低压断路器智能脱扣器的设计与实现

中国计量学院现代科技学院毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题低压断路器智能化设计2012年 3 月8 日一、选题的背景与意义低压断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。

它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。

但是随着电力技术的高速发展和供电规模的日益扩大，系统的网络结构和运行方式日趋复杂，对电源的可靠性、安全性及供电质量也提出了更高的要求，相应地对系统设备的操作简便性和安全性以及可靠性也提出了新的要求。

低压断路器作为电力供配电系统中广泛使用的主要控制电器，除了要能正常分合相关系统额定电流外，还要在相关系统故障时能快速有选择性地可靠分断相关系统短路故障电流，且不能出现越级跳闸或拒动现象。

特别是随着电力系统控制方式数字化进程的发展应用以及电力系统综合自动化的广泛应用，对系统可视化、自动化、网络化、实时化、精确化的要求越来越高，相应地对应用面积广、网络结果复杂、操作较频繁、故障率高的低压断路器也就提出了更高的要求，传统断路器根本无法满足现代电力系统综合自动化的需要。

智能化技术的应用于是成了低压断路器的一个重要发展应用方向，所以对于低压断路器的智能化研究越来越有必要。

智能化断路器中智能化技术的应用核心是保护、测量、监控于一体的多功能脱扣器，它主要由微处理器单元、信号检测采集单元、开关量输入单元、显示和键盘单元、执行输出单元、通信接口、电源等几部分组成。

该次设计主要以MSP430F147微控制器为核心控制单元的优化方案展开，采用带增益可调和反混叠滤波器的电流信号调理电路设计，电源电路采用带滞回特性的并联稳压电路设计，微控制器监测系统和时钟系统及低功耗的电路设计。

正是由于满足上述设计理念，因此，与传统智能控制器的电路相比，具有电路设计简单、可靠修炼果高、抗电磁兼容性强等优点。

此文章枪手代写的并且没有付费，严重侵害版权，客户要用就会告的其没工作智能断路器中的塑壳断路器MCCB的原理及应用分析【摘要】随着计算机技术的普及，出现了智能断路器。

智能断路器具有很多优点，其中主要就有漏电保护和接地保护。

本文主要分析了智能断路器中的漏电和接地保护的应用原理及应用，希望能为广大读者解惑。

【关键词】智能断路器；矢量和；漏电保护；接地保护1.引言在配电网络系统中，为了避免电力系统的损失，使用了低压断路器。

低压断路器能够减少电力系统的损害。

但随着经济的发展和计算机技术的普及，就开始出现了智能断路器。

智能断路器比传统的低压电路器性能好，可供测量的参数种类多，它不仅可以完成传统的低压断路器对低压配电网络和用电设备提供的短路保护、过载保护、欠压和单相接地保护，还提供遥调、遥测、遥信、遥控此“四遥”功能。

其中，智能断路器中漏电保护原理和接地保护原理相似，只是两者测量的范围、精度不同而已，但两者均是测量三极断路器和四极断路器的矢量和。

智能断路器可分为框架断路器、塑壳断路器、漏电断路器和六氟化断路器，但从结构、性能又分为万能式断路器和塑壳断路器。

在使用智能断路器时，也应根据保护的要求不一样而选择不同的断路器。

智能断路器额定电流为630~5000A，智能断路器在使用过程中，机器就一直出于预备贮藏能量位置。

一旦断路器发出合闸命令，断路器就能瞬间合闸。

2.塑壳断路器的分析及发展前景塑壳断路器在民用建筑设计中应用广泛，塑壳断路器能够在高电流中超过跳脱后自动的切断电流，它将一种塑料作为绝缘体充当装置的外壳，大型的塑壳断路器常常会有跳脱感应器，断路器分类多种多样，有空气断路、惰性气体分类、油断路。

塑壳断路器又称为装置性断路器，所有的辅助零件全都密封于塑料壳内，正因如此，工作人员才无法检查与修理塑壳断路器。

而塑壳断路器中最常见的断路器有西门子3VL、施耐德NSX，西门子3VL为标准的分段能力断路器，西门子是国内最受推崇的电子与电气公司，施耐德NSX内置双芯感应器，它传承了NS的所有优点，可以显示所有脱扣单元测量的信息，有极强的限流能力，并且它还能保证持续性用电。

本科毕业论文（设计、创作）题目：低压智能断路器的研究与设计学生：学号：0801002115所在系院：专业：入学时间：2010 年9 月导师：职称/学位：副教授/博士导师所在单位：完成时间：2014 年 6 月三联学院教务处制低压智能断路器的研究与设计摘要：论文阐述使断路器智能控制的技术，设计控制单元使之达到智能化。

其意义使之达到智能保护的效果，主要是设计控制单元的硬软件。

在本文中，分析断路器的原理和相关算法，确定单片机及其功能单元周围的原则，全面的硬件设计后，对系统的软件设计，实现断路器智能。

对短路、过载和接地等故障的相关参数进行实时检测。

叙述它紧要功能模块相关原则、设计方案，智能控制重点是C8051单片机，因为它是核心处理器，其任务是对数据进行收集、对故障线路进行保护，从而达到断路器自动控制的效果。

软硬件设计是以模块化和开放性为原则的。

硬件的串行芯片采用标准化和模块化，还留下空间，为今后的扩大提供条件；而软件选用层次化、多任务原则，提升软件系统灵活性、可移植性。

关键词：断路器；智能控制器；过流保护；Research and design of low-voltage circuitbreaker intelligentAbstract:Paper describes the technology of circuit breaker intelligent control, intelligent control unit to design. The effect of its significance to intelligent protection, main is hard for the design of the control unit software.In this article, analyzed the principle of circuit breaker and relevant algorithm, determine the single chip microcomputer and its functional units around the principle, the hardware design of a comprehensive, the software of the system design and realization of intelligent circuit breaker. For short circuit, overload, and earthing fault operation related parameters, such as the real-time detection. Describe its important function modules related principle and design scheme of intelligent control with a focus on the C8051 singlechip, because it is the core processor, its task is to collect data, the fault line protection, so as to achieve the result of automatic control circuit breaker. The hardware and software design based on modular and open principles. Using standardized and modular hardware serial chip, but also leave a space, provide the conditions for future expansion. And hierarchical, multitasking software chooses principle, improve software system flexibility and portability.Key words : circuit breaker; intelligent controller; overcurrent protection；目录1 绪论 (1)1.1课题研究的意义与目的 (1)1.1.1课题研究的意义 (1)1.1.2课题研究的目的 (2)1.2智能断路器在国外发展的现状 (3)2 智能低压断路器的原理及理论分析 (4)2.1低压智能断路器控制单元的算法分析 (4)2.1.1电压、电流的计量 (4)2.1.2电网频率、功率因数及功率的计量 (6)2.2保护的原理及实现 (7)2.2.1过电流保护特性曲线的运用 (7)2.2.2保护的实现 (8)3 智能低压断路器的硬件设计 (9)3.1硬件设计准则 (9)3.2智能控制器的硬件电路设计 (10)3.3嵌入式片上系统 (11)3.3.1 C8051系统单片机 (11)3.3.2数据采集模块 (13)4 智能低压断路器的软件设计 (14)4.1软件设计概述 (14)4.2主要程序设计 (15)4.3定时采样 (18)4.4键盘程序设计 (18)4.5故障处理 (21)4.6自检程序设计 (22)结论 (24)致 (25)参考文献 (26)1 绪论1.1 课题研究的意义与目的1.1.1 课题研究的意义随着电力工业的发展，各种功能的电力线保护装置也应运而生，并得到迅速发展。

分励脱扣器（原理）脱扣器不是相当于断路器分闸。

它是用于释放断路器主触头的电与机械相结合的一种装置。

是断路器的一个重要的部件。

它在断路器的作用是释放断路器的主触头。

分励脱扣器本质上就是一个分闸线圈加脱扣器。

热脱扣和电磁脱扣也用这个脱扣器。

给分励脱扣线圈加上规定的电压，断路器就脱扣而分闸。

分励脱扣器常用在远距离自动断电的控制上，现在用得最多的就是消防控制室切断非消防电源。

断路器分励脱扣后是不能立刻远控合闸的，也不能直接手动合闸，必须将断路器再扣后方能合闸，这和过载等脱扣跳闸后要再扣一样。

这就是分励脱扣和电动操作分闸的区别。

断路器操作把手有三个位置，除大家知道的上分下合两个位置外，脱扣后把手将停留在中间位置。

所谓再扣就是将把手从中间位置下扳到分的位置使脱扣器重新钩住，然后才能合闸。

分励脱扣线圈电压种类有交流和直流，电压大小有各种电压等级。

切断非消防电源时用DC24V消防电源作分励脱扣线圈电源是最方便也是最简单的。

分励脱扣线圈只能短时间通电，时间一长就烧坏；所以在控制回路里要串接一个断路器的常闭接点，断路器脱扣后切断分励脱扣线圈的电流。

分励线圈是用来跳闸的合闸线圈是用来合闸的合闸线圈吸合所有的常开都闭合，所有的常闭都断开分励线圈吸合后（跳闸）所有的常开都断开，所有的常闭都闭合分励脱扣器原理图在民用建筑中非消防电源的切除中,强切消防时需要停电的回路，选用带分励脱扣器的断路器，以使消防报警系统能在消防中心通过输入输出控制模块或控制电缆远距离使断路器跳闸，以切断此类负荷的电源。

二、低压断路器的结构和工作原理断路器，在电路中作接通、分断和承载额定工作电流，并能在线路和电动机发生过载、短路、欠压的情况下进行可靠的保护。

断路器的动、静触头及触杆设计成平行状，利用短路产生的电动斥力使动、静触头断开，分断能力高，限流特性强。

．短路时，静触头周围的芳香族绝缘物气化，起冷却灭弧作用，飞弧距离为零。

断路器的灭弧室采用金属栅片结构，触头系统具有斥力限流机构，因此，断路器具有很高的分断能力和限流能力。

低压断路器的脱扣器
1、脱扣器
脱扣器是低压断路器中用来接受信号的元件。

若线路中出现不正常情况或由操作人员或继电保护装置发出信号时，扣器会根据信号的情况通过传递元件使触头动作掉闸切断电路。

低压断路器的脱扣器一般有过流脱扣器、热脱扣器、失压脱扣器、分励脱扣器等几种。

低压断路器投入运行时，操作手柄已经使主触头闭合，自由脱扣机构将主触头锁定在闭合位置，各类脱扣器进入运行状态。

2 、电磁脱扣器
电磁脱扣器与被保护电路串联。

线路中通过正常电流时，电磁铁产生的电磁力小于反作用力弹簧的拉力。

衔铁不能被电磁铁吸动，断路器正常运行。

当线路中出现短路故障时，电流超过正常电流的若干倍，电磁铁产生的电磁力大于反作用力弹簧的作用力。

衔铁被电磁铁吸动通过传动机构推动自由脱扣机构释放主触头。

主触头在分闸弹簧的作用下分开切断电路起到短。

变电站交流系统进线断路器低压脱扣功能分析摘要：文章介绍了变电站交流系统中低压断路器，低压脱扣器的作用，并从适用性和效用两个方面分析了站用电系统低压脱扣，认为如无特殊要求，站用电系统应当拆除低压脱扣器，如确需安装应做好整定。

关键词：交流系统；低压断路器；低压脱扣；站用变0 引言2016年6月18日凌晨，某地市公司330千伏变电站发生主变烧损事故。

经事故调查，起因是35千伏某线路电缆中间头爆炸，同时电缆沟道内存在可燃气体，发生闪爆。

变电站35千伏、10千伏母线电压降低，#1、#2、#0站用变低压侧脱扣跳闸，直流系统失去交流电源，而改造更换后的两组新蓄电池未与直流母线导通，造成直流母线失压，全站保护及控制回路失去直流电源，造成故障越级，导致该地区8座110千伏变电站失压，损失负荷24.3万千瓦，停电用户8.65万户，造成严重后果。

1 交流系统低压断路器变电站交流系统一般由站用变、交流电源屏、馈线及用电元件组成。

工作时，交流电源相间电压值应不超过420V、不低于380V，三相不平衡值应小于10V。

交流系统示意图如图1所示，对于110kV变电站，站用变高压侧一般配置隔离刀闸，低压侧配置400V的低压断路器，如图1QF和2QF。

正常运行时，两台站用变高压侧均带电运行，两台站用变低压侧通过自动切换装置ATS，实现两台站用变自动切换。

一般设置1号站用变低压侧正常运行，2号站用变待切状态。

当1号所变失电后，ATS自动分开1QF，合上2QF将所用电切换至2号所变供电。

低压断路器也称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机，它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。

目前站用电以及民用电领域中，400V进线使用的开关断路器按结构分主要有框架式断路器（万能式断路器）和塑壳式断路器两类。

框架式架断路器结构部件安装在同一块底板或框架上，可安装多种类型的脱扣器。

低压断路器智能化脱扣器的功能及工作原理1概述随着社会经济的飞速发展，人们对电力系统可靠性和智能化的要求也越来越高。

对此，国家提出了建设智能电网的战略方针，也推动了断路器向多功能、高性能、智能化的方向发展。

作为低压断路器核心部分的智能脱扣器，其性能指标的优劣成为衡量断路器先进、可靠与否的标志。

ABB公司应用于万能式断路器的智能化脱扣器，以其多功能高性能的设计，良好的人机交互界面，可靠的质量水平，受到越来越多低压发电、输配电和电力用户的喜爱。

2智能脱扣器组成和工作原理供电系统中的低压断路器的主要功能是通过采集单元得到系统母线中的电流电压信号，由脱扣器的逻辑控制单元进行分析判断，根据结果采取相应的动作，实现线路中的过载、短路等故障保护。

其中，智能脱扣器由电源电路（包括自生电源、辅助电源）、电流电压采样检测、可编程放大器、CPU、显示电路和键盘及编码器等部分组成，与脱扣驱动机构、空心互感器配合执行电流电压采集和保护工作。

其原理是，在断路器的三相各装设一个空心互感器，通过互感器将主线路中的电压、电流信号转换成成比例的模拟电路可处理的信号，脱扣器信号处理单元对这些信号进行整流滤波处理后送入CPU，在CPU内部进行A/D转换后进行逻辑运算和处理，运算结果和预先设置的过载、短路短延时、短路瞬动和单相接地故障的电流值进行比较，比较后单片机输出符合预设定保护特性的逻辑电平信号，这些信号经放大后可直接驱动断路器的执行机构或其他辅助继电器，使断路器动作或输出声光信号。

各种故障保护的动作电流和时间整定值通过键盘设定并预先存储在EPROM中，并可在运行期间随时进行修改。

此外，当产生特大短路电流时，独立于CPU的模拟脱扣电路可立即产生动作信号控制执行单元，使断路器动作。

断路器分断动作的执行，是由智能脱扣器输出电磁信号给脱扣磁通变换器。

磁通变换器实际上是一个单向极化继电器，衔铁后连接一个推动杆，正常情况时，衔铁被铁心上的永久磁铁产生的恒向磁通所吸引，驱动电路输出的直流电流产生的磁通极性与永久磁铁的磁通相反，就抵消铁心对磁铁的吸力，衔铁释放，其推动杆脱开断路器四连杆上的锁扣，断路器跳闸，切断电路。

低压断路器的脱扣器选型
断路器的脱扣器形式有过流脱扣器、欠压脱扣器、分励脱扣器等。

过流脱扣器还可分为过载脱扣器和短路（电磁）脱扣器，并有长延时、短延时、瞬时之分。

过流脱扣器最为常用。

1）脱扣器参数的选定
（1）欠压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。

（2）脱扣器的额定电流大于或等于线路的计算电流。

（3）低压断路器瞬时（或短延时）脱扣整定电流大于或等于1.25倍线路末端单相对地短路电流。

2）脱扣器安装方式的选定
过电流脱扣器按安装方式又可分为固定安装式和模块化安装式。

固定安装式脱扣器和断路器壳体加工为一体，一旦出厂，其脱扣器额定电流不可调节，如DZ20型。

而模块化安装式脱扣器作为断路器的一个安装模块，可随时调换，灵活性很强。

3）脱扣器保护特性的选定
脱扣器的保护特性分为长延时特性、短延时特性、瞬时特性。

长延时型脱扣器：其动作时间可以不小于10s，只能用作过载保护。

短延时型脱扣器：其动作时间可为0.1～0.4s，可以作为短路保护，也可以作为过载保护。

瞬时型脱扣器：其动作时间约为0.02s，一般用作短路保护。

长延时型脱扣器的整定电流大于或等于1.1倍计算电流；瞬时型脱扣器的整定电流大于或等于1.35倍尖峰电流（计算电流）。

选型时要注意，上一级的脱扣整定电流大于或等于1.2倍下一级脱扣整定电流。

低压断路器过电流脱扣器动作电流的整定1）瞬时过电流脱扣器的整定值瞬时过电流脱扣器断路器主要用于短路保护。

断路器所保护的对象中，有某些电气设备在启动过程中，会在短时间内产生数倍于其额定电流的高峰值电流，从而使低压断路器在短时间内承受较大的尖峰电流。

瞬时过电流脱扣器的短路脱扣继电器（瞬时或短延时）用于高故障电流值出现时，使断路器快速跳闸。

配电用低压断路器的瞬时过电流脱扣器整定电流I m应躲过线路正常工作时发生的尖峰电流，即按下式确定跳闸极限整定电流I m≥K3（I +I js）式中，K3为低压断路器瞬时脱扣器可靠系数，一般取1.2；I为线路中电流最大的一台电动机的全启动电流（包括了周期分量和非周期分量），其值按电动机的全压启动电流I q的2倍计算；I js为除启动电流最大的一台电动机以外的线路负载计算电流。

为满足被保护线路各级保护电器间选择性动作要求，选择型低压断路器瞬时脱扣器整定电流I m在满足被保护线路相间短路电流故障时动作灵敏度要求的前提下，应尽量选择大一些，以躲过下一级开关所保护线路故障时的短路电流。

非选择型低压断路器瞬时脱扣器整定电流，在躲过回路尖峰电流的条件下，尽可能整定得小一些，以保证故障时动作的灵敏度。

2）短延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定短延时过流脱扣器可用于短路保护，也可用于过载保护。

短延时过流脱扣器的动作电流I op（s）也应躲过线路的尖峰电流I pk。

短延时过流脱扣器的动作时间一般分0.2s、0.4s和0.6s三种，按前后保护装置的保护选择性来确定，应使前一级保护的动作时间比后一级保护的动作时间长一个时间级差。

（1）配电用低压断路器的短延时过电流脱扣器整定电流I r2应躲过线路正常工作时发生的尖峰电流，即按下式确定短延时脱扣器整定电流I r2应大于线路尖峰电流。

式中：K z为低压断路器短延时脱扣器可靠系数，一般取1.2；I q 为线路中电流最大的一台电动机的全启动电流；I js为除启动电流最大的一台电动机以外的线路负载计算电流。

Telecom Power Technology运营探讨配电变压器低压侧断路器脱扣整定方案王飞飞，张欢兴（洛阳瑞泽石化工程有限公司，河南洛阳断路器广泛应用于低压配电系统中，在设计低压配电系统时，应注意断路器的选择性，对断路器过流脱扣器额定电流进行选择和整定，确保充分发挥过电流脱扣器的作用。

因此，结合设计工作中的实例，对选用施耐德的框架式低压断路器作变压器总出线和线路保护时的整定计算进行探讨。

瞬时过流脱扣；短延时过流脱扣；长延时过流脱扣Trip Setting Scheme of Circuit Breaker at LV Side of Distribution TransformerWANG Fei-fei，ZHANG Huan-xingLuoyang Ruize Petrochemical Engineering Co.，Ltd.The circuit breaker is widely used in the low-voltage distribution systemwe should pay attention to the selectivity of the circuit breakerthe rated current of the circuit breaker overcurrent release，so as to ensure the full play of the role of the overcurrent release. This paper discusses the setting calculation of Schneider’s frame type low-voltage circuit breaker when it isTelecom Power Technology《低压配电设计规范》要求，台电动机台正常运行时的电流选择，即大于1.2800=2.5倍，0.2 s（10倍是断路器定制规定的），长延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定。

低压断路器智能化脱扣器
劳大任
【期刊名称】《建筑电气》
【年(卷),期】2001(020)003
【摘要】从智能化脱扣器的结构出发,讨论了智能化脱扣器的关键技术:检测和传感技术、微处理器及其接口技术、应用软件设计技术、可靠性技术等.
【总页数】3页(P10-12)
【作者】劳大任
【作者单位】ABB新会低压开关有限公司,
【正文语种】中文
【中图分类】TM56
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1.浅析低压断路器智能化脱扣器 [J], 胡如兵;高圆秋
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KST45型智能脱扣器使用说明书　浙江科丰电子有限公司目录一、产品适用范围 (1)二、产品型号、分类及规格 (1)三、正常工作条件和安装条件 (2)四、技术参数和主要功能 (2)五、产品主要结构及系统 (11)六、产品安装、使用和维护 (12)2.2 分类2.2.1按保护功能和辅助功能可分为：a）L型本产品的经济型，适用于一般工业应用场合，具有如下功能：1) 具有过载长延时反时限、短路瞬时保护等保护特性。

2) 整定功能：采用编码开关和拨码开关整定方式，用户可根据需要整定各保护参数，组成所需的保护特性。

3) 显示功能：MCU 运行监视；用负荷电流光柱显示断路器的工作电流；显示各种保护状态。

4) 自检功能：环境温度过热自诊断；微控制器内部的CPU、ROM、RAM 及 I2C 通信自检。

5) 故障记忆功能：记忆线路故障引起脱扣时的故障类别。

6) 热记忆功能：记忆过载电流引起线路或设备的发热程度。

7) 试验功能：可进行断路器的瞬时脱扣试验。

8) 可增选功能：短路短延时定时限保护、不对称接地（接零）故障保护、报警信号输出功能。

b）M型本产品的标准型，适用于大部分要求较高的工业应用场合，具有如下功能：1) 具有过载长延时反时限，短路短延时反时限（及定时限），短路瞬时保护，不对称接地（接零）、缺相、三相不平衡故障保护等四段保护特性。

2) 整定功能：采用数码显示和按键整定方式，用户可根据需要整定各保护参数，组成所需的四段保护特性。

1正常工作条件和安装条件KST45型智能脱扣器使用说明书3) 显示功能：显示断路器的工作电流；显示整定电流、整定时间；显示各种保护状态。

4) 自检功能：环境温度过热自诊断；微控制器内部的CPU、ROM、RAM及I2C通信自检。

5) 故障记忆功能：记忆线路故障引起脱扣时的故障电流、延时动作时间、故障类别。

6) 热记忆功能：记忆过载和短路引起线路或设备的发热程度。

7) 试验功能：模拟现场的故障状况进行断路器的脱扣或不脱扣试验。

低压断路器的脱扣器工作原理
低压断路器脱扣器是一种辅助装置，通常与低压断路器配合使用，主要是为了防止人员误操作，同时也可以在发生故障时迅速切断电路，保护电气设备及人身安全。

其工作原理是通过自动跳闸装置产生电磁力，作用于脱扣器的压杆上，从而实现快速短路保护，使得电路立刻断开。

同时脱扣器还可以手动操作，人员可以通过手动开关将电路断开。

在使用低压断路器时，脱扣器的作用非常重要，它能够有效地提高电路的安全性和可靠性。