CN103887763B - 基于等电位检测的用电设备漏电保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于等电位检测的用电设备漏电保护装置，包括传感器部分、数据采集处理电路和执行机构；所述数据采集处理电路包括信号处理电路和处理器电路部分；所述传感器部分用于对用电设备的漏电压信号进行采集，所述信号处理电路用于接收漏电压信号并对漏电压信号进行预处理；所述处理器电路部分用于对预处理后的漏电压信号进行分析计算，将计算结果与设定值进行比较，对执行机构进行控制。本发明不同于其它基于漏电流保护原理的保护装置，是基于等电位检测原理设计的漏电保护装置，能够实现宽动态范围的数据采集，有较好的绝缘性能，因此能够适合各种场合用电设备的漏电保护。

Description

基于等电位检测的用电设备漏电保护装置

技术领域

本发明属于漏电检测领域，特别涉及一种基于等电位检测的用电设备漏电保护装置。

背景技术

近些年来，人们尽管对安全用电，特别是对防止触漏电事故极为重视，但触电伤亡、漏电火灾等事故时有发生，目前的漏电保护方式及其存在的不足如下所述：

①保护接地：在中性点直接接地的三相四线制系统中，采用电气设备经过接地电阻接地。如果选择的接地电阻过大时，出现的接地故障电流不能使低压断路器或熔断器断开，设备外壳上将长期带电，并且所带电量能够导致人员伤亡。若降低电气设备接地电阻，虽然保证了人身安全，但是会增加接地装置的费用和工程量，另外，如果接地环境很差，也很难达到保护的要求，所以接地保护方式不安全。

②保护接零：电源中性点直接接地的三相四线制系统中，将电器设备金属外壳同电网的零线连接，采用此种接法时，若设备外壳带电，会形成单相短路，在短路电流的作用下，使熔断器迅速熔断，从而切断电源。但是，如果零线因为某种原因断开，零线不再与地相连通，一旦设备外壳带电，熔断器无法断开，火线会通过金属外壳与零线相连，导致系统内所有与零线相连的设备外壳全部带电，后果十分严重。

③剩余电流断路器：主要用于交流50Hz，额定电压400V的配电网络中，对人员提供间接接触保护，主要用来防止因设备绝缘损坏，产生接地故障电流引起的火灾。剩余电流断路器属于剩余电流保护器的一种。但是，由于剩余电流断路器产品本身质量问题，技术参数设计不合理，会导致剩余电流短路器的误动作或拒动，同时，由于线路系统过电压也会引起剩余电流断路器的误动作。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种基于漏电流保护原理的漏电保护装置，能够实现宽动态范围的数据采集，有较好的绝缘性能。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，包括传感器部分、数据采集处理电路和执行机构；所述数据采集处理电路包括信号处理电路和处理器电路部分；所述传感器部分与信号处理电路电连接，所述传感器部分用于对用电设备的漏电压信号进行采集，所述信号处理电路用于接收漏电压信号并对漏电压信号进行预处理；所述处理器电路部分用于对预处理后的漏电压信号进行分析计算，将计算结果与设定值进行比较，当传感器部分检测到的电量高于预设值时，处理器电路部分控制执行机构断开用电设备供电线路。

进一步，所述传感器部分包括由上而下依次设置的第一极板、第二极板、第三极板和第四极板，所述第一极板与火线连接，所述第四极板与用电设备外壳连接，所述第一极板与第四极板间产生电场；所述第二极板和第三极板形成平板电容，所述第二极板和第三极板与信号处理电路连接。

进一步，所述第一极板与第二极板间、第二极板与第三极板间、第三极板与第四极板间都设置有绝缘介质。

进一步，所述信号处理电路包括依次连接的前置差分放大电路、带通滤波电路、可编程增益放大电路、A/D转换电路，所述前置差分产大电路与第三极板和第四极板连接，所述A/D放大电路与处理器电路部分连接。

进一步，所述第三极板与第四极板通过屏蔽导线与前置差分放大电路连接。

进一步，所述处理器电路部分由单片机及其外围电路构成。

进一步，该漏电保护装置还包括报警器，所述报警器与处理器电路部分连接。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

1、本发明不同于其它基于漏电流保护原理的保护装置，是基于等电位检测原理设计的漏电保护装置，能够实现宽动态范围的数据采集，有较好的绝缘性能，因此能够适合各种场合用电设备的漏电保护。

2、本发明结构简单、使用方便、体积小，便于安装使用，且能够实现全天候的检测，不仅能够实现漏电时自动断开供电线路，而且能够实现漏电报警的功能，便于工作人员及时发现事故并经行处理。

3、本发明装置不仅可以应用于中大型的用电设备的漏电保护，又可应用于诸如热水器、游泳池内泵壳的漏电保护，因此相较于传统的漏电保护装置，本装置使用范围更广、安全系数更高，尤其是针对人员生命安全的保护更为主动。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明所述漏电保护装置的硬件结构框图；

图2为本发明所述的漏电保护装置示图；

图3为本发明所述的漏电保护装置工作流程图；

其中，1、与火线连接点；2、与设备外壳连接点；3、第一极板；4、第二极板；5、绝缘介质；6、第三极板；7、第四极板；8、绝缘介质；9、屏蔽导线。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图2中所示，基于等电位检测的用电设备漏电保护装置主要包括四个部分：

①传感器部分：由绝缘介质与片状极板组成，传感器部分与信号处理部分电连接，所述传感器部分用于对用电设备的漏电压信号进行采集；所述传感器部分包括由上而下依次设置的第一极板3、第二极板4、第三极板6和第四极板7，所述第一极板与火线连接，所述第四极板与用电设备外壳连接，所述第一极板与第四极板间产生电场；所述第二极板和第三极板形成平板电容，所述第二极板和第三极板与信号处理电路连接。所述第一极板与第二极板间、第二极板与第三极板间、第三极板与第四极板间都设置有绝缘介质8。本发明中传感器设计结构简单、体积小，能够应用于各种供电场合，由于各个极板间填充有绝缘介质，使得本传感器具有较高的耐压水平，有效的防止了电网过电压的冲击，使得传感器具有较高的工作稳定性。

②信号处理电路：用于接收漏电压信号并对漏电压信号进行预处理，主要完成传感器测量信号的接收、信号的预处理、可增益放大滤波、有效值转换、A/D处理等功能。所述信号处理电路包括依次连接的前置差分放大电路、带通滤波电路、可编程增益放大电路、A/D转换电路，所述前置差分产大电路与第三极板和第四极板通过屏蔽导线9连接，所述A/D放大电路与处理器电路部分连接。

③处理器电路部分：用于对预处理后的漏电压信号进行分析计算，将计算结果与设定值进行比较，进行对执行机构进行控制；当传感器部分检测到的电量高于预设值时，处理器电路部分控制执行机构相连接用电设备动作，断开用电设备供电线路。所述处理器电路部分由单片机及其外围电路，包括液晶显示屏、按键、电源等组成；

④执行机构：由单片机控制继电器使断路器动作，实现用电设备与供电线路断开。

对作对本实施例的进一步改进，所述漏电保护装置还包括报警器，所述报警器与处理器电路部分连接。

本发明是基于等电位保护原理设计的，图1所示，将节点1与火线相连，节点2与用电设备金属外壳相连。

设备无漏电现象时，金属外壳不带电，第四极板7与设备外壳相连，电位相等，而第一极板3通过节点1与火线相连，即第一极板3电位与火线对地电位相等，此时会在第一极板3、第四极板7之间产生电场，在此电场的作用下，会在第二极板4、第三极板6上产生感应电荷，即在第二极板4、第三极板6之间产生电压差值，将此差值信号经过屏蔽导线9引入数据处理电路，判断设备是否出现漏电事故。这里，将第二极板4、第三极板6和绝缘介质5组成的结构称为平行板电容感应器。

理想情况下，由于设备没有漏电现象，外壳不带电，即第一极板、第四极板之间的电位差值恒定，设为a，此时，第二极板4、第三极板6之间的电压差值也为恒定值，此值经过信号处理电路计算所得值设为b。当b大于设定值M时，漏电保护装置的执行机构不动作。

一旦发生漏电事故，即设备外壳带电，此时极板7电位升高，而与火线相连的第一极板3电位不变，即随着第四极板7电位的升高，a值逐渐变小，从而导致第二极板4、第三极板6之间的电压差值减小，即计算值b减小，当b小于M时，认为设备外壳所带电量足以威胁人员的生命安全，此时，漏电保护装置动作，断开供电线路，同时发出报警，提醒设备周围工作人员注意并及时排除故障。

设定b小于M时，漏电保护装置动作，其原因是用电设备所处工作环境并非理想工作环境，周围的用电设备、高电压等级的输电线路等产生的电磁场会使用电设备金属外壳上感应出电荷，因此，不能简单理解为只要设备外壳电位升高，就认为发生了漏电事故，而是当设备外壳所带电量升高到足以威胁人员生命安全时，即检测值b小于M时，才令执行机构动作，断开设备的供电线路，从而起到设备漏电保护的作用。

本发明不同于其它基于漏电流保护原理的保护装置，是基于等电位检测原理设计的漏电保护装置，能够实现宽动态范围的数据采集，有较好的绝缘性能，因此能够适合各种场合用电设备的漏电保护。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.基于等电位检测的用电设备漏电保护装置，其特征在于：包括传感器部分、数据采集处理电路和执行机构；所述数据采集处理电路包括信号处理电路和处理器电路部分；所述传感器部分与信号处理电路电连接，所述传感器部分用于对用电设备的漏电压信号进行采集，所述信号处理电路用于接收漏电压信号并对漏电压信号进行预处理；所述处理器电路部分用于对预处理后的漏电压信号进行分析计算，将计算结果与设定值进行比较，当传感器部分检测到的电量高于预设值时，处理器电路部分控制执行机构断开用电设备供电线路；所述传感器部分包括由上而下依次设置的第一极板、第二极板、第三极板和第四极板，所述第一极板与火线连接，所述第四极板与用电设备外壳连接，所述第一极板与第四极板间产生电场；所述第二极板和第三极板形成平板电容，所述第二极板和第三极板分别与信号处理电路连接。

2.根据权利要求1所述的基于等电位检测的用电设备漏电保护装置，其特征在于：所述第一极板与第二极板间、第二极板与第三极板间、第三极板与第四极板间都设置有绝缘介质。

3.根据权利要求1所述的基于等电位检测的用电设备漏电保护装置，其特征在于：所述信号处理电路包括依次连接的前置差分放大电路、带通滤波电路、可编程增益放大电路、A/D转换电路，所述前置差分放大电路分别与第三极板和第四极板连接，所述A/D转换电路与处理器电路部分连接。

4.根据权利要求3所述的基于等电位检测的用电设备漏电保护装置，其特征在于：所述第二极板与第三极板通过屏蔽导线分别与前置差分放大电路连接。

5.根据权利要求1所述的基于等电位检测的用电设备漏电保护装置，其特征在于：所述处理器电路部分由单片机及其外围电路构成。

6.根据权利要求1所述的基于等电位检测的用电设备漏电保护装置，其特征在于：该漏电保护装置还包括报警器，所述报警器与处理器电路部分连接。