CN116299045A - 一种高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路及检测方法 - Google Patents

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王颖曜
汤世娟
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Abstract

本发明公开了一种高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路及检测方法，检测装置包括控制单元、电流检测单元、电压检测单元、预置漏电流限制电阻、与各电源线相对应的检测电阻，各电源线均通过对应的检测电阻与预置漏电流限制电阻的一端相连，预置漏电流限制电阻的另一端与电流检测单元的一端相连，电流检测单元的另一端与高压设备的机壳相连；电压检测单元用于检测各电源线之间的电压；控制单元分别与电压检测单元和电流检测单元相连，用于根据漏电流和各电源线之间的电压，得到绝缘失效电源线的绝缘电阻值。本发明具有整体结构简单、成本低、安全可靠、能够实现整个线缆上的漏电流检测等优点，已应用于轨道交通充电机和辅助变流系统产品中。

Description

一种高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路及检测方法
技术领域
本发明主要涉及漏电流检测技术领域，具体涉及一种高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路及检测方法。
背景技术
高压产品漏电流和绝缘检测非常重要，尤其对于需要人工经常操作用电设备，关系着人们的生命安全，因此可靠的检测是这些设备必要的功能。
现有检测方案是在用电设备的输入、中间或输出端，用磁环等材料做电流传感器检测漏电流。原理是正负线或正负电流穿过电流传感器，当无差异电流时，意味着没有漏电流产生；当检测到正负电流的差异，代表有漏电流，根据用户或行业的标准，当漏电流大于一个预设值可进行进行预警和进行断电操作。
如图1所示，目前漏电流检测的一般原理，用单相(或直流)进行说明，箱体未可靠接地，输入负线(交流系统对应零线)对地本身有一个电阻值Rx1(电阻值可能很小)，当高压+(或者火线)绝缘失效产生一个RX2的电阻，人体碰到箱体(人体对地电阻RX3)，此时会有电流从A点经RX2、RX1、RX3(人体)形成回路，造成事故。其中对于交流系统的Rx1很小(对于直流系统可能直流地本身接大地，或者负线对地有绝缘电阻Rx1)，RX2基本取决于绝缘失效程度(偶然性很大)，甚至可能直接连接到箱体而基本为0，造成高压直接加在人体电阻上，造成安全事故。只有在RX1、RX2、RX3同时都存在时才能检测到(此时意味着绝缘已经多处失效)，不能提前在RX1、RX2产生就检测到。
漏电流传感器在瞬时检测到电流大于一定值时，通过控制断开输入的高压线。如果动作时间慢(或者动作开关失效)，电流大，有安全隐患。
综上所述，目前现有的检测方案存在以下问题：
1.当本身产品的输入、输出电流较大时，需要很大的磁环，这种方法需要更大的空间和更多的成本。
2.漏电流传感器不好选型。漏电流传感器的检测范围一般不大，一般为0-几A。
3.只能检测磁环传感器后端的漏电流(RX2位于A点)，如果漏电流前端的漏电流(RX2位于B点)由于漏电流未经过传感器，所以正负电流不会有差值，检测不到，存在安全隐患，不能覆盖所需检测的电源母线。
4.只能检测漏电流，不能检测绝缘电阻值。
5.只有在RX1和RX2、RX3同时存在才能检测到漏电流，检测到时可能已经造成很大的漏电流，取决于RX1和RX2的大小(偶然性太大)，此大小不可进行限制，一旦漏电流检测或保护断开机制失效，会造成不可避免的人身安全事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低、安全性能更优的高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路及检测方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路，包括控制单元、电流检测单元、电压检测单元、预置漏电流限制电阻、与各电源线相对应的检测电阻，各电源线均通过对应的检测电阻与预置漏电流限制电阻的一端相连，所述预置漏电流限制电阻的另一端与电流检测单元的一端相连，所述电流检测单元的另一端与高压设备的机壳相连；所述电压检测单元用于检测各电源线之间的电压；所述控制单元分别与所述电压检测单元和电流检测单元相连，用于根据漏电流和各电源线之间的电压，得到绝缘失效电源线的绝缘电阻值。
优选地，所述电压检测单元为电压传感器或电压检测电阻。
优选地，所述电流检测单元为电流传感器。
优选地，各检测电阻连接至电源线的输入端、中间端或者输出端。
优选地，各检测电阻和预置漏电流限制电阻的可配置为相同阻值。当然，各检测电阻的阻值可以相同，但与预置漏电流限制电阻的阻值可以不同。
优选地，所述电流检测单元和电压检测单元集成于所述控制单元上，或者为独立的外置检测单元。
本发明还公开了一种基于如上所述的高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路的检测方法，包括步骤：
S1、通过电流检测单元检测漏电流I1，通过电压检测单元检测各电源线之间的电压U1；
S2、控制单元根据漏电流I1和各电源线之间的电压U1，得到绝缘失效电源线的绝缘电阻值Rx。
优选地，当电源为单相或直流系统时，各检测电阻和预置漏电流限制电阻的阻值均为R，则绝缘失效电源线的绝缘电阻值
Figure BDA0004148801250000021
优选地,通过配置检测电阻和预制漏电流限制电阻，电流控制在人体安全电流以下，电流检测单元A1只需检测毫安级的电流，成本低且体积小。
本发明还公开了一种基于如上所述的高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路的检测方法，包括步骤：
S1、通过电流检测单元检测漏电流I1，通过电压检测单元检测各电源线之间的电压U1；
S2、控制单元根据漏电流I1和各电源线之间的电压U1，得到绝缘失效电源线的绝缘电阻值Rx。
优选地，当电源为单相或直流系统时，各检测电阻和总电阻的阻值均为R，则绝缘失效电源线的绝缘电阻值
Figure BDA0004148801250000031
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的通过简单的电阻、电压传感器和电流传感器，就可以实现漏电流和绝缘电阻的检测，对于大电流漏电流检测时成本更小，尺寸空间没有太大限制，与检测的正负母线电流没有关系，可以降低成本。另外本发明的检测电路能实现整个线缆上的漏电流检测，不会受限于漏电位置；同时在绝缘失效时就能检测到，不必等人体电流产生及大于一定值再来检测，安全性能更优，能够提前检测。另配置检测电阻和预制漏电流限制电阻，可以控制绝缘失效时的漏电流值，电流控制在人体安全电流，只需检测毫安级的电流，成本低且体积小。
附图说明
图1为现有技术中的漏电流检测电路原理图。
图2为本发明应用于单相或直流电源系统对应的检测电路原理图。
图3为本发明应用于三相电流系统对应的检测电路原理图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图2所示，本发明实施例的高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路，应用于单相或直流电流系统，具体结构包括控制单元、电流检测单元、电压检测单元、检测电阻R1A和R2A、预置漏电流限制电阻R3A，其中检测电阻R1A的一端接正线，检测电阻R2A的一端接负线，检测电阻R1A的另一端和检测电阻R2A的另一端均与总电阻R3A的一端相连，总电阻R3A的另一端与电流检测单元的一端相连，电流检测单元的另一端与高压设备的机壳相连；其中电流检测单元(如电流传感器A1)用于检测漏电流；电压检测单元用于检测正线与负线之间的电压；控制单元分别与电压检测单元和电流检测单元相连，用于根据漏电流和正线与负线之间的电压，得到绝缘电阻值。
本发明实施例还相应提供了一种基于如上所述高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路的检测方法，具体为：对于单相或直流系统，电压检测单元V1检测输入电压U1，一旦有RX1或RX2产生(即正线和负线有绝缘失效，即对机壳有绝缘电阻)，电源Vin+、VIN-分别经过R1A和R2A后，再通过R3A和电流传感器A1与外壳，最后通过RX1或RX2形成回路。通过电流传感器A1检测的电流I1，检测到此漏电流存在。通过预置已知的三个电阻R1A、R2A和R3A；V1的电压值U1，A1的电流I1，进而可以得到对应的绝缘电阻值：
一般R1A＝R2A＝R；可取R3A＝R，A1传感器的内阻很小，一般为毫欧级，取R远远大于A1的内阻，则A1的内阻可忽略。
如果是Rx1电路的绝缘失效，则：漏电流I1为负，绝缘电阻
Figure BDA0004148801250000041
通过电流传感器A1得到漏电流I1，再通过上述公式可以准确的得到失效的绝缘电阻阻值。
同样的方法可以推出如果绝缘失效为RX2造成的漏电流和绝缘电阻阻值：
漏电流I1为正，绝缘电阻
Figure BDA0004148801250000042
其中通过配置R1A、R2A和R3A的电阻大小(方便计算可都取为R)，可以控制漏电流的最大值时(当RX1＝0或者RX2＝0时)的漏电流
Figure BDA0004148801250000043
已知电源P1系统的输入电压U1的最大值U1max，考虑人身最大能承受的安全电流为I rmax，可以得到R的最小配置电阻为：
Figure BDA0004148801250000044
在RX1或RX2产生漏电流就可以检测到绝缘失效来报警和断开电源系统，无需RX3(人体电阻)产生漏电流后才能检测到，能提前检测到绝缘失效而预防安全事故。
同样的，上述检测电路对于电源线上任意一点都可进行检测。
对于三相系统，同样可采用上述两线的接法来实现，具体如图3所示。其中电压检测单元V1 V2可用电阻或者电压传感器实现采样。其中各电阻、电流传感器和电压传感器可置于控制单元内部的PCB上。
上述检测电路可以用于交流系统、直流系统的输入、中间级和输出级。
本发明的检测电路，通过简单的电阻、电压传感器和电流传感器就可以实现漏电流和绝缘电阻的检测，对于大电流漏电流检测时成本更小，尺寸空间没有太大限制，与检测的正负母线电流没有关系，可以降低成本。另外本发明的检测电路能实现整个输入、中间及输出线缆上的漏电流检测，不会受限于漏电位置；同时在绝缘失效时就能检测到，不必等人体产生漏电流及大于一定值再来检测，安全性能更优。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路，其特征在于，包括控制单元、电流检测单元、电压检测单元、预置漏电流限制电阻、与各电源线相对应的检测电阻，各电源线均通过对应的检测电阻与预置漏电流限制电阻的一端相连，所述预置漏电流限制电阻的另一端与电流检测单元的一端相连，所述电流检测单元的另一端与高压设备的机壳相连；所述电压检测单元用于检测各电源线之间的电压；所述控制单元分别与所述电压检测单元和电流检测单元相连，用于根据漏电流和各电源线之间的电压，得到绝缘失效电源线的绝缘电阻值。
2.根据权利要求1所述的高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路，其特征在于，所述电压检测单元为电压传感器或电压检测电阻。
3.根据权利要求1或2所述的高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路，其特征在于，所述电流检测单元为电流传感器。
4.根据权利要求1或2所述的高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路，其特征在于，各检测电阻连接至电源线的输入端、中间端或者输出端。
5.根据权利要求1或2所述的高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路，其特征在于，各检测电阻和预置漏电流限制电阻的阻值相同。
6.根据权利要求1或2所述的高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路，其特征在于，所述电流检测单元和电压检测单元集成于所述控制单元上，或者为独立的外置检测单元。
7.一种基于权利要求1－6中任意一项所述的高压设备的漏电流和绝缘电阻的检测电路的检测方法，其特征在于，包括步骤：
S1、通过电流检测单元检测漏电流I1，通过电压检测单元检测各电源线之间的电压U1；
S2、控制单元根据漏电流I1和各电源线之间的电压U1，得到绝缘失效电源线的绝缘电阻值Rx。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，当电源为单相或直流系统时，各检测电阻和预置漏电流限制电阻的阻值均为R，则绝缘失效电源线的绝缘电阻值
Figure FDA0004148801230000011
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