1000A智能型万能式断路器设计 最大运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大的方式。（Zs.min）
最小运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最小的方式。（Zs.max）
3.过电流保护：
当线路发生相间短路、相间短路接地故障且速断保护装置拒动或当线路电流大于最大负荷电流时，保证断路器动作的保护装置叫做过电流保护，属于电力设备后备保护，其整定值按躲过线路的最大负荷电流来设置。过电流保护又分为定时限电流保护（当限流中的电流大于整定值时，按规定时限动作的电流保护装置）和反时限电流保护（当电路中的电流大于整定值时，动作时间与电流幅值成反比例关系的电流保护装置）。
瞬时电流速断保护（电流Ⅰ段）、限时电流速断保护（电流Ⅱ段）和过电流保护（电流Ⅲ段）都是反应电流增大而动作的保护，它们相互配合构成一整套保护，称做三段式电流保护。电流速断保护动作快，但存在着保护盲区，而过电流保护虽然可以保护线路全长，但存在着跳闸时间长的问题，而加入限时电流速断保护则可以弥补以上存在的不足。
2.4.2.1 过载保护、漏电保护
过载保护：负荷过大，超过了设备本身的额定负载，产生的现象是电流过大，用电设备发热，线路长期过载会降低线路绝缘水平，甚至烧毁设备或线路。此时电流超过了电路所设定的限定额定电流，通过断路器的断开保护电路安全。
漏电保护：当主回路中发生漏电或绝缘破坏时，漏电保护开关可根据判断结果将主电路接通或断开的开关元件。
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1000A智能型万能式断路器设计
第3章 硬件电路设计
通过检测供电线路中的电流（电压）并将其转换为数字电路和单片机可处理的电平信号，信号经选相、采样、比较等处理后送入微处理器，微处理器内带的A/D转换单元将模拟信号转换为数字信号，供CPU进行逻辑运算与处理。各种故障保护的动作电流和时间的整定值通过键盘设定并存于串行中央处理单元中（掉电不丢失），CPU将检测到的电流信号与整定值比较，判断是否脱扣，若脱扣则确定动作时间并发出控制信号及报警信号，显示故障电流和故障类型；否则脱扣器刷新显示。其原理框图如下：
操动机构
3.1 单片机的选择
图3-1 智能脱扣器原理框图
3.1.1 主控单元的确定
MCS-51单片机的管脚功能采用HMOS制造工艺的MCS-51单片机都采用40管脚双列直插式封装；而采用CHMOS制造工艺的80C51,除采用40脚双列式直插式封装外，还有用方形的封装方式。如图3-3所示为双列直插式封装单片机管脚图[6]。 各管脚功能说明如下：
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1000A智能型万能式断路器设计 1．电源管脚
VCC(40脚):接＋5V；VSS（20脚）：接地。 2．时钟信号脚
XTAL1(19脚),XTAL2(18脚):外部时钟信号脚。
图3-2 MCS-51单片机的管脚
3.控制线
1）RST/Vpd(9脚):当作RST使用时，为复位输入端；当作为Vpd使用时，当VCC掉电下，可作备用电源。
2）EA/Vpp（31脚）：EA为访问内部或外部程序储存器的选择号。对片内RPROM编程时，Vpp接入21V编程电压。
3）ALE/PROG（30脚）：当访问外部储存器时，ALE信号的负跳变将P0口上的低8位送入地址锁存器，不访问外部储存器时，ALE端仍以固定的振荡频率的1/6速率输出正脉冲信号。当对片内EPROM编程时，该管脚PROG用于输入编程脉冲。
4）PSEN（29脚）：外部程序存储器读选通信号。 4.输入/输出口线
1）P0口（32～39脚）：双向I/O口，既可接地址锁存器作低8位地址I/O口使用也可以作数据I/O口使用。能驱动8个LSTTL负载。
2)P1口（1～8脚）：具有内部上位电阻的8位准双向I/O口，可驱动4个LSTTL负载。
3）P2口（21～28脚）：8位具有内部上位电阻的准双向I/O口，在接收外部存储器时，P2口作为地址高8位。能驱动4个LSTTL负载。
4）P3口（10～17脚）：8位具有内部上位电阻的准双向I/O口，其每一位又有如下特殊功能：
P30（RXD）：串行口输入端。
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1000A智能型万能式断路器设计 P31（TXD）：串行口输出端。
P32（INT0）:外部中断0输入端，低电平有效。 P33（INT1）:外部中断1输入端，低电平有效。 P34（T0）：定时/计数器0外部事件计数输入端。 P35（T1)：定时/计数器1外部事件计数输入端。 P36（WR):外部数据存储器写选通信号，低电平有效。
3.2智能脱扣器电源
P37（RD):外部数据存储器读选通信号，低电平有效。
该电源采用变压器供电，变压器原边电压取进线侧的任意两相间的线电压。变压器的副边电压经过整流桥整流、电容滤波和稳压芯片线性稳压，产生脱扣器的工作电源。主电源如图3.2所示，由于线性稳压电路和隔离电路输出电压的精度比较高，纹波比较小，所以该电路的输出电压可以作为5V基准电压。
3.3 智能脱扣器电路
图3-3 智能脱扣器电源结构框图
智能化脱扣器脱扣电路的结构如图3-4所示,在微处理器脱扣控制电路的基础上,加入了模拟脱扣电路,作为后备保护。模拟脱扣电路用于系统上电初期的短路电流保护和系统运行期间特大短路电流的保护。
微处理器在上电初期要进行上电初始化,无法实现保护。模拟脱扣电路采用硬件比较器电路可以快速判断出断路器接通时出现短路的情况,并做出相应的动作进行保护。在微处理器运行期间,模拟脱扣电路实现特大短路电流的判断,如果出现特大短路电流,微处理器没有来得及反应,则模拟脱扣电路可作出相应的判断和动作。因此数字脱扣和模拟脱扣相结合,两者互补,增加了脱扣器的可靠性。模拟脱扣电路采用比较器鉴幅电路来实现,每一相使用两个比较器来完成。电流 信号Ia、Ib、Ic的幅值同参考电平VRE+和VRE-进 行比较。比较器采用LM393,其输出是集电极开路
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1000A智能型万能式断路器设计 的,因此图中所有电压比较器输出并联起来,通过一个上拉电阻接VCC实现线与功能。
图3-4智能脱扣器电路图
在正常情况下,微处理器没有发出脱扣信号且电流信号的幅值在基准电压范围内,则比较器的并联输出UTRIP被上拉电阻拉高,否则只要任一电压比较器输出为低,则UTRIP被拉低。UTRIP信号接脉宽检测电路,进行抗干扰处理,如果UTRIP的低脉冲维持一定的宽度,则单稳态触发器被触发,UOUT输出一定宽度的脉冲通过驱动电路使磁通变换器打开,从而分断断路器。
采用上述比较器鉴幅电路,在实际系统运行中由于干扰的存在,比较器的输出会出现一些不必要的窄脉冲,如果直接接单稳态触发电路,会产生误动作。为了消除干扰,在比较器的输出端加了脉宽检测电路,该电路由一个555器件组成,输出接由另一个555器件构成的单稳态触发电路。
脉宽检测电路的工作原理如下:UTRIP、UTH、UQ、UOUT表示图中各个结点。UTRIP来自电压比较器并联的输出端。在正常情况下,比较器输出高阻,此时图中NPN三极管导通,UTH被三极管嵌位在其饱和电压脉宽检测电路及工作波形 0.3V以下,UQ输出高电平。当电流越限或单片机发出脱扣指令,比较器输出将把UTRIP拉低,则NPN三极管截止,此时接UTH的电容通过电阻R5、R6开始充电,UTH电压升高。如果UTRIP低脉冲保持一定的宽度,UTH随着电容充电上升并达到2/3VCC,则UQ输出低电平,触发其后由个555器件构成的单稳态电路,UOUT输出一个一定宽度的脉冲。由电路的工作波形可知,由于电容充电需要一定的时间,因此该脉宽检测电路只有在UTRIP输
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