一種可區(qū)分觸電與漏電信號的智能斷路器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可區(qū)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(hù)控制電路、與信號檢測元件的輸出端連接、漏電保護(hù)控制電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、聲光報(bào)警電路，所述觸電保護(hù)控制電路包括信號鑒相電路、脈沖形成電路、分析比較電路。本發(fā)明通過檢測由觸電電流變化而產(chǎn)生感應(yīng)電壓的變化，感應(yīng)電壓的變化的函數(shù)曲線與設(shè)定值函數(shù)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(qū)與不靈敏區(qū)，因而對觸電保護(hù)也不存在“死區(qū)”。
【專利說明】—種可區(qū)分觸電與漏電信號的智能斷路器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種斷路器，具體涉及一種可區(qū)分觸電與漏電信號的智能斷路器。
【背景技術(shù)】
[0002]低壓電網(wǎng)尤其是農(nóng)網(wǎng)中，普遍存在違規(guī)布線、導(dǎo)線絕緣損壞、導(dǎo)體裸露等狀況，不 僅容易造成漏電事故，而且導(dǎo)致人或動物不幸觸電的悲劇時(shí)有發(fā)生。
[0003]至今，國內(nèi)外漏電斷路器都是當(dāng)人、畜觸電電流或?qū)Ь€、設(shè)備漏電電流超過斷路器 設(shè)定的漏電電流值時(shí)便會脫扣、分閘切斷電源。按安全標(biāo)準(zhǔn)，直接保護(hù)人體的漏電電流值 為< 30mA，此標(biāo)準(zhǔn)值在當(dāng)前我國農(nóng)網(wǎng)中設(shè)備、導(dǎo)線漏電是極普遍的，以致造成頻繁脫扣斷電 現(xiàn)象。為此，電力部門迫切要求一種既能達(dá)到人體觸電電流30mA就脫扣，而在設(shè)備、導(dǎo)線漏 電電流值雖達(dá)到≤30mA卻只報(bào)警不脫扣的產(chǎn)品，這就要求研發(fā)一種可智能識別人體觸電 和設(shè)備漏電信號，并作出相應(yīng)處理的智能型漏電斷路器。
[0004]電網(wǎng)中裝有的漏電斷路器大多采用電流動作型，當(dāng)電路中存在漏電電流時(shí)，發(fā)生 人體觸電事故，這時(shí)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(guān)，還和兩者的相位有關(guān)，經(jīng)數(shù)理分析計(jì)算其合成的電 流函數(shù)曲線〔余弦函數(shù)曲線〕與設(shè)定值直線相比較，必然存在動作靈敏區(qū)〔即使實(shí)際觸電電 流低于設(shè)定值，斷路器仍會脫扣〕與不靈敏區(qū)〔即使實(shí)際觸電電流高于設(shè)定值，斷路器仍不 會脫扣〕，因而對觸電保護(hù)存在“死區(qū)”，而且對觸電與漏電信號不能有效準(zhǔn)確的區(qū)分，這是 電流動作型漏電斷路器的弊端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種可區(qū)分觸電與漏電信號的智能斷路器。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
一種可區(qū)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(hù)電路中的漏電電流和/或觸電電流，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的 電壓信號；
觸電保護(hù)控制電路，與信號檢測元件的輸出端連接，用于檢測電壓信號中是否存在觸 電信號，并且輸出相應(yīng)的觸電控制信號；
漏電保護(hù)控制電路，與信號檢測元件的輸出端連接，用于檢測電壓信號中漏電電流的 大小，并且輸出相應(yīng)的漏電控制信號；
執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)觸電控制信號和漏電控制信號切斷被保護(hù)電路；
聲光報(bào)警電路，根據(jù)觸電控制信號和漏電控制信號發(fā)出警報(bào)故障；
所述觸電保護(hù)控制電路包括：
信號鑒相電路，將漏電電流和/或觸電電流合成的剩余電流而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓信號與 基準(zhǔn)電壓相比較，通過相敏整流后輸出一直流電壓；脈沖形成電路，將直流電壓內(nèi)因觸電而形成的電壓突變量分離出來形成脈沖信號；分析比較電路，將電壓突變量脈沖信號與設(shè)定的電壓值進(jìn)行分析比較，并且輸出相應(yīng)的觸電控制信號；
在本發(fā)明中，所述分析比較電路為一單片機(jī)，將電壓突變量脈沖信號與設(shè)定的電壓值進(jìn)行分析比較，并且輸出相應(yīng)的觸電控制信號。
[0007]在本發(fā)明中，所述單片機(jī)與漏電保護(hù)控制電路的輸出端連接，單片機(jī)根據(jù)觸電控制信號和漏電控制信號并輸出控制信號，并由運(yùn)算放大器進(jìn)行功率放大后與執(zhí)行機(jī)構(gòu)和聲光報(bào)警電路連接。
[0008]在本發(fā)明中，所述單片機(jī)分別與輸入機(jī)構(gòu)和顯示機(jī)構(gòu)連接，所述輸入機(jī)構(gòu)按觸電保護(hù)電流與漏電保護(hù)電流的不同設(shè)定值要求通過按鍵輸入單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)不同設(shè)定值的要求輸出相應(yīng)的控制信號；所述顯示機(jī)構(gòu)用于顯示在線運(yùn)行參數(shù)、保護(hù)值設(shè)定、觸電與漏電故障的分別顯示、以及故障查詢。
[0009]在本發(fā)明中，所述信號檢測元件為零序電流互感器。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過觸電保護(hù)控制電路和漏電保護(hù)控制電路可智能識別出人體觸電與設(shè)備導(dǎo)線漏電信號并發(fā)出相應(yīng)的控制信號，在實(shí)際使用過程中，可分別對人體觸電電流與設(shè)備導(dǎo)線漏電電流值予先作出設(shè)定，滿足觸電電流與漏電電流不同保護(hù)數(shù)值的脫扣要求。
[0011]眾所周知，由于觸電與漏電的物理現(xiàn)象不同，設(shè)備或?qū)Ь€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(shí)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(shí)變化率幾乎為無窮大。
[0012]本發(fā)明通過檢測由觸電電流變化而產(chǎn)生感應(yīng)電壓的變化，感應(yīng)電壓的變化的函數(shù)曲線與設(shè)定值函數(shù)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(qū)與不靈敏區(qū)，因而對觸電保護(hù)也不存在“死區(qū)”。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)一步說明:
圖1為本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]參照圖1，本實(shí)施例所提供的一種可區(qū)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(hù)控制電路2、漏電保護(hù)控制電路3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)4、聲光報(bào)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，用于檢測被保護(hù)電網(wǎng)相線對地的漏電電流ΙΛ?和觸電電流I&信號轉(zhuǎn)換成電壓信號Um與U,"電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號可以是硬件設(shè)計(jì)，例如電流經(jīng)過電阻可在電阻兩端取得電壓信號。
[0016]觸電保護(hù)控制電路2和漏電保護(hù)控制電路3并聯(lián)設(shè)置，并與信號檢測元件I的輸出端連接。所述觸電保護(hù)控制電路2包括:信號鑒相電路21，將漏電電流Im和/或觸電電流L合成的剩余電流而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓信號與基準(zhǔn)電壓相比較，通過相敏整流后輸出一直流電壓U0 ;脈沖形成電路22，將直流電壓U0內(nèi)因觸電而形成的電壓突變量分離出來形成脈沖信號；分析比較電路，分析比較電路為一單片機(jī)23，將電壓突變量脈沖信號與設(shè)定的電壓值U,m進(jìn)行分析比較，設(shè)定電壓值U,m與設(shè)定電流值ΙΔΠ1為直線關(guān)系，υΔTη=χιΔTη,X為常數(shù)；設(shè)定電流值30mA。當(dāng)脈沖信號大于電壓值U,m時(shí)，則輸出觸電信號，當(dāng)脈沖信號小于電壓值υΛπι時(shí),則輸出非觸電信號。
[0017]所述漏電保護(hù)控制電路3的結(jié)構(gòu)與常規(guī)的漏電保護(hù)電路基本相同，用于檢測電壓信號中漏電電流Ui的大小，當(dāng)漏電電流ΙΛ?小于設(shè)定的漏電電流值時(shí)，則輸出漏電警報(bào)信號，當(dāng)漏電電流ΙΛ?大于設(shè)定的漏電電流值時(shí)，則輸出漏電脫扣信號，斷開電路。
[0018]執(zhí)行機(jī)構(gòu)4，執(zhí)行機(jī)構(gòu)4與斷路器的脫扣機(jī)構(gòu)連接，根據(jù)觸電控制信號和漏電控制信號切斷被保護(hù)電路。
[0019]聲光報(bào)警電路5，根據(jù)觸電控制信號和漏電控制信號發(fā)出警報(bào)故障，其警告方式可以為蜂鳴器或燈光信號。
[0020]電源9，為信號鑒相電路21、脈沖形成電路22、單片機(jī)23、顯示機(jī)構(gòu)8、聲光報(bào)警電路5等電路提供工作電源。
[0021]在本實(shí)施例中，所述單片機(jī)23與漏電保護(hù)控制電路3的輸出端連接，單片機(jī)23根據(jù)觸電控制信號和漏電控制信號并輸出控制信號，并由運(yùn)算放大器6進(jìn)行功率放大后與執(zhí)行機(jī)構(gòu)4和聲光報(bào)警電路5連接。
[0022]進(jìn)一步，所述單片機(jī)23分別與輸入機(jī)構(gòu)7和顯示機(jī)構(gòu)8連接，所述輸入機(jī)構(gòu)7按觸電保護(hù)電流與漏電保護(hù)電流的不同設(shè)定值要求通過按鍵輸入單片機(jī)23，單片機(jī)23根據(jù)不同設(shè)定值的要求輸出相應(yīng)的控制信號，例如當(dāng)觸電電流Iu小于設(shè)定值30mA，漏電電流Im小于設(shè)定值300mA時(shí)，單片機(jī)23發(fā)出指令，聲光報(bào)警電路5發(fā)出警報(bào)而執(zhí)行機(jī)構(gòu)4不進(jìn)行脫扣動作。所述顯示機(jī)構(gòu)8用于顯示在線運(yùn)行參數(shù)、保護(hù)值設(shè)定、觸電與漏電故障的分別顯示、以及故障查詢。
[0023]所述信號鑒相電路21為一平衡疊加式鑒相器，對于單邊工作情況而言，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(jīng)理論分析計(jì)算，輸出電壓U0與輸入電壓 Up U2 的關(guān)系為=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(dāng)D >> I時(shí)，則U。~2U2mC0S Φ ;上式說明Ulm > > U2m時(shí)，鑒相電路的輸出電壓U0不僅與U2的大小相關(guān),而且與U1與U2間的相位差有關(guān)。
[0024]現(xiàn)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(dāng)漏、觸電信號同時(shí)存在時(shí)，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(shí):
U0 ~2UMmC0S(K1;
有人觸電時(shí):
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 電前后鑒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后引起鑒相器輸出的變化量，這正是我們需要的量。脈沖形成電路22將上述變化量分離出來形成脈沖信號。
[0026]由于觸電可能隨機(jī)發(fā)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°，這樣鑒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(shù)曲線，而設(shè)定量也為一直線函數(shù)曲線，表示為Ih=Ihn ;上式中為觸電電流動作值為觸電電流設(shè)定值，即不存在動作“死區(qū)”。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施方式，只要以基本相同手段實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之`內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可區(qū)分觸電與漏電信號的智能斷路器，其特征在于包括: 信號檢測元件(1)，檢測被保護(hù)電路中的漏電電流和/或觸電電流，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號； 觸電保護(hù)控制電路(2)，與信號檢測元件(I)的輸出端連接，用于檢測電壓信號中是否存在觸電信號，并且輸出相應(yīng)的觸電控制信號； 漏電保護(hù)控制電路(3)，與信號檢測元件(I)的輸出端連接，用于檢測電壓信號中漏電電流的大小，并且輸出相應(yīng)的漏電控制信號； 執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4)，根據(jù)觸電控制信號和漏電控制信號切斷被保護(hù)電路； 聲光報(bào)警電路(5)，根據(jù)觸電控制信號和漏電控制信號發(fā)出警報(bào)故障； 所述觸電保護(hù)控制電路(2)包括: 信號鑒相電路(21)，將漏電電流和/或觸電電流合成的剩余電流而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓信號與基準(zhǔn)電壓相比較，通過相敏整流后輸出一直流電壓； 脈沖形成電路(22)，將直流電壓內(nèi)因觸電而形成的電壓突變量分離出來形成脈沖信號; 分析比較電路，將電壓突變量脈沖信號與設(shè)定的電壓值進(jìn)行分析比較，并且輸出相應(yīng)的觸電控制信號； 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可區(qū)分觸電與漏電信號的智能斷路器，其特征在于:所述分析比較電路為一單片機(jī)(23)，將電壓突變量脈沖信號與設(shè)定的電壓值進(jìn)行分析比較，并且輸出相應(yīng)的觸電控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可區(qū)分觸電與漏電信號的智能斷路器，其特征在于:所述單片機(jī)(23)與漏電保護(hù)控制電路(3)的輸出端連接，單片機(jī)(23)根據(jù)觸電控制信號和漏電控制信號并輸出控制信號，并由運(yùn)算放大器(6)進(jìn)行功率放大后與執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4)和聲光報(bào)警電路(5)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可區(qū)分觸電與漏電信號的智能斷路器，其特征在于:所述單片機(jī)(23)分別與輸入機(jī)構(gòu)(7)和顯示機(jī)構(gòu)(8)連接，所述輸入機(jī)構(gòu)(7)按觸電保護(hù)電流與漏電保護(hù)電流的不同設(shè)定值要求通過按鍵輸入單片機(jī)(23)，單片機(jī)(23)根據(jù)不同設(shè)定值的要求輸出相應(yīng)的控制信號；所述顯示機(jī)構(gòu)(8)用于顯示在線運(yùn)行參數(shù)、保護(hù)值設(shè)定、觸電與漏電故障的分別顯示、以及故障查詢。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可區(qū)分觸電與漏電信號的智能斷路器，其特征在于: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(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】莫均全, 張永文 申請人:廣東南冠電氣有限公司