CN103647252B - 具有fsk通讯功能的漏电开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有FSK通讯功能的漏电开关，安装于电网中，对用户端和用户进行漏电保护，包括电流互感器T、放大电路、脱扣电路、FSK电路和控制电路，所述控制电路，用于对采样信号SA进行有效值计算，并通过FSK电路将漏电流有效值P2耦合入电网；对获得外部控制信号P3进行解码，以此控制脱扣电路脱扣或合闸，这种具有FSK通讯功能的漏电开关电路简单，采用微处理器对漏电流的采样信号进行有效值计算，提高漏电流检测精度；漏电值有效值可通过电网直接发送出去，实现远程通讯，组网后可进行集中显示处理，值班人员可及时监控各用户漏电情况，对于总装因漏电跳闸，为快速寻找漏电点，提供极大方便；实现智能电网和漏电远程监控等，安全可靠。

Description

具有FSK通讯功能的漏电开关

技术领域

本发明涉及低压电器领域，尤其涉及一种具有FSK通讯功能的漏电开关。

背景技术

低压配电系统中设漏电开关(保护器)是防止人身触电事故的有效措施之一，是防止因漏电引起电气火灾和电气设备损坏事故的技术措施，低压电网用的漏电分级可分为总装保护和末级(直接用户)保护二大类型。无论是总装保护和末级保护，安装漏电开关后并不等于绝对安全，运行中仍应以预防为主。

常见的漏电形式，一是随着电器设备、电力线路绝缘性能下降而逐步增大的慢性漏电，一是突发性人为触电等。无论对于突发性触电或是慢性漏电，如能进行网络预报或预警，均可以大幅度提高各方面的安全性，特别是农村电网，对于快速寻找漏电点，防范于未然，有极大的裨益。现今漏电开关(保护器)，都为本地跳闸型，无网络通讯功能，这对远程通讯为特点的智能电网，是一大瓶颈，也给漏电预警造成了困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有的漏电开关无法通讯，尤其是无法实现漏电值组网和预警的技术问题，本发明提供了一种具有FSK通讯功能的漏电开关来解决上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有FSK通讯功能的漏电开关，安装于电网中，对用户端和用户进行漏电保护，包括电流互感器T、放大电路、脱扣电路、FSK电路和控制电路；

所述电流互感器T包括空心磁环和绕在空心磁环上的二次线圈，所述电网的电源线从所述空心磁环中间穿过并与用户端连接，所述二次线圈的与放大电路连接，以此输出电网的漏电流信号；

所述放大电路与控制电路连接，并向控制电路传输采样信号SA，所述采样信号SA为漏电流信号的放大值；

所述脱扣电路，设置在电网的电源线上，用于切断或连通电网到用户端的输出；

所述FSK电路连接于电网和控制电路之间；

所述电网通过FSK电路将外部控制信号P3输入控制电路；

所述控制电路，用于对采样信号SA进行有效值计算，并通过FSK电路将漏电流有效值P2耦合入电网；对获得外部控制信号P3进行解码，以此控制脱扣电路脱扣或合闸。

还包括试验开关S和校正电阻R，用于修正控制电路的校正系数，所述试验开关S和校正电阻R串联后接于电网的电源线，在需要时，闭合试验开关S，产生人为漏电流信号，人为漏电流信号的大小又校正电阻R决定，用于修正控制电路内部的校正系数。

作为优选，所述控制电路，设定漏电流阀值，漏电流有效值P2大于漏电流阀值时，控制脱扣电路脱扣。

具体的，所述放大电路包括整流桥B1、运算放大器U1A和U1B，所述整流桥B1的输入端接二次线圈，正输出端与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另外一端接运算放大器U1A的同相输入端，所述运算放大器U1A的反相输入端还分别与电阻R3和R4的一端连接，所述电阻R3的另一端接地，电阻R4的另外一端接运算放大器U1A的输出端，所述运算放大器U1A的输出端与运算放大器U1B的同相输入端连接，所述运算放大器U1B的反相输入端与输出端连接。

为了抑制来自电网的干扰噪声，所述放大电路还包括电阻R1、电容C1和C2，组成滤波电路，所述整流桥B1的正输出端分别与电阻R1和电容C1连接，所述电容C2接运算放大器U1A的同相输入端。

所述控制电路包括微处理器U1，型号为STM8S系列，所述微处理器U1的PB0引脚和PB1引脚与运算放大器U1B的输出端连接，所述PB1引脚用于检测采样信号SA的过零点，检测过零点既为有效值计算提供计算周期时间标准，又进一步为漏电流有效值P2和外部控制信号P3实现过零时刻的发送和接受，从而提高通讯距离，PB2引脚和PB3引脚与FSK电路连接，引脚PA0连接脱扣电路，用于输出控制信号P1。

为了使这种具有FSK通讯功能的漏电开关适用于家用单级电网、双极单向、三相的工业电网等多种类型的电网电路，所述控制电路还包括与微处理器U1的PA5～PA7引脚连接的拨码开关SW，用于设置漏电流阀值，漏电流有效值P2大于漏电流阀值时，微处理器U1控制脱扣电路脱扣。

为了方便工作人员更直观的对漏电流值的大小进行掌握，所述控制电路还包括用于显示漏电流有效值P2的大小的显示电路，所述显示电路包括发光二极管L1、L2、L3、电阻R5、R6和R7，所述微处理器U1的PA2引脚、电阻R5和发光二极管L1依次串联后接地，PA3引脚、电阻R6和发光二极管L2依次串联后接地，PA4引脚、电阻R7和发光二极管L3依次串联后接地。

具体的，所述电网的电源线包括火线L和零线N，所述脱扣电路包括整流桥B2、双刀继电器J1和MOS管Q1，所述整流桥B2的输入端与电网连接，正输出端与双刀继电器J1连接，负输出端接MOS管Q1的源极，所述MOS管Q1的漏极与双刀继电器J1连接，栅极接微处理器U1的PA0引脚，所述双刀继电器J1的二个常闭触电分别串联在火线L和零线N中，继电器也可以选择单刀继电器，只对火线L进行控制。

具体的，所述FSK电路包括变压器T1、第一带通滤波电路、第二带通滤波电路、放大驱动电路和放大整形电路，所述变压器T1的初级接电网，次级接第一带通滤波电路和第二带通滤波电路，所述第一带通滤波电路与放大驱动电路连接，所述放大驱动电路还与微处理器U1的PB3引脚连接，所述第二带通滤波电路与放大整形电路连接，所述放大整形电路还与微处理器U1的PB2引脚连接。

本发明的有益效果是，这种具有FSK通讯功能的漏电开关电路简单，采用微处理器对漏电流的采样信号进行有效值计算，提高漏电流检测精度；漏电值有效值可通过电网直接发送出去，实现远程通讯，组网后可进行集中显示处理，值班人员可及时监控各用户漏电情况，对于总装因漏电跳闸，为快速寻找漏电点，提供极大方便；实现智能电网和漏电远程监控等，安全可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明具有FSK通讯功能的漏电开关的电路原理框图。

图2是本发明具有FSK通讯功能的漏电开关的放大电路原理图。

图3是本发明具有FSK通讯功能的漏电开关的控制电路原理图。

图4是本发明具有FSK通讯功能的漏电开关的脱扣电路原理图。

图5是本发明具有FSK通讯功能的漏电开关的FSK电路原理图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图所示，本发明提供了一种具有FSK通讯功能的漏电开关，安装于电网中，对用户端和用户进行漏电保护，包括电流互感器T、放大电路、脱扣电路、FSK电路和控制电路；电流互感器T包括空心磁环和绕在空心磁环上的二次线圈，电网的电源线从空心磁环中间穿过并与用户端连接，二次线圈的与放大电路连接，以此输出电网的漏电流信号；还包括试验开关S和校正电阻R，用于修正控制电路的校正系数，试验开关S和校正电阻R串联后接于电网的电源线，在需要时，闭合试验开关S，产生人为漏电流信号，人为漏电流信号的大小又校正电阻R决定，用于修正控制电路内部的校正系数；放大电路包括整流桥B1、运算放大器U1A和U1B，整流桥B1的输入端接二次线圈，正输出端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另外一端接运算放大器U1A的同相输入端，运算放大器U1A的反相输入端还分别与电阻R3和R4的一端连接，电阻R3的另一端接地，电阻R4的另外一端接运算放大器U1A的输出端，运算放大器U1A的输出端与运算放大器U1B的同相输入端连接，运算放大器U1B的反相输入端与输出端连接。为了抑制来自电网的干扰噪声，放大电路还包括电阻R1、电容C1和C2，组成滤波电路，整流桥B1的正输出端分别与电阻R1和电容C1连接，电容C2接运算放大器U1A的同相输入端。控制电路包括微处理器U1，型号为STM8S系列，微处理器U1的PB0引脚和PB1引脚与运算放大器U1B的输出端连接，PB0引脚向微处理器U1传输采样信号SA，采样信号SA为漏电流信号的放大值，微处理器U1对采样信号SA进行有效值计算，并通过FSK电路将漏电流有效值P2耦合入电网；PB2引脚和PB3引脚与FSK电路连接，引脚PA0连接脱扣电路，用于输出控制信号P1，PB2引脚接收来自FSK电路的外部控制信号P3，微处理器U1对其进行解码，基于此通过控制信号P控制脱扣电路脱扣或合闸；PB1引脚用于检测采样信号SA的过零点，检测过零点既为有效值计算提供计算周期时间标准，又进一步为漏电流有效值P2和外部控制信号P3实现过零时刻的发送和接受，从而提高通讯距离，PB4引脚和PB5引脚分别定义为TXD信号和RXD信号，实现与RS485和RS232接口之间数据通讯。为了使这种具有FSK通讯功能的漏电开关适用于家用单级电网、双极单向、三相的工业电网等多种类型的电网电路，控制电路还包括与微处理器U1的PA5～PA7引脚连接的拨码开关SW，用于设置漏电流阀值，漏电流有效值P2大于漏电流阀值时，微处理器U1控制脱扣电路脱扣。为了方便工作人员更直观的对漏电流值的大小进行掌握，控制电路还包括用于显示漏电流有效值P2的大小的显示电路，显示电路包括发光二极管L1、L2、L3、电阻R5、R6和R7，微处理器U1的PA2引脚、电阻R5和发光二极管L1依次串联后接地，PA3引脚、电阻R6和发光二极管L2依次串联后接地，PA4引脚、电阻R7和发光二极管L3依次串联后接地；可以通过程序设定，当漏电流有效值P2为10mA时，L1常亮，当为25mA时，L1、L2常亮，L3闪烁。电网的电源线包括火线L和零线N，脱扣电路包括整流桥B2、双刀继电器J1和MOS管Q1，整流桥B2的输入端与电网连接，正输出端与双刀继电器J1连接，为双刀继电器J1提供电源，负输出端接MOS管Q1的源极，MOS管Q1的漏极与双刀继电器J1连接，栅极接微处理器U1的PA0引脚，双刀继电器J1的二个常闭触电分别串联在火线L和零线N中，当MOS管的Q1的栅极得到控制信号P1后，Q1导通，双刀继电器J1的线圈得电，二个常闭触点跳开，从而使接到用户端的火线L和零线N断开；继电器也可以选择单刀继电器，只对火线L进行控制。FSK电路包括变压器T1、第一带通滤波电路、第二带通滤波电路、放大驱动电路和放大整形电路，变压器T1的初级接电网，次级接第一带通滤波电路和第二带通滤波电路，第一带通滤波电路与放大驱动电路连接，放大驱动电路还与微处理器U1的PB3引脚连接，第二带通滤波电路与放大整形电路连接，放大整形电路还与微处理器U1的PB2引脚连接，来自电网的外部控制信号P3通过连接在电网和变压器T1的初级之间的电容C0降压，在变压器T1的初级产生感应电动势，次级与初级耦合，次级两端并联了二极管D1，经过二极管D1限幅后，外部控制信号P3传送给第二带通滤波器，第二带通滤波器为L/C并联式谐振带通滤波器或L/C串联谐振带通滤波器，仅能通过外部控制信号P3中心(频率)带宽的信号，此信号经放大整形电路调理后，送入微处理器U1；微处理器U1调制后发出的漏电流有效值P2为方波信号，经放大驱动电路放大，由第一带通滤波电路变换为近似正弦波信号，经变压器T1的次级耦合到初级，初级与电容C0、电网的电源线构成回路，从而将漏电流有效值P2耦合到电网。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种具有FSK通讯功能的漏电开关，安装于电网中，对用户端和用户进行漏电保护，其特征在于：包括电流互感器T、放大电路、脱扣电路、FSK电路和控制电路；

所述电流互感器T包括空心磁环和绕在空心磁环上的二次线圈，所述电网的电源线从所述空心磁环中间穿过并与用户端连接，所述二次线圈的与放大电路连接，以此输出电网的漏电流信号；

所述放大电路与控制电路连接，并向控制电路传输采样信号SA，所述采样信号SA为漏电流信号的放大值；

所述脱扣电路，设置在电网的电源线上，用于切断或连通电网到用户端的输出；

所述FSK电路连接于电网和控制电路之间；

所述电网通过FSK电路将外部控制信号P3输入控制电路；

所述控制电路，用于对采样信号SA进行有效值计算，并通过FSK电路将漏电流有效值P2耦合入电网；对获得外部控制信号P3进行解码，以此控制脱扣电路脱扣或合闸。

2.如权利要求1所述的具有FSK通讯功能的漏电开关，其特征在于：还包括试验开关S和校正电阻R，用于修正控制电路的校正系数，所述试验开关S和校正电阻R串联后接于电网的电源线。

3.如权利要求1所述的具有FSK通讯功能的漏电开关，其特征在于：所述控制电路，设定漏电流阀值，漏电流有效值P2大于漏电流阀值时，控制脱扣电路脱扣。

4.如权利要求1所述的具有FSK通讯功能的漏电开关，其特征在于：所述放大电路包括整流桥B1、运算放大器U1A和U1B，所述整流桥B1的输入端接二次线圈，正输出端与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另外一端接运算放大器U1A的同相输入端，所述运算放大器U1A的反相输入端还分别与电阻R3和R4的一端连接，所述电阻R3的另一端接地，电阻R4的另外一端接运算放大器U1A的输出端，所述运算放大器U1A的输出端与运算放大器U1B的同相输入端连接，所述运算放大器U1B的反相输入端与输出端连接。

5.如权利要求4所述的具有FSK通讯功能的漏电开关，其特征在于：所述放大电路还包括电阻R1、电容C1和C2，组成滤波电路，所述整流桥B1的正输出端分别与电阻R1和电容C1连接，所述电容C2接运算放大器U1A的同相输入端。

6.如权利要求4所述的具有FSK通讯功能的漏电开关，其特征在于：所述控制电路包括微处理器U1，型号为STM8S系列，所述微处理器U1的PB0引脚和PB1引脚与运算放大器U1B的输出端连接，所述PB1引脚用于检测采样信号SA的过零点，PB2引脚和PB3引脚与FSK电路连接，引脚PA0连接脱扣电路，用于输出控制信号P1。

7.如权利要求6所述的具有FSK通讯功能的漏电开关，其特征在于：所述控制电路还包括与微处理器U1的PA5～PA7引脚连接的拨码开关SW，用于设置漏电流阀值，漏电流有效值P2大于漏电流阀值时，微处理器U1控制脱扣电路脱扣。

8.如权利要求6所述的具有FSK通讯功能的漏电开关，其特征在于：所述控制电路还包括用于显示漏电流有效值P2的大小的显示电路，所述显示电路包括发光二极管L1、L2、L3、电阻R5、R6和R7，所述微处理器U1的PA2引脚、电阻R5和发光二极管L1依次串联后接地，PA3引脚、电阻R6和发光二极管L2依次串联后接地，PA4引脚、电阻R7和发光二极管L3依次串联后接地。

9.如权利要求6所述的具有FSK通讯功能的漏电开关，其特征在于：所述电网的电源线包括火线L和零线N，所述脱扣电路包括整流桥B2、双刀继电器J1和MOS管Q1，所述整流桥B2的输入端与电网连接，正输出端与双刀继电器J1连接，负输出端接MOS管Q1的源极，所述MOS管Q1的漏极与双刀继电器J1连接，栅极接微处理器U1的PA0引脚，所述双刀继电器J1的二个常闭触电分别串联在火线L和零线N中。

10.如权利要求6所述的具有FSK通讯功能的漏电开关，其特征在于：所述FSK电路包括变压器T1、第一带通滤波电路、第二带通滤波电路、放大驱动电路和放大整形电路，所述变压器T1的初级接电网，次级接第一带通滤波电路和第二带通滤波电路，所述第一带通滤波电路与放大驱动电路连接，所述放大驱动电路还与微处理器U1的PB3引脚连接，所述第二带通滤波电路与放大整形电路连接，所述放大整形电路还与微处理器U1的PB2引脚连接。