发布时间 : 星期四 文章低压断路器智能化控制技术研究更新完毕开始阅读
反复的过负荷可能引起导体发热，控制器因过载、短延时等故障延时动作后，具有热效应(模拟双金属片特性)，过载热效应能量在故障排除后30min释放结束，短延时热效应能量在故障排除后l5min释放结束，在此期间如再次闭合断路器发生过载、短延时等故障，则延时动作时间变短，可使线路或设备得到较合适的保护。
第三节 其它保护的实现原理
除三段电流保护功能外，智能断路器还具有单相接地保护或漏电保护和不平衡保护等保护功能，下面依次讨论各保护的实现原理。
2．3．1 接地或漏电保护
接地或漏电保护具有反时限特性，特性公式为于定时限的设置时间。其中跳闸，
为接地定时限设定时间，当
，故障延时动作时间不小为“0FF”时表示只报警不
为反时限剪切系数，一般为1.5—6，当为“OFF”时表示接地保护为定时限。
单相接她保护指故障电流在几百安培以上的金属性接地保护，一般用于中性点直接接地系统，控制器分两种不同保护方式：
一种为内部互感器矢量和方式(接地保护)，控制器根据三相电流和中性级电流矢量和进行保护，根据断路器极数分为3PT、4PT、(3P+N)T三种形式。该种方式一般适用于平衡负载；不平衡负载或电动机负载一般只报警不脱扣。
另一种为外接漏电互感器方式(漏电保护)，控制器直接取外加的一个电流互感器的输出电流信号进行保护，一般互感器的二次输出为5A/1A（互感器一次电流小于等于400A时，二次为1A；400A以上时二次为5A），该种互感器的灵敏度较高，特别适合于从几十安培开始的较小接地电流的保护。接地信号取样有两种方式：一种为矩形互感器取样；一种为直径10mm的环形互感器取样。
2.3.2 负载监控保护特性
负载监控是在发生过载故障前的一种补救手段，当线路中出现较大电流时通过舍弃
一些负载来使电流减小。若智能脱扣器为上一级开关，下级有多条支路分别供电给不同性质的负载，当发生过载故障时，智能脱扣器将有选择的切掉线路中不重要的负载，以保证重要负载的连续工作。因为与过载故障具有相同的性质，所以负载监控也采取延时动作的方法，延时时间要小于过载延时时间。
负载监控可用于预报警，亦可用于控制支路负荷，控制器可输出两个无源信号触点。有两种方式可选，方式一可控制两路负荷，整定范围为
，当运行电流越过1.2
倍时按反时限特性延时分别发出触点，反时限特性同过载，但曲线速率及电流整定值可单独设置，一般整定值
。输出的触点可用于报警，亦可用于控制分断两路负荷，
整定值1.2倍后，
整定值，且
保证主系统供电。方式二一般用于控制支路负荷，当运行电流超过
延时发出触点分断支路负荷，若分断后运行电流恢复正常，当电流值低于
持续60s后，控制器再发出一个信号触点，可接通已分断的负荷，恢复系统供电。
2．3．3 电流不平衡保护特性
电流不平衡的保护可以对断相和三相的电流不平衡进行保护。其计算公式为
,
为三相电流的平均值。其延时为定时限，延时时间为，当为OFF时表示
只报警不跳闸。
2.3.4 MCR接通分断及超限跳闸功能
这两种方式均为瞬时动作，动作值与断路器的运行分断和极限分断能力相关，故障电流信号直接通过硬件比较电路发出动作指令，接通分断是指在开关闭合前电网已处于故障状态，在合闸瞬间产生大于MCR设定值的电流，控制器以瞬时方式使断路器分断。此功能只在合闸瞬间(100ms内)起作用。
越限跳闸是指断路器在正常运行时，当短路电流超过一定值后（一般为断路器的极限电流），控制器以瞬时指令使断路器分断，此功能不受瞬时设定值的影响。这两个单元分别是上电前的短路判断单元和上电后的特大短路判断单元。此种功能由用户通过开关确定是否需要。
第三章 智能控制器的硬件系统设计
硬件电路是智能控制器工作的基础，其设计的好坏，将直接影响到智能控制器单元功能的实现。除了工作性能以外，经济指标也是工业应用系统在设计过程中要考虑到的一个重要因素，尤其是在我国当前经济不甚发达的情况下，能够长期占据市场的将是那些高性价比的产品。
硬件电路的设计要求围绕智能控制器单元功能的要求进行，本控制器集测量、保护、控制、通讯等功能于一体，为此控制器必须对电压、电流等模拟量进行采样，采集开关量，并输出各种控制和报警信号。同时可以和上位机进行通讯，而且具有良好的人机交互功能。在设计时应充分考虑增强其自身的抗干扰性能，本章主要介绍低压断路器智能控制器单元硬件电路的设计。硬件设计的主要任务是综合考虑系统所要实现的各种功能和各部分硬件之间的关系，来选择所需芯片，设计出系统电路原理图以及印刷电路板。
第一节 硬件设计准则
智能控制器的硬件设计围绕其功能进行，同时要求遵循以下准则：
软硬件合理划分：系统中软件和硬件在逻辑功能上等效的。具有相同功能的微机应用系统，其软硬件功能分配可以在很宽的范围内变化。系统的软硬件功能分配要根据系统的要求而定，提高硬件功能的比例可以提高速度、减少所需的存储量，有利于检测和控制的实时性。相反，提高软件功能的比例可以降低硬件的造价，提高灵活性和适应性，但相应速度要下降，软件设计费用和所需的存储器容量要增加。划分的原则是在满足系统实时性及可靠性的前提下，系统功能尽可能用软件来实现。
(1) 简化设计：硬件设计时尽可能选用集成电路，少用分立元件，这样有利于提高系统的集成度，减少元器件相互之间的连线、接点和封装数目，从而大大提高系统工作的可靠性。
(2) 模块化设计；硬件设计根据预期实现的功能划分为若干功能模块，尽可能选用模块化结构的典型电路，各模块问的联系力求松散，以便于硬件发生故障时的检修。 (3) 防干扰设计：智能控制器单元工作现场环境比较恶劣，在硬件设计时必须具体分析可能的干扰来源，并采取相应的硬件抗干扰措施来抑制干扰，以增强自身工作的稳定性。
第二节 智能控制器的硬件电路设计
智能控制器单元具有测量、控制、保护、显示、通讯等功能，其硬件设计围绕功能进行。整个智能控制器单元根据所完成的功能分为以下几个主要功能模块：CPU系统、数据采集模块、开关量的输入输出回路、用户界面模块、串行通信接口电路、时钟电路、监控电路等。其中CPU系统为整个控制器单元的核心，是断路器实现数字智能化的标志。
智能控制器单元的硬件总体结构框图如图3．1所示。下面依次讨论各硬件模 块的工作原理及硬件电路的实现。
图3．1控制器结构框图
处理器主要是对信号进行实时采集处理，完成计量、各种保护和辅助功能，并且通过通信接口与上位机进行通信。其中，对数据要进行有效值的处理，还要进行复杂函数的即时运算，使保护器真正达到所需的保护（反时限、定时限）特性，这就要求所选芯片具有较高的速度，对ROM和RAM也要求有较大容量。故选用Cygnal公司的C8051系列单片机。控制器故障复位或断电后仍具有故障记忆功能，保留一次历史事件，还可对电网中各种数据进行历史记录，可记录半小时，故还需外部扩展EEPROM还可以保存智能控制器的各项整定参数，以及在电网出现故障时能记录下该故障的相关信息以便查询。这种设计所需外围元件少，使得设计简单，布线方便，提高其可靠性，而且在稳定性和抗干扰能力上都有极大提高。这样，经过软件的精心设计可以完成全部功能，实现精确的、始终一致的选择性匹配保护，使配电系统的可靠性大大提高。