CN101420116B - 一种智能化集成漏电保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种漏电保护装置，尤其涉及一种智能化的漏电保护装置。本发明所提供的漏电保护装置集成了对过载、短路、缺相、过压、欠压、漏电、电击、自动重合等功能为一体，可方便地控制多路漏电保护开关系统与显示低压交流电网的负载电压、负载电流、漏电流等参量，还可显示漏电保护装置的目前工作状态、漏电保护开关的历史工作状态等功能，并具有友好的人机界面，同时还可以辨别出漏电电流和电击电流，可以减少电气线路、设备漏电引起的漏电保护装置的非必要跳闸动作，又可提高漏电保护装置的安全性目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种漏电保护装置，尤其涉及一种智能化的漏电保护装置。
背景技术
在低压交流电网中广泛使用的剩余电流动作保护器又称为漏电保护器，其基本原理是低压交流电网线路穿过零序电流互感器，零序电流互感器二次侧输出感应到的低压交流电网线路的剩余电流，来反映低压交流电网和大地之间的漏电流情况，在低压交流电源相线与大地之间发生动物触电或电气线路、设备发生漏电情况时，零序电流互感器输出感应的剩余电流发生变化，在检测到剩余电流变化并且达到额定数值时，启动脱扣机构切除电源，以达到保护动物生命、避免发生电气事故的目的。
目前市场现有的漏电保护器，大多存在缺少智能化控制、功能不全、分体结构、接线复杂、缺少有效的人机对话界面等缺陷，而且不能区分漏电电流和电击电流，存在过多的非必要脱扣动作，对用电者造成很多不便。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供了一种功能齐全、安装简单、使用寿命长、实用性强、智能化集成的漏电保护装置，该装置集成了漏电继电器、交流接触器以及空气断路器三者的功能，采用微电脑芯片编程控制，完成对信号的采集、处理、分析并做出相应的控制动作，把过载、短路、缺相、过压、欠压、漏电、电击、自动重合等功能全部集成在一台电磁吸合式的开关内。
本发明的技术方案：一种智能化集成漏电保护装置，包括一个壳体，该壳体内设有印刷控制电路板、磁力开关、电源变压器、零序电流互感器和负载电流互感器，所述印刷控制电路板包含以下单元：
主控制器单元；
与磁力开关相连并接入主控制器单元的磁力开关控制单元，用于接收主控制器单元的控制信号以控制磁力开关的通断；
与电源变压器相连并接入主控制器单元的电源处理单元，用于为装置提供电源以及采集电压信号传入主控制器单元；
与零序电流互感器相连并接入主控制器单元的漏电流信号处理单元，用于采集零序电流互感器感应到的剩余电流并将采集信号传入主控制器单元；
与负载电流互感器相连并接入主控制器单元的负载电流信号处理单元，用于采集负载电流互感器感应的负载电流并将采集信号传入主控制器单元；
与电源变压器相连并接入主控制器单元的相位过零检测单元，用于采集电源变压器交流输出信号并将采集信号传入主控制器单元；
与主控制器单元相连的三相电压处理单元，用于采集三相电压并将采集信号传入主控制器单元；
与主控制器单元相连的键盘处理单元，用于人机交互功能；
与主控制器单元相连的显示单元，用于显示电压、电流的数值、单位及相位；
与主控制器单元相连的状态指示单元，用于指示当前漏电保护装置的运行状态以及线路的故障状态。
所述的电源处理单元经整流后分为两路，其中一路经滤波、各级稳压之后，作为装置的供电电源使用，另一路经过滤波、分压后，将所得的信号送入主控制器单元，用于判断负载电压的运行情况。
所述的漏电流信号处理单元分为两路，一路将接收到的信号放大、整流、滤波、再次放大之后送入主控制器单元，用于电击信号的判断；另一路将接收到的信号放大、隔直、再次放大之后送入主控制器单元，用于漏电信号的判断。
所述的负载电流信号处理单元将接收到的信号经过整流、滤波后分为两路，一路将信号通过反时限保护电路处理后送入主控制器单元，用于判断负载电流的过载及短路情况；另一路将信号经过再次滤波后送入主控制器单元，用于确定三相的负载电流运行状态和三相平衡情况。
所述的主控制器单元还接有预留信号传输接口，用于与外部设备进行数据输入输出和软件的升级。
所述的漏电流信号处理单元的一路将接收到的信号放大、整流、滤波、再次放大之后送入主控制器单元，主控制器单元执行以下电击信号判断步骤：
1)读取剩余电流波形；
2)逐个周波比较正弦交流电角频率相同时刻的剩余电流波形；
3)计算逐个周波的变化波形；
4)当逐个周波的变化波形满足一定预设的电击电流波形要求，且幅值在3个周波内逐个周波上升且达到最低额定设置值，并保持数值在2个周波以上，则判断变化的波形为动物电击时流过的电流波形，这部分增加的电流波形数值为电击电流，输出电击信号。
本发明所提供的漏电保护装置，满足了一种简便安装、使用可靠、功能齐全的高集成智能化漏电保护功能的要求。漏电保护装置集成了对过载、短路、缺相、过压、欠压、漏电、电击、自动重合等功能为一体，可方便地控制多路漏电保护开关系统与显示低压交流电网的负载电压、负载电流、漏电流等参量，还可显示漏电保护装置的目前工作状态、漏电保护开关的历史工作状态等功能，并具有友好的人机界面，同时还可以辨别出漏电电流和电击电流，可以减少电气线路、设备漏电引起的漏电保护装置的非必要跳闸动作，又可提高漏电保护装置的安全性目的。本发明以较低的代价，较大地提高漏电保护装置性能，既提高了供电质量与减少了供电管理者的无效劳动，也进一步提高了漏电保护装置的投运率。
附图说明
图1是本发明的电路原理框图；
图2是本发明的电路原理图；
图3是本发明的漏电流信号处理单元原理框图；
图4是本发明的负载电流信号处理单元原理框图；
图5是本发明的智能化集成漏电保护装置的信号显示图。
具体实施方式
如附图1、2、3、4所示，主控制器单元10的芯片IC1为带A/D功能的Mc68hc908gt16微处理器。三相低压交流电源接N、A、B、C端子，三相四线导线同方向穿过零序电流互感器1后到负载侧N′、A′、B′、C′端子，零序电流互感器1的二次侧接漏电流信号处理单元2的输入端，漏电流信号处理单元2负责将接收到的信号，分别送入独立运行的两个通道，其中一个通道为漏电电流处理电路14对该信号进行放大、整流、滤波后送入主控制器单元10，进行漏电信号的分析判断；另外一个通道为电击电流处理电路15对该信号进行放大、隔离直流分量、再次放大后送入主控制器单元10，由主控制器单元10对该信号进行实时读取，进行电击信号的分析判断。
因为从电工原理上来说，交流电源相线和大地之间发生动物电击也是一种漏电现象，和电器线路、设备漏电没有本质上的区别，但是允许流经动物特别是人体的安全电流值与允许电气线路、设备漏电的电流值相比要小的多，出于保护动物安全、减少非必要脱扣的目的，本发明采用将漏电电流信号和电击电流信号分为独立工作的两个通道运行，并通过主控制器将漏电电流和电击电流区分开，其中电击电流信号的判断方法如下：
1)读取剩余电流波形；
2)逐个周波比较正弦交流电角频率相同时刻的剩余电流波形；
3)计算逐个周波的变化波形；
4)当逐个周波的变化波形满足一定预设的电击电流波形要求，且幅值在3个周波内逐个周波上升且达到最低额定设置值，并保持数值在2个周波以上，则判断变化的波形为动物电击时流过的电流波形，这部分增加的电流波形数值为动物电击电流，输出动物电击信号。
根据奈奎斯特采样定理：要想采样后能够不失真地还原出原信号，则采样频率必须大于两倍信号谱的最高频率。对于50Hz的正弦交流电，只需要每秒钟采样大于100次即可数字化描述该电流，又因为采样的是三相交流电信号，为了描述出三相的每一相情况，所以对剩余电流的最低采样频率为每个周波6次。又因为三相交流电的每相相位差是120°，根据在正弦交流电流作用下基本呈电阻性的情况，在对每个周波只采样6次的时候下，为了采集每次每相剩余电流变化的最大值。所以6次的最佳采样时间是剩余电流相对正弦交流电的角频率30°、90°、150°、210°、2700°、330°时刻。
本发明分离方法是比较正弦交流电角频率相同时刻的剩余电流值，取出变化差值，构成新的电击电流波形，然后读取前三个周波的电击电流波形，对于符合预置的电击电流波形、达到一定的幅值变化并能保持相应的持续时间送出电击信号，如果在此期间正弦交流电电压没有大的波动，则送出跳闸信号。对于剩余电流相对每一相相应正弦交流电的角频率90°、270°时，剩余电流不变化或变化下降则该相电击不响应，对于剩余电流突然上升，没有连续变化过程也不响应，如果剩余电流变化，伴随着正弦交流电的电压波动则也不响应，所以有较强的抗干扰能力。对于非电击电流响应由漏电电流通道处理，这样对于电气线路、设备漏电时只有到达预设漏电电流档位时才送出跳闸信号。这样能明显减少非电击电流引起的非必要脱扣动作，从而提高低压交流电网的使用可靠性；又因为对电击电流动作值设定的较为灵敏，具有使用安全系数高的特点。
负载电流互感器3的二次侧接负载电流信号处理单元4的输入端，负载电流信号处理单元4负责将接收到的信号经过整流、滤波后，分别送入两个独立通道，其中一路为负载电流保护处理电路17将信号通过反时限保护电路处理后送入主控制器单元10，对负载电流的过流以及短路等情况进行识别；另外一路为负载电流显示处理电路16经过再次滤波后送入主控制器单元10，进行负载电流信号的识别，确定三相的负载电流运行状态和三相平衡情况。
相位过零检测单元12中，电源变压器7交流输出的信号经过电阻R35限流，通过三极管Q6送入主控制器单元10，利用二极管D15的钳位电压对电路起保护作用，主控制器单元10通过分析判断以及内部的定时控制，确定相位的实时变化情况，当检测到的电流由增大过程转为减小或者由减小过程转为增大，都表明三相电流相位过零点了，可以实时的检测相位的变化。
三相电压处理单元9中，A相电压经电阻R7、R8，电容C8降压、限流后，经光耦U3进行强弱电信号隔离，二极管D1用来保护光耦U3，再经电阻R9、R10降压、限流，电容C9滤波后，将A相电压信号送入主控制器单元10；B相电压经电阻R12、R13，电容C10降压、限流，经光耦U4进行强弱电信号隔离，二极管D13用来保护光耦U4，再经电阻R14、R16降压、限流，电容C11滤波后，将B相电压信号送入主控制器单元10；C相电压经电阻R17、R18，电容C12降压、限流，经光耦U5进行强弱电信号隔离，二极管D14用来保护光耦U5，再经电阻R19、R20降压、限流，电容C13滤波后，将C相电压信号送入主控制器单元10，主控制器单元10通过接收到的信号，进行分析判断，确定三相的缺相运行情况。
电源变压器7的交流电源输出连接电源处理单元8，信号在电源处理单元8中经二极管D1、D2整流后分为两路，其中一路经电容C1～C6滤波、稳压器U1、U2稳压之后，作为装置的供电电源使用，另一路经过电阻R5、R6分压，电容C7滤波以及稳压二极管D31稳压后，将所得的信号送入主控制器单元10，主控制器单元10通过分析判断，确定负载电压的运行情况。
当运行主控制器单元10通过分析接收到的各种信号，送出跳闸或合闸的命令给磁力开关控制单元6，磁力开关控制单元6输出的信号经过信号隔离控制磁力开关5。对于磁力开关5构成的脱扣机构由强电流吸合以及弱电流保持来控制，在装置上电时，用强电流去吸合磁力开关5，并保持一定吸合时间，在通过线路反馈信号判断如果磁力开关5已经吸和，则在强电流过零点时，切断强电流改用弱电流保持住磁力开关5的吸和状态；这样，如果磁力开关5没有吸和，则断开吸合电流，送出吸合失败信号，达到最终的运行和保护的目的。
显示单元11连接在主控制器单元10上，根据主控制器单元10输出的控制信号显示各种数值和单位。LED数码管用于显示各种数值；发光二极管L3用于显示电流单位mA，发光二极管L2用于显示电流单位A，发光二极管L1用于显示电压单位V。
状态指示单元26连接在主控制器单元10上，用于指示当前漏电保护装置的运行状态以及线路的故障状态。发光二极管L4～L6指示相位，发光二极管L7指示合闸状态，发光二极管L8指示漏电状态，发光二极管L9指示过流状态，发光二极管L10指示缺相状态，发光二极管L11指示电击状态，发光二极管L12指示报警状态。
通过显示单元和状态指示单元可以实时了解运行情况，出现故障时，可以实时显示出具体故障状态，使用户及时地采取对应措施解决故障。
本发明还提供多种参数可以人工设置选择，以满足不同用户的需求。如额定负载电流有50A/63A/80A/100A可供选择，额定漏电流有300mA/500mA/1000mA可供选择，在作为总保和分保时，漏电流的跳闸时间有300mS/500mS可选，在作为末级保护时，运行方式有三相/单相两种可以选择。用户可以通过操作键盘处理电路13关联的按键来自由的选择各种参数，在设置参数时，按住设置按键KB2保持5秒钟以上(通过数码管可以看到按住保持的时间)，确认系统进入设置操作模式后，用户才能通过设置按键S2，阅读按键S3，确认按键S4进行对其内部参数进行调整，这样可以避免不小心引起的参数误改动，本发明在实时显示漏电流的基础上，还可以随时查阅当时的负载电压和负载电流情况。
如图5为漏电保护装置面板显示的示意图，单元19显示相位，单元18显示各种数值，单元20显示电压电流的单位，单元21指示漏电保护装置的运行状态以及线路的故障状态，单元22、23、24、25是人机交互时用来设置各种状态和参数。
本发明还包括一个预留信号传输接口，通过转换接头，可以用于与外部设备进行数据输入输出，也方便软件的升级。如为了采用远程管理系统对装置进行有效控制，可增加短信提示功能，当装置发生跳闸保护时，装置能够发送信息给主管人员，通知故障原因和相应的故障数值以及相应的装置信息。使故障状态得到及时处理，而不影响其它线路使用。解决了装置单纯靠人管理以及管理困难的现状，提高了装置终端的管理水平和工作效率。
Claims (3)
1.一种智能化集成漏电保护装置，包括一个壳体，该壳体内设有印刷控制电路板、磁力开关(5)、电源变压器(7)、零序电流互感器(1)和负载电流互感器(3)，其特征在于，所述印刷控制电路板包含以下单元：
主控制器单元(10)；
与磁力开关(5)相连并接入主控制器单元(10)的磁力开关控制单元(6)，用于接收主控制器单元(10)的控制信号以控制磁力开关(5)的通断；
与电源变压器(7)相连并接入主控制器单元(10)的电源处理单元(8)，用于为装置提供电源以及采集电压信号传入主控制器单元(10)；
与零序电流互感器(1)相连并接入主控制器单元(10)的漏电流信号处理单元(2)，用于采集零序电流互感器(1)感应到的剩余电流并将采集信号传入主控制器单元(10)；
与负载电流互感器(3)相连并接入主控制器单元(10)的负载电流信号处理单元(4)，用于采集负载电流互感器(3)感应的负载电流并将采集信号传入主控制器单元(10)；
与电源变压器(7)相连并接入主控制器单元(10)的相位过零检测单元(12)，用于采集电源变压器(7)交流输出信号并将采集信号传入主控制器单元(10)；
与主控制器单元(10)相连的三相电压处理单元(9)，用于采集三相电压并将采集信号传入主控制器单元(10)；
与主控制器单元(10)相连的键盘处理单元(13)，用于人机交互功能；
与主控制器单元相连的显示单元(11)，用于显示电压、电流的数值、单位及相位；
与主控制器单元相连的状态指示单元(26)，用于指示当前漏电保护装置的运行状态以及线路的故障状态；
信号在所述的电源处理单元(8)中经整流后分为两路，其中一路经滤波、各级稳压之后，作为装置的供电电源使用，另一路经过滤波、分压后，将所得的信号送入主控制器单元，用于判断负载电压的运行情况；
所述的漏电流信号处理单元(2)分为两路，一路将接收到的信号放大、整流、滤波、再次放大之后送入主控制器单元(10)，用于电击信号的判断；另一路将接收到的信号放大、隔直、再次放大之后送入主控制器单元(10)，用于漏电信号的判断；
所述的负载电流信号处理单元(4)将接收到的信号经过整流、滤波后分为两路，一路将信号通过反时限保护电路处理后送入主控制器单元(10)，用于判断负载电流的过载及短路情况；另一路将信号经过再次滤波后送入主控制器单元(10)，用于确定三相的负载电流运行状态和三相平衡情况。
2.根据权利要求1所述的一种智能化集成漏电保护装置，其特征在于，所述的主控制器单元(10)还接有预留信号传输接口，用于与外部设备进行数据输入输出和软件的升级。
3.根据权利要求1所述的一种智能化集成漏电保护装置，其特征在于，所述的漏电流信号处理单元(2)的一路将接收到的信号放大、整流、滤波、再次放大之后送入主控制器单元(10)，主控制器单元(10)执行以下电击信号判断步骤：
1)读取剩余电流波形；
2)逐个周波比较正弦交流电角频率相同时刻的剩余电流波形；
3)计算逐个周波的变化波形；
4)当逐个周波的变化波形满足一定预设的电击电流波形要求，且幅值在3个周波内逐个周波上升且达到最低额定设置值，并保持数值在2个周波以上，则判断变化的波形为动物电击时流过的电流波形，这部分增加的电流波形数值为电击电流，输出电击信号。
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| CN101420116A (zh) | 2009-04-29 |
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Owner name: LIN'AN YI'AN ELECTRON TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: LIN'AN YIAN ELECTRONIC CO., LTD. Effective date: 20101210 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20101210 Address after: 311300 Zhejiang city of Ling'an Province Jincheng Street Lang Road No. 2 Patentee after: LIN'AN YIAN ELECTRIC POWER ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: 311300 Zhejiang city of Ling'an Province Jincheng Street Bao Jin Road No. 158 Patentee before: LIN AN YIAN ELECTRONIC Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
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Granted publication date: 20100825 |
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