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摘 要：从传统的剩余电流断路器的动作方式上来看基本上是以电子式、电磁式、机械式为主存在着精度差、故障率高，机械易变形等弱点，新型的剩余电流断路器采用智能化、多功能集成化，控制单元模块化的技术手段很好的处理了上述问题，具有可靠性，高寿命长的特点。
关键词：剩余电流断路器 控制单元 智能化
剩余电流动作型漏电保护断路器（简称剩余电流断路器）在我国生产和应用起步较晚，建国初期我国电力生产和科研部门主要是以仿制苏联的相关产品，自己并不掌握核心技术。从1976到1985的10年间，我国电力系统快速发展，剩余电流断路器在我国的东部沿海地区得到了全面的推广，形成大批应用的格局。也是在这一时期，我国制定了一系列关于剩余电流断路器生产、安装、运行和管理维护方面的技术标准和规程，规范了生产经营秩序并提供市场管理水平。至此，我国剩余电流断路器进入了一个平稳、高速的发展时期。经过80年代到90年代的不断完善和发展已形成一个品种完善、规格齐全，符合IEC国际标准的剩余电流保护器的产品系列。在低压电网的安全保护中，尤其是农网配电保护这一块，发挥了重要的作用。市场上现有的产品均为常规电子式剩余电流塑壳断路器加装电机驱动实现重合闸操作的方案。从动作方式来看，不是电子式的，就是电磁式的；从内部结构来看，多使用弹簧储能、电机带动、机械传动，整体机构颇为复杂。此方案的弊端在于电机驱动加棘轮传动结构，精度较差、故障率较高， 机械寿命较差，易造成机构卡涩不能操作。智能型剩余电流保护断路器作为经常连通和切断电路主回路保护电器，随着社会用电水平和工业的迅猛发展，不仅在增加数量上有要求，对产品的性能、质量和设计水平的要求也越来越高。
一、发展趋势
早期使用的是脉冲型剩余电流断路器，即当剩余电流的突然变化量达到整定值时切断电路，但其有明显的动作死区，且感性设备尤其是漏电设备退出工作时，易引起误动作。后来的鉴相鉴幅式剩余电流断路器既能鉴别幅值又能鉴别相角，能有效判定漏电情况，大大减小了动作死区，但容易受到强电磁干扰发生误动作。近年来，随着电子技术的发展和应用，以微控制器为核心的剩余电流断路器，因其优秀的剩余电流检测和抗干扰能力而普遍受到开关制造企业的青睐，成为当今剩余电流断路器发展的主流。智能型剩余电流断路器除具有传统断路器的各种保护和控制功能外，还能实时显示电路中的各种参数（电流、电压、功率、功率因素等），可自行选择和设置一系列参数，记录故障数据，集多种保护功能与一体。根据不完全统计，我国生产的剩余电流断路器绝大部分为电子式的，约占剩余电流保护器总产量的90%左右。电磁式剩余电流保护器因制造成本高、价格贵，使用量较少，目前仅占10%左右。欧洲剩余电流保护器的发展以家用剩余电流断路器为主，基本上都是电磁式剩余电流断路器。但由于各国的供电情况不同，并且科学技术水平和经济发展水平也各不相同，因此对于剩余电流断路器的制造设计标准和使用标准也是五花八门。部分国家采用的是在塑壳断路器上加装漏电保护模块，如ABB公司的S系列塑壳断路器。部分国家把漏电保护模块直接应用于电器设备当中，而不是在电网中安装相应的剩余电流断路器。随着科技水平的进步和电力电子行业的不断发展，剩余电流断路器将向着智能化、多功能集成化的方向发展。产品不仅能有效识别故障类型，同时具有过欠压保护、重合闸等多种功能。
二、实现手段
1.控制单元模块化技术。为保证系统可靠性，提高系统通用性和可移植性，采用模块化的设计方案，将系统控制器弱电部分与主驱动等强电功能模块分开设计，两者之间通过排线进行电源及信号连接。控制系统由多个模块组成，主要包括：DSP处理器模块、电源模块、看门狗模块、外扩存储器模块、通信模块、模数采样模块、远程分合闸模块、状态开出电容充电模块、电压电流互感器模块、电容电压采样模块、驱动等模块。各模块之间通过排线进行供电电源、驱动信号、采样信号等量的互通。
2.远程通讯技术。控制系统需要与现场及远方工作人员进行数据和指令通信，使操作人员能了解断路器运行状态，同时数据中心也可以对以往采集到的数据进行分析，预测可能出现的故障等。因此，智能控制系统必须具有联网通信功能。DSP自带两路SCI通信模块，采用半双工RS485串行通信模块以适用于多种场合。RS-485通信模块电路模块由如下部分组成，处理芯片采用SN65LBC184D差分数据收发器，内置高能量瞬变噪声保护装置，可以很好地降低数据同步传输电缆上瞬变噪声对通信的干扰。同时，该芯片最高可以250kbps速率传送数据，且在总线上最多可同时连接128个终端。SCITXDA为串口A发送端，MXDA为收发控制端，芯片A、B引脚为RS485通信数据接口。芯片SN65LBC184D的DE端为高电平时驱动器处于使能状态，可发送数据。DE端为低电平时驱动器起接收器作用。采用接受中断查询的方式实行通信，所以无数据发送情况下，接收器默认处于接收狀态。
3.电压源供电和电流源供电配合使用。电源设计直接关系到系统是否能正常工作，并且直接影响着系统中A/D转换精度，是本项目设计的重要部分。常见的取电方式为电压源供电，即直接在产品的进线端取电，将输入的电压经变压器和整流桥转换为系统适合的电源。这种方式可靠性较好，但是当发生近端短路故障或者电网电压跌落严重时，这种方式的供电不能有效满足系统的可靠工作。而电流源供电，即电流互感器电源，能有效地解决这种问题，保证在短路的情况下，系统能有效运行。在采用电压源供电的基础上，同时采用这两种供电方式配合使用，形成冗余供电系统。由电压变换器提供全机所需的各个工作电源。电压变换器的输入由两部分组成：一是速饱和电流互感器供电，在预先设定的电流范围内，供给控制器稳定的工作电压；二是进线端供电，在线路电流不足以提供控制器工作电压时供给控制器电源。在断路器故障分断后，亦可实现各种故障状态指示、报警触点输出等辅助功能，从而保证控制器正常工作。电压变换器自动切换上述两种电源，自动释放速饱和电流互感器提供的多余能量。
三、前景及意义
预计在2015-2020这段时间内，我国断路器市场将在国内电网建设及改造的直接影响之下，步入一个较高速的发展期，产业规模还将持续增大。剩余电流断路器作为低压电网建设当中必不可少的电力设备之一，其行业发展可以说直接受到国内外相关电网的建设规模的影响。随着中国经济持续健康高速发展，电力需求持续快速增长。高度集成化，能使同时实现故障识别、过欠压保护、重合闸、剩余电流保护、远程通讯控制等多种功能。不仅能够取代剩余电流保护器、低压塑壳断路器等低压电气保护设备，而且能够满足未来智能电网建设的需求，同时本身也具有足够稳定的性能和足够长久的寿命，避免了设备频繁更换带来的资源消耗，市场前景广阔。
参考文献：
[1]胡景泰，曾萍，周勇等.多功能集成化电器-控制与保护开关电器（CPS）的 发展与应用[J].低压电器，1997（6）：3-9.
[2]胡景泰，易声球.新型电器“控制与保护开关电器（CPS）”的国际标准IEC947-6-2[S].低压电器，1996，2：42-45.
[3]胡景泰，曾萍，朱文灏。可通信智能化控制与保护开关电器的发展与应用[J].低压电器，2004，8：37-41.
[4]胡瑞华.谈控制与保护开关（CPS）及在防爆电器中的应用[J] .电气防爆，2006，3：35-37.
作者简介：戴成弟，本科学历，工程师职称；张民涛，本科学历，工程师职称。
关键词：剩余电流断路器 控制单元 智能化
剩余电流动作型漏电保护断路器（简称剩余电流断路器）在我国生产和应用起步较晚，建国初期我国电力生产和科研部门主要是以仿制苏联的相关产品，自己并不掌握核心技术。从1976到1985的10年间，我国电力系统快速发展，剩余电流断路器在我国的东部沿海地区得到了全面的推广，形成大批应用的格局。也是在这一时期，我国制定了一系列关于剩余电流断路器生产、安装、运行和管理维护方面的技术标准和规程，规范了生产经营秩序并提供市场管理水平。至此，我国剩余电流断路器进入了一个平稳、高速的发展时期。经过80年代到90年代的不断完善和发展已形成一个品种完善、规格齐全，符合IEC国际标准的剩余电流保护器的产品系列。在低压电网的安全保护中，尤其是农网配电保护这一块，发挥了重要的作用。市场上现有的产品均为常规电子式剩余电流塑壳断路器加装电机驱动实现重合闸操作的方案。从动作方式来看，不是电子式的，就是电磁式的；从内部结构来看，多使用弹簧储能、电机带动、机械传动，整体机构颇为复杂。此方案的弊端在于电机驱动加棘轮传动结构，精度较差、故障率较高， 机械寿命较差，易造成机构卡涩不能操作。智能型剩余电流保护断路器作为经常连通和切断电路主回路保护电器，随着社会用电水平和工业的迅猛发展，不仅在增加数量上有要求，对产品的性能、质量和设计水平的要求也越来越高。
一、发展趋势
早期使用的是脉冲型剩余电流断路器，即当剩余电流的突然变化量达到整定值时切断电路，但其有明显的动作死区，且感性设备尤其是漏电设备退出工作时，易引起误动作。后来的鉴相鉴幅式剩余电流断路器既能鉴别幅值又能鉴别相角，能有效判定漏电情况，大大减小了动作死区，但容易受到强电磁干扰发生误动作。近年来，随着电子技术的发展和应用，以微控制器为核心的剩余电流断路器，因其优秀的剩余电流检测和抗干扰能力而普遍受到开关制造企业的青睐，成为当今剩余电流断路器发展的主流。智能型剩余电流断路器除具有传统断路器的各种保护和控制功能外，还能实时显示电路中的各种参数（电流、电压、功率、功率因素等），可自行选择和设置一系列参数，记录故障数据，集多种保护功能与一体。根据不完全统计，我国生产的剩余电流断路器绝大部分为电子式的，约占剩余电流保护器总产量的90%左右。电磁式剩余电流保护器因制造成本高、价格贵，使用量较少，目前仅占10%左右。欧洲剩余电流保护器的发展以家用剩余电流断路器为主，基本上都是电磁式剩余电流断路器。但由于各国的供电情况不同，并且科学技术水平和经济发展水平也各不相同，因此对于剩余电流断路器的制造设计标准和使用标准也是五花八门。部分国家采用的是在塑壳断路器上加装漏电保护模块，如ABB公司的S系列塑壳断路器。部分国家把漏电保护模块直接应用于电器设备当中，而不是在电网中安装相应的剩余电流断路器。随着科技水平的进步和电力电子行业的不断发展，剩余电流断路器将向着智能化、多功能集成化的方向发展。产品不仅能有效识别故障类型，同时具有过欠压保护、重合闸等多种功能。
二、实现手段
1.控制单元模块化技术。为保证系统可靠性，提高系统通用性和可移植性，采用模块化的设计方案，将系统控制器弱电部分与主驱动等强电功能模块分开设计，两者之间通过排线进行电源及信号连接。控制系统由多个模块组成，主要包括：DSP处理器模块、电源模块、看门狗模块、外扩存储器模块、通信模块、模数采样模块、远程分合闸模块、状态开出电容充电模块、电压电流互感器模块、电容电压采样模块、驱动等模块。各模块之间通过排线进行供电电源、驱动信号、采样信号等量的互通。
2.远程通讯技术。控制系统需要与现场及远方工作人员进行数据和指令通信，使操作人员能了解断路器运行状态，同时数据中心也可以对以往采集到的数据进行分析，预测可能出现的故障等。因此，智能控制系统必须具有联网通信功能。DSP自带两路SCI通信模块，采用半双工RS485串行通信模块以适用于多种场合。RS-485通信模块电路模块由如下部分组成，处理芯片采用SN65LBC184D差分数据收发器，内置高能量瞬变噪声保护装置，可以很好地降低数据同步传输电缆上瞬变噪声对通信的干扰。同时，该芯片最高可以250kbps速率传送数据，且在总线上最多可同时连接128个终端。SCITXDA为串口A发送端，MXDA为收发控制端，芯片A、B引脚为RS485通信数据接口。芯片SN65LBC184D的DE端为高电平时驱动器处于使能状态，可发送数据。DE端为低电平时驱动器起接收器作用。采用接受中断查询的方式实行通信，所以无数据发送情况下，接收器默认处于接收狀态。
3.电压源供电和电流源供电配合使用。电源设计直接关系到系统是否能正常工作，并且直接影响着系统中A/D转换精度，是本项目设计的重要部分。常见的取电方式为电压源供电，即直接在产品的进线端取电，将输入的电压经变压器和整流桥转换为系统适合的电源。这种方式可靠性较好，但是当发生近端短路故障或者电网电压跌落严重时，这种方式的供电不能有效满足系统的可靠工作。而电流源供电，即电流互感器电源，能有效地解决这种问题，保证在短路的情况下，系统能有效运行。在采用电压源供电的基础上，同时采用这两种供电方式配合使用，形成冗余供电系统。由电压变换器提供全机所需的各个工作电源。电压变换器的输入由两部分组成：一是速饱和电流互感器供电，在预先设定的电流范围内，供给控制器稳定的工作电压；二是进线端供电，在线路电流不足以提供控制器工作电压时供给控制器电源。在断路器故障分断后，亦可实现各种故障状态指示、报警触点输出等辅助功能，从而保证控制器正常工作。电压变换器自动切换上述两种电源，自动释放速饱和电流互感器提供的多余能量。
三、前景及意义
预计在2015-2020这段时间内，我国断路器市场将在国内电网建设及改造的直接影响之下，步入一个较高速的发展期，产业规模还将持续增大。剩余电流断路器作为低压电网建设当中必不可少的电力设备之一，其行业发展可以说直接受到国内外相关电网的建设规模的影响。随着中国经济持续健康高速发展，电力需求持续快速增长。高度集成化，能使同时实现故障识别、过欠压保护、重合闸、剩余电流保护、远程通讯控制等多种功能。不仅能够取代剩余电流保护器、低压塑壳断路器等低压电气保护设备，而且能够满足未来智能电网建设的需求，同时本身也具有足够稳定的性能和足够长久的寿命，避免了设备频繁更换带来的资源消耗，市场前景广阔。
参考文献：
[1]胡景泰，曾萍，周勇等.多功能集成化电器-控制与保护开关电器（CPS）的 发展与应用[J].低压电器，1997（6）：3-9.
[2]胡景泰，易声球.新型电器“控制与保护开关电器（CPS）”的国际标准IEC947-6-2[S].低压电器，1996，2：42-45.
[3]胡景泰，曾萍，朱文灏。可通信智能化控制与保护开关电器的发展与应用[J].低压电器，2004，8：37-41.
[4]胡瑞华.谈控制与保护开关（CPS）及在防爆电器中的应用[J] .电气防爆，2006，3：35-37.
作者简介：戴成弟，本科学历，工程师职称；张民涛，本科学历，工程师职称。