CN107332206A - 基于多地点电位变化的漏电检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明是微控制器实现的基于多接地点电位变化的漏电检测装置，主要针对我国复杂的配电环境，例如贫困农村因为积极发展水平低，大量家庭没有安装用于防止触电的漏电保护器，无法阻止触电事故的发生；以及许多建筑因为电气安装规范不合规范，无法安装用于电气防火的RCD。由于漏电电流在流过大地时会产生压降，因此本发明通过对大地电位的变化进行检测，推断通过大地的漏电电流的变化情况，进而判断是否产生了故障漏电电流。与传统的漏电保护器相比，本发明主要适用于小电网，比如农村电网。本发明结构简单，便于安装和维护，所需的安装数量要比传统的漏电保护器少，因此减少了成本。

Description

基于多地点电位变化的漏电检测装置

一、技术邻域

本发明属于漏电保护技术领域，是一种基于电位法的漏电保护技术，适用于较大区域范围漏电探测的漏电保护器。

二、背景技术

各种电器设备在生产、生活各个邻域中的应用越来越多，发生人体触电或者用电设备漏电的可能性越来越大，安全用电的要求也越来越严格。人体触电和接地漏电是用电事故的两个重要方面，在低压配电网中安装剩余电流保护器时防止人体触电、电气火灾及电气设备损坏的一种有效防护措施。

目前，剩余电流保护器在国内外广泛使用，现在已成为低压电网安全保护中的重要组成部分，根据动作方式可以分为电磁式剩余电流保护器和电子式剩余电流保护器。电磁式剩余电流保护器主要由零序电流互感器、漏电脱扣器及带有过载和短路保护的自动开关组成。全部零部件安装在一个塑料外壳中，安装接线简单，操作方便。剩余电流动作保护器在正常时处于合闸状态，当被保护电路中发生人身触电或线路及设备漏电故障，且故障电流达到保护器的整定动作电流时，零序电流互感器所检测到的漏电信号通过电流互感器的绕组输出，加至漏电脱扣器线圈，使衔铁在扭簧的作用下脱离磁扼，同时带动脱扣推杆打击锁扣，自动开关就会脱扣跳闸，切断被保护电路的电源，从而起到漏电保护的作用。电子式剩余电流保护器是在零序电流互感器的二次回路和脱扣器之间接入一个电子放大机构，互感器二次回路的输出电压经过电子线路放大后再激励剩余电流脱扣器，电子放大机构的电子器件所需的电源是从线路获得的，动作功能与线路电压有关。

但是这种采用剩余电流动作原理的保护方法，经常存在保护误动、拒动和保护死区等问题，尚无有效的解决方法，并且这些剩余电流保护器需要安装在用电设备的附近，这就使得剩余电流保护器的安装数量多，安装成本高，在许多特殊场合存在许多局限性。在我国的一些贫困地区，大量家庭没有安装用于防止触电的剩余电流保护器，许多建筑因为电气安装规范不合规范无法安装用于电气防火的RCD，因此本发明针对这些特殊的用电环境采用了新的漏电检测原理，从改进保护原理和减少保护装置安装数量的角度设计了新的漏电保护装置。

三、发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种环境适应性强、安装和维护成本低、性能可靠的基于探测多大地点电位变化的漏电检测装置，安装该装置后能够对安装区域周围较大范围内的漏电故障进行检测，判断漏电故障发生地点的方位，并控制动作机构执行切除故障线路，同时也可以发出故障信号，以便动作机构无法动作时通知工作人员手动切除故障线路。

本发明为解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于探测多接地点电位变化的漏电检测装置，包括电位探测接地端子、AD采样参考电位端子、连接电缆、电源线、信号调理装置、微控制器、故障信号指示灯、LED显示器、键盘、跳闸动作机构。微控制器、信号调理装置、电位探测接地端子之间的连接采用屏蔽线，微控制器、信号放大装置都安装于电磁屏蔽盒内以减少电磁干扰，从屏蔽盒内引出屏蔽线与电位探测接地端子相连接，引出线的数目取决于判断的灵敏度、成本、漏电探测的区域范围等。

进一步的，上述信号调理装置的信号输入端与电位探测接地端子通过屏蔽线相连，信号输出端分别与微控制器的AD采样通道相连接。

进一步的，上述跳闸动作机构与微控制器的信号输出端相连接，用于切除故障线路。它的原理是：电源与可控硅、漏电脱口线圈串联，可控硅栅极由微控制器控制，可控硅导通时，电流加至漏电脱口线圈，使衔铁在扭簧的作用下脱离磁轭，同时带动脱口推杆打击锁扣，自动开关就会脱口跳闸，切断被保护电路的电源，从而起到漏电保护的作用。

进一步的，上述电位探测接地端子的形状结构如附图3所示，接地端子的材料采用铜，上半部分为杆形，下半部分为球形，以增大接地端子与大地土壤的接触面积。

进一步的，上述LED显示器与微控制器的输出接口相连接，用于显示故障发生地的信息，包括故障发生地的方位、故障发生的时间、故障发生次数。

进一步的，上述键盘与微控制器的输入接口相连，用于LED显示器显示内容的切换，以及对故障信息的复位。

进一步的，上述故障信号指示灯与微控制器的输出接口相连接，当故障发生时指示灯亮，并保持亮的状态直到跳闸执行机构成功切除故障。

进一步的，上述的电源线与装置内部的电压转换模块相连接，电源可采用220V交流电源，经过装置内的电压转换模块转换成装置所需的工作电压。

四、附图说明

图1本发明的原理图

图2本发明的外部结构

其中，①为A/D转换通道接线口，②为电源线插口，③为跳闸执行机构连接口，④为A/D参考电位接口，⑤为LED显示器，⑥为故障信号指示灯，⑦为键盘

图3电位探测端子

五、具体实施方式

以下结合附图对本发明实施做进一步详述。

一种基于探测多接地点电位变化的漏电检测装置，如附图1及附图2所示，包括电位探测接地端子、连接电缆、信号调理装置、微控制器、故障信号指示灯、LED显示器、键盘、跳闸动作机构。微控制器、信号调理装置、电位探测接地端子之间的连接采用屏蔽线，微控制器、信号放大装置都安装于电磁屏蔽盒内以减少电磁干扰，从屏蔽盒内引出屏蔽线与电位探测接地端子相连接，引出线的数目取决于漏电探测的灵敏度、成本、漏电探测区域等。信号调理装置的信号输入端与电位探测接地端子通过屏蔽线相连，信号输出端分别与微控制器的AD采样通道相连接。跳闸动作机构与微控制器的信号输出端相连接，用于切除故障线路。电位探测接地端子的形状结构如附图3所示，接地端子的材料采用铜，上半部分为杆形，下半部分为球形，以增大接地端子与大地土壤的接触面积。LED显示器与微控制器的输出接口相连接，用于显示故障发生地的信息，包括故障发生地的方位、故障发生的时间、故障发生次数。键盘与微控制器的输入接口相连，用于LED显示器显示内容的切换，以及对故障信息的复位。故障信号指示灯与微控制器的输出接口相连接，当故障发生时指示灯亮，并保持亮的状态直到跳闸执行机构成功切除故障。

漏电检测装置由220V交流电源供电，经过装置内的电压转换模块转换成装置所需的工作电压。漏电检测装置键盘中的ON/OFF按键可以控制漏电检测装置的开启和关闭。

A/D采样参考电位端子与电网电源的接地点相连，一般情况下是变压器星形侧的中性点接地处。A/D采样参考电位端子的作用是为微控制器的A/D转换提供一个参考电压。

将多个接地电位探测接地端子均匀地分布在以电网中性接地点为圆心的一个圆周上。各个电位探测接地端子采集相应位置的大地电位，采集到的大地电位信号经过信号调理装置进行放大之后传递到微控制器的AD采样输入通道。

微控制器作为漏电检测装置的逻辑判断和控制输出模块，它根据设定好的采样周期T，每隔T时间对多个输入的接地电位信号进行一次扫描采样。T的取值为T＝20ms/N，其中N为整数，这样在一个工频信号周期之内，对大地电位信号进行N次采样，其中的最大值可认为是大地电位信号的幅值，并将该值V1保存下来。在下一个工频信号周期内，又进行N次采样，获得大地电位信号的幅值V2，如此重复。微控制器对故障的判断是基于大地电位的变化量。当发生故障时，漏电电流会突然增大，大地电位会发生突变，因 此两次采样得到的电位信号幅值的变化量V2-V1会很大，因此设置了一个电位变化的整定值，当V2-V1大于整定值时判断为发生故障。为了防止干扰信号引起V2-V1大于整定值，设置了一个延时，由于干扰信号的持续时间往往比较短暂，而故障信号的持续时间比较长，干扰信号引起V2突然增大后，在短时间内又会回落，恢复正常，因此可用延时来躲过干扰信号。而故障信号的持续时间比较长，引起V2突然增大后，大地电位会一直保持在V2附近。微控制器对于故障点方位的判断是基于多个电位探测点处电位变化量的大小，因为在故障点到电网电源接地点的连线上，故障电流最大，大地电位的变化量也最大，因此电位变化量最大的探测点所在的方向可认为是故障点的方向。

当检测到故障之后，微控制器将发出故障信息，控制故障指示灯亮起，通知跳闸执行机构对故障线路进行切除。如果跳闸执行机构没有顺利跳闸，则故障指示灯将一直保持亮的状态，通知工作人员更加LED显示器上显示的故障信息，手动切除故障线路。

由此可知，本发明的优点在于，对于一个单电源供电的区域电网，只需要在电源接地点处安装一个漏电检测装置，即可对该区域的电网起到漏电保护作用，无需在每一个电网用户处安装，因此安装和维护方便，成本低，并具有较强的抗干扰能力。

Claims (5)

1.一种以微控制器为核心实现的基于多接地点电位变化的漏电检测装置，其特征在于：多个电位探测端子分布于区域电网接地点周围，一端与大地连接，另一端与本装置连接，装置中信号经放大调理后与微控制器的A/D采样通道连接，微控制器处理采样得到的数据，并与执行机构相连接，控制执行机构动作跳闸。

2.根据权利1所述的电位探测端子，其特征在于：下半部分是一个铜球，上半部分是铜棒，铜棒的上端引出连接导线，该导线采用屏蔽线以减小电磁干扰。

3.根据权利1所述的微控制器，其A/D采样程序的特征在于：每隔固定时间对多个大地点电位采样一次，采样多点后作为一个处理周期，进行集合处理；并不断循环，将相邻时刻多组有效采样值进行比较，若在采样间隔内电位的变化超过设定值，则判断为漏电故障，否则将根据采样得到的电位值更新探测点处的正常电位值；为了判断故障发生的地点，程序会比较各个探测点电位变化量的大小，将电位变化量最大的探测点的方向判断为短路故障发生地点的方位，并迅速启动漏电保护动作，切除该区域的线路。

4.根据权利1所述的执行机构，其特征在于：电源与可控硅、漏电脱口线圈串联，可控硅栅极由微控制器控制，可控硅导通时，电流加至漏电脱口线圈，使衔铁在扭簧的作用下脱离磁轭，同时带动脱口推杆打击锁扣，自动开关就会脱口跳闸，切断被保护电路的电源，从而起到漏电保护的作用。

5.根据权利1所述的基于多地点电位变化的漏电检测原理，其特征在于：微控制器对故障的判断是基于大地电位的变化量，正常情况下，大地电位可能发生缓慢变化，但不会发生突变，当发生故障时，漏电电流会突然增大，大地电位会发生突变，因此多次采样得到的大地电位信号幅值的变化量超过整定值，判断为故障，微控制器对于故障点方位的判断是基于若干个电位探测点处电位变化量的大小，因为在故障点到电网电源接地点的连线上，故障电流最大，大地电位的变化量也最大，因此电位变化量最大的探测点所在的方向可认为是故障点的方向。