【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电的开关的测量及保护装置和电的开关，属低压电器范畴。
技术介绍
1、随着国家电网泛在电力物联网计划的推进，电力系统中的各个产品不断改造升级，保护装置中加入载波、蓝牙等通信模块、电子控制器、数据显示等模块。各个模块的正常工作依赖于稳定的电源，相应的国标中也规定，电子式控制器至少应具有一个由被保护线路能量产生的自生电源，以获得稳定的输出电压。当断路器中的电子控制器正常工作时，需要准确发现系统扰动问题，如电源负载功率较小变化引起的扰动，电网中电器的启动、关停甚至故障引起的电流变化等。
2、现有测量及保护装置基本是每一相采用一个电流互感器作为自生电源同时作为电流测量信号，其缺点是：测量电流精度低，并且不能对小电流段测量，无法准确测量电源负载功率较小变化引起的扰动；还有的测量及保护装置每一相采用两个电流互感器，一个电流互感器作为自生电源及大电流段测量，另一个电流互感器作为额定电流及以下的电流测量，以准确测量电源负载功率较小变化引起的扰动，其缺点是：采用两个电流互感器，体积大，成本高；再有的测量及保护装置每一相采用一个电流互感器及一个罗氏线圈，电流互感器作为自生电源及额定电流以下的电流测量，罗氏线圈作为大电流段测量，其缺点是：体积大，成本高，测量电流精度低，并且不能对小电流段测量。
3、此外，新型测量及保护装置需要实现短路保护、过欠压保护、剩余电流监测、计量功能、自动物理拓扑支持、就地故障研判、hplc通信、线损分析支持、电弧保护等功能。这就要求电流采集器、电压采集器等具有计量精度和电流自生电源功能
技术实现思路
1、本申请公开的一个目的是提供一种电的开关的测量及保护装置，以至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题。
2、在第一方面中，本申请公开的实施例提供了一种电的开关的测量及保护装置，至少包括控制器、一次电流导电回路、电流互感器；所述控制器至少包括整流及采样电路、电源电路、电流信号处理电路、微处理器；所述电流互感器由二次线圈在磁芯上绕制而成，所述磁芯的初始磁导率大于104，所述电流互感器对0.05in的一次电流测量精度高于0.4%，对0.05in—1.0in的一次电流测量精度高于0.1%，所述电流互感器的二次交流电流信号至少具有三段波形，第一段为标准正弦波，第二段为电流饱和波形，第三段为电流深度饱和波形，所述三段波形经所述整流及采样电路处理及电流信号处理电路放大处理形成对应的三段二次交流电流全波信号，分别为第一段标准正弦全波信号、第二段电流饱和全波信号、第三段电流深度饱和全波信号，三段所述二次交流电流全波信号输入微处理器，第一段标准正弦全波信号对应用于高精度电流或/和功率测量，第二段电流饱和全波信号对应用于电流过载保护，第三段电流深度饱和全波信号应用于故障电流瞬时保护，同时所述电流互感器还将所述二次线圈的输出能量经所述整流及采样电路提供给电源电路转换为在一次电流不小于0.4in时满足所述控制器工作的电源。
3、以此方式，通过电流互感器与整流及采样电路的科学匹配，实现了单一电流互感器可满足控制器的电流自生电源、精准测量及过载电流保护的需求，同时装置小电流测量精度更高、零件少，体积小，成本更低的优势。
4、优选的，所述一次电流导电回路穿过所述电流互感器，所述二次线圈感应出反映主回路电流的二次交流电流信号，所述二次交流电流信号经所述整流及采样电路处理，在采样电阻r1和采样电阻r2两端形成反映主回路电流的差分信号r1s-r2s，其中采样电阻r1输出信号为r1s，采样电阻r2输出的信号为r2s，差分信号r1s-r2s经过所述电流信号处理电路放大处理形成了三段所述二次交流电流全波信号。
5、优选地，所述电源电路与所述微处理器、电流信号处理电路连接，提供工作电源，所述电源电路包括输入调整电路和稳压电路，所述调整电路将输入电压稳定在所述稳压电路可靠工作的范围，所述稳压电路输出电压稳定在所述电流信号处理电路和所述微处理器可靠工作范围。
6、优选的，当所述一次电流导电回路中流过不低于1.0*in范围内的一次电流时，所述磁芯处于非饱和状态，所述二次交流电流全波信号呈现为与一次电流同相位、成线性关系的精度达到0.1级以上的第一段标准正弦全波信号；当所述一次电流导电回路中流过超过不低于1*in的一次电流时，所述磁芯呈现饱和状态，交流全波电流信号的有效值与一次电流不再呈线性关系，所述二次交流电流全波信号呈现为与一次电流具有对应关系的第二段电流饱和全波形信号；随着一次电流的继续增大，所述磁芯具呈现深度饱和状态，所述二次交流电流全波信号呈现为与一次电流具有对应关系的第三段电流深度饱和全波信号，所述第二段电流饱和全波形信号、第三段电流深度饱和全波信号具有波形占空比特性及波形峰值特性。
7、优选的，所述微处理器与所述电流信号处理电路连接，当输入给所述微处理器的信号为第一段标准正弦全波信号时，所述微处理器可以精准计算一次电流的有效值，测量精度不低于0.5级，实现对负载的能效管理；当输入给微处理器的信号为第二段电流饱和全波信号时，微处理器通过电流波形的占空比或电流波形峰值计算一次电流值，测量精度不低于10%；当输入给所述微处理器的信号为第三段电流深度饱和全波信号时，所述微处理器通过电流波形峰值计算一次电流值，测量精度不低于20%，测量的一次电流超过保护阈值时，所述微处理器发送脱扣信号或/和报警信号的输出信号，实现保护装置对负载的过载及瞬动保护功能。
8、优选的，所述控制器还包括电压信号处理电路、量测专用微处理器，所述电流信号处理电路及所述电压信号处理电路与所述量测专用微处理器的信号采集端口连接，分别提供电流和电压采样信号，所述量测专用微处理器根据输入的第一段标准正弦全波信号和电压信号，计算电流有效值、电压有效值、功率、频率、电能电气参数。
9、优选的，量测专用微处理器与微处理器连接，对外提供电流有效值、电压有效值、功率、频率、电能等电气参数数据。
10、在第二方面中，本申请公开的实施例还提供了一种电的开关，所述电的开关为包括所述的测量及保护装置、绝缘外壳、触头、操作机构、磁脱扣器的断路器，所述测量及保护装置还包括执行器，所述控制器还包括驱动电路，所述微处理器与所述驱动电路连接，所述微处理器发送输出信号至所述驱动电路，控制所述驱动执行器动作实现断路器的分断保护。
11、优选的，电流互感器可以测量ma级的一次电流，实现对马达保护等电力系统的健康管理，也可作为火灾和或漏电的后备保护，所述测量与保护装置还包括节点输出信号或驱动电路，微处理器发送输出信号驱动执行器动作或发送报警信号。
12、优选的，所述控制器还包括电压信号处理电路，所述触头包括动触头和静触头，所述电压信号处理电路的电压采样点与所述导电系统连接，所述电压采样点设置在所述导电系统和/或所述静触头一侧和/或所述动触头一侧。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电的开关的测量及保护装置，至少包括控制器（50）、一次电流导电回路（30）、电流互感器（52）；
2.根据权利要求1所述的测量及保护装置，其特征在于：所述一次电流导电回路（30）穿过所述电流互感器（52），所述二次线圈（52-1）感应出反映主回路电流的二次交流电流信号，所述二次交流电流信号经所述整流及采样电路（50-1）处理，在采样电阻R1和采样电阻R2两端形成反映主回路电流的差分信号R1S-R2S，其中采样电阻R1输出信号为R1S，采样电阻R2输出的信号为R2S，差分信号R1S-R2S经过所述电流信号处理电路（50-3）放大处理形成了三段所述二次交流电流全波信号（1001）、（1002）、（1003）。
3.根据权利要求1所述的测量及保护装置，其特征在于：所述电源电路（50-2）与所述微处理器（50-4）、电流信号处理电路（50-3）连接，提供工作电源，所述电源电路（50-2）包括输入调整电路（50-21）和稳压电路（50-22），所述调整电路（50-21）将输入电压稳定在所述稳压电路（50-22）可靠工作的范围，所述稳压电路（50-22）输出电
4.根据权利要求1或2所述的测量及保护装置，其特征在于：当所述一次电流导电回路（30）中流过不低于1.0*In范围内的一次电流时，所述磁芯（52-2）处于非饱和状态，所述二次交流电流全波信号呈现为与一次电流同相位、成线性关系的精度达到0.1级以上的第一段标准正弦全波信号（1001）；当所述一次电流导电回路（30）中流过超过不低于1*In的一次电流时，所述磁芯（52-2）呈现饱和状态，交流全波电流信号的有效值与一次电流不再呈线性关系，所述二次交流电流全波信号呈现为与一次电流具有对应关系的第二段电流饱和全波形信号（1002）；随着一次电流的继续增大，所述磁芯（52-2）具呈现深度饱和状态，所述二次交流电流全波信号呈现为与一次电流具有对应关系的第三段电流深度饱和全波信号（1003），所述第二段电流饱和全波形信号（1002）、第三段电流深度饱和全波信号（1003）具有波形占空比特性及波形峰值特性。
5.根据权利要求4所述的测量及保护装置，其特征在于：所述微处理器（50-4）与所述电流信号处理电路（50-3）连接，当输入给所述微处理器（50-4）的信号为第一段标准正弦全波信号（1001）时，所述微处理器（50-4）可以精准计算一次电流的有效值，测量精度不低于0.5级，实现对负载的能效管理；当输入给微处理器（50-4）的信号为第二段电流饱和全波信号（1002）时，微处理器（50-4）通过电流波形的占空比或电流波形峰值计算一次电流值，测量精度不低于10%；当输入给所述微处理器（50-4）的信号为第三段电流深度饱和全波信号（1003）时，所述微处理器（50-4）通过电流波形峰值计算一次电流值，测量精度不低于20%，测量的一次电流超过保护阈值时，所述微处理器（50-4）发送脱扣信号或/和报警信号的输出信号，实现保护装置对负载的过载及瞬动保护功能。
6.根据权利要求5所述的测量及保护装置，其特征在于，所述控制器（50）还包括电压信号处理电路（50-6）、量测专用微处理器（50-7），所述电流信号处理电路（50-3）及所述电压信号处理电路（50-6）与所述量测专用微处理器（50-7）的信号采集端口连接，分别提供电流和电压采样信号，所述量测专用微处理器（50-7）根据输入的第一段标准正弦全波信号（1001）和电压信号，计算电流有效值、电压有效值、功率、频率、电能电气参数，测量误差至少满足0.5级计量精度要求。
7.根据权利要求6所述测量及保护装置，其特征在于：所述量测专用微处理器（50-7）与所述微处理器（50-4）连接，对外提供电流有效值、电压有效值、功率、频率、电能电气参数数据。
8.一种电的开关，其特征在于：所述电的开关为包括根据权利要求1至7任一项所述的测量及保护装置、绝缘外壳（10）、触头（20）、操作机构（40）、磁脱扣器（40-1）的断路器，所述测量及保护装置还包括执行器（51），所述控制器还包括驱动电路（50-5），所述微处理器（50-4）与所述驱动电路（50-5）连接，所述微处理器（50-4）发送输出信号至所述驱动电路（50-5），控制所述驱动执行器（51）动作实现断路器的分断保护。
9.根据权利要求8所述的一种电的开关，其特征在于：所述电流互感器（52）能够测量mA级的一次电流，能够实现对马达保护等电力系统的健康管理，还能够作为火灾和或漏电的后备保护，所述测量及保护装置还包括节点输出信号或驱动电路（...
【技术特征摘要】
1.一种电的开关的测量及保护装置，至少包括控制器（50）、一次电流导电回路（30）、电流互感器（52）；
2.根据权利要求1所述的测量及保护装置，其特征在于：所述一次电流导电回路（30）穿过所述电流互感器（52），所述二次线圈（52-1）感应出反映主回路电流的二次交流电流信号，所述二次交流电流信号经所述整流及采样电路（50-1）处理，在采样电阻r1和采样电阻r2两端形成反映主回路电流的差分信号r1s-r2s，其中采样电阻r1输出信号为r1s，采样电阻r2输出的信号为r2s，差分信号r1s-r2s经过所述电流信号处理电路（50-3）放大处理形成了三段所述二次交流电流全波信号（1001）、（1002）、（1003）。
3.根据权利要求1所述的测量及保护装置，其特征在于：所述电源电路（50-2）与所述微处理器（50-4）、电流信号处理电路（50-3）连接，提供工作电源，所述电源电路（50-2）包括输入调整电路（50-21）和稳压电路（50-22），所述调整电路（50-21）将输入电压稳定在所述稳压电路（50-22）可靠工作的范围，所述稳压电路（50-22）输出电压稳定在所述电流信号处理电路（50-3）和所述微处理器（50-4）可靠工作范围。
4.根据权利要求1或2所述的测量及保护装置，其特征在于：当所述一次电流导电回路（30）中流过不低于1.0*in范围内的一次电流时，所述磁芯（52-2）处于非饱和状态，所述二次交流电流全波信号呈现为与一次电流同相位、成线性关系的精度达到0.1级以上的第一段标准正弦全波信号（1001）；当所述一次电流导电回路（30）中流过超过不低于1*in的一次电流时，所述磁芯（52-2）呈现饱和状态，交流全波电流信号的有效值与一次电流不再呈线性关系，所述二次交流电流全波信号呈现为与一次电流具有对应关系的第二段电流饱和全波形信号（1002）；随着一次电流的继续增大，所述磁芯（52-2）具呈现深度饱和状态，所述二次交流电流全波信号呈现为与一次电流具有对应关系的第三段电流深度饱和全波信号（1003），所述第二段电流饱和全波形信号（1002）、第三段电流深度饱和全波信号（1003）具有波形占空比特性及波形峰值特性。
5.根据权利要求4所述的测量及保护装置，其特征在于：所述微处理器（50-4）与所述电流信号处理电路（50-3）连接，当输入给所述微处理器（50-4）的信号为第一段标准正弦全波信号（1001）时，所述微处理器（50-4）可以精准计算一次电流的有效值，测量精度不低于0.5级，实现对负载的能效管理...
【专利技术属性】
技术研发人员：章龙，李灵，南寅，吕毅华，董郁，张炎，李阳，张太利，余志华，田颖，南添，
申请(专利权)人：天津首瑞智能电气有限公司，
类型：发明
国别省市：
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