CN207301228U - 一种基于智能电表的漏电检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于智能电表的漏电检测电路，解决了外置漏电保护器成本较高的问题，其技术方案要点是，包括火线电流检测单元、零线电流检测单元、分别耦接于火线电流检测单元与零线电流检测单元以将两个信号进行求差以输出差分信号的差分单元、预设有基准值信号且耦接于差分单元以将差分信号与基准值信号相互比较并输出比较信号的比较单元以及响应于比较信号以控制切断电网供电的控制单元；当差分信号大于基准值信号时，控制单元断开电网的供电，本实用新型的基于智能电表的漏电检测电路，直接在智能电表中采用电子保护的方式实现漏电保护的功能，无需在外购一个漏电保护器，降低成本。

Description

一种基于智能电表的漏电检测电路

技术领域

本实用新型涉及智能电表，特别涉及一种基于智能电表的漏电检测电路。

背景技术

漏电是电器外壳和市电火线间由于某种原因连通后和地之间有一定的电位差产生的；漏电产生的原因有二：1、有些用电器采用的电路板自身有问题（电路板低压电路没和220V的交流电隔离，本身就带有市电），采用开关电源的电器多属这一种情况，如有些老式彩电，人一摸到天线就会有手麻的感觉，这就是天线和电路板相连产生的漏电，不过这些电对人没多大危险，因为电路板和市电间有一个阻值很大的电阻，产生的电流很小；2、即便是用电器的电路板本身没问题，但由于某些元件漏电（尤其是电容）或是由于电路板受潮、灰尘太多，也会出现漏电的现象，如有一些用电器外壳一开始不带电，但用了一段时间后又带电了，多属这种情况。

一旦发生漏电现象，人接触带电的设备，容易引发电气火灾和电气设备损坏事故，甚至出现人身触电事故，所以需要对漏电现象进行监控，而目前所使用的智能电表均不具有该功能，一般采用外置的漏电保护器来实现漏电保护，但是采用漏电保护器成本相对较高，所以具有一定的改进空间。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于智能电表的漏电检测电路,能够直接通过智能电表就可以实现漏电保护的功能，无需外置漏电保护器，降低成本。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于智能电表的漏电检测电路，包括用于检测火线电流并输出火线电流信号的火线电流检测单元、用于检测零线电流并输出零线电流信号的零线电流检测单元、分别耦接于火线电流检测单元与零线电流检测单元以接收火线电流信号与零线电流信号并将两个信号进行求差以输出差分信号的差分单元、预设有基准值信号且耦接于差分单元以将差分信号与基准值信号相互比较并输出比较信号的比较单元以及响应于比较信号以控制切断电网供电的控制单元；当差分信号大于基准值信号时，所述控制单元断开电网的供电。

采用上述方案，分别对火线与零线上的电流进行检测，并对检测到的两个信号求差以获得差分信号，而采用这样的方式，是由于当有不明原因存在火线与大地的漏电回路存在，势必导致火线电流信号与零线电流信号要么大小不等，要么相位不同；根据以上原理，测量火线电流信号与零线电流信号的大小差别或者相位差，就可以判定火线对大地回路的漏电情况；故在通过比较单元对差分信号与基准值信号进行比较以实现判断是否存在漏电的情况，如果存在漏电的情况则通过控制单元切断供电回路；从而实现直接在智能电表中通过电子保护的方式完成漏电保护的功能，无需在外购一个漏电保护器，降低成本。

作为优选，所述火线电流检测单元包括耦接于火线上并输出火线变流信号的火线电流互感器、耦接于火线电流互感器以接收火线变流信号以将火线变流信号进行偏置以形成火线正向电流信号的火线偏置部、耦接于火线偏置部以将火线正向电流信号进行传输的火线信号跟随部，所述火线信号跟随部的输出端以输出火线电流信号。

采用上述方案，将火线电流进行传导并形成正反向交流信号，之后通过偏置部的设置，使得正反向交流信号转变形成全部都是正向的电流信号，方便后续的信号传输。

作为优选，所述火线电流互感器与火线偏置部之间设有用于对火线变流信号进行滤波的火线滤波部。

作为优选，所述火线滤波部包括滤波电阻、第一滤波电容、第二滤波电容以及第三滤波电容；滤波电阻、第二滤波电容以及第三滤波电容均并接于火线电流互感器的二次侧两端，第一滤波电容串接于火线电流互感器的二次侧并且连接于第二滤波电容与第三滤波电容之间。

采用上述方案，根据滤波电阻以及两个滤波电容的设置，对经过火线电流互感器的感应电流信号进行滤波，保证进入到火线偏置部的信号能够更加稳定，保证后续信号的稳定输出。

作为优选，所述火线偏置部包括第一偏置电阻与第二偏置电阻，所述第二偏置电阻并接于火线电流互感器的二次侧两端，所述第一偏置电阻的一端连接于电源，另一端连接于第二偏置电阻，所述第一偏置电阻与第二偏置电阻之间的连接节点以输出火线正向电压信号。

采用上述方案，根据实际情况来对第一偏置电阻与第二偏置电阻进行设定，实现将正反向交流信号转变为都是正向的交流信号，同时在设计过程中通常优选将第一偏置电阻与第二偏置电阻的阻值均设置成相同的状态，使得在不改变交流信号波形的状态下，仅仅朝向正值的方向进行偏移，完成对交流信号的正反向调节。

作为优选，所述差分单元采用型号为INA132的差动运算放大器。

采用上述方案，INA132是高共模抑制比差动运放，放大倍数2V/V，500K带宽，能够将火线电流和零线电流的差分信号准确提取，然后经过LM324实现100倍的信号放大，将此信号输入比较器LM293的正端，比较器的负端偏置为500mV，当输入高过负端偏置时，输出高电平。

作为优选，所述差分单元与比较单元之间还设有用于对差分信号进行放大的放大单元。

采用上述方案，能够对差分信号进行放大，降低差分信号在传输过程中外界产生的干扰，提高信号传输的稳定性。

作为优选，所述比较单元上还耦接有用于设定基准值信号的设定部，所述设定部包括相互串联的第一分压电阻与第二分压电阻，所述第一分压电阻一端连接于电源，所述第二分压电阻的一端接地，所述第一分压电阻与第二分压电阻之间的连接节点以输出基准值信号。

采用上述方案，第一分压电阻与第二分压电阻的设计实现对基准值信号的调节，使得根据不同的情况以更换第一分压电阻与第二分压电阻，可以设置不同的基准值信号，使得使用更加便捷。

作为优选，所述控制单元包括响应于比较信号以实现通断的开关元件以及响应于开关元件的通断以控制是否断开电网供电的执行元件。

作为优选，所述开关元件为三极管或晶闸管，所述执行元件为继电器，所述继电器的线圈上反并联有续流二极管。

采用上述方案，三极管或晶闸管都能够完成开关的功能，同时能够根据电压变化或电流变化来实现通断，方便对电路中的一些信号进行判断，提高电路设计的合理性；执行元件采用继电器，使得整体的电路能够更加的简单，同时继电器的常开触点与常闭触点相互配合实现，能够实现一次检测完成两种动作，使得电路设计更加便捷，且成本低廉便于后期的维护；继电器的线圈上所反并联的续流二极管，能够将残留在继电器的线圈上的残余电流进行消耗，有效的提高继电器使用的寿命。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：直接在智能电表中采用电子保护的方式实现漏电保护的功能，无需在外购一个漏电保护器，降低成本。

附图说明

图1为漏电保护检测原理的示意图；

图2为本实施例中漏电检测的电路图。

图中：1、火线电流检测单元；11、火线滤波部；12、火线偏置部；13、火线信号跟随部；2、零线电流检测单元；21、零线滤波部；22、零线偏置部；23、零线信号跟随部；3、差分单元；4、放大单元；5、比较单元；51、设定部；6、控制单元。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

如图1所示，漏电保护检测原理如下：

火线和零线各接一个电流表，火线测得电流值为矢量LA，零线测得电流值为矢量NA，由于各种感性、容性、阻性用电设备存在，电流由火线流入、零线流出，根据基本电路原理，可得LA与NA大小相当、相位相同；当有不明原因存在火线与大地的漏电回路存在，势必导致LA与NA要么大小不等，要么相位不同。

根据以上原理，测量LA和NA电流大小差别或者相位差，就可以判定火线对大地回路的漏电情况；当检测到漏电回路存在时，即可对断路器阀控进行断开操作，保证负载电网的人身安全。

基于上述的漏电保护检测原理，设计出了一种基于智能电表的漏电检测电路，如图2所示。

漏电检测电路包括用于检测火线电流并输出火线电流信号的火线电流检测单元1、用于检测零线电流并输出零线电流信号的零线电流检测单元2、分别耦接于火线电流检测单元1与零线电流检测单元2以接收火线电流信号与零线电流信号并将两个信号进行求差以输出差分信号的差分单元3、预设有基准值信号且耦接于差分单元3以将差分信号与基准值信号相互比较并输出比较信号的比较单元5以及响应于比较信号以控制切断电网供电的控制单元6；差分单元3与比较单元5之间还设有用于对差分信号进行放大的放大单元4；当差分信号大于基准值信号时，控制单元6断开电网的供电。

火线电流检测单元1包括耦接于火线上并输出火线变流信号的火线电流互感器T1、耦接于火线电流互感器T1以接收火线变流信号以将火线变流信号进行偏置以形成火线正向电流信号的火线偏置部12、耦接于火线偏置部12以将火线正向电流信号进行传输的火线信号跟随部13，火线信号跟随部13的输出端以输出火线电流信号；火线电流互感器与火线偏置部12之间设有用于对火线变流信号进行滤波的火线滤波部11。

火线电流互感器T1包括连接于火线上的一次侧以及与火线滤波部11连接的二次侧。

火线滤波部11包括滤波电阻RS1、第一滤波电容C8、第二滤波电容C9以及第三滤波电容C10；滤波电阻RS1、第二滤波电容C9以及第三滤波电容C10均并接于火线电流互感器T1的二次侧两端，第一滤波电容C8串接于火线电流互感器T1的二次侧并且连接于第二滤波电容C9与第三滤波电容C10之间。

火线偏置部12包括第一偏置电阻R3与第二偏置电阻R5，第二偏置电阻R5并接于火线电流互感器T1的二次侧两端，第一偏置电阻R3的一端连接于电源，另一端连接于第二偏置电阻R5，第一偏置电阻R3与第二偏置电阻R5之间的连接节点以输出火线正向电流信号。

火线信号跟随部13包括第一运算放大器UT1A，第一运算放大器UT1A的型号优选采用LM324；第一运算放大器UT1A的同相端连接于第一偏置电阻R3与第二偏置电阻R5之间以接收火线正向电流信号，第一运算放大器UT1A的反相端连接于第一运算放大器UT1A的输出端。

零线电流检测单元2包括耦接于零线上并输出零线变流信号的零线电流互感器T2、耦接于零线电流互感器T2以接收零线变流信号以将零线变流信号进行偏置以形成零线正向电流信号的零线偏置部22、耦接于零线偏置部22以将零线正向电流信号进行传输的零线信号跟随部23，零线信号跟随部23的输出端以输出零线电流信号；零线电流互感器与零线偏置部22之间设有用于对零线变流信号进行滤波的零线滤波部21；其中，零线电流互感器T2与火线电流互感器T1的型号、参数均相同。

零线电流互感器T2包括连接于零线上的一次侧以及与零线滤波部21连接的二次侧。

零线滤波部21包括滤波电阻RS2、第一滤波电容C20、第二滤波电容C21以及第三滤波电容C22；滤波电阻RS12、第二滤波电容C21以及第三滤波电容C22均并接于零线电流互感器T2的二次侧两端，第一滤波电容C20串接于零线电流互感器T2的二次侧并且连接于第二滤波电容C21与第三滤波电容C22之间。

零线偏置部22包括第一偏置电阻R24与第二偏置电阻R26，第二偏置电阻R26并接于零线电流互感器T2的二次侧两端，第一偏置电阻R24的一端连接于电源，另一端连接于第二偏置电阻R26，第一偏置电阻R24与第二偏置电阻R26之间的连接节点以输出零线正向电流信号。

零线信号跟随部23包括第二运算放大器UT1C，第二运算放大器UT1C的型号优选采用LM324；第二运算放大器UT1C的同相端连接于第一偏置电阻R24与第二偏置电阻R26之间以接收零线正向电流信号，第二运算放大器UT1C的反相端连接于第二运算放大器UT1C的输出端。

差分单元3采用型号为INA132的差动运算放大器；差动运算放大器的同相端连接于零线电流检测单元2的输出端以接收零线电流信号，反相端连接于火线电流检测单元1的输出端以接收火线电流信号；差动运算放大器的输出端以输出差分信号。

放大单元4包括型号为LM324的运算放大器UT1D以及耦接于运算放大器UT1D上的倍数设定部51；运算放大器UT1D的同相端连接于差分单元3的输出端以接收差分信号，倍数设定部51包括相互串联的电阻R28与电阻R22，电阻R28的一端连接于运算放大器UT1D的输出端，电阻R22的一端接地，电阻R28与电阻R22之间的连接节点连接于，运算放大器UT1D的反相端。

比较单元5包括型号为LM293的比较器U7B，比较器U7B的同相端上连接于放大单元4的输出端，比较器U7B的反相端上耦接有用于设定基准值信号的设定部51，设定部51包括相互串联的第一分压电阻R71与第二分压电阻R41，第一分压电阻R71一端连接于电源，第二分压电阻R41的一端接地，第一分压电阻R71与第二分压电阻R41之间的连接节点以输出基准值信号至比较器U7B；当经过放大单元4放大的差分信号大于基准值信号时，比较单元5输出高电平的比较信号以使得控制单元6启动；反之，控制单元6不启动。

控制单元6包括响应于比较信号以实现通断的开关元件以及响应于开关元件的通断以控制是否断开电网供电的执行元件；开关元件优选为三极管或晶闸管，本实施例中开关元件采用NPN型的三极管Q1，执行元件为继电器KM1；三极管Q1的基极连接于比较单元5的输出端，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接于继电器KM1的线圈后连接电源，继电器KM1的常闭触点连接于电网供电回路，继电器KM1的线圈上反并联有续流二极管D1；当比较单元5输出高电平的比较信号时，三极管Q1导通，继电器KM1的线圈得电，继电器KM1的常闭触点打开，以断开电网的供电回路。

其中，控制单元6可以直接与比较单元5连接并受控于比较单元5的比较信号，也可以通过单片机来控制，即比较单元5将比较信号输入至单片机中，并由单片机控制控制单元6的启闭。

具体工作过程如下：

通过火线电流检测单元1与零线电流检测单元2以对火线与零线上的电流情况进行检测并做相同的放大处理之后，将对应输出的火线电流信号与零线电流信号输入至差分单元3，完成求差后输出差分信号，然后差分信号输入至放大单元4实现预设倍数的信号放大后，将此信号输入比较器U7B的同相端，比较器U7B的反相端接入基准值信号，比较单元5将放大后的差分信号与基准值信号进行比较，若经过放大后的差分信号大于基准值信号，比较单元5输出高电平的比较信号，三极管Q1导通，继电器KM1的线圈得电，继电器KM1的常闭触点打开，以断开电网的供电回路；实现漏电保护的功能。

Claims (10)

1.一种基于智能电表的漏电检测电路，其特征是：包括用于检测火线电流并输出火线电流信号的火线电流检测单元(1)、用于检测零线电流并输出零线电流信号的零线电流检测单元(2)、分别耦接于火线电流检测单元(1)与零线电流检测单元(2)以接收火线电流信号与零线电流信号并将两个信号进行求差以输出差分信号的差分单元(3)、预设有基准值信号且耦接于差分单元(3)以将差分信号与基准值信号相互比较并输出比较信号的比较单元(5)以及响应于比较信号以控制切断电网供电的控制单元(6)；当差分信号大于基准值信号时，所述控制单元(6)断开电网的供电。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能电表的漏电检测电路，其特征是：所述火线电流检测单元(1)包括耦接于火线上并输出火线变流信号的火线电流互感器、耦接于火线电流互感器以接收火线变流信号以将火线变流信号进行偏置以形成火线正向电流信号的火线偏置部(12)、耦接于火线偏置部(12)以将火线正向电流信号进行传输的火线信号跟随部(13)，所述火线信号跟随部(13)的输出端以输出火线电流信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于智能电表的漏电检测电路，其特征是：所述火线电流互感器与火线偏置部(12)之间设有用于对火线变流信号进行滤波的火线滤波部(11)。

4.根据权利要求3所述的一种基于智能电表的漏电检测电路，其特征是：所述火线滤波部(11)包括滤波电阻、第一滤波电容、第二滤波电容以及第三滤波电容；滤波电阻、第二滤波电容以及第三滤波电容均并接于火线电流互感器的二次侧两端，第一滤波电容串接于火线电流互感器的二次侧并且连接于第二滤波电容与第三滤波电容之间。

5.根据权利要求2所述的一种基于智能电表的漏电检测电路，其特征是：所述火线偏置部(12)包括第一偏置电阻与第二偏置电阻，所述第二偏置电阻并接于火线电流互感器的二次侧两端，所述第一偏置电阻的一端连接于电源，另一端连接于第二偏置电阻，所述第一偏置电阻与第二偏置电阻之间的连接节点以输出火线正向电流信号。

6.根据权利要求1所述的一种基于智能电表的漏电检测电路，其特征是：所述差分单元(3)采用型号为INA132的差动运算放大器。

7.根据权利要求1所述的一种基于智能电表的漏电检测电路，其特征是：所述差分单元(3)与比较单元(5)之间还设有用于对差分信号进行放大的放大单元(4)。

8.根据权利要求1所述的一种基于智能电表的漏电检测电路，其特征是：所述比较单元(5)上还耦接有用于设定基准值信号的设定部(51)，所述设定部(51)包括相互串联的第一分压电阻与第二分压电阻，所述第一分压电阻一端连接于电源，所述第二分压电阻的一端接地，所述第一分压电阻与第二分压电阻之间的连接节点以输出基准值信号。

9.根据权利要求1所述的一种基于智能电表的漏电检测电路，其特征是：所述控制单元(6)包括响应于比较信号以实现通断的开关元件以及响应于开关元件的通断以控制是否断开电网供电的执行元件。

10.根据权利要求9所述的一种基于智能电表的漏电检测电路，其特征是：所述开关元件为三极管或晶闸管，所述执行元件为继电器，所述继电器的线圈上反并联有续流二极管。