CN106405305A - 零线断相检测电路和检测零线断相的方法 - Google Patents

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Abstract

一种零线断相检测电路和检测零线断相的方法。零线断相检测电路包括电压采样电路和与电压采样电路连接的监控电路；所述电压采样电路包括分别与电源A相、电源B相、电源C相和电源N相连接的第一输入端、第二输入端、第三输入端和第四输入端，电压采样电路还包括阻值各不相等的电阻R1、电阻R2和电阻R3，第一输入端经电阻R1与监控电路连接，第二输入端经电阻R2与监控电路连接，第三输入端经电阻R3与监控电路连接；监控电路根据电压采样电路输入的信号监控是否发生零线故障。检测零线断相的方法，在电源A相、电源B相和电源C相上分别设置阻值各不相等的分压电阻，当电源N相上的N相分压电阻上的电压为0时判定零线断相。

Description

零线断相检测电路和检测零线断相的方法
技术领域
本发明涉及低压电器领域，特别涉及一种零线断相检测电路和检测零线断相的方法。
背景技术
在三相四线制的供电系统中，如果零线断了，其后果是在三相负载不平衡时使零线的电位不等于0，也就是说中性点发生偏移，此时很有可能发生触电事故。
目前，大部分采用三相四线制接线方式的保护器测量零线断相的方法是：一，保护器工作电源采用火线与零线间的电压，当零线断相后，保护器停止工作，继电器断开，最终断开整个供电电路。此方法可靠性高，但是通用性不高，比如在三相三线制接线方式的电路中，此保护器就无法使用。二，另一种方法是对电源A相、电源B相和电源C相电压进行矢量和计算，并与电源N相的矢量电压进行比较是否相等，这种方法的弊端在于，当电网的三相电压处于理想状态时，也就是电源A相、电源B相和电源C相三相电压矢量和等于0或者接近于0时，零线无论断相与否，电源N相的矢量电压永远为0，因此在这种状态下无法检测到零线的断相。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单，通用性强，稳定可靠的零线断相检测电路和检测零线断相的方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种零线断相检测电路，包括电压采样电路和与电压采样电路连接的监控电路；所述电压采样电路包括分别与电源A相、电源B相、电源C相和电源N相连接的第一输入端、第二输入端、第三输入端和第四输入端，电压采样电路还包括阻值各不相等的电阻R1、电阻R2和电阻R3，第一输入端经电阻R1与监控电路连接，第二输入端经电阻R2与监控电路连接，第三输入端经电阻R3与监控电路连接。
进一步，所述电压采样电路还包括电阻R5，电阻R6和电阻R7；所述电阻R1和电阻R5串联后的一端与第一输入端连接，另一端与电路地GND连接，电阻R1和电阻R5的中间节点连接到监控电路的输入端；所述电阻R2和电阻R6串联后的一端与第二输入端连接，另一端与电路地GND连接，电阻R2和电阻R6的中间节点连接到整流电路的输入端；所述电阻R3和电阻R7串联后的一端与第三输入端连接，另一端与电路地GND连接，电阻R3和电阻R7的中间节点连接到监控电路的输入端；所述电阻R1与电阻R5，电阻R2和电阻R6与电阻R3和电阻R7之间的阻值之和各不相等。
进一步，所述电压采样电路还包括电阻R4，第四输入端经电阻R4与监控电路连接。
进一步，所述电压采样电路还包括电阻R8；所述电阻R8和电阻R4串联后的一端与第四输入端连接，另一端与电路地GND连接，电阻R4和电阻R8的中间节点连接到监控电路的输入端。
进一步，还包括整流电路，所述整流电路设于电压采样电路和监控电路之间，整流电路的输入端与电压采样电路的输出端连接，整流电路的输出端与监控电路连接，整流电路将电压采样电路采集的电压信号整流成直流电压后输出给监控电路。
进一步，所述监控电路可以设置为微控制器。
进一步，所述零线断相检测电路的所有元件焊接在被检测设备的线路板上。
进一步，零线断相检测电路设置在继电器上。
一种检测零线断相的方法，在电源A相、电源B相和电源C相上分别设置阻值各不相等的分压电阻，当电源N相上的N相分压电阻上的电压为0时判定零线断相。
进一步，当电源N相上的N相分压电阻上的电压不为0时，计算电源A相、电源B相和电源C相这三相上分压电阻的电压矢量和是否等于N相分压电阻上的电压，如不相等则判定零线断相或接地不良。
本发明在三相电路中接入零线断相检测电路，零线断相检测电路包括电压采样电路和与电压采样电路连接的监控电路，电压采样电路分别将阻值各不相等的分压电阻接入到电源A相，电源B相和电源C相，破坏三相电压的理想平衡状态，使得电路三相电压矢量之和在任何时候都不可能为零，因此在电网的三相电压处于理想平衡状态时也能够检测零线是否断相，通过检测N相电压是否为零，即可检测零线是否存在故障；本发明的工作电源采用的是三相线电压，可以接入三相四线电路和三相三线电路中，兼容性能好。
附图说明
图1是本发明零线断相检测电路的电路图；
图2是本发明三相电压与N相矢量方向图。
具体实施方式
以下结合附图1至2给出的实施例，进一步说明本发明的零线断相检测电路和检测零线断相的方法的具体实施方式。本发明的零线断相检测电路和检测零线断相的方法不限于以下实施例的描述。
如图2所示，一种检测零线断相的方法是，对电源A相、电源B相和电源C相电压进行矢量和计算，并与电源N相的矢量电压进行比较是否相等。这种方法在电网的三相电压处于理想状态时，也就是电源A相、电源B相和电源C相三相电压矢量和等于0或者接近于0时，零线无论断相与否，电源N相的矢量电压永远为0，无法检测出零线是否断相。
如图2所示，三根相线中任意一根相线与零线间的电压为相电压，三根相线中任意两根间的电压为线电压，线电压是两个相相电压的矢量和，所述三相电压的相位相差120度，所述三相矢量电压是指电路地GND分别朝向电源A相，电源B相，电源C相的矢量电压，N相矢量电压是指电路地GND朝向电源N相的矢量电压(当三相电压处于理想状态时，N相矢量电压为0)，所述三相电压矢量和是指三相矢量电压分别分解到N相矢量电压方向上的矢量电压之和。
如图1所示，本发明零线断相检测电路，包括电压采样电路和与电压采样电路连接的监控电路。所述电压采样电路包括分别与电源A相、电源B相、电源C相和电源N相连接的第一输入端、第二输入端、第三输入端和第四输入端，电压采样电路还包括阻值各不相等的电阻R1、电阻R2和电阻R3，第一输入端经电阻R1与监控电路连接，第二输入端经电阻R2与监控电路连接，第三输入端经电阻R3与监控电路连接；监控电路根据电压采样电路输入的信号监控是否发生零线故障。当N相电压为零则判定零线断相，当N相电压不为零且不等于电源A相、电源B相、电源C相这三相电压矢量时则判定零线断相或接地不良，即可检测零线是否存在故障。本发明在三相电路中接入零线断相检测电路，零线断相检测电路包括电压采样电路和与电压采样电路连接的监控电路，电压采样电路分别将阻值各不相等的分压电阻接入到电源A相，电源B相和电源C相，破坏三相电压的理想平衡状态，使得电路三相电压矢量之和在任何时候都不可能为零，因此在电网的三相电压处于理想平衡状态时也能够检测零线是否断相，通过检测N相电压是否为零，即可检测零线是否存在故障；本发明的工作电源采用的是三相线电压，可以接入三相四线电路和三相三线电路中，兼容性能好。
判断N相电压是否为0，只需要接入简单的比较电路即可很容易的实现。当N相电压为0时，零线断相；当N相电压不为0时，需要计算三相电压的矢量和和N相的矢量电压是否相等，如不相等则判定零线断相或接地不良。计算零线断相检测电路的三相电压的矢量和运算的监控电路可以通过微处理器来实现，三相电压的矢量和运算也可以通过现有电路来实现。
当监控电路采用为微处理器时，可接入整流电路，所述整流电路设于电压采样电路和监控电路之间，整流电路的输入端与电压采样电路的输出端连接，整流电路的输出端与监控电路连接，整流电路将电压采样电路采集的电压信号整流成直流电压后输出给监控电路。
如图1所示，所述电压采样电路还包括电阻R5，电阻R6和电阻R7；所述电阻R1和电阻R5串联后的一端与第一输入端连接，另一端与电路地GND连接，电阻R1和电阻R5的中间节点连接到监控电路的输入端；所述电阻R2和电阻R6串联后的一端与第二输入端连接，另一端与电路地GND连接，电阻R2和电阻R6的中间节点连接到整流电路的输入端；所述电阻R3和电阻R7串联后的一端与第三输入端连接，另一端与电路地GND连接，电阻R3和电阻R7的中间节点连接到监控电路的输入端；所述电阻R1与电阻R5，电阻R2和电阻R6与电阻R3和电阻R7之间的阻值之和各不相等。
如图1所示，所述电压采样电路还包括电阻R4，第四输入端经电阻R4与监控电路连接。电压采样电路与电源N相连接后接入电阻R4，使得电源N相在接地不良时电压不为零，当N相电压不为0时，通过计算三相电压矢量和电压与N相矢量电压是否相等来判断零线是否存在接地不良。所述电压采样电路还包括电阻R8；所述电阻R8和电阻R4串联后的一端与第四输入端连接，另一端与电路地GND连接，电阻R4和电阻R8的中间节点连接到监控电路的输入端。
图1所示实施例中，通过接入阻值较大的电阻来实现破坏三相电压平衡状态，电阻R1、电阻R2和电阻R3的阻值分别为1M、2M和3M，电阻R4的阻值为1M，电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8的阻值都为1K。各电阻的阻值可以根据需要设置为其他值，只要电阻R1与电阻R5，电阻R2和电阻R6与电阻R3和电阻R7之间的阻值之和各不相等即可。
如图1所示，本发明检测零线断相的方法，包括如下步骤：
(1)，在电源A相、电源B相和电源C相上分别设置阻值各不相等的分压电阻，当电源N相上的N相分压电阻上的电压为0时判定零线断相。
(2)，当电源N相上的N相分压电阻上的电压不为0时，计算电源A相、电源B相和电源C相这三相上分压电阻的电压矢量和是否等于N相分压电阻上的电压，如不相等则判定零线断相或接地不良。
具体地，可在电阻R1和电阻R5之间设有A相电压检测a点，电阻R2和电阻R6之间设有B相电压检测b点，电阻R3和电阻R7之间设有C相电压检测c点，电阻R4和电阻R8之间设有N相电压检测n点；
a，电压采样电路分别采集到A相电压检测a点的矢量电压U1，B相电压检测b点的矢量电压U2，C相电压检测c点的矢量电压U3和N相电压检测n点的矢量电压U4；
b，矢量电压U1，矢量电压U2，矢量电压U3，矢量电压U4经过整理电路整流后读取到微处理器，微处理器对采样得到的三相电压数值进行矢量和运算并与零线矢量电压进行比较和判断，计算是否发生零线故障。
c，当微处理检测到矢量电压U4等于0时，零线断相，微处理器发出信号切断电路；
d，当微处理检测到矢量电压U4不等于0时，微处理器对矢量电压U1，矢量电压U2，矢量电压U3进行矢量和运算，并与矢量电压U4进行比较和判断。
e，当矢量电压U1，矢量电压U2，矢量电压U3的矢量和与矢量电压U4相等，零线没有断相或者没有接地不良；
f，矢量电压U1，矢量电压U2，矢量电压U3的矢量和与矢量电压U4的矢量和不相等，零线存在接地不良。
通过上述可知，零线断相检测电路可以应用在一切三相三线或者三相四线有测量电压功能的设备上，只需要将零线断相检测电路所有元件焊接在被检测设备的线路板上。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种零线断相检测电路，其特征在于：包括电压采样电路和与电压采样电路连接的监控电路；所述电压采样电路包括分别与电源A相、电源B相、电源C相和电源N相连接的第一输入端、第二输入端、第三输入端和第四输入端，电压采样电路还包括阻值各不相等的电阻R1、电阻R2和电阻R3，第一输入端经电阻R1与监控电路连接，第二输入端经电阻R2与监控电路连接，第三输入端经电阻R3与监控电路连接。
2.根据权利要求1所述的零线断相检测电路，其特征在于：所述电压采样电路还包括电阻R5，电阻R6和电阻R7；所述电阻R1和电阻R5串联后的一端与第一输入端连接，另一端与电路地GND连接，电阻R1和电阻R5的中间节点连接到监控电路的输入端；所述电阻R2和电阻R6串联后的一端与第二输入端连接，另一端与电路地GND连接，电阻R2和电阻R6的中间节点连接到整流电路的输入端；所述电阻R3和电阻R7串联后的一端与第三输入端连接，另一端与电路地GND连接，电阻R3和电阻R7的中间节点连接到监控电路的输入端；所述电阻R1与电阻R5，电阻R2和电阻R6与电阻R3和电阻R7之间的阻值之和各不相等。
3.根据权利要求1或2所述的零线断相检测电路，其特征在于：所述电压采样电路还包括电阻R4，第四输入端经电阻R4与监控电路连接。
4.根据权利要求3所述的零线断相检测电路，其特征在于：所述电压采样电路还包括电阻R8；所述电阻R8和电阻R4串联后的一端与第四输入端连接，另一端与电路地GND连接，电阻R4和电阻R8的中间节点连接到监控电路的输入端。
5.根据权利要求1所述的零线断相检测电路，其特征在于：还包括整流电路，所述整流电路设于电压采样电路和监控电路之间，整流电路的输入端与电压采样电路的输出端连接，整流电路的输出端与监控电路连接，整流电路将电压采样电路采集的电压信号整流成直流电压后输出给监控电路。
6.根据权利要求1所述的零线断相检测电路，其特征在于：所述监控电路可以设置为微控制器。
7.根据权利要求1所述的零线断相检测电路，其特征在于：所述零线断相检测电路的所有元件焊接在被检测设备的线路板上。
8.根据权利要求1所述的零线断相检测电路，其特征在于：零线断相检测电路设置在继电器上。
9.一种检测零线断相的方法，其特征在于：在电源A相、电源B相和电源C相上分别设置阻值各不相等的分压电阻，当电源N相上的N相分压电阻上的电压为0时判定零线断相。
10.根据权利要求9所述的检测零线断相的方法，其特征在于：当电源N相上的N相分压电阻上的电压不为0时，计算电源A相、电源B相和电源C相这三相上分压电阻的电压矢量和是否等于N相分压电阻上的电压，如不相等则判定零线断相或接地不良。
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