CN2378864Y - 能识别动物触电的鉴相鉴波触漏电保护器 - Google Patents

Abstract

一种能识别动物触电的鉴相鉴波触漏电保护器,包括零序电流互感器1、剩余电流放大电路2、剩余电流波形鉴别电路3、脱扣执行机构4、电源电路5,运用微处理器判断剩余电流特定波形及剩余电流变化量来分离动物触电信号,它可广泛地应用在交流电网中,对动物触电起到可靠的保护作用。本实用新型具有安全保护范围大,非必要脱扣动作少、节能效果好等优点,提高了供电质量与保护器投运率,减少了供电管理者的无效劳动。

Description

能识别动物触电的鉴相鉴波触漏电保护器

本实用新型涉及一种紧急保护装置，具体地说是一种能识别动物触电的鉴相鉴波触漏电保护器。

在背景技术中，交流电网广泛使用的漏电保护器又称剩余电流动作保护器，它在交流电源相线与大地之间发生动物触电或电气线路、设备漏电情况时，零序电流互感器输出的剩余电流发生变化，在检测到剩余电流变化且达到额定值时，启动脱扣机构切除交流电源，以达到保护动物生命、避免发生电气事故的目的。

根据发生人体触电时剩余电流是突然增加的，而线路漏电在一般情况下是缓慢增加的特点，普通漏电保护器通常设置二个额定动作电流值，一个按允许流经人体的安全电流取值其电流较小的突变额定动作电流值，另一个为按允许电气线路、设备漏电的安全电流取值其电流较大的缓变额定动作电流值。据普通漏电保护器实际使用情况统计，其突变脱扣动作次数99％以上是电气线路或用电设备对地突变漏电原因引起的，虽然脱扣动作时漏电电流值超过人体的安全电流值，但大多数尚未达到电气线路、设备允许漏电的程度，属于非必要脱扣动作。因此，确切说这类产品只能称为“漏电”保护器，而非习惯所说“触电”保护器。普通漏电保护器存在着非必要脱扣动作较多的缺点，对用电者造成诸多不便，供电管理者也增添了无效劳动，此乃目前漏电保护器投运率不高的最主要原因之一。

如果能从剩余电流中识别出动物触电信号，漏电保护器的动物触电额定动作电流取较小值，电气线路、设备漏电额定动作电流值取较大值，既可减少电气线路、设备漏电引起漏电保护器的非必要脱扣动作，又可提高交流电源系统的安全性，并可使“触电”保护器名符其实。

CN86203072的“突变量触电保护器”专利采用频率鉴别电路分离动物触电信号，其方法确有独到之处，但该触电保护器在交流电网干扰大时，有可能还存在着非必要脱扣动作较多的情况，因交流电网的诸多因素会产生非电源基频成份干扰，频率鉴别方法在干扰大时难以准确识别。

本实用新型目的是提供一种能准确识别剩余电流中动物触电信号、非必要脱扣动作少、无工作死区、具有节能效果的触漏电保护器。

本实用新型目的是在触漏电保护器中设置一个剩余电流波形鉴别电路及节能电路来实现的，其主要措施是：

它包括零序电流互感器1、剩余电流放大电路2、脱扣执行机构4、电源电路5，它们三相四线导线同方向穿过零序电流互感器1后经脱扣执行机构4到负载，零序电流互感器1的二次侧接剩余电流放大电路2的输入端，电源电路5输出端跟各个需直流电源的电路及需交流电源时基信号电路相连，其特征在于还具有剩余电流波形鉴别电路3，剩余电流波形鉴别电路3具有由微处理器构成的分析判断电路3-5，脱扣执行机构4由交流接触器节能无声运行电路、交流接触器电磁线圈零电压切换电路与继电器全压吸动低压保持电路构成，交流接触器节能无声运行电路由受分析判断电路3-5控制的交流接触器高压吸动低压保持电路构成，剩余电流波形鉴别电路3的输入输出端分别与剩余电流放大电路2输出端与脱扣执行机构4的输入端相连。

实现上述目的完善措施是：

剩余电流波形鉴别电路3由剩余电流A/D转换电路3-1与分析判断电路3-5构成，剩余电流A/D转换电路3-1由模拟开关、采样电容、恒流充电电路及电平比较器构成。

剩余电流波形鉴别电路3还可由剩余电流突变量分离电路3-2、剩余电流突变量A/D转换电路3-3、剩余电流缓变量检测电路3-4、分析判断电路3-5构成。

交流接触器电磁线圈零电压切换电路由电源电路5、受分析判断电路3-5控制吸动的继电器构成。

继电器全压吸动低压保持电路由受分析判断电路3-5控制的电压转换电路构成。

剩余电流突变量A/D转换电路3-3由双极性电压输出的D/A转换电路与电平比较电路构成的。

双极性电压输出的D/A转换电路由运算放大器和电阻网络构成，该电阻网络接在运算放大器的同相端与反相端。

附图1是正弦交流电流经动物及人体的角频率ωt与电流i关系曲线图；

附图2、3为本实用新型的两种触漏电保护器结构框图；

附图4是附图2结构框图的电原理图；

附图5是附图3结构框图的电原理图。

下面结合附图与实施例对本实用新型予以详述。

经对动物乃至自身人体进行了大量的试验，绘出典型的220V正弦交流电流经动物及人体时角频率ωt与电流i关系曲线图见附图1，从附图1中可看出，在发生动物触电时，流经动物的电流呈钟形波，且在很短时间内电流波幅逐渐上升。

根据正弦交流电流经动物特别是流经人体所呈现波形的特点，本实用新型提出采用鉴别剩余电流波形的形状与幅度的方法分离动物触电信号电路。下面对本实用新型特征部分作进一步说明，其电路结构与连接关系如前所述，不再重复。

实施例1：

附图2、4为本实施例的结构框图与电原理图，其剩余电流波形鉴别电路3由剩余电流A/D转换电路3-1与分析判断电路3-5构成，A/D转换电路3-1可以用A/D集成电路构成，但成本较高。本实施例根据触漏电保护器对A/D转换要求的特点，采用模拟开关、采样电容、恒流充电电路及电平比较器构成A/D转换电路3-1。A/D转换电路3-1的IC2在分析判断电路3-5的IC12控制下定时采样剩余电流，IC5、C2、R1构成恒流充电的积分电路，IC12对采样电容C1上的电压积分时间进行计数，待积分电容C2的电压过零点时，IC6输出电平翻转，IC12停止计数，其IC12的计数值即为采样电容C1上电压的函数。IC3、IC4构成积分电容C2的充放电回路，IC1提供本A/D.转换电路校准电平，运算放大器IC7-IC10作用为电平转换。

分析判断电路3-5的IC12根据电源电路5提供的交流电源时基信号比较正弦交流电角频率相同时刻的剩余电流值和相位差，计算剩余电流变化量，还对如下动作进行选择：(1)当变化增加的剩余电流在半个周波呈钟形波或当变化增加的剩

 余电流波幅在预置用波数内逐个周波上升且达额定值时，判断变

 化增加的剩余电流为动物触电电流。(2)在动物触电电流的波幅与持续时间达到预置值时输出动物触电

 信号。(3)在变化增加的剩余电流无动物触电电流特征时判断为电气线

 路、设备漏电。(4)在突然变化增加的漏电电流的波幅与持续时间达到预置突变额

 定动作值时输出突变脱扣执行信号。(5)在缓慢变化增加的漏电电流的波幅与持续时间达到预置缓变额定

 动作值时输出缓变脱扣执行信号。

需指出的是分析判断电路3-5如果使用带A/D转换电路的微处理器，附图4中A/D转换电路3-1可取消，本实施例A/D转换电路3-1也可以由其他类型的模/数变换电路构成，但相对成本较高。

交流接触器节能无声运行电路由受分析判断电路3-5控制的交流接触器直流高压吸动低压保持电路构成。在交流接触器CJ需吸合时，分析判断电路3-5控制继电器J1吸合，交流接触器CJ以二极管D1整流后的高压直流电流吸动，待0.5秒左右继电器J1释放，交流接触器CJ由二极管D2-D5整流后的低压直流电流维持吸合。经测试整个系统节能率达85％以上，并达到交流接触器无声运行目的。

交流接触器电磁线圈零电压切换电路由电源电路5与受分析判断电路3-5控制吸动的继电器构成，分析判断电路3-5根据电源电路5提供的交流时基信号，在交流高压整流二极管D1截止时，即在流经交流接触器电磁线圈电流为零时控制继电器J1、J2吸合或释放。

交流接触器电磁线圈零电压切换电路还可以由晶体管与可控硅或专门集成电路构成，但成本较高。本实施例利用已有的电源电路5与分析判断电路3-5，以较低的代价构成大电流高电压的零电压切换电路。

继电器全压吸动低压保持电路由受分析判断电路3-5控制的电压转换电路构成，分析判断电路3-5根据运算结果，控制电压转换电路的晶体管BG1与BG3-BG5导通或截止，使得继电器J2为全压吸合，保持电压仅为吸合电压的一半，即保证J2可靠吸合，又降低了触漏电保护器电源消耗减少了整机发热量，还加快了继电器J2的释放速度。

继电器全压吸动低压保持电路还可以由降压电阻与电解电容并联后再串联在继电器吸动回路的方式构成，但节能效果略差

本实用新型还鉴别剩余电流的相位变化，以判断线路漏电突变量。

本实用新型设置一个按允许流经人体的安全电流取值的动物触电额定动作电流值和一个按允许电气线路、设备漏电的安全电流取值的缓变额定动作电流值，还设置一个介于动物触电与缓变漏电额定动作电流值之间，范围在50-100毫安之内的突变额定动作电流值。仍设置突变额定动作电流值主要作用是如果人体处在潮湿环境中甚致水中发生触电，流经人体的电流在极短时间内上升到较大的数值且恒定，此时变化的剩余电流“呈钟形波，电流振幅在很短时间内逐渐上升”的动物触电特征不甚明显，但此时人体阻抗约在500-1000欧姆左右，在交流电压为220伏特时流经人体电流必然达到较大的突变额定动作电流值，触漏电保护器也能迅速脱扣。

本实用新型触漏电保护器的动物触电额定动作电流取值范围在15-40毫安之间，突变额定动作电流取值范围在50-100毫安之间，缓变额定动作电流取值范围在200-500毫安之间，上述电流数值可根据触漏电保护器的具体应用场合与保护对象进行调整。

实施例2：

附图3、5为本实施例的结构框图与电原理图，其与实施例1不同部分详述如下：

为了减少触漏电保护器的分析判断电路3-5的数据处理量与存储器容量，降低触漏电保护器的成本，本实施例具有剩余电流突变量预分离电路和采用简单的A/D转换电路转换剩余电流突变量。

本实施例剩余电流波形鉴别电路3由剩余电流突变量分离电路3-2、剩余电流突变量A/D转换电路3-3、剩余电流缓变量检测电路3-4、分析判断电路3-5构成。剩余电流突变量分离电路3-2由模拟开关IC1-IC3、采样电容C1-C3、电容C4-C6与电阻R1-R3构成，分析判断电路3-5定时控制IC1-IC3将C1-C3与剩余电流放大电路2输出接通以采样剩余电流，电容C4-C6与电阻R1-R3构成微分电路，以分离剩余电流的突变量，运算放大器IC4-IC6作用为电平转换。

剩余电流突变量A/D转换电路3-3由双极性电压输出D/A转换电路与电平比较电路IC8-IC10构成，以逐次比较方法对分离出的剩余电流突变量进行模数转换。

剩余电流突变量A/D转换电路3-3的双极性电压输出D/A转换电路由运算放大器IC11及电阻网络R4-R11构成，电阻网络R4-R11接在运算放大器IC11的同相端与反相端，以在分析判断电路3-5的控制下输出+、-极性的二进制电压。

缓变剩余电流检测电路3-4由运算放大器IC7及IC7反相端所连接的电阻R12-R13构成，在剩余电流达到或超过缓变漏电额定值时IC7输出信号到分析判断电路3-5。

本实用新型以鉴别特定波形及变化量的方法来识别与分离剩余电流中动物触电信号或电气线路、设备突变漏电及缓变漏电信号，对动物触电额定动作电流值可以设定得较灵敏，对不变化或变化下降的剩余电流不响应，所以有较强的抗干扰能力，能明显减少因电气线路、设备漏电等因素引起漏电保护器的非必要脱扣动作，从而能较大程度提高触漏电保护器的投运率。本实用新型采用了微处理器，具有智能功能，可方便地组合成多路处理系统与增加交流电量显示、触漏电保护器的工作状态指示等，本实用新型还可以使用在需带触漏电保护功能的空气开关等装置中。

本实用新型与现有技术相比具有灵敏度高、抗干扰能力强、安全保护范围大、非必要脱扣动作少、节能效果好等等优点，提高了供电质量与减少了供电管理者的无效劳动，同时也进一步提高了触漏电保护器投运率。

Claims (7)

1.一种能识别动物触电的鉴相鉴波触漏电保护器，包括零序电流互感器1、剩余电流放大电路2、脱扣执行机构4、电源电路5，它们三相四线导线同方向穿过零序电流互感器1后经脱扣执行机构4到负载，零序电流互感器1的二次侧接剩余电流放大电路2的输入端，电源电路5输出端跟各个需直流电源的电路及需交流电源时基信号电路相连，其特征在于还具有剩余电流波形鉴别电路3，剩余电流波形鉴别电路3具有由微处理器构成的分析判断电路3-5，脱扣执行机构4由交流接触器节能无声运行电路、交流接触器电磁线圈零电压切换电路与继电器全压吸动低压保持电路构成，交流接触器节能无声运行电路由受分析判断电路3-5控制的交流接触器高压吸动低压保持电路构成，剩余电流波形鉴别电路3的输入输出端分别与剩余电流放大电路2输出端与脱扣执行机构4的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的鉴相鉴波触漏电保护器，其特征在于所说的剩余电流波形鉴别电路3由剩余电流A/D转换电路3-1与分析判断电路3-5构成，剩余电流A/D转换电路3-1由模拟开关、采样电容、恒流充电电路及电平比较器构成。

3.根据权利要求1所述的鉴相鉴波触漏电保护器，其特征在于所说的剩余电流波形鉴别电路3由剩余电流突变量分离电路3-2、剩余电流突变量A/D转换电路3-3、剩余电流缓变量检测电路3-4、分析判断电路3-5构成。

4.根据权利要求1所述的鉴相鉴波触漏电保护器，其特征在于所说的交流接触器电磁线圈零电压切换电路由电源电路5、受分析判断电路3-5控制吸动的继电器构成。

5.根据权利要求1所述的鉴相鉴波触漏电保护器，其特征在于所说的继电器全压吸动低压保持电路由受分析判断电路3-5控制的电压转换电路构成。

6.根据权利要求3所述的鉴相鉴波触漏电保护器，其特征在于所说的剩余电流突变量A/D转换电路3-3由双极性电压输出的D/A转换电路与电平比较电路构成的。

7.根据权利要求6所述的鉴相鉴波触漏电保护器，其特征在于所说的双极性电压输出的D/A转换电路由运算放大器和电阻网络构成，该电阻网络接在运算放大器的同相端与反相端。

Images