CN103399208A - 一种电源火线与地线之间阻抗的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电源火线与地线之间阻抗的测量装置及方法，其中，方法包括：获得火线到零线的阻抗R_LN，获得零线到地线的阻抗R_NE，获得零线阻抗R_N；利用公式获得火线到地线的阻抗：R_LE=R_LN+R_NE-2R_N。这样通过测量获得R_LN、R_NE和R_N便可以获得R_LE。由于民用工频电源的三个端口：火线端、零线端和地线端，在其线路中装有RCD保护器，不能直接对这三个端口进行大电流测量；因此，通过不同的手段间接对这三个端口进行测量，分别获得R_LN、R_NE和R_N的阻抗值，并通过计算求出回路阻抗R_LE的值；本发明通过转变测量方式来获得火线和地线之间的回路阻抗，这样的实现方式简单可靠；并能保证所有的RCD的保护器不能起保护(不能跳脱)。

Description

一种电源火线与地线之间阻抗的测量装置及方法

技术领域

本发明涉及电气设备的参数测量技术领域，尤其涉及一种电源火线与地线之间阻抗的测量装置及方法。

背景技术

参见图1，该图为现有技术中的工频民用电源系统示意图。

变压器200将高压电源系统100提供的高压电转变为工频民用电源。

为了保证民用电源的安全，在工频电源民用端口400和工频民用电源之间使用了RCD漏电保护器300。

RCD漏电保护器300的作用一是过流保护，当火线到零线的电流大于保护值时会起保护作用；二是漏电保护，当漏电大于一般30mA时会起保护作用，也就是说火线到零线的剩于电流大于30mA时起保护作用。

但是，RCD漏电保护器300仅是对火线L和零线N之间的漏电流实施的保护。

因此，现有技术中并没有既能防止RCD漏电保护器跳脱，又能准确测量出火线L和地线E之间阻抗的方法。

发明内容

本发明提供一种电源火线与地线之间阻抗的测量装置及方法，能够准确获得火线与地线之间的阻抗。

一种电源火线与地线之间阻抗的测量方法，包括：

获得火线到零线的阻抗R_LN，获得零线到地线的阻抗R_NE，获得零线阻抗R_N；

利用公式获得火线到地线的阻抗：R_LE=R_LN+R_NE-2R_N。

优选的，所述获得火线到零线的阻抗R_LN，具体为：

在工频电源民用端口的火线端和零线端连接负载电阻R_O，检测火线端和零线端的第一电压U_A；

在工频电源民用端口的火线端和零线端不连接负载电阻R_O，检测火线端和零线端的第二电压U_B；

由戴维南定理获得火线到零线的阻抗

优选的，所述获得零线阻抗R_N，具体为：

在工频电源民用端口的火线端和零线端连接负载电阻R_O，检测火线端和零线端的第一电压U_A；

检测零线与地线节点到零线端的电压V₂；

利用基尔霍夫电流定律可以获得：R_N=V₂/(U_A/R_O)。

优选的，所述获得零线到地线的阻抗R_NE，具体为：

零线端和地线端未施加给定电流I前，检测零线端和地线端的第三电压V₃；

零线端和地线端施加给定电流I后，检测零线端和地线端的第四电压V₄；

所述零线到地线的阻抗R_NE为：

一种电源火线与地线之间阻抗的测量装置，包括：阻抗检测电路；

所述阻抗检测电路，用于获得火线到零线的阻抗R_LN，获得零线到地线的阻抗R_NE，获得零线阻抗R_N；利用公式获得火线到地线的阻抗：

R_LE=R_LN+R_NE-2R_N。

优选的，所述阻抗检测电路包括：负载电阻R_O、第一电压检测模块、第二电压检测模块和控制器；

所述第一电压检测模块，在工频电源民用端口的火线端和零线端连接负载电阻R_O，用于检测火线端和零线端的第一电压U_A；

所述第二电压检测模块，在工频电源民用端口的火线端和零线端不连接负载电阻R_O，用于检测火线端和零线端的第二电压U_B；

所述控制器，用于由戴维南定理获得火线到零线的阻抗

优选的，所述阻抗检测电路还包括：电压检测模块；

所述电压检测模块，用于检测零线与地线节点到零线端的电压V₂；

所述控制器，用于利用基尔霍夫电流定律可以获得：R_N=V₂/(U_A/R_O)。

优选的，所述阻抗检测电路还包括：定电流给定模块、第三电压检测模块和第四电压检测模块；

所述定电流给定模块，用于在零线端和地线端施加给定电流I；

所述第三电压检测模块，用于在零线端和地线端未施加给定电流I前，检测零线端和地线端的第三电压V₃；

所述第四电压检测模块，用于在零线端和地线端施加给定电流I后，检测零线端和地线端的第四电压V₄；

所述控制器，用于由所述给定电流I，第三电压V₃和第四电压V₄计算零线到地线的阻抗

优选的，所述给定电流I的值小于RCD漏电保护器动作的触发值。

优选的，所述阻抗检测电路还包括：低频发生器；

所述低频发生器与所述定电流给定模块相连接；

所述低频发生器，用于使所述给定电流I的频率低于1Hz。

优选的，所述阻抗检测电路还包括：AD转换器和低通滤波器；

所述第三电压检测模块和第四电压检测模块均与所述低通滤波器相连接；

所述低通滤波器，用于将所述第三电压和第四电压进行滤波以后发给所述AD转换器；

所述AD转换器，用于将所述第三电压和第四电压转换为数字信号以后发送给所述控制器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

这样通过分别测量获得R_LN、R_NE和R_N，便可以求出R_LE。由于民用工频电源的三个端口：火线端、零线端和地线端，在其线路中装有RCD保护器，不能直接对这三个端口进行大电流测量；因此，本发明提供的方案通过不同的手段间接对这三个端口进行测量，分别获得R_LN、R_NE和R_N的阻抗值，并通过计算求出回路阻抗R_LE的值；本发明通过转变测量方式来获得火线和地线之间的回路阻抗，这样的实现方式简单可靠；并能保证所有的RCD的保护器不能起保护(不能跳脱)。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的单相全桥输出的并网逆变电路图；

图2为本发明提供的电源火线与地线之间阻抗的测量方法实施例一流程图；

图3是本发明提供的阻抗检测装置示意图；

图4为本发明提供的电源火线与地线之间阻抗的测量装置实施例二示意图；

图5为本发明提供的电源火线与地线之间阻抗的测量装置实施例三示意图；

图6为本发明提供的电源火线与地线之间阻抗的测量装置实施例四示意图；

图7是本发明提供的电源火线与地线之间阻抗的测量装置实施例五示意图；

图8是本发明提供的电源火线与地线之间阻抗的测量装置实施例六示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图2，该图为本发明提供的电源火线与地线之间阻抗的测量方法实施例一流程图。

本实施例提供的电源火线与地线之间阻抗的测量方法，包括：

S201：获得火线到零线的阻抗R_LN，获得零线到地线的阻抗R_NE，获得零线阻抗R_N；

S202：利用公式（1）获得火线到地线的阻抗：R_LE=R_LN+R_NE-2R_N  （1）

从图1中可以看出，火线L到地线E的阻抗R_LE=R_L+R_E  （2）

由于R_LE=R_L+R_E=R_LN+R_NE-2R_N  （3）

因此，可以根据R_LE=R_LN+R_NE-2R_N来获得R_LE。

这样通过分别测量获得R_LN、R_NE和R_N，便可以求出R_LE。由于民用工频电源的三个端口：火线端、零线端和地线端，在其线路中装有RCD保护器，不能直接对这三个端口进行大电流测量；因此，本发明提供的方案通过不同的手段间接对这三个端口进行测量，分别获得R_LN、R_NE和R_N的阻抗值，并通过计算求出回路阻抗R_LE的值；本发明通过转变测量方式来获得火线和地线之间的回路阻抗，这样的实现方式简单可靠；并能保证所有的RCD的保护器不能起保护(不能跳脱)。

下面结合附图3具体来详细说明以上三个阻抗的获得过程。

参见图3，该图为本发明提供的阻抗检测装置示意图。

首先，介绍获得R_LN的过程。

本发明实施例中基于戴维南定理来获得R_LN。

首先，在工频电源民用端口的火线端和零线端连接负载电阻R_O，检测火线端和零线端的第一电压U_A；

在工频电源民用端口的火线端和零线端不连接负载电阻R_O，检测火线端和零线端的第二电压U_B；

由戴维南定理获得火线到零线的阻抗

如图3所示，火线L、零线N和地线E的端口在工频电源民用端口400中都可以检测到。

可以在火线L和零线N的端口之间挂接R_O，检测挂接R_O前后火线端和零线端的电压，根据戴维南定理便可以获得R_LN。

下面继续结合图3来介绍如何获得R_N。

在工频电源民用端口的火线端和零线端连接负载电阻R_O，检测火线端和零线端的第一电压U_A；

检测零线与地线节点到零线端的电压V₂；

利用基尔霍夫电流定律可以获得：R_N=V₂/(U_A/R_O)。

获得R_N时，利用的原理是回路中的电流相同，即R_O上流过的电流和R_N上流过的电流相同。

下面详细介绍如何获得R_NE。

本发明实施例中获得R_NE的原理是在零线端和地线端之间施加定电流，然后测量零线端和地线端之间的电压，这样利用测量的电压和已知的定电流，可以获得零线端和地线端的阻抗。

所述获得零线到地线的阻抗R_NE，具体为：

零线端和地线端未施加给定电流I前，检测零线端和地线端的第三电压V₃；

零线端和地线端施加给定电流I后，检测零线端和地线端的第四电压V₄；

所述零线到地线的阻抗R_NE为：

需要说明的是，本发明在施加给定电流之前，先测量零线端和地线端的第三电压V₃，最后利用V₄和V₃的差再除以给定电流，是为了消除干扰信号，这样获得的R_NE更为准确。

需要说明的是，给定电流I的频率低于1Hz，一方面的目的是为了避免给定电流受到工频干扰和杂波干扰，另一方面是为了便于后续对测量的电压信号（V₄和V₃）的处理。

可以理解的是，给定电流I的大小不足以触发RCD漏电保护器动作，即所述给定电流I的值小于RCD漏电保护器动作的触发值。

优选地，本发明实施例中，以给定电流I的大小为14.5mA为例。

综上所述， $R_{\mathrm{LE}}=\frac{U_B-U_A}{U_A}*R_O+V_2/(U_A/R_O)-2\left(\frac{V_4-V_3}{I}\right).$

基于以上实施例提供的一种电源火线与地线之间阻抗的测量方法，本发明实施例还提供了一种电源火线与地线之间阻抗的测量装置，下面结合附图进行详细介绍。

本发明实施例提供的电源火线与地线之间阻抗的测量装置，包括：阻抗检测电路；

所述阻抗检测电路，用于获得火线到零线的阻抗R_LN，获得零线到地线的阻抗R_NE，获得零线阻抗R_N；利用公式获得火线到地线的阻抗：R_LE=R_LN+R_NE-2R_N。

本发明实施例提供的电源火线与地线之间阻抗的测量装置，只要通过测量R_LN、R_NE和R_N便可以获得R_LE。由于民用工频电源的三个端口：火线端、零线端和地线端，在其线路中装有RCD保护器，不能直接对这三个端口进行大电流测量；因此，本发明提供的方案通过不同的手段间接对这三个端口进行测量，分别获得R_LN、R_NE和R_N的阻抗值，并通过计算求出回路阻抗R_LE的值；本发明通过转变测量方式来获得火线和地线之间的回路阻抗，这样的实现方式简单可靠；并能保证所有的RCD的保护器不能起保护(不能跳脱)。

下面结合附图详细说明如何获得R_LN、R_NE和R_N。

参见图4，该图为本发明提供的电源火线与地线之间阻抗的测量装置实施例二示意图。

本实施例中介绍如何获得R_LN。

本实施例中提供的所述阻抗检测电路包括：负载电阻R_O、第一电压检测模块401、第二电压检测模块402和控制器403；

所述第一电压检测模块401，在工频电源民用端口的火线端和零线端连接负载电阻R_O，用于检测火线端和零线端的第一电压U_A；

所述第二电压检测模块402，在工频电源民用端口的火线端和零线端不连接负载电阻R_O，用于检测火线端和零线端的第二电压U_B；

所述控制器403，用于由戴维南定理获得火线到零线的阻抗 $R_{\mathrm{LN}}=\frac{U_B-U_A}{U_A}*R_O.$

如图3所示，火线L、零线N和地线E的端口在工频电源民用端口400中都可以检测到。

可以在火线L和零线N的端口之间挂接R_O，检测挂接R_O前后火线端和零线端的电压，根据戴维南定理便可以获得R_LN。

参见图5，该图为本发明提供的电源火线与地线之间阻抗的测量装置实施例三示意图。

本实施例提供的测量装置中，所述阻抗检测电路还包括：电压检测模块404；

所述电压检测模块404，用于检测零线与地线节点到零线端的电压V₂；

所述控制器403，用于利用基尔霍夫电流定律可以获得：R_N=V₂/(U_A/R_O)。

获得R_N时，利用的原理是回路中的电流相同，即R_O上流过的电流和R_N上流过的电流相同。

参见图6，该图为本发明提供的电源火线与地线之间阻抗的测量装置实施例四示意图。

本实施例提供的测量装置，其特征在于，所述阻抗检测电路还包括：定电流给定模块405、第三电压检测模块406和第四电压检测模块407；

所述定电流给定模块405，用于在零线端和地线端施加给定电流I；

所述第三电压检测模块406，用于在零线端和地线端未施加给定电流I前，检测零线端和地线端的第三电压V₃；

所述第四电压检测模块407，用于在零线端和地线端施加给定电流I后，检测零线端和地线端的第四电压V₄；

所述控制器403，用于由所述给定电流I，第三电压V₃和第四电压V₄计算零线到地线的阻抗

本发明实施例中获得R_NE的原理是在零线端和地线端之间施加定电流，然后测量零线端和地线端之间的电压，这样利用测量的电压和已知的定电流，可以获得零线端和地线端的阻抗。

需要说明的是，本发明在施加给定电流之前，先测量零线端和地线端的第三电压V₃，最后利用V₄和V₃的差再除以给定电流，是为了消除干扰信号，这样获得的R_NE更为准确。

可以理解的是，给定电流I的大小不足以触发RCD漏电保护器动作，即所述给定电流I的值小于RCD漏电保护器动作的触发值。

优选地，本发明实施例中，以给定电流I的大小为14.5mA为例。

综上所述， $R_{\mathrm{LE}}=\frac{U_B-U_A}{U_A}*R_O+V_2/(U_A/R_O)-2\left(\frac{V_4-V_3}{I}\right).$

参见图7，该图为本发明提供的电源火线与地线之间阻抗的测量装置实施例五示意图。

本实施例提供的测量装置，所述阻抗检测电路还包括：低频发生器408；

所述低频发生器408与所述定电流给定模块相连接；

所述低频发生器408，用于使所述给定电流I的频率低于1Hz。

需要说明的是，给定电流I的频率低于1Hz，一方面的目的是为了避免给定电流受到工频干扰和杂波干扰，另一方面是为了便于后续对测量的电压信号（V₄和V₃）的处理。

本实施例提供的测量装置，所述阻抗检测电路还包括：AD转换器409和低通滤波器410；

所述第三电压检测模块406和第四电压检测模块407均与所述低通滤波器410相连接；

所述低通滤波器410，用于将所述第三电压和第四电压进行滤波以后发给所述AD转换器409；

低通滤波器410的作用是将零线端到地线端的工频干扰与其他杂波信号进行滤除。

所述AD转换器409，用于将所述第三电压和第四电压转换为数字信号以后发送给所述控制器403。

本发明以上实施例提供的测量装置，通过测量各个阻抗值以及电压值，可以间接获得火线端到地线端的阻抗。

下面结合附图详细介绍本发明提供的测量装置进行阻抗测量的过程。

参见图8，该图为本发明提供的电源火线与地线之间阻抗的测量装置实施例六示意图。

第一步：闭合开关44，使触点4可靠接通定电流给定模块405；并将触点6与COM端相连接；

需要说明的是，COM端是测量装置的公共点，是为了让地线与装置得有一个电气连接关系。

第二步：在未加所述电流前，先检测零线端到地线端（即5到6）的干扰和直流分量；通过低通滤波器410滤除5到6的干扰信号，并保留直流分量（第三电压V3）；该直流分量通过AD转换器409转换为数字信号，发送给控制器403；控制器403计算未加电流前零线到地线的直流分量（V3）；

第三步：定电流给定模块405输出定电流，本实施例中可以优选输出14.5mA的电流；

第四步：打开低频发生器408，使定电流给定模块405输出的电流的频率低于1Hz，即将低于1Hz的电流从零线的5端流向地线的6段；由于6端与COM端相连接。因此，通过低通滤波器410将电流加载在零线到地线产生的第四电压V4还原出来。同时，低通滤波器410滤除工频干扰与其他杂波信号，然后AD转换器409将V4转换为数字信号，发送给控制器403；控制器403根据公式 $R_{\mathrm{LE}}=\frac{U_B-U_A}{U_A}*R_O+V_2/(U_A/R_O)-2\left(\frac{V_4-V_3}{I}\right)$ 计算出火线到地线的阻抗。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种电源火线与地线之间阻抗的测量方法，其特征在于，包括：

获得火线到零线的阻抗R_LN，获得零线到地线的阻抗R_NE，获得零线阻抗R_N；

利用公式获得火线到地线的阻抗：R_LE=R_LN+R_NE-2R_N。

2.根据权利要求1所述的电源火线与地线之间阻抗的测量方法，其特征在于，所述获得火线到零线的阻抗R_LN，具体为：

在工频电源民用端口的火线端和零线端连接负载电阻R_O，检测火线端和零线端的第一电压U_A；

在工频电源民用端口的火线端和零线端不连接负载电阻R_O，检测火线端和零线端的第二电压U_B；

由戴维南定理获得火线到零线的阻抗

3.根据权利要求1所述的电源火线与地线之间阻抗的测量方法，其特征在于，所述获得零线阻抗R_N，具体为：

在工频电源民用端口的火线端和零线端连接负载电阻R_O，检测火线端和零线端的第一电压U_A；

检测零线与地线节点到零线端的电压V₂；

利用基尔霍夫电流定律可以获得：R_N=V₂/(U_A/R_O)。

4.根据权利要求1所述的电源火线与地线之间阻抗的测量方法，其特征在于，所述获得零线到地线的阻抗R_NE，具体为：

零线端和地线端未施加给定电流I前，检测零线端和地线端的第三电压V₃；

零线端和地线端施加给定电流I后，检测零线端和地线端的第四电压V₄；

所述零线到地线的阻抗RNE为：

5.一种电源火线与地线之间阻抗的测量装置，其特征在于，包括：阻抗检测电路；

所述阻抗检测电路，用于获得火线到零线的阻抗R_LN，获得零线到地线的阻抗R_NE，获得零线阻抗R_N；利用公式获得火线到地线的阻抗：

R_LE=R_LN+R_NE-2R_N。

6.根据权利要求5所述的电源火线与地线之间阻抗的测量装置，其特征在于，所述阻抗检测电路包括：负载电阻R_O、第一电压检测模块、第二电压检测模块和控制器；

所述第一电压检测模块，在工频电源民用端口的火线端和零线端连接负载电阻R_O，用于检测火线端和零线端的第一电压U_A；

所述第二电压检测模块，在工频电源民用端口的火线端和零线端不连接负载电阻R_O，用于检测火线端和零线端的第二电压U_B；

所述控制器，用于由戴维南定理获得火线到零线的阻抗

7.根据权利要求6所述的电源火线与地线之间阻抗的测量装置，其特征在于，所述阻抗检测电路还包括：电压检测模块；

所述电压检测模块，用于检测零线与地线节点到零线端的电压V₂；

所述控制器，用于利用基尔霍夫电流定律可以获得：R_N=V₂/(U_A/R_O)。

8.根据权利要求5所述的电源火线与地线之间阻抗的测量装置，其特征在于，所述阻抗检测电路还包括：定电流给定模块、第三电压检测模块和第四电压检测模块；

所述定电流给定模块，用于在零线端和地线端施加给定电流I；

所述第三电压检测模块，用于在零线端和地线端未施加给定电流I前，检测零线端和地线端的第三电压V₃；

所述第四电压检测模块，用于在零线端和地线端施加给定电流I后，检测零线端和地线端的第四电压V₄；

所述控制器，用于由所述给定电流I，第三电压V₃和第四电压V₄计算零线到地线的阻抗

9.根据权利要求8所述的电源火线与地线之间阻抗的测量装置，其特征在于，所述给定电流I的值小于RCD漏电保护器动作的触发值。

10.根据权利要求8所述的电源火线与地线之间阻抗的测量装置，其特征在于，所述阻抗检测电路还包括：低频发生器；

所述低频发生器与所述定电流给定模块相连接；

所述低频发生器，用于使所述给定电流I的频率低于1Hz。

11.根据权利要求8所述的电源火线与地线之间阻抗的测量装置，其特征在于，所述阻抗检测电路还包括：AD转换器和低通滤波器；

所述第三电压检测模块和第四电压检测模块均与所述低通滤波器相连接；

所述低通滤波器，用于将所述第三电压和第四电压进行滤波以后发给所述AD转换器；

所述AD转换器，用于将所述第三电压和第四电压转换为数字信号以后发送给所述控制器。

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