CN109406932B - 漏电检测装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种漏电检测装置及系统。其中,漏电检测装置包括:信号采集部、通信部和供电部。信号采集部包括电连接的互感器和运算放大器,所述互感器用于在传输电缆中产生剩余电流的情况下,采集检测到的感应电动势;所述运算放大器用于对采集获得的所述感应电动势进行放大处理;通信部用于将放大处理后的感应电动势信号发送至控制微处理器以进行漏电检测和预警;供电部与所述信号采集部以及所述通信部连接,用于为所述信号采集部和所述通信部供电。本发明可以方便、快速和准确的对漏电故障进行检测和定位,减少甚至避免雨天市政用电设备漏电而导致的行人触电伤亡事故。
Description
技术领域
本发明涉及市政电网技术领域,尤其涉及一种漏电检测装置及系统。
背景技术
目前,各地在运行的剩余电流保护器及电网智能监控系统,大多涉及台区配电柜内的漏电总保护器,部分扩大到分级保护箱。用户端和分支线路尤其是分支线路上短时间、瞬间漏电流则无法准确并及时地被检测和定位。这导致了目前在暴雨之后、城市内涝时,经常发生市政用电设备漏电,行人触电伤亡事故。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种漏电检测装置及系统,以实现方便、快速和准确的漏电故障的检测和定位,减少甚至避免雨天市政用电设备漏电而导致的行人触电伤亡事故。
第一方面,本发明公开了一种漏电检测装置,包括:
信号采集部,包括电连接的互感器和运算放大器,所述互感器用于在传输电缆中产生剩余电流的情况下,采集检测到的感应电动势;所述运算放大器用于对采集获得的所述感应电动势进行放大处理;
通信部,用于将放大处理后的感应电动势信号发送至微处理控制器以进行漏电检测和预警;
供电部,与所述信号采集部以及所述通信部连接,用于为所述信号采集部和所述通信部供电。
优选地,上述漏电检测装置中,所述互感器为开口式钳形表头互感器。
优选地,上述漏电检测装置中,所述信号采集部中,所述互感器包括交流信号输入端,所述交流信号输入端通过双向齐纳二极管接地。
优选地,上述漏电检测装置中,所述互感器包括漏电流/电流检测模式切换电路,所述切换电路包括:
第一支路、第二支路和第三支路;
所述第一支路为所述从交流信号输入端引出的第二十一电阻;
所述交流信号输入端通过第六电容和第十七电阻与所述运算放大器的第一输入端连接;并且,第十七电阻与所述运算放大器的第二输出端之间还连接有第十八电阻;所述第十八电阻通过第九电容连接有作为第二支路的第二十三电阻,以及,作为第三支路的第第二十四电阻;
第一开关与所述运算放大器的第二输入端相连;
通过所述第一开关与所述第一支路、所述第二支路与所述第三支路选择性连通,切换检测模式;
并且,所述交流信号输入端和还分别通过第十九电阻和第二十电阻接地;
所述运算放大器的接地端还通过第十四电阻和第十五电阻与高电平相连接;
所述运算放大器的第一输出端与所述第二输入端之间,还并联有第二十三电阻以及第七电容;
所述运算放大器的第一输出端的所输出的信号为进行了放大处理的感应电动势。
优选地,上述漏电检测装置中,所述供电部包括锂电池充电电路;
所述充电电路包括充电用分压支路;
所述分压支路包括设置于充电接口和充电控制器之间充电分压用第二电阻。
优选地,上述漏电检测装置中,所述锂电池充电电路还包括电池电量采样分压电阻支路;
所述电池电量采样分压电阻支路包括串联于所述充电控制器的电池端口与接地端口之间的第四电阻和第八电阻;以及
与所述第八电阻并联的第四电容。
第二方面,本发明还公开了一种漏电检测系统,包括:
主机和多个从机;
所述从机分散于疑似故障电缆处;
所述从机用于在传输电缆中产生剩余电流的情况下,检测感应电动势,并发送至控制微处理器以进行漏电检测和预警;
所述主机用于对接收的感应电动势进行判断,在异常时发出报警,并通过屏幕显示;
其中,所述从机包括:
信号采集部,包括电连接的互感器和运算放大器,所述互感器用于在传输电缆中产生剩余电流的情况下,采集检测到的感应电动势;所述运算放大器用于对采集获得的所述感应电动势进行放大处理;
通信部,用于将放大处理后的感应电动势信号发送至控制微处理器以进行漏电检测和预警;
供电部,与所述信号采集部以及所述通信部连接,用于为所述信号采集部和所述通信部供电。
优选地,上述漏电检测系统中,所述互感器为开口式钳形表头互感器。
优选地,上述漏电检测系统中,所述信号采集部中,所述互感器包括交流信号输入端,所述交流信号输入端通过双向齐纳二极管接地。
优选地,上述漏电检测系统中,所述互感器包括漏电流/电流检测模式切换电路,所述切换电路包括:
第一支路、第二支路和第三支路;
所述第一支路为所述从交流信号输入端引出的第二十一电阻;
所述交流信号输入端通过第六电容和第十七电阻与所述运算放大器的第一输入端连接;并且,第十七电阻与所述运算放大器的第二输出端之间还连接有第十八电阻;所述第十八电阻通过第九电容连接有作为第二支路的第二十三电阻,以及,作为第三支路的第第二十四电阻;
第一开关与所述运算放大器的第二输入端相连;
通过所述第一开关与所述第一支路、所述第二支路与所述第三支路选择性连通,切换检测模式;
并且,所述交流信号输入端和还分别通过第十九电阻和第二十电阻接地;
并且,所述运算放大器的接地端还通过第十四电阻(R14)和第十五电阻与高电平相连接;
所述运算放大器的第一输出端与所述第二输入端之间,还并联有第二十三电阻以及第七电容;
所述运算放大器的第一输出端的所输出的信号为进行了放大处理的感应电动势。
本发明实施例提供的漏电检测装置及系统,可以实现方便、快速和准确的漏电故障检测和定位,减少甚至避免雨天市政用电设备漏电而导致的行人触电伤亡事故。此外,该设备还可同时对多个点进行测量,工作效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例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它的附图。
图1为本发明实施例提供的漏电检测系统的工作原理图;
图2为本发明实施例提供的漏电检测系统中,从机的结构框图;
图3为本发明实施例提供的漏电检测系统中,从机的信号采集部电路图;
图4为本发明实施例提供的漏电检测系统中,从机供电部的锂电池充电电路的电路图;
图5为本发明实施例提供的漏电检测系统中,主机供电部中,锂电池充电电路的电路图;
图6为本发明实施例提供的漏电检测系统的软件流程设计示意图;
图7为本发明实施例提供的漏电检测系统中,按键任务流程图;
图8为本发明实施例提供的漏电检测系统中,主机和从机在进行通信时,字节传输格式的示意图;
图9为本发明实施例提供的漏电检测系统中,主机和从机在进行通信时,控制码格式示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确,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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
下面,对本发明实施例提供的一种漏电检测系统进行说明。
本发明实施例漏电检测系统用于市政用电设备,可分为主机和从机两部分。主要功能包括漏电流检测、数据存储、界面操作、LCD显示主从机间通信等。检测和定位漏电故障时,主机由检测人员手持操作,从机则作为信号采集和处理端被置于各疑似故障电缆处,并与主机无线通信。
参照图1,本实施例漏电检测系统,包括:主机和多个从机;从机分散于疑似故障电缆处;从机用于在传输电缆中产生剩余电流的情况下,检测感应电动势,并发送至控制微处理器以进行漏电检测和预警;主机用于对接收的感应电动势进行判断,在异常时发出报警,并通过屏幕显示。
参照图2,示出了一个实施例中从机的结构框图,包括:
信号采集部20,包括电连接的互感器和运算放大器,互感器用于在传输电缆中产生剩余电流的情况下,采集检测到的感应电动势;运算放大器用于对采集获得的感应电动势进行放大处理;
通信部22,用于将放大处理后的感应电动势信号发送至控制微处理器以进行漏电检测和预警;
供电部24,与所述信号采集部20以及所述通信部22连接,用于为所述信号采集部20和所述通信部24供电。
在一个实施例中,互感器可以为开口式钳形表头互感器
从机部分,针对传输电缆中剩余电流及负荷电流均能进行测量,互感器可根据需要手动切换。采用直径6cm的开口式钳形表头互感器,在导磁片外围套有特殊合金屏蔽罩,有效避免外界磁场干扰的同时,保证测量数据的高精度和稳定度。
当电缆中产生剩余电流时,穿过磁环的相线和中性线的电流不再相等,进而在磁环中产生交变磁场,二次线圈中感应出电动势。采集到该输出信号,经处理后输入主机,其中信号采集部的电路如图3所示。
信号采集部20中,互感器包括交流信号输入端,交流信号输入端通过双向齐纳二极管D3接地。
互感器包括漏电流/电流检测模式切换电路,切换电路包括:第一支路、第二支路和第三支路;第一支路为从交流信号输入端引出的第二十一电阻R21;交流信号输入端通过第六电容C6和第十七电阻R17与运算放大器的第一输入端连接;并且,第十七电阻R17与运算放大器的第二输出端之间还连接有第十八电阻R18;第十八电阻R18通过第九电容C9连接有作为第二支路的第二十三电阻R23,以及,作为第三支路的第第二十四电阻R24。
第一开关S1与运算放大器的第二输入端相连;通过第一开关S1与第一支路、第二支路与第三支路选择性连通,切换检测模式;交流信号输入端和还分别通过第十九电阻R19和第二十电阻R20接地;并且,运算放大器的接地端还通过第十四电阻R14和第十五电阻R15与高电平相连接;运算放大器的第一输出端与第二输入端之间,还并联有第二十三电阻R23以及第七电容C7;运算放大器的第一输出端的所输出的信号为进行了放大处理的感应电动势。
剩余电流的量程为0-999mA,负荷电流的量程则为0~800A。图3中的HGQ为交流互感器的信号输入,D3为双向齐纳二极管,防止输入信号幅值过大损坏运放。S1为漏电流/电流检测模式切换,在电流检测模式下S1的3脚接地,输入信号的负载为R19、R20,R21,电阻并联,以避免信号幅值过大而超出MCU的采样范围。
而在漏电流检测模式下,输入信号的负载为R19和R20,以获得适当的信号幅值,同时S1的1脚接地,主机的微处理器检测Itype脚为低电平,执漏电流测量程序,否则执行电流测量程序。R23和R24用于调节漏电流和电流测量模式下的运放放大倍数。R14和R15决定交流输出信号中心点的电压,取值须确保表头能正常归零。
参照图4,本发明实施例提供的一种漏电检测系统中,从机供电部的锂电池充电电路的电路图。
供电部24包括锂电池充电电路;充电电路包括充电用分压支路;分压支路包括设置于充电接口和充电控制器之间充电分压用第二电阻R2。锂电池充电电路还包括电池电量采样分压电阻支路;电池电量采样分压电阻支路包括串联于充电控制器的电池端口与接地端口之间的第四电阻R4和第八电阻R8;以及,与第八电阻R8并联的第四电容C4。
充电电压固定为4.2V,充电电流可以通过外部电阻器设置。当充电电流达到预先设定值时,充电控制器将自动终止充电过程。当输入电压被移除时,自动进入低电流状态,使得锂电池的漏电流在2uA以下。其中R2分压电阻,在大电流充电时可减轻充电控制器TP4056的功耗,充电电流的大小则通过R9进行调节。R4和R8为电池电量采样分压电阻,经C4滤波后进入MCU的A/D端口,进行采样井计算电池电压。若电池电压低于3.4V,将执行关机操作,以免耗尽电池进而影响使用寿命。
在一个实施例中,主机的微控制单元(MCU)作为整个系统控制部件,选用增强型32位RISC内核,型号为STM32F103RCT6。主频72MHz,具有10位高精度A/D。其包含2个12位的ADC,3个通用16位定时器、1个PWM定时器。
主机采用高容量可充电的锂电池,续航能力强。其充电电路如图5所示,在一个实施例中,选用TP4056作为锂离子电池的充电控制器,实现恒定电流/恒定电压线性控制。
下面,对主机和从机之间的通信方式做进一步地说明。
主机能收发30-50m远距离的1-99个悬挂在架空线上从机的信息数据和指令。主机和从机均采用外置天线,通信方式为FSK双向半双工,发射功率小于等于10dBm,通信频率为433MHz。
采用IIC总线进行数据传送,当时钟信号为高电平时数据线上的数据保持稳定,只在时钟信号为低电平时,数据线上的高低电平才可以变化。其中,主机MCU型号为STM32F103RCT6的PC11-PC12脚分别为IIC的外置EEPROM数据和时钟,PA2-U2-TX和PA3-U2-RX脚分别为无线模块串口的RX和TX(波特率为9600Bps)。从机中STM32F103RCT6的PA9-PA10脚为串口数据通信,PB8-PB9脚为EEPROM IIC通信,PB12-PB15脚接外部RTC模块。
在一个实施例中,主机采用128mmx128mm的3寸LCD液晶显示屏,从机则选用128mm×64mm的0.96寸OLCD。主机中STM32F103RCT6的PA7、PA15、PB3-PB9、
PB13-PB15、PC4-PC8、PC10、PC13和PD2共20个管脚作为键盘输入,并配置成上拉输入。
共设有6挡剩余电流超限告警值可选,分别为50、75、100、200、300、500mA。可通过面板上的按键进行设定更改,也可通过相应配套的无线接收主机进行挡位的设定更改;能记录24h内发生超限漏电的次数、漏电量的数值、发生的时间、地址,也能启动装置内的告警声响或报警灯闪烁。
漏电检测装置的软件设计
流程设计:
总体流程设计如图6所示,其中电量监测、按键监测、时钟更新、蓝牙状态更新、UI界面更新、串口接收任务等都是运行在整个系统的后台,因此不在每个状态机内。按键任务流程如图7所示。
通信格式:
字节传输格式如图8所示,每个字节含8位二进制码,在传输时加上一个起始位(0)、一个偶校验位和一个停止位(1),共计11位。其中D0位字节的最低有效位,D7为最高有效位;传输时先传低位,后传高位。
帧的格式如表1所示,其中控制码格式如图9所示。数据域长度L的最大值为385(32条报警记录),数据域的结构可以随控制码功能的改变而改变。校验码CS为第一帧起始符开始到校验码前所有字节二进制算术和。字节校验为偶校验,帧校验为纵向信息校验和,接收端无论检测到偶校验或纵向信息校验和出错,均选择放弃该信息帧,不响应。
表1帧格式说明
本发明的实施例漏电流检测系统具有较强的数据处理能力和丰富的外围接口。在完成感应电流信号处理、蓄电池充电控制、状态显示,界面操作和报警记录存储的同时,实现了主机与从机间的无线通信,提高了漏电流检测和定位的速度和可靠性;对用电环境复杂的市政设备电网而言,该设备可以实现方便、快速和准确的漏电故障检测和定位;减少甚至避免雨天市政用电设备漏电而导致的行人触电伤亡事故。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种漏电检测装置,其特征在于,包括:
信号采集部,包括电连接的互感器和运算放大器,所述互感器用于在传输电缆中产生剩余电流的情况下,采集检测到的感应电动势;所述互感器包括交流信号输入端和漏电流/电流检测模式切换电路,所述交流信号输入端通过双向齐纳二极管(D3)接地;所述切换电路包括:
第一支路、第二支路和第三支路;
所述第一支路为从所述交流信号输入端引出的第二十一电阻(R21);
所述交流信号输入端通过第六电容(C6)和第十七电阻(R17)与所述运算放大器的第一输入端连接;并且,第十七电阻(R17)与所述运算放大器的第二输出端之间还连接有第十八电阻(R18);所述第十八电阻(R18)通过第九电容(C9)连接有作为第二支路的第二十三电阻(R23),以及,作为第三支路的第第二十四电阻(R24);
第一开关与所述运算放大器的第二输入端相连;
通过所述第一开关与所述第一支路、所述第二支路与所述第三支路选择性连通,切换检测模式;
并且,所述交流信号输入端和还分别通过第十九电阻(R19)和第二十电阻(R20)接地;
并且,所述运算放大器的接地端还通过第十四电阻(R14)和第十五电阻(R15)与高电平相连接;
所述运算放大器的第一输出端与所述第二输入端之间,还并联有第二十三电阻(R23)以及第七电容(C7);
所述运算放大器的第一输出端的所输出的信号为进行了放大处理的感应电动势;
所述运算放大器用于对采集获得的所述感应电动势进行放大处理;
通信部,用于将放大处理后的感应电动势信号发送至微处理控制器以进行漏电检测和预警;
供电部,与所述信号采集部以及所述通信部连接,用于为所述信号采集部和所述通信部供电。
2.根据权利要求1所述的一种漏电检测装置,其特征在于,
所述互感器为开口式钳形表头互感器。
3.根据权利要求1所述的一种漏电检测装置,其特征在于,
所述供电部包括锂电池充电电路;
所述充电电路包括充电用分压支路;
所述分压支路包括设置于充电接口和充电控制器之间充电分压用第二电阻(R2)。
4.根据权利要求3所述的一种漏电检测装置,其特征在于,
所述锂电池充电电路还包括电池电量采样分压电阻支路;
所述电池电量采样分压电阻支路包括串联于所述充电控制器的电池端口与接地端口之间的第四电阻(R4)和第八电阻(R8);以及
与所述第八电阻(R8)并联的第四电容(C4)。
5.一种漏电检测系统,其特征在于,包括:
主机和多个从机;
所述从机分散于疑似故障电缆处;
所述从机用于在传输电缆中产生剩余电流的情况下,检测感应电动势,并发送至控制微处理器以进行漏电检测和预警;
所述主机用于对接收的感应电动势进行判断,在异常时发出报警,并通过屏幕显示;
其中,所述从机包括:
信号采集部,包括电连接的互感器和运算放大器,所述互感器用于在传输电缆中产生剩余电流的情况下,采集检测到的感应电动势;所述互感器包括交流信号输入端和漏电流/电流检测模式切换电路,所述交流信号输入端通过双向齐纳二极管(D3)接地;所述切换电路包括:
第一支路、第二支路和第三支路;
所述第一支路为从所述交流信号输入端引出的第二十一电阻(R21);
所述交流信号输入端通过第六电容(C6)和第十七电阻(R17)与所述运算放大器的第一输入端连接;并且,第十七电阻(R17)与所述运算放大器的第二输出端之间还连接有第十八电阻(R18);所述第十八电阻(R18)通过第九电容(C9)连接有作为第二支路的第二十三电阻(R23),以及,作为第三支路的第第二十四电阻(R24);
第一开关与所述运算放大器的第二输入端相连;
通过所述第一开关与所述第一支路、所述第二支路与所述第三支路选择性连通,切换检测模式;
并且,所述交流信号输入端和还分别通过第十九电阻(R19)和第二十电阻(R20)接地;
并且,所述运算放大器的接地端还通过第十四电阻(R14)和第十五电阻(R15)与高电平相连接;
所述运算放大器的第一输出端与所述第二输入端之间,还并联有第二十三电阻(R23)以及第七电容(C7);
所述运算放大器的第一输出端的所输出的信号为进行了放大处理的感应电动势;
所述运算放大器用于对采集获得的所述感应电动势进行放大处理;
通信部,用于将放大处理后的感应电动势信号发送至微处理控制器以进行漏电检测和预警;
供电部,与所述信号采集部以及所述通信部连接,用于为所述信号采集部和所述通信部供电。
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所述互感器为开口式钳形表头互感器。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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