CN112003275A - 安全供电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安全供电系统，包括AC/AC隔离变换器、绝缘检测单元、剩余电流保护装置和控制单元；AC/AC隔离变换器用于隔离输入的交流电，AC/AC隔离变换器设有第一供电线和第二供电线，绝缘检测单元用于第一供电线和第二供电线分别与地线之间的绝缘检测，并将绝缘检测信息输出至控制单元，第一供电线与地线之间还串联有第一开关，第二供电线和地线之间还串联有第二开关；剩余电流保护装置串联于第一供电线和第二供电线，第一开关、第二开关和剩余电流保护装置分别与控制单元电连接，控制单元用于根据绝缘检测信息控制第一开关和第二开关的闭合。本发明提供的安全供电系统，可以进行供电方式的切换，然后通过不同的保护装置进行漏电保护，提高安全性能。

Description

安全供电系统及方法
技术领域
本发明涉及供配电技术领域，具体地说，涉及一种安全供电系统及方法。
背景技术
现在有的供电方式主要是TN供电方式为主，这种供电方式的漏电保护装置是通过串联在零线和火线之间的剩余电流保护装置进行保护，若地线接触不良或剩余电流保护装置发生故障均有触电危险。现有供电方式过度依赖剩余电流保护装置以及良好的接地，若任何一个出现异常，都有可能发生触电事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安全供电系统及方法，可以进行供电方式的切换，然后通过不同的保护装置进行漏电保护，提高安全性能。
本发明公开的安全供电系统所采用的技术方案是:
一种安全供电系统，包括AC/AC隔离变换器、绝缘检测单元、剩余电流保护装置和控制单元；所述AC/AC隔离变换器用于隔离输入的交流电，所述AC/AC隔离变换器的输出端设有第一供电线和第二供电线，所述绝缘检测单元用于第一供电线和第二供电线分别与地线之间的绝缘检测，并将绝缘检测信息输出至控制单元，所述第一供电线与地线之间还串联有第一开关，所述第二供电线和地线之间还串联有第二开关；所述剩余电流保护装置串联于第一供电线和第二供电线，所述第一开关、第二开关和剩余电流保护装置分别与控制单元电连接，所述控制单元用于根据绝缘检测信息控制第一开关和第二开关的闭合。
作为优选方案，所述剩余电流保护装置包括串联于第一供电线和第二供电线的漏电检测单元、与第一供电线串联的第三开关，以及与第二供电线串联的第四开关，所述漏电检测单元、第三开关和第四开关分别控制单元电连接。
作为优选方案，所述绝缘检测单元包括电压采集单元、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻串联于第一供电线与地线之间，所述第二电阻串联于第二供电线和地线之间，所述绝缘检测信息为第一电阻的第一电压和第二电阻的第二电压，所述电压采集单元用于分别获取第一电阻的第一电压和第二电阻的第二电压，并输出至控制单元。
作为优选方案，所述第一电阻和第二电阻均为高阻电阻。
作为优选方案，还包括绝缘故障报警单元，所述绝缘故障报警单元与控制单元电连接。
作为优选方案，还包括漏电故障报警单元，所述漏电故障报警单元与控制单元电连接。
作为优选方案，还包括信号采集单元和驱动单元，所述控制单元分别通过信号采集单元和驱动单元与AC/AC隔离变换器电连接。
作为优选方案，所述AC/AC隔离变换器的输出端还设有第三供电线和第四供电线，所述第三供电线和地线之间串联有第五开关，所述第四供电线和地线之间串联有第六开关，所述绝缘检测单元还用于第三供电线和第四供电线分别与地线之间的绝缘检测，并将绝缘检测信息输出至控制单元，所述剩余电流保护装置还串联于第三供电线和第四供电线，所述第五开关和第六开关分别与控制单元电连接，所述控制单元还用于根据绝缘检测信息控制第五开关和第六开关的闭合。
本方案还提供了一种安全供电的方法，包括：获取第一供电线和第二供电线与地线之间的绝缘检测信息；根据绝缘检测信息控制第一开关或第二开关闭合，使得第一供电线或第二供电线与地线连接。
本发明公开的实施例的有益效果是：输入的交流电经过AC/AC隔离变换器进行电气隔离后，输出第一供电线和第二供电线。在正常情况下，第一供电线和第二供电线对地线是绝缘的，此时供电系统为IT供电方式，主要通过绝缘检测单元进行漏电保护，剩余电流保护装置作二次保护，此时供电系统为最安全的输出模式。当第一供电线或第二供电线出现绝缘故障后，主控单元控制第一开关或第二开关闭合，即第一供电线或第二供电线与地线连接。此时供电系统为TN供电方式，主要通过剩余电流保护装置进行漏电保护。本方案可以进行供电方式的切换，然后通过不同的保护装置进行漏电保护，减少对单个保护装置的过度依赖，提高系统的安全性能。
附图说明
图1是本发明安全供电系统的结构示意图。
图2是本发明安全供电系统的IT供电等效示意图。
图3是本发明安全供电系统的TN供电等效示意图。
图4是本发明安全供电系统的工作流程示意图。
图5是本发明安全供电系统的另一实施方式结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步阐述和说明:
请参考图1、图2和图3，安全供电系统包括AC/AC隔离变换器、绝缘检测单元、剩余电流保护装置和控制单元。
所述AC/AC隔离变换器用于隔离输入的交流电，所述AC/AC隔离变换器的输出端设有第一供电线L1和第二供电线L2。所述绝缘检测单元用于第一供电线和第二供电线分别与地线之间的绝缘检测，并将绝缘检测信息输出至控制单元。所述第一供电线L1与地线之间还串联有第一开关S1，所述第二供电线L2和地线之间还串联有第二开关S2。
所述剩余电流保护装置串联于第一供电线和第二供电线，所述第一开关、第二开关和剩余电流保护装置分别与控制单元电连接，所述控制单元用于根据绝缘检测信息控制第一开关S1和第二开关S2的闭合。
输入的交流电经过AC/AC隔离变换器进行电气隔离后，输出第一供电线和第二供电线。在正常情况下，第一供电线和第二供电线对地线是绝缘的，此时供电系统为IT供电方式，主要通过绝缘检测单元进行漏电保护，剩余电流保护装置作二次保护，此时供电系统为最安全的输出模式。当第一供电线或第二供电线出现绝缘故障后，主控单元控制第一开关或第二开关闭合，即第一供电线或第二供电线与地线连接。此时供电系统为TN供电方式，主要通过剩余电流保护装置进行漏电保护。本方案可以进行供电方式的切换，然后通过不同的保护装置进行漏电保护，减少对单个保护装置的过度依赖，提高系统的安全性能。
本实施例中，由于在正常情况下，供电系统为IT供电方式，因此本实施例中的供电系统主要用于小范围的供电。在IT供电方式时，由于电源不接地，当设备发生漏电时，流向大地的电流非常小，不会破坏电源电压平衡。所以IT系统即使发生漏电，用电设备依然能正常使用。绝缘出现故障时立即切断输出，在多数情况下是没有必要的，因为没有触电事故发生，并以此而切断了相对重要的负荷而对用户有可能造成损失。因此当绝缘出现异常时，设备可以通过绝缘故障告警，通知用户需要做相应的检修或断开绝缘故障支路，若此时产生剩余电流且大于标准所规定的阈值则由剩余电流保护装置进行保护。
具体的，供电线路的绝缘故障可分为：1、带电导体对地直接短路。2、带电导体对地呈现的阻抗较大，但又小于绝缘保护阈值。即：绝缘电阻RL+(或RL-)小于RL+min(或RL-min)。3、带电导体对地之间存在时连是不连或电阻忽大忽小。
若绝缘故障点在剩余电流的后面，对于故障类型1，若一只手触碰到另外一条带电导体，一只手接触大地，加在两只手上的电压为两个带电导体之间的电压，此时不管事IT供电方式还是TN供电方式，剩余电流保护装置检测不到剩余电流(类似于在同一电路中保护接零线和保护接地线同时存在)。对于故障类型2，若一只手触碰到另外一条带电导体，一只手接触大地，加在两只手上的电压为人体电阻和绝缘电阻的分压，流过人体的电流为两个带电导体的电压除以人体电阻加上绝缘电阻。此种故障对于TN系统，剩余电流保护装置可有效进行保护，对于IT系统，由于电流回路仍然在两个导体之间，所以检测不出来。对于故障类型3，属于上述两种情况的交替出现。
本方案的供电系统为带有绝缘检测和剩余电流保护装置两者结合的配电系统，对于故障类型1，主要是通过绝缘检测监测到电阻降为零了，强制进行输出保护。对于故障类型2，主要是将IT供电方式切换到TN供电方式。对于故障类型3，通过记录绝缘电阻的频次进行切断输出或切换到TN供电方式。目前发生的触电故障中，有相当一部分比如潮湿、浸水、绝缘老化等非直接短路的故障，因此本方案的保护方式能够进行很好的漏电保护。
请再参考图1，所述剩余电流保护装置包括串联于第一供电线L1和第二供电线L2的漏电检测单元、与第一供电线L1串联的第三开关S3，以及与第二供电线L2串联的第四开关S4，所述漏电检测单元、第三开关S3和第四开关S4分别控制单元电连接。漏电检测单元用于第一供电线L1和第二供电线L2剩余电流的检测，并将检测的结果输出至控制单元，当剩余电流大于标准所规定的阈值时，由控制单元控制第三开关S3和第四开关S4闭合，完成供电系统的输出切断。具体的，漏电检测单元可以为剩余电流互感器和计量模块，第三开关和第四开关可以为继电器。
请再参考图1，所述绝缘检测单元包括电压采集单元、第一电阻R1和第二电阻R2。所述第一电阻R1串联于第一供电线L1与地线之间，所述第二电阻R2串联于第二供电线L2和地线之间。所述绝缘检测信息为第一电阻R1的第一电压和第二电阻R2的第二电压，所述电压采集单元用于分别获取第一电阻的第一电压和第二电阻的第二电压，并输出至控制单元。具体的，控制单元获取第一电压和第二电压后，计算得到第一电压和第二电压的差值UR，若UR大于预设值Urmax，则判断第一供电线出现绝缘故障，然后控制单元控制第一开关闭合，使得第一供电线与地线连接，若UR小于预设值Urmin，则判断第二供电线出现绝缘故障，然后控制单元控制第二开关闭合，使得第二供电线与地线连接。第一电阻和第二电阻均为高阻电阻，第一开关和第二开关可以为继电器。
安全供电系统还包括绝缘故障报警单元，所述绝缘故障报警单元与控制单元电连接。当检测到第一供电线或第二供电线出现绝缘故障后，控制单元控制第一开关或第二开关闭合，同时控制绝缘故障报警单元进行绝缘故障报警，使用者收到报警后，根据防护级别选择切断输出或继续供电。
安全供电系统还包括漏电故障报警单元，所述漏电故障报警单元与控制单元电连接。当剩余电流大于标准所规定的阈值时，由控制单元控制第三开关和第四开关闭合，完成供电系统的输出切断。同时控制漏电故障报警单元进行漏电故障报警。
安全供电系统还包括信号采集单元和驱动单元，所述控制单元分别通过信号采集单元和驱动单元与AC/AC隔离变换器电连接。信号采集单元用于AC/AC隔离变换器的各个点的电压、电压、温度等信息的采集，并输出至控制单元。驱动单元用于驱动AC/AC隔离变换器中各个功率管的导通和截止，以及继电器的闭合和打开。
请参考图1和图4，本方案的整个工作过程为：由绝缘检测单元一直监测第一电阻的第一电压和第二电阻的第二电压，并输出至主控单元。主控单元对第一电压和第二电压的差值UR进行判断，若UR大于预设值Urmax，则控制第一开关闭合，若UR小于预设值Urmin，则控制第二开关闭合，完成供电方式的切换。然后控制单元控制绝缘故障报警单元进行绝缘故障报警，同时剩余电流保护装置一直监测第一供电线和第二供电线的剩余电流，并输出至控制单元。控制单元对剩余电流进行判断，若剩余电流超限，则断开第三开关和第四开关，使得输出断开，同时控制单元控制漏电故障报警单元进行漏电故障报警。若剩余电流不超限，控制单元可以选择进行防触电程控输出。
请参考图5，另一实施方式中，所述AC/AC隔离变换器的输出端还设有第三供电线和第四供电线。所述第三供电线和地线之间串联有第五开关，所述第四供电线和地线之间串联有第六开关。所述绝缘检测单元还用于第三供电线和第四供电线分别与地线之间的绝缘检测，并将绝缘检测信息输出至控制单元。所述剩余电流保护装置还串联于第三供电线和第四供电线，所述第五开关和第六开关分别与控制单元电连接，所述控制单元还用于根据绝缘检测信息控制第五开关和第六开关的闭合。本实施方式中的安全供电系统可用于三相供电。
本实施例还提供一种安全供电方法，用于上述的安全供电系统，方法包括：
获取第一供电线和第二供电线与地线之间的绝缘检测信息；
根据绝缘检测信息控制第一开关或第二开关闭合，使得第一供电线或第二供电线与地线连接。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种安全供电系统，其特征在于，包括AC/AC隔离变换器、绝缘检测单元、剩余电流保护装置和控制单元；
所述AC/AC隔离变换器用于隔离输入的交流电，所述AC/AC隔离变换器的输出端设有第一供电线和第二供电线，所述绝缘检测单元用于第一供电线和第二供电线分别与地线之间的绝缘检测，并将绝缘检测信息输出至控制单元，所述第一供电线与地线之间还串联有第一开关，所述第二供电线和地线之间还串联有第二开关；
所述剩余电流保护装置串联于第一供电线和第二供电线，所述第一开关、第二开关和剩余电流保护装置分别与控制单元电连接，所述控制单元用于根据绝缘检测信息控制第一开关和第二开关的闭合。
2.如权利要求1所述的安全供电系统，其特征在于，所述剩余电流保护装置包括串联于第一供电线和第二供电线的漏电检测单元、与第一供电线串联的第三开关，以及与第二供电线串联的第四开关，所述漏电检测单元、第三开关和第四开关分别控制单元电连接。
3.如权利要求1所述的安全供电系统，其特征在于，所述绝缘检测单元包括电压采集单元、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻串联于第一供电线与地线之间，所述第二电阻串联于第二供电线和地线之间，所述绝缘检测信息为第一电阻的第一电压和第二电阻的第二电压，所述电压采集单元用于分别获取第一电阻的第一电压和第二电阻的第二电压，并输出至控制单元。
4.如权利要求3所述的安全供电系统，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻均为高阻电阻。
5.如权利要求1所述的安全供电系统，其特征在于，还包括绝缘故障报警单元，所述绝缘故障报警单元与控制单元电连接。
6.如权利要求1所述的安全供电系统，其特征在于，还包括漏电故障报警单元，所述漏电故障报警单元与控制单元电连接。
7.如权利要求1所述的安全供电系统，其特征在于，还包括信号采集单元和驱动单元，所述控制单元分别通过信号采集单元和驱动单元与AC/AC隔离变换器电连接。
8.如权利要求1所述的安全供电系统，其特征在于，所述AC/AC隔离变换器的输出端还设有第三供电线和第四供电线，所述第三供电线和地线之间串联有第五开关，所述第四供电线和地线之间串联有第六开关，所述绝缘检测单元还用于第三供电线和第四供电线分别与地线之间的绝缘检测，并将绝缘检测信息输出至控制单元，所述剩余电流保护装置还串联于第三供电线和第四供电线，所述第五开关和第六开关分别与控制单元电连接，所述控制单元还用于根据绝缘检测信息控制第五开关和第六开关的闭合。
9.一种安全供电的方法，其特征在于，包括：
获取第一供电线和第二供电线与地线之间的绝缘检测信息；
根据绝缘检测信息控制第一开关或第二开关闭合，使得第一供电线或第二供电线与地线连接。
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Address before: 518000 zone L, second floor, building 1, Baoan Avenue Industrial Zone, Yabian xueziwei, Yabian community, Shajing street, Bao'an District, Shenzhen, Guangdong Province

Patentee before: Shenzhen Hongde intelligent Co.,Ltd.