CN203312764U - 剩余电流动作保护继电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述的剩余电流动作保护继电器，包括剩余电流感应电路、剩余电流信号放大电路、同步检测电路、处理器、继电器执行电路，剩余电流感应电路感应到待测线路中三相线路的剩余电流信号时，剩余电流信号放大电路将该剩余电流信号转换为感应电压信号后进行放大并输出给处理器，同时同步检测电路将电网电源的电压信号转换成方波信号并输出给处理器，处理器将接收到的感应电压信号和方波信号进行比较，确定该剩余电流信号的值和相位，并控制所述继电器执行电路进行相应的处理。上述剩余电流动作保护继电器有效检测出剩余电流发生在哪一相，避免了现有技术中常出现不动作死区的技术问题。

Description

剩余电流动作保护继电器

技术领域

本实用新型涉及一种继电器，具体是一种剩余电流动作保护继电器，属于电力设备保护技术领域。 

背景技术

电能是一种重要的能源，广泛应用于生产与生活。随着人类的发展，人们对电力设备和日常生活电器的依赖性越来越强。随着用电量大幅增加，电器火灾事件剧增，人身触电事故时有发生，给国家和人民生命财产造成巨大损失，用电安全越来越受到重视。为了达到安全供电和安全用电的目的，国家相应部门制定了严格的电气安装规范来保障用电安全。产品制造商开始在低压配电控制设备中安装各种类型的安全保护设备，例如，针对人身触电安全安装的剩余电流动作保护继电器或漏电开关；为保护电器设备安装的浪涌保护继电器、电压保护继电器、电流保护继电器、相序保护继电器等保护装置。 

在低压电网中安装剩余电流动作保护继电器是防止人身触电、电气火灾及电气设备损坏的一种有效的防护措施。世界各国和国际电工委员会通过制订相应的电气安装规程和用电规程，在低压电网中大力推广使用剩余电流动作保护继电器。参见图1所示，其铁芯包绕了一电气回路的全部载流导体，在磁芯内产生的磁通在一瞬间都与这些导体电流的算术和有关；假设在一方向流过的电流为正（I1），则在相反方向流过的电流就为负（I2），在无故障的正常回路中I1 + I2=0，在磁芯内没有磁通，线圈内的电动势为零。接地故障电流Id穿过磁芯流向故障点，但却经大地或经TN系统的保护线返回电源。穿过磁芯的诸导体的电流因此不再平衡，电流差在磁芯内产生了磁通，此电流被称作“剩余”电流，这一原理也被认作“剩余电流”原理。在磁芯内产生的变磁通在绕组内感应出一电动势，这样就有电流I3流过使脱扣器动作的线圈。如果剩余电流大于能使脱扣器动作的电流值，不论是直接动作的还是经电子继电器动作的，断路器就要跳闸。 

剩余电流继电器是检测剩余电流，将剩余电流值与基准值相比较，当剩余电流值超过基准值时，发出一个机械开闭信号使机械开关脱扣或声光报警装置发出报警的电器。 

剩余电流保护继电器根据动作方式分为电磁式剩余电流保护继电器和电子式剩余电流保护继电器，电磁式剩余电流保护继电器是一种无须通过中间环节，而直接用剩余电流互感器所检测的能量去推动电磁结构的脱扣器，使主开关直接动作的触电漏电保护继电器；电子式剩余电流继电器也一直沿用传统的模拟集成电路器件来实现单一的漏电保护功能，二者都属于模拟电路结构型，具有鉴相鉴幅剩余电流动作功能，剩余电流通常都是发生在单相的，但是该现有技术中没有区分三相剩余电流的相位，输出的剩余电流只是三相剩余电流的平均值，而不能准确的检测出剩余电流发生在其中的哪一相，一方面，当大型电动机启动时会产生瞬时突变峰值电流，该现有技术当三相漏电不平衡时，其中某相出现漏电时，执行机构应立即动作，但是其他两相没有漏电，该漏电相很容易被其它二相漏电中和，出现不动作死区。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中常出现不动作死区与误动作的技术问题，从而提供一种剩余电流动作保护继电器。 

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的： 

一种剩余电流动作保护继电器，包括剩余电流感应电路、剩余电流信号放大电路、同步检测电路、处理器、继电器执行电路，其中，

剩余电流感应电路，设置于待测线路上，用于感应待测线路中三相线路的剩余电流信号；

剩余电流信号放大电路，输入端接所述剩余电流感应电路的输出端，将所述剩余电流信号转换为感应电压信号，并对所述感应电压信号进行放大后输出给处理器；

同步检测电路，用于将电网电源的电压信号转换成方波信号并输出给处理器；

处理器，接收所述剩余电流信号放大电路输出的所述感应电压信号和所述同步检测电路输出的所述方波信号，并根据所述剩余电流信号放大电路输出的所述感应电压信号和所述同步检测电路输出的所述方波信号的相位之差来判断剩余电流的相位；并对所述剩余电流信号放大电路输出的所述感应电压信号进行处理，得到所述剩余电流感应电路输出的所述剩余电流信号的值；所述处理器包括第一中断单元、第二中断单元、定时单元和判断单元，其中

第一中断单元，接收所述同步检测电路输出的所述方波信号；

第二中断单元，接收所述剩余电流信号放大电路输出的所述感应电压信号；

定时单元，记录所述第一中断口接收到所述方波信号与所述第二中断口接收到所述感应电压信号的上升沿或者下降沿的时间差，所述感应电压信号滞后于所述方波信号的相位差通过公式φ=2π*tl／Tl得到，Tl为工频周期，由所述电网电源的电压信号整形后的方波启动计时，所述感应电压信号整形后的方波停止计时，所计时间即为tl；  

判断单元，将所述处理器得到的所述剩余电流信号的值与预设额定剩余电流的动作值进行比较，如果所述剩余电流信号的值大于所述预设额定剩余电流的动作值，所述处理器向继电器执行电路输出断开信号；如果所述剩余电流信号的值小于或等于所述预设额定剩余电流的动作值，所述处理器向继电器执行电路输出合闸信号；

继电器执行电路，输入端与所述处理器连接，输出端与动作控制机构连接，用于根据所述处理器输出的合闸/断开信号控制所述动作控制机构的合闸与断开动作。

所述的剩余电流动作保护继电器，还包括用于检测三相电源的电压和相位的电压保护电路。 

所述的剩余电流动作保护继电器，所述同步检测电路包括电容C23，电阻R70、R72～R74，运算放大器U3B;所述电容C23与所述电阻R70并联后，一端接所述剩余电流感应电路，另一端通过所述电阻R72接所述运算放大器U3B的正极输入端，所述运算放大器U3B的负极输入端通过所述电阻R73接地，所述运算放大器U3B的输出端通过电阻R74与A/D转换器连接。 

所述的剩余电流动作保护继电器，所述同步检测电路还包括第一保护电路，所述第一保护电路为二极管D30、D31，所述二极管D30、D31对接并联后，所述二极管D30的负极、所述二极管D31的正极的公共端接所述运算放大器U3B的正极输入端，所述二极管D30的正极、所述二极管D31的负极的公共端接地。 

所述的剩余电流动作保护继电器，所述剩余电流感应电路包括零序互感器。 

所述的剩余电流动作保护继电器，剩余电流信号放大电路包括电阻R0、R56～R65，电容C10～C12，二极管D28、D29，运算放大器U3A; 所述电阻R0的一端、所述电容C10的一端、所述二极管D28的负极、所述二极管D29的正极并联后接地，所述电阻R0的另一端、所述电容C10的另一端、所述二极管D28的正极、所述二极管D29的负极、所述电阻R56的一端、所述电阻R57的一端并联后同时接所述剩余电流感应电路的输出端；所述电阻R56的另一端接地；所述电阻R57的另一端、所述电容C12的一端并联后接所述电容C11的一端，所述电容C12的另一端接地；所述电容C11的另一端接所述电阻R58，所述电阻R58的另一端、所述电阻R59的一端并联后接所述运算放大器U3A的2端，所述电阻R59的另一端依次串接R60、R61后同时接所述运算放大器U3A的负极输入端，所述电阻R59的另一端依次串接R60、R61后同时接所述运算放大器U3A的输出端、所述电阻R65的一端，所述电阻R65的另一端接所述处理器；所述电阻R62的一端接地，另一端接所述电阻R63的一端，所述电阻R63的另一端与所述电阻R64的一端并联后共同接所述运算放大器U3A的正极输入端，所述电阻R64的另一端接地。 

所述的剩余电流动作保护继电器，所述继电器执行电路包括二极管D12、D16、电容C13，电阻R34～R36，三极管Q1；所述二极管D12正极接所述处理器输出的合闸/断开信号，所述二极管D12负极通过所述电阻R34接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极接所述电阻R36的一端，所述电阻R36的另一端接所述二极管D16的正极，所述二极管D16的负极与所述三极管Q1的集电极分别接动作控制机构的两端；所述电容C13与所述电阻R35并联后一端共同接所述三极管Q1的基极，另一端与所述三极管Q1的发射极连接后共同接地。 

所述的剩余电流动作保护继电器，所述电压保护电路包括二极管D1～D10、D20、D21，运算放大器U1A、U1B、U1C、U2A、U2B、U2C、U2D，极性电容C1～C4，选择开关JP1A、JP1B、电阻R7～R18、R22、R23，发光二极管LED4、LED5；所述电阻R8与所述电阻R9并联后一端接地，另一端通过所述电阻R7接电源VCC，所述电阻R7、R8、R9的公共端分别与所述运算放大器U2A的负极输入端、U2B的负极输入端、U2C的负极输入端连接；所述电阻R13与所述电阻R14并联后一端接地，另一端通过所述电阻R15接电源VCC，所述电阻R13、R14、R15的公共端分别与所述运算放大器U1A的正极输入端、U1B的正极输入端、U1C的正极输入端连接；电网中三相电源的A端与所述二极管D1的正极连接，所述二极管D1的负极分别与所述运算放大器U2A的正极输入端、U1A的负极输入端、所述电阻R12的一端、所述极性电容C3的正极，所述电阻R12的另一端、所述极性电容C3的负极并联后接地；三相电源的B端与所述二极管D2的正极连接，所述二极管D2的负极分别与所述运算放大器U2B的正极输入端、U1B的负极输入端、所述电阻R11的一端、所述极性电容C2的正极连接，所述电阻R11的另一端、所述极性电容C2的负极并联后接地；三相电源的C端与所述二极管D3的正极连接，所述二极管D3的负极分别与所述运算放大器U2C的正极输入端、U1C的负极输入端、所述电阻R10的一端、所述极性电容C1的正极连接，所述电阻R10的另一端、所述极性电容C1的负极并联后接地；所述运算放大器U2A的输出端接所述二极管D7的正极，所述运算放大器U2B的输出端接所述二极管D8的正极，所述运算放大器U2C的输出端接所述二极管D9的正极，所述二极管D7、D8、D9三者的负极并联后接所述二极管D21的正极，所述二极管D21的负极接所述选择开关JP1B的一端，所述选择开关JP1B的另一端、所述二极管D10的负极与所述电阻R17的一端连接；所述运算放大器U1A的输出端接所述二极管D4的正极，所述运算放大器U1B的输出端接所述二极管D5的正极，所述运算放大器U1C的输出端接所述二极管D6的正极，所述二极管D4、D5、D6三者的负极并联后接所述二极管D20的正极，所述二极管D20的负极接所述选择开关JP1A的一端，所述选择开关JP1A的另一端与所述电阻R16的一端连接，所述电阻R16的另一端、所述二极管D10的正极、所述极性电容C4的正极并联后接所述运算放大器U2D的正极输入端；所述电阻R17、所述极性电容C4的负极并联后接地；所述运算放大器U2D的输出端通过所述电阻R18接所述处理器的RC6端；所述二极管D6的负极接所述发光二极管LED4的正极、所述发光二极管LED4的负极通过所述电阻R23接地；所述二极管D9的负极接所述发光二极管LED5的正极、所述发光二极管LED5的负极通过所述电阻R22接地。 

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点： 

（1）本实用新型所述的剩余电流动作保护继电器，包括剩余电流感应电路、剩余电流信号放大电路、同步检测电路、处理器、继电器执行电路，当剩余电流感应电路感应到待测线路中三相线路的剩余电流信号时，剩余电流信号放大电路将该剩余电流信号转换为感应电压信号，并对所述感应电压信号进行放大后输出给处理器，同时同步检测电路将电网电源的电压信号转换成方波信号并输出给处理器，处理器将接收到的感应电压信号和方波信号进行比较，确定该剩余电流信号的值和相位，如果所述剩余电流信号的值大于所述预设额定剩余电流的动作值，所述处理器向继电器执行电路输出断开信号；如果所述剩余电流信号的值小于或等于所述预设额定剩余电流的动作值，所述处理器向继电器执行电路输出合闸信号，所述继电器执行电路根据所述处理器输出的断开/合闸信号控制动作执行机构的断开与合闸动作。上述剩余电流动作保护继电器有效检测出剩余电流发生在哪一相，避免了现有技术中常出现不动作死区的技术问题。

（2）本实用新型所述的剩余电流动作保护继电器，还包括电压保护电路，对三相电压进行采样、比较、延时，当三相电压出现过压、欠压、缺相、断相时，处理器向继电器执行电路输出断开信号，控制所述动作控制机构断开，有效保护电气设备不受损坏。 

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中， 

图1是产生剩余电流的原理示意图；

 图2是本实用新型所述剩余电流动作保护继电器一个实施例的结构示意图；

图3是图2所述实施例剩余电流感应电路的电路原理图；

图4是图2所述实施例剩余电流信号放大电路的电路原理图；

图5是图2所述实施例同步检测电路的电路原理图；

图6是图2所述实施例继电器执行电路的电路原理图；

图7是本实用新型所述剩余电流动作保护继电器另一个实施例的结构示意图；

图8是图7所述实施例电压保护电路的电路原理图。

图中附图标记表示为：1-剩余电流感应电路，2-剩余电流信号放大电路，3-同步检测电路，4-处理器，41-第一中断单元，42-第二中断单元，43-定时单元，44-判断单元，5-继电器执行电路，6-电压保护电路。 

具体实施方式

实施例1：

本实用新型所述的剩余电流动作保护继电器的结构如图2所示，其包括剩余电流感应电路1、剩余电流信号放大电路2、同步检测电路3、处理器4、继电器执行电路5。本实施例中，所述处理器为Microchip公司的PIC单片机，具体型号为PIC16C72A。

剩余电流感应电路1设置于待测线路上，用于感应待测线路中三相线路的剩余电流信号。本实施例中，剩余电流感应电路1包括零序互感器。参见图3所示，零序互感器串接于配变变压器的低压侧中性线和低压侧A、B、C、N线之间，其输出端连接于交流接触器的线包上。 

剩余电流信号放大电路2，输入端接所述剩余电流感应电路1的输出端，将所述剩余电流信号转换为感应电压信号，并对所述感应电压信号进行放大后输出给处理器4。本实施例中，参见图4所示，所述剩余电流信号放大电路2包括电阻R0、R56～R65，电容C10～C12，二极管D28、D29，运算放大器U3A; 所述电阻R0的一端、所述电容C10的一端、所述二极管D28的负极、所述二极管D29的正极并联后接地，所述电阻R0的另一端、所述电容C10的另一端、所述二极管D28的正极、所述二极管D29的负极、所述电阻R56的一端、所述电阻R57的一端并联后同时接所述剩余电流感应电路的输出端；所述电阻R56的另一端接地；所述电阻R57的另一端、所述电容C12的一端并联后接所述电容C11的一端，所述电容C12的另一端接地；所述电容C11的另一端接所述电阻R58，所述电阻R58的另一端、所述电阻R59的一端并联后接所述运算放大器U3A的负极输入端，所述电阻R59的另一端依次串接R60、R61后同时接所述运算放大器U3A的输出端、所述电阻R65的一端，所述电阻R65的另一端接所述处理器；所述电阻R62的一端接地，另一端接所述电阻R63的一端，所述电阻R63的另一端与所述电阻R64的一端并联后共同接所述运算放大器U3A的正极输入端，所述电阻R64的另一端接地。 

LH为零序互感器，剩余电流接入R56，将剩余电流信号变换成感应电压信号，同时为防止大电流的冲击，在所述剩余电流信号放大电路2输入端增加两个二极管D28、D29进行电压钳拉，C10为补偿电容，R57与C12组成高频滤波，消除高频干扰信号；R58～R64与U3A组成放大电路，通过R65进入单片机控制单元进行A/D转换，将模拟信号转换成数字信号。

作为其他实施方式，所述剩余电流信号放大电路2也可以接A/D转换器，将模拟信号转换成数字信号，然后将该数字信号发送给处理器4。 

同步检测电路3，用于将电网电源的电压信号转换成方波信号并输出给处理器4。本实施例中，参见图5所示，所述同步检测电路3包括电容C23，电阻R70、R72～R74，运算放大器U3B;所述电容C23与所述电阻R70并联后，一端接所述剩余电流感应电路，另一端通过所述电阻R72接所述运算放大器U3B的正极输入端，所述运算放大器U3B的负极输入端通过所述电阻R73接地，所述运算放大器U3B的输出端通过电阻R74与A/D转换器连接。 

作为其他实施方式，所述同步检测电路3还包括第一保护电路，所述第一保护电路为二极管D30、D31，所述二极管D30、D31对接并联后，所述二极管D30的负极、所述二极管D31的正极的公共端接所述运算放大器U3B的正极输入端，所述二极管D30的正极、所述二极管D31的负极的公共端接地。 

处理器4，接收所述剩余电流信号放大电路2输出的所述感应电压信号和所述同步检测电路3输出的所述方波信号，并根据所述剩余电流信号放大电路2输出的所述感应电压信号和所述同步检测电路3输出的所述方波信号的相位之差来判断剩余电流的相位；并对所述剩余电流信号放大电路2输出的所述感应电压信号进行处理，得到所述剩余电流感应电路2输出的所述剩余电流信号的值；所述处理器4包括第一中断单元41、第二中断单元42、定时单元43和判断单元44。 

第一中断单元41，接收所述同步检测电路3输出的所述方波信号；第二中断单元42，接收所述剩余电流信号放大电路2输出的所述感应电压信号；定时单元43，记录所述第一中断口41接收到所述方波信号与所述第二中断口42接收到所述感应电压信号的上升沿或者下降沿的时间差，所述感应电压信号滞后于所述方波信号的相位差通过公式φ=2π·tl／Tl得到，Tl为工频周期，由所述电网电源的电压信号整形后的方波启动计时，所述感应电压信号整形后的方波停止计时，所计时间即为tl；判断单元44，将所述处理器4得到的所述剩余电流信号的值与预设额定剩余电流的动作值进行比较，如果所述剩余电流信号的值大于所述预设额定剩余电流的动作值，所述处理器4向所述继电器执行电路5输出断开信号；如果所述剩余电流信号的值小于或等于所述预设额定剩余电流的动作值，所述处理器4向所述继电器执行电路5输出合闸信号。 

继电器执行电路5，输入端与所述处理器4连接，输出端与动作控制机构连接，用于根据所述处理器4输出的合闸/断开信号控制所述动作控制机构的合闸与断开动作。动作控制机构可以是继电器，也可以是脱扣器，本实施例中，动作控制机构为继电器，参见图6所示，所述继电器执行电路5包括二极管D12、D16、电容C13，电阻R34～R36，三极管Q1；所述二极管D12正极接所述处理器4输出的合闸/断开信号，所述二极管D12负极通过所述电阻R34接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极接所述电阻R36的一端，所述电阻R36的另一端接所述二极管D16的正极，所述二极管D16的负极与所述三极管Q1的集电极分别接继电器K1的两端；所述电容C13与所述电阻R35并联后一端共同接所述三极管Q1的基极，另一端与所述三极管Q1的发射极连接后共同接地。 

当电网电路正常时，单片机输出合闸信号经所述二极管D12、所述电阻R34、所述三极管Q1Q1推动所述继电器K1吸合，经剩余电流动作继电器5、6、7接线端子输出，推动交流接触器断开，达到保护的目的。 

该剩余电流动作保护继电器也可以与其他继电器集成，例如，与相序保护继电器、电压保护继电器集成，配合交流接触器，脱扣式断路器组合成的保护装置，能够减小低压开关控制设备的体积，降低成本，提高经济效益。 

实施例2：

在实施例1的基础上，所述处理器4还包括额定剩余电流选择单元，用于选择所述预设额定剩余电流电流的动作值。

进一步地，所述额定剩余电流选择单元还用于选择所述预设额定剩余电流的动作时间。 

当所述判断单元44接收的所述剩余电流的持续时间大于所述额定剩余电流选择单元选择的额定剩余电流的动作时间时，所述处理器4向所述继电器执行电路5输出断开信号；当所述判断单元44接收的所述剩余电流的持续时间小于或等于所述额定剩余电流选择单元选择的额定剩余电流的动作时间时，所述处理器4向所述继电器执行电路5输出断开信号。 

实施例3：

在实施例1、2的基础上，所述剩余电流动作保护继电器还包括与所述处理器4连接的额定剩余电流选择模块，用于选择额定剩余电流的动作值。

进一步地，所述额定剩余动作电流选择模块还用于选择额定剩余动作电流的动作时间。 

实施例4：

在实施例1、2、3的基础上，所述剩余电流动作保护继电器还包括与所述处理器4连接显示模块，用于显示电网的剩余电流的数值。

进一步地，所述显示模块还用于显示电网的剩余电流的变化量。 

实施例5：

在实施例1、2、3、4的基础上，所述处理器4还包括漏电保护单元，所述漏电保护单元根据剩余电流变化量法区分所述剩余电流是正常漏电还是故障漏电。

当大型电动机启动时会产生瞬时突变峰值电流，该现有技术会将此瞬时突变峰值电流误认为是剩余电流，进行误动作操作，所述漏电保护单元通过区分所述剩余电流是正常漏电还是故障漏电，避免出现误动作。 

实施例6：

在实施例1、2、3、4的基础上，所述的剩余电流动作保护继电器还包括用于检测三相电源的电压和相位的电压保护电路6，所述电压保护电路6包括二极管D1～D10、D20、D21，运算放大器U1A、U1B、U1C、U2A、U2B、U2C、U2D，极性电容C1～C4，选择开关JP1A、JP1B、电阻R7～R18、R22、R23，发光二极管LED4、LED5；所述电阻R8与所述电阻R9并联后一端接地，另一端通过所述电阻R7接电源VCC，所述电阻R7、R8、R9的公共端分别与所述运算放大器U2A的负极输入端、U2B的负极输入端、U2C的负极输入端连接；所述电阻R13与所述电阻R14并联后一端接地，另一端通过所述电阻R15接电源VCC，所述电阻R13、R14、R15的公共端分别与所述运算放大器U1A的正极输入端、U1B的正极输入端、U1C的正极输入端连接；电网中三相电源的A端与所述二极管D1的正极连接，所述二极管D1的负极分别与所述运算放大器U2A的正极输入端、U1A的负极输入端、所述电阻R12的一端、所述极性电容C3的正极，所述电阻R12的另一端、所述极性电容C3的负极并联后接地；三相电源的B端与所述二极管D2的正极连接，所述二极管D2的负极分别与所述运算放大器U2B的正极输入端、U1B的负极输入端、所述电阻R11的一端、所述极性电容C2的正极连接，所述电阻R11的另一端、所述极性电容C2的负极并联后接地；三相电源的C端与所述二极管D3的正极连接，所述二极管D3的负极分别与所述运算放大器U2C的正极输入端、U1C的负极输入端、所述电阻R10的一端、所述极性电容C1的正极连接，所述电阻R10的另一端、所述极性电容C1的负极并联后接地；所述运算放大器U2A的输出端接所述二极管D7的正极，所述运算放大器U2B的输出端接所述二极管D8的正极，所述运算放大器U2C的输出端接所述二极管D9的正极，所述二极管D7、D8、D9三者的负极并联后接所述二极管D21的正极，所述二极管D21的负极接所述选择开关JP1B的一端，所述选择开关JP1B的另一端、所述二极管D10的负极与所述电阻R17的一端连接；所述运算放大器U1A的输出端接所述二极管D4的正极，所述运算放大器U1B的输出端接所述二极管D5的正极，所述运算放大器U1C的输出端接所述二极管D6的正极，所述二极管D4、D5、D6三者的负极并联后接所述二极管D20的正极，所述二极管D20的负极接所述选择开关JP1A的一端，所述选择开关JP1A的另一端与所述电阻R16的一端连接，所述电阻R16的另一端、所述二极管D10的正极、所述极性电容C4的正极并联后接所述运算放大器U2D的正极输入端；所述电阻R17、所述极性电容C4的负极并联后接地；所述运算放大器U2D的输出端通过所述电阻R18接所述处理器的RC6端；所述二极管D6的负极接所述发光二极管LED4的正极、所述发光二极管LED4的负极通过所述电阻R23接地；所述二极管D9的负极接所述发光二极管LED5的正极、所述发光二极管LED5的负极通过所述电阻R22接地。

电网中三相电源电压经降压直接提供给六个运算放大器，与所述电阻R7、R8和所述电阻R13、R15组成的基准电压进行比较，当三相电压高于正常额定电压的20%或低于20%时，运算放大器有输出，所述发光二极管LED4、LED5进行故障指示，经过所述选择开关JP1A、JP1B进行保护选择，选通后经过延时电路将信号输入到单片机进行处理，达到过压、欠压、缺相等故障保护的目的。 

进一步地，对三相电压进行采样、比较、延时、指示、连接到多功能选择开关上，可进行选择性保护，例如，当三相电压出现过压、欠压、缺相、断相时，可以有只指示不关断电源或者自动断开电源两种选择方式，方便操作人员根据现场环境进行选择，有效保护电气设备不受损坏。 

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。 

Claims (8)

1.一种剩余电流动作保护继电器，其特征在于，包括剩余电流感应电路、剩余电流信号放大电路、同步检测电路、处理器、继电器执行电路，其中，

剩余电流感应电路，设置于待测线路上，用于感应待测线路中三相线路的剩余电流信号；

剩余电流信号放大电路，输入端接所述剩余电流感应电路的输出端，将所述剩余电流信号转换为感应电压信号，并对所述感应电压信号进行放大后输出给处理器；

同步检测电路，用于将电网电源的电压信号转换成方波信号并输出给处理器；

处理器，接收所述剩余电流信号放大电路输出的所述感应电压信号和所述同步检测电路输出的所述方波信号，并根据所述剩余电流信号放大电路输出的所述感应电压信号和所述同步检测电路输出的所述方波信号的相位之差来判断剩余电流的相位；并对所述剩余电流信号放大电路输出的所述感应电压信号进行处理，得到所述剩余电流感应电路输出的所述剩余电流信号的值；所述处理器包括第一中断单元、第二中断单元、定时单元和判断单元，其中

第一中断单元，接收所述同步检测电路输出的所述方波信号；

第二中断单元，接收所述剩余电流信号放大电路输出的所述感应电压信号；

定时单元，记录所述第一中断口接收到所述方波信号与所述第二中断口接收到所述感应电压信号的上升沿或者下降沿的时间差，所述感应电压信号滞后于所述方波信号的相位差通过公式φ=2π*tl／Tl得到，Tl为工频周期，由所述电网电源的电压信号整形后的方波启动计时，所述感应电压信号整形后的方波停止计时，所计时间即为tl；   

判断单元，将所述处理器得到的所述剩余电流信号的值与预设额定剩余电流的动作值进行比较，如果所述剩余电流信号的值大于所述预设额定剩余电流的动作值，所述处理器向继电器执行电路输出断开信号；如果所述剩余电流信号的值小于或等于所述预设额定剩余电流的动作值，所述处理器向继电器执行电路输出合闸信号；

继电器执行电路，输入端与所述处理器连接，输出端与动作控制机构连接，用于根据所述处理器输出的合闸/断开信号控制所述动作控制机构的合闸与断开动作。

2.根据权利要求1所述的剩余电流动作保护继电器，其特征在于，还包括用于检测三相电源的电压和相位的电压保护电路。

3.根据权利要求1或2所述的剩余电流动作保护继电器，其特征在于，所述同步检测电路包括电容C23，电阻R70、R72～R74，运算放大器U3B;所述电容C23与所述电阻R70并联后，一端接所述剩余电流感应电路，另一端通过所述电阻R72接所述运算放大器U3B的正极输入端，所述运算放大器U3B的负极输入端通过所述电阻R73接地，所述运算放大器U3B的输出端通过电阻R74与A/D转换器连接。

4.根据权利要求3所述的剩余电流动作保护继电器，其特征在于，所述同步检测电路还包括第一保护电路，所述第一保护电路为二极管D30、D31，所述二极管D30、D31对接并联后，所述二极管D30的负极、所述二极管D31的正极的公共端接所述运算放大器U3B的正极输入端，所述二极管D30的正极、所述二极管D31的负极的公共端接地。

5.根据权利要求4所述的剩余电流动作保护继电器，其特征在于，所述剩余电流感应电路包括零序互感器。

6.根据权利要求5所述的剩余电流动作保护继电器，其特征在于， 剩余电流信号放大电路包括电阻R0、R56～R65，电容C10～C12，二极管D28、D29，运算放大器U3A; 所述电阻R0的一端、所述电容C10的一端、所述二极管D28的负极、所述二极管D29的正极并联后接地，所述电阻R0的另一端、所述电容C10的另一端、所述二极管D28的正极、所述二极管D29的负极、所述电阻R56的一端、所述电阻R57的一端并联后同时接所述剩余电流感应电路的输出端；所述电阻R56的另一端接地；所述电阻R57的另一端、所述电容C12的一端并联后接所述电容C11的一端，所述电容C12的另一端接地；所述电容C11的另一端接所述电阻R58，所述电阻R58的另一端、所述电阻R59的一端并联后接所述运算放大器U3A的负极输入端，所述电阻R59的另一端依次串接R60、R61后同时接所述运算放大器U3A的输出端、所述电阻R65的一端，所述电阻R65的另一端接所述处理器；所述电阻R62的一端接地，另一端接所述电阻R63的一端，所述电阻R63的另一端与所述电阻R64的一端并联后共同接所述运算放大器U3A的正极输入端，所述电阻R64的另一端接地。

7.根据权利要求6所述的剩余电流动作保护继电器，其特征在于，所述继电器执行电路包括二极管D12、D16、电容C13，电阻R34～R36，三极管Q1；所述二极管D12正极接所述处理器输出的合闸/断开信号，所述二极管D12负极通过所述电阻R34接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极接所述电阻R36的一端，所述电阻R36的另一端接所述二极管D16的正极，所述二极管D16的负极与所述三极管Q1的集电极分别接动作控制机构的两端；所述电容C13与所述电阻R35并联后一端共同接所述三极管Q1的基极，另一端与所述三极管Q1的发射极连接后共同接地。

8.根据权利要求7所述的剩余电流动作保护继电器，其特征在于，所述电压保护电路包括二极管D1～D10、D20、D21，运算放大器U1A、U1B、U1C、U2A、U2B、U2C、U2D，极性电容C1～C4，选择开关JP1A、JP1B、电阻R7～R18、R22、R23，发光二极管LED4、LED5；所述电阻R8与所述电阻R9并联后一端接地，另一端通过所述电阻R7接电源VCC，所述电阻R7、R8、R9的公共端分别与所述运算放大器U2A的负极输入端、U2B的负极输入端、U2C的负极输入端连接；所述电阻R13与所述电阻R14并联后一端接地，另一端通过所述电阻R15接电源VCC，所述电阻R13、R14、R15的公共端分别与所述运算放大器U1A的正极输入端、U1B的正极输入端、U1C的正极输入端连接；电网中三相电源的A端与所述二极管D1的正极连接，所述二极管D1的负极分别与所述运算放大器U2A的正极输入端、U1A的负极输入端、所述电阻R12的一端、所述极性电容C3的正极，所述电阻R12的另一端、所述极性电容C3的负极并联后接地；三相电源的B端与所述二极管D2的正极连接，所述二极管D2的负极分别与所述运算放大器U2B的正极输入端、U1B的负极输入端、所述电阻R11的一端、所述极性电容C2的正极连接，所述电阻R11的另一端、所述极性电容C2的负极并联后接地；三相电源的C端与所述二极管D3的正极连接，所述二极管D3的负极分别与所述运算放大器U2C的正极输入端、U1C的负极输入端、所述电阻R10的一端、所述极性电容C1的正极连接，所述电阻R10的另一端、所述极性电容C1的负极并联后接地；所述运算放大器U2A的输出端接所述二极管D7的正极，所述运算放大器U2B的输出端接所述二极管D8的正极，所述运算放大器U2C的输出端接所述二极管D9的正极，所述二极管D7、D8、D9三者的负极并联后接所述二极管D21的正极，所述二极管D21的负极接所述选择开关JP1B的一端，所述选择开关JP1B的另一端、所述二极管D10的负极与所述电阻R17的一端连接；所述运算放大器U1A的输出端接所述二极管D4的正极，所述运算放大器U1B的输出端接所述二极管D5的正极，所述运算放大器U1C的输出端接所述二极管D6的正极，所述二极管D4、D5、D6三者的负极并联后接所述二极管D20的正极，所述二极管D20的负极接所述选择开关JP1A的一端，所述选择开关JP1A的另一端与所述电阻R16的一端连接，所述电阻R16的另一端、所述二极管D10的正极、所述极性电容C4的正极并联后接所述运算放大器U2D的正极输入端；所述电阻R17、所述极性电容C4的负极并联后接地；所述运算放大器U2D的输出端通过所述电阻R18接所述处理器的RC6端；所述二极管D6的负极接所述发光二极管LED4的正极、所述发光二极管LED4的负极通过所述电阻R23接地；所述二极管D9的负极接所述发光二极管LED5的正极、所述发光二极管LED5的负极通过所述电阻R22接地。

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