电能监测电路、PCB板、电能监测装置及断路器的制作方法

本发明涉及电能监测，特别涉及一种电能监测电路、pcb板、电能监测装置及断路器。

背景技术：

1、在低压配电系统中，智能保护测控装置承担着电参量计量与线路保护的双重职能，其性能直接关系到供电可靠性与用电安全。

2、现有保护测控装置多采用单套电流互感器配合专用计量芯片的架构，由计量芯片统一完成电流采样与电能计算后，再将数据上传至主控芯片执行保护逻辑；该架构存在三方面技术局限：

3、其一，保护电流数据需经计量芯片中转后再通过通信总线传输至主控芯片，数据传输链路较长，短路速断保护的动作速度受到通信延迟制约，不利于快速切除严重故障；

4、其二，计量芯片与保护功能深度耦合，计量芯片一旦发生故障，保护功能将同步失效，装置整体可靠性存在单点失效风险。

5、可见，现有技术还有待改进和提高。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种电能监测电路，通过设置电参量计量单元与保护电流采集单元两条独立的电流采样通路，分别实现电能计量与故障保护，解决了现有单通路采样方案的技术缺陷。

2、为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

3、一种电能监测电路，包括主控单元、供电单元、电参量计量单元和保护电流采集单元；所述供电单元用于为所述主控单元、电参量计量单元和保护电流采集单元提供工作电源；所述电参量计量单元的检测端用于连接被测三相主回路，以获取三相计量级电流信号和三相电压信号，所述电参量计量单元的输出端与所述主控单元的输入端连接，以将处理后的电参量反馈至主控单元；所述保护电流采集单元的检测端分别用于连接被测三相主回路，以获取三相保护级电流信号，所述保护电流采集单元的输出端与所述主控单元的输入端连接，主控单元根据保护电流采集单元反馈的三相保护级电流信号判断断路器负载状态。

4、所述的电能监测电路中，所述电参量计量单元包括计量芯片部、计量电流检测部和电压检测部；所述计量电流检测部的检测端用于连接被测三相主回路，以获取三相计量级电流信号，所述计量电流检测部的输出端与所述计量芯片部的电流输入引脚连接；所述电压检测部的检测端用于连接被测三相主回路，以获取三相电压信号，所述电压检测部的输出端与所述计量芯片部的电压输入引脚连接；所述计量芯片部的输出端与所述主控单元的输入端连接，以将计算得到的电参量数据上传至主控单元，所述电参量包括有功电能、无功电能、功率因数及频率。

5、所述的电能监测电路中，所述保护电流采集单元包括保护用互感器部和保护电流检测部；所述保护用互感器部的一次侧用于串联接入被测三相主回路，以感应获取三相保护级电流信号，所述保护用互感器部的二次侧输出端与所述保护电流检测部的输入端连接，所述保护用互感器部可在十至二十倍额定电流范围内仍保持线性输出特性；所述保护电流检测部的输出端与所述主控单元的模拟采集输入端直接连接，以将调理后的保护电流信号送入主控单元进行模数转换与保护逻辑运算。

6、所述的电能监测电路中，主控单元包括主控芯片部、时钟部、程序运行部和状态指示部；所述时钟部的双向数据端与所述主控芯片部的串行时钟接口连接，用于提供实时时间基准；所述程序运行部的存储接口与所述主控芯片部的并行存储端口连接，用于存放程序固件与运行数据；所述状态指示部的输入端与所述主控芯片部的通用输出引脚连接，用于指示装置运行状态与故障告警状态。

7、所述的电能监测电路中，所述主控单元根据保护电流采集单元反馈的三相保护级电流信号实时计算三相电流有效值；当三相电流有效值低于预设的过流保护定值时，判定断路器为正常负载状态，主控单元维持监测状态不触发保护动作；当三相电流有效值高于预设的过流保护定值且低于预设的速断保护定值时，判定为过载状态，主控单元启动计时并根据反时限特性曲线计算动作时限，当累计时间达到所述动作时限时，生成断路器跳闸指令；当三相电流有效值高于预设的速断保护定值时，判定为短路故障状态，主控单元不经延时生成断路器跳闸指令。

8、所述的电能监测电路中，所述供电单元包括交流直流转换部与直流降压部；所述交流直流转换部的输入端用于连接外部交流电源，所述交流直流转换部的输出端输出第一直流电压，为功率级负载供电；所述直流降压部的输入端与所述交流直流转换部的输出端连接，所述直流降压部的输出端分别输出第二直流电压与第三直流电压，分别为主控单元、电参量计量单元以及保护电流采集单元提供工作电压。

9、所述的电能监测电路中，还包括存储单元、通信单元、温度采集单元和开关量输出单元；所述存储单元的双向数据端与所述主控单元的串行存储接口连接，用于存储保护定值与配置参数；所述通信单元的逻辑侧与所述主控单元的通信接口连接，所述通信单元的总线侧用于连接外部监控设备，实现隔离式数据交互；所述温度采集单元的输出端与所述主控单元的模拟采集端连接，用于向主控单元反馈环境温度；所述开关量输出单元的输入端与所述主控单元的控制输出引脚连接，所述开关量输出单元的输出端用于连接断路器脱扣回路，以执行保护跳闸动作。

10、本发明还相应地提供了一种pcb板，所述pcb板上印刷有如上任一所述的电能监测电路。

11、本发明还相应地提供了一种电能监测装置，所述电能监测装置基于如上任一所述的电能监测电路实现电力运行数据的实时监测。

12、本发明还相应地提供了一种断路器，所述断路器的出线侧连接有如上所述的电能监测装置。

13、有益效果：

14、本发明提供了一种电能监测电路，通过设置电参量计量单元与保护电流采集单元两条独立的电流采样通路，分别实现电能计量与故障保护，解决了现有单通路采样方案的技术缺陷；具体的，两条电流采样通路的检测端分别独立接入被测三相主回路，输出端分别汇入主控单元，使计量数据与保护数据的采集、传输、处理全程物理分离；计量通路用于额定电流附近的高精度采样，确保电能计量的准确性；保护通路用于宽线性范围的故障电流采集，确保短路大电流下仍能准确反映故障幅值；此外，保护电流信号直接送入主控单元进行模数转换与逻辑运算，无需经过计量芯片中转，有效缩短了保护动作链路，显著提升速断保护的响应速度；同时，两条电流采样通路功能解耦，计量单元发生故障时保护采集单元仍可独立运行并执行保护逻辑，消除了单点失效隐患，提升了运行可靠性与供电安全性。

1.一种电能监测电路，其特征在于，包括主控单元、供电单元、电参量计量单元和保护电流采集单元；所述供电单元用于为所述主控单元、电参量计量单元和保护电流采集单元提供工作电源；

2.根据权利要求1所述的电能监测电路，其特征在于，所述电参量计量单元包括计量芯片部、计量电流检测部和电压检测部；

3.根据权利要求1所述的电能监测电路，其特征在于，所述保护电流采集单元包括保护用互感器部和保护电流检测部；

4.根据权利要求1所述的电能监测电路，其特征在于，主控单元包括主控芯片部、时钟部、程序运行部和状态指示部；

5.根据权利要求1所述的电能监测电路，其特征在于，所述主控单元根据保护电流采集单元反馈的三相保护级电流信号实时计算三相电流有效值；

6.根据权利要求1所述的电能监测电路，其特征在于，所述供电单元包括交流直流转换部与直流降压部；

7.根据权利要求1所述的电能监测电路，其特征在于，还包括存储单元、通信单元、温度采集单元和开关量输出单元；

8.一种pcb板，其特征在于，所述pcb板上印刷有如权利要求1-7任一项所述的电能监测电路。

9.一种电能监测装置，其特征在于，所述电能监测装置基于如权利要求1-7任一项所述的电能监测电路实现电力运行数据的实时监测。

10.一种断路器，其特征在于，所述断路器的出线侧连接有如权利要求9所述的电能监测装置。