CN112909891A - 一种漏电保护系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种漏电保护系统和方法，该系统包括漏电检测模块、隔离变压器、交流接触器和开关电源；漏电检测模块包括中央处理器、电源单元、火线漏电检测线路L和零线漏电检测线路N；隔离变压器的初级线圈的两端分别连接市电的火线L和零线N，隔离变压器的次级线圈的两端通过交流接触器分别和用电线路的火线L和零线N连接，隔离变压器的次级线圈的两端还通过开关电源和电源单元连接，隔离变压器的次级线圈的两端还和火线漏电检测线路L、零线漏电检测线路N均连接，电源单元、火线漏电检测线路L、零线漏电检测线路N均和中央处理器连接，本发明可以有效识别用电线路中的零线或者火线的漏电问题，并通过与市电的隔离规避了漏电触电的风险。

Description

一种漏电保护系统和方法
技术领域
本发明涉及市电漏电保护系统技术领域，具体涉及一种漏电保护系统和方法。
背景技术
当用电设备发生漏电现象，一旦没有进行用电线路上的保护规避漏电风险，很容易对人和动物造成重大的安全事故、甚至产生生命风险。现有的漏电保护器是通过一个同时穿过零线N和火线L的线圈来检测是否存在漏电的，当发生漏电时，零线和火线的电压不平衡，则驱动线圈控制用电线路断开，通过切断电路实现漏电保护功能。由于需要驱动线圈才能实现漏电保护，这种漏电保护器的灵敏度都不高，使用时还是难以避免一些漏电触电现象。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种能有效精确识别用电线路中的零线或者火线的漏电问题的漏电保护系统。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种漏电保护系统，其特征在于，包括：漏电检测模块、隔离变压器、交流接触器和开关电源；漏电检测模块包括中央处理器、电源单元、火线漏电检测线路L和零线漏电检测线路N；隔离变压器的初级线圈的两端分别连接市电的火线L和零线N，隔离变压器的次级线圈的两端通过交流接触器分别和用电线路的火线L和零线N连接，隔离变压器的次级线圈的两端还通过开关电源和电源单元连接，隔离变压器的次级线圈的两端还和火线漏电检测线路L、零线漏电检测线路N均连接，电源单元、火线漏电检测线路L、零线漏电检测线路N均和中央处理器连接，火线漏电检测线路L、零线漏电检测线路N均和地线PE连接，中央处理器的输出端和交流接触器连接。
优选地，火线漏电检测线路L包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、三极管Q1和线性光耦U1；隔离变压器的次级线圈的火线端L1通过电阻R1和电阻R2的一端、二极管D1的一端、电容C1的一端、电容C2的正极均连接，电阻R2的另一端和线性光耦U1的发射极正极连接，二极管D1的另一端、电容C1的另一端、电容C2的负极均和线性光耦U1的发射极的负极连接，线性光耦U1的接收端E极和中央处理器连接，线性光耦U1的接收端C极连接至地GND，电容C1的另一端还和三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的基极通过电阻R4和二极管D2的负极连接，二极管D2的正极和地线PE连接，三极管Q1的发射极和二极管D3的正极、电容C3的一端、电阻R3的一端均连接，电阻R3的另一端和电阻R4的一端连接，二极管D3的负极和隔离变压器的次级线圈的零线端N1连接。
优选地，零线漏电检测线路N包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C4、电容C5、电容C6、二极管D4、二极管D5、二极管D6、三极管Q2和线性光耦U2；隔离变压器的次级线圈的零线端N1通过电阻R5和电阻R7的一端、二极管D5的一端、电容C4的一端、电容C5的正极均连接，电阻R7的另一端和线性光耦U2的发射极正极连接，二极管D5的另一端、电容C4的另一端、电容C5的负极均和线性光耦U2的发射极的负极连接，线性光耦U2的接收端E极和中央处理器连接，线性光耦U2的接收端C极连接至地GND，电容C4的另一端还和三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的基极通过电阻R5和二极管D4的负极连接，二极管D4的正极和地线PE连接，三极管Q2的发射极和二极管D6的正极、电容C6的一端、电阻R8的一端均连接，电阻R8的另一端和电阻R5的一端连接，二极管D5的负极和隔离变压器的次级线圈的火线端L1连接。
优选地，漏电检测模块还包括：报警内容显示屏幕，报警内容显示屏幕和中央处理器连接。
优选地，隔离变压器额铁心和市电的地线连接。
优选地，三极管Q1和三极管Q2的驱动电流为0.05mA~15.5mA，光耦采用线性光耦，可以将漏电电流反馈给中央处理器。
一种漏电保护方法，包括：
将上述的漏电保护系统连接在市电和用户的用电线路之间；
火线漏电检测线路L和零线漏电检测线路N分别检测零线N和火线L是否漏电；若火线漏电检测线路L检测出火线L漏电，则交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，并显示报警信息；若零线漏电检测线路N检测出零线N漏电，则交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，并且显示报警信息或者只显示报警信息。
优选地，火线漏电检测线路L检测出火线L漏电，则交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，并显示报警信息的步骤包括：当市电的火线L发生出现漏电问题时，火线L的电流通过漏电处流向地线PE，地线PE的电流驱动三极管Q1导通，隔离变压器的次级线圈的L1端和N1端之间构成回路，驱动线性光耦U1工作，线性光耦U1输出火线漏电的漏电电流ALARM_L1至中央处理器，中央处理器将漏电电流ALARM_L1与预设安全电流阈值进行比较，如果超过预设安全电流阈值则输出断路保护控制信号至交流接触器，交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，同时在报警内容显示屏幕上显示“火线漏电”报警。
优选地，零线漏电检测线路N检测出零线N漏电，则交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，并且显示报警信息或者只显示报警信息的步骤包括：当市电的零线N发生漏电问题时，零线N的电流通过漏电处流向地线PE，地线PE的电流驱动三极管Q2导通，隔离变压器的次级线圈的L1端和N1端之间构成回路，驱动线性光耦U2工作，线性光耦U2输出零线漏电的漏电电流ALARM_N1给中央处理器，中央处理器将漏电电流ALARM_N1后与预设安全电流阈值进行比较，如果超过预设安全电流阈值则输出断路保护控制信号至交流接触器，交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，同时在报警内容显示屏幕上显示“零线漏电”报警或者中央处理器收到超过预设安全电流阈值的漏电电流ALARM_N1后，只在报警内容显示屏幕上显示“零线漏电”报警。
优选地，设置两个不同的报警等级，分别为常规等级和最高等级报警，将只有检测到火线发生漏电问题时才控制交流接触器切断供电线路的情况作为常规等级；将无论发生零线漏电或者火线漏电问题，都控制交流接触器切断供电线路的情况作为最高等级报警。
本发明相对于现有技术具有如下优点：
本发明通过漏电保护系统连接在市电和用户的用电线路之间；火线漏电检测线路L和零线漏电检测线路N分别检测零线N和火线L是否漏电；若火线漏电检测线路L检测出火线L漏电，则交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，并显示报警信息；若零线漏电检测线路N检测出零线N漏电，则交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，并且显示报警信息或者只显示报警信息，因此，本发明可以有效识别用电线路中的零线或者火线的漏电问题，且由于本漏电保护系统的地线和市电的地线是隔离的，人体触碰漏电设备时不会与大地产生回路，不会产生触电风险。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的漏电保护系统的结构示意图。
图2为本发明的火线漏电检测线路L的电路图。
图3为本发明的零线漏电检测线路N的电路图。
图4为本发明的漏电保护方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参见图1，一种漏电保护系统，包括：漏电检测模块、隔离变压器、交流接触器和开关电源；漏电检测模块包括中央处理器、电源单元、火线漏电检测线路L和零线漏电检测线路N；隔离变压器的初级线圈的两端分别连接市电的火线L和零线N，隔离变压器的次级线圈的两端通过交流接触器分别和用电线路的火线L和零线N连接，隔离变压器的次级线圈的两端还通过开关电源和电源单元连接，隔离变压器的次级线圈的两端还和火线漏电检测线路L、零线漏电检测线路N均连接，电源单元、火线漏电检测线路L、零线漏电检测线路N均和中央处理器连接，火线漏电检测线路L、零线漏电检测线路N均和地线PE连接，中央处理器的输出端和交流接触器连接。
在本实施例，参见图2，火线漏电检测线路L包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、三极管Q1和线性光耦U1；隔离变压器的次级线圈的火线端L1通过电阻R1和电阻R2的一端、二极管D1的一端、电容C1的一端、电容C2的正极均连接，电阻R2的另一端和线性光耦U1的发射极正极连接，二极管D1的另一端、电容C1的另一端、电容C2的负极均和线性光耦U1的发射极的负极连接，线性光耦U1的接收端E极和中央处理器连接，线性光耦U1的接收端C极连接至地GND，电容C1的另一端还和三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的基极通过电阻R4和二极管D2的负极连接，二极管D2的正极和地线PE连接，三极管Q1的发射极和二极管D3的正极、电容C3的一端、电阻R3的一端均连接，电阻R3的另一端和电阻R4的一端连接，二极管D3的负极和隔离变压器的次级线圈的零线端N1连接。
在本实施例，参见图3，零线漏电检测线路N包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C4、电容C5、电容C6、二极管D4、二极管D5、二极管D6、三极管Q2和线性光耦U2；隔离变压器的次级线圈的零线端N1通过电阻R5和电阻R7的一端、二极管D5的一端、电容C4的一端、电容C5的正极均连接，电阻R7的另一端和线性光耦U2的发射极正极连接，二极管D5的另一端、电容C4的另一端、电容C5的负极均和线性光耦U2的发射极的负极连接，线性光耦U2的接收端E极和中央处理器连接，线性光耦U2的接收端C极连接至地GND，电容C4的另一端还和三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的基极通过电阻R5和二极管D4的负极连接，二极管D4的正极和地线PE连接，三极管Q2的发射极和二极管D6的正极、电容C6的一端、电阻R8的一端均连接，电阻R8的另一端和电阻R5的一端连接，二极管D5的负极和隔离变压器的次级线圈的火线端L1连接。
需要说明的是，地线PE为本漏电保护系统的地线。
其中，本发明的漏电保护系统连接在市电和用户的用电线路之间。漏电保护系统通过1:1隔离变压器将市电和用电线路隔离开来，实现了单独触碰任何一根火线L或者零线N都不会产生触电现象，规避了漏电的触电安全问题。
在本实施例，漏电检测模块还包括：报警内容显示屏幕，报警内容显示屏幕和中央处理器连接。
在本实施例，隔离变压器为1：1隔离变压器，1：1隔离变压器额铁心和市电的地线连接，用于屏蔽隔离变压器两个线圈之间产生的感应电动势，避免干扰到漏电检测线路的稳定性。
在本实施例，光耦采用线性光耦，可以将漏电电流的大小反馈给中央处理器，中央处理器预先设定的零线和火线的安全电流均为0.3mA。
在本实施例，中央处理器为ARM，型号为STM32F103。
一种漏电保护方法，预先设置两个不同的报警等级，分别为常规等级和最高等级报警，将只有检测到火线发生漏电问题时才控制交流接触器切断供电线路的情况作为常规等级；将无论发生零线漏电或者火线漏电问题，都控制交流接触器切断供电线路的情况作为最高等级报警。参见图4，一种漏电保护方法具体包括：
将上述的漏电保护系统连接在市电和用户的用电线路之间；
火线漏电检测线路L判断火线漏电电流是否大于0.3mA，若是，则检测出火线L漏电，则交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，并显示报警信息；具体地，火线漏电检测线路L检测出火线L漏电，则交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，并显示报警信息的步骤包括：当市电的火线L发生出现漏电问题时，火线L的电流通过漏电处流向地线PE，地线PE的电流驱动三极管Q1导通，隔离变压器的次级线圈的L1端和N1端之间构成回路，驱动线性光耦U1工作，线性光耦U1输出火线漏电电流ALARM_L1至中央处理器，中央处理器收到超过预设安全电流阈值的火线漏电电流ALARM_L1后，输出断路保护控制信号至交流接触器，交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，同时在报警内容显示屏幕上显示“火线漏电”报警。
若火线漏电检测线路L判断火线漏电电流不大于0.3mA，则零线漏电检测线路N判断零线漏电电流不大于0.3mA，若是，则判断是否是最高报警等级，若是最高报警等级，则交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，并且显示报警信息；若不是最高报警等级，则只显示报警信息。具体地，包括：当市电的零线N发生漏电问题时，零线N的电流通过漏电处流向地线PE，地线PE的电流驱动三极管Q2导通，隔离变压器的次级线圈的L1端和N1端之间构成回路，驱动线性光耦U2工作，线性光耦U2输出零线漏电电流ALARM_N1给中央处理器，中央处理器收到零线漏电电流ALARM_N1后，若判断系统设置是最高报警等级，则输出断路保护控制信号至交流接触器，交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，同时在报警内容显示屏幕上显示“零线漏电”报警，若判断系统设置不是最高报警等级，中央处理器收到超过预设安全电流阈值的零线漏电电流ALARM_N1后，只在报警内容显示屏幕上显示“零线漏电”报警。
因此，当发生零线N漏电问题时，由于本漏电保护系统的地线和市电的地线是隔离的，人体触碰漏电设备时不会与大地产生回路，不会产生触电风险，系统判别为轻微漏电问题，并给出报警警告，提示用户检测线路问题。
当发生火线L漏电问题时，由于本漏电保护系统的地线和市电的地线是隔离的，人体触碰漏电设备时不会与大地产生回路，此时也不会产生触电风险，但由于火线漏电较为危险，如果有其他零线漏电现象的用电设备，依旧存在触电危险，所以系统判别为严重漏电问题，给出报警警告的同时切断用电线路，需要用户检修线路问题。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种漏电保护系统，其特征在于，包括：漏电检测模块、隔离变压器、交流接触器和开关电源；漏电检测模块包括中央处理器、电源单元、火线漏电检测线路L和零线漏电检测线路N；
隔离变压器的初级线圈的两端分别连接市电的火线L和零线N，隔离变压器的次级线圈的两端通过交流接触器分别和用电线路的火线L和零线N连接，隔离变压器的次级线圈的两端还通过开关电源和电源单元连接，隔离变压器的次级线圈的两端还和火线漏电检测线路L、零线漏电检测线路N均连接，电源单元、火线漏电检测线路L、零线漏电检测线路N均和中央处理器连接，火线漏电检测线路L、零线漏电检测线路N均和地线PE连接，中央处理器的输出端和交流接触器连接。
2.根据权利要求1所述的漏电保护系统，其特征在于，火线漏电检测线路L包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、三极管Q1和线性光耦U1；
隔离变压器的次级线圈的火线端L1通过电阻R1和电阻R2的一端、二极管D1的一端、电容C1的一端、电容C2的正极均连接，电阻R2的另一端和线性光耦U1的发射极正极连接，二极管D1的另一端、电容C1的另一端、电容C2的负极均和线性光耦U1的发射极的负极连接，线性光耦U1的接收端E极和中央处理器连接，线性光耦U1的接收端C极连接至地GND，电容C1的另一端还和三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的基极通过电阻R4和二极管D2的负极连接，二极管D2的正极和地线PE连接，三极管Q1的发射极和二极管D3的正极、电容C3的一端、电阻R3的一端均连接，电阻R3的另一端和电阻R4的一端连接，二极管D3的负极和隔离变压器的次级线圈的零线端N1连接。
3.根据权利要求2所述的漏电保护系统，其特征在于，零线漏电检测线路N包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C4、电容C5、电容C6、二极管D4、二极管D5、二极管D6、三极管Q2和线性光耦U2；
隔离变压器的次级线圈的零线端N1通过电阻R5和电阻R7的一端、二极管D5的一端、电容C4的一端、电容C5的正极均连接，电阻R7的另一端和线性光耦U2的发射极正极连接，二极管D5的另一端、电容C4的另一端、电容C5的负极均和线性光耦U2的发射极的负极连接，线性光耦U2的接收端E极和中央处理器连接，线性光耦U2的接收端C极连接至地GND，电容C4的另一端还和三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的基极通过电阻R5和二极管D4的负极连接，二极管D4的正极和地线PE连接，三极管Q2的发射极和二极管D6的正极、电容C6的一端、电阻R8的一端均连接，电阻R8的另一端和电阻R5的一端连接，二极管D5的负极和隔离变压器的次级线圈的火线端L1连接。
4.根据权利要求1所述的漏电保护系统，其特征在于，漏电检测模块还包括：报警内容显示屏幕，报警内容显示屏幕和中央处理器连接。
5.根据权利要求1所述的漏电保护系统，其特征在于，隔离变压器额铁心和市电的地线连接。
6.根据权利要求3所述的漏电保护系统，其特征在于，三极管Q1和三极管Q2的驱动电流为0.05mA~15.5mA。
7.一种漏电保护方法，其特征在于，包括：
将权利要求1-6任一项的漏电保护系统连接在市电和用户的用电线路之间；
火线漏电检测线路L和零线漏电检测线路N分别检测零线N和火线L是否漏电；若火线漏电检测线路L检测出火线L漏电，则交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，并显示报警信息；
若零线漏电检测线路N检测出零线N漏电，则交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，并且显示报警信息或者只显示报警信息。
8.根据权利要求7所述的漏电保护方法，其特征在于，火线漏电检测线路L检测出火线L漏电，则交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，并显示报警信息的步骤包括：
当市电的火线L发生出现漏电问题时，火线L的电流通过漏电处流向地线PE，地线PE的电流驱动三极管Q1导通，隔离变压器的次级线圈的L1端和N1端之间构成回路，驱动线性光耦U1工作，线性光耦U1输出火线漏电的漏电电流ALARM_L1至中央处理器，中央处理器将漏电电流ALARM_L1与预设安全电流阈值进行比较，如果超过预设安全电流阈值则输出断路保护控制信号至交流接触器，交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，同时在报警内容显示屏幕上显示“火线漏电”报警。
9.根据权利要求8所述的漏电保护方法，其特征在于，零线漏电检测线路N检测出零线N漏电，则交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，并且显示报警信息或者只显示报警信息的步骤包括：
当市电的零线N发生漏电问题时，零线N的电流通过漏电处流向地线PE，地线PE的电流驱动三极管Q2导通，隔离变压器的次级线圈的L1端和N1端之间构成回路，驱动线性光耦U2工作，线性光耦U2输出零线漏电的漏电电流ALARM_N1给中央处理器，中央处理器将漏电电流ALARM_N1后与预设安全电流阈值进行比较，如果超过预设安全电流阈值则输出断路保护控制信号至交流接触器，交流接触器关闭，断开市电和给用户的供电线路，同时在报警内容显示屏幕上显示“零线漏电”报警或者中央处理器收到超过预设安全电流阈值的漏电电流ALARM_N1后，只在报警内容显示屏幕上显示“零线漏电”报警。
10.根据权利要求9所述的漏电保护方法，其特征在于，设置两个不同的报警等级，分别为常规等级和最高等级报警，将只有检测到火线发生漏电问题时才控制交流接触器切断供电线路的情况作为常规等级；
将无论发生零线漏电或者火线漏电问题，都控制交流接触器切断供电线路的情况作为最高等级报警。
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