專利名稱：一種智能化集成漏電保護裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種漏電保護裝置，尤其涉及一種智能化的漏電保護裝置。
背景技術：
在低壓交流電網(wǎng)中廣泛使用的剩余電流動作保護器又稱為漏電保護器，其 基本原理是低壓交流電網(wǎng)線路穿過零序電流互感器，零序電流互感器二次側輸 出感應到的低壓交流電網(wǎng)線路的剩余電流，來反映低壓交流電網(wǎng)和大地之間的 漏電流情況，在低壓交流電源相線與大地之間發(fā)生動物觸電或電氣線路、設備 發(fā)生漏電情況時，零序電流互感器輸出感應的剩余電流發(fā)生變化，在檢測到剩 余電流變化并且達到額定數(shù)值時，啟動脫扣機構切除電源，以達到保護動物生 命、避免發(fā)生電氣事故的目的。
目前市場現(xiàn)有的漏電保護器，大多存在缺少智能化控制、功能不全、分體 結構、接線復雜、缺少有效的人機對話界面等缺陷，而且不能區(qū)分漏電電流和 電擊電流，存在過多的非必要脫扣動作，對用電者造成很多不便。

實用新型內容
針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，本實用新型所要解決的技術問題在于提供 了一種功能齊全、安裝簡單、使用壽命長、實用性強、智能化集成的漏電保護 裝置，該裝置集成了漏電繼電器、交流接觸器以及空氣斷路器三者的功能，采 用微電腦芯片編程控制，完成對信號的采集、處理、分析并做出相應的控制動 作，把過載、短路、缺相、過壓、欠壓、漏電、電擊、自動重合等功能全部集 成在一臺電磁吸合式的開關內。
本實用新型的技術方案 一種智能化集成漏電保護裝置，包括一個殼體，該殼體內設有印刷控制電路板、磁力開關、電源變壓器、零序電流互感器和負載 電流互感器，所述印刷控制電路板包含以下單元 主控制器單元；
與磁力開關相連并接入主控制器單元的磁力開關控制單元，用于接收主控 制器單元的控制信號以控制磁力開關的通斷；
與電源變壓器相連并接入主控制器單元的電源處理單元，用于為裝置提供 電源以及采集電壓信號傳入主控制器單元；
與零序電流互感器相連并接入主控制器單元的漏電流信號處理單元，用于
采集零序電流互感器感應到的剩余電流并將采集信號傳入主控制器單元；
與負載電流互感器相連并接入主控制器單元的負載電流信號處理單元，用
于采集負載電流互感器感應的負載電流并將采集信號傳入主控制器單元；
與電源變壓器相連并接入主控制器單元的相位過零檢測單元，用于采集電
源變壓器交流輸出信號并將采集信號傳入主控制器單元；
與主控制器單元相連的三相電壓處理單元，用于采集三相電壓并將采集信
號傳入主控制器單元；
與主控制器單元相連的鍵盤處理單元，用于人機交互功能； 與主控制器單元相連的顯示單元，用于顯示電壓、電流的數(shù)值、單位及相
位；
與主控制器單元相連的狀態(tài)指示單元，用于指示當前漏電保護裝置的運行 狀態(tài)以及線路的故障狀態(tài)。
所述的電源處理單元經(jīng)整流后分為兩路，其中一路經(jīng)濾波、各級穩(wěn)壓之后， 作為裝置的供電電源使用，另一路經(jīng)過濾波、分壓后，將所得的信號送入主控 制器單元，用于判斷負載電壓的運行情況。所述的漏電流信號處理單元分為兩路， 一路將接收到的信號放大、整流、 濾波、再次放大之后送入主控制器單元，用于電擊信號的判斷；另一路將接收 到的信號放大、隔直、再次放大之后送入主控制器單元，用于漏電信號的判斷。
所述的負載電流信號處理單元將接收到的信號經(jīng)過整流、濾波后分為兩路， 一路將信號通過反時限保護電路處理后送入主控制器單元，用于判斷負載電流
的過載及短路情況；另一路將信號經(jīng)過再次濾波后送入主控制器單元，用于確 定三相的負載電流運行狀態(tài)和三相平衡情況。
所述的主控制器單元還接有預留信號傳輸接口，用于與外部設備進行數(shù)據(jù) 輸入輸出和軟件的升級。
所述的漏電流信號處理單元的一路將接收到的信號放大、整流、濾波、再
次放大之后送入主控制器單元，主控制器單元執(zhí)行以下電擊信號判斷步驟
1) 讀取剩余電流波形；
2) 逐個周波比較正弦交流電角頻率相同時刻的剩余電流波形；
3) 計算逐個周波的變化波形；
4) 當逐個周波的變化波形滿足一定預設的電擊電流波形要求，且幅值在3 個周波內逐個周波上升且達到最低額定設置值，并保持數(shù)值在2個周波以上， 則判斷變化的波形為動物電擊時流過的電流波形，這部分增加的電流波形數(shù)值 為電擊電流，輸出電擊信號。
本實用新型所提供的漏電保護裝置，滿足了一種簡便安裝、使用可靠、功 能齊全的高集成智能化漏電保護功能的要求。漏電保護裝置集成了對過載、短 路、缺相、過壓、欠壓、漏電、電擊、自動重合等功能為一體，可方便地控制 多路漏電保護開關系統(tǒng)與顯示低壓交流電網(wǎng)的負載電壓、負載電流、漏電流等 參量，還可顯示漏電保護裝置的目前工作狀態(tài)、漏電保護開關的歷史工作狀態(tài)等功能,并具有友好的人機界面,同時還可以辨別出漏電電流和電擊電流，可以減少 電氣線路、設備漏電引起的漏電保護裝置的非必要跳閘動作，又可提高漏電保 護裝置的安全性目的。本實用新型以較低的代價，較大地提高漏電保護裝置性能, 既提高了供電質量與減少了供電管理者的無效勞動,也進一步提高了漏電保護裝 置的投運率。


圖1是本實用新型的電路原理框圖； 圖2是本實用新型的電路原理圖3是本實用新型的漏電流信號處理單元原理框圖； 圖4是本實用新型的負載電流信號處理單元原理框圖； 圖5是本實用新型的智能化集成漏電保護裝置的信號顯示圖。
具體實施方式
如附圖1、 2、 3、 4所示，主控制器單元10的芯片IC1為帶A/D功能的 Mc68hc908gt16微處理器。三相低壓交流電源接N、 A、 B、 C端子，三相四線 導線同方向穿過零序電流互感器1后到負載側N' 、 A' 、 B' 、 C'端子，零 序電流互感器1的二次側接漏電流信號處理單元2的輸入端，漏電流信號處理 單元2負責將接收到的信號，分別送入獨立運行的兩個通道，其中一個通道為 漏電電流處理電路14對該信號進行放大、整流、濾波后送入主控制器單元10， 進行漏電信號的分析判斷；另外一個通道為電擊電流處理電路15對該信號進行 放大、隔離直流分量、再次放大后送入主控制器單元10,由主控制器單元10對 該信號進行實時讀取，進行電擊信號的分析判斷。
因為從電工原理上來說，交流電源相線和大地之間發(fā)生動物電擊也是一種 漏電現(xiàn)象，和電器線路、設備漏電沒有本質上的區(qū)別，但是允許流經(jīng)動物特別是人體的安全電流值與允許電氣線路、設備漏電的電流值相比要小的多，出于 保護動物安全、減少非必要脫扣的目的，本實用新型采用將漏電電流信號和電 擊電流信號分為獨立工作的兩個通道運行，并通過主控制器將漏電電流和電擊 電流區(qū)分開，其中電擊電流信號的判斷方法如下
1) 讀取剩余電流波形；
2) 逐個周波比較正弦交流電角頻率相同時刻的剩余電流波形；
3) 計算逐個周波的變化波形；
4) 當逐個周波的變化波形滿足一定預設的電擊電流波形要求，且幅值在3 個周波內逐個周波上升且達到最低額定設置值，并保持數(shù)值在2個周波以上， 則判斷變化的波形為動物電擊時流過的電流波形，這部分增加的電流波形數(shù)值 為動物電擊電流，輸出動物電擊信號。
根據(jù)奈奎斯特采樣定理要想采樣后能夠不失真地還原出原信號，則采樣 頻率必須大于兩倍信號譜的最高頻率。對于50Hz的正弦交流電，只需要每秒鐘 采樣大于100次即可數(shù)字化描述該電流，又因為采樣的是三相交流電信號，為 了描述出三相的每一相情況，所以對剩余電流的最低采樣頻率為每個周波6次。 又因為三相交流電的每相相位差是120。，根據(jù)在正弦交流電流作用下基本呈電 阻性的情況，在對每個周波只采樣6次的時候下，為了采集每次每相剩余電流 變化的最大值。所以6次的最佳采樣時間是剩余電流相對正弦交流電的角頻率 30° 、 90° 、 150° 、 210° 、 2700° 、 330°時刻。
本實用新型分離方法是比較正弦交流電角頻率相同時刻的剩余電流值，取 出變化差值，構成新的電擊電流波形，然后讀取前三個周波的電擊電流波形， 對于符合預置的電擊電流波形、達到一定的幅值變化并能保持相應的持續(xù)時間 送出電擊信號，如果在此期間正弦交流電電壓沒有大的波動，則送出跳閘信號。對于剩余電流相對每一相相應正弦交流電的角頻率90。 、 270°時，剩余電流不 變化或變化下降則該相電擊不響應，對于剩余電流突然上升，沒有連續(xù)變化過 程也不響應，如果剩余電流變化，伴隨著正弦交流電的電壓波動則也不響應， 所以有較強的抗干擾能力。對于非電擊電流響應由漏電電流通道處理，這樣對 于電氣線路、設備漏電時只有到達預設漏電電流檔位時才送出跳閘信號。這樣 能明顯減少非鬼擊電流引起的非必要脫扣動作，從而提高低壓交流電網(wǎng)的使用 可靠性；又因為對電擊電流動作值設定的較為靈敏，具有使用安全系數(shù)高的特 點。
負載電流互感器3的二次側接負載電流信號處理單元4的輸入端，負載電 流信號處理單元4負責將接收到的信號經(jīng)過整流、濾波后，分別送入兩個獨立 通道，其中一路為負載電流保護處理電路17將信號通過反時限保護電路處理后 送入主控制器單元10，對負載電流的過流以及短路等情況進行識別；另外一路 為負載電流顯示處理電路16經(jīng)過再次濾波后送入主控制器單元10，進行負載電 流信號的識別，確定三相的負載電流運行狀態(tài)和三相平衡情況。
相位過零檢測單元12中，電源變壓器7交流輸出的信號經(jīng)過電阻R35限流， 通過三極管Q6送入主控制器單元10，利用二極管D15的鉗位電壓對電路起保 護作用，主控制器單元10通過分析判斷以及內部的定時控制，確定相位的實時 變化情況，當檢測到的電流由增大過程轉為減小或者由減小過程轉為增大，都 表明三相電流相位過零點了，可以實時的檢測相位的變化。
三相電壓處理單元9中，A相電壓經(jīng)電阻R7、 R8，電容C8降壓、限流后， 經(jīng)光耦U3進行強弱電信號隔離，二極管Dl用來保護光耦U3，再經(jīng)電阻R9、 R10降壓、限流，電容C9濾波后，將A相電壓信號送入主控制器單元10; B 相電壓經(jīng)電阻R12、 R13，電容C10降壓、限流，經(jīng)光耦U4進行強弱電信號隔離，二極管D13用來保護光耦U4，再經(jīng)電阻R14、 R16降壓、限流，電容Cll 濾波后，將B相電壓信號送入主控制器單元10; C相電壓經(jīng)電阻R17、 R18， 電容C12降壓、限流，經(jīng)光耦U5進行強弱電信號隔離，二極管D14用來保護 光耦U5，再經(jīng)電阻R19、 R20降壓、限流，電容C13濾波后，將C相電壓信號 送入主控制器單元IO，主控制器單元10通過接收到的信號，進行分析判斷，確 定三相的缺相運行情況。
電源變壓器7的交流電源輸出連接電源處理單元8，信號在電源處理單元8 中經(jīng)二極管Dl、 D2整流后分為兩路，其中一路經(jīng)電容C1 C6濾波、穩(wěn)壓器Ul、 U2穩(wěn)壓之后，作為裝置的供電電源使用，另一路經(jīng)過電阻R5、 R6分壓,電容 C7濾波以及穩(wěn)壓二極管D31穩(wěn)壓后，將所得的信號送入主控制器單元10，主控 制器單元IO通過分析判斷，確定負載電壓的運行情況。
當運行主控制器單元IO通過分析接收到的各種信號，送出跳閘或合閘的命 令給磁力開關控制單元6，磁力開關控制單元6輸出的信號經(jīng)過信號隔離控制磁 力開關5 。對于磁力開關5構成的脫扣機構由強電流吸合以及弱電流保持來控制， 在裝置上電時，用強電流去吸合磁力開關5，并保持一定吸合時間，在通過線路 反饋信號判斷如果磁力開關5已經(jīng)吸和，則在強電流過零點時，切斷強電流改 用弱電流保持住磁力開關5的吸和狀態(tài)；這樣，如果磁力開關5沒有吸和，則 斷開吸合電流，送出吸合失敗信號，達到最終的運行和保護的目的。
顯示單元11連接在主控制器單元10上，根據(jù)主控制器單元10輸出的控制 信號顯示各種數(shù)值和單位。LED數(shù)碼管用于顯示各種數(shù)值；發(fā)光二極管L3用于 顯示電流單位mA,發(fā)光二極管L2用于顯示電流單位A，發(fā)光二極管L1用于顯 示電壓單位V。
狀態(tài)指示單元26連接在主控制器單元10上，用于指示當前漏電保護裝置的運行狀態(tài)以及線路的故障狀態(tài)。發(fā)光二極管L4 L6指示相位，發(fā)光二極管L7 指示合閘狀態(tài)，發(fā)光二極管L8指示漏電狀態(tài)，發(fā)光二極管L9指示過流狀態(tài)， 發(fā)光二極管L10指示缺相狀態(tài)，發(fā)光二極管Lll指示電擊狀態(tài)，發(fā)光二極管L12 指示報警狀態(tài)。
通過顯示單元和狀態(tài)指示單元可以實時了解運行情況，出現(xiàn)故障時，可以 實時顯示出具體故障狀態(tài)，使用戶及時地采取對應措施解決故障。
本實用新型還提供多種參數(shù)可以人工設置選擇，以滿足不同用戶的需求。 如額定負載電流有50A/63A/80A/100A可供選擇，額定漏電流有 300mA/500mA/1000mA可供選擇，在作為總保和分保時，漏電流的跳閘時間有 300mS/500mS可選，在作為末級保護時，運行方式有三相/單相兩種可以選擇。 用戶可以通過操作鍵盤處理電路13關聯(lián)的按鍵來自由的選擇各種參數(shù)，在設置 參數(shù)時，按住設置按鍵KB2保持5秒鐘以上(通過數(shù)碼管可以看到按住保持的 時間)，確認系統(tǒng)進入設置操作模式后，用戶才能通過設置按鍵S2，閱讀按鍵 S3，確認按鍵S4進行對其內部參數(shù)進行調整，這樣可以避免不小心引起的參數(shù) 誤改動，本實用新型在實時顯示漏電流的基礎上，還可以隨時査閱當時的負載 電壓和負載電流情況。
如圖5為漏電保護裝置面板顯示的示意圖，單元19顯示相位，單元18顯 示各種數(shù)值，單元20顯示電壓電流的單位，單元21指示漏電保護裝置的運行 狀態(tài)以及線路的故障狀態(tài)，單元22、 23、 24、 25是人機交互時用來設置各種狀 態(tài)和參數(shù)。
本實用新型還包括一個預留信號傳輸接口，通過轉換接頭，可以用于與外 部設備進行數(shù)據(jù)輸入輸出，也方便軟件的升級。如為了采用遠程管理系統(tǒng)對裝 置進行有效控制，可增加短信提示功能，當裝置發(fā)生跳閘保護時，裝置能夠發(fā)送信息給主管人員，通知故障原因和相應的故障數(shù)值以及相應的裝置信息。使 故障狀態(tài)得到及時處理，而不影響其它線路使用。解決了裝置單純靠人管理以 及管理困難的現(xiàn)狀，提高了裝置終端的管理水平和工作效率。
權利要求1、一種智能化集成漏電保護裝置，包括一個殼體，該殼體內設有印刷控制電路板、磁力開關(5)、電源變壓器(7)、零序電流互感器(1)和負載電流互感器(3)，其特征在于，所述印刷控制電路板包含以下單元主控制器單元(10)；與磁力開關(5)相連并接入主控制器單元(10)的磁力開關控制單元(6)，用于接收主控制器單元(10)的控制信號以控制磁力開關(5)的通斷；與電源變壓器(7)相連并接入主控制器單元(10)的電源處理單元(8)，用于為裝置提供電源以及采集電壓信號傳入主控制器單元(10)；與零序電流互感器(1)相連并接入主控制器單元(10)的漏電流信號處理單元(2)，用于采集零序電流互感器(1)感應到的剩余電流并將采集信號傳入主控制器單元(10)；與負載電流互感器(3)相連并接入主控制器單元(10)的負載電流信號處理單元(4)，用于采集負載電流互感器(3)感應的負載電流并將采集信號傳入主控制器單元(10)；與電源變壓器(7)相連并接入主控制器單元(10)的相位過零檢測單元(12)，用于采集電源變壓器(7)交流輸出信號并將采集信號傳入主控制器單元(10)；與主控制器單元(10)相連的三相電壓處理單元(9)，用于采集三相電壓并將采集信號傳入主控制器單元(10)；與主控制器單元(10)相連的鍵盤處理單元(13)，用于人機交互功能；與主控制器單元相連的顯示單元(11)，用于顯示電壓、電流的數(shù)值、單位及相位；與主控制器單元相連的狀態(tài)指示單元(26)，用于指示當前漏電保護裝置的運行狀態(tài)以及線路的故障狀態(tài)。
2、 根據(jù)權利要求l所述的一種智能化集成漏電保護裝置，其特征在于，所述的 電源處理單元(8)經(jīng)整流后分為兩路，其中一路經(jīng)濾波、各級穩(wěn)壓之后，作為 裝置的供電電源使用，另一路經(jīng)過濾波、分壓后，將所得的信號送入主控制器 單元，用于判斷負載電壓的運行情況。
3、 根據(jù)權利要求l所述的一種智能化集成漏電保護裝置，其特征在于，所述的漏電流信號處理單元(2)分為兩路， 一路將接收到的信號放大、整流、濾波、再次放大之后送入主控制器單元(10)，用于電擊信號的判斷；另一路將接收到 的信號放大、隔直、再次放大之后送入主控制器單元(10)，用于漏電信號的判 斷。
4、 根據(jù)權利要求l所述的一種智能化集成漏電保護裝置，其特征在于，所述的 負載電流信號處理單元(4)將接收到的信號經(jīng)過整流、濾波后分為兩路， 一路 將信號通過反時限保護電路處理后送入主控制器單元(10)，用于判斷負載電流 的過載及短路情況；另一路將信號經(jīng)過再次濾波后送入主控制器單元(10)，用 于確定三相的負載電流運行狀態(tài)和三相平衡情況。
5、 根據(jù)權利要求l所述的一種智能化集成漏電保護裝置，其特征在于，所述的 主控制器單元(10)還接有預留信號傳輸接口，用于與外部設備進行數(shù)據(jù)輸入 輸出和軟件的升級。
專利摘要本實用新型涉及一種漏電保護裝置，尤其涉及一種智能化的漏電保護裝置。本實用新型所提供的漏電保護裝置集成了對過載、短路、缺相、過壓、欠壓、漏電、電擊、自動重合等功能為一體，可方便地控制多路漏電保護開關系統(tǒng)與顯示低壓交流電網(wǎng)的負載電壓、負載電流、漏電流等參量，還可顯示漏電保護裝置的目前工作狀態(tài)、漏電保護開關的歷史工作狀態(tài)等功能，并具有友好的人機界面，同時還可以辨別出漏電電流和電擊電流，可以減少電氣線路、設備漏電引起的漏電保護裝置的非必要跳閘動作，又可提高漏電保護裝置的安全性目的。
文檔編號H02H3/14GK201360135SQ20082016885
公開日2009年12月9日 申請日期2008年12月4日 優(yōu)先權日2008年12月4日
發(fā)明者王士綱, 謝傳鑾 申請人:臨安億安電子有限公司