一種可區分觸電與漏電信號的智能斷路器的製造方法
2023-10-05 09:24:49 1
一種可區分觸電與漏電信號的智能斷路器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種可區分觸電與漏電信號的智能斷路器，包括信號檢測元件、觸電保護控制電路、與信號檢測元件的輸出端連接、漏電保護控制電路、執行機構、聲光報警電路，所述觸電保護控制電路包括信號鑑相電路、脈衝形成電路、分析比較電路。本發明通過檢測由觸電電流變化而產生感應電壓的變化，感應電壓的變化的函數曲線與設定值函數曲線均為直線，因此能夠有效地分辨出觸電信號和漏電信號，不存在動作靈敏區與不靈敏區，因而對觸電保護也不存在「死區」。
【專利說明】—種可區分觸電與漏電信號的智能斷路器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種斷路器，具體涉及一種可區分觸電與漏電信號的智能斷路器。
【背景技術】
[0002]低壓電網尤其是農網中，普遍存在違規布線、導線絕緣損壞、導體裸露等狀況，不 僅容易造成漏電事故，而且導致人或動物不幸觸電的悲劇時有發生。
[0003]至今，國內外漏電斷路器都是當人、畜觸電電流或導線、設備漏電電流超過斷路器 設定的漏電電流值時便會脫扣、分閘切斷電源。按安全標準，直接保護人體的漏電電流值 為< 30mA，此標準值在當前我國農網中設備、導線漏電是極普遍的，以致造成頻繁脫扣斷電 現象。為此，電力部門迫切要求一種既能達到人體觸電電流30mA就脫扣，而在設備、導線漏 電電流值雖達到≤30mA卻只報警不脫扣的產品，這就要求研發一種可智能識別人體觸電 和設備漏電信號，並作出相應處理的智能型漏電斷路器。
[0004]電網中裝有的漏電斷路器大多採用電流動作型，當電路中存在漏電電流時，發生 人體觸電事故，這時漏電斷路器的動作電流為漏電電流與觸電電流的矢量和，也即其動作 電流不僅與漏電、觸電電流的大小有關，還和兩者的相位有關，經數理分析計算其合成的電 流函數曲線〔餘弦函數曲線〕與設定值直線相比較，必然存在動作靈敏區〔即使實際觸電電 流低於設定值，斷路器仍會脫扣〕與不靈敏區〔即使實際觸電電流高於設定值，斷路器仍不 會脫扣〕，因而對觸電保護存在「死區」，而且對觸電與漏電信號不能有效準確的區分，這是 電流動作型漏電斷路器的弊端。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種可區分觸電與漏電信號的智能斷路器。
[0006]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：
一種可區分觸電與漏電信號的智能斷路器，包括：
信號檢測元件，檢測被保護電路中的漏電電流和/或觸電電流，並將其轉換成相應的 電壓信號；
觸電保護控制電路，與信號檢測元件的輸出端連接，用於檢測電壓信號中是否存在觸 電信號，並且輸出相應的觸電控制信號；
漏電保護控制電路，與信號檢測元件的輸出端連接，用於檢測電壓信號中漏電電流的 大小，並且輸出相應的漏電控制信號；
執行機構，根據觸電控制信號和漏電控制信號切斷被保護電路；
聲光報警電路，根據觸電控制信號和漏電控制信號發出警報故障；
所述觸電保護控制電路包括：
信號鑑相電路，將漏電電流和/或觸電電流合成的剩餘電流而產生的感應電壓信號與 基準電壓相比較，通過相敏整流後輸出一直流電壓；脈衝形成電路，將直流電壓內因觸電而形成的電壓突變量分離出來形成脈衝信號；分析比較電路，將電壓突變量脈衝信號與設定的電壓值進行分析比較，並且輸出相應的觸電控制信號；
在本發明中，所述分析比較電路為一單片機，將電壓突變量脈衝信號與設定的電壓值進行分析比較，並且輸出相應的觸電控制信號。
[0007]在本發明中，所述單片機與漏電保護控制電路的輸出端連接，單片機根據觸電控制信號和漏電控制信號並輸出控制信號，並由運算放大器進行功率放大後與執行機構和聲光報警電路連接。
[0008]在本發明中，所述單片機分別與輸入機構和顯示機構連接，所述輸入機構按觸電保護電流與漏電保護電流的不同設定值要求通過按鍵輸入單片機，單片機根據不同設定值的要求輸出相應的控制信號；所述顯示機構用於顯示在線運行參數、保護值設定、觸電與漏電故障的分別顯示、以及故障查詢。
[0009]在本發明中，所述信號檢測元件為零序電流互感器。
[0010]本發明的有益效果是:本發明通過觸電保護控制電路和漏電保護控制電路可智能識別出人體觸電與設備導線漏電信號並發出相應的控制信號，在實際使用過程中，可分別對人體觸電電流與設備導線漏電電流值予先作出設定，滿足觸電電流與漏電電流不同保護數值的脫扣要求。
[0011]眾所周知，由於觸電與漏電的物理現象不同，設備或導線漏電是緩變過程，即漏電電流不存在突變，因而漏電電流的瞬時變化率幾乎為零。而人體觸電是突變過程，即觸電電流存在突變，因而觸電電流的瞬時變化率幾乎為無窮大。
[0012]本發明通過檢測由觸電電流變化而產生感應電壓的變化，感應電壓的變化的函數曲線與設定值函數曲線均為`直線，因此能夠有效地分辨出觸電信號和漏電信號，不存在動作靈敏區與不靈敏區，因而對觸電保護也不存在「死區」。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]下面結合附圖和實施方式對本發明進一步說明:
圖1為本實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]參照圖1，本實施例所提供的一種可區分觸電與漏電信號的智能斷路器，包括:信號檢測元件1、觸電保護控制電路2、漏電保護控制電路3、執行機構4、聲光報警電路5和電源9。
[0015]所述信號檢測元件I為零序電流互感器，用於檢測被保護電網相線對地的漏電電流ΙΛ?和觸電電流I&信號轉換成電壓信號Um與U,"電流信號轉換成電壓信號可以是硬體設計，例如電流經過電阻可在電阻兩端取得電壓信號。
[0016]觸電保護控制電路2和漏電保護控制電路3並聯設置，並與信號檢測元件I的輸出端連接。所述觸電保護控制電路2包括:信號鑑相電路21，將漏電電流Im和/或觸電電流L合成的剩餘電流而產生的感應電壓信號與基準電壓相比較，通過相敏整流後輸出一直流電壓U0 ;脈衝形成電路22，將直流電壓U0內因觸電而形成的電壓突變量分離出來形成脈衝信號；分析比較電路，分析比較電路為一單片機23，將電壓突變量脈衝信號與設定的電壓值U,m進行分析比較，設定電壓值U,m與設定電流值ΙΔΠ1為直線關係，υΔTη=χιΔTη,X為常數；設定電流值30mA。當脈衝信號大於電壓值U,m時，則輸出觸電信號，當脈衝信號小於電壓值υΛπι時,則輸出非觸電信號。
[0017]所述漏電保護控制電路3的結構與常規的漏電保護電路基本相同，用於檢測電壓信號中漏電電流Ui的大小，當漏電電流ΙΛ?小於設定的漏電電流值時，則輸出漏電警報信號，當漏電電流ΙΛ?大於設定的漏電電流值時，則輸出漏電脫扣信號，斷開電路。
[0018]執行機構4，執行機構4與斷路器的脫扣機構連接，根據觸電控制信號和漏電控制信號切斷被保護電路。
[0019]聲光報警電路5，根據觸電控制信號和漏電控制信號發出警報故障，其警告方式可以為蜂鳴器或燈光信號。
[0020]電源9，為信號鑑相電路21、脈衝形成電路22、單片機23、顯示機構8、聲光報警電路5等電路提供工作電源。
[0021]在本實施例中，所述單片機23與漏電保護控制電路3的輸出端連接，單片機23根據觸電控制信號和漏電控制信號並輸出控制信號，並由運算放大器6進行功率放大後與執行機構4和聲光報警電路5連接。
[0022]進一步，所述單片機23分別與輸入機構7和顯示機構8連接，所述輸入機構7按觸電保護電流與漏電保護電流的不同設定值要求通過按鍵輸入單片機23，單片機23根據不同設定值的要求輸出相應的控制信號，例如當觸電電流Iu小於設定值30mA，漏電電流Im小於設定值300mA時，單片機23發出指令，聲光報警電路5發出警報而執行機構4不進行脫扣動作。所述顯示機構8用於顯示在線運行參數、保護值設定、觸電與漏電故障的分別顯示、以及故障查詢。
[0023]所述信號鑑相電路21為一平衡疊加式鑑相器，對於單邊工作情況而言，輸入電壓U1與U2為同頻交流正弦電壓，而輸出電壓為一直流電壓，經理論分析計算，輸出電壓U0與輸入電壓 Up U2 的關係為=U0= (2D X U2mCOS Φ/〔1+D2〕1/2〕，式中 D=Ulm/U2m，Φ 為 U1 與 U2 間的相位差，當D >> I時，則U。~2U2mC0S Φ ;上式說明Ulm > > U2m時，鑑相電路的輸出電壓U0不僅與U2的大小相關,而且與U1與U2間的相位差有關。
[0024]現取A相電源電壓的一部分為比較電壓為矢量U1=IiUa〔O < k < I〕；當漏、觸電信號同時存在時，矢量U2即是矢量Um與矢量UAr的矢量和，U0為輸出電壓；
無人觸電時:
U0 ~2UMmC0S(K1;
有人觸電時:
U00 ~2υΛ2πα^Φ=2 (UmdiCOS Φ Δ1+υΔTω008ΦΔT)；
上式中φ ΔT> φ δι、φ分別為υΛ2、υΛ1、υ2與U1的相位差。
[0025]故人身觸 電前後鑑相器單邊輸出的變化量為:
AU0= U0-U00=2UArmCOS(Kr;
上式即為人身觸電前後引起鑑相器輸出的變化量，這正是我們需要的量。脈衝形成電路22將上述變化量分離出來形成脈衝信號。
[0026]由於觸電可能隨機發生在A、B、C相三種情況，所以觸電電壓U&與其比較電壓U1的相位差ΦΛ,僅有三種情況，即O。、+120°、-120°，這樣鑑相器輸出電壓的變化量AU。僅有兩種情況:
AU0=2 U.rffl； AU0=-U.rffl；
以上兩式均表明輸出量為直線函數曲線，而設定量也為一直線函數曲線，表示為Ih=Ihn ;上式中為觸電電流動作值為觸電電流設定值，即不存在動作「死區」。
[0027]以上所述僅為本發明的優先實施方式，只要以基本相同手段實現本發明目的的技術方案都屬於本發明的保護範圍之`內。
【權利要求】
1.一種可區分觸電與漏電信號的智能斷路器，其特徵在於包括: 信號檢測元件(1)，檢測被保護電路中的漏電電流和/或觸電電流，並將其轉換成相應的電壓信號； 觸電保護控制電路(2)，與信號檢測元件(I)的輸出端連接，用於檢測電壓信號中是否存在觸電信號，並且輸出相應的觸電控制信號； 漏電保護控制電路(3)，與信號檢測元件(I)的輸出端連接，用於檢測電壓信號中漏電電流的大小，並且輸出相應的漏電控制信號； 執行機構(4)，根據觸電控制信號和漏電控制信號切斷被保護電路； 聲光報警電路(5)，根據觸電控制信號和漏電控制信號發出警報故障； 所述觸電保護控制電路(2)包括: 信號鑑相電路(21)，將漏電電流和/或觸電電流合成的剩餘電流而產生的感應電壓信號與基準電壓相比較，通過相敏整流後輸出一直流電壓； 脈衝形成電路(22)，將直流電壓內因觸電而形成的電壓突變量分離出來形成脈衝信號; 分析比較電路，將電壓突變量脈衝信號與設定的電壓值進行分析比較，並且輸出相應的觸電控制信號； 根據權利要求1所述的一種可區分觸電與漏電信號的智能斷路器，其特徵在於:所述分析比較電路為一單片機(23)，將電壓突變量脈衝信號與設定的電壓值進行分析比較，並且輸出相應的觸電控制信號。
2.根據權利要求2所述的一種可區分觸電與漏電信號的智能斷路器，其特徵在於:所述單片機(23)與漏電保護控制電路(3)的輸出端連接，單片機(23)根據觸電控制信號和漏電控制信號並輸出控制信號，並由運算放大器(6)進行功率放大後與執行機構(4)和聲光報警電路(5)連接。
3.根據權利要求2所述的一種可區分觸電與漏電信號的智能斷路器，其特徵在於:所述單片機(23)分別與輸入機構(7)和顯示機構(8)連接，所述輸入機構(7)按觸電保護電流與漏電保護電流的不同設定值要求通過按鍵輸入單片機(23)，單片機(23)根據不同設定值的要求輸出相應的控制信號；所述顯示機構(8)用於顯示在線運行參數、保護值設定、觸電與漏電故障的分別顯示、以及故障查詢。
4.根據權利要求1所述的一種可區分觸電與漏電信號的智能斷路器，其特徵在於:所述信號檢測元件(I)為零序電流互感器。
【文檔編號】H02H3/04GK103825245SQ201410041190
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月27日 優先權日:2014年1月27日
【發明者】莫均全, 張永文 申請人:廣東南冠電氣有限公司