一種接地故障電流檢測(cè)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種接地故障電流檢測(cè)電路，具體說(shuō)來(lái)，設(shè)及為低壓配電系統(tǒng)中 斷路器或過(guò)載繼電器。
【背景技術(shù)】
[0002] 所謂的接地故障，是指相對(duì)地或與地有關(guān)聯(lián)的外漏可導(dǎo)電部分，如設(shè)備外殼、管道 和構(gòu)架的直接接觸短路。同一般短路形式相比較，其短路電流有效值雖然不是很大，但足W 導(dǎo)致人身觸電傷亡和火災(zāi)事故，后果極為嚴(yán)重。接地故障引起的間接接觸觸電事故是最常 見(jiàn)的電擊事故，接地故障引起的對(duì)地電弧和電火花則是最常見(jiàn)的電氣短路起火源。發(fā)生接 地故障時(shí)，保護(hù)電器必須及時(shí)、可靠切斷電路，W防止發(fā)生人身觸電、電氣火災(zāi)等事故。
[0003] 接地故障保護(hù)作為低壓配電線路中一項(xiàng)重要保護(hù)功能，在低壓電器中重要組成元 器件空氣斷路器、塑殼斷路器、接觸器和繼電器中，目前空氣斷路器中已經(jīng)得到廣泛的用， 而對(duì)于塑殼斷路器或繼電器而言，近幾年才逐步發(fā)展起來(lái)。
[0004] 目前，在空氣斷路器的接地保護(hù)方式主要可分為兩種:差值型(T)和地電流型(W)。 其中差值型保護(hù)方法由可W根據(jù)斷路器的級(jí)數(shù)分為3ΡΤ、4ΡΤ或3P+N，即取Ξ相或4相電流的 矢量和進(jìn)行保護(hù)。地電流型保護(hù)方式由外加特殊的電流互感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，每種額定電流需要 匹配一種互感器。塑殼斷路器由于受到外形尺寸大小的限制，常采用差值型保護(hù)保護(hù)方式， 即矢量和的方式。
[0005] 在最近幾年來(lái)塑殼斷路器采用了新型電流互感器，即帶有羅斯線圈互感器，則實(shí) 現(xiàn)接地故障保護(hù)功能采用差值型方式變得容易起來(lái)。電流互感器中包含了兩種線圈：速飽 和線圈與羅斯線圈，速飽和線圈提供控制器工作的能量，羅斯線圈提供測(cè)量及檢測(cè)信號(hào)。所 W運(yùn)就使得互感器體積相對(duì)增大。而低壓電器發(fā)展，各元器件的體積是越來(lái)越小，同時(shí)額定 電流也越來(lái)越低。同時(shí)羅斯線圈在小信號(hào)下容易受到干擾。如殼架為125Α及W下電流規(guī)格 中，實(shí)現(xiàn)運(yùn)種雙線圈方案的電流互感器空間體積就較為困難。在電子過(guò)載繼電器中，額定電 流通常有幾安培或十幾安培的，則不宜采用該電流互感器方案。通常還是采用的常規(guī)的單 線圈方式，尤其在電子過(guò)載繼電器。
[0006] 采用常規(guī)單線圈方案中，實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)功能，如美國(guó)專利US6407894B1，電流取樣 電阻在進(jìn)行整流之前，采樣為交流信號(hào)，且在信號(hào)進(jìn)行運(yùn)放處理過(guò)程中，運(yùn)放需要選用帶有 隔離的運(yùn)放或采用正負(fù)電源，同時(shí)信號(hào)需要進(jìn)行兩級(jí)運(yùn)放處理，信號(hào)調(diào)理電路都較為復(fù)雜。 目前在繼電器中常采用一種半波進(jìn)行接地保護(hù)，由于采用半波進(jìn)行有效值計(jì)算，在保護(hù)精 度要求較高的應(yīng)用則不能滿足。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 為了解決W上問(wèn)題本實(shí)用新型提供了一種采用單線圈電流互感器方案中實(shí)現(xiàn)接 地故障保護(hù)的電路。
[000引為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:一種接地故障電流檢測(cè)電路，其 特征在于:包括電流互感器、整流采樣電路、電源電路、信號(hào)調(diào)理電路、單片機(jī)及外圍電路五 部分組成。
[0009] 所述的電流互感器為A相、B相、C相電流互感器或A相、B相、C相、N相電流互感器。
[0010] 所述的整流采樣電路全橋整流電路與電流取樣電阻包括了二極管02、03、04、05組 成A相全橋整流電流，二極管D6、D7、D8、D9組成B相全橋整流電流，二極管D10、D11、D12、D13 組成C相全橋整流電流，A相采樣電阻R4串聯(lián)在二極管D4陽(yáng)極，A相采樣電阻R5串聯(lián)在二極管 D5陽(yáng)極，B相采樣電阻R14串聯(lián)在二極管D8陽(yáng)極，A相采樣電阻R5串聯(lián)在二極管D9陽(yáng)極，C相采 樣電阻R12串聯(lián)在二極管D12陽(yáng)極，A相采樣電阻R13串聯(lián)在二極管D13陽(yáng)極。
[0011]所述的信號(hào)調(diào)理電路為:A相sampA+信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻R6與電容巧組成信號(hào)濾波電路， 通過(guò)電阻R7連接于運(yùn)放U2A的反相輸入端，U2A的同相輸入端通過(guò)電阻R12接地，反饋電阻 R35連接于運(yùn)放U2A的反相輸入端與輸出端，運(yùn)放U2A輸出信號(hào)通過(guò)電阻R10連接電容C7,電 容口另一端接地，電阻R10輸出信號(hào)連接單片機(jī)進(jìn)行ADC處理;A相sampA-信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻R8與 電容C6組成信號(hào)濾波電路，通過(guò)電阻R9連接于運(yùn)放U3A的反相輸入端，U3A的同相輸入端通 過(guò)電阻R13接地，反饋電阻R36連接于運(yùn)放U3A的反相輸入端與輸出端，運(yùn)放U3A輸出信號(hào)通 過(guò)電阻R11連接電容C8,電容C8另一端接地，電阻R11輸出信號(hào)連接單片機(jī)進(jìn)行ADC處理;B相 sampI3+，sampB-，C相 sampC+，sampC-信號(hào)處理原理及方法同 A相 sampA+，sampA-。
[0012]所述的單片機(jī)及外圍電路主要包括MCU及晶振、復(fù)位電路。
[0013] 采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，與已公知的技術(shù)相比，具有W下如下有益效果：
[0014] 1、本實(shí)用新型的技術(shù)方案原理簡(jiǎn)單、所需電子器件少且通用，成本低。
[0015] 2、本實(shí)用新型的技術(shù)方案及方法與采用半波計(jì)算接地故障電流值具有保護(hù)精度 高，可靠。
[0016] 3、本實(shí)用新型的技術(shù)方案及方法適用單線圈的電流互感器實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)功能。尤 其適用于空間體積要求較高且額定較小電器保護(hù)開(kāi)關(guān)中。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1本實(shí)用新型實(shí)施方案的原理框圖。
[0018] 圖2本實(shí)用新型實(shí)施方案的電路圖。
[0019] 圖3本實(shí)用新型實(shí)施方案A相采樣波形示意圖。
[0020] 圖4本實(shí)用新型實(shí)施方案B相采樣波形示意圖。
[0021 ]圖5本實(shí)用新型實(shí)施方案C相采樣波形示意圖。
[0022] 圖6本實(shí)用新型實(shí)施方案Ξ相波形疊加后接地電流Ig電流波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0024] 如圖1、2所示，本實(shí)用新型提供了一種接地故障電流檢測(cè)電路，包括電流互感器， 整流采樣電路、電源電路、信號(hào)調(diào)理電路、單片機(jī)及外圍電路五部分組成。所述的電流互感 器為A相、B相、C相電流互感器或A相、B相、C相、N相電流互感器。電流互感器輸出電流信號(hào)直 接連接到二極管組成的全橋整流電路，電流互感器的輸出電流信號(hào)僅作為電流檢測(cè)，同時(shí) 也為電源電路及其他電路提供能量。所述的全橋整流電路包括采樣電阻R4、R5、R14、R15、 尺32、1?3，二極管02、03、04、05、06、07、08、09、010、011、012、013;4相電流互感器輸出圳八+， CTA-連接到由二極管02、03、04、05構(gòu)成的整流橋，即二極管02、二極管04串聯(lián)，二極管03、二 極管D5串聯(lián)，然后再進(jìn)行并聯(lián)，CTA+連接在二極管D2與二極管D4之間，CTA-連接在二極管D3 與二極管D5之間；B相電流互感器輸出CTB+，CTB-連接到由二極管06、07、08、09構(gòu)成的整流 橋，即二極管D6、二極管D8串聯(lián)，二極管D7、二極管D9串聯(lián)，然后再進(jìn)行并聯(lián)，CTB+連接在二 極管D6與二極管D8之間，CTB-連接在二極管D7與二極管D9之間；C相電流互感器輸出CTC+， CTC-連接到由二極管010、011、012、013構(gòu)成的整流橋，即二極管010、二極管012串聯(lián)，二極 管D11、二極管D13串聯(lián)，然后再進(jìn)行并聯(lián)，CTC+連接在二極管D10與二極管D12之間，CTC-連 接在二極管D11與二極管D13之間；
[0025]采樣電阻R4串聯(lián)在二極管D4的陽(yáng)極，采樣電阻R4波形為sampA+，采樣電阻R5串聯(lián) 在二極管D5的陽(yáng)極，采樣電阻R5波形為sampA-，即A相波形被采樣電阻R4，R5被分為sampA+， sampA-;義樣電阻R14串聯(lián)在^極管D8的陽(yáng)極，義樣電阻R14波形為sampB+，義樣電阻R15串 聯(lián)在二極管D9的陽(yáng)極，采樣電阻R5波形為sampB-，即B相波形被采樣電阻R14，R15被分為 sampB+，sampB-;采樣電阻R32串聯(lián)在二極管D12的陽(yáng)極，采樣電阻R32波形為sampC+，采樣電 阻R33串聯(lián)在二極管D13的陽(yáng)極，采樣電阻R33波形為sampC-，即C相波形被采樣電阻R32，R33 被分為 sampC+，sampC-;
[00%]所述的電源電路包括電感LI與電容Cl組成的濾波電路，由TVS管Zl，功率MOS管ΤΙ， 運(yùn)放U1，電阻R1，R2，R3，電容C4及基準(zhǔn)源Ζ2組成的穩(wěn)壓電路，由電容C1，C3組成的儲(chǔ)能電路 Ξ部分構(gòu)成。其中電感L1與電容C1串聯(lián)組成濾波電路，電感L1串聯(lián)在主回路，電容C1并聯(lián)主 回路，電阻R1，R3組成分壓電路連接運(yùn)放同相輸入端，電阻R34與基準(zhǔn)源串聯(lián)，基準(zhǔn)連接運(yùn)放 的反相輸入端，電容C4與基準(zhǔn)源并聯(lián)。運(yùn)放的輸出端連接功率M0S管的G極，電阻R3作為下拉 電阻并聯(lián)在功率M0S管的G極。
[0027]所述的信號(hào)調(diào)理電路包括由6個(gè)結(jié)構(gòu)與原理相同電路組成，其中每個(gè)信號(hào)調(diào)理電 路都由電阻、電容、運(yùn)放組成。A相sampA+信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻R6與電容巧組成信號(hào)濾波電路，通過(guò) 電阻R7連接于運(yùn)放U2A的反相輸入端，運(yùn)放U2A的同相輸入端通過(guò)電阻R12接地，反饋電阻 R