CN1588738A - 具有自诊断功能的智能鉴相鉴幅漏电综合保护器 - Google Patents

Abstract

一种具有自诊断功能的智能鉴相鉴幅漏电综合保护器，它包括空气断路器、分合闸操作机构、零序互感器LH、单片机U2、漏电模拟发生电路、电压检测电路、电源单元电路、漏电信号放大电路、漏电电流显示电路、电动分合闸控制电路，还具有标准信号发生电路和自诊断电路。它不但具有漏电鉴相鉴幅功能及接地故障、过电流、短路、欠压、过压保护和显示等综合功能，而且通过自诊断电路实现定期漏电保护功能的试验，通过标准信号产生电路和自诊断电路实现了对脱扣线圈J3、零序互感器LH和漏电信号放大电路的自诊断，并可以在电路参数发生漂移时，实现对漏电信号放大电路的放大倍数、相位的校准，提高了漏电保护的可靠性和有效性。

Description

具有自诊断功能的智能鉴相鉴幅漏电综合保护器

                     一、所属技术领域

本发明涉及一种漏电综合保护器，尤其是指一种智能鉴相鉴幅漏电综合保护器。

                     二、背景技术

本申请人曾设计了一种“智能鉴相鉴幅漏电综合保护器”(ZL02280316.5，公开日：2003.10.22)，它包括空气断路器和分合闸操作机构，其特征在于还包括漏电保护及欠压保护检测与控制电路，一零序电流互感器有两个副边，一个副边与按钮SW1～SW4和电阻R9～R13所构成的漏电模拟发生电路与单片机连接、另一个副边与漏电信号放大电路连接，漏电信号放大电路与单片机连接，电压检测电路与单片机连接，电源单元电路与单片机连接，单片机连接电动分合闸控制电路和漏电电流显示电路，构成了所述的漏电保护及欠压保护检测与控制电路。它不但具有漏电鉴相鉴幅功能，而且具有接地故障、过电流、短路、欠压、过压保护和显示等综合功能，但是它不具有对脱扣线圈、零序电流互感器和漏电信号放大电路自诊断功能，不能实现定期漏电保护功能的实验。

                    三、发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自诊断功能的智能鉴相鉴幅漏电综合保护器，它不但具有漏电鉴相鉴幅功能及接地故障、过电流、短路、欠压、过压保护和显示等综合功能，而且具有自诊断功能，能实现定期漏电保护功能的实验，提高漏电保护的可靠性和有效性。

为达到上述目的，本发明采取的解决方案是：一种具有自诊断功能的智能鉴相鉴幅漏电综合保护器，它包括空气断路器、分合闸操作机构、零序互感器LH、单片机U2、漏电模拟发生电路、电压检测电路、电源单元电路、漏电信号放大电路、漏电电流显示电路、电动分合闸控制电路，它还具有标准信号发生电路和自诊断电路，所述的标准信号发生电路连接漏电信号放大电路输入端；电阻R32接互感器L，标准电阻R33接双向可控硅SCR3，双向可控硅SCR3控制极通过电阻R34接单片机U2的6脚，电阻R32和标准电阻R33串接中点接单片机U2的3脚，构成所述的标准信号发生电路；电阻R13接双向可控硅SCR2，双向可控硅SCR2通过零序互感器LH接漏电信号放大电路，双向可控硅SCR2控制极通过电阻R31接单片机U2的13脚，双向可控硅SCR1接电阻R29、脱扣线圈J3，双向可控硅SCR1另一端接电阻R30、零线N，双向可控硅SCR1控制极接电阻R22和电阻R23，电阻R29和电阻R30串接中点接单片机U2的18脚，电阻R23另一端接单片机U2的11脚，构成所述的自诊断电路。

该综合保护器通过电阻R13、双向可控硅SCR2实现定期漏电保护功能的试验，单片机U2定期向双向可控硅SCR2发出触发信号使其导通，产生一个漏电电流。单片机U2通过零序互感器LH、漏电信号放大电路来检测是否有漏电电流产生。单片机U2检测到有漏电电流信号产生，说明该综合保护器的漏电保护功能正常，单片机U2检测到的漏电电流信号不符合要求，说明综合保护器的漏电保护功能异常，单片机U2发出警报，实现了定期漏电保护功能的试验。通过标准信号产生电路和互感器L实现了对零序互感器LH和漏电信号放大电路的自诊断，并可以在电路参数发生漂移时，实现对漏电信号放大电路的放大倍数、相位的校准。单片机U2通过电阻R29、R30实现对脱扣线圈J3的检测。当脱扣线圈J3正常时，输出给单片机U2的信号为脉冲信号，而脱扣线圈J3烧毁后，输入给单片机U2的信号为低电平信号。单片机U2根据其输入信号来实现对脱扣线圈J3的自诊断。

该综合保护器采用单片机U2，大大简化了外围电路。漏电信号经放大后，变成符合单片机U2输入要求的信号。单片机U2检测漏电信号，计算出漏电信号的幅值I及相位θ，并计算出A、B、C三相的漏电电流，还可以计算出漏电突变电流的相位。单片机U2由根据检测出的漏电电流突变电流实现鉴相鉴幅漏电保护。由于采用了单片机U2，可以将漏电电流及A、B、C三相的漏电电流输出到漏电电流显示电路，便于用户进行故障分析。同时，漏电动作后，还可以显示出是缓变漏电动作还是突变漏电动作，在突变漏电动作时还可以显示出是突变漏电发生在A相、还是B相或是C相。采用单片机U2控制下的电路，并和空气断路器组合使用，其功能不仅可以完全代替以前的鉴相鉴幅漏电继电器、接触器和断路器组成的保护系统，而且在功能上增加了漏电电流(三相漏电矢量和，A相、B相、C相漏电电流)显示、漏电动作方式(缓变漏电动作、突变漏电动作)显示、任意组合额定缓变电流和额定突变漏电电流等智能化功能。采用工业级单片机U2芯片，不仅保证了产品性能先进，也保证了工作的可靠性。通过对综合保护器中的关键部分，即脱扣线圈J3、零序互感器LH、漏电信号放大电路，进行自诊断，并自动进行定期漏电保护功能的试验，特别是通过对漏电特性的自校准，大大提高了漏电保护的可靠性和有效性。

                      四、附图说明

图1是本实施例的电气原理框图。

图2是本实施例的电路连接图。

                      五、具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明再作描述。

参见图1和图2，一种具有自诊断功能的智能鉴相鉴幅漏电综合保护器，它包括空气断路器、分合闸操作机构、零序互感器LH、单片机U2、漏电模拟发生电路、电压检测电路、电源单元电路、漏电信号放大电路、漏电电流显示电路、电动分合闸控制电路，它还具有标准信号发生电路和自诊断电路，所述的标准信号发生电路连接漏电信号放大电路输入端；电阻R32接互感器L，标准电阻R33接双向可控硅SCR3，双向可控硅SCR3控制极通过电阻R34接单片机U2的6脚，电阻R32和标准电阻R33串接中点接单片机U2的3脚，构成所述的标准信号发生电路；电阻R13接双向可控硅SCR2，双向可控硅SCR2通过零序互感器LH接漏电信号放大电路，双向可控硅SCR2控制极通过电阻R31接单片机U2的13脚，双向可控硅SCR1接电阻R29、脱扣线圈J3，双向可控硅SCR1另一端接电阻R30、零线N，双向可控硅SCR1控制极接电阻R22和电阻R23，电阻R29和电阻R30串接中点接单片机U2的18脚，电阻R23另一端接单片机U2的11脚，构成所述的自诊断电路。

参见图2，综合保护器通过电阻R13、双向可控硅SCR2实现定期漏电保护功能的试验，单片机U2定期向双向可控硅SCR2发出触发信号使其导通，产生一个漏电电流。单片机U2通过零序互感器LH、漏电信号放大电路来检测是否有漏电电流产生。单片机U2检测到有漏电电流信号产生，说明综合保护器的漏电保护功能正常，单片机U2检测到的漏电电流信号不符合要求，说明综合保护器的漏电保护功能异常，单片机U2发出警报，实现了定期漏电保护功能的试验。通过标准信号产生电路和互感器L实现对零序互感器LH和漏电信号放大电路的自诊断，并可以在电路参数发生漂移时，实现对漏电信号放大电路的放大倍数、相位的校准。

在本实施例中，空气断路器是由DZ25断路器或其他空气断路器组成，具有过载、短路、缺相、过压、漏电、延时等保护功能，其主要部分由断路器壳体、触头灭弧系统、过载短路保护系统组成。分合闸操作机构由手动分闸操作机构、电动分合闸操作机构、分闸指示机构部分组成。电动分合闸操作机构主要由永磁直流电机M1、曲柄连杆机构组成。

参见图2，在变压器B1、二极管D2及集成稳压管T1等元件构成的电源单元电路中，二极管D1、D2整流出电压直接给继电器J1和永磁直流电机M1供电。变压器B1输出端接二极管D1和二极管D2的阳极，集成稳压管T1的1脚接二极管D1和二极管D2的阴极、电容C1、电容C2正端，集成稳压管T1的3脚接电容C3正端和电容C4，构成所述的的电源单元电路。

参见图2，继电器J1线圈一端接永磁直流电机M1、另一端接三极管T2集电极，三极管T2基极接电阻R14，构成所述的电动分合闸控制电路。单片机U2通过对三极管T2的控制，实现对继电器J1和永磁直流电机M1的控制，从而完成对继电器J1的合、分闸操作。

参见图2，零序互感器LH有两个副边，一个副边接按钮SW1～SW4及电阻R9～R12，构成所述的漏电模拟发生电路。当按钮SW1按下，液晶显示器LED1显示“A”，当按钮SW2按下，液晶显示器LED1显示“B”，当按钮SW3按下，液晶器LED1显示“C”，当按钮SW4按下，液晶显示器LED1显示“E”或数字(显示“E”表示超过量程，显示数字表示漏电电流)。

参见图2，零序互感器LH的另一个副边将检测出的漏电信号送入由电阻R15～R21、电容C5～C7及运算发大器U1D构成的漏电信号放大电路，实现对漏电信号的放大，然后送入单片机U2，由单片机U2实现对漏电信号的处理。运算发大器U1D负端接电阻R19和电阻R20、正端接电阻R17和电阻R18、输出端接电阻R20另一端和电阻R21，电阻R19另一端接电容C7，电容C7另一端接电容C6和电阻R16，电阻R16另一端接电容C5和电阻R15，构成所述的漏电信号放大电路。

参见图2，运算放大器U1A～U1C的正端接电阻R7和电阻R8，运算放大器U1A负端接二极管D3阴极，二极管D3阳极接电阻R1和电阻R2，运算放大器U1B负端接二极管D6阴极，二极管D6阳极接电阻R3和电阻R4，运算放大器U1C负端接二极管D7阴极，二极管D7阳极接电阻R5和电阻R6，运算放大器U1A输出端接二极管D4，运算放大器U1B输出端接二极管D5，运算放大器U1C输出端接二极管D8，构成所述的电压检测电路。当三相电压有一相(或两相、或三相)电压低于设定值时，运算放大器U1A或U1B或U1 C输出高电平，触发双向可控硅SCR1，脱扣线圈J3得电，脱扣线圈J3动作使空气断路器分断。同时单片机U2可以根据检测的漏电信号，也可以直接触发双向可控硅SCR1，使空气断路器分断。

参见图2，电阻R22～R28并联后接液晶显示器LED1，三极管T3～T5发射极接液晶显示器LED1，构成所述的漏电电流显示电路。漏电电流显示电路由单片机U2直接驱动，单片机U2根据漏电电流、欠压等情况进行输出显示。

与同类产品相比，具有以下优点：

1、脱扣线圈J3的自诊断。漏电保护的脱扣线圈J3是漏电保护的执行机构。实际使用中，脱扣线圈J3经常烧毁，而其一旦烧毁，就会造成漏电保护的失效，当发生设备漏电或有人触电时，就无法提供保护，其危害非常大。由于脱扣线圈J3封闭在综合保护器内，人们无法判断脱扣线圈J3是否损坏，因此脱扣线圈J3烧毁后，不能及时被发现，造成漏电保护失效。通过自诊断电路对脱扣线圈J3进行故障诊断，一旦发现脱扣线圈J3烧毁，就进行报警，提醒人们采取措施，大大提高了漏电保护的可靠性。

2、零序互感器LH的自诊断。零序互感器LH是综合保护的检测漏电的传感器，零序互感器LH和漏电放大电路的连接容易发生问题，时有断线故障发生，一旦发生断线，就无法进行漏电信号的检测，发生漏电保护失效。通过自诊断电路对零序互感器LH进行故障诊断，一旦发现零序互感器LH断线，就进行报警，提醒人们采取促使，大大提高了漏电保护的可靠性。

3、漏电信号放大电路的自诊断。通过漏电信号放太电路经微弱的漏电信号进行放大，输入到单片机U2。该电路一旦发生故障，单片机U2就无法正确进行故障判断。通过对漏电信号放大电路的诊断，可以在漏电信号放大电路发生故障时，进行报警。

4、自动定期漏电功能试验。根据综合保护器的使用要求，需定期检查其保护功能。对一般使用者来说，这非常不方便，在很多情况下，他们不去进行定期检查漏电保护功能，同时，由于在定期检查时，必然要造成供电的中断，给用户造成不便。采用单片机U2自动完成定期漏电保护功能，并且在实验中，不中断供电，保障了供电的连续性，而又自动完成了定期检查漏电保护功能的任务。

5、漏电保护特性的自校准。漏电放大电路和零序互感器LH受环境的影响，其参数容易发生变化，改变漏电保护动作特性。该综合保护器可以对漏电保护参数的变化进行校准，使保护特性稳定。漏电保护特性自校准包括了三方面：一是漏电信号零点的自校准，二是电路放大倍数的自校准；三是漏电放大电路相位的自校准。通过标准信号发生电路，对这三部分的校准，单片机U2进行修正，保障了漏电保护动作特性的稳定性。

Claims (7)

1、一种具有自诊断功能的智能鉴相鉴幅漏电综合保护器，它包括空气断路器、分合闸操作机构、零序互感器(LH)、单片机(U2)、漏电模拟发生电路、电压检测电路、电源单元电路、漏电信号放大电路、漏电电流显示电路、电动分合闸控制电路，其特征在于：它还具有标准信号发生电路和自诊断电路，所述的标准信号发生电路连接漏电信号放大电路输入端；电阻(R32)接互感器(L)，标准电阻(R33)接双向可控硅(SCR3)，双向可控硅(SCR3)控制极通过电阻(R34)接单片机(U2)的6脚，电阻(R32)和标准电阻(R33)串接中点接单片机(U2)的3脚，构成所述的标准信号发生电路；电阻(R13)接双向可控硅(SCR2)，双向可控硅(SCR2)通过零序互感器(LH)接漏电信号放大电路，双向可控硅(SCR2)控制极通过电阻(R31)接单片机(U2)的13脚，双向可控硅(SCR1)接电阻(R29)、脱扣线圈(J3)，双向可控硅(SCR1)另一端接电阻(R30)、零线(N)，双向可控硅(SCR1)控制极接电阻(R22)和电阻(R23)，电阻(R29)和电阻(R30)串接中点接单片机(U2)的18脚，电阻(R23)另一端接单片机(U2)的11脚，构成所述的自诊断电路。

2、根据权利要求1所述的一种具有自诊断功能的智能鉴相鉴幅漏电综合保护器，其特征在于：变压器(B1)输出端接二极管(D1)和二极管(D2)的阳极，集成稳压管(T1)的1脚接二极管(D1)和二极管(D2)的阴极、电容(C1)、电容(C2)正端，集成稳压管(T1)的3脚接电容(C3)正端和电容(C4)，构成所述的的电源单元电路。

3、根据权利要求1所述的一种具有自诊断功能的智能鉴相鉴幅漏电综合保护器，其特征在于：继电器(J1)线圈一端接永磁直流电机(M1)、另一端接三极管(T2)集电极，三极管(T2)基极接电阻(R14)，构成所述的电动分合闸控制电路。

4、根据权利要求1所述的一种具有自诊断功能的智能鉴相鉴幅漏电综合保护器，其特征在于：零序互感器(LH)有两个副边，一个副边接按钮(SW1～SW4)及电阻(R9～R12)，构成所述的漏电模拟发生电路。

5、根据权利要求1所述的一种具有自诊断功能的智能鉴相鉴幅漏电综合保护器，其特征在于：运算发大器(U1D)负端接电阻(R19)和电阻(R20)、正端接电阻(R17)和电阻(R18)、输出端接电阻(R20)另一端和电阻(R21)，电阻(R19)另一端接电容(C7)，电容(C7)另一端接电容(C6)和电阻(R16)，电阻(R16)另一端接电容(C5)和电阻(R15)，构成所述的漏电信号放大电路。

6、根据权利要求1所述的一种具有自诊断功能的智能鉴相鉴幅漏电综合保护器，其特征在于：运算放大器(U1A～U1C)的正端接电阻(R7)和电阻(R8)，运算放大器(U1A)负端接二极管(D3)阴极，二极管(D3)阳极接电阻(R1)和电阻(R2)，运算放大器(U1B)负端接二极管(D6)阴极，二极管(D6)阳极接电阻(R3)和电阻(R4)，运算放大器(U1C)负端接二极管(D7)阴极，二极管(D7)阳极接电阻(R5)和电阻(R6)，运算放大器(U1A)输出端接二极管(D4)，运算放大器(U1B)输出端接二极管(D5)，运算放大器(U1C)输出端接二极管(D8)，构成所述的电压检测电路。

7、根据权利要求1所述的一种具有自诊断功能的智能鉴相鉴幅漏电综合保护器，其特征在于：电阻(R22～R28)并联后接液晶显示器(LED1)，三极管(T3～T5)发射极接液晶显示器(LED1)，构成所述的漏电电流显示电路。

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