CN104953543A - 一种剩余电流保护器 - Google Patents

Abstract

剩余电流保护器将剩余电流感应信号送给信号处理电路进行处理，由单片机对信号进行测量从而获得剩余电流值的大小以及剩余电流和相位基准信号的相位差，将剩余电流的值与工作档位的动作整定值进行比较，如果超过动作整定值则单片机输出控制信号使保护器跳闸切断供电，并在显示电路显示动作时剩余电流的值和相别。

Description

一种剩余电流保护器

技术领域

本发明涉及一种电力系统的用电保护的技术领域，具体的来说，是一种剩余电流保护器。

背景技术

在日常生活中因电气设备使用不当或线路漏电造成的电气事故时有发生，低压配电系统线路的漏电、用电设备的漏电、过载及短路或者接地电流流过金属焊缝发热都可能导致火灾。随着我国经济建设规模的不断扩大，用电量迅速增长，电力事业迅速发展，安全用电这一问题显得更为重要。防止因漏电而引起人身触电以及因接地故障而使供电线路损坏甚至发生火灾已成为当务之急。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明提供一种剩余电流保护器，剩余电流保护器根据使用场合和技术指标的不同，可以分为总保护级，中间保护级和末级保护级。

剩余电流总保护器应配置在配变的低压总电源侧，是全网的总保护，它应选用电流型的剩余电流保护器，其剩余电流动作电流值的选择以防止间接接触的触电保护为主，并在躲过电网正常的剩余电流流的前提下尽量选小。

剩余电流中级保护器应设置在接户线进入集表箱的电源刀闸的负荷侧。它是以防止套户线至末级保护器之前的直接接触的触电伤亡事故为主要目的，并作为末级保护器的后备保护。

剩余电流末级保护器应装置在进户线的电源侧，电源进线先接刀闸后接剩余电流保护器。用于家用电器、固定安装电器、移动式电器、携带式电器及临时用电设备的剩余电流保护，是直接防止人身触电的保护设备。

传感器(剩余电流互感器)将剩余电流感应信号送给信号处理电路进行处理，由单片机对信号进行测量从而获得剩余电流值的大小(幅度)以及剩余电流和相位基准信号(C相)的相位差，将剩余电流的值与工作档位的动作整定值进行比较，如果超过动作整定值则单片机输出控制信号使保护器跳闸切断供电，并在显示电路显示动作时剩余电流的值和相别。

剩余电流采样处理电路包括了剩余电流的变换和放大两部分，首先，剩余电流通过剩余电流互感器LH进行剩余电流的检测，剩余电流互感器的两端并联一个电容C1，电容C1的一端连接电阻R1的一端、二极管D1的阴极、二极管D2的阳极和电阻R2的一端。电容C1的另一端连接电阻R1的另一端、二极管D1的阳极、二极管D2的阴极，二极管D2的阴极通过一个电容C2连接电阻R2的另一端，电阻R2与电容C2的连接点连接电容C3的一端，电容C3的另一端通过电阻R3连接电阻R4，电阻R4的两端并联连接电容C4，电阻R3、电阻R4与电容C4的连接点连接运算放大器1的负输入端2，电容C4与电阻R4的另一个连接点连接运算放大器1的输出端1，运算放大器的正输入端3连接电阻R5和电阻R6，电阻R6通过电阻R7接地，电阻R5的另一端连接电容C5和+5V基准电源，电容C5的另一端接地，运算放大器1的输出端1连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端输出经过处理的剩余电流信号。

一般剩余电流信号为弱信号，只有几十毫安，通常在1000 毫安以下，而电路正常工作的电流为几十安，甚至是几百安，因此采用剩余电流互感器进行剩余电流的检测。要保障在很宽的范围内呈线性，在互感器的二次输出端接一个电阻R15，将电流信号变换成电压信号，同时为防止在大电流时输出电压过高，在输出端并接两个二极管，进行电压钳位

缺相和过载保护电路，将缺相和过载保护的信号送给单片机，然后由单片机作出相应的操作(跳闸、显示等)。

缺相指示电路通过二极管D3的阳极连接A相母线，二极管D3的阴极连接电阻R9,电阻R9的另一端分别连接电容C6、电阻R10和电阻R11的一端，电容C6与电阻R10并联，电阻R11的另一端连接晶体管T1的漏极，电容C6和电阻R10并联连接的另一端分别连接N相母线和晶体管T1的发射极，晶体管T1的源极连接电阻R12的一端和二极管D6的阳极，电阻R12的另一端连接基准电源Vcc，二极管D6的阴极连接光耦电路的输入端。

缺相指示电路还通过二极管D4的阳极连接B相母线，二极管D4的阴极连接电阻R13,电阻R13的另一端分别连接电容C7、电阻R14和电阻R15的一端，电容C7与电阻R14并联，电阻R15的另一端连接晶体管T2的漏极，电容C7和电阻R14并联连接的另一端分别连接N相母线和晶体管T2的发射极，晶体管T2的源极连接电阻R16的一端和二极管D7的阳极，电阻R16的另一端连接基准电源Vcc，二极管D7的阴极连接光耦电路的输入端。

缺相指示电路还通过二极管D5的阳极连接C相母线，二极管D5的阴极连接电阻R17,电阻R17的另一端分别连接电容C8、电阻R18和电阻R19的一端，电容C8与电阻R18并联，电阻R19的另一端连接晶体管T3的漏极，电容C8和电阻R18并联连接的另一端分别连接N相母线和晶体管T3的发射极，晶体管T3的源极连接电阻R20的一端和二极管D8的阳极，电阻R20的另一端连接基准电源Vcc，二极管D8的阴极连接光耦电路的输入端。

光耦电路的输出端分别连接电阻R21和基准电源Vcc，电阻R21与光耦电路连接的一端连接单片机输入端，电阻R21的另一端连接发光二极管L1，发光二极管L1的另一端接地。

当三相电压正常存在时，三相电压分别通过D3、D4、D5半波整流，选择合适的电阻电容值，可以使得T1、T2、T3三个三极管一直导通，则D6、D7、D8三个二极管都不导通，光电耦合器不通，送给单片机低电平；当三相电压至少有一相缺失时，D6、D7、D8至少有一个导通，则光电耦合器导通，送给单片机高电平，由单片机来控制电路跳闸分断，同时点亮发光二极管指示。

过载检测与指示电路包括电流互感器N1、N2、N3，N1、N2、N3分别与电阻R22、R23、R24并联连接，N1、N2、N3的一端分别连接二极管D9、D10、D11的阳极，N1、N2、N3另一端连接基准电源Vss，二极管D9、D10、D11的阴极连接电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接电容C9，电容C9的另一端与电流互感器N3的一端连接，电阻R26与电容C9并联连接，电阻R26与电容C9、电阻R25连接的一端还连接电阻R27的一端和比较器2的正向输入端，电阻R27的另一端通过电容C10与电阻R26的另一端连接，电容C10与电阻R27连接的一端还连接比较器3的正向输入端，比较器2的负向输入端通过电阻R28、R29连接基准电源Vcc，还通过电阻R30、电阻R31连接基准电源Vss，比较器2、3的负向输入端分别通过电容C11和电容C12连接各自的输出端，比较器3的负向输入端还通过电阻R32与电阻R30和R31的连接点连接，电阻R28和电阻R2的连接点连接至比较器4的负向输入端，比较器2的输出端连接二极管D12的阳极，二极管D12的阴极连接比较器4的正向输入端，比较器3的输出端通过电阻R33、电阻R34连接比较器4的正向输入端，电阻R33和电阻R34的连接点连接电容C13、C14的一端，电容C13和电容C14并联连接，电容C13和电容C14的另一端连接基准电源Vss，比较器4的正向输入端还通过电阻R35连接二极管D13的阴极，二极管D13的阳极连接比较器4的输出端，比较器4的输出端连接电阻R36和单片机的输入端，电阻R36的另一端连接发光二极管L2的阳极，发光二极管L2的阴极接地。

在正常的工作情况下，三相工作电流互感器输出的电压，经过D9、D10、D11半波整流，并经C9滤波，对C10充电，由于工作电流处于正常范围，C10上的电压比两个比较器2、3的参考电压低，比较器一直输出低电平，比较器4也就输出低电平给单片机，系统正常工作。当工作电流超过一定限度时，C10上的电压将超过比较器3的参考电压，比较器3输出高电平，通过电阻对C14充电，经过一定的时间，使比较器4输出高电平，送给单片机，控制系统跳闸，同时使发光二极管亮，用来指示。当负载电路短路，电流特别大时，C10上的电压将超过比较器2的参考电压，比较器2输出高电平直接使比较器4翻转送出高电平控制信号，送给单片机，控制系统跳闸，同时使发光二极管亮，用来指示。

键盘的功能主要是查询跳闸和闭锁动作次数，系统参数清除等功能。

存储器是为了保存跳闸和闭锁动作次数，采用                                                总线进行读写的串行控制存储器。

附图说明

图1是剩余电流保护器的剩余电流采样处理电路。

图2是剩余电流保护器的缺相检测与指示电路。

图3是剩余电流保护器的过载检测与指示电路。

具体实施方式

一种剩余电流保护器，剩余电流保护器根据使用场合和技术指标的不同，可以分为总保护级，中间保护级和末级保护级。

剩余电流总保护器应配置在配变的低压总电源侧，是全网的总保护，它应选用电流型的剩余电流保护器，其剩余电流动作电流值的选择以防止间接接触的触电保护为主，并在躲过电网正常的剩余电流流的前提下尽量选小。

剩余电流中级保护器应设置在接户线进入集表箱的电源刀闸的负荷侧。它是以防止套户线至末级保护器之前的直接接触的触电伤亡事故为主要目的，并作为末级保护器的后备保护。

剩余电流末级保护器应装置在进户线的电源侧，电源进线先接刀闸后接剩余电流保护器。用于家用电器、固定安装电器、移动式电器、携带式电器及临时用电设备的剩余电流保护，是直接防止人身触电的保护设备。

传感器(剩余电流互感器)将剩余电流感应信号送给信号处理电路进行处理，由单片机对信号进行测量从而获得剩余电流值的大小(幅度)以及剩余电流和相位基准信号(C相)的相位差，将剩余电流的值与工作档位的动作整定值进行比较，如果超过动作整定值则单片机输出控制信号使保护器跳闸切断供电，并在显示电路显示动作时剩余电流的值和相别。

如图1所示，剩余电流采样处理电路包括了剩余电流的变换和放大两部分，首先，剩余电流通过剩余电流互感器LH进行剩余电流的检测，剩余电流互感器的两端并联一个电容C1，电容C1的一端连接电阻R1的一端、二极管D1的阴极、二极管D2的阳极和电阻R2的一端。电容C1的另一端连接电阻R1的另一端、二极管D1的阳极、二极管D2的阴极，二极管D2的阴极通过一个电容C2连接电阻R2的另一端，电阻R2与电容C2的连接点连接电容C3的一端，电容C3的另一端通过电阻R3连接电阻R4，电阻R4的两端并联连接电容C4，电阻R3、电阻R4与电容C4的连接点连接运算放大器1的负输入端2，电容C4与电阻R4的另一个连接点连接运算放大器1的输出端1，运算放大器的正输入端3连接电阻R5和电阻R6，电阻R6通过电阻R7接地，电阻R5的另一端连接电容C5和+5V基准电源，电容C5的另一端接地，运算放大器1的输出端1连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端输出经过处理的剩余电流信号。

一般剩余电流信号为弱信号，只有几十毫安，通常在1000 毫安以下，而电路正常工作的电流为几十安，甚至是几百安，因此采用剩余电流互感器进行剩余电流的检测。要保障在很宽的范围内呈线性，在互感器的二次输出端接一个电阻R15，将电流信号变换成电压信号，同时为防止在大电流时输出电压过高，在输出端并接两个二极管，进行电压钳位。

如图2所示，缺相和过载保护电路，将缺相和过载保护的信号送给单片机，然后由单片机作出相应的操作(跳闸、显示等)。

缺相指示电路通过二极管D3的阳极连接A相母线，二极管D3的阴极连接电阻R9,电阻R9的另一端分别连接电容C6、电阻R10和电阻R11的一端，电容C6与电阻R10并联，电阻R11的另一端连接晶体管T1的漏极，电容C6和电阻R10并联连接的另一端分别连接N相母线和晶体管T1的发射极，晶体管T1的源极连接电阻R12的一端和二极管D6的阳极，电阻R12的另一端连接基准电源Vcc，二极管D6的阴极连接光耦电路的输入端。

缺相指示电路还通过二极管D4的阳极连接B相母线，二极管D4的阴极连接电阻R13,电阻R13的另一端分别连接电容C7、电阻R14和电阻R15的一端，电容C7与电阻R14并联，电阻R15的另一端连接晶体管T2的漏极，电容C7和电阻R14并联连接的另一端分别连接N相母线和晶体管T2的发射极，晶体管T2的源极连接电阻R16的一端和二极管D7的阳极，电阻R16的另一端连接基准电源Vcc，二极管D7的阴极连接光耦电路的输入端。

缺相指示电路还通过二极管D5的阳极连接C相母线，二极管D5的阴极连接电阻R17,电阻R17的另一端分别连接电容C8、电阻R18和电阻R19的一端，电容C8与电阻R18并联，电阻R19的另一端连接晶体管T3的漏极，电容C8和电阻R18并联连接的另一端分别连接N相母线和晶体管T3的发射极，晶体管T3的源极连接电阻R20的一端和二极管D8的阳极，电阻R20的另一端连接基准电源Vcc，二极管D8的阴极连接光耦电路的输入端。

光耦电路的输出端分别连接电阻R21和基准电源Vcc，电阻R21与光耦电路连接的一端连接单片机输入端，电阻R21的另一端连接发光二极管L1，发光二极管L1的另一端接地。

当三相电压正常存在时，三相电压分别通过D3、D4、D5半波整流，选择合适的电阻电容值，可以使得T1、T2、T3三个三极管一直导通，则D6、D7、D8三个二极管都不导通，光电耦合器不通，送给单片机低电平；当三相电压至少有一相缺失时，D6、D7、D8至少有一个导通，则光电耦合器导通，送给单片机高电平，由单片机来控制电路跳闸分断，同时点亮发光二极管指示。

如图3所示，过载检测与指示电路包括电流互感器N1、N2、N3，N1、N2、N3分别与电阻R22、R23、R24并联连接，N1、N2、N3的一端分别连接二极管D9、D10、D11的阳极，N1、N2、N3另一端连接基准电源Vss，二极管D9、D10、D11的阴极连接电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接电容C9，电容C9的另一端与电流互感器N3的一端连接，电阻R26与电容C9并联连接，电阻R26与电容C9、电阻R25连接的一端还连接电阻R27的一端和比较器2的正向输入端，电阻R27的另一端通过电容C10与电阻R26的另一端连接，电容C10与电阻R27连接的一端还连接比较器3的正向输入端，比较器2的负向输入端通过电阻R28、R29连接基准电源Vcc，还通过电阻R30、电阻R31连接基准电源Vss，比较器2、3的负向输入端分别通过电容C11和电容C12连接各自的输出端，比较器3的负向输入端还通过电阻R32与电阻R30和R31的连接点连接，电阻R28和电阻R2的连接点连接至比较器4的负向输入端，比较器2的输出端连接二极管D12的阳极，二极管D12的阴极连接比较器4的正向输入端，比较器3的输出端通过电阻R33、电阻R34连接比较器4的正向输入端，电阻R33和电阻R34的连接点连接电容C13、C14的一端，电容C13和电容C14并联连接，电容C13和电容C14的另一端连接基准电源Vss，比较器4的正向输入端还通过电阻R35连接二极管D13的阴极，二极管D13的阳极连接比较器4的输出端，比较器4的输出端连接电阻R36和单片机的输入端，电阻R36的另一端连接发光二极管L2的阳极，发光二极管L2的阴极接地。

在正常的工作情况下，三相工作电流互感器输出的电压，经过D9、D10、D11半波整流，并经C9滤波，对C10充电，由于工作电流处于正常范围，C10上的电压比两个比较器2、3的参考电压低，比较器一直输出低电平，比较器4也就输出低电平给单片机，系统正常工作。当工作电流超过一定限度时，C10上的电压将超过比较器3的参考电压，比较器3输出高电平，通过电阻对C14充电，经过一定的时间，使比较器4输出高电平，送给单片机，控制系统跳闸，同时使发光二极管亮，用来指示。当负载电路短路，电流特别大时，C10上的电压将超过比较器2的参考电压，比较器2输出高电平直接使比较器4翻转送出高电平控制信号，送给单片机，控制系统跳闸，同时使发光二极管亮，用来指示。

键盘的功能主要是查询跳闸和闭锁动作次数，系统参数清除等功能。

存储器是为了保存跳闸和闭锁动作次数，采用总线进行读写的串行控制存储器。

以上所述仅为本发明的优选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)

1.一种剩余电流保护器，其特征在于，剩余电流保护器根据使用场合和技术指标的不同，分为总保护级，中间保护级和末级保护级。

2.如权利要求1所述的剩余电流保护器，其特征在于，剩余电流总保护器配置在配变的低压总电源侧，剩余电流中级保护器设置在接户线进入集表箱的电源刀闸的负荷侧，剩余电流末级保护器装置在进户线的电源侧。

3.如权利要求2所述的剩余电流保护器，其特征在于，剩余电流互感器将剩余电流感应信号送给信号处理电路进行处理，由单片机对信号进行测量从而获得剩余电流值的大小以及剩余电流和相位基准信号的相位差，将剩余电流的值与工作档位的动作整定值进行比较，如果超过动作整定值则单片机输出控制信号使保护器跳闸切断供电，并在显示电路显示动作时剩余电流的值和相别。

4.如权利要求3所述的剩余电流保护器，其特征在于，剩余电流采样处理电路包括剩余电流的变换和放大两部分，剩余电流通过剩余电流互感器LH进行剩余电流的检测，剩余电流互感器的两端并联一个电容C1，电容C1的一端连接电阻R1的一端、二极管D1的阴极、二极管D2的阳极和电阻R2的一端，电容C1的另一端连接电阻R1的另一端、二极管D1的阳极、二极管D2的阴极，二极管D2的阴极通过一个电容C2连接电阻R2的另一端，电阻R2与电容C2的连接点连接电容C3的一端，电容C3的另一端通过电阻R3连接电阻R4，电阻R4的两端并联连接电容C4，电阻R3、电阻R4与电容C4的连接点连接运算放大器1的负输入端2，电容C4与电阻R4的另一个连接点连接运算放大器1的输出端1，运算放大器的正输入端3连接电阻R5和电阻R6，电阻R6通过电阻R7接地，电阻R5的另一端连接电容C5和+5V基准电源，电容C5的另一端接地，运算放大器1的输出端1连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端输出经过处理的剩余电流信号。

5.如权利要求4所述的剩余电流保护器，其特征在于，缺相指示电路通过二极管D3的阳极连接A相母线，二极管D3的阴极连接电阻R9,电阻R9的另一端分别连接电容C6、电阻R10和电阻R11的一端，电容C6与电阻R10并联，电阻R11的另一端连接晶体管T1的漏极，电容C6和电阻R10并联连接的另一端分别连接N相母线和晶体管T1的发射极，晶体管T1的源极连接电阻R12的一端和二极管D6的阳极，电阻R12的另一端连接基准电源Vcc，二极管D6的阴极连接光耦电路的输入端；缺相指示电路还通过二极管D4的阳极连接B相母线，二极管D4的阴极连接电阻R13,电阻R13的另一端分别连接电容C7、电阻R14和电阻R15的一端，电容C7与电阻R14并联，电阻R15的另一端连接晶体管T2的漏极，电容C7和电阻R14并联连接的另一端分别连接N相母线和晶体管T2的发射极，晶体管T2的源极连接电阻R16的一端和二极管D7的阳极，电阻R16的另一端连接基准电源Vcc，二极管D7的阴极连接光耦电路的输入端；缺相指示电路还通过二极管D5的阳极连接C相母线，二极管D5的阴极连接电阻R17,电阻R17的另一端分别连接电容C8、电阻R18和电阻R19的一端，电容C8与电阻R18并联，电阻R19的另一端连接晶体管T3的漏极，电容C8和电阻R18并联连接的另一端分别连接N相母线和晶体管T3的发射极，晶体管T3的源极连接电阻R20的一端和二极管D8的阳极，电阻R20的另一端连接基准电源Vcc，二极管D8的阴极连接光耦电路的输入端；光耦电路的输出端分别连接电阻R21和基准电源Vcc，电阻R21与光耦电路连接的一端连接单片机输入端，电阻R21的另一端连接发光二极管L1，发光二极管L1的另一端接地。

6.如权利要求5所述的剩余电流保护器，其特征在于，过载检测与指示电路包括电流互感器N1、N2、N3，N1、N2、N3分别与电阻R22、R23、R24并联连接，N1、N2、N3的一端分别连接二极管D9、D10、D11的阳极，N1、N2、N3另一端连接基准电源Vss，二极管D9、D10、D11的阴极连接电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接电容C9，电容C9的另一端与电流互感器N3的一端连接，电阻R26与电容C9并联连接，电阻R26与电容C9、电阻R25连接的一端还连接电阻R27的一端和比较器2的正向输入端，电阻R27的另一端通过电容C10与电阻R26的另一端连接，电容C10与电阻R27连接的一端还连接比较器3的正向输入端，比较器2的负向输入端通过电阻R28、R29连接基准电源Vcc，还通过电阻R30、电阻R31连接基准电源Vss，比较器2、3的负向输入端分别通过电容C11和电容C12连接各自的输出端，比较器3的负向输入端还通过电阻R32与电阻R30和R31的连接点连接，电阻R28和电阻R2的连接点连接至比较器4的负向输入端，比较器2的输出端连接二极管D12的阳极，二极管D12的阴极连接比较器4的正向输入端，比较器3的输出端通过电阻R33、电阻R34连接比较器4的正向输入端，电阻R33和电阻R34的连接点连接电容C13、C14的一端，电容C13和电容C14并联连接，电容C13和电容C14的另一端连接基准电源Vss，比较器4的正向输入端还通过电阻R35连接二极管D13的阴极，二极管D13的阳极连接比较器4的输出端，比较器4的输出端连接电阻R36和单片机的输入端，电阻R36的另一端连接发光二极管L2的阳极，发光二极管L2的阴极接地。