CN108828392A - 一种断电式漏电信号识别方法及断电式漏电指示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种断电式漏电信号识别方法，包括如下步骤：S1、采集电路剩余电流波形；S2、对过大电流进行限流；S3、进行积分滤波；S4、对处理过的漏电流波形进行差分放大；S5、对电流进行整流，得到整流波形；S6、对整流波形进行放大到电压满值范围，并滤除下方0.5V左右的噪波；S7、再次积分波形后，通过比较器处理成方波；S8、经高速比较识别算法确认漏电特征后，确定是否是漏电信号。本发明可以快速找到暂态漏电特征，从而准确发现漏电点，做到无误报、无漏报。

Description

一种断电式漏电信号识别方法及断电式漏电指示装置

技术领域

本发明涉及一种漏电指示装置，具体涉及一种断电式漏电信号识别方法及断电式漏电指示装置。

背景技术

漏电是由于绝缘损坏或其他原因而引起的电流泄露。电器外壳和市电火线间由于某种原因连通后和地之间有一定的电位差就会产生漏电。

目前，我国广大农村、城中村的供电系统普遍存在漏电现象，国家规定至少农村供电系统需要投入三级漏电保护中的总漏保。而由于漏电的间歇性特征，漏电点难以及时准确的定位，导致很多地方的总漏保无法投入，从而严重危及供电安全和居民生命财产安全，仅仅徐州地区每年平均触电伤亡10人以上。

我们针对供电公司这一难题，研发出了断电式漏电指示器。该产品能在漏电引发总漏保跳电前的极短的2-3毫秒时间内，及时准确捕捉漏电暂态波形，识别出漏电特征，确定漏电点，并给出告警。

市面上目前也有其他的漏电检测仪，不过它们都是基于检测稳态漏电波形的原理，无法捕捉漏电引发跳电这种暂态事件，而这种瞬发事件是现实配电运行中最普遍存在的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种断电式漏电信号识别方法及断电式漏电指示装置，快速发现漏电点，节约检测时间。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种断电式漏电信号识别方法，包括如下步骤：

S1、采集电路剩余电流波形；

S2、对过大电流进行限流；

S3、进行积分滤波

S4、对处理过的漏电流波形进行差分放大；

S5、对电流进行整流，得到整流波形；

S6、对整流波形进行放大到电压满值范围，并滤除下方0.5V左右的噪波；

S7、再次积分波形后，通过比较器处理成方波；

S8、经高速比较识别算法确认漏电特征后，确定是否是漏电信号。

本发明还提供一种采用所述的断电式漏电信号识别方法的断电式漏电指示装置，包括漏电指示器和电流互感器CT，所述漏电指示器上设有专门的接口，CT出来2根信号线与漏电流指示器上的这个接口连接，所述漏电指示器包括壳体、设于壳体内的PCB板，所述PCB板上集成有中央处理器、防大电流冲击电路、差分放大电路、运放全波整流电路、将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准电路和比较器，所述防大电流冲击电路、差分放大电路、运放全波整流电路、将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准电路和比较器依次电连接，所述比较器的信号输出端与中央处理器的信号输入端相连；其中，所述CT，套装于电线外侧，用于采集电路剩余波形；其中的电线包括单户电表箱内火零线、多户表箱三相线+零线、入箱电缆、线路电缆、架空线(需特制)等。

所述防大电流冲击电路，接收CT扫描得到的电流剩余波形，对过大电流进行限流；

所述差分放大电路是对漏电信号进行差分放大，以增强和确认漏电特征。

运放全波整流电路，对限流后的电流波形进行整流，得到整流波形；

所述将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准电路，得到较大范围的漏电波形，为后级比较器回路提供理想的比较电流波形范围；

所述比较器，将漏电电流波形处理成方波；

所述中央处理器，将方波经高速比较识别算法确认漏电特征后，确定是否是漏电信号；

所述壳体上设置有分别与中央处理器电连接的指示灯、按键、蜂鸣器和红外接收器。

其中，所述PCB板上还集成有整流稳压电路、市电与锂电池供电无缝切换电路、检测市电掉电电路和锂电池，所述整流稳压电路、市电与锂电池供电无缝切换电路、检测市电掉电电路和锂电池分别与中央处理器相连，所述锂电池连接有锂电池充电电路，所述锂电池充电电路与外部电源相连，所述整流稳压电路和市电与锂电池供电无缝切换电路分别与外部电源相连。

其中，所述防大电流冲击电路及差分放大电路的工作原理为：将输入的电流互感器采集到的信号通过瞬变电压抑制二极管D1先进行限制，R12是采样电阻，R6和C10构成积分电路，因为瞬变管雪崩时间很短(10^-12秒)，而积分电路整个积满电压要1mS，所以，在积分电路刚开始累积电压时，瞬变管D1已经崩溃导通，而正常小电流工作时，电流是缓慢正弦变化，积分电路影响很小，从而起到大电流保护作用，防止过大输入电流对电路的损坏；差分运放的输入极的二极管D4，D5起到输入极限压作用，这样可保护运算放大器；运算放大器的正极接ACOM，是为了使得电路的有效波处于正电压范围；R8 与R4是放大比例电阻，通过随后的积分滤波电路处理后，采用差分放大电路对信号进行差分放大，放大后的信号流向整波电路。

其中，所述运放全波整流电路的工作原理为：来自差分放大电路的波形先经过运算放大电路进行放大，再经过整流电路，将负半波的波形也整到正半波一侧，形成一个正半波的波形序列；前面放大器是负波整流电路，后面是一个加法器，实施全波整流。

其中，所述将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准电路的工作原理为：将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准，得到较大范围的漏电波形，为后级比较器回路提供理想的比较电流波形范围，同时这部分电路还起积分作用，这是一个减法器电路。

其中，所述比较器的电路对于前级处理过的波形放入比较器进行比较，对波形的特征进行识别和判断，确认漏电波形。

其中，所述市电与锂电池供电无缝切换电路的工作原理为：当市电有的时候，与市电相关电压V4.0经过3个二极管降压1.8V后，通过电阻分压使得三极管Q8导通，Q7截止，场效应管Q4截止，电池停止给VCC供电，VCC由市电经变压器整流后供电；而当市电失去时，V4.0降到3.3V以下，三极管Q8截止，Q7导通，场效应管Q4导通，电池恢复给VCC供电。此电路保护要点在于三个降压二极管的采用。

本发明还提供一种断电式漏电指示装置的工作方法，包括如下步骤：

(1)、利用电流互感器采集电路剩余电流波形；

(2)、利用防大电流冲击电路对剩余电流波形中的过大电流进行限流；

(3)、进行积分滤波

(4)、利用差分放大电路对处理过的漏电流波形进行差分放大；

(5)、利用运放全波整流电路对电流进行整流，得到整流波形；

(6)、将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准，得到较大范围的漏电波形，为后级比较器回路提供理想的比较电流波形范围。；

(7)、再次积分波形后，通过比较器处理成方波；

(8)、经高速比较识别算法确认漏电特征后，确定是否是漏电信号。如果发生漏电，掉电时则由MCU迅速给出报警红灯，如果没有掉电，则给出黄灯告警。

进一步，所述的断电式漏电指示装置的工作方法还包括下述步骤：

(9)检测市电掉电电路快速判断是否市电掉电，在掉电情况下，无缝切换到锂电池供电。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明可以快速找到暂态漏电特征，从而准确发现漏电点，做到无误报、无漏报。

附图说明

图1为本发明实施例二的结构示意图；

图2为实施例二中PCB板的电路框图；

图3为实施例二中防大电流冲击及差分放大电路的电路图；

图4为实施例二中运放全波整流电路的电路图；

图5为实施例二中将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准，得到较大范围的漏电波形电路的电路图；

图6为实施例二中比较器电路图；

图7为实施例二中市电与锂电池供电无缝切换电路的电路图；

图8为实施例二中偏置参考地的电路图；

图9为中央处理器的原理图；

图10为绿黄红告警指示灯的电路图；

图11为红外接收器的电路图；

图12为蜂鸣器的电路图；

图13为按键的电路图。

附图标记说明：

1、漏电指示器；100、壳体；101、PCB板；2、电流互感器；3、电源开关；4、查漏按钮；5、复归信号接收窗；6、绿黄红告警指示灯。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1

本发明提供了一种断电式漏电信号识别方法，包括如下步骤：

S1、采集电路剩余电流波形：剩余电流(漏电电流)来自检测漏电流的电流互感器(检漏CT)，常规，检漏CT中穿过相线(单相是火线，三相是ABC相线)和零线，当发生漏电时，检漏CT将会采集到漏电流，漏电流直接进入电路初级“限流电路模块”；

S2、对过大电流进行限流；

S3、进行积分滤波；

S4、对处理过的漏电流波形进行差分放大；

S5、对电流进行整流，得到整流波形；

S6、将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准，得到较大范围的漏电波形；

S7、再次积分波形后，通过比较器处理成方波；

S8、经高速比较识别算法确认漏电特征后，确定是否是漏电信号。

实施例2

如图1、图2所示，本发明还提供了一种采用实施例1的断电式漏电信号识别方法的断电式漏电指示装置，包括漏电指示器1和电流互感器2(CT，即检测漏电流用电流互感器)CT2，所述漏电流指示器1上有专门的接口，CT出来2根信号线与漏电流指示器上的这个接口连接。所述漏电指示器包括壳体100、设于壳体100内的PCB板 101，所述PCB板101上集成有中央处理器(优选STM32F030F4P6)、防大电流冲击电路、差分放大电路、运放全波整流电路、将3.3/2＝1.65V 的参考电压轴拉低到0.5V基准电路和比较器，所述防大电流冲击电路、差分放大电路、运放全波整流电路、将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准电路和比较器依次电连接，所述比较器的信号输出端与中央处理器的信号输入端相连。所述中央处理器MCU的原理图如图9所示，各功能模块电路不都是直接跟MCU的引脚连接的，各自的次序关系可以见模块的关联电路图。

说明一下：可以考虑利用现有的漏电检测控制芯片(如：漏电检测控制芯片为54123)代替其中的差分放大电路和运放全波整流电路。

上述各电路的作用如下所述：

所述电流互感器CT，套装于电线的外侧，用于采集电路剩余波形；此处的电线包括单户电表箱内火零线、多户表箱三相线+零线、入箱电缆、线路电缆、架空线(需特制)等。

所述防大电流冲击电路，接收CT扫描得到的电流剩余波形，对过大电流进行限流；

所述差分放大电路是对漏电信号进行差分放大，增强和确认漏电特征；

所述运放全波整流电路对限流后的电流波形进行整流，得到整流波形；

所述

将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准，得到较大范围的漏电波形，为后级比较器回路提供理想的比较电流波形范围。；

所述比较器，将漏电电流波形处理成方波；

所述中央处理器，将方波经高速比较识别算法确认漏电特征后，确定是否是漏电信号。

所述壳体上设置有分别与中央处理器电连接的电源开关、绿黄红告警指示灯、复归信号接收窗、查漏按键、蜂鸣器和红外接收器。其中的蜂鸣器可以选用电磁式无源蜂鸣器，没有特定型号，只要符合指标参数即可，如：直径9mm，高5.5mm，42欧姆，3V-5V。

所述红外接收器是用来接收红外遥控器发出的复归信号。

所述绿黄红告警指示灯的电路图如图10所示，所述红外接收器的电路图如图11所示，所述蜂鸣器的电路图如图12所示，所述查漏按键的电路图如图13所示。

如图1所示，所述壳体1上设有电源开关3、查漏按键4、复归信号接收窗5、绿黄红告警指示灯6等。其中，绿黄红告警指示灯6中的“1”为电源显示灯，“2”为内部漏电指示灯，“3”为漏跳定位指示灯。

所述PCB板上还集成有整流稳压电路、市电与锂电池供电无缝切换电路、检测市电掉电电路和锂电池，所述整流稳压电路、市电与锂电池供电无缝切换电路、检测市电掉电电路和锂电池均与中央处理器相连，所述锂电池连接有锂电池充电电路，所述锂电池充电电路与外部电源相连，所述整流稳压电路和市电与锂电池供电无缝切换电路分别与外部电源相连。

图3所示为防大电流冲击电路及差分放大电路的电路图，其工作原理为：将输入的电流互感器采集到的信号通过瞬变电压抑制二极管D1先进行限制，R12是采样电阻，R6和C10构成积分电路，因为瞬变管雪崩时间很短(10^-12秒)，而积分电路整个积满电压要1mS，所以，在积分电路刚开始累积电压时，瞬变管D1已经崩溃导通，而正常小电流工作时，电流是缓慢正弦变化，积分电路影响很小，从而起到大电流保护作用，防止过大输入电流对电路的损坏；差分运放的输入极的二极管D4，D5起到输入极限压作用，这样可保护运算放大器；运算放大器的正极接ACOM，是为了使得电路的有效波处于正电压范围；R8与R4是放大比例电阻，通过随后的积分滤波电路处理后，采用差分放大电路对信号进行差分放大，放大后的信号流向整波电路。

图4所示为运放全波整流电路的电路图，其工作原理为：来自差分放大电路的波形先经过运算放大电路进行放大，再经过整流电路，将负半波的波形也整到正半波一侧，形成一个正半波的波形序列；前面放大器是负波整流电路，后面是一个加法器，实施全波整流。

图5所示为将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准电路，得到较大范围的漏电波形电路的电路图，其工作原理为：将 3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准，得到较大范围的漏电波形，为后级比较器回路提供理想的比较电流波形范围，同时这部分电路还起积分作用，这是一个减法器电路。

图6所示为比较器的电路图，其对于前级处理过的波形放入比较器进行比较，对波形的特征进行识别和判断，确认漏电波形。

图7所示为市电与锂电池供电无缝切换电路的电路图，其工作原理为：当市电有的时候，与市电相关电压V4.0(4V)经过3个二极管降压1.8V后，通过电阻分压使得三极管Q8导通，Q7截止，场效应管Q4截止，电池停止给VCC供电，VCC由市电经变压器整流后供电。

而当市电失去时，V4.0降到3.3V以下，三极管Q8截止，Q7导通，场效应管Q4导通，电池恢复给VCC供电。

此电路保护要点在于三个降压二极管的采用。

本实施例中PCB板的偏置参考地的电路图如图8所示。

上述的断电式漏电指示装置的工作方法包括如下步骤：

(1)、利用电流互感器采集电路剩余电流波形；

(2)、利用防大电流冲击电路对剩余电流波形中的过大电流进行限流；

(3)、进行积分滤波

(4)、利用差分放大电路对处理过的漏电流波形进行差分放大；

(5)、利用运放全波整流电路对电流进行整流，得到整流波形；

(6)、将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准，得到较大范围的漏电波形，为后级比较器回路提供理想的比较电流波形范围。

(7)、再次积分波形后，通过比较器处理成方波；

(8)、经高速比较识别算法确认漏电特征后，确定是否是漏电信号；如果发生漏电，掉电时则由MCU迅速给出报警红灯，如果没有掉电，则给出黄灯告警；

(9)检测市电掉电电路快速判断是否市电掉电，在掉电情况下，无缝切换到锂电池供电。

下面结合断电式漏电指示装置的实际使用报告进一步阐述本发明的使用效果。

南京市高淳区桠溪西舍村于2018年4月24日安装了本发明的断电式漏电指示装置的首批样品，计40台，至2018年6月26日，已正常运行了2个月时间，通过跟踪检查，这段时间的运行情况表明：产品运行稳定可靠，多次发现漏电信号，能够准确反映漏电实际状况，无论是不断电的漏电故障，还是漏电导致总漏保跳电，都能准确给出相应报警信息。

本发明产品的投入使用，可以准确定位漏电故障地点，能大大缩短现场断电故障检测时间，给漏电户以有效故障凭证和依据，为快速恢复总漏保供电和减少用电户的停电次数以及减少因此而引发的投诉事件提供了有力的保障。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种断电式漏电信号识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、采集电路剩余电流波形；

S2、对过大电流进行限流；

S3、进行积分滤波；

S4、对处理过的漏电流波形进行差分放大；

S5、对电流进行整流，得到整流波形；

S6、对整流波形进行放大到电压满值范围，并滤除下方0.5V左右的噪波；

S7、再次积分波形后，通过比较器处理成方波；

S8、经高速比较识别算法确认漏电特征后，确定是否是漏电信号。

2.一种采用权利要求1所述的断电式漏电信号识别方法的断电式漏电指示装置，其特征在于，包括漏电指示器和电流互感器，所述漏电指示器包括壳体、设于壳体内的PCB板，所述PCB板上集成有中央处理器、防大电流冲击电路、差分放大电路、运放全波整流电路、将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准电路，所述防大电流冲击电路、差分放大电路、运放全波整流电路、将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准电路和比较器依次电连接，所述比较器的信号输出端与中央处理器的信号输入端相连；其中，

所述电流互感器，套装于电线外侧，用于采集电路剩余波形；

所述防大电流冲击电路，接收CT扫描得到的电流剩余波形，对过大电流进行限流；

所述差分放大电路是对漏电信号进行差分放大，增强和确认漏电特征；

所述运放全波整流电路对限流后的电流波形进行整流，得到整流波形；

所述将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准电路，得到较大范围的漏电波形，为后级比较器回路提供理想的比较电流波形范围。；

所述比较器，将漏电电流波形处理成方波；

所述中央处理器，将方波经高速比较识别算法确认漏电特征后，确定是否是漏电信号；

所述壳体上设置有分别与中央处理器电连接的指示灯、按键、蜂鸣器和红外接收器。

3.根据权利要求2所述的断电式漏电指示装置，其特征在于，所述PCB板上还集成有整流稳压电路、市电与锂电池供电无缝切换电路、检测市电掉电电路和锂电池，所述整流稳压电路、市电与锂电池供电无缝切换电路、检测市电掉电电路和锂电池均与中央处理器相连，所述锂电池连接有锂电池充电电路，所述锂电池充电电路与外部电源相连，所述整流稳压电路和市电与锂电池供电无缝切换电路分别与外部电源相连。

4.根据权利要求2所述的断电式漏电指示装置，其特征在于，所述防大电流冲击电路及差分放大电路的工作原理为：将输入的电流互感器采集到的信号通过瞬变电压抑制二极管D1先进行限制，R12是采样电阻，R6和C10构成积分电路，在积分电路刚开始累积电压时，瞬变管D1已经崩溃导通，而正常小电流工作时，电流是缓慢正弦变化，积分电路影响很小，从而起到大电流保护作用，防止过大输入电流对电路的损坏；差分运放的输入极的二极管D4，D5起到输入极限压作用，这样可保护运算放大器；运算放大器的正极接ACOM，是为了使得电路的有效波处于正电压范围；R8与R4是放大比例电阻，通过随后的积分滤波电路处理后，采用差分放大电路对信号进行差分放大，放大后的信号流向整波电路。

5.根据权利要求2所述的断电式漏电指示装置，其特征在于，所述运放全波整流电路的工作原理为：来自差分放大电路的波形先经过运算放大电路进行放大，再经过整流电路，将负半波的波形也整到正半波一侧，形成一个正半波的波形序列；前面放大器是负波整流电路，后面是一个加法器，实施全波整流。

6.根据权利要求2所述的断电式漏电指示装置，其特征在于，所述将整

将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准电路的工作原理为：将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准，得到较大范围的漏电波形，为后级比较器回路提供理想的比较电流波形范围，同时这部分电路还起积分作用，这是一个减法器电路。

7.根据权利要求2所述的断电式漏电指示装置，其特征在于，所述比较器的电路对于前级处理过的波形放入比较器进行比较，对波形的特征进行识别和判断，确认漏电波形。

8.根据权利要求3所述的断电式漏电指示装置，其特征在于，所述市电与锂电池供电无缝切换电路的工作原理为：

当市电有的时候，与市电相关电压V4.0经过3个二极管降压1.8V后，通过电阻分压使得三极管Q8导通，Q7截止，场效应管Q4截止，电池停止给VCC供电，VCC由市电经变压器整流后供电；

而当市电失去时，V4.0降到3.3V以下，三极管Q8截止，Q7导通，场效应管Q4导通，电池恢复给VCC供电。

9.一种如权利要求2～8中任一项所述的断电式漏电指示装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、利用电流互感器采集电路剩余电流波形；

(2)、利用防大电流冲击电路对剩余电流波形中的过大电流进行限流；

(3)、进行积分滤波

(4)、利用差分放大电路对处理过的漏电流波形进行差分放大；

(5)、利用运放全波整流电路对电流进行整流，得到整流波形；

(6)、将3.3/2＝1.65V的参考电压轴拉低到0.5V基准，得到较大范围的漏电波形，为后级比较器回路提供理想的比较电流波形范围；

(7)、再次积分波形后，通过比较器处理成方波；

(8)、经高速比较识别算法确认漏电特征后，确定是否是漏电信号。如果发生漏电，掉电时则由MCU迅速给出报警红灯，如果没有掉电，则给出黄灯告警。

10.根据权利要求9所述的断电式漏电指示装置的工作方法，其特征在于，还包括下述步骤：

(9)检测市电掉电电路快速判断是否市电掉电，在掉电情况下，无缝切换到锂电池供电。