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塑壳断路器用智能控制器及设计时应注意的问题冯永海(杭申控股集团 杭州之江开关股份有限公司，浙江 杭州 311234)摘 要： 介绍了智能控制器的用途、适用范围、分类、保护参数设定和功能，阐述了智能控制器 的原理及设计时应注意的问题。由于智能控制器不仅增加了整定电流的选择范围，而且具有三段保护 功能，并且可设定长延时和短延时动作时间，使产品更加可靠，必将在低压电网领域的塑壳断路器中 得到广泛应用。关键词： 低压电网；智能控制器；塑壳断路器中图分类号： tm561文献标识码：b文章编号：1007-3175(2009)07-0040-03cautions for design of intelligent controller used for moulded case circuit-breakersfeng yong-hai（hangzhou zhijiang switchgear stock co., ltd, hangshen holding group co., ltd, hangzhou 311234, china）abstract: introduction was made to application, applicable scope, classification, protection parameters setting and functions of an intelligent controller. the principle and design cautions for the intelligent controller were described. the intelligent controller not only increases the selection range of setting current, but also has three-section protection function and can set long-time delay and short-time delay action time, which makes the product more reliable, thus the product is sure to be applied in moulded case circuit- breakers in low-voltage power net field.key words: low-voltage power net; intelligent controller; moulded case circuit-breaker0引言塑料外壳式断路器是广泛应用于低压配电网络 系统中的一种关键元器件。据统计，今年我国新增 发电电机约达9 500万kw，国内对塑料外壳式断路 器需求在2 000万台左右，并且随着科学技术不断 进步，计算机、通信技术、电子技术和电力工业自 动化的飞速发展，电力系统的供需矛盾发生了巨大 的变化。电力系统中对断路器的安全、可靠性要求 越来越高，对断路器的多功能、自动化程度高的要 求也日益迫切，非智能型塑壳断路器已不能满足系 统的需要。非智能塑壳断路器一般只有双金属元件 式的过载延时和电磁铁的瞬动保护，测量误差大，保 护特性误差也较大，用户又不能调节，不能联网和 远距离控制。各行各业都开发新一代塑壳断路器带 智能型控制器以满足需求，新一代塑壳断路器应采用模块化结构，基本实现各种附件采用模块化，应 有三段保护，做到热磁式结构模块及电子式结构模 块互换。基于这种社会发展的需求，杭州之江开关 股份有限公司为提高供电的稳定性和可靠性，提高 输配系统自动化水平，新研制开发了塑壳断路器中 配用的智能控制器。1 智能控制器的用途及适用范围1)智能控制器适用于交流50 hz，额定绝缘电 压690 v，额定工作电压400 v及以下，额定电流从 40 a(整定电流从16 a起)至1 250 a低压电网中。2)智能控制器不仅增加了整定电流的选择范 围，具有过载长延时、短路短延时、短路瞬时三段 保护，并且过载长延时及短延时动作时间可以设 定。h型控制器除了具有上述功能外，还具备了现 场总线的通信功能，与工控计算机或控制器联网通作者简介：冯永海(1975- )，男，工程师，大专，主要从事低压断路器的开发工作。40信，实现配电网络的计算机联网，在1 km范围内对 断路器实现遥控、遥调、遥测、遥信，使断路器控 制功能大大增强。智能控制器按功能可分为m型控制器(面板直 接设定型)和h型控制器(拨至近控在面板上直接设 定，拨至遥控用编程器或从上位机上进行设定)。2 智能控制器保护特性参数设定和保护功能码开关；6短路短延时跳闸时间t 2整定的编码开 关；7短路瞬时电流ir3整定的编码开关。2r2r1r1当iir2且i8ir1时为定时限，延时t2跳闸；当 i i 且i 8i 时为反时限，跳闸时间t =(8i )2 t /i2。电流整定时须注意：i r1i r2i r3，i r1、i r2、i r3 三个不能均处在off(关断)位置，否则断路器处于 无过电流保护状态。负1载 0.8指 0.7示 0.60.9ir1ir20.70.60.80.50.90.41.0offir3运行int13628110offin4t2482101.5 12offin6in=a10 12140.20.30.26816 0.160.365 3 180.10.4智能控制器0.0612智能控制器面板如图1所示，智能控制器的 保护功能见表1。1运行电流负载指示，红色 (hsm1z-160负载指示灯只有一盏，并且当运行电流 负载100 % i r1时亮)；2mcu运行灯，绿色(1 s闪 亮)；3长延时过载电流ir1整定的编码开关；4长 延时跳闸时间t 1整定的编码开关(最大反时限延时3456722t =(6i r1) t 1/i ；5短路短延时电流i r2整定的编图1 智能控制器面板表1 智能控制器的保护功能整定电流过载 长 延时 最大反时限延时ir1/a 动作特性过载长延时关断 用编程器或上位机设定时整定电流可以是(0.41)in内的任意数值 当i1.05ir1时应t12 h不动作当i1.3ir1时应t12 h动作r11t1/s3581012141618i =2ir1时的动作时间/s27457290108126144162i =6ir1时的动作时间/s3581012141618精度15 %t =(6i )2t /i 2整定电流ir2/a短延时关断 用编程器或上位机设定时整定电流可以是(110)in内的任意数值短路 短延短延时保时护时间动作特性i0.9ir2不动作、i1.1ir2动作iir2时间/s且i8ir1 可返回时间/s0.060.10.160.20.260.30.360.40.060.10.160.20.260.30.360.4-0.10.160.20.240.30.34t =(8ir)2t /i 212t2/st2/siir2且i8ir1精度15 %(hsm1z-160为20 %)瞬时关断短路整定电流 瞬ir3/a用编程器或上位机设定时整定电流可以是(1.512)in内的任意数值时动作特性i0.85ir3不动作、i1.15ir3动作3智能型控制器设计及应注意的问题智能型控制器是该系列断路器的心脏部分，也 是该断路器的关键部分，动作特性的灵敏度由该部分来保证，智能控制器原理图如图2所示1。智能 控制器的核心部件是cpu，选择时应考虑：(1)内置 816位总线；(2)816 kb eeprom或flash；(3)0.51 kb sram；(4)同步或异步串口、spi串口、i2c串41dc电源磁通变 换器脱扣 驱动a/dcpu自生 电源模拟 多路 开关放大 滤波温度 检测断路器3/43/4i2c选通信号 e2prom电流互感器(ct)口；(5)具有优先级的多级向量中断；(6)内置看门狗 定时器。rs-485串口参数设定显示图2 智能控制器原理图电流互感器和放大滤波电路设计是智能控制 器的关键部件。在研制国家重点项目智能型塑壳 式断路器中的控制器时，当电流较大时(如800 a断 路器在8800 a= 6 400 a时)，互感器铁心饱和而呈 非线性，高倍电流时计算机只能用查表法进行近 似测量，造成较大的测量误差。解决这个问题，可 从铁心材料选型、铁心截面比例选择、线圈匝 数、导线线径等多个因素综合考虑改进设计。从 而保证对800 a塑壳断路器可获得010 000 a均线 性的互感器，保证了三段保护量程内高精度电流 测量。放大器的设计要考虑电流测量精度、电磁兼 容性能，同一路互感器输出可用两路放大器，信 号较小时用放大倍数较大的一路测量，而信号较 大时用放大倍数较小的一路测量，也可以用计算 机程控放大，放大倍数可取1，2，4，8倍。放大 器输入端要有抗雷击浪涌和快速瞬态脉冲群的能 力。为提高抗干扰能力，可以考虑选择用带通滤 波和选频放大。计算机通过电流互感器进行采样的方法一般 有两种。其一为先求最大值，然后除以 2 得有效 值，这种方法适用于因互感器在大电流工作时，有 波形畸变，但幅度跌落较少，用最大值法仍可获得t较好的测量精度，如用求面积法则会带来较大的误 差；其二为求面积法，i=(1/t) i2dt1/2，当取样0电路中由于谐波所占比例较大，造成波形畸变，幅 值跌落，这种场合可用面积法来获取电流，其准确 度较高。用电流互感器产生自生电源，供电给cpu及逻 辑电路。若控制器中只有自生电源而无外接辅助电 源时要处理好如下6个问题：(1)当主回路电流较小时，其能量不足以供给 逻辑电路，这可适当增加互感器匝数，但要注意不 要使铁心在大电流时过早的磁饱和；(2)要解决主回路电流较大时能量过剩，产生 能量大于消耗能量，因而要有能量释放回路；(3)要解决好上电复位电路，要有一块电源门 槛监控电路，当电源上升到逻辑电路正常工作电 压(约4.7 v)之前，该监控电路能产生一低电平，控 制cpu的reset引脚，使其在电源电压未达正常门槛 之前时，c p u不工作，只有当电源电压正常后(大于 4.7 v)，reset引脚为高电平而开始执行程序；(4)要解决磁通变换器(即脱扣器)的驱动能 力，为保证可靠脱扣，瞬间要输出较大的电流，可 用大电容储能瞬间释放来解决；(5)要解决好同一只电流互感器既要产生自生 电源，又要取样放大，要防止相互间的串扰问题； (6)要有电磁兼容措施，防止雷击浪涌和快速脉冲群等干扰。 智能控制器与断路器之间的机电一体化设计尤为重要，要正确处理好磁通变换器的脱扣力、弹簧 力和断路器的机械脱扣力之间的关系，保证断路器 在过电流(包括短路电流)时能延时或