一种智能型低压电涌保护器专用断路器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种断路器结构领域，更具体地说，涉及一种智能型低压电涌保护器专用断路器及其控制方法。

背景技术

低压配电系统承载联接着大量电子化仪器仪表，信息设备，其线路遭受雷击，引发瞬态过电压，是导致仪器仪表，信息设备故障的重要因素。电涌保护器SPD可以抑制雷击引起的瞬态过电压，是低压配电系统中必须配备的保护装置。

但在实际使用中，由于现场的复杂性，如电力系统电压波动，雷电活动超预期或产品本身的工艺技术质量缺陷，导致电涌保护器SPD的劣化失效，从而引起发热火灾，短路爆炸事故，或者电涌保护器SPD的断线断裂，造成虚假运行保护失效，所以需要为电涌保护器SPD的运行提供保护装置。

目前应用最多的电压限制型的电涌保护器SPD核心部件是一个由氧化锌粉末压制陶瓷体非线性压敏电阻器MOV，它安装在一个塑料绝缘底座中，通过导线或经“脱离器”，联接在低压配电系统的相线L与接地线PE之间。该电涌保护器SPD在正常电网电压下呈高阻抗，泄漏电流阻性1mA以下，但当电网遭雷击发生瞬态过电压时呈低阻抗，泄放雷电流，以限制过电压，因电网电波动发生暂态过压时，电涌保护器SPD会承受故障电流，导致其异常发热受损。

发明内容

本发明为了克服传统的电涌保护器SPD易出现劣化或电网暂态过电压导致的故障电流等问题，现提供具有安全性好和稳定性高等优点的一种智能型低压电涌保护器专用断路器。

本发明的一种智能型低压电涌保护器专用断路器及其控制方法，包括壳体、SPD和上位机，所述的壳体顶部设有通讯接口，所述的壳体内设有主控电路板，所述的主控电路板右侧设有脱扣器，所述的壳体底部设有温度采集器插口，所述的温度采集器插口旁设有电流采集器插口，在温度采集器插口处接入温度采集器并将温度采集器贴近SPD，在电流采集器插口处接入电流采集器并将电流采集器与SPD串联，在通讯接口处接入数据线，数据线的另一端与上位机电性连接。

作为优选，所述的主控电路板上设有电源、中央处理器和运放芯片，所述的通讯接口与中央处理器的信号传输端电性连接，所述的中央处理器的电源端和运放芯片的电源端分别与电源电性连接，所述的中央处理器的信号接收端与运放芯片的输出端电性连接，所述的运放芯片的输入端分别与温度采集器插口和电流采集器插口电性连接，所述的脱扣器的控制端与中央处理器的信号输送端电性连接。

作为优选，所述的中央处理器的输出端上设有警报器，所述的警报器包括报警灯和喇叭，所述的报警灯的左右两端分别与中央处理器上的两个I/O口电性连接，所述的报警灯与喇叭并联连接。

本发明的控制方法为：

1、在SPD投入运行初期，当电流采集器采集到阻性泄漏电流1mA—10mA时，此时SPD正常运行，此时中央处理器会控制报警器进行报警，此时报警灯呈绿色。

SPD投入运行初期，在正常电网下，阻性泄漏电流在1毫安以下，由于SPD的氧化锌电阻器存在数微法的寄生电容文献1，在50Hz220V的低压电网中运行，会产生数毫安的容性电流I=2πfU，一般10毫安内，这是正常泄漏电流。若电流趋于零，则可判定SPD已退出运行，控制报警，提示运维人员及时检修。

2、当电流采集器采集到阻性泄漏电流小于0.5mA时，则可判定SPD已退出运行，此时中央处理器会控制报警器进行报警，此时报警灯呈紫色并通过喇叭提示运维人员及时检修。

3、在SPD投运中期，当电流采集器采集到阻性泄漏电流10mA—100mA时，此时中央处理器会控制报警器进行报警，此时报警灯呈黄色并通过喇叭提示运维人员及时检修。

在SPD投运中期，经电压老化，热老化，泄漏电流增加至数十毫安至数百毫安视各种产品的质量水平而定，SPD维持正常运行，但低压配电系统中的漏电保护装置RCD，可能会因该泄漏电流的影响而导致跳闸。因此需根据电网运行要求，决定该段是否设置于预警点。

4、在SPD投运后期，当电流采集器采集到阻性泄漏电流10mA—100mA时，此时中央处理器会控制报警器进行报警，此时报警灯呈红色并通过喇叭提示运维人员更换SPD器件。

在SPD投运后期，处临界劣化状态，其泄漏电流在数百毫安至1安培。SPD仍可维持运行，但功耗增加P=IU，即是运行费用增加，中央处理器发预警信号，提示运维人员更换SPD器件。

当检测到大于1安培的泄漏电时，SPD已发生不可逆转的劣化，或电网出现了暂态过电压，该故障电流会导致SPD严重发热，引发其塑料底座熔化或燃烧。中央处理器按预先设定的反时限安秒特性如10A·S，驱动断路器分闸，并报警。

若在反时限动作的运行时间内，故障电流下降，则判定是电网暂态过电压消失，SPD仍维持运行。

该反时限特性的设定，也避免了SPD再泄放雷电流时的误动作，提高运行可靠性。

当SPD在超过其性能大于额定放电电流的雷击电流下，会发生击穿短路、爆炸事故，或其他原因导致断路器以下电路发生短路事故，则由拍合式瞬动脱扣器直接驱动断路器分闸，切断电源，并报警。

热敏电阻直接检测SPD的运行温度，它不但与泄漏电流相关，还受环境温度的影响，受电网电压波动，泄漏电流变化的热积累影响，所以它更直观的反映了SPD的发热状态。当检测到105℃时，即由中央处理器驱动断路器分闸并发出报警。

智能型电涌保护器专用断路器的中央处理器，其核心部件是N76E003AT20型中央处理器CPU，它由辅助电源模块供电，电流信号、温度信号，经放大器输入CPU，当号倍强度达到设定的阈值时，通过脱扣线圈，驱动断路器分闸，并驱动指示灯、蜂鸣器发出声光报警或预警。

中央处理器内置的通信模块经R485接口，可与低压配电系统的管理网络联接，将电流、温度信息及预警、报警倍号，传送至上位机，使运维人员、管理人员直观了解SPD运行的全周期，全过程信息提前预防，及时处理各类故障，使SPD运行的管理方式与低压配电自动化管理系统配套一致。

本发明具有以下有益效果：

本断路器的主路采用直通导体结构，作SPD的专用保护装置，不增加其雷击放电回路的阻抗，所以不影响其性能。

对SPD运行中发生的主要故障劣化发热，采用故障电流监控和发热温度监控的双重措施，可提前预防和直接制止发热燃烧事故的发生。提高运行的安全性。

新增SPD开路状态的监控功能，可有效防止其虚假运行，减少低压配电系统及其所承载的装备遭受雷击损害的危险，提高系统的安全性。

通过故障声光报警预警功能，可使运维人员及时差距SPD运行故障，提高运行的可靠性。

利用断路器的通信功能与既有的低压配电管理网络联接，可使断路器SPD受管平台监控，进一步提高运行可靠性，且能减轻运维人员现场巡视的工作量。符合电器产品智能化的发展趋势。

同时可利用上传的SPD泄漏电流数据，了解其运行功耗，避免劣化过程中的高能耗运行，可节能降耗产生直接的经济效益。

附图说明

附图1为本发明的系统框图。

附图2为本发明的安装结构示意图。

附图3为本发明的结构示意图。

壳体1，SPD2，上位机3，主控电路板4，脱扣器5，温度采集器插口6，电流采集器插口7，温度采集器8，电流采集器9，电源10，中央处理器11，运放芯片12，通讯接口13，报警灯14，喇叭15。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：根据附图1、附图2和附图3进行进一步说明，本例的一种智能型低压电涌保护器专用断路器及其控制方法，包括壳体1、SPD2和上位机3，所述的壳体1顶部设有通讯接口13，所述的壳体1内设有主控电路板4，所述的主控电路板4右侧设有脱扣器5，所述的壳体1底部设有温度采集器插口6，所述的温度采集器插口6旁设有电流采集器插口7，在温度采集器插口6处接入温度采集器8并将温度采集器8贴近SPD2，在电流采集器插口7处接入电流采集器9并将电流采集器9与SPD2串联，在通讯接口13处接入数据线，数据线的另一端与上位机3电性连接。

所述的主控电路板4上设有电源10、中央处理器11和运放芯片12，所述的通讯接口13与中央处理器11的信号传输端电性连接，所述的中央处理器11的电源10端和运放芯片12的电源10端分别与电源10电性连接，所述的中央处理器11的信号接收端与运放芯片12的输出端电性连接，所述的运放芯片12的输入端分别与温度采集器插口6和电流采集器插口7电性连接，所述的脱扣器5的控制端与中央处理器11的信号输送端电性连接。

所述的中央处理器11的输出端上设有警报器，所述的警报器包括报警灯14和喇叭15，所述的报警灯14的左右两端分别与中央处理器11上的两个I/O口电性连接，所述的报警灯14与喇叭15并联连接。

本发明的控制方法：

1、在SPD2投入运行初期，当电流采集器9采集到阻性泄漏电流1mA—10mA时，此时SPD2正常运行，此时中央处理器11会控制报警器进行报警，此时报警灯14呈绿色。

2、当电流采集器9采集到阻性泄漏电流小于0.5mA时，则可判定SPD2已退出运行，此时中央处理器11会控制报警器进行报警，此时报警灯14呈紫色并通过喇叭15提示运维人员及时检修。

3、在SPD2投运中期，当电流采集器9采集到阻性泄漏电流10mA—100mA时，此时中央处理器11会控制报警器进行报警，此时报警灯14呈黄色并通过喇叭15提示运维人员及时检修。

4、在SPD2投运后期，当电流采集器9采集到阻性泄漏电流10mA—100mA时，此时中央处理器11会控制报警器进行报警，此时报警灯14呈红色并通过喇叭15提示运维人员更换SPD2器件。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。