路6进行整流，由滤波电路7进行滤波，再与数字电位器电路8的电阻端相配合，作为单片计算机电路1的A/D转换的电流模拟量。数字电位器电路8的电阻端所呈现的阻值大小，由单片计算机电路1对其控制端来进行控制，也就是由单片计算机电路1的软件编程来进行控制，从而可自动调整该电阻值的大小，便可得到相适应的电流模拟量。这就解决了大容量(40A或＞40A)断路器运行在小于1A的小负荷情况下保护灵敏度太低的问题，而无需使用放大器。跳闸驱动电路13的工作状态由单片计算机电路1的I/O端口的输出电平所控制，在负载总线发生过电流、过电压及载流导体超温等故障时，输送给单片计算机电路1进行A/D转换的前述电流、电压和温度模拟量会使得单片计算机电路1输出高电平，使得跳闸驱动电路13输出一信号控制漏电保护电路18，让跳闸线圈15通电，电磁铁吸合，于是断路器的电动跳闸开关14跳闸。故障指示电路10由单片计算机电路1的软件编程控制故障指示部件闪灭的频率、时间间隔，可分别指示出电流、电压、温度几种不同的故障性质，由用户鉴别和处理。复位电路9的作用有二，一是故障跳闸后，故障指示电路10作出相应指示，故障处理完毕需要重新投入断路器时，启动复位电路9，故障指示电路10的指示消失，断路器可重新合闸，此时单片计算机电路1仍旧在原保护整定条件下运行，否则无法重新合上断路器，故障指示电路10仍然指示；二是当用电负荷变更较大(如季节性变更)，大于原EEPROM存储数值而需要修改保护整定值时，应连续两次启动复位电路9，单片计算机电路1即将变更后的当前在线负荷数据写入片内EEPROM记忆下来，以供程序在新负荷条件下调用。通讯接口电路12向小区管理中心计算机提供正常运行及发生故障时的电压、电流、功率、温度、用户识别号等数据。编程接口11的插头在使用时与作为市售定型产品的在线编程器相连，可以在现场修改某些数据和给用户编号。
由上可见，本实用新型在现有带漏电保护断路器的基础上，加装以单片计算机电路1为核心的电路元器件，不仅仍然具有短路保护和漏电保护功能，而且还具有对过电流、过电压及载流导体超温进行保护的功能，因而可对负载总线进行全方位智能保护，同时还可进行网络通讯和在线编程，更为方便用户使用。其单片计算机电路1使用在常规断路器中可达到原常规断路器无法达到的效果。例如，当前负载为2A，由于某种原因而过载，但又没达到短路电流跳闸值，此时软件中安排有当前负载值1.2倍、1.5倍、1.8倍、2.2倍四种不同的过载倍数档次，并有各种不同时间的延时(0～40秒)，在延时时间之内若故障排除(或设备的启动电流值降为正常值)，断路器将自动恢复正常运行，否则延时时间一到就将使断路器跳闸并启动故障指示电路10报警。若电流大于原设定正常值的2.2倍，断路器将瞬时跳闸。显然，这种灵敏度和可靠性俱高的智能型过载保护效果是常规热继电器无法达到的。再例，由于配电线路导线截面不够，虽然负荷没有过载，但导线必将发热，势必导致塑胶熔化或导线短路，或引起燃烧，此时与导线绑扎在一起的温度传感器将超温模拟信号送入单片计算机电路1中进行A/D转换，经软件判断后，将断路器跳开，切断电源，故障指示电路10作出指示。当电网电压超过248伏时，分压取样电路3分压后的电压值亦随之升高，该值经A/D转换后，由软件控制使断路器断开电源。
图1为本实用新型电原理方框图；图2为图1本实用新型的一种具体电路的原理图；图3为图2本实用新型的一种外型图；图4为图2中变流器C.T的外型图。
具体实施方式
参见图1与图2。电动跳闸开关14由S1-1与S1-2构成，跳闸线圈15由T构成，零序电流互感器16由LX构成，漏电试验电路17由电阻R11及常开按键AN2连接组成，漏电保护电路18由二极管D7至D10、可控硅SCR、电阻R8至R10及电容C10与C11连接组成，上述电路的连接组成为现有技术，如可采用市售DZ15L-40型带漏电保护断路器的电路。新增电路及连接关系如下所述。单片计算机电路1由单片机IC1、晶振Y及电容C8与C9连接组成，降压整流电路2由二极管D1至D4、稳压管WD、电阻R1、电容C1至C3及接插件J1连接组成，分压取样电路3由电阻R2与R3连接组成，温度传感器接口4由接插件J2与J3连接组成，变流器5由CT构成，整流电路6由二极管D6及接插件J4连接组成，滤波电路7由电阻R6与R7及电容C5至C7连接组成，数字电位器电路8由数字电位器IC4及电阻R16连接组成，复位电路9由常开按键AN1、二极管D5、电阻R5及电容C4连接组成，故障指示电路10由发光二极管LED及电阻R4连接组成，编程接口11由接插件J6构成，通讯接口电路12由RS485差分总线收发器IC2、电阻R13至R15及接插件J7连接组成，跳闸驱动电路13由光耦合可控硅开关驱动器IC3、电阻R12及接插件J5连接组成。其中R2与R3的连接端与IC1的第4脚相接，J2和J3的第2脚分别与IC1的第2脚和第5脚相连，R7与C7的连接端与IC1的第3脚相接，AN1、D5、R5及C4的公共连接端与IC1的第1脚相连，J6的第1脚至第6脚分别与IC1的第1脚、第20脚、第19脚、第28脚、第27脚及第24脚相接，LED的正极与IC1的第21脚相连，IC2的第1脚至第4脚分别与IC1的第18脚、第16脚、第16脚及第17脚相接，IC3的第1脚与IC1的第15脚相连，IC4的第1脚、第2脚、第5脚及第7脚分别与IC1的第25脚、第26脚、第23脚及第22脚相接，R2与R3串联后的两端并联在C2的两端，J4的第1脚及第2脚分别与C.T的输出线圈两端相接，D6的负极与C3和R6的连接端相连，R7与C7的连接端还与IC4的第5脚相接，J5的第1脚及第2脚分别与SCR的阴极及阳极相连。IC1的型号采用PIC16F87X，IC2采用75LBC176，IC3采用MOC3081，IC4采用X9312，它们均可市购。
图2中的本实用新型在安装到负载总线上使用时，给S1-1、S1-2上端头和J1的第1、2脚分别通入220V交流市电，合上开关S1-1、S1-2，其下端头线路就给负载总线供电，降压整流电路2从VCC和公共接地端向整机电路提供+5V直流工作电源。如前所述，元器件S1-1、S1-2、T、LX、AN2、R11、D7至D9、SCR、R8至R10与C11结合起来，仍然保持短路保护和漏电保护功能。在新增电路中，R2与R3的分压值作为IC1的A/D转换电压模拟量。J2和J3可分别外接与电源进线绑扎在一起的温度传感器，将感受到的导线发热的温度分两路提供给IC1作为A/D转换温度模拟量。C.T从负载总线得到的电流经变换后从次级输出给D6进行整流，再经R6、R7、C5至C7滤波后与IC4的Vw端相接，作为IC1的A/D转换的电流模拟量。IC4的VL端经R16接地，而Vw端口的阻值大小，由IC4第1、2、7脚控制端控制，这三个端口分别与IC1的I/O端口相连，即并联在C7两端的数字电位器电阻值Rw的大小由IC1的软件编程控制，其总阻值为RW+R16。根据欧姆定律，V＝i×(Rw+R16)。针对变流器C.T变换过来的电流i的大小不同，IC1受软件控制将自动调整Rw值，便可得到相适应的电流模拟量值，这就解决了大容量断路器运行在小于1A的小负荷情况下保护灵敏度太低的问题，已如前述。R4和LED组成的故障指示部分，由软件编程可控制LED闪灭的频率、时间间隔，可分别指示出短路、过负荷、电压、温度1和温度2五种不同的故障性质，由用户鉴别和处理。R5、D5、C4、AN1组成的复位电路的两种作用已于前述，AN1为可操作的复位键。由IC2、R13、R14、R15构成RS-485通讯，J6的插头与市售定型产品的在线编程器相连，它们的功能作用也已于前述。由IC3和R12组成的跳闸驱动电路实际上是一光耦可控硅，当IC1的第15脚I/O端口输出高电平时，IC3内部LED点亮，光可控硅导通，经导线和J5将SCR短接(相当于SCR导通)，T通电，电磁铁吸合，S1-1、S1-2跳闸。
本实用新型装置的机盒外型可全新设计，也可在市售DZ15L-40型带漏电保护断路器的基础上改装，如图3所示。其中断路器座19、断路器盖20、以及显露在外的S1-1与S1-2的开关手柄21和AN2漏电试验按键22为原装所有。图2中新增电路除C.T以外的其它元器件均安装在块电路板上，并将该板固定在断路器盖20内，而C.T安装在断路器座19内。其中AN1复位键23、LED发光二极管24、J7通讯接插件25、J6在线编程接插件26、以及J2和J3温度传感器接插件27和28均显露在机盒外。整机220V电源经导线与断路器底座19中开关S1-1、S1-2的上端头及J1相接。参见图4，将连接S1-2和LX的导线29穿过C.T的C型铁芯作为C.T的原边，而其副边线圈30则经导线与断路器盖20上的接插件J4相连。
权利要求1.一种负载总线智能断路器，包括有电动跳闸开关(14)及其跳闸线圈(15)、零序电流互感器(16)、漏电试验电路(17)和漏电保护电路(18)，其中零序电流互感器(16)和漏电试验电路(17)接在电动跳闸开关(14)的下端头线路中，漏电保护电路(18)的输入端和输出端分别与零序电流互感器(16)的输出端和跳闸线圈(15)的输入端相连，漏电试验电路(17)对零序电流互感器(16)提供漏电试验控制信号，其特征在于，具有一单片计算机电路(1)，以及具有分压取样电路(3、)温度传感器接口(4)和滤波电路(7)，且它们的输出端分别与单片计算机电路(1)的A/D输入端口相接，具有复位电路(9)和编程接口(11)，且它们的输出端分别与单片计算机电路(1)的I/O端口相接，具有故障指示电路(10)、通讯接口电路(12)和跳闸驱动电路(13)，且它们的输入端分别与单片计算机电路(1)的I/O端口相接，具有数字电位器电路(8)，且其控制端与单片计算机电路(1)的I/O端口相接；具有一降压整流电路(2)，且其输出端向整机电路提供直流工作电源，同时还与分压取样电路(3)的输入端相连；具有变流器(5)和整流电路(6)，且变流器(5)的输入端串接在电动跳闸开关(14)的下端头线路中，整流电路(6)的输入端和输出端分别与变流器(5)的输出端和滤波电路(7)的输入端相连，滤波电路(7)的输出端还与数字电位器电路(8)的电阻端相接；跳闸驱动电路(13)的输出端与漏电保护电路(18)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的负载总线断路器，其特征在于，单片计算机电路(1)由单片机IC1、晶振Y及电容C8与C9连接组成，降压整流电路(2)由二极管D1至D4、稳压管WD、电阻R1、电容C1至C3及接插件J1连接组成，分压取样电路(3)由电阻R2与R3连接组成，温度传感器接口(4)由接插件J2与J3连接组成，变流器(5)由CT构成，整流电路(6)由二极管D6及接插件J4连接组成，滤波电路(7)由电阻R6与R7及电容C5至C7连接组成，数字电位器电路(8)由数字电位器IC4及电阻R16连接组成，复位电路(9)由常开按键AN1、二极管D5、电阻R5及电容C4连接组成，故障指示电路(10)由发光二极管LED及电阻R4连接组成，编程接口(11)由接插件J6构成，通讯接口电路(12)由RS485差分总线收发器IC2、电阻R13至R15及接插件J7连接组成，跳闸驱动电路(13)由光耦合可控硅开关驱动器IC3、电阻R12及接插件J5连接组成。
专利摘要负载总线智能断路器由单片计算机电路1、降压整流电路2、分压取样电路3、温度传感器接口4、变流器5、整流电路6、滤波电路7、数字电位器电路8、复位电路9、故障指示电路10、编程接口11、通讯接口电路12，跳闸驱动电路13、电动跳闸开关14、跳闸线圈15、零序电流互感器16、漏电试验电路17及漏电保护电路18连接组成。该断路器特别适于在小区管理中心各用户的负载总线上使用，可对电气短路、漏电、过电流、过电压及对载流导线超温等故障进行全方位智能保护，且灵敏度高，可靠性好。还能进行网络通讯和在线编程，更为方便用户使用。
文档编号H02H3/32GK2560139SQ0222429
公开日2003年7月9日 申请日期2002年6月24日 优先权日2002年6月24日
发明者刘生仁 申请人:刘生仁