CN104749412B - 漏电保护装置的采样系统 - Google Patents

Abstract

漏电保护装置的采样系统中，电流互感器（10）可采样漏电流，它具有一个第一采样输出端（12）和一个第二采样输出端（14）。旋转开关模块（20）包括复数个匹配电阻和一个旋转开关。旋转开关包括一个电性连接于第一采样输出端的接入引脚（222）和复数个对应于匹配电阻的接出引脚（224），旋转开关可切换接入引脚和各接出引脚的电性连接，使得仅有一个匹配电阻并接于电流互感器，藉由电流互感器施加于与其并接的匹配电阻两端的电压输出一个代表漏电流大小的采样电压信号。此漏电保护装置的采样系统，旋转开关的接触电阻不会对采样电压信号产生影响，从而保证了漏电保护装置的采样系统输出的采样电压信号的精度。

Description

漏电保护装置的采样系统

技术领域

本发明涉及一种信号采样系统，尤其涉及一种用于漏电保护装置的采样系统。

背景技术

图1用于说明现有漏电保护装置。如图所示，漏电保护装置包括一个电流互感器60、一个旋转开关模块62和一个信号放大器64。电流互感器60可检测供电线路中是否出现剩余电流。旋转开关模块62包括一个旋转开关64和复数个阻值不等的匹配电阻Rm。旋转开关设有一个接入引脚和复数个与匹配电阻对应的接出引脚。当旋转开关切换时，不同的接入引脚与接出引脚电连接，从而使得不同的匹配电阻连接到电流互感器60所在回路中。信号放大器64的同相输入端电连接于接入引脚，而信号放大器64的反相输入端电连接于匹配电阻Rm未与接出引脚连接的一端。

旋转开关64中用于接通接入引脚和接出引脚的机构存在接触电阻，当接入引脚连接于接出引脚时，这个接触电阻与电连接于接入引脚的匹配电阻串联。当小阻值的匹配电阻电连接于接入引脚时，接触电阻的存在会导致漏电流的采样误差，影响漏电保护装置使用的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种漏电保护装置的采样系统，避免接触电阻对漏电流采样的影响。

本发明提供了一种漏电保护装置的采样系统，包括一个电流互感器、一个旋转开关模块和一个采样模块。电流互感器用于感测漏电流。旋转开关模块包括复数个匹配电阻和一个旋转开关。旋转开关包括一个接入引脚和分别连接到匹配电阻的复数个接出引脚，其中感测到的漏电流能够流入接入引脚，旋转开关可切换接入引脚和复数个接出引脚之一的电性连接，使得所感测到的漏电流流过该匹配电阻。采样模块获取匹配电阻两端的电压，作为代表漏电流大小的采样电压信号。

漏电保护装置的采样系统，其输出的采样电压信号采集于旋转开关所接入的匹配电阻两端，旋转开关的接触电阻不会对采样电压信号产生影响，从而保证了漏电保护装置的采样系统输出的采样电压信号的精度。

在漏电保护装置的采样系统的再一种示意性的实施方式中，旋转开关模块包括复数个分压电阻和一个采样模块。分压电阻分别与各匹配电阻串联在一串联支路中，且在每个串联支路中，分压电阻与相应匹配电阻之间的接合点为相应的接出引脚。采样模块获取包括匹配电阻和分压电阻的各串联支路两端的电压，作为采样电压信号，且分压电阻的阻值远大于匹配电阻的阻值。

在漏电保护装置的采样系统的另一种示意性的实施方式中，采样模块还包括信号放大单元，用于放大采样电压信号。

在漏电保护装置的采样系统的又一种示意性的实施方式中，采样模块还包括滤波电路，用于对采样电压信号进行低通滤波，且将滤波后的采样电压信号送入信号放大单元。

在漏电保护装置的采样系统的又一种示意性的实施方式中，采样模块包括一个第一输入端、一个第二输入端和一个可输出经放大的采样电压信号的信号输出端。所述信号放大单元包括一个信号运算放大器。所述滤波电路包括一个滤波运算放大器、一个第一电阻、一个第二电阻、一个第一电容和一个第二电容。信号运算放大器的输出端可输出经放大的采样电压信号，它的反相输入端电性连接于第二输入端。滤波运算放大器的反相输入端和输出端电性连接于信号运算放大器的同相输入端。第一电阻一端电性连接于第一输入端。第二电阻一端电性连接于滤波运算放大器的同相端，其另一端电性连接于第一电阻未与第一输入端连接的一端。第一电容一端电性连接于滤波运算放大器的反相端，其另一端电性连接于第一电阻未与第一输入端连接的一端。第二电容一端接地，其另一端电性连接于滤波运算放大器的同相端。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1用于说明现有漏电保护装置。

图2用于说明漏电保护装置的采样系统一种示意性实施方式。

图3显示了图2中漏电保护装置的采样系统的等效电路。

图4用于说明漏电保护装置的采样系统另一种示意性实施方式。

标号说明

10 电流互感器

12 第一采样输出端

14 第二采样输出端

20 旋转开关模块

22 旋转开关

222 接入引脚

224 接出引脚

30 采样模块

31 滤波电路

32 第一输入端

33 信号放大单元

34 第二输入端

36 信号输出端

As 运算放大器

A1 滤波运算放大器

A2 信号运算放大器

R1 第一电阻

R2 第二电阻

C1 第一电容

C2 第二电容

60 电流互感器

62 旋转开关模块

64 信号放大器。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同或功能相同结构不同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

图2用于说明漏电保护装置的采样系统的一种示意性实施方式。如图所示，漏电保护装置的采样系统包括一个电流互感器10、一个旋转开关模块20和一个采样模块30。

其中，电流互感器10可通过电磁转换采集供电线路中的漏电流，它具有一个第一采样输出端12和一个第二采样输出端14。采样模块30可获取匹配电阻两端的电压，作为代表漏电流大小的采样电压信号Su。采样模块30设有一个第一输入端32、一个第二输入端34和一个信号输出端36。

旋转开关模块20包括一个匹配电阻Rm1、一个匹配电阻Rm2、一个匹配电阻Rm3和一个旋转开关22。旋转开关22包括一个接入引脚222和多个接出引脚224。接入引脚222电性连接于第一采样输出端12。接出引脚224对应于匹配电阻Rm1、匹配电阻Rm2和匹配电阻Rm3，接出引脚224电性连接于匹配电阻Rm1、匹配电阻Rm2和匹配电阻Rm3的一端，且匹配电阻Rm1、匹配电阻Rm2和匹配电阻Rm3的另一端电性连接于第二输入端34和第二采样输出端14。这些匹配电阻具有不同的阻值，且对应于漏电保护装置中不同大小的额定漏电流档位，可以根据旋转开关的具体结构相应的调整匹配电阻的数量，使得旋转开关具有更多的额定漏电流档位，虽然在图中只显示了三个匹配电阻，但匹配电阻Rmi的数量可以根据需要增加，其中i＝1,2,…,N，N≥2。当旋转开关22在不同的额定漏电流档位之间切换时，接入引脚222可电性连接于不同的接出引脚224，从而使得不同阻值的匹配电阻能够串联到电流互感器10所在回路中，即，电流互感器10感测出的漏电流能够流过该匹配电阻。由此，与漏电流相对应的采样电压信号的大小可通过改变匹配电阻的大小来调节，从而调整漏电保护装置的额定漏电流。旋转开关22可采用任意一种现有结构，在此不再赘述。

在图2所示的实施方式中，旋转开关模块20包括一个分压电阻Rs1、一个分压电阻Rs2和一个分压电阻Rs3，它们的数量与匹配电阻Rm1、匹配电阻Rm2和匹配电阻Rm3相对应。虽然在图中只显示了三个分压电阻，但分压电阻Rsi的数量可随匹配电阻数量的增加而增加，其中i＝1,2,…,N，N≥2。这些分压电阻阻值相同，此处用Rs标识这些分压电阻的阻值。分压电阻阻值远大于匹配电阻的阻值。分压电阻Rs1、分压电阻Rs2和分压电阻Rs3的一端分别电连接于一个接出引脚224，且它们的另一端电连接于第一输入端32。

图3显示了图2中漏电保护装置的采样系统在旋转开关22切换至匹配电阻Rm1时的等效电路。图3中的Rk标识为旋转开关22的接触电阻，它与匹配电阻Rm1串联连接在电流互感器10的两个输出端之间，即，Rk的一端电性连接于电流互感器10的第一采样输出端12，其另一端电性连接于匹配电阻Rm1的一端，匹配电阻Rm1的另一端电性连接于电流互感器10的第二采样输出端14。

此时，如图3所示，除匹配电阻Rm1以外的其他分压电阻Rs和匹配电阻Rm并联在匹配电阻Rm1的两端。具体地，分压电阻Rs2与匹配电阻Rm2串联在第一串联支路中；分压电阻Rs3与匹配电阻Rm3串联在第二串联支路中。这两个串联支路并联后形成一个并联网络310。该并联网络再与分压电阻Rs1串联，从而形成一个并联在匹配电阻Rm1两端的分压网络320，该分压网络两端的电压等于匹配电阻Rm1两端电压，而与接触电阻Rk两端的电压无关。

采样模块30可采集并联网络320两端电压。具体地，采样模块30的第一输入端32电性连接于并联网络310与分压电阻Rs1的连接点，第二输入端34电性连接于第二采样输出端14。

在图3所示的等效电路中，由于分压电阻Rs的阻值远大于匹配电阻Rm的阻值，例如匹配电阻Rm的阻值为欧姆级别，而分压电阻Rs的阻值为兆欧姆级别，使得并联网络310的阻值近似等于Rs/2，分压网络320两端的阻值近似等于3Rs/2。此时，由于分压网络320的阻值3Rs/2远大于匹配电阻Rm1的阻值，因而分压网络320与匹配电阻Rm1并联之后的阻值接近于Rm1的大小，且电流互感器10上感测出的漏电流的绝大部分流过匹配电阻Rm1。由此，假设电流互感器感测出的电流大小为i，则匹配电阻Rm1两端的电压近似为Vs=i*Rm1，进而输入至采样模块30的第一输入端32和第二输入端34的电压近似为Vs/3。

基于图3的例子，当旋转开关20切换到不同的匹配电阻时，输入至采样模块30的第一输入端32和第二输入端34的电压始终为电流互感器施加于不同匹配电阻上电压的三分之一，且这些电压值都与接触电阻Rk两端的电压降无关。采样模块30的信号输出端36输出的采样电压信号Su’仅反映出电流互感器施加于不同匹配电阻上电压的大小，即漏电流的大小。

由此，如图2所示的漏电保护装置的采样系统，其输出的采样电压信号实际上采集于旋转开关所接入的匹配电阻两端，旋转开关的接触电阻不会对采样电压信号产生影响，从而保证了漏电保护装置的采样系统输出的采样电压信号的精度。

在漏电保护装置的采样系统其他示意性实施方式中，还可以不设置分压电阻，当旋转开关将接入引脚和某一个接出引脚连接时，即选中某一个匹配电阻时，未被选中的匹配电阻断开与采样模块的连接，从而使得采样模块输入的电压仅采集于被选中的匹配电阻两端。

如图2所示，在漏电保护装置的采样系统一种示意性实施方式中，采样模块30包括一个运算放大器As。采样模块30的第一输入端32电性连接于运算放大器As的同相输入端，第二输入端34电性连接于运算放大器As的反相输入端，且信号输出端36电性连接于运算放大器As的输出端。运算放大器As可将输入其中的信号放大，使得其输出的采样电压信号强度能够满足后续系统的使用。

图4用于说明漏电保护装置的采样系统另一种示意性实施方式。如图所示，采样模块30包括一个信号放大单元33和一个滤波电路31。其中，信号放大单元33包括一个信号运算放大器A2。滤波电路31包括一个滤波运算放大器A1、一个第一电阻R1、一个第二电阻R2、一个第一电容C1和一个第二电容C2。

其中，滤波运算放大器A1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2组成一个低通二阶滤波电路。信号运算放大器A2用于对输入其中的信号放大，使得其输出端输出的采样电压信号Su能够满足后续系统的使用，信号运算放大器A2的反相输入端电性连接于第二输入端34。滤波运算放大器A1的反相输入端和输出端电性连接于信号运算放大器A2的同相输入端。第一电阻R1一端电性连接于第一输入端32。第二电阻R2一端电性连接于滤波运算放大器A1的同相端，其另一端电性连接于第一电阻R1未与第一输入端32连接的一端。第一电容C1一端电性连接于滤波运算放大器A1的反相端，其另一端电性连接于第一电阻R1未与第一输入端32连接的一端。第二电容C2一端接地，其另一端电性连接于滤波运算放大器A1的同相端。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.漏电保护装置的采样系统，其特征在于，包括：

一个电流互感器(10)，用于感测漏电流；

一个旋转开关模块(20)，所述旋转开关模块(20)包括：

复数个匹配电阻(Rmi，i＝1,2,…,N，N≥2)，和

一个旋转开关(22)，它包括一个接入引脚(222)和分别连接到所述匹配电阻(Rmi)的复数个接出引脚(224)，其中感测到的漏电流能够流入所述接入引脚(222)，所述旋转开关(22)可切换所述接入引脚(222)和所述复数个接出引脚(224)之一的电性连接，使得所感测到的漏电流流过该匹配电阻(Rmi)；

一个采样模块(30)，获取所述匹配电阻(Rmi)两端的电压，作为代表漏电流大小的采样电压信号(Su)。

2.如权利要求1所述的漏电保护装置的采样系统，其中，所述旋转开关模块(20)还包括：

复数个分压电阻(Rsi，i＝1,2,…,N，N≥2)，其分别与各匹配电阻(Rmi)串联在一串联支路中，且在每个串联支路中，所述分压电阻(Rsi)与相应匹配电阻(Rmi)之间的接合点为相应的接出引脚(224)，

所述采样模块(30)，获取包括所述匹配电阻(Rmi)和所述分压电阻(Rsi)的各串联支路两端的电压(Su’)，作为所述采样电压信号(Su)，所述分压电阻(Rsi)的阻值为兆欧量级，所述匹配电阻(Rmi)的阻值为欧姆量级。

3.如权利要求2所述的漏电保护装置的采样系统，其中所述采样模块(30)还包括信号放大单元(33)，用于放大所述采样电压信号(Su)。

4.如权利要求3所述的漏电保护装置的采样系统，其中所述采样模块(30)还包括滤波电路(31)，用于对所述采样电压信号(Su)进行低通滤波，且将滤波后的采样电压信号送入所述信号放大单元(33)。

5.如权利要求4所述的漏电保护装置的采样系统，其中所述采样模块(30)包括一个第一输入端(32)、一个第二输入端(34)和一个可输出经放大的所述采样电压信号(Su)的信号输出端(36)；

所述信号放大单元(33)包括一个输出端可输出经放大的所述采样电压信号(Su)的信号运算放大器(A2)，它的反相输入端电性连接于所述第二输入端(34)；

所述滤波电路(31)包括：

一个滤波运算放大器(A1)，它的反相输入端和输出端电性连接于所述信号运算放大器(A2)的同相输入端；

一个第一电阻(R1)，它一端电性连接于所述第一输入端(32)；

一个第二电阻(R2)，它一端电性连接于所述滤波运算放大器(A1)的同相端，其另一端电性连接于所述第一电阻(R1)未与所述第一输入端(32)连接的一端；

一个第一电容(C1)，它一端电性连接于所述滤波运算放大器(A1)的反相端，其另一端电性连接于所述第一电阻(R1)未与所述第一输入端(32)连接的一端；和

一个第二电容(C2)，它一端接地，其另一端电性连接于所述滤波运算放大器(A1)的同相端。