CN201489045U - 一种带控制器的漏电流检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及自动化监测装置，尤其涉及微控制器的漏电流检测装置。本实用新型的带控制器的漏电流检测装置，用于检查识别电气设备中的剩余电流和正常泄漏电流，并进行相应控制处理，包括：控制芯片，其连接于第一运算放大电路、第二运算放大电路及断路和短路检测电路、LCD显示电路、LED控制电路、语音驱动放大电路、RS232串口驱动电路；零序电流互感器和电流互感器，连接于所述的模拟开关电路及断路和短路检测电路。本实用新型采用如上的技术方案可以检测识别出电气线路和电气设备存在着正常的泄漏电流与相线对地产生的剩余电流之区别，并通过单片机程序控制实现自动判断和发出预警信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动化监测装置，尤其涉及微控制器的漏电流检测装置，能够智能识别电气设备中的剩余电流和正常泄漏电流，并实现自动报警控制处理。
背景技术
漏电是指导线绝缘或其支架材料的绝缘能力不佳，以致导线与导线、导线与大地间，有微量的电流通过，称为漏电。所谓走电、跑电就是一种严重的漏电现象。漏电火灾，是在电器系统发生漏电故障的情况下，漏电的电流从漏电点起到接地点流入大地途中，在电阻较高的部位发生热作用引燃周围可燃物而造成的火灾。漏电一般发生在线路、用电设备及开关设备等处，实际中线路的机会比较多，并且也容易造成火灾。线路漏电又可分为相间漏电和对地漏电两种，一般漏电指后一种。我国的低压供电方式是三相四线制，即变压器二次线圈按星形接法接线，中性点工作接地，配出线为三根相线，一根零线，这样，每根相线对地都有220V的电压，不管线路离开变压器多远，只要它发生接地故障，并且变压器二次保险没有熔断，电流就会由变压器的输出端子，经过线路、漏电点、大地、变压器的接地线，回到变压器的中性点。为了预防电气火灾的发生，必须在线实时监测220V/380V供电线路是否存在着剩余电流，但电气线路和电气设备存在着正常的泄漏电流与相线对地产生的剩余电流之分别，现有的剩余电流报警装置是监测供电线路或电气设备产生的剩余电流，而非剩余电流。另外，从发生接地电弧到引起火灾以至火势蔓延，需要一段时间，但是已有的装置会自动切断电源，且现有的剩余电流报警装置报警的声音只有单调蜂鸣器的“嘀嘀”声或发光二极管的发光指示，对各种情况指示不明确。
实用新型内容
针对上述的不足，本实用新型提出一种技术方案，可以检测识别出电气线路和电气设备存在着正常的泄漏电流与相线对地产生的剩余电流之区别，并通过单片机程序控制实现自动判断和发出预警信号。
本实用新型的技术方案是：
本实用新型的带控制器的漏电流检测装置，用于检查识别电气设备中的剩余电流和正常泄漏电流，并进行相应控制处理，包括：
控制芯片(1)，其输入连接于第一运算放大电路(6)、第二运算放大电路(7)及断路和短路检测电路(9)，其输出连接于LCD显示电路(2)、LED控制电路(4)、语音驱动放大电路(5)，其输入输出连接于RS232串口驱动电路(3)；
LCD显示电路(2)，其输入连接于所述的控制芯片(1)；
RS232串口驱动电路(3)，其输入输出连接于所述的控制芯片(1)；
LED控制电路(4)，其输入连接于所述的控制芯片(1)；
语音驱动放大电路(5)，其输入连接于所述的控制芯片(1)；
第一运算放大电路(6)，其输入连接于模拟开关电路(8)，其输出连接于所述的控制芯片(1)；
第二运算放大电路(7)，其输入连接于模拟开关电路(8)，其输出连接于所述的控制芯片(1)；
模拟开关电路(8)，其输入连接于零序电流互感器(10)、电流互感器(11)，其输出连接于所述的第一运算放大电路(6)、第二运算放大电路(7)；
断路和短路检测电路(9)，其输入连接于零序电流互感器(10)、电流互感器(11)，其输出连接于所述的控制芯片(1)；
零序电流互感器(10)，其输出连接于所述的模拟开关电路(8)及断路和短路检测电路(9)；
电流互感器(11)，其输出连接于所述的模拟开关电路(8)及断路和短路检测电路(9)。
进一步的，所述的零序电流互感器(10)和电流互感器(11)的初级线圈内分别穿有三相火线与零线，所述的零序电流互感器(10)和电流互感器(11)的次级线圈连接所述的模拟开关电路(8)的输入端，所述的模拟开关电路(8)的输出端连接所述的第一运算放大电路(6)的输入端，所述的第一运算放大电路(6)的输出端连接所述的控制芯片(1)的对应输入端，所述的第二运算放大电路(7)的输入端连接所述的模拟开关电路(8)的另一输出端，所述的第二运算放大电路(7)的输出端连接所述的控制芯片(1)的对应输入端。
进一步的，所述的所述的零序电流互感器(10)和电流互感器(11)初级线圈内分别穿有三相火线与零线，所述的零序电流互感器(10)和电流互感器(11)的次级线圈连接所述的的断路和短路检测电路(9)，其输出端连接所述的控制芯片(1)的对应输入端。
进一步的，所述的RS232串口驱动电路(3)的A、B线均是通过一光电耦合管连接半导体开关管的信号隔离电路，地线接地。
进一步的，所述的语音驱动放大电路(5)是控制芯片(1)的对应输入端通过电阻(R20、R21)和电容(C20、C40、C41、C42、C43)及音频放大器(U8)组成驱动电路来驱动扬声器。
进一步的，所述的控制芯片(1)的工作电流是由直流稳压芯片(U3)和并接其输入端和输出端的高、低频滤波电容(C2、C17和C3、C18)的电源电路提供。
本实用新型采用如上的技术方案可以检测识别出电气线路和电气设备存在着正常的泄漏电流与相线对地产生的剩余电流之区别，并通过单片机程序控制实现自动判断和发出预警信号。且自动分析故障线路是否存在剩余电流或正常泄漏电流，反复检测逻辑推理与内部数据库表进行比较判断，推动扬声器只发出报警，但不切断电源，提前预警作用，实现手动或自动断电，可以避免电源开关跳闸引起整个建筑物的停电，既保证了用电安全又保证了供电的不间断性。以及有效地避免电气火灾的发生。
附图说明
图1是本实用新型的电路原理框图；
图2是本实用新型的一部分具体的电路原理图；
图3是本实用新型的另一部分具体的电路原理图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
参阅图1所示，实用新型的带控制器的漏电流检测装置，用于检查识别电气设备中的剩余电流和正常泄漏电流，并进行相应控制处理，包括：
控制芯片1，其输入连接于第一运算放大电路6、第二运算放大电路7及断路和短路检测电路9，其输出连接于LCD显示电路2、LED控制电路4、语音驱动放大电路5，其输入输出连接于RS232串口驱动电路3；
LCD显示电路2，其输入连接于所述的控制芯片1；
RS232串口驱动电路3，其输入输出连接于所述的控制芯片1；
LED控制电路4，其输入连接于所述的控制芯片1；
语音驱动放大电路5，其输入连接于所述的控制芯片1；
第一运算放大电路6，其输入连接于模拟开关电路8，其输出连接于所述的控制芯片1；
第二运算放大电路7，其输入连接于模拟开关电路8，其输出连接于所述的控制芯片1；
模拟开关电路8，其输入连接于零序电流互感器10、电流互感器11，其输出连接于所述的第一运算放大电路6、第二运算放大电路7；
断路和短路检测电路9，其输入连接于零序电流互感器10、电流互感器11，其输出连接于所述的控制芯片1；
零序电流互感器10，其输出连接于所述的模拟开关电路8及断路和短路检测电路9；
电流互感器11，其输出连接于所述的模拟开关电路8及断路和短路检测电路9。
参阅图2和图3所示，所述的零序电流互感器10和电流互感器11的初级线圈内分别穿有三相火线与零线，所述的零序电流互感器10和电流互感器11的次级线圈连接所述的模拟开关电路8的输入端，所述的模拟开关电路8的输出端连接所述的第一运算放大电路6的输入端，所述的第一运算放大电路6的输出端连接所述的控制芯片1的对应输入端，所述的第二运算放大电路7的输入端连接所述的模拟开关电路8的另一输出端，所述的第二运算放大电路7的输出端连接所述的控制芯片1的对应输入端。所述的所述的零序电流互感器10和电流互感器11初级线圈内分别穿有三相火线与零线，所述的零序电流互感器10和电流互感器11的次级线圈连接所述的的断路和短路检测电路9，其输出端连接所述的控制芯片1的对应输入端。所述的RS232串口驱动电路3的A、B线均是通过一光电耦合管连接半导体开关管的信号隔离电路，地线接地。所述的语音驱动放大电路5是控制芯片1的对应输入端通过电阻R20、R21和电容C20、C40、C41、C42、C43及音频放大器U8组成驱动电路来驱动扬声器。所述的控制芯片1的工作电流是由直流稳压芯片U3和并接其输入端和输出端的高、低频滤波电容C2、C17和C3、C18的电源电路提供。
本实用新型的电路工作原理是：
1.剩余电流检测电路部分：
当三相火线与零线穿过LN时，在正常情况时，电流大小相等，方向相反，矢量和为零。当出现相线接地打火时，电流大小不再相等，方向相同，矢量和不再等于零。LN零序互感器有磁通量产生，LN次级产生微小电压，连接到模拟开关模拟开关电路U9(14)脚，模拟开关模拟开关电路U9(13)脚输出。经可调电阻W1、电阻1R1、电阻1R2、电阻1R3、电容1C2、运放器U17组成电压放大电路，调整可调电阻W1可改变运放器U17的放大倍数，运放器U17(7)脚输出经放大后的交流电压，经二极管1D3整流成直流电压，电阻1R5分压、旁路电容1C3滤波、经稳压二级管ZW5稳压，防止因感应电压经放大后超过5V，而导致烧坏单片机，由二极管1D3整流后输入到微控制器U1第(46)脚，微控制器U1集成了2KB RAM、32KB Flash、ADC、DAC、并行I/O等功能，由微控制器U1内部设置剩余电流和正常泄漏电流数据库分别对进行逻辑推理运算，全部由软件程序根据内部数据库表直接控制，当达到设置值时，微控制器U1同时分三路输出，第一路由微控制器U1第(21)脚输出，经音频运放器U8进行音频放大推动SP发生语音报警信号。
第二路由微控制器U1第(39)脚输出，经电阻1R19、电阻1R20使开关管T4导通，继电器J2吸合，作一组常开、常闭点输出。
第三路由微控制器U1(65)、(66)、(67)、(80)串行输出加到LCD驱动器(3)、(4)、(5)、(6)推动显示当前剩余电流值，同时微控制器U1(78)脚输出加到移位寄存器U7并行输入，串行输出，驱动发光二极管LED1发光。
LN零序互感器次级另一路经电阻1R7限流，可调电阻W2对地分压。此电压信号经电容1C4、电阻1R8、电阻1R10、电阻1R11、运放器U17组成电压放大电路，由运放器U17脚(1)脚输出，经二极管1D6整流成直流电压，电阻1R12分压、旁路电容1C6滤波、调整可调电阻W2可改变运放器U17的放大倍数，因为LN输出非线性电压信号，因此分成两级不同放大，解决不同等级的剩余电流造成的误差，使微控制器U1更好的区分剩余电流与正常泄漏电流之差别提供精确的数据。微控制器U1同时分三路输出，第一路由微控制器U1第(21)脚输出，经音频运放器U8进行音频放大推动SP发现语音报警信号。
第二路由微控制器U1第(39)脚输出，经电阻1R19、电阻1R20使开关管T4导通，继电器J2吸合，作一组常开、常闭点输出。
第三路由微控制器U1(65)、(66)、(67)、(80)串行输出加到LCD驱动器(3)、(4)、(5)，(6)推动显示当前剩余电流值，同时微控制器U1(78)脚输出加到移位寄存器U7并行输入，串行输出，驱动D1发光。
2.过电流检测电路部分：
当火线穿过电流互感器L1时，相线有电流通过时，相线电流根据负载用电功率的变化而变化。所以当有电流通过电流互感器L1时，电流互感器L1次级会产生电压信号，此信号经可调电阻W3分压、电容1C7滤波、二极管1D7整流，通过由电容1C8、电容1C9、电阻1R13、电阻1R14、电容1C10组成的∏型滤波积分电路，通过变换电容1C11、电阻1R14的阻值容量可改变充放电时间，采集相应电流大小进行控制，由二极管1D7加到微控制器U1第(44)脚，经微控制器U1内部设置的数据进行比较、延时，达到设定值时，微控制器U1同时分三路输出，第一路由微控制器U1第(21)脚输出，经音频运放器U8进行音频放大推动SP发现语音报警信号。第二路由微控制器U1第(39)脚输出，经电阻1R19、电阻1R20使开关管T4导通，继电器J2吸合，作一组常开、常闭点输出。第三路由微控制器U1(65)、(66)、(67)、(80)串行输出加到LCD驱动器(3)、(4)、(5)，(6)推动显示当前负载电流值同时微控制器U1(78)脚输出加到移位寄存器U7并行输入，串行输出，驱动LED2发光。
电流互感器L2、电流互感器L3检测电路与电流互感器L1相同，这里不再重复。
3.零序互感器、电流互感器断路、短路检测电路部分：
由零序互感器LN、电流互感器L1、L2、L3的次级加到模拟开关电路U12，第(9)、(10)、(11)输出，模拟开关电路U9(9)、(10)、(11)、音频运放器U8(9)、(13)，分别加到模拟开关电路U11组成八进制计数器串行输入，并行(11)、(12)、(14)输出，分别输入到微控制器U1(76)、(77)、(78)脚经内部数据、电压差分比较处理，由电源芯片U3、电容C2、电容C17、电容C3、电容C18组成的可调式稳压电源电路，改变电阻R01、电阻R02、电阻R03、电阻R04、电阻R05的阻值，可改变电源芯片U3的输出电压值，也就是判断零序互感器LN、电流互感器L1、L2、L3的阻抗，当微控制器U1检测到的数据经内部比较达到设定值时，推动微控制器U1第(21)脚输出，经音频运放器U8进行音频放大推动SP发现语音报警信号。
4.语音存储电路部分：
录音时，由MIC采集话音信号经电容C31、电容C32耦合到微控制器U1第(33)脚，经微控制器U1内部语音放大处理、微控制器U1(3)、(4)脚输出，将数据传送到由电容C1、电容C4、电阻R7、电容C3、存储器U2组成的语音存储电路寄存。
5.RS232电平转换实现远程控制电路：
由电阻2R4、开关管T2、光电耦合器U15、电阻2R6、微控制器U1组成的高低电平转换电路、当微控制器U1(46)输出低电平时，经电阻2R4限流使开关管T2导通，时钟芯片U5输出低电平，由电阻2R1、开关管T1、光电耦合器U14组成的高低电平转换电路，两者电路与微控制器U1(46)、(47)形成闭环电流驱动电路，通MI232专用集成电路进行电平转换，由COM口加到PC机，安装专用组态软件，可对两组高低电平转换电路和微控制器U1内部I/O口进行通远程控制，实现“遥调、遥测、遥控、遥讯”等操作、并可通过软件进行记录报警当前状态、打印故障报表等。
本实用新型的非剩余电流式电弧接地保护语音报警装置，采用零序互感器经电路转换，由控制芯片软件程序逻辑控制，能够检测出电气线路或电气设备存在正常的泄漏电流与剩余电流之区别，当相线对接地打火时，并超过设定剩余电流值时，立即通过语音输出电路和LED指示电路发出语音声光报警信号，并通过LCD显示电路显示剩余电流值。从发生接地电弧到引起火灾以至火势蔓延，需要一段时间，由控制芯片自动分析故障线路是否存在剩余电流或正常泄漏电流，反复检测逻辑推理与内部数据库表进行比较判断，推动语音输出电路只发出报警信号，但不切断电源，提前预警作用，实现手动或自动断电，可以避免电源开关跳闸引起整个建筑物的停电，既保证了用电安全又保证了供电的不间断性。以及有效地避免电气火灾的发生。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种带控制器的漏电流检测装置，用于检查识别电气设备中的剩余电流和正常泄漏电流，并进行相应控制处理，其特征在于，包括：
控制芯片(1)，其输入连接于第一运算放大电路(6)、第二运算放大电路(7)及断路和短路检测电路(9)，其输出连接于LCD显示电路(2)、LED控制电路(4)、语音驱动放大电路(5)，其输入输出连接于RS232串口驱动电路(3)；
LCD显示电路(2)，其输入连接于所述的控制芯片(1)；
RS232串口驱动电路(3)，其输入输出连接于所述的控制芯片(1)；
LED控制电路(4)，其输入连接于所述的控制芯片(1)；
语音驱动放大电路(5)，其输入连接于所述的控制芯片(1)；
第一运算放大电路(6)，其输入连接于模拟开关电路(8)，其输出连接于所述的控制芯片(1)；
第二运算放大电路(7)，其输入连接于模拟开关电路(8)，其输出连接于所述的控制芯片(1)；
模拟开关电路(8)，其输入连接于零序电流互感器(10)、电流互感器(11)，其输出连接于所述的第一运算放大电路(6)、第二运算放大电路(7)；
断路和短路检测电路(9)，其输入连接于零序电流互感器(10)、电流互感器(11)，其输出连接于所述的控制芯片(1)；
零序电流互感器(10)，其输出连接于所述的模拟开关电路(8)及断路和短路检测电路(9)；
电流互感器(11)，其输出连接于所述的模拟开关电路(8)及断路和短路检测电路(9)。
2.根据权利要求1所述的带控制器的漏电流检测装置，其特征在于：所述的零序电流互感器(10)和电流互感器(11)的初级线圈内分别穿有三相火线与零线，所述的零序电流互感器(10)和电流互感器(11)的次级线圈连接所述的模拟开关电路(8)的输入端，所述的模拟开关电路(8)的输出端连接所述的第一运算放大电路(6)的输入端，所述的第一运算放大电路(6)的输出端连接所述的控制芯片(1)的对应输入端，所述的第二运算放大电路(7)的输入端连接所述的模拟开关电路(8)的另一输出端，所述的第二运算放大电路(7)的输出端连接所述的控制芯片(1)的对应输入端。
3.根据权利要求1所述的带控制器的漏电流检测装置，其特征在于：所述的所述的零序电流互感器(10)和电流互感器(11)初级线圈内分别穿有三相火线与零线，所述的零序电流互感器(10)和电流互感器(11)的次级线圈连接所述的的断路和短路检测电路(9)，其输出端连接所述的控制芯片(1)的对应输入端。
4.根据权利要求1所述的带控制器的漏电流检测装置，其特征在于：所述的RS232串口驱动电路(3)的A、B线均是通过一光电耦合管连接半导体开关管的信号隔离电路，地线接地。
5.根据权利要求1所述的带控制器的漏电流检测装置，其特征在于：所述的语音驱动放大电路(5)是控制芯片(1)的对应输入端通过电阻(R20、R21)和电容(C20、C40、C41、C42、C43)及音频放大器(U8)组成驱动电路来驱动扬声器。
6.根据权利要求1所述的带控制器的漏电流检测装置，其特征在于：所述的控制芯片(1)的工作电流是由直流稳压芯片(U3)和并接其输入端和输出端的高、低频滤波电容(C2、C17和C3、C18)的电源电路提供。
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2009
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