CN111679130A - 一种零地电阻监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用电安全技术领域，具体涉及一种零地电阻监测装置及方法。包括：储能元件、充电电路、放电电路、采样电路、整形滤波电路以及控制电路。通过充电电路对储能元件进行充电，利用整形滤波电路和控制电路对供电系统的过零时刻进行实时监测。当控制电路监测到零线与地线之间电压为零时，利用放电电路使储能元件进行放电，同时检测放电过程中储能元件两端的电压；以及采样电路在测量储能元件放电时放电回路中的电流值；最后再将所检测到的电压与电流值反馈给控制电路，并由控制电路根据所获得的电压和电流值计算出零线与地线之间的等效电阻值，实现对配电系统接地电阻进行在线测量和监控。

Description

一种零地电阻监测装置及方法

技术领域

本发明涉及用电安全技术领域，具体涉及一种零地电阻监测装置及方法。

背景技术

接地保护是确保用电安全的重要技术措施，通常在接地保护系统正常的情况下，即使电器漏电也不会发生意外触电事故，因为泄漏的危险电压会被接地线导入大地同时产生足够大的故障电流使得空气开关或漏电开关动自动切断电源，但实现这一目的的一个重要技术指标就是接地电阻值。

在实际应用中，保护接地的接地电阻可能会因为接地极的地质环境变化、接地线电气连接点氧化、接地线机械性故障等系列原因使其接地阻值变大，从而失去有效的保护作用从而引发触电和电气火灾事故。并且在现有技术中大部分接地电阻测量装置都须要在地面设置辅助电极或对闭合环路进行测量，而无法实现对配电系统接地电阻的在线测量和监控。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种零地电阻监测装置及方法，以解决现有技术中，无法实现对配电系统接地电阻进行在线测量和监控的问题。

根据第一方面，本发明提供了一种零地电阻监测装置，包括：

储能元件；

充电电路，与储能元件以及供电系统的零线和火线分别连接，用于形成利用供电系统对储能元件进行充电的回路；

放电电路，与储能元件以及供电系统的零线和地线分别连接，用于形成储能元件对供电系统的零线和地线进行放电的回路；

采样电路，与储能元件以及放电电路连接；用于测量储能元件放电时，放电回路中的电流值；

整形滤波电路，与控制电路以及供电系统的零线、火线和地线分别连接；用于滤除供电系统的干扰杂波使控制电路判断出供电系统的过零时刻；

控制电路，与整形滤波电路、采样电路、充电电路、放电电路及储能元件分别连接；用于控制充电电路和放电电路进行充放电切换和采集储能元件的电压以及采样电路在储能元件放电时的电压压降并根据电压压降计算放电电流，基于储能元件的电压和放电电流计算零线与地线之间的等效电阻值。

本发明实施例提供的零地电阻监测装置，通过充电电路对储能元件进行充电，利用整形滤波电路和控制电路对供电系统的过零时刻进行实时监测。当控制电路监测到零线与地线之间电压为零时，利用放电电路使储能元件进行放电，同时检测放电过程中储能元件两端的电压；以及采样电路在测量储能元件放电时放电回路中的电流值；最后再将所检测到的电压与电流值反馈给控制电路，并由控制电路根据所获得的电压和电流值计算出零线与地线之间的等效电阻值，实现对配电系统接地电阻进行在线测量和监控。

结合第一方面，在第一方面的第一实施方式中，充电电路，包括：

分压整流电路，与零线和地线以及第一开关器件分别连接；

第一开关器件的第一端连接分压整流电路的输出端，第一开关器件的第二端与储能元件的第一端连接，第一开关器件的第三端和第四端与控制电路连接；

其中，分压整流电路还包括：

第一电阻，第一电阻的第一端与火线连接，第一电阻的第二端与整流器件的第一端连接，整流器件的第二端与第二电阻的第一端和第一开关器件的第一端连接，第二电阻的第二端与零线连接。

本发明实施例提供的零地电阻监测装置，利用分压整流电路将供电系统中的交流电转化为直流电，以保证零地电阻监测装置能够正常工作。而直流电通过第一开关器件输出至储能元件以完成向储能元件进行充电的动作，从而为实现后续的在线监测提供初始条件，保证后续各部分电路/元件能够正常工作进而对供电系统实施在线零地电阻监测。

结合第一方面，在第一方面的第二实施方式中，放电电路，包括：

第一可控元件，第一可控元件的第一端与采样电路连接，第一可控元件的第二端与零线连接，第一可控元件的第三端与控制电路连接。

本发明实施例提供的零地电阻监测装置，设置第一可控元件利用可控元件的导通特性控制电路通断。当储能元件满足放电情况时，第一可控元件导通使其储能元件进行放电。从而保证能够对供电系统进行实时监测，进一步实现实时的在线零地电阻监测。

结合第一方面，在第一方面的第三实施方式中，采样电路，包括:

第三电阻，第三电阻的第一端与储能元件的第二端连接，第三电阻的第二端与放电电路连接。

本发明实施例提供的零地电阻监测装置，设置第三电阻，用第三电阻采集储能元件在放电时刻流过第三电阻的电流值，在将所获取的电流值发送给控制器，由控制器内所设置的方法对所采集到的数据进行计算，以获得采集结果。从而进一步实现对零地电阻进行实时测量，而用电人员可以根据其采集结果判断零地电阻的漏电情况，从而能够及时保证人体的生命安全。

结合第一方面，在第一方面的第四实施方式中，整形滤波电路的第一端与控制电路连接，整形滤波电路的第二端与火线或零线连接，整形滤波电路的第三端与地线连接。

本发明实施例提供的零地电阻监测装置，利用整形滤波电路滤除供电系统之间的干扰信号，有利于能够准确判断供电系统的过零时刻。

结合第一方面，在第一方面的第五实施方式中，控制电路，包括：

控制器，控制器分别与储能元件、采样电路、检测电路及第一驱动电路和第二驱动电路连接；

第一驱动电路的第一端与控制器连接，第一驱动电路的第二端和第三端分别与第一开关器件的第三端和第四端连接；

第二驱动电路的第一端与控制器连接，第二驱动电路的第二端与第一可控元件的第三端连接。

本发明实施例提供的零地电阻监测装置，通过设置控制器控制第一驱动电路和第二驱动电路实现对储能元件进行充电和放电的控制，以实现智能化对供电系统的状态进行监控。

结合第一方面，在第一方面的第六实施方式中，控制电路还包括：

第三驱动电路，第三驱动电路的第一端与控制器连接，第三驱动电路的第二端和第三端分别与第二开关器件的第三端和第四端连接；

本发明实施例提供的零地电阻监测装置，通过设置第三驱动电路形成使其控制电路能够满足单独充电和放电，从而实现了对零地电阻监测装置的单独控制使其零地电阻监测装置的灵活性提高。

第二开关器件的第一端与地线连接，第二开关器件的第二端与储能元件的第一端连接；

其中，第三驱动电路和第一驱动电路为同一驱动电路；第二开关器件和第一开关器件为同一开关器件。

本发明实施例提供的零地电阻监测装置，将第二开关器件与第一开关器件设置成同一开关器件，和将第三驱动电路和第一驱动电路设置成同一驱动电路，以便简化硬件电路结构，节省电路成本，同时保证电路功能的稳定。

结合第一方面，在第一方面的第七实施方式中，包括：控制器，与第一驱动电路连接，第一驱动电路与第一开关器件连接；用于切换充电电路和放电电路，以实现对储能元件进行充放电。

结合第一方面，在第一方面的第八实施方式中，包括：

显示模块，与控制电路连接，用于显示等效电阻值；

通讯模块，与控制电路连接，用于实现无线，和/或，有线的数据传输；

预警模块，与控制电路连接，用于实现当等效电阻值变化达到预设阈值时发出警报。

本发明实施例提供的零地电阻监测装置，驱动控制模块与显示模块连接，能够直观，便捷的观测到零线与地线之间电阻的变化，方便检修人员直观的对零线与地线之间电阻变化进行监测。

驱动控制模块与通讯模块连接，保证进行一定距离的数据传输，从而实现数据之间的通信。

驱动控制模块与预警模块连接，连接预警模块能够保证在出现电阻值异常的情况下，第一时间内被监测出零地电阻的异常阻值，同时通过预警模块能够提醒用电人员注意人身安全。

根据第二方面，本发明提供了一种零地电阻监测方法，包括：

控制充电电路接通，检测储能元件两端的电压值；

确定储能元件两端的电压值是否达到预设阈值；

当充电电压达到预设阈值时，当所述充电电压达到预设阈值时，控制所述储能元件由充电状态转为放电状态，并判断零线与地线之间的电压值是否为零；

当零线与地线之间的电压值为零时，控制放电电路接通，对储能元件进行放电；

检测放电过程中储能元件两端的电压以及放电回路的电流；

根据储能元件两端的电压和放电回路电流计算得到零线和地线之间的等效电阻值。

本发明实施例提供的零地电阻监测装置，判断充电电压是否达到预设阈值进行放电，再根据充电电压值和放电电压确定出接地电阻的阻值变化，从而实现对零地电阻的监测并且通过预设阈值信息，防止因配电系统存在压降使得电压相重叠，保证监测阻值的准确性。从而避免因零地电阻阻值变化所导致漏电保护失效；进一步保证用电人员的人身安全。

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是现有技术中TN-S供电系统保护接地的电气连接示意图；

图2是在现有的TT供电系统保护接地的电气连接示意图；

图3是根据本发明实施例1的一种零地电阻监测装置的结构框图；

图4是根据本发明实施例2的一种零地电阻监测装置结构示意图；

图5是根据本发明实施例2的又一种零地电阻监测装置结构示意图；

图6是根据本发明实施例3的一种零地电阻监测方法的流程图；

图7是根据本发明实施例4的一种零地电阻监测装置结构示意图。

附图标记：

1-变电所；2-电气装置；10-储能元件；11-充电电路；11(a)-分压整流电路；12-放电电路；13-采样电路；14-整形滤波电路；14(a)-整形滤波器；15-控制电路；15(a)-第一驱动电路；15(b)-第二驱动电路；15(c)-控制器；15(d)-第三驱动电路；16-显示模块；17-通讯模块；18-预警模块；RZ-等效电阻；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；C1-储能电容；D1-整流元件；Z1-第一开关器件；Z2-第二开关器件；Q1-第一可控元件；L-火线；N-零线；PE-地线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，本领域技术人员在没有作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。

在现有技术中，可以通过使用钳形电阻表、接地电阻摇表等装置对零地电阻进行监测从而防止漏电情况发生，但在传统装置中监测漏电情况还需要在不带电的情况下进行操作，也就是说在现有的技术中，如果需要对漏电情况进行监测，那就需要对用电设备进行断电处理，而对于工业设备来说断电无疑会对生产效率产生影响。另外，由于通过断电对零地电阻进行监测，不能够在第一时间内检测出问题所在，这样会给用电设备的操作人员带来触电的安全风险，因此本发明所提出的一种零地电阻监测装置，不仅能够进行零地电阻监测，同时还能进行在线电阻监测，保证能够在第一时间监测到零地电阻的电阻值变化，进而保证用电人员的人身安全。

同时，本发明实施例还能保证接地电阻监测数据的准确性，防止因测量阻值不准确导致漏电保护失效，从而保证人身用电安全。

如图1所示，在TN-S供电系统中，变电所1和电气装置2之间，零线N在变压器中性点与保护地线PE电气连接在一起，零线N与地线PE的回路电阻RZ等于Rn+Re.(Rn为零线线路电阻、Re为地线线路电阻)而由于配电系统中零线N的电阻远小于地线PE的电阻值，因此测量到的N-PE回路电阻值，可以基本反映出地线的电阻值。

而如图2所示，在TT供电系统中变电所1和电气装置2之间保护地线PE通过接地极与大地与变压器中性点电气连接，零线N与地线PE的回路电阻等于Rs+Ry+Rn+Rd(回路电阻为保护地线PE与接地极电阻之和、Ry为变压器中性点与接地极之和、Rn为零线总电阻值、Rd为大地电阻)在配电系统中，由于大地电阻Rd理论上为无限小、零线电阻Rn实际远小于Rs因此实际N-PE回路电阻值约等于Rs+Ry可直接反应出接地质量。因此，通过实时获取实际N-PE回路电阻值，可反映出零地电阻的变化。

实施例1

本发明实施例提供一种零地电阻监测装置，如图3所示，包括：

储能元件10；其中储能元件10可以是电容、电感等具有存储电能的元件。

充电电路11，与储能元件10以及供电系统的零线N和火线L分别连接，用于形成利用供电系统对储能元件10进行充电的回路。

放电电路12，与储能元件10以及供电系统的零线N和地线PE分别连接，用于形成储能元件10对供电系统的零线N和地线PE进行放电的回路。

通过设置充电电路11和放电电路12，使其解决在配电系统中因零线N和地线PE之间产生数值不稳定的压降，且所产生的压降会使用电设备上的电压产生重叠造成零地电阻值不准确的问题，和实现零地电阻检测装置的在线监测，以防止漏电保护失效并危及人身安全。

采样电路13，与放电电路12连接；用于测量储能元件10放电时，放电回路中的电流值。

整形滤波电路14，与控制电路15以及供电系统的零线、火线L和地线PE分别连接；用于滤除供电系统的干扰杂波使控制电路15判断出供电系统的过零时刻。可选的，整形滤波电路14可以是单独的集成模块也可以是分立元件组成的电路，其主要是为了滤除由供电系统引起的杂波，保证控制电路15能够获得准确的过零信号，而进一步满足对配电系统接地电阻的在线测量和监控。

控制电路15，与整形滤波电路14、采样电路13、充电电路11、放电电路12及储能元件10分别连接，用于控制充电电路11和放电电路12进行充放电切换和采集储能元件10的电压以及采样电路13在储能元件10放电时的电压压降并根据电压压降计算放电电流。基于储能元件10的电压和放电电流计算零线与地线PE之间的等效电阻值。控制电路15用于控制被控电路(例如：整形滤波电路14、采样电路13、充电电路11、放电电路12等)，从而使控制电路15能够满足实时监测等效电阻RZ。

本实施例的优点在于，通过充电电路对储能元件进行充电，利用整形滤波电路和控制电路对供电系统的过零时刻进行实时监测。当控制电路监测到零线与地线之间电压为零时，利用放电电路使储能元件进行放电，同时检测放电过程中储能元件两端的电压；以及采样电路在测量储能元件放电时放电回路中的电流值；最后再将所检测到的电压与电流值反馈给控制电路，并由控制电路根据所获得的电压和电流值计算出零线与地线之间的等效电阻值，实现对配电系统接地电阻进行在线测量和监控。

实施例2

本发明实施例提供一种零地电阻监测装置，具体如图4-5所示，除储能元件10、充电电路11、放电电路12、采样电路13、整形滤波电路14、控制电路15外，还设置有显示模块16、通讯模块17及预警模块18。

其中显示模块16与控制电路15连接，用于显示零线N和地线PE之间的等效电阻RZ的阻值变化。可选的，显示模块16可以是液晶屏、数码管等显示设备，其显示模块16上可以是显示等效阻值信息，也可以是等效阻值的变化图表。

通讯模块17与控制电路15连接，用于实现无线，和/或，有线的数据传输；其具体的传输方式可以是：WIFI、蓝牙、串行等方式进行数据传输。

预警模块18，与控制电路15连接，用于实现当零线N和地线PE之间的等效电阻RZ的阻值变化达到预设阈值发出警报；可选的，可以通过蜂鸣器发出的声音警报。也可以是通过短信或文字传输的文字信息警报。

通过控制模块15与显示模块16连接，能够直观、便捷的观测到零线N与地线PE之间电阻的变化，从而方便检修人员根据等效阻值的对故障问题进行排查。

控制模块15与通讯模块17连接，通过进行数据传输，以实现数据之间的通信，实现对供电系统中零地电阻的远程监控。

控制模块15与预警模块18连接，以保证在出现等效电阻值异常的情况下，能在第一时间被监测到，同时还能够提醒用电人员注意人身安全。

具体的，如图4所示，在本实施例中储能元件10、充电电路11、控制电路15、放电电路12及采样电路13还具有：

分压整流电路11(a),与零线N和火线L以及第一开关器件Z1分别连接；其分压整流电路11(a)包括：第一电阻R1、整流元件D1及第二电阻R2。其中，整流元件D1可以是整流二极管。

具体的，分压整流电路11(a)可以是第一电阻R1的第一端与火线L连接；整流元件D1的阴极端与第一电阻R1的第二端连接，整流元件D1的阳极端与第一开关器件Z1连接；整流元件D1的阳极端还与第二电阻R2的第一端连接。而第二电阻R2的第二端与零线N连接。

其中，第一电阻R1和第二电阻R2可以组成分压电路，其分压电路用于减小输入电流，保证后级电路工作正常及防止电压/电流过大对后级元件造成损坏。使用整流元件D1保证输出符合设计需求的直流。

第一开关器件Z1，连接在分压整流电路11(a)的输出端以及储能元件10的第一端之间，第一开关器件Z1的控制端与控制电路连接；其中，储能元件10可以是储能电容C1。可选的，第一开关器件可以是继电器。

第一可控元件Q1，第一可控元件Q1的第一端与采样电路13连接，第一可控元件Q1的第二端与零线N连接，第一可控元件Q1的第三端与控制电路15连接。可选的，第一可控元件Q1可以为开关管；开关管的第一极连接控制芯片的控制端口，开关管的第二极连接供电系统的零线，开关管的第三极连接第一电阻R1的第二端，其开关管可以是电压控制型器件也可以是电流控制型器件。

第三电阻R3，第三电阻R3的第一端与储能元件10的第二端连接，第三电阻R3的第二端与放电电路12连接。

可选的，第三电阻R3为采样电阻。其采样电阻与第一可控元件Q1连接，用于向控制电路15提供采样电压，并计算出流经采样电阻的电流值。利用其电流值与储能元件10两端的电压，根据欧姆定律及已知电阻值就可以够获得零线N和地线PE之间的等效电阻RZ的阻值，从而能够通过监测电阻变化能够防止因等效电阻阻值变化导致的漏电保护失效；保证用电人员的人身安全。其中，等效电阻RZ也可以是接地电阻。

整形滤波电路14，其中整形滤波电路14的第一端与控制电路15连接，整形滤波电路14的第二端与火线L或零线N连接，整形滤波电路14的第三端与地线PE连接。在实际的用电安全中，供电系统上的零线和地线上会因为外部条件或供电系统接地不良等一些情况而产生部分电压，其电压的存在会使控制电路无法准确的识别出过零时刻，也可以认为在零线N和地线PE之间存在有影响零地电阻监测装置正常运行的干扰信号以导致零地电阻监测装置无法正常运行。其零地电阻监测装置无法正常运行则极有可能会使用电人员的安全受到威胁。因此通过在控制电路监测零线N和地线PE的线路上增加整形滤波电路(整形滤波器)，以滤除供电系统上的杂波干扰，保证控制电路15能够准确判断出过零时刻，使其零地电阻监测装置能够精准监测等效电阻RZ的变化，保证用电人员的安全,解决了在配电系统中因零线N和地线PE之间因实际用电情况而产生数值不稳定的压降，并且由于零线N和地线PE所产生的电压会使用电设备上的电压产生重叠，因此使得零地电阻监测装置的检测结果产生误差，危及用电人员的生命安全的问题。

控制器15(c)，控制器分别与储能元件、采样电路、检测电路及第一驱动电路15(a)和第二驱动电路15(b)连接。可选的，控制器15(c)可以是ARM、单片机等控制芯片。

具体的，第一驱动电路15(a)的第一端与控制器15(c)连接，第一驱动电路15(a)的第二端和第三端分别与第一开关器件Z1的第三端和第四端连接；第二驱动电路15(b)的第一端与控制器15(c)连接，第二驱动电路15(b)的第二端与第一可控元件Z1的第三端连接。

可选的，驱动电路中还可以包括有：信号放大器，用于对控制信号进行放大，保证电路或零地电阻监测装置能够正常工作。

控制器15(c)控制第一开关器件Z1的常闭触点接通，对储能元件10进行充电。当控制器15(c)检测到储能元件10两端电压达到预设值后；控制器15(c)控制第一开关器件Z1的常开触点接通，并且第一可控元件Q1导通。使储能元件10放电。其中，在充电/放电过程中整形滤波器对零线N与地线PE之间的电压进行监测；当控制器15(c)监测到电压为零时，则根据储能元件10两端电压和第三电阻R3电压，并利用已知第三电阻阻值计算流过第三电阻R3的电流值,以及通过欧姆定律计算出被测等效电阻RZ的阻值。其中被测等效电阻为零线和地线之间的接地电阻。通过监测电阻变化能够防止因接地电阻阻值变化导致的漏电保护失效；并能够保证用电人员的人身安全。

可选的，如图5所示，本实施例提供的零地电阻监测装置，还可以包括：

第三驱动电路15(d)，第三驱动电路15(d)的第一端与控制器15(c)连接，第三驱动电路15(d)的第二端和第三端分别与第二开关器件Z2的第三端和第四端连接。第二开关器件Z2的第一端与地线PE连接，第二开关器件Z2的第二端与储能元件10的第一端连接。通过设置第三驱动电路15(d)和第二开关器件Z2将充电电路11与放电电路12进行区分，以实现够单独控制储能元件10的充放电。可选的，第三驱动电路15(d)和第一驱动电路15(a)为同一驱动电路；第二开关器件Z2和第一开关器件Z1为同一开关器件。

第二开关器件Z2与第一开关器件Z1设置成同一开关器件，和将第三驱动电路15(d)和第一驱动电路15(a)设置成同一驱动电路，以便简化硬件电路结构，节省电路成本，同时保证电路功能的稳定。

实施例3

本发明实施例提供了一种零地电阻监测方法，如图6所示包括：

S10，控制充电电路接通，检测储能元件两端的电压值。

由控制器控制开关器件使其对储能元件进行充电，且控制器还需对储能元件两端的电压进行监测。

S11，确定储能元件两端的电压值是否达到预设阈值。

通过在软件程序中设置间隔时间对储能元件两端电压进行采集，并判断控制器中的阈值是否达到。例如：40V。若达到阈值执行S12，否则返回S10继续进行电压监测。

S12，当充电电压达到预设阈值时，控制储能元件由充电状态转为放电状态，并判断零线与地线之间的电压值是否为零。

S13，当零线与地线之间的电压值为零时，控制放电电路接通，对储能元件进行放电。否则，返回S11。

S14，检测放电过程中储能元件两端的电压以及放电回路的电流。例如：根据已知的第三电阻阻值和检测得到的第三电阻的电压值，利用欧姆定律可计算出第三电阻的电流值，即放电回路的电流。

S15，根据储能元件两端的电压和放电回路电流计算得到零线和地线之间的等效电阻值。

判断充电电压是否达到预设阈值进行放电，在根据充电电压值和放电电压确定出接地电阻的阻值变化，从而是实现对零地电阻的监测并且通过预设阈值信息，解决电压相重叠的问题，保证监测数据的精确，进而实现因零地电阻阻值变化导致的漏电保护失效；保证用电人员的人身安全。

可选的，在零线和地线之间还可以连接有采样电阻，也可以通过监测采样电阻的阻值变化确定在配电系统中的用电是否安全。

实施例4

如图7所示，本实施例提供了一种零地电阻监测装置，该装置可以适用于实施例3所提出的方法。

当零地电阻监测装置上电后，火线L和零线N之间的交流电压经过有第一电阻R1、第二电阻R2组成的分压电路和由整流元件D1组成的半波整流电路，在F点得到一个负极性脉动直流电压，该电压经过第一开关器件Z1(也可以是继电器)的常闭触点后，对储能电容C1进行充电，储能电容C1的正极性端经过第三电阻R3(可以是采样电阻)和第一可控元件Q1(可以是开关三极管)内部续流二极管后与零线N连接构成充电回路，当储能电容C1两端电压达到程序预设值后，控制器15(c)开始控制第一开关器件Z1常开触点闭合为放电做好准备，之后控制器15(c)通过整形滤波器14(a)监测U_pen是否为零，当U_pen为零时，控制器15(c)控制第一可控元件Q1导通，储能电容C1上存储的电压由B点通过第三电阻R3、第一可控元件Q1、等效电阻RZ、第一开关器件Z1到A点，构成放电回路。而由于放电回路的电阻值都是固定的，因此被测量的零线N、地线PE回路电阻的变化将直接影响储能电容C1的放电电流大小，等效电阻RZ越小储能电容C1的放电电流越大，在第三电阻R3上产生的电压也就越高，控制器15(c)通过测量储能电容C1两端A、B两点的电压和第三电阻R3两端的电压，并根据已知的第三电阻R3电阻值，再根据欧姆定律就可以计算出被测电路的等效电阻值，当测量完成后，控制器15(c)可以通过显示电路16显示具体数值，也可以通过通讯电路将数值发送至远端服务器,从而可以实现在线的实时监测，从而较少安全事故发生。

其中，显示模块16可以是液晶屏显示也可以是数码管显示；通讯模块17可以实现有线或无线传输，例如：蓝牙、WIFI等，也可以使用是串口传输。预警模块18可以通过发送报警信息进行报警提示也可以是安装蜂鸣器通过警报声音进行报警提示，从而能够提醒用户防止因配电系统保护地线故障而导致触电事故的发生。

本实施例是在交流电过零时利用电容瞬间放电的方法在线监测配电线路零线与地线之间的回路电阻，并且本实施例能够在监测过程中不会引起配电系统保护地线上带有危险电压，也不会触发剩余电流使断路器产生误动作，若当保护地线电阻值发生异常时，本实施例中的预警模块18会发出预警，提醒用户防止因配电系统保护地线故障而导致触电事故的发生。

此外，在储能电容C1进行充电时，火线L和零线N上的交流电压经过第一电阻R1、第二电阻R2分压、整流元件D1整流后，在F点与零线N直间得到一个负极性直流脉动电压U_F,该电压经第一开关器件Z1常闭触点到A点、对储能电容C1充电，此时储能电容C1与第三电阻R1相连接的B点为正电压，B点经过第三电阻R1和第一可控元件Q1(此时第一可控元件Q1为正向截止反向通过内部续流二极管导通的状态)与零线N构成充电回路，储能电容C1的电压在经过多周期的充电之后，电压U_AB≈U_F负半周的电压峰值。

控制器14(c)在充电过程中始终在测量A点与B点的电压，当其电压达到程序设定值后(一般在30-40伏之间)会通过第一驱动电路15(a)、控制第一开关器件Z1吸合、并使配电线路PE通过第一开关器件Z1常开触点与A点接通，为储能电容C1放电做好准备，之后控制器15(c)通过整形滤波器14(a)，监测零线N与地线PE之间的电压U_pen是否过零，当U_PEN＝0时，控制器15(c)通过第二驱动电路15(b)，控制第一可控元件Q1导通，此时储能电容C1上的电流从B点开始，经过第三电阻R1,储能电容Q1，零线N和地线PE以及零线-地线回路等效电阻RZ，再经由C点，第一开关器件Z1常开触点，回到储能电容C1的负极A构成放电回路，由于在储能电容C1的放电回路中，第三电阻R1和第一可控元件Q1的电阻值都是固定值，因此可知被测零线N和地线PE回路的等效电阻RZ的大小决定了储能电容C1瞬间放电电流的大小，等效电阻RZ越小，储能电容C1的瞬间放电电流也就越大，在第三电阻R3上产生的电压也就越高，因此，根据欧姆定律：

U_A＝U_C＝I*RZ；

U_B＝I*(R3+R_Q1)；

将上边的两个公式的I消除合并后得到：U_A/RZ＝U_B/(R3+R_Q1)；

推导出RZ＝U_A/U_B*(R3+R_Q1)；

由上公式可以看出，当测量放电时A点和B点的电压，利用控制器15(c)就可以计算出零线N与地线PE回路的等效电阻RZ的电阻值。其中，控制器15(c)可以将监测到的零线N与地线PE回路的等效电阻通过显示模块16直接显示数值、也可以通过通讯模块17发送到网络服务器，当控制器15(c)可以将监测到的零线N与地线PE回路的等效电阻超过程序设定值时，控制器15(c)可以通过预警电路18发出本地预警。其中，在零线N与地线PE之间设有可通过第一开关器件Z1切换充电与放电的储能电容C1，在储能电容C1与零线N之间设有第三电阻R3，在储能电容C1放电过程中，被测量电路的等效电阻RZ的大小将直接关联储能电容C1的放电电流的大小，串联在储能电容C1放电回路上的第三电阻R3将储能电容C1的放电电流直接转换成电压信号输送给控制器15(c)分析。而在储能电容C1与零线N的放电回路之间设置有第一可控元件Q1在储能电容C1充电时，第一可控元件Q1承受负方向电压其内部续流二极管导通为储能电容C1充电电流提供通路；在储能电容C1放电时，继电器Z3将储能电容C1负极性端与地线PE接通，此时第一可控元件Q1承受正向电压而截至，在控制器15(c)Q1导通时，储能电容C1电流经过第一可控元件Q1与地线PE构成放电回路。

此外，在火线L和零线N之间设有分压电阻R1、R2和整流二极管D1,火线L和零线N之间的电压U_L-N经过R3、R4分压和整流元件D1整流后得到一个直流脉动低压，该电压降通过第一开关器件Z1为储能电容C1充电。而在零线N与地线PE之间设置有过零信号整形滤波器14(a)，配合控制器15(c)完成过零检测，以便控制器15(c)可以在交流电压过零时触发储能电容C1放电，进行零线与地线回路等效电阻测量。

通过实时检测等效电阻，不但可以保证能够防止因接地电阻阻值变化导致的漏电保护失效；并能够保证用电人员的人身安全，而且保证了测量精度。

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)

1.一种零地电阻监测装置，其特征在于，包括：

储能元件；

充电电路，与所述储能元件以及供电系统的零线和火线分别连接，用于形成利用所述供电系统对所述储能元件进行充电的回路；

放电电路，与所述储能元件以及供电系统的零线和地线分别连接，用于形成所述储能元件对所述供电系统的零线和地线进行放电的回路；

采样电路，与所述放电电路连接；用于测量所述储能元件放电时，放电回路中的电流值；

整形滤波电路，与控制电路以及所述供电系统的零线、火线和地线分别连接；用于滤除所述供电系统的干扰杂波，使所述控制电路判断出供电系统的过零时刻；

控制电路，与所述整形滤波电路、采样电路、充电电路、放电电路及储能元件分别连接；用于控制充电电路和放电电路进行充放电切换和采集所述储能元件的电压以及所述采样电路在储能元件放电时的电压压降并根据所述电压压降计算放电电流，基于所述储能元件的电压和所述放电电流计算所述零线与地线之间的等效电阻值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述充电电路，包括：

分压整流电路，与所述零线和所述火线以及第一开关器件分别连接；

所述第一开关器件的第一端连接所述分压整流电路的输出端，所述第一开关器件的第二端与所述储能元件的第一端连接，所述第一开关器件的第三端和第四端与所述控制电路连接；

其中，所述分压整流电路还包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述火线连接，所述第一电阻的第二端与整流器件的第一端连接，所述整流器件的第二端与第二电阻的第一端和所述第一开关器件的第一端连接，所述第二电阻的第二端与零线连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述放电电路，包括：

第一可控元件，所述第一可控元件的第一端与所述采样电路连接，所述第一可控元件的第二端与所述零线连接，所述第一可控元件的第三端与所述控制电路连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述采样电路，包括:

第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述储能元件的第二端连接，所述第三电阻的第二端与所述放电电路连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述整形滤波电路的第一端与控制电路连接，所述整形滤波电路的第二端与所述火线或零线连接，所述整形滤波电路的第三端与所述地线连接。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制电路，包括：

控制器，所述控制器分别与所述储能元件、所述采样电路、所述整形滤波电路及第一驱动电路和第二驱动电路连接；

所述第一驱动电路的第一端与所述控制器连接，所述第一驱动电路的第二端和第三端分别与所述第一开关器件的第三端和第四端连接；

所述第二驱动电路的第一端与所述控制器连接，所述第二驱动电路的第二端与所述第一可控元件的第三端连接。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制电路还包括：

第三驱动电路，所述第三驱动电路的第一端与所述控制器连接，所述第三驱动电路的第二端和第三端分别与第二开关器件的第三端和第四端连接；

所述第二开关器件的第一端与地线连接，所述第二开关器件的第二端与所述储能元件的第一端连接；

其中，所述第三驱动电路和所述第一驱动电路为同一驱动电路；所述第二开关器件和所述第一开关器件为同一开关器件。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，包括：所述控制器，与所述第一驱动电路连接，所述第一驱动电路与所述第一开关器件连接；用于切换所述充电电路和所述放电电路，以实现对所述储能元件进行充放电。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

显示模块，与所述控制电路连接，用于显示所述等效电阻值；

通讯模块，与所述控制电路连接，用于实现无线，和/或，有线的数据传输；

预警模块，与所述控制电路连接，用于实现当所述等效电阻值变化达到预设阈值时发出警报。

10.一种零地电阻监测方法，其特征在于，用于权利要求1至9任一项所述的零地电阻监测装置，所述方法包括：

控制所述充电电路接通，检测所述储能元件两端的电压值；

确定所述储能元件两端的电压值是否达到预设阈值；

当所述充电电压达到预设阈值时，控制所述储能元件由充电状态转为放电状态，并判断零线与地线之间的电压值是否为零；

当所述零线与地线之间的电压值为零时，控制所述放电电路接通，对所述储能元件进行放电；

检测放电过程中所述储能元件两端的电压以及放电回路的电流；

根据所述储能元件两端的电压和放电回路电流计算得到所述零线和所述地线之间的等效电阻值。

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