CN109274066A - 一种安全用电装置及安全用电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全用电装置，包括电源切换模块、与交流电路连接的第一检测模块和分别与电源切换模块和第一检测模块连接的控制模块，控制模块在第一检测模块检测的交流电路的电路参数满足预设的漏电保护条件时控制电源切换模块将交流电路的中性点与地隔离。三相电网系统的中性点接地，如果人员触碰线路老化部分，将会通过线路老化部分和中性点构成回路，受到触电伤害。而通过电源切换模块将交流电路的中性点与地隔离，即使人员触碰线路老化部分，也无法构成回路，从而避免了触电状况。同理，如果出现相线对地金属性直接短路的情况，由于没有电压差，不会产生电火花，因而不会引起电气火灾。本发明还公开一种安全用电方法，具有上述有益效果。

Description

一种安全用电装置及安全用电方法

技术领域

本发明涉及漏电保护技术领域，特别涉及一种安全用电装置及安全用电方法。

背景技术

随着电气线路使用年限增加，线路老化引起的绝缘损坏逐年增加，年代越久远，损坏越严重。一旦有人员误触碰到绝缘损坏的导线，则容易引发人员的触电伤亡。同时，电气线路老化短路也是造成电气火灾事故的重要原因之一。传统的电气保护装置如漏电保护开关和空气开关均只能在发生漏电达到限值和短路的情况下才会启动保护动作，因而无法避免人员触电伤亡和电气短路起火。

因此，如何规避线路老化、绝缘损坏造成的人员触电和电气短路起火等状况，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全用电装置及安全用电方法，用于规避线路老化、绝缘损坏造成的人员触电和电气短路起火等状况，提高用电安全性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种安全用电装置，包括：

电源切换模块，用于实现将交流电路的中性点与地隔离；

与所述交流电路连接的第一检测模块，用于检测所述交流电路的电路参数；

分别与所述电源切换模块和所述第一检测模块连接的控制模块，用于当所述电路参数满足预设的漏电保护条件时控制所述电源切换模块将所述中性点与地隔离。

可选的，还包括与所述交流电路连接的用于检测所述交流电路的相线与地线之间的绝缘电阻值的第二检测模块；

所述控制模块在所述绝缘电阻值小于预设值时切断所述交流电路的电源。

可选的，还包括与所述控制模块连接的用于显示所述电路参数和所述绝缘电阻值的显示模块。

可选的，所述第一检测模块具体包括电流表。

可选的，所述电源切换模块具体包括电子变压器。

可选的，还包括与所述控制模块连接的无线通信模块。

可选的，还包括分别与交流电源和所述控制模块连接的用于将交流电转换为所述控制模块的工作电压的电源转换模块。

可选的，还包括与所述控制模块连接的驱动电路以及与所述驱动电路连接的直流风扇。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种安全用电方法，基于上述任一项所述的安全用电装置，包括：

控制模块计算交流电路的漏电电流值；

所述控制模块判断所述漏电电流值是否大于等于预设的漏电电流值，如果是，则控制电源切换模块将所述中性点与地隔离。

可选的，当所述控制模块控制所述电源切换模块将所述中性点与地隔离之后，还包括：

所述控制模块计算所述交流电路的绝缘电阻值；

所述控制模块判断所述绝缘电阻值是否小于预设值，如果是，则切断所述交流电路的电源。

本发明所提供的安全用电装置，包括与交流电路连接的电源切换模块、与交流电路连接的第一检测模块和分别与电源切换模块和第一检测模块连接的控制模块，控制模块在第一检测模块检测的交流电路的电路参数满足预设的漏电保护条件时控制电源切换模块将交流电路的中性点与地隔离。通常，三相电网系统的中性点接地，当线路发生老化但是未达到断电保护的限值时，如果人员触碰线路老化部分，将会通过线路老化部分和中性点构成回路，因此受到触电伤害。而通过电源切换模块将交流电路的中性点与地隔离，即使人员触碰线路老化部分，也无法构成回路，从而避免了触电状况。同理，如果出现相线对地金属性直接短路的情况，由于没有电压差，不会产生电火花，因而不会引起电气火灾。因此本发明提供的安全用电装置可以有效规避线路老化、绝缘损坏造成的人员触电和电气短路起火等状况，提高了用电安全性。本发明还公开一种安全用电方法，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种安全用电装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种安全用电装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种安全用电装置的电路图；

图4为本发明实施例提供的一种安全用电方法的流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种安全用电装置及安全用电方法，用于规避线路老化、绝缘损坏造成的人员触电和电气短路起火等状况，提高用电安全性。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

图1为本发明实施例提供的一种安全用电装置的结构示意图。如图1所示，安全用电装置包括：

与交流电路连接的电源切换模块1，用于实现将交流电路的中性点与地隔离；

与交流电路连接的第一检测模块2，用于检测交流电路的电路参数；

分别与电源切换模块1和第一检测模块2连接的控制模块3，用于当电路参数满足预设的漏电保护条件时控制电源切换模块1将交流电路的中性点与地隔离。

在具体实施中，电源切换模块1用于将输入电源进行二次转换，具体可以为电子变压器；还可以采用线圈式变压器；电源转换之后的电压不变。

第一检测模块2用于实现对交流电路中的电路参数的检测，检测的电路参数可以为电流、电压等，对应可以包括电流表和/或电压表。

可选的，第一检测模块2还可以包括用于检测温度、湿度等信息的部分，不仅可以涉及对交流电路的运行状况(导线温度)和运行环境的检测，还可以涉及对控制模块3等设备的运行状况和运行环境的检测。

控制模块3实现与其他各部分的数据收集、分析处理、并给出相应的执行指令结果的功能，然后将控制指令信息发送至相关执行系统(如电源切换模块1)。国家规定人体安全电流为10mA，可以设置预设的漏电保护条件为漏电电流大于等于5mA。控制模块3可以根据测得的电路参数计算漏电电流的值，当漏电电流达到5mA时，控制电源切换模块1将交流220V电源通过隔离耦合处理转换为安全电。预设的漏电保护条件还可以为导线温度大于等于80℃。

本发明实施例提供的安全用电装置，包括与交流电路连接的电源切换模块、与交流电路连接的第一检测模块和分别与电源切换模块和第一检测模块连接的控制模块，控制模块在第一检测模块检测的交流电路的电路参数满足预设的漏电保护条件时控制电源切换模块将交流电路的中性点与地隔离。通常，三相电网系统的中性点接地，当线路发生老化但是未达到断电保护的限值时，如果人员触碰线路老化部分，将会通过线路老化部分和中性点构成回路，因此受到触电伤害。而通过电源切换模块将交流电路的中性点与地隔离，即使人员触碰线路老化部分，也无法构成回路，从而避免了触电状况。同理，如果出现相线对地金属性直接短路的情况，由于没有电压差，不会产生电火花，因而不会引起电气火灾。因此本发明提供的安全用电装置可以有效规避线路老化、绝缘损坏造成的人员触电和电气短路起火等状况，提高了用电安全性。

图2为本发明实施例提供的另一种安全用电装置的结构示意图。

在上述实施例中，通过电源切换模块1将交流电路的中性点与地隔离，相当于电源切换模块1将中性点和大地之间进行了二次隔离，但是当线路老化严重时，还是存在较大的风险。因此在上述实施例的基础上，如图2所示，本发明实施例提供的安全用电装置还包括与交流电路连接的用于检测交流电路的相线与地线之间的绝缘电阻值的第二检测模块4；

控制模块3在绝缘电阻值小于预设值时切断交流电路的电源。

在具体实施中，控制模块3可以在电源切换模块1将交流电路的中性点与地隔离后开始接收第二检测模块4检测的相线与地线之间的绝缘电阻值，当绝缘电阻值小于预设值时，直接切换交流电路的电源，以避免事故发生。

进一步的，安全用电装置还可以包括与控制模块连接的用于显示电路参数和绝缘电阻值的显示模块。

显示模块还可以用于显示报警信息、设置信息等，具体可以集成于控制模块3或第一检测模块2或第二检测模块4上，可以采用触控屏装置。

另外还可以单独设置如蜂鸣器等报警装置用于提示工作人员及时处理线路老化问题。

本发明实施例提供的安全用电装置，通过第二检测模块检测交流电路的相线与地线之间的绝缘电阻值，控制模块在绝缘电阻值小于预设值时切断交流电路的电源，避免电路老化较为严重时造成的事故。

在上述实施例的基础上，安全用电装置还可以包括与控制模块3连接的通信模块。

在具体实施中，通信模块具体可以为无线通信模块，如GPRS通信模块或Wi-Fi通信模块等，实现控制模块3本地数据和云端数据的交互，实现远程监控功能。控制模块3将电路参数、绝缘电阻值、事故报警信息等通过通信模块发送到云端或者指定服务器，以便工作人员及时获知交流电路的状况。

进一步的，安全用电装置还可以包括分别与交流电源和控制模块3连接的用于将交流电转换为控制模块3的工作电压的电源转换模块。

电源转换模块设置于交流电源和控制模块3之间，以及交流电源与第二检测模块4之间，用于将交流220V电压转换为直流12V、5V、3.3V等，负责给弱电检测部分和控制部分提供电源。

进一步的，安全用电装置还可以包括与控制模块3连接的散热模块。

在具体实施中，散热模块具体可以包括与控制模块连接的驱动电路以及与驱动电路连接的直流风扇。散热模块的散热对象可以包括控制模块3、电源切换模块1、第一检测模块2、第二检测模块4等。

图3为本发明实施例提供的一种安全用电装置的电路图。如图3所示，在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供一种具体的安全用电装置的电路连接示意图。

其中，交流电路包括三条相线L1、L2、L3以及中性线N，对应输出端为L1OUT、L2OUT、L3OUT、N-OUT，各相线输入380V、50Hz的电源，各相线对中性线的电压为220V。检测模块(第一检测模块和第二检测模块)接入交流电路的总开关QF1和开关KMK13之间，通过电流互感器的接口K180、190传输L1相电流Ia、Ia*，通过接口K181、191传输L2相电流Ib、Ib*，通过接口K182、192传输L3相电流Ic、Ic*，并分别通过与三条相线L1、L2、L3以及中性线N的连接的导线传输L1相电压Ua，L2相电压Ub和L3相电压Uc。控制模块3接收各相电流和电压值，可以计算得到漏电电流值和绝缘电阻值。

开关KMK11为三联动开关，固定端通过0011、0021、0031接口与电源切换模块1连接，活动端连接于交流电路上的总开关QF1和开关KMK13之间；开关KMK12为四联动开关，固定端通过导线AL001、AL002、AL003、AN000分别连接于交流电路上的开关KMK13和开关QF2之间，活动端通过L001、L002、L003、N000接口与电源切换模块1连接。电源切换模块1还包括接地端PE。

控制模块3上还集成有显示器、多个风扇、过电压保护和过电流保护输出端G001和G002、报警输出端B001和B002、通讯模块L等。

电源转换模块连接于任意一相线与中性线N之间，用于接收交流电源，并转换为控制模块3的工作电压(12V、5V、3.3V等)输出控制模块3的电源接口。

在实际应用中，总开关QF1、开关KMK13、开关QF2连接后交流电路通电，此时KMK11和开关KMK12断开，交流电路的中性点接地。

当控制模块3根据接收到的电路参数计算交流电路的漏电电流值超出预设的漏电电流值(如5mA)时，向电源切换模块1发送控制命令，使开关KMK13断开，开关KMK11和开关KMK12闭合，这时各相以及中性线与大地之间接入了电源切换模块1，交流电路的中性点与地隔离。

在电源切换模块1接入交流电路后，控制模块3继续接收第一检测模块和第二检测模块发送的电路参数，计算各相的绝缘电阻值R，当绝缘电阻值R低于预设值时，再控制开关KMK11和开关KMK12断开，切断交流电路的电源，再通过报警输出端口发出绝缘警报，并通过通讯模块L实现远程报警消息推送，以及时提醒工作人员预防电气短路起火事故的发生。

当工作人员对故障线路进行整改后，使得电气线路的绝缘等级提高，停止报警。进一步的，当线路存在的漏电电流低于5mA后，工作人员也可以通过远程控制终端向控制模块3下发命令，将电源切换模块1恢复至原有的连接关系，恢复市电供电模式，满足生产生活的用电需求。

上文详述了安全用电装置对应的各个实施例，在此基础上，本发明还公开了与上述安全用电装置对应的安全用电方法。

图4为本发明实施例提供的一种安全用电方法的流程图。

基于上述任一项所述的安全用电装置，本发明实施例提供的安全用电方法包括：

控制模块计算交流电路的漏电电流值；

控制模块判断漏电电流值是否大于等于预设的漏电电流值，如果是，则控制电源切换模块将交流电路的中性点与地隔离。

可选的，当控制模块控制电源切换模块将交流电路的中性点与地隔离之后，还包括：

控制模块计算交流电路的绝缘电阻值；

控制模块判断绝缘电阻值是否小于预设值，如果是，则切断交流电路的电源。

一种较好的实施方式如图4所示：

S40：控制模块计算交流电路的漏电电流值；

S41：控制模块判断漏电电流值是否大于等于5mA；如果是，则进入步骤S42；如果否，则结束；

S42：控制模块控制电源切换模块将交流电路的中性点与地隔离；

S43：控制模块计算交流电路的绝缘电阻值；

S44控制模块判断绝缘电阻值R是否大于200KΩ；如果是，则结束；如果是，则进入步骤S45；

S45：控制模块判断绝缘电阻值R是否大于等于20KΩ且小于等于200KΩ；如果是，则进入步骤S46；如果否，则进入步骤S47；

S46：控制模块控制报警模块发出绝缘警报，并通过无线通信模块进行远程报警；

S47：控制模块切断交流电路的电源，同时控制报警模块发出严重绝缘警报，并通过无线通信模块进行远程报警。

由于安全用电方法部分的实施例与安全用电装置部分的实施例相互对应，因此安全用电方法部分的实施例请参见安全用电装置部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。

以上对本发明所提供的一种安全用电装置及安全用电方法进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种安全用电装置，其特征在于，包括：

电源切换模块，用于实现将交流电路的中性点与地隔离；

与所述交流电路连接的第一检测模块，用于检测所述交流电路的电路参数；

分别与所述电源切换模块和所述第一检测模块连接的控制模块，用于当所述电路参数满足预设的漏电保护条件时控制所述电源切换模块将所述中性点与地隔离。

2.根据权利要求1所述的安全用电装置，其特征在于，还包括与所述交流电路连接的用于检测所述交流电路的相线与地线之间的绝缘电阻值的第二检测模块；

所述控制模块在所述绝缘电阻值小于预设值时切断所述交流电路的电源。

3.根据权利要求2所述的安全用电装置，其特征在于，还包括与所述控制模块连接的用于显示所述电路参数和所述绝缘电阻值的显示模块。

4.根据权利要求1所述的安全用电装置，其特征在于，所述第一检测模块具体包括电流表。

5.根据权利要求1所述的安全用电装置，其特征在于，所述电源切换模块具体包括电子变压器。

6.根据权利要求1所述的安全用电装置，其特征在于，还包括与所述控制模块连接的无线通信模块。

7.根据权利要求1所述的安全用电装置，其特征在于，还包括分别与交流电源和所述控制模块连接的用于将交流电转换为所述控制模块的工作电压的电源转换模块。

8.根据权利要求1所述的安全用电装置，其特征在于，还包括与所述控制模块连接的驱动电路以及与所述驱动电路连接的直流风扇。

9.一种安全用电方法，其特征在于，基于权利要求1至8任一项所述的安全用电装置，包括：

控制模块计算交流电路的漏电电流值；

所述控制模块判断所述漏电电流值是否大于等于预设的漏电电流值，如果是，则控制电源切换模块将所述中性点与地隔离。

10.根据权利要求9所述的安全用电方法，其特征在于，当所述控制模块控制所述电源切换模块将所述中性点与地隔离之后，还包括：

所述控制模块计算所述交流电路的绝缘电阻值；

所述控制模块判断所述绝缘电阻值是否小于预设值，如果是，则切断所述交流电路的电源。