劉真良

【摘要】智能脫扣器的基本工作原理可以描述如下：電流互感器從供電線路中吸取能量供給脫扣器的電源系統(tǒng)，同時將被測電流轉(zhuǎn)換為與之成比例的電壓信號。電壓信號經(jīng)過信號調(diào)理電路后送入中央處理單元進行運算和處理，與整定電流和動作時間的整定值進行比較。當(dāng)發(fā)生過載、短路以及瞬動故障時單片機發(fā)出脫扣信號并控制斷路器分斷電路。

【關(guān)鍵詞】智能斷路器；設(shè)計研究；脫扣器

引言

近幾年，隨著電力系統(tǒng)和配電自動化的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)保護裝置經(jīng)歷了電磁式保護、晶體管保護和微機保護。電磁式保護裝置是基于電磁和電磁感應(yīng)原理的有接點繼電器組成，具有原理簡單、價格便宜等優(yōu)點，但能耗高、動作速度慢、抗震性差，可靠性和靈敏度難以得到保障。而晶體管保護裝置雖然具有體積小、重量輕、消耗功率小、靈敏度高、動作迅速、不怕震動、無磨損等一系列優(yōu)點，但是晶體管保護裝置也有抗干擾能力差、裝置本身的性能不是很穩(wěn)定等明顯的缺點。隨著用電系統(tǒng)的規(guī)模和等級不斷擴大，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運行方式日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)的控制器已越來越難滿足系統(tǒng)的可靠性、準確性和實時性的要求。

1 智能脫扣器簡介

脫扣器是能使斷路器在電氣設(shè)備遭受過載、短路、欠電壓、過電壓等故障時實施各種保護功能的構(gòu)建。它實質(zhì)上就是只能斷路器的監(jiān)控器。

早期的脫扣器是空氣式斷路器所采用的電磁式過電流脫扣器，該脫扣器只能實現(xiàn)瞬時保護功能。隨著斷路器的發(fā)展，其額定工作電壓和電流保護功能不斷發(fā)展，脫扣器也隨之發(fā)展起來。在采用油阻尼，空氣阻尼，鐘表結(jié)構(gòu)等作為延時原件后，脫扣器實現(xiàn)了過載延時和短路延時等功能，采用熱雙金屬片的熱式脫扣器也逐步出現(xiàn)。到20世紀60年代初，由于電子技術(shù)的普及和應(yīng)用，出現(xiàn)了半導(dǎo)體脫扣器。現(xiàn)用的脫扣器有熱式脫扣器，電磁式脫扣器外，還有半導(dǎo)體脫扣器。進入20世紀90年代初以來，低壓斷路器的保護緊跟國際發(fā)展趨勢，由電子式向數(shù)字智能化方向發(fā)展，脫扣器的過流脫扣系統(tǒng)由微處理器控制。它除了保持電子式脫扣器的各種有點歪，還具有保護精度高，調(diào)節(jié)范圍廣，操作方便等特點。

2 智能脫扣器涉及的主要部件及技術(shù)：

2.1單片機及其應(yīng)用技術(shù)

單片機以其緊湊的結(jié)構(gòu)、豐富的功能而受到廣泛的應(yīng)用，并成為智能化儀表的核心部件。目前，在研制高性能、高精度、多功能測量控制儀表時，幾乎無一例外地都考慮采用微處理器和單片機。在測試控制儀表中采用單片機技術(shù)使之成為智能儀表后，能夠解決許多傳統(tǒng)儀表不能或不易解決的難題，同時還能夠簡化控制儀表電路，提高系統(tǒng)的可靠性，降低整機的成本以及加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度。單片機作為智能型控制器的核心，它的發(fā)展將制約著智能型斷路器的發(fā)展與改進。隨著集成電路制造技術(shù)的不斷提高，單片機的體積越來越小，而功能越來越豐富。新一代的單片機產(chǎn)品，已經(jīng)將程序存儲器ROM、定時/計數(shù)器、串行通訊接口、A/D 轉(zhuǎn)換器、PWM 轉(zhuǎn)換輸出、波形發(fā)生器、watchdog 監(jiān)視器、I 2C總線接口、更多的I/O 內(nèi)部RAM 集成在一起，從而能夠適應(yīng)更加廣泛的用途。另一方面，功能簡單的單片機則向低功耗和小型化方向發(fā)展。采用串行總線的單片機，其外部引腳只有8 個。另外對通信部分的設(shè)計也可以實現(xiàn)斷路器的聯(lián)網(wǎng)通信，對各個斷路器可以用主機對其進行操作和控制，從而實現(xiàn)遙控、遙測、遙調(diào)、遙訊的功能。

2.2專用集成電路

智能化電氣開關(guān)經(jīng)常涉及到一些特殊的和復(fù)雜的功能。這些功能如果完全由計算機來完成，無疑會加重CPU 的負擔(dān)，其效果也未必理想。事實上在智能化電氣開關(guān)出現(xiàn)以前，己經(jīng)開發(fā)出了許多行之有效的專用集成電路，例如漏電保護專用集成電路。采用專用集成電路，不僅能夠減輕CPU 負荷，還能夠在CPU 萬一出現(xiàn)故障時保證可靠的動作，在一定程度上也能夠提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。專用集成電路分為兩類：一類是實現(xiàn)某種專用功能的電路，例如漏電保護集成電路、電源專用集成電路、缺相保護集成電路等；另外一類是運算電路，主要是用于電流保護運算（對數(shù)、反對數(shù)運算）、功率因數(shù)運算等。

2.3智能化集成傳感器

隨著用電保護技術(shù)的不斷完善，各種保護裝置的功能和技術(shù)要求也不斷地提高。一般情況下，低壓斷路器要求具有以下的保護功能：①過電壓和欠電壓保護功能；②三段電流保護功能；③漏電保護功能；④缺相保護功能；⑤其他異常保護功能（瞬時尖峰脈沖、瞬時斷電等）。要完成這些保護功能，就要有相應(yīng)的各種傳感器。這些傳感器性能的好壞，直接關(guān)系到智能化電氣開關(guān)的性能。另一方面，傳感器要有較高的精度、較寬的動態(tài)范圍及檢測范圍，同時又要有較小的體積，輸出信號還要便于與智能控制電路接口。這在目前還是較難做到的。受微電子技術(shù)的影響，傳感器正朝著小型、固態(tài)、多功能和集成化的方向發(fā)展。如果能夠利用最新的技術(shù)開發(fā)一種集成化的傳感器，即將各種電量傳感器集成在一起，將能夠大大提高其使用性能。甚至，還可以將微處理器與傳感器集成于一體。這可以使智能化電氣開關(guān)的整體性能提高一個檔次。

2.4電源技術(shù)

智能化電氣開關(guān)的電路可以有三種供電方式：專用電源供電、蓄電池供電和電流互感器供電，后者也稱為自供電。這三種供電方式可以單獨使用，也可以配合使用，形成冗余供電系統(tǒng)。前兩種供電方式在技術(shù)上與一般的微機應(yīng)用系統(tǒng)沒有什么區(qū)別。電流互感器供電是斷路器所特有的一種供電方式，單獨使用時可以省去其他供電電路，而且可以隨著電網(wǎng)的接通自動開始工作，是一種理想的供電方式。但電流互感器供電有以下幾個問題需要妥善處理：1）由于電源能量來源于電流互感器，因此電網(wǎng)電路中電流較小時不足以供電。2）當(dāng)電網(wǎng)電路的電流緩慢上升時，自供電電源的電壓也是緩慢上升的。這對于模擬電路不會有問題，而對一于微處理器和數(shù)字電路，應(yīng)該有一個可靠的復(fù)位電路，才能使其啟動并正常工作。3）由于電流互感器既要作為電流信號，又要提供電源能量，兩者之間必然會產(chǎn)生交叉影響，即智能化電路的工作電流會影響對電網(wǎng)電路電流的檢測結(jié)果。因此，要有一套補償與修正的方法。使用多種供電方式的冗余供電，可以增加系統(tǒng)的電源可靠性。但冗余供電方式需要有一個切換裝置。由于智能化電路的工作電流通常都較小，因此切換電路在技術(shù)上不難實現(xiàn)?？梢灾苯佑晌⑻幚砥髋浜蠈Ｓ秒娫礄z測電路進行切換控制。

2.5系統(tǒng)集成化技術(shù)

智能化脫扣器是以微處理器為核心的機電一體化產(chǎn)品。它包括供電部分（常規(guī)供電、電池供電、電流互感器自供電）、傳感器、控制部分、調(diào)整部分、執(zhí)行機構(gòu)以及開關(guān)本體。各個組成部分之間相互關(guān)聯(lián)，又相互影響。如何協(xié)調(diào)與處理好各個組成部分之間的關(guān)系，使其既能滿足所有的功能要求，又不超出現(xiàn)有技術(shù)條件所允許的范圍（體積、功耗、可靠性、電磁兼容性等），就是系統(tǒng)集成化技術(shù)的主要內(nèi)容。智能化脫扣器是一類具有較高技術(shù)含量的產(chǎn)品。實踐表明，產(chǎn)品的技術(shù)含量越高，系統(tǒng)集成化技術(shù)對其影響和作用也越大。特別是在生產(chǎn)實踐中，由于牽涉面大，往往一個部件的問題而影響整機的性能與質(zhì)量。在現(xiàn)代工業(yè)中，系統(tǒng)集成化技術(shù)集中體現(xiàn)了基礎(chǔ)工業(yè)的整體水平。

3 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展和不斷創(chuàng)新，目前新型的智能斷路器已取代老式斷路器。隨著電力系統(tǒng)可靠性、靈活性、智能性的進入，用電質(zhì)量的提高，智能型斷路器的投入，已經(jīng)成為一種必然的選擇。

【參考文獻】

[1]方鴻發(fā).低壓電器[M].北京機械工業(yè)出版社，1982.

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