專利名稱：漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器及其運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)方案涉及一種對(duì)偏離正常電工作情況的不希望有的變化直接起反應(yīng)的自動(dòng)斷開(kāi)緊急保護(hù)電路裝置，具體地說(shuō)是一種漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器及其運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
漏電保護(hù)技術(shù)是在低壓電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用的一種防止漏電火災(zāi)和保護(hù)人身觸電的技術(shù)。隨著人們對(duì)用電安全認(rèn)識(shí)的提高，漏電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域還在擴(kuò)大。然而，漏電保護(hù)與電網(wǎng)供電成為人們用電的一對(duì)矛盾。從用電安全角度看，希望一旦出現(xiàn)漏電，漏電保護(hù)器就動(dòng)作，及時(shí)防止漏電火災(zāi)和人身觸電；從電網(wǎng)的投運(yùn)率看，希望能夠連續(xù)供電，避免由于停電給人們?cè)斐山?jīng)濟(jì)損失和不便。在實(shí)際操作中，人們采取了一個(gè)折中方案，即當(dāng)電網(wǎng)中漏電電流較小時(shí)，不進(jìn)行漏電保護(hù)，提高電網(wǎng)投運(yùn)率；當(dāng)電網(wǎng)中漏電電流較大時(shí)，進(jìn)行漏電保護(hù)，提高用電安全性。然而，實(shí)際電網(wǎng)中的漏電情況比較復(fù)雜，不但不同電網(wǎng)中的正常漏電不同，有時(shí)相差比較大；即便是同一個(gè)電網(wǎng)中的正常漏電也不是一直不變的，會(huì)隨著環(huán)境條件的變化而變化，特別是干燥季節(jié)和潮濕季節(jié)時(shí)電網(wǎng)的正常漏電電流相差較大。在電網(wǎng)中采用固定的漏電動(dòng)作電流閾值，很難實(shí)現(xiàn)正確的故障漏電保護(hù)。如果在電網(wǎng)中采用的漏電動(dòng)作電流閾值較小，雖然實(shí)現(xiàn)了故障漏電的保護(hù)，但到了潮濕季節(jié)電網(wǎng)的正常漏電電流增大，漏電保護(hù)器會(huì)經(jīng)常動(dòng)作，降低了電網(wǎng)的投運(yùn)率，甚至?xí)o用戶造成經(jīng)濟(jì)損失；如果在電網(wǎng)中采用的漏電動(dòng)作電流閾值較大，提高了電網(wǎng)在潮濕季節(jié)的投運(yùn)率，而到了干燥季節(jié)，電網(wǎng)正常漏電電流減小，在這種情況下，如果出現(xiàn)故障漏電，漏電保護(hù)器就可能不動(dòng)作，影響人們用電安全，還會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失。雖然在現(xiàn)有技術(shù)中，有的采用具有多檔漏電動(dòng)作電流閾值的保護(hù)器，在正常漏電電流較小時(shí)設(shè)置較小的漏電動(dòng)作電流閾值，在正常漏電電流較大時(shí)設(shè)置較大的漏電動(dòng)作電流閾值，在一定程度上提高了漏電保護(hù)器的應(yīng)用效果，但是由于設(shè)置的漏電動(dòng)作電流閾值不會(huì)自動(dòng)改變，當(dāng)電網(wǎng)正常漏電因氣候或其它環(huán)境情況變化而發(fā)生較大變化時(shí)，漏電保護(hù)器仍然在原有的漏電動(dòng)作電流閾值下工作，對(duì)故障漏電電流仍無(wú)法提供正確的保護(hù)。對(duì)一般用戶來(lái)說(shuō)，他們無(wú)法知道電網(wǎng)中的正常漏電電流是多少，特別在電網(wǎng)中的正常漏電電流隨環(huán)境變化時(shí)，用戶更無(wú)法根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置漏電動(dòng)作電流閾值。CN 99120647.9和CN 99230358.3公開(kāi)了一種“可通訊塑殼斷路器的智能控制器”，其中設(shè)計(jì)的鎖相環(huán)頻率跟蹤電路用于自動(dòng)跟蹤頻率變化，不能用于自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)正常漏電電流的變化，且其頻率跟蹤電路復(fù)雜；CN 93244614.0公開(kāi)了一種“智能化多功能負(fù)荷控制器”，其中雖然提到了跟蹤記憶電路，適用于限制電熱器具等違章用電，但和漏電保護(hù)無(wú)關(guān)；在CN 98118285.2和CN 98245498.8公開(kāi)的“微電腦數(shù)字化智能漏電保護(hù)器”中，雖然有漏電自動(dòng)跟蹤的特點(diǎn)，但只針對(duì)鑒相鑒幅技術(shù)而言，沒(méi)有對(duì)電網(wǎng)的正常漏電和故障漏電進(jìn)行區(qū)分?？傊?，已有的漏電保護(hù)器都沒(méi)有克服電網(wǎng)投運(yùn)率和用電安全性之間的矛盾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器，它對(duì)電網(wǎng)的正常漏電和故障漏電進(jìn)行區(qū)分，根據(jù)電網(wǎng)正常漏電電流的變化自動(dòng)改變漏電動(dòng)作電流閾值，在電網(wǎng)正常漏電電流變化或不變化情況下，都能對(duì)故障漏電進(jìn)行正確保護(hù)，保障電網(wǎng)的投運(yùn)率，克服了電網(wǎng)投運(yùn)率和用電安全性之間的矛盾。
本發(fā)明解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器，包括空氣斷路器或繼電器、單片機(jī)、零序電流互感器、漏電信號(hào)放大電路和電源組成部分，其中單片機(jī)具有以下的操作程序(1)上電后，對(duì)通用寄存器和專用寄存器進(jìn)行初始化，特別是定時(shí)器和A/D轉(zhuǎn)換的寄存器的初始化，設(shè)置采樣頻率和采樣窗口周期，采樣頻率遠(yuǎn)大于漏電信號(hào)的頻率，采樣窗口周期為漏電信號(hào)的周期，初始化完成后轉(zhuǎn)第(2)步；(2)根據(jù)采樣頻率和窗口周期對(duì)漏電信號(hào)進(jìn)行采集，完成一個(gè)周期的采樣后，計(jì)算漏電電流的幅值和相角，判斷漏電電流是否大于漏電動(dòng)作閾值，當(dāng)漏電電流大于等于漏電動(dòng)作閾值時(shí)，發(fā)出漏電脫扣指令，當(dāng)漏電電流小于漏電動(dòng)作閾值時(shí)，轉(zhuǎn)第(3)步；(3)根據(jù)剛檢測(cè)的漏電電流的幅值和相角，與以前檢測(cè)的漏電電流的幅值和相角進(jìn)行比較，計(jì)算漏電電流的變化值，轉(zhuǎn)第(4)步；(4)判斷漏電電流變化值是否大于規(guī)定值，當(dāng)漏電電流變化值大于10％的漏電動(dòng)作閾值時(shí)，轉(zhuǎn)第(2)步，當(dāng)漏電電流變化值小于10％的漏電動(dòng)作閾值時(shí)，轉(zhuǎn)第(5)步；(5)判斷小于10％的漏電動(dòng)作閾值的持續(xù)時(shí)間，當(dāng)持續(xù)時(shí)間未到設(shè)置數(shù)值時(shí)轉(zhuǎn)第(2)步，當(dāng)持續(xù)時(shí)間到后轉(zhuǎn)第(6)步；(6)當(dāng)漏電變化為增加時(shí)，漏電動(dòng)作閾值增大，當(dāng)漏電變化為減小時(shí)，漏電動(dòng)作閾值減小，轉(zhuǎn)第(2)步。
本發(fā)明的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器也可以添加如下的輔助組成部分漏電模擬發(fā)生器、和/或漏電電流顯示電路、和/或頻率檢測(cè)電路。
本發(fā)明的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器實(shí)現(xiàn)漏電自動(dòng)跟蹤和保護(hù)過(guò)程的運(yùn)行方法是零序電流互感器檢測(cè)電網(wǎng)中的漏電電流，并將漏電電流變換為電壓信號(hào)輸入到漏電信號(hào)放大電路；通過(guò)漏電信號(hào)放大電路放大后的漏電信號(hào)直接輸入到單片機(jī)中；單片機(jī)對(duì)漏電電流進(jìn)行如下處理單片機(jī)通過(guò)不斷地檢測(cè)漏電電流幅值和相角，分析幅值和相角的變化，判斷當(dāng)前時(shí)刻的漏電電流的變化是否屬于電網(wǎng)正常漏電電流變化，當(dāng)漏電電流變化較慢時(shí)單片機(jī)將其判斷為屬于電網(wǎng)正常漏電電流變化，由此單片機(jī)自動(dòng)改變漏電動(dòng)作電流閾值，當(dāng)正常漏電電流增大時(shí)，漏電動(dòng)作電流閾值增大，當(dāng)正常漏電電流減小時(shí)，漏電動(dòng)作電流閾值減小，從而實(shí)現(xiàn)漏電動(dòng)作電流閾值隨著電網(wǎng)正常漏電電流變化而變化，進(jìn)行漏電保護(hù)的自動(dòng)跟蹤；在漏電電流達(dá)到或超過(guò)漏電動(dòng)作電流閾值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出漏電脫扣命令，使空氣斷路器或繼電器動(dòng)作，空氣斷路器或繼電器切斷故障電路，使故障漏電得到保護(hù)；電源為單片機(jī)和其它電路供電。
單片機(jī)在檢測(cè)出漏電電流大于漏電動(dòng)作閾值后并不就立即發(fā)出漏電脫扣命令，這之間有0到1000毫秒之間的延時(shí)，這段延時(shí)時(shí)間是可以調(diào)整的，當(dāng)漏電電流與漏電動(dòng)作電流閾值的比越大，延時(shí)時(shí)間越短，當(dāng)漏電電流大于漏電動(dòng)作電流閾值的持續(xù)時(shí)間小于延時(shí)時(shí)間時(shí)，單片機(jī)不發(fā)出漏電脫扣命令。因此，對(duì)于不同漏電動(dòng)作電流閾值的保護(hù)器來(lái)說(shuō)，相同的漏電電流下的動(dòng)作時(shí)間不同，漏電動(dòng)作電流閾值大的保護(hù)器，其動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，甚至不動(dòng)作，而漏電動(dòng)作電流閾值小的保護(hù)器，其動(dòng)作時(shí)間較短，因此本發(fā)明的漏電保護(hù)器具備了漏電保護(hù)的反時(shí)限保護(hù)特性。
本發(fā)明的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器中的輔助組成部分實(shí)現(xiàn)漏電自動(dòng)跟蹤和保護(hù)的輔助作用的運(yùn)行方法是單片機(jī)將漏電電流送到漏電電流顯示電路，漏電電流顯示電路顯示漏電電流，并顯示漏電動(dòng)作電流閾值和顯示引起動(dòng)作的漏電電流；頻率檢測(cè)電路直接從電網(wǎng)上獲取交流信號(hào)并進(jìn)行半波整流到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)其輸入信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)一個(gè)周期的信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)，檢測(cè)出一個(gè)周期的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率的自動(dòng)跟蹤；漏電模擬發(fā)生電路模擬產(chǎn)生故障漏電，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到模擬故障漏電時(shí)，也發(fā)出漏電脫扣命令，用于檢查本發(fā)明的保護(hù)器工作是否正常；電源同時(shí)為這些電路供電。
本發(fā)明的有益效果，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器能檢測(cè)漏電電流幅值和相角，當(dāng)電流變化屬于電網(wǎng)正常漏電電流變化時(shí)，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)改變漏電動(dòng)作電流閾值，也就是說(shuō)漏電動(dòng)作電流閾值隨著電網(wǎng)正常漏電電流變化而變化，實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)的自動(dòng)跟蹤，因而提高了電網(wǎng)正常漏電電流較大情況下的投運(yùn)率，也保障了對(duì)故障漏電的正確保護(hù)。而現(xiàn)有的漏電保護(hù)器不能實(shí)現(xiàn)漏電動(dòng)作電流閾值的自動(dòng)改變，本發(fā)明的保護(hù)器是在區(qū)分電網(wǎng)正常漏電和故障漏電的情況下進(jìn)行漏電保護(hù)自動(dòng)跟蹤的。
(2)本發(fā)明的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器通過(guò)對(duì)電網(wǎng)電源頻率的自動(dòng)跟蹤，可以適用不同頻率電網(wǎng)的漏電保護(hù)，或在電網(wǎng)頻率有變化時(shí)也能實(shí)現(xiàn)漏電的準(zhǔn)確保護(hù)，擴(kuò)大了本發(fā)明的應(yīng)用場(chǎng)合。
(3)本發(fā)明的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器通過(guò)其漏電電流顯示電路實(shí)現(xiàn)當(dāng)前漏電電流的顯示，還實(shí)現(xiàn)漏電動(dòng)作電流閾值的顯示，并實(shí)現(xiàn)引起動(dòng)作的漏電電流值的顯示。
(4)本發(fā)明的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器實(shí)現(xiàn)了漏電保護(hù)的反時(shí)限特性，其動(dòng)作時(shí)間與漏電電流和漏電動(dòng)作電流閾值的比值成反比。在漏電的三級(jí)保護(hù)中，總保護(hù)中的漏電動(dòng)作閾值最大，末端保護(hù)中的漏電動(dòng)作閾值最小，分支保護(hù)中的漏電動(dòng)作閾值居中，在相同的漏電電流情況下，對(duì)于總保護(hù)中的漏電保護(hù)器來(lái)說(shuō)，與其漏電動(dòng)作電流閾值的比值最小，延時(shí)時(shí)間最長(zhǎng)，末端保護(hù)中的延時(shí)時(shí)間最短，分支保護(hù)中的居中，所以末端中的保護(hù)器最早動(dòng)作，將漏電故障切除，這時(shí)尚未達(dá)到總保護(hù)和分支保護(hù)的延時(shí)時(shí)間，總保護(hù)和分支保護(hù)的保護(hù)器不動(dòng)作。因此采用本發(fā)明的漏電保護(hù)器可以避免漏電保護(hù)的越級(jí)跳閘，減小停電面積，保障了電網(wǎng)的投運(yùn)率。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明各組成部分之間的連接框圖。
圖2是添加有輔助電路的本發(fā)明各組成部分之間的連接框圖。
圖3是本發(fā)明的電路連接原理圖。
圖4是本發(fā)明中單片機(jī)實(shí)現(xiàn)漏電自動(dòng)跟蹤的程序框圖。
圖中，1.零序電流互感器、2.漏電信號(hào)放大電路、3.空氣斷路器或繼電器、4.漏電模擬發(fā)生器、5.單片機(jī)、6.漏電電流顯示電路、7.頻率檢測(cè)電路、8.電源。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例圖1表明，本發(fā)明的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器包括單片機(jī)(5)、零序電流互感器(1)、漏電信號(hào)放大電路(2)、電源(8)和空氣斷路器或繼電器(3)。其中由單片機(jī)(5)、零序電流互感器(1)、漏電信號(hào)放大電路(2)和電源(8)構(gòu)成本發(fā)明漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器的漏電信號(hào)檢測(cè)電路。它們實(shí)現(xiàn)漏電自動(dòng)跟蹤和保護(hù)過(guò)程的運(yùn)行方法是零序電流互感器(1)檢測(cè)電網(wǎng)中的漏電電流，并將漏電電流變換為電壓信號(hào)輸入到漏電信號(hào)放大電路(2)；通過(guò)漏電信號(hào)放大電路(2)放大后的漏電信號(hào)直接輸入到單片機(jī)(5)中；單片機(jī)(5)對(duì)漏電電流進(jìn)行處理，即單片機(jī)(5)通過(guò)不斷地檢測(cè)漏電電流幅值和相角，分析幅值和相角的變化，判斷當(dāng)前時(shí)刻的漏電電流的變化是否屬于電網(wǎng)正常漏電電流變化，當(dāng)漏電電流變化較慢時(shí)單片機(jī)(5)將其判斷為屬于電網(wǎng)正常漏電電流變化，由此單片機(jī)(5)自動(dòng)改變漏電動(dòng)作電流閾值，當(dāng)正常漏電電流增大時(shí)，漏電動(dòng)作電流閾值增大，當(dāng)正常漏電電流減小時(shí)，漏電動(dòng)作電流閾值減小，從而實(shí)現(xiàn)漏電動(dòng)作電流閾值隨著電網(wǎng)正常漏電電流變化而變化，進(jìn)行漏電保護(hù)的自動(dòng)跟蹤；在漏電電流達(dá)到或超過(guò)漏電動(dòng)作電流閾值時(shí)，單片機(jī)(5)經(jīng)過(guò)延時(shí)發(fā)出漏電脫扣命令，使空氣斷路器或繼電器(3)動(dòng)作，空氣斷路器或繼電器(3)切斷故障電路，使故障漏電得到保護(hù)；電源(8)為單片機(jī)和其它電路供電。
圖2表明，添加有輔助電路的本發(fā)明的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器包括單片機(jī)(5)、零序電流互感器(1)、漏電信號(hào)放大電路(2)、漏電模擬發(fā)生器(4)、漏電電流顯示電路(6)、頻率檢測(cè)電路(7)、電源(8)和空氣斷路器或繼電器(3)，其中由單片機(jī)(5)、零序電流互感器(1)、漏電信號(hào)放大電路(2)、漏電模擬發(fā)生器(4)、漏電電流顯示電路(6)、頻率檢測(cè)電路(7)和電源(8)構(gòu)成本發(fā)明漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器的漏電信號(hào)檢測(cè)電路。它們實(shí)現(xiàn)漏電自動(dòng)跟蹤和保護(hù)過(guò)程及輔助作用的運(yùn)行方法是零序電流互感器(1)檢測(cè)電網(wǎng)中的漏電電流，并將漏電電流變換為電壓信號(hào)輸入到漏電信號(hào)放大電路(2)；通過(guò)漏電信號(hào)放大電路(2)放大后的漏電信號(hào)直接輸入到單片機(jī)(5)中；單片機(jī)(5)對(duì)漏電電流進(jìn)行如下處理單片機(jī)(5)通過(guò)不斷地檢測(cè)漏電電流幅值和相角，分析幅值和相角的變化，判斷當(dāng)前時(shí)刻的漏電電流的變化是否屬于電網(wǎng)正常漏電電流變化，當(dāng)漏電電流變化較慢時(shí)單片機(jī)(5)將其判斷為屬于電網(wǎng)正常漏電電流變化，由此單片機(jī)(5)自動(dòng)改變漏電動(dòng)作電流閾值，當(dāng)正常漏電電流增大時(shí)，漏電動(dòng)作電流閾值增大，當(dāng)正常漏電電流減小時(shí)，漏電動(dòng)作電流閾值減小，從而實(shí)現(xiàn)漏電動(dòng)作電流閾值隨著電網(wǎng)正常漏電電流變化而變化，進(jìn)行漏電保護(hù)的自動(dòng)跟蹤；在漏電電流達(dá)到或超過(guò)漏電動(dòng)作電流閾值時(shí)，單片機(jī)(5)經(jīng)過(guò)延時(shí)發(fā)出漏電脫扣命令使空氣斷路器或繼電器(3)動(dòng)作，空氣斷路器或繼電器(3)切斷故障電路，使故障漏電得到保護(hù)；漏電模擬發(fā)生電路(4)模擬產(chǎn)生故障漏電，當(dāng)單片機(jī)(5)檢測(cè)到模擬故障漏電時(shí)，也發(fā)出漏電脫扣命令，用于檢查本發(fā)明的保護(hù)器是否正常；單片機(jī)(5)將漏電電流送到漏電電流顯示電路(6)，漏電電流顯示電路(6)顯示漏電電流，并顯示漏電動(dòng)作電流閾值和顯示引起動(dòng)作的漏電電流；頻率檢測(cè)電路(7)直接從電網(wǎng)上獲取交流信號(hào)并進(jìn)行半波整流到單片機(jī)(5)，單片機(jī)(5)對(duì)其輸入信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)一個(gè)周期的信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)，檢測(cè)出一個(gè)周期的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率的自動(dòng)跟蹤；電源(8)為單片機(jī)和其它電路供電。
圖3表明，零序電流互感器LH(1)連接漏電信號(hào)放大電路(2)，一起為單片機(jī)U1(5)提供漏電信號(hào)；漏電電流顯示電路(6)受單片機(jī)U1(5)的控制，顯示漏電電流，并可以顯示漏電動(dòng)作閾值及漏電動(dòng)作時(shí)的漏電電流；單片機(jī)U1(5)還控制空氣斷路器或繼電器(3)，實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)動(dòng)作；漏電模擬發(fā)生電路(4)與零序電流互感器LH(1)連接；頻率檢測(cè)電路(7)將電流信號(hào)輸入給單片機(jī)U1(5)；電源(8)為單片機(jī)和其它電路供電。
如圖3所示，零序電流互感器LH(1)包括由兩個(gè)線圈分別構(gòu)成的兩個(gè)副邊，其中一個(gè)副邊連接至漏電信號(hào)放大電路(2)，另一個(gè)副邊與按鈕SW1和電阻R1構(gòu)成漏電模擬發(fā)生電路(4)。
如圖3所示，漏電信號(hào)放大電路(2)由R3、C5、U2A、R4、R5、R6、R7和R8構(gòu)成，零序電流互感器LH(1)的輸出接R3、C5，將漏電電流信號(hào)變換為電壓信號(hào)，經(jīng)由U2A、R4、R5、R6、R7構(gòu)成的漏電信號(hào)放大電路(2)將信號(hào)放大，經(jīng)R8輸入給單片機(jī)U1(5)。
如圖3所示，空氣斷路器或繼電器(3)通過(guò)R2和雙向可控硅SCR1受單片機(jī)U1(5)的控制，在漏電電流達(dá)到或超過(guò)漏電動(dòng)作電流閾值時(shí)單片機(jī)(5)發(fā)出漏電脫扣命令，使空氣斷路器或繼電器(3)動(dòng)作，空氣斷路器或繼電器(3)切斷故障電路。
如圖3所示，零序電流互感器LH(1)的另一個(gè)副邊與按鈕SW1和電阻R1構(gòu)成漏電模擬發(fā)生電路(4)，當(dāng)按下SW1時(shí)，零序電流互感器LH(1)將產(chǎn)生一個(gè)模擬的漏電信號(hào)，單片機(jī)U1(5)檢測(cè)到此信號(hào)后，將發(fā)出漏電保護(hù)指令，即單片機(jī)(5)輸出高電平，通過(guò)R2觸發(fā)雙向可控硅SCR1，使空氣斷路器或繼電器(3)動(dòng)作，用于檢查保護(hù)器漏電保護(hù)性能是否正常。
如圖3所示，本發(fā)明中的單片機(jī)U1(5)接受漏電信號(hào)放大電路(2)放大后的漏電信號(hào)和頻率檢測(cè)電路(7)的電流信號(hào)，控制漏電電流顯示電路(6)和空氣斷路器或繼電器(3)。單片機(jī)U1(5)對(duì)漏電電流采樣，采樣頻率大于漏電信號(hào)的頻率，本實(shí)施例采樣頻率采用40倍漏電信號(hào)的頻率，單片機(jī)U1(5)記錄下漏電電流波形，并計(jì)算其有效值，同時(shí)對(duì)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間進(jìn)行記錄，根據(jù)漏電電流周期計(jì)算出漏電電流的相角，即完成了漏電電流的幅值和相角的檢測(cè)。單片機(jī)U1(5)不斷檢測(cè)與計(jì)算漏電電流的幅值和相角，同時(shí)記錄下漏電電流的幅值和相角。單片機(jī)U1(5)根據(jù)記錄下漏電電流的信息，分析漏電電流變化，當(dāng)漏電電流變化率較小時(shí)，本實(shí)施例中采用小于10％的漏電動(dòng)作閾值的變化，認(rèn)為是電網(wǎng)的正常漏電變化，當(dāng)漏電電流變化率較大時(shí)，本實(shí)施例中采用大于10％的漏電動(dòng)作閾值的變化，認(rèn)為是電網(wǎng)中有設(shè)備出現(xiàn)了異常。在電網(wǎng)漏電屬于正常漏電時(shí)，單片機(jī)U1(5)根據(jù)電網(wǎng)的漏電電流值改變漏電動(dòng)作閾值，在電網(wǎng)正常電流增大情況下，漏電動(dòng)作閾值增大，在電網(wǎng)正常電流減小情況下，漏電動(dòng)作閾值減小。漏電動(dòng)作閾值的變化設(shè)有上限值和下限值，上限值依環(huán)境情況而定為150mA到1000mA之間，下限值依環(huán)境情況而定為75mA到500mA之間，本實(shí)施例中下限值采用100mA、上限值采用500mA，且電網(wǎng)正常漏電電流變化時(shí)間小于10分鐘到60分鐘，本實(shí)施例中采用20分鐘，漏電動(dòng)作閾值也不會(huì)改變。在電網(wǎng)中出現(xiàn)故障漏電時(shí)，單片機(jī)U1(5)不會(huì)改變漏電動(dòng)作閾值。當(dāng)故障漏電電流達(dá)到漏電動(dòng)作閾值時(shí)，單片機(jī)并不是立即發(fā)出漏電保護(hù)指令，而是經(jīng)過(guò)0到1000毫秒之間的時(shí)間延時(shí)，這段延時(shí)時(shí)間是可以調(diào)整的，發(fā)出漏電保護(hù)指令，故障漏電電流與漏電動(dòng)作閾值的比越大，延時(shí)時(shí)間越短，經(jīng)過(guò)延時(shí)后，單片機(jī)(5)輸出高電平，通過(guò)R2觸發(fā)雙向可控硅SCR1，使空氣斷路器或繼電器(3)脫扣，進(jìn)行漏電保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)。
如圖3所示，電阻R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、數(shù)碼管LDE1、三極管T2、T3、T4構(gòu)成了漏電電流顯示電路(6)，該電路在單片機(jī)U1(5)的控制下，采用掃描顯示方式，使三極管T2、T3、T4依次循環(huán)導(dǎo)通，分別選擇相應(yīng)位的數(shù)碼管導(dǎo)通，同時(shí)數(shù)碼管要顯示的數(shù)由單片機(jī)的RB1-RB7輸出，點(diǎn)亮數(shù)碼管，從而實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)U1(5)輸出信息的顯示。單片機(jī)U1(5)輸出的信息包括漏電電流值、漏電動(dòng)作閾值、動(dòng)作時(shí)的漏電電流值。
如圖3所示，R16、D5構(gòu)成頻率檢測(cè)電路(7)，R16、D5將電源信號(hào)輸入給單片機(jī)U1(5)，單片機(jī)U1(5)采用內(nèi)部定時(shí)器對(duì)電源信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)測(cè)量，當(dāng)電網(wǎng)頻率變化時(shí)，單片機(jī)U1(5)的定時(shí)器值也就改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)頻率的自動(dòng)跟蹤，單片機(jī)U1(5)在進(jìn)行信號(hào)采集時(shí)，根據(jù)單片機(jī)U1(5)定時(shí)器值決定采樣周期，實(shí)現(xiàn)每周期內(nèi)采集的數(shù)據(jù)為恒定的，降低了數(shù)據(jù)處理的誤差，提高了電流的測(cè)量精度。
如圖3所示，漏電信號(hào)檢測(cè)電路的電源(8)由二極管D1、D2、D3、D4、集成穩(wěn)壓T1和C1、C2、C3、C4構(gòu)成，電源電壓由二極管D1、D2、D3、D4整流，由集成穩(wěn)壓T1進(jìn)行穩(wěn)壓，C1、C2、C3、C4對(duì)電源進(jìn)行濾波。
圖4表明本發(fā)明中單片機(jī)實(shí)現(xiàn)漏電自動(dòng)跟蹤的操作程序(1)上電后，對(duì)通用寄存器和專用寄存器進(jìn)行初始化，特別是定時(shí)器和A/D轉(zhuǎn)換的寄存器的初始化，設(shè)置采樣頻率和采樣窗口周期，采樣頻率遠(yuǎn)大于漏電信號(hào)的頻率，采樣窗口周期為漏電信號(hào)的周期，初始化完成后轉(zhuǎn)第(2)步；(2)根據(jù)采樣頻率和窗口周期對(duì)漏電信號(hào)進(jìn)行采集，完成一個(gè)周期的采樣后，計(jì)算漏電電流的幅值和相角，判斷漏電電流是否大于漏電動(dòng)作閾值，當(dāng)漏電電流大于等于漏電動(dòng)作閾值時(shí)，發(fā)出漏電脫扣指令，當(dāng)漏電電流小于漏電動(dòng)作閾值時(shí)，轉(zhuǎn)第(3)步；(3)根據(jù)剛檢測(cè)的漏電電流的幅值和相角，與以前檢測(cè)的漏電電流的幅值和相角進(jìn)行比較，計(jì)算漏電電流的變化值，轉(zhuǎn)第(4)步；(4)判斷漏電電流變化值是否大于規(guī)定值，當(dāng)漏電電流變化值大于10％的漏電動(dòng)作閾值時(shí)，轉(zhuǎn)第(2)步，當(dāng)漏電電流變化值小于10％的漏電動(dòng)作閾值時(shí)，轉(zhuǎn)第(5)步；
(5)判斷小于漏電動(dòng)作閾值的持續(xù)時(shí)間，當(dāng)持續(xù)時(shí)間未到設(shè)置數(shù)值時(shí)轉(zhuǎn)第(2)步，當(dāng)持續(xù)時(shí)間到后轉(zhuǎn)第(6)步；(6)當(dāng)漏電變化為增加時(shí)，漏電動(dòng)作閾值增大，當(dāng)漏電變化為減小時(shí)，漏電動(dòng)作閾值減小，轉(zhuǎn)第(2)步。
在本實(shí)施例中設(shè)定(4)當(dāng)漏電電流變化值大于10％的漏電動(dòng)作閾值時(shí)，轉(zhuǎn)第(2)步，當(dāng)漏電電流變化值小于10％的漏電動(dòng)作閾值時(shí)，轉(zhuǎn)第(5)步；(5)判斷小于10％的漏電動(dòng)作閾值的持續(xù)時(shí)間，當(dāng)持續(xù)時(shí)間未到設(shè)置數(shù)值時(shí)轉(zhuǎn)第(2)步，當(dāng)持續(xù)時(shí)間到后轉(zhuǎn)第(6)步。
權(quán)利要求
1.一種漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器，包括空氣斷路器或繼電器、單片機(jī)、零序電流互感器、漏電信號(hào)放大電路、和電源，其特征在于，其中單片機(jī)具有以下的操作程序(1)上電后，對(duì)通用寄存器和專用寄存器進(jìn)行初始化，特別是定時(shí)器和A/D轉(zhuǎn)換的寄存器的初始化，設(shè)置采樣頻率和采樣窗口周期，采樣頻率遠(yuǎn)大于漏電信號(hào)的頻率，采樣窗口周期為漏電信號(hào)的周期，初始化完成后轉(zhuǎn)第(2)步；(2)根據(jù)采樣頻率和窗口周期對(duì)漏電信號(hào)進(jìn)行采集，完成一個(gè)周期的采樣后，計(jì)算漏電電流的幅值和相角，判斷漏電電流是否大于漏電動(dòng)作閾值，當(dāng)漏電電流大于等于漏電動(dòng)作閾值時(shí)，發(fā)出漏電脫扣指令，當(dāng)漏電電流小于漏電動(dòng)作閾值時(shí)，轉(zhuǎn)第(3)步；(3)根據(jù)剛檢測(cè)的漏電電流的幅值和相角，與以前檢測(cè)的漏電電流的幅值和相角進(jìn)行比較，計(jì)算漏電電流的變化值，轉(zhuǎn)第(4)步；(4)判斷漏電電流變化值是否大于規(guī)定值，在漏電電流達(dá)到或超過(guò)漏電動(dòng)作電流閾值時(shí)，轉(zhuǎn)第(2)步，當(dāng)漏電電流變化值小于漏電動(dòng)作閾值時(shí)，轉(zhuǎn)第(5)步；(5)判斷小于漏電動(dòng)作閾值的持續(xù)時(shí)間，當(dāng)持續(xù)時(shí)間未到設(shè)置數(shù)值時(shí)轉(zhuǎn)第(2)步，當(dāng)持續(xù)時(shí)間到后轉(zhuǎn)第(6)步；(6)當(dāng)漏電變化為增加時(shí)，漏電動(dòng)作閾值增大，當(dāng)漏電變化為減小時(shí)，漏電動(dòng)作閾值減小，轉(zhuǎn)第(2)步。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器，其特征在于當(dāng)漏電電流變化值大于10％的漏電動(dòng)作閾值時(shí)，轉(zhuǎn)第(2)步，當(dāng)漏電電流變化值小于10％的漏電動(dòng)作閾值時(shí)，轉(zhuǎn)第(5)步；判斷小于10％的漏電動(dòng)作閾值的持續(xù)時(shí)間，當(dāng)持續(xù)時(shí)間未到設(shè)置數(shù)值時(shí)轉(zhuǎn)第(2)步，當(dāng)持續(xù)時(shí)間到后轉(zhuǎn)第(6)步；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器，其特征在于單片機(jī)在檢測(cè)出漏電電流大于漏電動(dòng)作閾值后并不就立即發(fā)出漏電脫扣命令，這之間有0到1000毫秒之間的延時(shí)，這段延時(shí)時(shí)間是可以調(diào)整的，當(dāng)漏電電流與漏電動(dòng)作電流閾值的比越大，延時(shí)時(shí)間越短，當(dāng)漏電電流大于漏電動(dòng)作電流閾值的持續(xù)時(shí)間小于延時(shí)時(shí)間時(shí)，單片機(jī)不發(fā)出漏電脫扣命令。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器，其特征在于單片機(jī)對(duì)漏電電流采樣，采樣頻率為40倍漏電信號(hào)的頻率，單片機(jī)記錄下漏電電流波形，并計(jì)算其有效值，同時(shí)對(duì)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間進(jìn)行記錄，根據(jù)漏電電流周期計(jì)算出漏電電流的相角，即完成了漏電電流的幅值和相角的檢測(cè)，單片機(jī)根據(jù)記錄下漏電電流的信息，分析相鄰兩個(gè)周期的電流變化，當(dāng)漏電電流變化率小于10％的漏電動(dòng)作閾值的變化，認(rèn)為是電網(wǎng)的正常漏電變化，當(dāng)漏電電流變化率大于10％的漏電動(dòng)作閾值的變化，認(rèn)為是電網(wǎng)中有設(shè)備出現(xiàn)了異常，在電網(wǎng)漏電屬于正常漏電時(shí)，單片機(jī)根據(jù)電網(wǎng)的漏電電流值改變漏電動(dòng)作閾值，在電網(wǎng)正常電流增大情況下，漏電動(dòng)作閾值增大，在電網(wǎng)正常電流減小情況下，漏電動(dòng)作閾值減小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器，其特征在于漏電動(dòng)作閾值的變化設(shè)有上限值和下限值，上限值依環(huán)境情況而定為150mA到1000mA之間，下限值依環(huán)境情況而定為75mA到500mA之間；電網(wǎng)正常漏電電流變化時(shí)間小于10分鐘到60分鐘，漏電動(dòng)作閾值不會(huì)改變。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器，其特征在于漏電動(dòng)作閾值的變化的上限值定為500mA，下限值定為100mA；電網(wǎng)正常漏電電流變化時(shí)間小于20分鐘，漏電動(dòng)作閾值不會(huì)改變。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器，其特征在于在電網(wǎng)中出現(xiàn)故障漏電時(shí)，單片機(jī)不會(huì)改變漏電動(dòng)作閾值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器，其特征在于添加有漏電模擬發(fā)生器、和/或漏電電流顯示電路、和/或頻率檢測(cè)電路輔助組成部分。
9.權(quán)利要求1所述的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器實(shí)現(xiàn)漏電自動(dòng)跟蹤和保護(hù)過(guò)程的運(yùn)行方法是零序電流互感器檢測(cè)電網(wǎng)中的漏電電流，并將漏電電流變換為電壓信號(hào)輸入到漏電信號(hào)放大電路；通過(guò)漏電信號(hào)放大電路放大后的漏電信號(hào)直接輸入到單片機(jī)中；單片機(jī)對(duì)漏電電流進(jìn)行如下處理單片機(jī)通過(guò)不斷地檢測(cè)漏電電流幅值和相角，分析幅值和相角的變化，判斷當(dāng)前時(shí)刻的漏電電流的變化是否屬于電網(wǎng)正常漏電電流變化，當(dāng)漏電電流變化較慢時(shí)單片機(jī)將其判斷為屬于電網(wǎng)正常漏電電流變化，由此單片機(jī)自動(dòng)改變漏電動(dòng)作電流閾值，當(dāng)正常漏電電流增大時(shí)，漏電動(dòng)作電流閾值增大，當(dāng)正常漏電電流減小時(shí)，漏電動(dòng)作電流閾值減小，從而實(shí)現(xiàn)漏電動(dòng)作電流閾值隨著電網(wǎng)正常漏電電流變化而變化，進(jìn)行漏電保護(hù)的自動(dòng)跟蹤；在漏電電流達(dá)到或超過(guò)漏電動(dòng)作電流閾值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出漏電脫扣命令，使空氣斷路器或繼電器動(dòng)作，空氣斷路器或繼電器切斷故障電路；電源為單片機(jī)和其它電路供電。
10.權(quán)利要求8所述的漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器實(shí)現(xiàn)漏電自動(dòng)跟蹤和保護(hù)過(guò)程的輔助作用的運(yùn)行方法是單片機(jī)將漏電電流送到漏電電流顯示電路，漏電電流顯示電路顯示漏電電流，并顯示漏電動(dòng)作電流閾值和顯示引起動(dòng)作的漏電電流；頻率檢測(cè)電路直接從電網(wǎng)上獲取交流信號(hào)并進(jìn)行半波整流到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)其輸入信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)一個(gè)周期的信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)，檢測(cè)出一個(gè)周期的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率的自動(dòng)跟蹤；漏電模擬發(fā)生電路模擬產(chǎn)生故障漏電，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到模擬故障漏電時(shí)，也發(fā)出漏電脫扣命令；電源同時(shí)為這些電路供電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種漏電自動(dòng)跟蹤保護(hù)器及其運(yùn)行方法，它包括空氣斷路器或繼電器、單片機(jī)、零序電流互感器、漏電信號(hào)放大電路和電源組成部分，其中單片機(jī)具有以下的操作程序(1)初始化；(2)測(cè)漏電電流的幅值和相角；(3)計(jì)算漏電電流的變化值；(4)判斷漏電電流變化值是否大于10％的漏電動(dòng)作閾值；(5)判斷小于10％的漏電動(dòng)作閾值的持續(xù)時(shí)間；(6)改變動(dòng)作閾值。在漏電電流達(dá)到或超過(guò)漏電動(dòng)作電流閾值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出漏電脫扣命令，觸發(fā)可控硅使空氣斷路器或繼電器動(dòng)作，空氣斷路器或繼電器切斷故障電路，故障漏電得到保護(hù)。本發(fā)明也可以添加漏電模擬發(fā)生器、和/或漏電電流顯示電路、和/或頻率檢測(cè)電路輔助組成部分。
文檔編號(hào)H02H3/32GK1604418SQ20041007262
公開(kāi)日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月4日
發(fā)明者李奎, 陸儉國(guó), 武一, 王景芹, 李志剛, 駱燕燕, 趙靖英 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)