CN108711822A - 一种剩余电流的保护方法、装置及剩余电流保护器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提出了一种剩余电流保护方法、装置及剩余电流保护器，其中，剩余电流保护方法包括：采集剩余电流信号，剩余电流信号包括正半波信号和负半波信号；分别计算正半波信号和负半波信号中零值数据的占比；根据零值数据的占比，确定剩余电流信号的类型、角度及真有效值；根据剩余电流信号的类型、角度及真有效值进行剩余电流保护。本发明实施例提供的剩余电流保护方法、装置及剩余电流保护器通过确定出的剩余电流信号的类型、角度及真有效值，有针对性地进行剩余电流保护，提高了剩余电流保护的动作精度。
Description
技术领域
本发明涉及剩余电流保护技术领域，具体涉及一种剩余电流的保护方法、装置及剩余电流保护器。
背景技术
随着电子技术的发展，大量的电子产品(如微波炉、电子节能灯等)及变频设备(如变频冰箱、空调等)在家庭生活中得到应用，这些电子产品及变频设备输出的电压波形中含有大量的谐波，这些谐波会通过电机绕组的对地电容和电机电缆线的对地电容产生对地剩余电流，增加剩余电流保护器所保护回路中的剩余电流的脉动直流电流，进而降低普通AC型剩余电流保护器零序电流互感器内的反应电势和磁场强度，并可能致AC型剩余电流保护器拒动作。
目前市场上有能够满足A型和AC型的剩余电流保护器，对于增加了脉动直流电流的剩余电流也能实现保护，但对于不同角度的A型剩余电流采用相同的动作值，动作值精度较低，无法满足剩余电流保护器高动作精度的要求。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例提出了一种剩余电流的保护方法、装置及剩余电流保护器，用以解决现有剩余电流保护器动作精度低的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明第一方面提出了一种剩余电流保护方法，包括：采集剩余电流信号，所述剩余电流信号包括正半波信号和负半波信号；分别计算所述正半波信号和负半波信号中零值数据的占比；根据所述零值数据的占比，确定所述剩余电流信号的类型、角度及真有效值；根据所述剩余电流信号的类型、角度及真有效值进行剩余电流保护。
结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，根据所述零值数据的占比，确定所述剩余电流信号的类型、角度及真有效值，包括：根据所述零值数据的占比，判定所述剩余电流信号的类型、角度及有效性；根据所述剩余电流信号的有效性，得到所述剩余电流信号的真有效值。
结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，根据所述零值数据的占比，判定所述剩余电流信号的类型、角度及有效性，包括：判断所述零值数据的占比是否在预设阈值范围内；当所述零值数据的占比在所述预设阈值范围内，判定所述剩余电流信号为有效，并确定所述零值数据的占比所处的预设阈值范围区间；根据所述零值数据的占比所处的预设阈值范围区间，确定所述剩余电流信号的类型和角度。
结合第一方面、第一方面第一实施方式或第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，根据所述剩余电流信号的类型、角度及真有效值进行剩余电流保护，包括：根据所述剩余电流信号的类型和角度，确定所述剩余电流信号的动作值；判断所述剩余电流信号的真有效值是否大于所述动作值；当所述剩余电流信号的真有效值大于所述动作值时，进行剩余电流保护。
结合第一方面，在第一方面第四实施方式中，分别计算所述正半波信号和负半波信号中零值数据的占比，包括：分别获取所述正半波信号和负半波信号中零值数据的个数；根据所述零值数据的个数，得到所述零值数据的占比。
结合第一方面或第一方面第四实施方式，在第一方面第五实施方式中，采集剩余电流信号之前，还包括：将所述剩余电流信号分解为正半波信号和负半波信号。
本发明第二方面提出了一种剩余电流保护装置，包括：信号采集模块，用于采集剩余电流信号，所述剩余电流信号包括正半波信号和负半波信号；占比计算模块，用于分别计算所述正半波信号和负半波信号中零值数据的占比；信号确定模块，用于根据所述零值数据的占比，确定所述剩余电流信号的类型、角度及真有效值；保护动作模块，用于根据所述剩余电流信号的类型、角度及真有效值进行剩余电流保护。
结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，所述信号确定模块包括：信号判定模块，用于根据所述零值数据的占比，判定所述剩余电流信号的类型、角度及有效性；真有效值计算模块，用于根据所述剩余电流信号的有效性，得到所述剩余电流信号的真有效值。
结合第二方面第一实施方式，在第二方面第二实施方式中，所述信号判定模块具体执行：判断所述零值数据的占比是否在预设阈值范围内；当所述零值数据的占比在所述预设阈值范围内，判定所述剩余电流信号为有效，并确定所述零值数据的占比所处的预设阈值范围区间；根据所述零值数据的占比所处的预设阈值范围区间，确定所述剩余电流信号的类型和角度。
结合第二方面、第二方面第一实施方式或第二方面第二实施方式，在第二方面第三实施方式中，所述保护动作模块具体执行：根据所述剩余电流信号的类型和角度，确定所述剩余电流信号的动作值；判断所述剩余电流信号的真有效值是否大于所述动作值；当所述剩余电流信号的真有效值大于所述动作值时，进行剩余电流保护。
结合第二方面，在第二方面第四实施方式中，所述占比计算模块具体执行：分别获取所述正半波信号和负半波信号中零值数据的个数；根据所述零值数据的个数，得到所述零值数据的占比。
结合第二方面或第二方面第四实施方式，在第二方面第五实施方式中，剩余电流保护装置还包括：信号分解模块，用于将所述剩余电流信号分解为正半波信号和负半波信号。
本发明第三方面提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行本发明第一方面或第一方面任一实施方式所述的剩余电流保护方法。
本发明第四方面提出了一种剩余电流保护设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行本发明第一方面或第一方面任一实施方式所述的剩余电流保护方法。
本发明技术方案，与现有技术相比，至少具有如下优点：
本发明实施例提出了一种剩余电流保护方法、装置及剩余电流保护器，其中，剩余电流保护方法通过采集剩余电流信号的正半波信号和负半波信号，并根据正半波信号和负半波信号中零值数据的占比，确定剩余电流信号的类型、角度及真有效值，从而根据剩余电流信号的类型、角度及真有效值，有针对性地进行剩余电流保护，提高了剩余电流保护的动作精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中剩余电流保护方法的一个具体示例的流程图；
图2为本发明实施例中剩余电流保护方法的另一个具体示例的流程图；
图3为本发明实施例中剩余电流保护方法步骤S301的一个具体示例的流程图；
图4为本发明实施例中剩余电流信号的一个具体示例的波形图；
图5为本发明实施例中剩余电流信号分解电路的一个具体示例的电路图；
图6为本发明实施例中剩余电流保护装置的一个具体示例的原理框图；
图7为本发明实施例中信号确定模块的一个具体示例的原理框图；
图8为本发明实施例中剩余电流保护装置的另一个具体示例的原理框图；
图9为本发明实施例中剩余电流保护器的一个具体示例的原理框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提出了一种剩余电流保护方法，如图1所示，该剩余电流保护方法包括：
步骤S1：采集剩余电流信号，该剩余电流信号包括正半波信号和负半波信号；
步骤S2：分别计算所上述正半波信号和负半波信号中零值数据的占比；
步骤S3：根据所上述零值数据的占比，确定剩余电流信号的类型、角度及真有效值；
步骤S4：根据剩余电流信号的类型、角度及真有效值进行剩余电流保护。
通过上述步骤S1至步骤S4，本发明实施例提出的剩余电流保护方法通过确定出的剩余电流信号的类型、角度及真有效值，有针对性地进行剩余电流保护，提高了剩余电流保护的动作精度。
如图2所示，上述步骤S3，根据零值数据的占比，确定剩余电流信号的类型、角度及真有效值，包括：
步骤S301：根据零值数据的占比，判定剩余电流信号的类型、角度及有效性；
步骤S302：根据剩余电流信号的有效性，得到剩余电流信号的真有效值。
如图3所示，上述步骤S301，根据零值数据的占比，判定剩余电流信号的类型、角度及有效性，包括：
步骤S3011：判断零值数据的占比是否在预设阈值范围内；
具体地，预先对各类型和角度的剩余电流进行测试，通过剩余电流发生器产生不同类型和角度的剩余电流，分别采集各类型和角度的剩余电流一个周波的当前剩余电流值，在一个周波内，按照固定间隔均匀采集64个离散点，计算该64个离散点中零值的个数，得到各类型和角度的剩余电流信号零值数据占比所在的阈值范围区间，各类型的剩余电流的波形图如图4所示，测试结果如表1所示：
表1
根据理论分析，AC型剩余电流的零值占比约为50％，当采集64个离散点时，零值数量理论上为32个，实际测试数据为29-34个，则将29/64-34/64作为第一预设阈值范围区间；A型漏电为直流脉动剩余电流，经过零序电流互感器后存在波形畸变，A型0°的零值占比理论上与AC型一致，约为50％，当采集64个离散点时，零值数量为32个，但由于波形变形，实际测试数据为37-42个，则将37/64-42/64作为第二预设阈值范围区间；A型90°的零值占比理论上约为75％，当采集64个离散点时，零值数量为48个，实际测试数据为48-53个，则将48/64-53/64作为第三预设阈值范围区间；A型135°的零值占比理论上约为87.5％，当采集64个离散点时，零值数量为56个，实际测试数据为57个，则将57/64作为第四预设阈值。
步骤S3012：当零值数据的占比在上述预设阈值范围内，判定剩余电流信号为有效，并确定零值数据的占比所处的预设阈值范围区间；
具体地，当通过上述步骤S2计算出的零值数据的占比在上述第一预设阈值范围区间、第二预设阈值范围区间、第三预设阈值范围区间或为第四预设阈值时，判定采集的剩余电流信号为有效，并确定零值数据的占比所处的预设阈值范围区间。
步骤S3013：根据零值数据的占比所处的预设阈值范围区间，确定剩余电流信号的类型和角度。
具体地，当零值数据的占比在上述第一预设阈值范围区间时，判定剩余电流信号为AC型；当零值数据的占比在上述第二预设阈值范围区间时，判定剩余电流信号为A型0°；当零值数据的占比在上述第三预设阈值范围区间时，判定剩余电流信号为A型90°；当零值数据的占比为上述第四预设阈值时，判定剩余电流信号为A型135°。
作为一种可选的实施方式，在上述步骤S302中，可以是采用如下公式计算剩余电流信号的真有效值：
其中，I为剩余电流信号的真有效值，N为一个周期内剩余电流信号的采样点数，Ik为第k个采样点的剩余电流信号采样值。
如图2所示，通过上述步骤S3确定了剩余电流信号的类型、角度及真有效值之后，执行步骤S4，根据剩余电流信号的类型、角度及真有效值进行剩余电流保护，具体包括：
步骤S401：根据剩余电流信号的类型和角度，确定剩余电流信号的动作值；
作为一种具体的实施方式，剩余电流信号的动作值可以是由用户或者厂家根据现场情况预先设定，AC型、A型0°、A型90°和A型135°剩余电流信号的动作值范围分别为0.5IΔn～IΔn、0.35IΔn～1.4IΔn(或2IΔn)、0.25IΔn～1.4IΔn(或2IΔn)和0.11IΔn～1.4IΔn(或2IΔn)，其中，IΔn为额定剩余电流动作值。根据得到的剩余电流信号的类型和角度，便可以确定剩余电流信号的动作值。
步骤S402：判断剩余电流信号的真有效值是否大于上述动作值；
步骤S403：当剩余电流信号的真有效值大于上述动作值时，进行剩余电流保护。
作为一种可选的实施方式，进行剩余电流保护可以是驱动脱扣器进行脱扣，剩余电流保护的动作执行方法可以是采用现有的剩余电流保护动作方法，在此不再赘述。
如图2所示，上述步骤S2，分别计算正半波信号和负半波信号中零值数据的占比，包括：步骤S201：分别获取正半波信号和负半波信号中零值数据的个数；步骤S202：根据上述零值数据的个数，得到零值数据的占比。
如图2所示，在通过上述步骤S1采集剩余电流信号之前，还包括：步骤S10：将剩余电流信号分解为正半波信号和负半波信号。
具体地，可以是采用如图5所示的电路将剩余电流信号分解为正半波信号和负半波信号，该电路包括正半波电路和负半波电路。
其中，正半波电路包括：电阻R22、R23、R24、R25、R26和R27，电容C16、C17，二极管D1，运算放大器U2C；负半波电路包括：电阻R28、R29、R30、R31、R32，电容C18，二极管D2、D3，运算放大器U2D。电阻R22的第一端、电阻R23的第一端、电阻R29的第一端均连接剩余电流互感器JP2的输出端L+，电阻R22的第二端、电阻R24的第一端、电阻R26的第一端、电阻R28的第一端、电阻R31的第一端、电容C17的第一端、电容C18的第一端均接地GND3.3V，电阻R23的第二端与运算放大器U2C的正向输入端连接，电阻R24的第二端、电阻R25的第一端与运算放大器U2C的负向输入端连接，二极管D1的阳极与运算放大器U2C的输出端连接，二极管D1的阴极、电阻R25的第二端、电阻R26的第二端、电阻R27的第一端相连，电阻R27的第二端与电容C17的第二端相连后接入单片机的正半波输入端PADIL端，电阻R28的第二端与运算放大器U2D的正向输入端连接，电阻R29的第二端、二极管D3的阳极、电阻R30的第一端相连后与运算放大器U2D的负向输入端连接，二极管D3的阴极、二极管D2的阳极连接运算放大器U2D的输出端，电阻R30的第二端、二极管D2的阴极、电阻R31的第二端、电阻R32的第一端相连，电阻R32的第二端与电容C18的第二端相连后接入单片机的负半波输入端ADIL端。
通过上述剩余电流信号的分解电路，将采集的零序电流互感器的剩余电流信号分解为正半波信号和负半波信号，并将分解得到的正半波信号和负半波信号分别送入单片机的正半波输入端和负半波输入端，供单片机进行剩余电流信号的AD采样。
本发明实施例还提出了一种剩余电流保护装置，如图6所示，该剩余电流保护装置包括：
信号采集模块1，用于采集剩余电流信号，该剩余电流信号包括正半波信号和负半波信号；
占比计算模块2，用于分别计算正半波信号和负半波信号中零值数据的占比；
信号确定模块3，用于根据零值数据的占比，确定剩余电流信号的类型、角度及真有效值；
保护动作模块4，用于根据剩余电流信号的类型、角度及真有效值进行剩余电流保护。
通过上述信号采集模块1、占比计算模块2、信号确定模块3及保护动作模块4，本发明实施例提出的剩余电流保护装置通过确定出的剩余电流信号的类型、角度及真有效值，有针对性地进行剩余电流保护，提高了剩余电流保护的动作精度。
如图7所示，上述信号确定模块3包括：信号判定模块31，用于根据零值数据的占比，判定剩余电流信号的类型、角度及有效性；真有效值计算模块32，用于根据剩余电流信号的有效性，得到剩余电流信号的真有效值。
上述信号判定模块31具体执行：判断所述零值数据的占比是否在预设阈值范围内；当零值数据的占比在预设阈值范围内，判定剩余电流信号为有效，并确定零值数据的占比所处的预设阈值范围区间；根据零值数据的占比所处的预设阈值范围区间，确定剩余电流信号的类型和角度。
上述保护动作模块4具体执行：根据剩余电流信号的类型和角度，确定剩余电流信号的动作值；判断剩余电流信号的真有效值是否大于动作值；当剩余电流信号的真有效值大于动作值时，进行剩余电流保护。
上述占比计算模块2具体执行：分别获取正半波信号和负半波信号中零值数据的个数；根据零值数据的个数，得到零值数据的占比。
如图8所示，本发明实施例提供的剩余电流保护装置还包括：信号分解模块10，用于将剩余电流信号分解为正半波信号和负半波信号。
关于剩余电流保护装置的具体细节特征和技术效果参照上述剩余电流保护方法实施例中的相关描述，在此不再赘述。
本发明实施例还提供一种剩余电流保护器，如图9所示，该剩余电流保护器可以包括处理器5和存储器6，其中处理器5和存储器6可以通过总线或者其他方式互相通信连接。
处理器5可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器5还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器6作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序、指令以及模块，如本发明实施例中的剩余电流保护装置对应的程序指令/模块。处理器5通过运行存储在存储器6中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的剩余电流保护方法。
存储器6可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器5所创建的数据等。此外，存储器6可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器6可选包括相对于处理器5远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器5。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
上述一个或者多个模块存储在存储器6中，当被处理器5执行时，执行上述实施例中的剩余电流保护方法。
上述剩余电流保护器的具体细节可以对应参阅剩余电流保护方法的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使计算机执行上述的剩余电流保护方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(HardDisk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种剩余电流保护方法，其特征在于，包括：
采集剩余电流信号，所述剩余电流信号包括正半波信号和负半波信号；
分别计算所述正半波信号和负半波信号中零值数据的占比；
根据所述零值数据的占比，确定所述剩余电流信号的类型、角度及真有效值；
根据所述剩余电流信号的类型、角度及真有效值进行剩余电流保护。
2.根据权利要求1所述的剩余电流保护方法，其特征在于，根据所述零值数据的占比，确定所述剩余电流信号的类型、角度及真有效值，包括：
根据所述零值数据的占比，判定所述剩余电流信号的类型、角度及有效性；
根据所述剩余电流信号的有效性，得到所述剩余电流信号的真有效值。
3.根据权利要求2所述的剩余电流保护方法，其特征在于，根据所述零值数据的占比，判定所述剩余电流信号的类型、角度及有效性，包括：
判断所述零值数据的占比是否在预设阈值范围内；
当所述零值数据的占比在所述预设阈值范围内，判定所述剩余电流信号为有效，并确定所述零值数据的占比所处的预设阈值范围区间；
根据所述零值数据的占比所处的预设阈值范围区间，确定所述剩余电流信号的类型和角度。
4.根据权利要求1-3任一项所述的剩余电流保护方法，其特征在于，根据所述剩余电流信号的类型、角度及真有效值进行剩余电流保护，包括：
根据所述剩余电流信号的类型和角度，确定所述剩余电流信号的动作值；
判断所述剩余电流信号的真有效值是否大于所述动作值；
当所述剩余电流信号的真有效值大于所述动作值时，进行剩余电流保护。
5.一种剩余电流保护装置，其特征在于，包括：
信号采集模块，用于采集剩余电流信号，所述剩余电流信号包括正半波信号和负半波信号；
占比计算模块，用于分别计算所述正半波信号和负半波信号中零值数据的占比；
信号确定模块，用于根据所述零值数据的占比，确定所述剩余电流信号的类型、角度及真有效值；
保护动作模块，用于根据所述剩余电流信号的类型、角度及真有效值进行剩余电流保护。
6.根据权利要求5所述的剩余电流保护装置，其特征在于，所述信号确定模块包括：
信号判定模块，用于根据所述零值数据的占比，判定所述剩余电流信号的类型、角度及有效性；
真有效值计算模块，用于根据所述剩余电流信号的有效性，得到所述剩余电流信号的真有效值。
7.根据权利要求6所述的剩余电流保护装置，其特征在于，所述信号判定模块具体执行：
判断所述零值数据的占比是否在预设阈值范围内；
当所述零值数据的占比在所述预设阈值范围内，判定所述剩余电流信号为有效，并确定所述零值数据的占比所处的预设阈值范围区间；
根据所述零值数据的占比所处的预设阈值范围区间，确定所述剩余电流信号的类型和角度。
8.根据权利要求5-7任一项所述的剩余电流保护装置，其特征在于，所述保护动作模块具体执行：
根据所述剩余电流信号的类型和角度，确定所述剩余电流信号的动作值；
判断所述剩余电流信号的真有效值是否大于所述动作值；
当所述剩余电流信号的真有效值大于所述动作值时，进行剩余电流保护。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如权利要求1-4任一项所述的剩余电流保护方法。
10.一种剩余电流保护器，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如权利要求1-4任一项所述的剩余电流保护方法。
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Denomination of invention: Residual current protection method, device and residual current protector Effective date of registration: 20211025 Granted publication date: 20200221 Pledgee: China Merchants Bank (CMB) Limited by Share Ltd. Wenzhou branch Pledgor: ZHEJIANG JONK TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021330002033 |
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