CN113285422A - 一种用电保护装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用电保护装置及方法，用于对用电器进行保护，其包括供电检测单元、漏电检测单元、控制单元、保护单元及漏电保护单元，供电检测单元用于实时监测供电电源的供电信号；漏电检测单元用于检测供电电源的漏电电流；控制单元用于将供电信号和漏电电流与预设范围进行比较，并当供电信号或漏电电流超出预设范围时，输出保护信号；保护单元用于接收所述保护信号并断开供电电源；漏电保护单元用于当漏电电流超出预设范围时，吸收漏电电流，其解决了传统的用电保护方法存在着因保护功能单一，从而导致智能化较低和电量利用率较低的技术问题，可广泛用于电子电路领域。

Description

一种用电保护装置及方法
技术领域
本发明涉及用电系统的控制领域，尤其是涉及一种用电保护装置及方法。
背景技术
用电安全是用电设备的首要需求，保障供电质量及消除漏电是用电安全的两项关键工作，过高或过低的供电电压会造成设备不能正常工作甚至损毁、酿成事故，用电设备的超载、短路或漏电将会引起火灾、触电的事故。随着安全意识的提升，人们在不断的寻求安全可靠的供电和用电保护装置。传统的用电保护装置，保护功能单一，要么主要针对供电电压高低进行保护、切换，要么针对过载短路、漏电的切断，缺乏漏电保护功能及智能控制功能，容易造成电量的浪费。
因此，传统的用电保护方法存在着因保护功能单一，从而导致智能化较低和电量利用率较低的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种用电保护装置及方法，旨在解决传统的用电保护方法存在着因保护功能单一，从而导致智能化较低和电量利用率较低的技术问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种用电保护装置，用于对用电器进行保护，包括：
供电检测单元，与供电电源连接，用于实时监测所述供电电源的供电信号；
漏电检测单元，与供电电源连接，用于检测所述供电电源的漏电电流；
控制单元，与所述供电检测单元和所述漏电检测单元连接，用于将所述供电信号和所述漏电电流分别与预设范围进行比较，并当所述供电信号或所述漏电电流超出所述预设范围时，输出保护信号；
保护单元，与所述控制单元连接，用于接收所述保护信号并断开所述供电电源；
漏电保护单元，与所述用电器和所述控制单元连接，用于当所述漏电电流超出所述预设范围时，吸收所述漏电电流。
在其中一实施例中，所述漏电检测单元通过所述漏电电流的变化速度，采用固定时间间隔内变化量比较的方法，判断有无故障发生，完成故障漏电电流的识别。
在其中一实施例中，还包括：
输入端子单元，与所述供电检测单元和漏电检测单元连接，用于传输所述供电信号和所述漏电电流；
所述供电信号包括电流和电压。
在其中一实施例中，还包括：
输出端子单元，与所述用电器连接，用于传输保护后的所述供电信号。
在其中一实施例中，还包括：
显示单元，包括状态显示单元和数值显示单元，所述状态显示单元和所述数值显示单元分别与所述控制单元连接，所述状态显示单元实现对供电线序、供电保护、漏电及通断状态的显示；所述数值显示单元实现对电流、电压、漏电电流的量化和显示。
在其中一实施例中，还包括：
无线传输单元，与所述控制单元连接，用于将用电数据传输至互联网，实现远程监控。
在其中一实施例中，所述供电检测单元采用电阻模拟采样，并对采样数据进行模数转换形成所述供电信号。
在其中一实施例中，所述保护单元采用自保持双路继电器或三路继电器实现。
在其中一实施例中，所述漏电保护单元采用等电位回收回路。
本申请实施例的第二方面提供了一种用电保护方法，用于对用电器进行保护，包括以下步骤：
实时监测供电电源的供电信号和漏电电流；
将所述供电信号和所述漏电电流分别与预设范围进行比较，并当所述供电信号或所述漏电电流超出所述预设范围时，输出保护信号；当所述漏电电流超出所述预设范围时，吸收所述漏电电流；
当接收到所述保护信号时断开所述供电电源。
本申请提供的用电保护装置，串联在用电器的前端，对用电器的用电起监测和保护作用，通过对接入电压、用电电流、漏电电流的检测，判断用电状态是否在预设范围，供电电压、电流、漏电电流的保护值可通过微控制器设定，当供电电压高于和低于预设范围、用电电流超过设定范围，以及漏电电流超过预设范围时自动断开供电。本装置还具有用电器漏电回收功能，通过漏电保护单元将用电器的漏电回收，避免触电事故发生。本装置的供电线序、供电保护、漏电、通断状态由状态显示单元显示，电流、电压、漏电值通过数值显示单元显示，所有供电信息通过无线传输方式实现WEB集中监控或异地组网监控。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的一种用电保护装置的单元结构示意图；
图2为本申请一实施例提供的一种用电保护方法的流程示意图。
图中符号说明：
101. 用电器；102. 输入端子单元； 103. 供电检测单元；104. 控制单元；105.保护单元；106.漏电保护单元；107. 输出端子单元；108. 显示单元；1081. 状态显示单元；1082. 数值显示单元；109. 无线传输单元；110. 漏电检测单元。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1，为本申请一实施例提供的一种用电保护装置的单元结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
一种用电保护装置，用于对用电器101进行保护，包括输入端子单元102、供电检测单元103、控制单元104、保护单元105、漏电检测单元110、漏电保护单元106以及输出端子单元107。
输入端子单元102与供电电源连接，用于传输供电信号。
具体地，输入端子为供电电源（即市电）的相线端子和中性线端子，通过输入端子单元102向供电检测单元103和漏电检测单元110传输供电信号。
供电检测单元103与供电电源连接，用于实时监测供电电源的供电信号。
具体地，供电检测单元103实现对供电信号的实时监测，供电信号包括电流和电压，供电检测单元103采用电阻模拟采样，并对采样数据进行模数转换以形成供电信号。
漏电检测单元110与供电电源连接，用于检测供电电源的漏电电流。
具体地，漏电检测单元通过漏电电流的变化速度，采用固定时间间隔内变化量比较的方法，判断是否有故障发生，完成故障漏电电流的识别。
控制单元104与供电检测单元103和漏电检测单元110连接，用于将供电信号和漏电电流分别与预设范围进行比较，并当供电信号或漏电电流超出预设范围时，输出保护信号。
具体地，控制单元104采用微控制处理器实现，本实施例中采用单片机实现，控制单元104实现对供电电压、电流、漏电电流、线序、保护指令等各项指标的分析处理，控制单元104将供电电压、电流以及漏电电流与预设范围进行比较判断，供电电压的预设范围设为电压上限260V、电压下限180V，电流的预设范围设为上限16A，漏电电流的预设范围设为上限30mA，该预设范围存储于控制单元104中，当供电电压、电流、漏电电流超出预设范围时，输出保护信号，当供电电压、电流、漏电电流在预设范围内时，维持正常输出状态，此时用电器101正常工作。
保护单元105与控制单元104连接，用于接收保护信号并断开供电电源。
具体地，当控制单元104输出保护信号时，保护单元105接收该保护信号，通过继电器切断电源输出，从而断开供电回路的保护以及控制供电回路通断，保护单元105的切断采用自保持双路继电器或三路继电器实现，本实施例中采用额定电流16A的自保持继电器，保护单元105同时具有通断切换功能，也可根据控制单元104发出的指令接通或断开供电。
漏电保护单元106与用电器101和控制单元104连接，用于当供电信号中产生漏电电流时，吸收漏电电流。
具体地，漏电保护单元106采用等电位回收回路，采用与电源中性线准等电位组件，组件对外连接输出端子单元107中的漏电回收端子，此端子连接到用电器101的外壳上，当漏电电流超出预设范围时，则表示用电器101的外壳漏电，漏电电流由回收端子回流至供电回路，防止触电事故发生的作用。
当漏电电流超出预设范围时，说明用电器101发生漏电故障，发生漏电故障后，漏电电流的幅值在2～5个周波内完成突变到稳定的状态变化，根据采样频率设置检测间隔时间为2～5个采样周期，可依据实际情况调整该采样周期；本实施例中选择检测间隔时间为4个周期，重复进行时间间隔为4T的变化量的运算，则相隔4个周期的两采样点的剩余电流变化量为：
Figure 336651DEST_PATH_IMAGE002
式中，fn为第n个周期的采样剩余电流。
设定每个周期的采用数为N，则第n个周期的剩余电流采样值为：
Figure 253791DEST_PATH_IMAGE003
通过计算剩余电流的变化量的有效值，得出第n个周期内的故障漏电电流：
Figure 33529DEST_PATH_IMAGE004
当判断In的值超过预设范围，且I△n的值也超过预设范围时，漏电电流由回收端子回流至供电电路。
输出端子单元107与用电器101连接，用于传输保护后的供电信号。
具体地，输出端子单元107包括相线端子，中性线端子和漏电回收端子，为供电电压、电流保护后的供电端子，为用电器101输送保护后的供电电压和电流。
在其中一实施例中，还包括：
显示单元108，包括状态显示单元1081和数值显示单元1082，状态显示单元1081和数值显示单元1082分别与控制单元104连接，状态显示单元1081实现对供电线序、供电保护、漏电及通断状态的显示；数值显示单元1082实现对电流、电压、漏电电流的量化和显示。
具体地，状态显示单元1081采用LED灯显示，实时显示供电线序、供电保护、漏电、通断状态；数值显示单元1082采用LCD显示屏显示，实现对检测单元的电流、电压、漏电值及通断、保护状态的量化及显示。
在其中一实施例中，还包括：
无线传输单元109与控制单元104连接，用于将用电数据传输至互联网，实现远程监控。
具体地，无线传输单元109采用具有双向传输功能的无线传输单元将数据传输至互联网，用于WEB集中监控或异地组网监控，实现对显示单元量化信息的无线双向通讯，上述单元及单元间的数据处理由装置内的单片机实现。
请参阅图2，为本申请一实施例提供的一种用电保护方法的流程示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
本申请实施例的第二方面提供了一种用电保护方法，用于对用电器进行保护，包括以下步骤：
S1、实时监测供电电源的供电信号和漏电电流。
具体地，供电检测单元实现对供电信号的实时监测，供电信号包括电流和电压。
S2、将供电信号和漏电电流分别与预设范围进行比较，并当供电信号或漏电电流超出预设范围时，输出保护信号；当漏电电流超出预设范围时，吸收漏电电流。
具体地，将供电电压、电流以及漏电电流与预设范围进行比较判断，当供电电压、电流、漏电电流超出预设范围时，输出保护信号，当供电电压、电流、漏电电流在预设范围内时，维持正常输出状态，此时用电器正常工作；当漏电电流超出预设范围时，则表示用电器的外壳漏电，漏电电流由回收端子回流至供电回路，防止触电事故发生的作用。
S3、当接收到保护信号时断开供电电源。
具体地，当接收到保护信号时，通过继电器切断电源输出，从而断开供电回路的保护以及控制供电回路通断，实现断电保护。
本申请提供的用电保护装置及方法，将用电保护装置串联在用电器的前端，对用电器的用电起监测和保护作用，通过对接入电压、用电电流、漏电电流的检测，判断用电状态是否在预设范围，供电电压、电流、漏电电流的保护值可通过微控制器设定，当供电电压高于和低于预设范围、用电电流超过设定范围，以及漏电电流超过预设范围时自动断开供电。本装置还具有用电器漏电回收功能，通过漏电保护单元将用电器的漏电回收，避免触电事故发生。本装置的供电线序、供电保护、漏电、通断状态由状态显示单元显示，电流、电压、漏电值通过数值显示单元显示，所有供电信息通过无线传输方式实现WEB集中监控或异地组网监控。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用电保护装置，用于对用电器进行保护，其特征在于，包括：
供电检测单元，与供电电源连接，用于实时监测所述供电电源的供电信号；
漏电检测单元，与供电电源连接，用于检测所述供电电源的漏电电流；
控制单元，与所述供电检测单元和所述漏电检测单元连接，用于将所述供电信号和所述漏电电流分别与预设范围进行比较，并当所述供电信号或所述漏电电流超出所述预设范围时，输出保护信号；
保护单元，与所述控制单元连接，用于接收所述保护信号并断开所述供电电源；
漏电保护单元，与所述用电器和所述控制单元连接，用于当所述漏电电流超出所述预设范围时，吸收所述漏电电流。
2.根据权利要求1所述的用电保护装置，其特征在于，所述漏电检测单元通过所述漏电电流的变化速度，采用固定时间间隔内变化量比较的方法，判断有无故障发生，完成故障漏电电流的识别。
3.根据权利要求1所述的用电保护装置，其特征在于，还包括：
输入端子单元，与所述供电检测单元和漏电检测单元连接，用于传输所述供电信号和所述漏电电流；
所述供电信号包括电流和电压。
4.根据权利要求1所述的用电保护装置，其特征在于，还包括：
输出端子单元，与所述用电器连接，用于传输保护后的所述供电信号。
5.根据权利要求1所述的用电保护装置，其特征在于，还包括：
显示单元，包括状态显示单元和数值显示单元，所述状态显示单元和所述数值显示单元分别与所述控制单元连接，所述状态显示单元实现对供电线序、供电保护、漏电及通断状态的显示；所述数值显示单元实现对电流、电压、漏电电流的量化和显示。
6.根据权利要求1所述的用电保护装置，其特征在于，还包括：
无线传输单元，与所述控制单元连接，用于将用电数据传输至互联网，实现远程监控。
7.根据权利要求1所述的用电保护装置，其特征在于，所述供电检测单元采用电阻模拟采样，并对采样数据进行模数转换形成所述供电信号。
8.根据权利要求1所述的用电保护装置，其特征在于，所述保护单元采用自保持双路继电器或三路继电器实现。
9.根据权利要求1所述的用电保护装置，其特征在于，所述漏电保护单元采用等电位回收回路。
10.一种用电保护方法，用于对用电器进行保护，其特征在于，包括以下步骤：
实时监测供电电源的供电信号和漏电电流；
将所述供电信号和所述漏电电流分别与预设范围进行比较，并当所述供电信号或所述漏电电流超出所述预设范围时，输出保护信号；当所述漏电电流超出所述预设范围时，吸收所述漏电电流；
当接收到所述保护信号时断开所述供电电源。
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