CN109633356A - 断电式漏电信号识别方法及断电式漏电指示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及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、对差分放大器进行恒定电压偏置，S4、漏电流波形进行差分放大；S5、相对于偏置电压，进行积分滤波；S6、采用双路比较器，与前级输出模拟电压进行比较运算，使相对于偏置电压的正负波，经比较器后皆修正为正电压范围的方波；S7、将两路比较方波进行或运算；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。本发明的优点是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

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

据了解，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与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。然而，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，仅仅徐州地区的每年平均触电伤亡数就在10人以上。

针对供电公司这一难题，申请人研发出了断电式漏电指示器。该产品能够在漏电引发总漏保跳电前的极短时间内（一般是2-3毫秒），及时、准确地捕捉漏电暂态波形，识别出漏电特征，以确定漏电点，并给出告警。

目前，市面上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来实现漏电检测的，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现象。

经检索发现，公布号为CN108828392A的中国专利申请公开了一种断电式漏电信号识别方法及断电式漏电指示装置，该识别方法的电路信号采集过程是先通过差分放大电路后采用运放全波整流方式进行整流的，再次运用减法电路放大整流信号，采用单路比较输出信号波形。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，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，该装置元件少，可靠性高，能消除现有技术中，积分电路由于电网干扰造成的电荷积累，从而使灵敏度稳定，并采用稳压源给双路比较器提供参考电压，使灵敏度不随电池电压变化而改变。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：

一种断电式漏电信号识别方法，包括以下步骤：

S1.采集电路剩余电流波形；转至步骤S2；

S2.对过大电流进行限流；转至步骤S3；

S3.对差分放大器进行恒定电压偏置；转至步骤S4；

S4. 对处理过的漏电流波形进行差分放大，放大反馈电阻由模拟开关选择；转至步骤S5；

S5.相对于偏置电压，进行积分滤波，目的是为了电池失电时，区别有效波与杂波，防止误报；转至步骤S6；

S6.采用双路比较器，参考端采用恒定电压分压，与前级输出模拟电压进行比较运算，使相对于偏置电压的正负波，经比较器后，皆修正为正电压范围的方波；转至步骤S7；

S7. 将双路比较器输出的两路比较方波进行或运算，并加泄放寄生电荷的电阻，泄放电路中寄生电容电荷；转至步骤S8；

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。如果发生漏电，漏电导致掉电时则由MCU迅速给出报警红灯，如果没有掉电，则给出黄灯告警。

本发明在电路信号采集过程中，通过差分放大电路后，直接使用双路比较器整成双路正电压方波，再经或门电路进行高电平相加，输出信号波形。

一种采用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），所述电流互感器，套装于电线外侧，用于采集电路剩余波形，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。所述漏电指示器上设有专门的接口，电流互感器伸出来的两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和设置于壳体内的PCB板，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，所述PCB板上集成有防大电流冲击电路、恒压电路、电压偏置电路、带偏置的差分放大电路、相对于偏置电压的积分电路、双路比较器电路、或门电路、泄放寄生电荷电阻、中央处理器（MCU），上述各功能单元电路根据功能关系相互连接。所述防大电流冲击电路的输出与带偏置的差分放大电路相连接，所述差分放大电路的输出与相对于偏置电压的积分电路相连接，所述相对于偏置电压的积分电路输出与双路比较器连接，所述双路比较器与或门电路连接，所述或门电路的输出与中央处理器连接，所述泄放寄生电荷电阻与或门电路的输出相连；

所述防大电流冲击电路，用于快速限制采集波形的幅度；

所述恒压电路，提供稳定的电压，用于稳定偏置电压与比较器参考电压，使二者不受电池电压波动的影响；

所述电压偏置电路，用于为差分放大电路提供偏置电压；

所述带偏置的差分放大电路，用于消除共模干扰，并对漏电信号进行差分放大，将相对于地的正负信号转成相对于偏置电压的正负信号；

所述相对于偏置电压的积分电路，用于在大电流情况下，为后续双路比较器区分有效波与干扰波；

所述双路比较器，用于将相对于偏置电压的正负电压，整理成正电压脉冲方波；

所述或门电路，用于将经双路比较器整成的高电平正方波加在一起，使漏电波无论处于正半周还是负半周都能采集到；加泄放寄生电容电阻，得出信号送MCU处理；

所述寄生电荷泄放电阻，用于去除方波波形受寄生电荷的干扰；

所述中央处理器，用于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。

优选地，所述防大电流冲击电路包括瞬变电压抑制二极管D1、采样电阻R8和积分电路，所述积分电路由电阻R4和电容C10构成。

优选地，所述恒压电路包括恒压模块TL432和围绕恒压模块分布的若干个外围电阻；所述电压偏置电路包括分压电阻R17、分压电阻R19和运算放大器U2A，分压电阻R17、R19和运算放大器U2A搭建电压跟随器，该电压跟随器的输入端与稳压源的输出端（即TL432输出）连接。

优选地，所述带偏置的差分放大电路包括电阻R5、电阻R9、二极管D4、二极管D5、运算放大器U2B、模拟开关以及绕模拟开关分布的两组外围比例电阻（分别为R12～R15、R44～R47），在所述差分放大器的输入正极与输入负极之间设有并联的二极管D4和二极管D5，起到输入限压作用，可保护运算放大器。所述电阻R5、电阻R9分别接运算放大器U2B的输入正负极，所述运算放大器U2B的输入正极通过模拟开关的74VHC4052芯片及一组外围比例电阻接偏置电压ACOM，这是为了使得电路的有效波处于正电压范围。

所述运算放大器U2B的输入负极通过模拟开关的74VHC4052芯片及另一组外围比例电阻接运算放大器U2B的输出端，上述的差分放大电路，其功能是起到叠加偏置电压与放大的作用，目的有二：一是消除共模干扰，二是叠加偏置电压，使波型处于正电压范围内。

上述结构中，模拟开关包括74VHC4052芯片，74VHC4052芯片的3脚接运算放大器U2B的输入负极，74VHC4052芯片的13脚接运算放大器U2B的输入正极。两组外围比例电阻分别记为Y₀₁₂₃和X₀₁₂₃，外围比例电阻Y₀₁₂₃、X₀₁₂₃均包括四个围绕74VHC4052芯片设置的放大比例电阻，并且外围比例电阻Y₀₁₂₃的公共端与运算放大器U2B的输出端相接后，连接相对于偏置电压的积分电路的输入端，外围比例电阻X₀₁₂₃的公共端，连接偏置电压ACOM。

优选地，所述相对于偏置电压的积分电路包括电阻R7和与偏置电压（ACOM）相联的电容C12，所述电阻R7的输入脚与差分放大器的输出端相接，所述电阻R7的输出脚与电容C12的一端相连后，同时接比较器A的输入正极和比较器B的输入负极，所述电容C12的另一端接偏置电压ACOM。

上述积分电路相对于偏置电压ACOM，对波形进行积分滤波处理，目的是在信号源为大电流的情况下，区别有效波与杂波。

优选地，所述双路比较器包括比较器A和比较器B，所述比较器A的输入正极、比较器B的输入负极同时与所述相对于偏置电压的积分电路输出端连接，所述比较器A的输入负极、比较器B的输入正极，与由分压电阻组成的分压电路连接，分压电路为电阻R3、电阻R10和电阻R16。详细地，所述分压电路的一端接恒压源（即TL431的输出端），另一端经串联的电阻R3、电阻R10、电阻R16后接地，所述电阻R3与电阻R10相连后的连接点接比较器A的输入负极，所述电阻R10与电阻R16相连后的连接点接比较器B的输入正极，所述比较器A、比较器B的输出端分别与或门电路连接。

上述结构采用双路比较器，并以恒压参考，目的有二，其一是为使信号相对于偏置电压的正负半波都转换成MCU识别的正电压方波，其二是在电池电压变化的条件下，保证测量范围不变。

优选地，所述或门电路包括第一支路和第二支路；

所述第一支路包括电阻R6、电容C11和二极管D2，所述电阻R6的一端接比较器A的输出端，另一端接所述电容（C11)和所述二极管（D2),所述电容C11的一端接入所述电阻R6与二极管D2之间的线路中，另一端接地，所述二极管D2的正极接电阻R6，负极接PULSE标识端，二极管D2输出一路脉冲信号，对应于相对偏置电压的模拟信号正半波，脉冲为高电平；

所述第二支路包括电阻R48、电容C26和二极管D3，所述电阻R48的一端接比较器B的输出端，另一端接所述电容（C26)和所述二极管（D3),所述电容C26的一端接入所述电阻R48与二极管D3之间的线路中，另一端接地，所述二极管D3的正极接电阻R48，负极接PULSE标识端，二极管D3输出一路脉信号，对应于相对偏置电压的模拟信号负半波，脉冲为高电平；

所述泄放寄生电荷电阻为电阻R49；所述PULSE标识端的或门输出连接中央处理器的信号捕捉端。

上述结构中，电容C11与电阻R6，电容C26与电阻R48,组成两组滤波电路，电阻R49的一端接或门输出，另一端接地。

本发明装置的工作原理如下：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先进行限幅，R8是采样电阻，R4和C10构成积分电路，因为瞬变管D1雪崩时间很短（10^-12秒），而积分电路整个积满电压需要1mS，所以，在积分电路刚开始累积电压时，瞬变电压抑制二极管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的，积分电路影响很小，从而起到大电流保护作用，以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；运算放大器的正极通过模似开关后的比例电阻接偏置电压ACOM，是为了使得电路的有效波处于正电压范围，采用差分电路的目的是减小共模干扰。74VHC4052芯片外围电阻是放大比例电阻，切换放大比例，可以调整运算放大器的放大比率档位。采用差分放大电路对信号进行差分放大，通过随后的相对于偏置电压的积分电路进行积分滤波处理后，信号同时送到双路比较器A的输入正极，和比较器B输入负极。比较器的A的负极，和比较器B的正极接两个参考电压。参考电压通过TL432稳压，再通过R3、R10、R16进行串联分压，提供比较器参考电压，经与输入信号相比较，得出两路正电压脉冲。当信号大于比较器A输入负端参考电压时，比较器A输出正脉冲。当信号小于比较器B输入正端参考电压时，比较器B输出正脉冲。两路比较信号经或门或运算，将双路比较器得出的高电平信号进行相加，得出信号送MCU处理。泄放寄生电荷的电阻，是为使脉冲信号不受寄生电容影响而发生畸变。

双路比较器以恒压参考源，目的是：使得偏置电压与比较器参考电压恒定不变（不受电池电压变化而改变），从而保证测量灵敏度不变。

优选地，所述PCB板上还集成有中央处理器、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、锂电池充电电路和锂电池，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，所述锂电池充电电路与稳压电源相连，所述整流稳压电路与变压器相连，所述市电与锂电池供电无缝切换电路与整流稳压电路的输出电压相连。

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。

与现有技术相比，本发明的漏电指示器具有以下优化：

1.元器件节省，电路简化。原电路中所选用的整流二极管现已取消，原电路对该整流二极管的性能要求较高，一旦生产环节中该二极管出现特性微小差异，都会影响整体性能。本发明的元器件选用鲁棒性高，以确保运行更加可靠。

2.现有技术中，在电路干扰较大的情况下，积分电路有电荷积累。本发明的积分电路能消除因为随机干扰所产生的电荷积累，从而消除干扰造成对灵敏度的影响。

3.增加了稳压源，在电池电压变化的情况下，不存在参考电压波动，以确保稳定的灵敏度。

一种采用断电式漏电指示装置的工作方法，包括以下步骤：

（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过大的剩余电流波进行限流；

（3）对差分放大器进行恒定电压偏置，即利用电压偏置电路为差分放大电路提供偏置电压；

（4）利用带偏置电压的差分放大电路，对处理过的漏电流波形进行差分放大，并叠加偏置电压，将相对于地的正负信号，转换为相对于偏置电压的正负信号；

（5）利用相对于偏置电压的积分电路进行积分滤波；

（6）采用双路比较器，并以恒压参考，将来自于差分放大器的信号，换成中央处理器能够捕捉到的正电压方波信号，得到两路超限的方波信号（即比较信号）；

（7）两路比较信号经或门运算后，使得来自双路比较器的方波高电平相加，并加泄放寄生电荷的电阻，得到信号，并将信号发送中央处理器处理；

（8）中央处理器经高速比较识别算法确认漏电特征后，确定是否为漏电信号，如果是漏电信号，说明发生漏电现象，如果不是漏电信号，说明没有发生漏电现象；

（9）当出现漏电现象时，检测市电掉电电路快速判断是否市电掉电，当市电掉电时，则由中央处理器迅速给出报警红灯，同时由市电与锂电池供电无缝切换电路，将市电供电无缝切换到锂电池供电，当没有掉电时，则由中央处理器迅速给出黄灯告警，并通过433M无线模块传输漏电信号。

本发明的优点是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2的结构示意图；

图2为本发明实施例2中PCB板的电路框图；

图3为本发明实施例2中防大电流冲击及差分放大电路的电路图；

图4为本发明实施例2中积分电路与双路比较器电路的电路图；

图5为本发明实施例2中或门电路与消除寄生电荷电阻的电路图；

图6为本发明实施例2中稳压源与偏置电路的电路图；

图7为本发明中实施例2中模拟开关与比例电阻的电路图；

图8为本发明实施例2中市电与锂电池供电无缝切换电路的电路图；

图9为本发明中央处理器的原理图；

图10为本发明中绿黄红告警指示灯的电路图；

图11为本发明中红外接收器的电路图；

图12为本发明中蜂鸣器的电路图；

图13为本发明中查漏按键的电路图。

图14为本发明中漏电信号采集部分的电路图。

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、查漏按键；5、复归信号接收窗；6、绿黄红告警指示灯。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

实施例1

本实施例给出了一种断电式漏电信号识别方法，包括以下步骤：

S0、采集电路剩余电流波形：剩余电流（指漏电电流）来自检测漏电流的电流互感器（检漏CT），采用常规设计，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“限流电路单元”；

S1、采集电路剩余电流波形；

S2、对过大电流进行限流；

S3、对差分放大器进行恒定电压偏置；

S4、对处理过的漏电流波形进行带偏置电压的差分放大，放大反馈电阻由模拟开关选择；

S5、相对于偏置电压，进行积分滤波，目的为了电池失电时，区别有效波与杂波，防止误报；

S6、采用双路比较器，参考端用恒定电压分压，与前级输出模拟电压进行比较运算，使相对于偏置电压的正负信号波，经比较器后皆修正为正电压范围的方波；

S7、将两路比较方波进行或运算，并加泄放电阻，泄放电路中寄生电容电荷。

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

本实施例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，其结构如图1和图2所示，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），漏电流指示器1上有专门的接口，电流互感器2出来的两根信号线与漏电流指示器1上的接口连接。漏电指示器1包括壳体100、设于壳体100内的PCB板101，PCB板101上集成有防大电流冲击电路、恒压电路、电压偏置电路、带偏置电压的差分放大电路、相对于偏置电压的积分电路、双路比较器电路、或门电路、泄放寄生电荷电阻、中央处理器（优选STM32F030KBT6）。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。防大电流冲击电路，用于快速限制采集波形的幅度。恒压电路，提供稳定的电压，用于稳定偏置电压与比较器参考电压，使二者不受电池电压波动的影响。电压偏置电路，用于为差分放大电路提供偏置电压。带偏置的差分放大电路，用于将相对于地的正负信号波形，转换成相对于偏置电压的正负信号波形，并加以放大和减少共模干扰。相对于偏置电压的积分电路，用于在大电流情况下，为后续双路比较器区分有效波与干扰波。双路比较器，用于将相对于偏置电压的正负模拟波，整理成两路正电压脉冲方波。或门电路，用于将经双路比较器输出的高电平正方波相加在一起，使漏电波无论处于正半周还是负半周都能采集到。寄生电荷泄放电阻，用于去除方波波形受寄生电荷的干扰。上述各功能单元电路根据功能关系相互连接。防大电流冲击电路的输入与电流互感器的输出连接，防大电流冲击电路的输出与带偏置的差分放大电路相连接，差分放大电路的输出与相对于偏置电压的积分电路相连接，相对于偏置电压的积分电路输出与双路比较器连接，双路比较器与或门电路连接，或门电路的输出与中央处理器连接，泄放寄生电荷电阻与或门电路的输出相连。

电压偏置电路、恒压电路，分别与差分放大电路、双路比较器相连。中央处理器MCU的原理图如图9所示，各自的次序关系可以见模块的关联电路图。

上述电路的工作原理为：

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。防大电流冲击电路，接收CT扫描得到的电流剩余波形，快速限制采集波形的幅度，方便对过大电流进行限流。

如图3所示，防大电流冲击电路及差分放大电路的电路图。防大电流冲击电路包括瞬变电压抑制二极管D1、采样电阻R8和积分电路，积分电路由电阻R4和电容C10构成。将输入的电流互感器2采集到的信号通过瞬变电压抑制二极管D1先进行限制。

其工作原理为：R8是采样电阻，R4和C10构成积分电路，因为瞬变管雪崩时间很短（10^-12秒），而该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。设置在差分运放输入极的二极管D4、D5起到输入极限压作用，这样可保护运算放大器（U2B)。

加偏置电压的差分放大电路包括电阻R5、电阻R9、二极管D4、二极管D5、运算放大器U2B、模拟开关的芯片74VHC4052以及外围比例电阻R12～R15、R44～R47。电阻R5、电阻R9分别接运算放大器U2B的输入正负极，运算放大器U2B的输入正极通过模拟开关的74VHC4052芯片及外围比例电阻接偏置电压ACOM。运算放大器U2B的输入负极通过模拟开关的74VHC4052芯片及外围比例电阻接到运算放大器U2B的输出端。运算放大器的输入正极经模拟开关的74VHC4052外围比例电阻，接偏置电压ACOM，是为了叠加偏置电压。通过随后的积分滤波电路处理后，放大信号流向双路比较器电路。

加偏置的差分放大电路是用于消除共模干扰，并对漏电信号进行差分放大，将相对于地（GND）的正负信号转成相对于偏置电压的正负信号。

如图4所示，相对偏置电压的积分电路与双路比较器电路的电路图。相对于偏置电压的积分电路包括电阻R7和与偏置电压ACOM相联的电容C12，电阻R7的输入脚与运算放大器U2B的输出端相接，电阻R7的输出脚与电容C12的一端相连后，同时接比较器A的输入正极和比较器B的输入负极，电容C12的另一端（负极）接偏置电压ACOM。相对偏置电压的积分电路，用于在大电流情况下，为后续双路比较器区分有效波与干扰波。用以区分，在电池供电池电压下降到2.5V以下情况下，有效漏电波型与元器件失电波形，能防止误报。

双路比较器包括比较器A和比较器B。比较器A的输入正极、比较器B的输入负极同时与相对于偏置电压的积分电路输出端连接，比较器A的输入负极、比较器B的输入正极与分压电路连接，分压电路由电阻R3、电阻R10、电阻R16串联组成。分压电路的一端接稳压源输出端（即TL431的输出端），另一端经串联的电阻R3、电阻R10、电阻R16后接地。电阻R3与电阻R10相连后的连接点接比较器A的输入负极，电阻R10与电阻R16相连后的连接点接比较器B的输入正极。比较器A、比较器B的输出端分别与或门电路连接。

工作原理为：比较器U2D（即比较器A）的负端接电阻分压产生的2V电压，比较器U2C（即比较器B）的正端接电阻分压产生的0.5V电压。输入信号偏置电压是1.25V。当来自于相对于偏置电压的正半波的信号超过2V时，比较器U2D输出3.3V脉冲信号。而当来自于相对于偏置电压的负半波的信号小于0.5V时，比较器U2C也输出3.3V脉冲信号。目的是，将相对于偏置电压的正负半波，分别处理成两路正电压方波。

如图5所示，或门电路与消除寄生电荷电阻的电路图。或门电路包括第一支路和第二支路。第一支路包括电阻R6、滤波电容C11和二极管D2。电阻R6的一端接比较器A的输出端，另一端接电容（C11)和二极管（D2),电容C11的一端接入所述电阻R6与二极管D2之间的线路中，另一端接地，二极管D2的正极接电阻R6，负极接PULSE标识端。第二支路包括电阻R48、滤波电容C26和二极管D3，电阻R48的一端接比较器B的输出端，另一端接电容（C26)和二极管（D3),电容C26的一端接入所述电阻R48与二极管D3之间的线路中，另一端接地，二极管D3的正极接电阻R48，负极接PULSE标识端。PULSE标识端（或门输出端）连接中央处理器的信号捕捉端。寄生电荷泄放电阻，用于去除方波波型受寄生电荷的干扰。泄放寄生电荷电阻为R49，电阻R49的一端接PULSE标识端，另一端接地。上述电路将两路比较脉冲高电平进行相加，使得漏电波形无论发生于正半波和负半波，都能够检测到，并消除波形畸变。

如图6所示，稳压源与偏置电路图，恒压电路即稳压源，恒压电路包括恒压芯片TL432及外围电阻R18、R20、R23。恒压电路，提供稳定的电压，用于稳定偏置电压与比较器参考电压，使二者不受电池电压波动的影响。电压偏置电路，用于为差分放大电路提供偏置电压。电压偏置电路包括电阻R17、电阻R19和运算放大器U2A，R17、R19组成分压电路，运算放大器U2A构成电压跟随器。电压偏置电路的输入端与稳压源的输出端（即TL432输出）连接。上述电路的工作原理为：TL432芯片及外围电阻提供2.5V稳定电压，供给电压跟随器LMV324（U2A)进行分压，以输出2.5/2 = 1.25V的偏置电压。它经过图7的74VHC4052模拟开关芯片及外围电阻，连接到图3的差分放大器的输入正极，使差分放大器形成一个带1.25V偏置电压的放大信号。

如图7所示，模拟开关电路，模拟开关包括74VHC4052芯片， 74VHC4052芯片的3脚接运算放大器U2B的输入负极，74VHC4052芯片的13脚接运算放大器U2B的输入正极。74VHC4052芯片外设置有两组外围比例电阻，两组外围比例电阻分别标记为Y₀₁₂₃和X₀₁₂₃，外围比例电阻Y₀₁₂₃、X₀₁₂₃均包括四个围绕74VHC4052芯片设置的比例电阻，并且外围比例电阻Y₀₁₂₃的公共端与运算放大器U2B的输出端相接后，连接相对于偏置电压的积分电路的输入端，外围比例电阻X₀₁₂₃的公共端，连接偏置电压ACOM。模拟开关作用有二：第一是调整差分放大电路放大比例，第二是通过偏置电压端为差分放大器叠加偏置电压。

如图8所示，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个二极管降压到1.8V后，通过电阻分压使得三极管Q8导通，三极管Q7截止，场效应管Q4截止，锂电池停止给VCC供电，VCC由市电经变压器整流后供电；当市电失去时，V4.0降到3.3V以下，三极管Q8截止，三极管Q7导通，场效应管Q4导通，锂电池恢复给VCC供电。此电路保护要点在于三个降压二极管的采用。

壳体100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6、复归信号接收窗5、查漏按键4、蜂鸣器和红外接收器。其中，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。红外接收器是用来接收红外遥控器发出的复归信号。绿黄红告警指示灯6的电路图如图10所示，红外接收器的电路图如图11所示，蜂鸣器的电路图如图12所示，查漏按键4的电路图如图13所示。

如图1所示，壳体100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。

如图2所示，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、锂电池充电电路和锂电池，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，锂电池连接锂电池充电电路，锂电池充电电路与稳压电源相连，整流稳压电路与变压器相连，市电与锂电池供电无缝切换电路与整流稳压电路的输出电压相连。

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）对差分放大器进行恒定电压偏置，即利用恒压电路和电压偏置电路，为差分放大器提供偏置电压，并为双路比较器提供参考电压；

（4）利用带偏置电压的差分放大电路对处理过的漏电流波形进行差分放大，并叠加偏置电压，将相对于地的正负波信号，转换成相对于偏置电压的正负波信号；

（5）利用相对于偏置电压的积分电路进行积分滤波；

（6）采用双路比较器，并以恒压参考，将模拟信号转换成两路超限的正电压方波信号（即比较信号）；

（7）两路比较信号经或门运算后，将双路比较器得出的方波高电平相加，并加泄放寄生电荷的电阻，得到信号，并将信号发送中央处理器处理；

（8）中央处理器经高速比较识别算法确认漏电特征后，确定是否为漏电信号，如果是漏电信号，说明发生漏电现象，如果不是漏电信号，说明没有发生漏电现象；

（9）当出现漏电现象时，检测市电掉电电路快速判断是否市电掉电，当市电掉电时，则由中央处理器迅速给出报警红灯，同时由市电与锂电池供电无缝切换电路，将市电供电无缝切换到锂电池供电，当没有掉电时，则由中央处理器迅速给出黄灯告警，并通过433M无线模块传输漏电信号。

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。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种断电式漏电信号识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.采集电路剩余电流波形；转至步骤S2；

S2.对过大电流进行限流；转至步骤S3；

S3.对差分放大器进行恒定电压偏置；转至步骤S4；

S4. 对处理过的漏电流波形进行差分放大；转至步骤S5；

S5.相对于偏置电压，进行积分滤波；转至步骤S6；

S6.采用双路比较器，与前级输出模拟电压进行比较运算，使相对于偏置电压的正负波，经比较器后皆修正为正电压范围的方波；转至步骤S7；

S7. 将双路比较器输出的两路比较方波进行或运算，并加泄放寄生电荷的电阻；转至步骤S8；

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，所述电流互感器套装于电线外侧，用于采集电路剩余波形；所述漏电指示器包括壳体和设置于壳体内的PCB板，其特征在于：所述PCB板上集成有防大电流冲击电路、恒压电路、电压偏置电路、带偏置的差分放大电路、相对于偏置电压的积分电路、双路比较器电路、或门电路、泄放寄生电荷电阻、中央处理器，所述防大电流冲击电路的输出与带偏置的差分放大电路相连接，所述差分放大电路的输出与相对于偏置电压的积分电路相连接，所述相对于偏置电压的积分电路输出与双路比较器连接，所述双路比较器与或门电路连接，所述或门电路的输出与中央处理器连接，所述泄放寄生电荷电阻与或门电路的输出相连；

所述防大电流冲击电路，用于快速限制采集波形的幅度；

所述恒压电路，提供稳定的电压，用于稳定偏置电压与比较器参考电压，使二者不受电池电压波动的影响；

所述电压偏置电路，用于为差分放大电路提供偏置电压；

所述带偏置的差分放大电路，用于消除共模干扰，并对漏电信号进行差分放大，将相对于地的正负信号转成相对于偏置电压的正负信号；

所述相对于偏置电压的积分电路，用于在大电流情况下，为后续双路比较器区分有效波与干扰波；

所述双路比较器，用于将相对于偏置电压的正负电压，整理成正电压脉冲方波；

所述或门电路，用于将经双路比较器整成的高电平正方波加在一起，使漏电无论处于正半周还是负半周都能采集到；

所述寄生电荷泄放电阻，用于去除方波波形受寄生电荷的干扰；

所述中央处理器，用于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。

3.根据权利要求2所述一种断电式漏电指示装置，其特征在于：所述防大电流冲击电路包括瞬变电压抑制二极管（D1）、采样电阻（R8）和积分电路，所述积分电路由电阻（R4）和电容（C10）构成。

4.根据权利要求3所述一种断电式漏电指示装置，其特征在于：所述恒压电路包括恒压模块和围绕恒压模块分布的若干个外围电阻；所述电压偏置电路包括电阻（R17）、电阻（R19）和运算放大器（U2A），所述电压偏置电路的输入端与稳压源的输出端连接。

5.根据权利要求4所述一种断电式漏电指示装置，其特征在于：所述带偏置的差分放大电路包括电阻（R5）、电阻（R9）、二极管（D4）、二极管（D5）、运算放大器（U2B）、模拟开关以及绕模拟开关分布的两组外围比例电阻，所述电阻（R5）、电阻（R9）分别接运算放大器（U2B）的输入正负极，所述运算放大器（U2B）的输入正极通过模拟开关的74VHC4052芯片及一组外围比例电阻接偏置电压（ACOM），所述运算放大器（U2B）的输入负极通过模拟开关的74VHC4052芯片及另一组外围比例电阻接运算放大器（U2B）的输出端。

6.根据权利要求5所述一种断电式漏电指示装置，其特征在于：所述相对于偏置电压的积分电路包括电阻（R7）和与偏置电压（ACOM）相联的电容（C12），所述电阻（R7）的输入脚与差分放大器的输出端相接，所述电阻（R7）的输出脚与电容（C12）的一端相连后，同时接比较器A的输入正极和比较器B的输入负极，所述电容（C12）的另一端接偏置电压（ACOM）。

7.根据权利要求6所述一种断电式漏电指示装置，其特征在于：所述双路比较器包括比较器A和比较器B，所述比较器A的输入正极、比较器B的输入负极同时与所述相对于偏置电压的积分电路输出端连接，所述比较器A的输入负极、比较器B的输入正极与分压电路连接，所述分压电路的一端接恒压源，另一端经串联的电阻（R3）、电阻（R10）、电阻（R16）后接地，所述电阻（R3）与电阻（R10）相连后的连接点接比较器A的输入负极，所述电阻（R10）与电阻（R16）相连后的连接点接比较器B的输入正极，所述比较器A、比较器B的输出端分别与或门电路连接。

8.根据权利要求7所述一种断电式漏电指示装置，其特征在于：所述或门电路包括第一支路和第二支路；

所述第一支路包括电阻（R6）、电容（C11）和二极管（D2），所述电阻（R6）的一端接比较器A的输出端，另一端接所述电容（C11)和所述二极管（D2),所述电容（C11）的一端接入所述电阻（R6）与二极管（D2）之间的线路中，另一端接地，所述二极管（D2）的正极接电阻（R6），负极接PULSE标识端；

所述第二支路包括电阻（R48）、电容（C26）和二极管（D3），所述电阻（R48）的一端接比较器B的输出端，另一端接所述电容（C26)和所述二极管（D3),所述电容（C26）的一端接入所述电阻（R48）与二极管（D3）之间的线路中，另一端接地，所述二极管（D3）的正极接电阻（R48），负极接PULSE标识端；

所述泄放寄生电荷电阻为电阻（R49）；所述PULSE标识端的或门输出连接中央处理器的信号捕捉端。

9.根据权利要求8所述一种断电式漏电指示装置，其特征在于：所述PCB板上还集成有中央处理器、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、锂电池充电电路和锂电池，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，所述锂电池充电电路与稳压电源相连，所述整流稳压电路与变压器相连，所述市电与锂电池供电无缝切换电路与整流稳压电路的输出电压相连。

10.一种采用权利要求2～9任一项所述断电式漏电指示装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

（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过大的剩余电流波进行限流；

（3）对差分放大器进行恒定电压偏置；

（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，并叠加偏置电压,将相对于地的正负信号，转换为相对于偏置电压的正负信号；

（5）利用相对于偏置电压的积分电路进行积分滤波；

（6）采用双路比较器，并以恒压参考，得到两路超限的方波信号；

（7）两路比较信号经或门运算后，使得来自双路比较器的方波高电平相加，并加泄放寄生电荷的电阻，得到信号，并将信号发送中央处理器处理；

（8）中央处理器经高速比较识别算法确认漏电特征后，确定是否为漏电信号，如果是漏电信号，说明发生漏电现象，如果不是漏电信号，说明没有发生漏电现象；

（9）当出现漏电现象时，检测市电掉电电路快速判断是否市电掉电，当市电掉电时，则由中央处理器迅速给出报警红灯，同时由市电与锂电池供电无缝切换电路，将市电供电无缝切换到锂电池供电，当没有掉电时，则由中央处理器迅速给出黄灯告警，并通过433M无线模块传输漏电信号。