專利名稱：脈動直流剩余電流保護(hù)器及其運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電工技術(shù)領(lǐng)域，技術(shù)方案涉及一種對偏離正常電工作情況的不希望有的變化直接起反應(yīng)的自動斷開緊急保護(hù)電路裝置，具體的說是一種脈動直流剩余電流保護(hù)器及其運行方法。
背景技術(shù)：
剩余電流保護(hù)器是低壓電網(wǎng)中的一種重要設(shè)備，在防止電氣火災(zāi)和保護(hù)人身觸電方面起著重要的作用。隨著電力技術(shù)的發(fā)展，剩余電流保護(hù)技術(shù)應(yīng)用的范圍越來越廣， 要求也越來越高。當(dāng)前的剩余電流保護(hù)技術(shù)主要針對正弦波形的剩余電流開展的，保護(hù)技術(shù)相對成熟，日常生活中使用的AC型剩余電流保護(hù)器也只能對正弦波形剩余電流進(jìn)行保護(hù)。但是隨著電力電子設(shè)備的增多，剩余電流不再是單一的正弦信號，而是復(fù)雜的波形，甚至含有脈動直流分量，在這種情況下，AC型剩余電流保護(hù)器不能進(jìn)行準(zhǔn)確、有效的保護(hù)，而脈動直流剩余電流保護(hù)器能夠?qū)忻}動直流的剩余電流進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對無論是突然施加或緩慢上升的具有規(guī)定的剩余脈動直流或剩余正弦交流電流能確保脫扣的剩余電流保護(hù)器稱為A型剩余電流保護(hù)器。其中所述“規(guī)定的剩余脈動直流”分為以下四種情況電流滯后電壓0°、180°的半波整流電流，電流滯后電壓90°、270°的半波整流電流，電流滯后電壓135°、315°的半波整流電流，有6mA直流的電流滯后電壓0°、180° 的半波整流電流。今后幾年，AC型剩余電流保護(hù)器將逐步被A型剩余電流保護(hù)器取代。CN 101477926A公開的一種“A型漏電斷路器”通過模擬電路實現(xiàn)脈動直流剩余電流的檢測，保護(hù)精度低；CN 101436496A公開的一種“多功能漏電斷路器”采用專用芯片M54123L，不能有效地針對脈動直流剩余電流進(jìn)行保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種脈動直流剩余電流保護(hù)器，該保護(hù)器采用了微處理器，它不但能夠?qū)﹄娋W(wǎng)中存在的正弦交流剩余電流進(jìn)行保護(hù)，而且能夠?qū)﹄娏﹄娮釉O(shè)備出現(xiàn)故障時產(chǎn)生的脈動直流剩余電流進(jìn)行波形識別和保護(hù)，由此實現(xiàn)對設(shè)備漏電和人身觸電的有效保護(hù)。本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明的脈動直流剩余電流保護(hù)器，包括開關(guān)裝置、微處理器、零序電流互感器、 剩余電流信號放大電路和電源組成部分；其中，零序電流互感器的輸出與剩余電流信號放大電路連接；剩余電流信號放大電路的輸出與微處理器連接；開關(guān)裝置與微處理器連接； 電源的輸入與電網(wǎng)連接，電源的輸出與微處理器和開關(guān)裝置連接。所述的開關(guān)裝置為空氣斷路器或繼電器。所述的電源由二極管、絕緣柵雙極型晶體管、三極管、集成穩(wěn)壓器、運算放大器、電容和電阻組成；其中，二極管組成三相整流電路，整流電路的輸出經(jīng)由電阻與絕緣柵雙極型晶體管連接；運算放大器、三極管及與之相連的電阻和電容組成開關(guān)控制電路，開關(guān)控制電路的輸入與輸出均與絕緣柵雙極型晶體管連接；集成穩(wěn)壓器及與之相連的電阻和電容組成穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路的輸入經(jīng)由二極管與絕緣柵雙極型晶體管連接。所述的剩余電流信號放大電路由運算放大器、電阻、電容和撥碼開關(guān)組成；其中， 第一運算放大器及與它相連的電阻組成電壓抬升電路，電壓抬升電路的輸出與第二運算放大器連接 ；電容和電阻組成剩余電流信號濾波電路，剩余電流信號濾波電路的輸出經(jīng)電阻與第二運算放大器連接；第二運算放大器及與它相連的電阻和撥碼開關(guān)組成剩余電流信號放大電路，剩余電流信號放大電路的輸出經(jīng)電阻與微處理器連接。所述的零序電流互感器包括由兩個線圈分別構(gòu)成的兩個副邊，其中一個副邊與剩余電流信號放大電路相連接，另一個副邊與按鈕和電阻相連接構(gòu)成剩余電流模擬發(fā)生器。所述的脈動直流剩余電流保護(hù)器還包括輔助組成部分剩余電流模擬發(fā)生器、預(yù)報警電路和頻率檢測電路。其中，剩余電流模擬發(fā)生器的輸出與微處理器連接；預(yù)報警電路的輸入與微處理器連接；頻率檢測電路的輸入與電源連接，輸出與微處理器連接。所述的剩余電流模擬發(fā)生器由零序電流互感器、按鈕和電阻組成；其中，零序電流互感器的一個副邊與按鈕連接，經(jīng)由電阻與微處理器連接。所述的預(yù)報警電路由發(fā)光二極管和電阻組成；其中，發(fā)光二極管的一端與微處理器連接，另一端經(jīng)由電阻與電源連接。所述的頻率檢測電路由二極管和電阻組成；其中，二極管的一端與微處理器連接， 另一端經(jīng)由電阻與電網(wǎng)連接。本發(fā)明的脈動直流剩余電流保護(hù)器實現(xiàn)剩余電流檢測和保護(hù)過程的運行方法是保護(hù)器設(shè)定瞬時動作、快速動作、正常動作三種保護(hù)動作方式，每種保護(hù)動作方式的動作閾值和動作時間不同，保護(hù)器設(shè)定的動作閾值范圍為0. 8倍額定剩余電流動作值至 3倍額定剩余電流動作值，動作時間為2毫秒到1000毫秒；具體運行方法包括以下步驟(1)零序電流互感器檢測電網(wǎng)中的剩余電流信號，并將剩余電流信號變換為電壓信號輸入到剩余電流信號放大電路，通過剩余電流信號放大電路放大后的剩余電流信號直接輸入到微處理器中，微處理器根據(jù)采樣頻率和窗口周期對剩余電流信號進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)第 (2)步；(2)微處理器不斷的將剩余電流瞬時值與瞬時動作閾值、快速動作閾值和正常動作閾值進(jìn)行比較，動作閾值設(shè)定方法為0. 8倍額定剩余電流動作值為正常動作閾值、1. 5倍額定剩余電流動作值為快速動作閾值、2. 5倍額定剩余電流動作值為瞬時動作閾值；并分別記錄剩余電流瞬時值大于瞬時動作閾值、快速動作閾值和正常動作閾值的持續(xù)時間，當(dāng)剩余電流瞬時值大于瞬時動作閾值的持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，延時后發(fā)出脫扣指令，使開關(guān)裝置動作，切斷故障電路，進(jìn)行瞬時動作保護(hù)，瞬時動作保護(hù)方式下動作時間設(shè)定方法為保護(hù)器立即動作；當(dāng)持續(xù)時間小于規(guī)定時間時，轉(zhuǎn)第(3)步；(3)判斷一個剩余電流信號采樣周期是否結(jié)束，當(dāng)采樣周期未結(jié)束時，轉(zhuǎn)第(1) 步；當(dāng)采樣周期結(jié)束時，根據(jù)剩余電流波形特點，判斷剩余電流波形類型，轉(zhuǎn)第(4)步；(4)根據(jù)剩余電流波形類型，判斷剩余電流瞬時值大于快速動作閾值的持續(xù)時間是否達(dá)到規(guī)定時間，當(dāng)持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，延時后發(fā)出脫扣指令，使開關(guān)裝置動作，切斷故障電路，進(jìn)行快速動作保護(hù)，快速動作保護(hù)方式下動作時間設(shè)定方法為延時2個周波后動作；當(dāng)持續(xù)時間小于規(guī)定時間時，轉(zhuǎn)第(5)步；(5)根據(jù)剩余電流波形類型，判斷剩余電流瞬時值大于正常動作閾值的持續(xù)時間是否達(dá)到規(guī)定時間，當(dāng)持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，延時后發(fā)出脫扣指令，使開關(guān)裝置動作， 切斷故障電路，進(jìn)行正常動作保護(hù)，正常動作保護(hù)方式下動作時間設(shè)定方法為延時4個周波后動作；當(dāng)持續(xù)時間小于規(guī)定時間時，轉(zhuǎn)第(1)步。本發(fā)明的脈動直流剩余電流保護(hù)器實現(xiàn)剩余電流檢測和保護(hù)過程的輔助作用的運行方法是

(1)微處理器檢測到線路中剩余電流值處于0. 5倍額定剩余電流動作值到0. 8倍額定剩余電流動作值之間時，通過不斷的交替輸出高低電平控制預(yù)報警電路的發(fā)光二極管閃爍，用于提醒用戶提前采取保護(hù)措施；和/或(2)頻率檢測電路直接從電網(wǎng)上獲取交流信號并進(jìn)行半波整流后送到微處理器，微處理器對其輸入信號進(jìn)行檢測，并對一個周期的信號進(jìn)行計時，檢測出一個周期的時間，用于實現(xiàn)電網(wǎng)頻率的自動跟蹤；和/或(3)剩余電流模擬發(fā)生電路模擬產(chǎn)生故障剩余電流，當(dāng)按下試驗按鈕時，剩余電流模擬發(fā)生電路產(chǎn)生一個模擬故障剩余電流，當(dāng)微處理器檢測到模擬故障剩余電流時，發(fā)出脫扣指令，用于檢查本發(fā)明的脈動直流剩余電流保護(hù)器工作是否正常。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(1)本發(fā)明的脈動直流剩余電流保護(hù)器通過微處理器對剩余電流信號進(jìn)行處理， 具有瞬時動作、快速動作和正常動作三種保護(hù)方式，可以區(qū)分出剩余電流波形類型，并根據(jù)剩余電流波形類型的不同采取不同的保護(hù)措施，提高了保護(hù)精度。(2)本發(fā)明的脈動直流剩余電流保護(hù)器通過對電網(wǎng)頻率的自動跟蹤，可以適用不同頻率電網(wǎng)的剩余電流保護(hù)，或在電網(wǎng)頻率有變化時也能實現(xiàn)剩余電流的準(zhǔn)確保護(hù)，擴(kuò)大了本發(fā)明的應(yīng)用場合。(3)本發(fā)明的脈動直流剩余電流保護(hù)器的電源結(jié)構(gòu)簡單，體積小，采用三相交流電源供電，電壓工作范圍寬，在單相交流電源電壓低至50V時仍能正常工作，電源正常工作時處于開關(guān)狀態(tài)，功耗極低。(4)本發(fā)明的脈動直流剩余電流保護(hù)器實現(xiàn)了剩余電流保護(hù)的反時限特性，其動作時間和剩余電流值的大小成反比。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明各組成部分之間的連接框圖。圖2是帶有輔助電路的本發(fā)明各組成部分之間的連接框圖。圖3是本發(fā)明帶有輔助電路的脈動直流剩余電流保護(hù)器的連接圖。圖4是本發(fā)明中微處理器實現(xiàn)脈動直流剩余電流保護(hù)的程序框圖。圖中，1.零序電流互感器、2.剩余電流信號放大電路、3.空氣斷路器或繼電器、 4.剩余電流模擬發(fā)生器、5.微處理器、6.預(yù)報警電路、7.頻率檢測電路、8.電源。
具體實施方式
實施例圖1表明，本發(fā)明的脈動直流剩余電流保護(hù)器的基本組成包括微處理器(5)、零序電流互感器(1)、剩余電流信號放大電路(2)、電源⑶和空氣斷路器或繼電器(3)。其中由微處理 器(5)、零序電流互感器(1)、剩余電流信號放大電路(2)和電源(8)構(gòu)成本發(fā)明脈動直流剩余電流保護(hù)器的剩余電流信號檢測電路。零序電流互感器(1)的輸出與剩余電流信號放大電路(2)連接；剩余電流信號放大電路(2)的輸出與微處理器(5)連接；空氣斷路器或繼電器(3)與微處理器(5)連接；電源(8)的輸入與電網(wǎng)連接，電源(8)的輸出與微處理器(5)和空氣斷路器或繼電器(3)連接。它們實現(xiàn)剩余電流檢測和保護(hù)過程的運行方法是保護(hù)器設(shè)定瞬時動作、快速動作、正常動作三種保護(hù)動作方式，每種保護(hù)動作方式的動作閾值和動作時間不同，保護(hù)器設(shè)定的動作閾值范圍為0. 8倍額定剩余電流動作值至 3倍額定剩余電流動作值，動作時間為2毫秒到1000毫秒；具體運行方法包括以下步驟1)零序電流互感器⑴檢測電網(wǎng)中的剩余電流信號，并將剩余電流信號變換為電壓信號輸入到剩余電流信號放大電路(2)，通過剩余電流信號放大電路(2)放大后的剩余電流信號直接輸入到微處理器(5)中，微處理器(5)根據(jù)采樣頻率和窗口周期對剩余電流信號進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)第2)步；2)微處理器(5)不斷的將剩余電流瞬時值與瞬時動作閾值、快速動作閾值和正常動作閾值進(jìn)行比較，動作閾值設(shè)定方法為0. 8倍額定剩余電流動作值為正常動作閾值、1. 5 倍額定剩余電流動作值為快速動作閾值、2. 5倍額定剩余電流動作值為瞬時動作閾值；并分別記錄剩余電流瞬時值大于瞬時動作閾值、快速動作閾值和正常動作閾值的持續(xù)時間， 當(dāng)剩余電流瞬時值大于瞬時動作閾值的持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，延時后發(fā)出脫扣指令， 使空氣斷路器或繼電器(3)動作，切斷故障電路，進(jìn)行瞬時動作保護(hù)，瞬時動作保護(hù)方式下動作時間設(shè)定方法為保護(hù)器立即動作；當(dāng)持續(xù)時間小于規(guī)定時間時，轉(zhuǎn)第3)步；3)判斷一個剩余電流信號采樣周期是否結(jié)束，當(dāng)采樣周期未結(jié)束時，轉(zhuǎn)第1)步； 當(dāng)采樣周期結(jié)束時，根據(jù)剩余電流波形特點，判斷剩余電流波形類型，轉(zhuǎn)第4)步；4)根據(jù)剩余電流波形類型，判斷剩余電流瞬時值大于快速動作閾值的持續(xù)時間是否達(dá)到規(guī)定時間，當(dāng)持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，延時后發(fā)出脫扣指令，使空氣斷路器或繼電器(3)動作，切斷故障電路，進(jìn)行快速動作保護(hù)，快速動作保護(hù)方式下動作時間設(shè)定方法為延時2個周波后動作；當(dāng)持續(xù)時間小于規(guī)定時間時，轉(zhuǎn)第5)步；5)根據(jù)剩余電流波形類型，判斷剩余電流瞬時值大于正常動作閾值的持續(xù)時間是否達(dá)到規(guī)定時間，當(dāng)持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，延時后發(fā)出脫扣指令，使空氣斷路器或繼電器(3)動作，切斷故障電路，進(jìn)行正常動作保護(hù)，正常動作保護(hù)方式下動作時間設(shè)定方法為延時4個周波后動作；當(dāng)持續(xù)時間小于規(guī)定時間時，轉(zhuǎn)第1)步。圖2是本發(fā)明的帶有輔助電路的脈動直流剩余電流保護(hù)器，包括微處理器(5)、零序電流互感器(1)、剩余電流信號放大電路(2)、剩余電流模擬發(fā)生器(4)、預(yù)報警電路(6)、 頻率檢測電路(7)、電源(8)和空氣斷路器或繼電器(3)，其中由微處理器(5)、零序電流互感器⑴、剩余電流信號放大電路⑵、剩余電流模擬發(fā)生器⑷、預(yù)報警電路(6)、頻率檢測電路(7)和電源⑶構(gòu)成本發(fā)明脈動直流剩余電流保護(hù)器的剩余電流信號檢測電路。零序電流互感器(1)的輸出與剩余電流信號放大電路(2)連接；剩余電流信號放大電路(2)的輸出與微處理器(5)連接；剩余電流模擬發(fā)生器(4)的輸出與微處理器(5)連接；預(yù)報警電路(6)與微處理器(5)連接；空氣斷路器或繼電器(3)與微處理器(5)連接；電源(8)的輸入與電網(wǎng)連接，電源(8)的輸出與微處理器(5)、頻率檢測電路(7)和空氣斷路器或繼電器 (3)連接；頻率檢測電路(7)的輸出與微處理器(5)連接。

它們實現(xiàn)剩余電流檢測和保護(hù)過程的運行方法是保護(hù)器設(shè)定瞬時動作、快速動作、正常動作三種保護(hù)動作方式，每種保護(hù)動作方式的動作閾值和動作時間不同，保護(hù)器設(shè)定的動作閾值范圍為0. 8倍額定剩余電流動作值至 3倍額定剩余電流動作值，動作時間為2毫秒到1000毫秒；具體運行方法包括以下步驟1)頻率檢測電路(7)直接從電網(wǎng)上獲取交流信號并進(jìn)行半波整流后送到微處理器(5)，微處理器(5)對其輸入信號進(jìn)行檢測，并對一個周期的信號進(jìn)行計時，檢測出一個周期的時間，計算剩余電流信號的采樣頻率和窗口周期，轉(zhuǎn)第2)步；2)零序電流互感器⑴檢測電網(wǎng)中的剩余電流信號，并將剩余電流信號變換為電壓信號輸入到剩余電流信號放大電路(2)，通過剩余電流信號放大電路(2)放大后的剩余電流信號直接輸入到微處理器(5)中，微處理器(5)根據(jù)采樣頻率和窗口周期對剩余電流信號進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)第3)步；3)微處理器(5)不斷的將剩余電流瞬時值與瞬時動作閾值、快速動作閾值和正常動作閾值進(jìn)行比較，動作閾值設(shè)定方法為0. 8倍額定剩余電流動作值為正常動作閾值、1. 5 倍額定剩余電流動作值為快速動作閾值、2. 5倍額定剩余電流動作值為瞬時動作閾值；并分別記錄剩余電流瞬時值大于瞬時動作閾值、快速動作閾值和正常動作閾值的持續(xù)時間， 當(dāng)剩余電流瞬時值大于瞬時動作閾值的持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，延時后發(fā)出脫扣指令， 使空氣斷路器或繼電器(3)動作，切斷故障電路，進(jìn)行瞬時動作保護(hù)，瞬時動作保護(hù)方式下動作時間設(shè)定方法為保護(hù)器立即動作；當(dāng)持續(xù)時間小于規(guī)定時間時，轉(zhuǎn)第4)步；4)判斷一個剩余電流信號采樣周期是否結(jié)束，當(dāng)采樣周期未結(jié)束時，轉(zhuǎn)第2)步； 當(dāng)采樣周期結(jié)束時，根據(jù)剩余電流波形特點，判斷剩余電流波形類型，轉(zhuǎn)第5)步；5)根據(jù)剩余電流波形類型，判斷剩余電流瞬時值大于快速動作閾值的持續(xù)時間是否達(dá)到規(guī)定時間，當(dāng)持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，延時后發(fā)出脫扣指令，使空氣斷路器或繼電器(3)動作，切斷故障電路，進(jìn)行快速動作保護(hù)，快速動作保護(hù)方式下動作時間設(shè)定方法為延時2個周波后動作；當(dāng)持續(xù)時間小于規(guī)定時間時，轉(zhuǎn)第6)步；6)根據(jù)剩余電流波形類型，判斷剩余電流瞬時值大于正常動作閾值的持續(xù)時間是否達(dá)到規(guī)定時間，當(dāng)持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，延時后發(fā)出脫扣指令，使空氣斷路器或繼電器(3)動作，切斷故障電路，進(jìn)行正常動作保護(hù)，正常動作保護(hù)方式下動作時間設(shè)定方法為延時4個周波后動作；當(dāng)持續(xù)時間小于規(guī)定時間時，轉(zhuǎn)第7)步；7)根據(jù)剩余電流波形類型，判斷剩余電流有效值是否處于0. 5倍額定剩余電流動作值到0. 8倍額定剩余電流動作值之間，當(dāng)剩余電流有效值處于0. 5倍額定剩余電流動作值到0.8倍額定剩余電流動作值之間時，微處理器(5)通過不斷的交替輸出高低電平控制預(yù)報警電路(6)的發(fā)光二極管閃爍，提醒用戶提前采取保護(hù)措施；當(dāng)剩余電流有效值小于 0. 5倍額定剩余電流動作值時，轉(zhuǎn)第1)步；
剩余電流模擬發(fā)生電路(4)模擬產(chǎn)生故障剩余電流，當(dāng)按下試驗按鈕時，剩余電流模擬發(fā)生電路(4)產(chǎn)生一個模擬故障剩余電流，微處理器(5)檢測到模擬故障剩余電流時，發(fā)出脫扣指令，用于檢查本發(fā)明的脈動直流剩余電流保護(hù)器工作是否正常。圖3是本發(fā)明帶有輔助電路的脈動直流剩余電流保護(hù)器的連接圖，零序電流互感器LH(I)連接剩余電流信號放大電路(2) —起為微處理器Ul (5)提供剩余電流信號；預(yù)報警電路(6)受微處理器Ul (5)的控制，在剩余電流值處于0.5倍額定剩余電流動作值到0.8 倍額定剩余電流動作值之間時，通過發(fā)光二極管的閃爍提醒用戶提前采取保護(hù)措施；微處理器Ul (5)還控制空氣斷路器或繼電器(3)，實現(xiàn)剩余電流保護(hù)動作；剩余電流模擬發(fā)生電路(4)與零序電流互感器LH(I)連接；頻率檢測電路(7)將電網(wǎng)頻率信號輸入給微處理器 Ul (5)；電源⑶為微處理器(5)和其它電路供電。
如圖3所示，零序電流互感器LH⑴包括由兩個線圈分別構(gòu)成的兩個副邊，其中一個副邊連接至剩余電流信號放大電路(2)，另一個副邊與按鈕SWl和電阻R14構(gòu)成剩余電流模擬發(fā)生電路(4)。如圖3所示，剩余電流信號放大電路(2)由電容(1、電阻1 23、1 20、1 21、1 16、1 17、 R18、R19、R22、R24、R26、R27、R28和運算放大器U2B、U2C構(gòu)成，運算放大器U2的型號為 LM6134，零序電流互感器LH(I)的輸出接電容Cl和電阻R23，將剩余電流信號變換為電壓信號，經(jīng)由電阻 R20、R21、R16、R17、R18、R19、R24、R26、R27、R28 和運算放大器 U2B、U2C 構(gòu)成的剩余電流信號放大電路(2)將信號放大，經(jīng)電阻R22輸入給微處理器Ul (5)，微處理器 (5)的型號為ATtinyl3。如圖3所示，空氣斷路器或繼電器(3)通過電阻R7、Rll、電容C7和可控硅SCRl受微處理器Ul (5)的控制，在剩余電流值達(dá)到或超過額定剩余電流動作值時微處理器(5)發(fā)出脫扣命令，使空氣斷路器或繼電器(3)動作，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(I)的另一個副邊與按鈕SWl和電阻R14構(gòu)成剩余電流模擬發(fā)生電路(4)，當(dāng)按下SWl時，零序電流互感器LH(I)將產(chǎn)生一個模擬的剩余電流信號，微處理器Ul (5)檢測到此信號后，將發(fā)出剩余電流保護(hù)指令，即微處理器(5)輸出高電平，通過電阻R14觸發(fā)可控硅SCRl，使空氣斷路器或繼電器(3)動作，用于檢查保護(hù)器剩余電流保護(hù)性能是否正常。如圖3所示，本發(fā)明中的微處理器Ul (5)接受剩余電流信號放大電路(2)放大后的剩余電流信號和頻率檢測電路(7)的電網(wǎng)頻率信號，控制預(yù)報警電路(6)和空氣斷路器或繼電器(3)。微處理器Ul (5)對剩余電流信號采樣，采樣頻率大于剩余電流信號的頻率， 本實施例采樣頻率為64倍剩余電流信號的頻率，微處理器不斷的將剩余電流瞬時值與瞬時動作閾值、快速動作閾值和正常動作閾值進(jìn)行比較，本實施例中動作閾值設(shè)定為0.8倍額定剩余電流動作值為正常動作閾值、1. 5倍額定剩余電流動作值為快速動作閾值、2. 5倍額定剩余電流動作值為瞬時動作閾值，并分別記錄剩余電流瞬時值大于瞬時動作閾值、快速動作閾值和正常動作閾值的持續(xù)時間，當(dāng)剩余電流瞬時值大于瞬時動作閾值的持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，立即發(fā)出脫扣指令；如此循環(huán)，直至一個剩余電流信號采樣周期結(jié)束。當(dāng)采樣周期結(jié)束時，根據(jù)剩余電流波形特點，判斷剩余電流波形屬于全波剩余電流波形還是半波、90°波、135°波三種特殊剩余電流波形。根據(jù)剩余電流波形類型，分別判斷剩余電流瞬時值大于快速動作閾值和正常動作閾值的持續(xù)時間是否達(dá)到規(guī)定時間，當(dāng)持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，微處理器(5)并不是立即發(fā)出脫扣指令，而是經(jīng)過2毫秒到1000毫秒之間的時間延時，這段時間是可以調(diào)整的，故障剩余電流值越大，延時時間越短，本實施例的動作時間設(shè)定為當(dāng)電網(wǎng)中剩余電流值大于2. 5倍額定剩余電流動作值時，保護(hù)器立即動作；當(dāng)電網(wǎng)中剩余電流值處于1. 5倍額定剩余電流動作值到2. 5倍額定剩余電流動作值之間時經(jīng)過2個周波后動作；當(dāng)電網(wǎng)中剩余電流值處于0. 8倍額定剩余電流動作值到1. 5倍額定剩余電流動作值之間時經(jīng)過4個周波后動作。經(jīng)過延時后，微處理器(5)輸出高電平，通過電阻R7觸發(fā)可控硅SCRl，使空氣斷路器或繼電器(3)脫扣，切斷故障線路，實現(xiàn)了本發(fā)明的脈動直流剩余電流保護(hù)功能。如圖3所示，電阻R25和發(fā)光二極管D13構(gòu)成了預(yù)報警電路(6)，微處理器(5)檢測到剩余電流值處于0. 5倍額定剩余電流動作值到0. 8倍額定剩余電流動作值之間時，通過交替的輸出高低電平控制發(fā)光二極管D13閃爍，提醒用戶提前采取保護(hù)措施。如圖3所示，電阻R15和二極管DlO構(gòu)成頻率檢測電路(7)，電阻R15和二極管DlO 將電網(wǎng)頻率信號輸入給微處理器Ul (5)，微處理器Ul (5)采用內(nèi)部定時器對頻率信號進(jìn)行計時測量，當(dāng)電網(wǎng)頻率變化時，微處理器Ul (5)的定時器值也隨著改變，實現(xiàn)對電網(wǎng)頻率的自動跟蹤，微處理器Ul (5)在進(jìn)行剩余電流信號采樣時，根據(jù)微處理器Ul (5)定時器值決定采樣周期，實現(xiàn)每周期內(nèi)采樣數(shù)為恒定的，降低了數(shù)據(jù)處理的誤差，提高了剩余電流的測量精度。如圖3所示，電源電路(8)由二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、絕緣柵雙極型晶體管 Q1、三極管 Q2、集成穩(wěn)壓器 Tl、電阻 Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R8、R9、RIO、R12、R13、 電容C8、C3、C4、C5、C6和運算放大器U2A構(gòu)成，三相電源電壓由二極管Dl、D2、D3、D4、D5、 D6、D7、D8整流，運算放大器U2A、絕緣柵雙極型晶體管Ql和三極管Q2等組成的開關(guān)電路對整流后的電壓進(jìn)行降壓處理，集成穩(wěn)壓器T1進(jìn)行穩(wěn)壓，電容C3、C4、C5、C6對電源進(jìn)行濾波， 其中絕緣柵雙極型晶體管Ql的型號為FGA25m20ANTD，集成穩(wěn)壓器Tl的型號為KA7805。圖4表明本發(fā)明中剩余電流信號經(jīng)過剩余電流信號放大電路進(jìn)入微處理器后的操作程序(1)上電后，對通用寄存器和專用寄存器進(jìn)行初始化，特別是A/D轉(zhuǎn)換模塊和定時器模塊寄存器的初始化，設(shè)置采樣頻率和采樣窗口周期，采樣頻率遠(yuǎn)大于剩余電流信號的頻率，采樣周期為剩余電流信號的周期，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剩余電流信號進(jìn)行采集，不斷的將剩余電流瞬時值與瞬時動作閾值、快速動作閾值和正常動作閾值進(jìn)行比較，并分別記錄剩余電流瞬時值大于瞬時動作閾值、快速動作閾值和正常動作閾值的持續(xù)時間，當(dāng)剩余電流瞬時值大于瞬時動作閾值的持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，立即發(fā)出脫扣指令，當(dāng)持續(xù)時間小于規(guī)定時間時， 轉(zhuǎn)第⑶步；(3)判斷一個剩余電流信號采樣周期是否結(jié)束，當(dāng)采樣周期沒有結(jié)束時，轉(zhuǎn)第(2) 步，當(dāng)采樣周期結(jié)束時，轉(zhuǎn)第(4)步；(4)根據(jù)剩余電流波形特點，判斷剩余電流波形類型，轉(zhuǎn)第(5)步；(5)根據(jù)剩余電流波形類型，判斷剩余電流瞬時值大于快速動作閾值的持續(xù)時間是否達(dá)到規(guī)定 時間，當(dāng)持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，延時后發(fā)出脫扣指令，進(jìn)行快速動作保護(hù)，當(dāng)持續(xù)時間小于規(guī)定時間時，判斷剩余電流瞬時值大于正常動作閾值的持續(xù)時間是否達(dá)到規(guī)定時間，當(dāng)持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，延時后發(fā)出脫扣指令，進(jìn)行正常動作保護(hù)，當(dāng)持續(xù)時間小于規(guī)定時間時，轉(zhuǎn)第(2)步。從本實施例可以看出，本發(fā)明通過采用微處理器，實現(xiàn)了對脈動直流剩余電流的檢測和保護(hù)，可以識別出剩余電流波形類型，并根據(jù)波形類型采取不同的保護(hù)措施，并實現(xiàn)了剩余電流保護(hù)的反時限特性。本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。 以上所述，僅是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案提出的實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。凡未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種脈動直流剩余電流保護(hù)器，其特征為包括開關(guān)裝置、微處理器、零序電流互感器、剩余電流信號放大電路和電源組成部分；其中，零序電流互感器的輸出與剩余電流信號放大電路連接；剩余電流信號放大電路的輸出與微處理器連接；開關(guān)裝置與微處理器連接；電源的輸入與電網(wǎng)連接，電源的輸出與微處理器和開關(guān)裝置連接；所述的開關(guān)裝置為空氣斷路器或繼電器。
2.如權(quán)利要求1所述脈動直流剩余電流保護(hù)器，其特征為所述的電源由二極管、絕緣柵雙極型晶體管、三極管、集成穩(wěn)壓器、運算放大器、電容和電阻組成；其中，二極管組成三相整流電路，整流電路的輸出經(jīng)由電阻與絕緣柵雙極型晶體管連接；運算放大器、三極管及與之相連的電阻和電容組成開關(guān)控制電路，開關(guān)控制電路的輸入與輸出均與絕緣柵雙極型晶體管連接；集成穩(wěn)壓器及與之相連的電阻和電容組成穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路的輸入經(jīng)由二極管與絕緣柵雙極型晶體管連接。
3.如權(quán)利要求1所述脈動直流剩余電流保護(hù)器，其特征為所述的剩余電流信號放大電路由運算放大器、電阻、電容和撥碼開關(guān)組成；其中，第一運算放大器及與它相連的電阻組成電壓抬升電路，電壓抬升電路的輸出與第二運算放大器連接；電容和電阻組成剩余電流信號濾波電路，剩余電流信號濾波電路的輸出經(jīng)電阻與第二運算放大器連接；第二運算放大器及與它相連的電阻和撥碼開關(guān)組成剩余電流信號放大電路，剩余電流信號放大電路的輸出經(jīng)電阻與微處理器連接。
4.如權(quán)利要求1所述脈動直流剩余電流保護(hù)器，其特征為所述的零序電流互感器包括由兩個線圈分別構(gòu)成的兩個副邊，其中一個副邊與剩余電流信號放大電路相連接，另一個副邊與按鈕和電阻相連接構(gòu)成剩余電流模擬發(fā)生器。
5.如權(quán)利要求1所述脈動直流剩余電流保護(hù)器，其特征為還包括輔助組成部分剩余電流模擬發(fā)生器、預(yù)報警電路和頻率檢測電路；其中，剩余電流模擬發(fā)生器的輸出與微處理器連接；預(yù)報警電路的輸入與微處理器連接；頻率檢測電路的輸入與電源連接，輸出與微處理器連接。
6.如權(quán)利要求5所述脈動直流剩余電流保護(hù)器，其特征為所述的預(yù)報警電路由發(fā)光二極管和電阻組成；其中，發(fā)光二極管的一端與微處理器連接，另一端經(jīng)由電阻與電源連接。
7.如權(quán)利要求5所述脈動直流剩余電流保護(hù)器，其特征為所述的頻率檢測電路由二極管和電阻組成；其中，二極管的一端與微處理器連接，另一端經(jīng)由電阻與電網(wǎng)連接。
8.如權(quán)利要求1所述脈動直流剩余電流保護(hù)器的運行方法，其特征為實現(xiàn)剩余電流檢測和保護(hù)過程包括以下步驟保護(hù)器設(shè)定瞬時動作、快速動作、正常動作三種保護(hù)動作方式，每種保護(hù)動作方式的動作閾值和動作時間不同，保護(hù)器設(shè)定的動作閾值范圍為0. 8倍額定剩余電流動作值至3倍額定剩余電流動作值，動作時間為2毫秒到1000毫秒；(1)零序電流互感器檢測電網(wǎng)中的剩余電流信號，并將剩余電流信號變換為電壓信號輸入到剩余電流信號放大電路，通過剩余電流信號放大電路放大后的剩余電流信號直接輸入到微處理器中，微處理器根據(jù)采樣頻率和窗口周期對剩余電流信號進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)第(2)步；(2)微處理器不斷的將剩余電流瞬時值與瞬時動作閾值、快速動作閾值和正常動作閾值進(jìn)行比較，動作閾值設(shè)定方法為0. 8倍額定剩余電流動作值為正常動作閾值、1. 5倍額定剩余電流動作值為快速動作閾值、2. 5倍額定剩余電流動作值為瞬時動作閾值；并分別記錄剩余電流瞬時值大于瞬時動作閾值、快速動作閾值和正常動作閾值的持續(xù)時間，當(dāng)剩余電流瞬時值大于瞬時動作閾值的持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，延時后發(fā)出脫扣指令，使開關(guān)裝置動作，切斷故障電路，進(jìn)行瞬時動作保護(hù)，瞬時動作保護(hù)方式下動作時間設(shè)定方法為保護(hù)器立即動作；當(dāng)持續(xù)時間小于規(guī)定時間時，轉(zhuǎn)第(3)步；(3)判斷一個剩余電流信號采樣周期是否結(jié)束，當(dāng)采樣周期未結(jié)束時，轉(zhuǎn)第(1)步；當(dāng)采樣周期結(jié)束時，根據(jù)剩余電流波形特點，判斷剩余電流波形類型，轉(zhuǎn)第(4)步； (4)根據(jù)剩余電流波形類型，判斷剩余電流瞬時值大于快速動作閾值的持續(xù)時間是否達(dá)到規(guī)定時間，當(dāng)持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，延時后發(fā)出脫扣指令，使開關(guān)裝置動作，切斷故障電路，進(jìn)行快速動作保護(hù)，快速動作保護(hù)方式下動作時間設(shè)定方法為延時2個周波后動作；當(dāng)持續(xù)時間小于規(guī)定時間時，轉(zhuǎn)第(5)步；(5)根據(jù)剩余電流波形類型，判斷剩余電流瞬時值大于正常動作閾值的持續(xù)時間是否達(dá)到規(guī)定時間，當(dāng)持續(xù)時間達(dá)到規(guī)定時間時，延時后發(fā)出脫扣指令，使開關(guān)裝置動作，切斷故障電路，進(jìn)行正常動作保護(hù)，正常動作保護(hù)方式下動作時間設(shè)定方法為延時4個周波后動作；當(dāng)持續(xù)時間小于規(guī)定時間時，轉(zhuǎn)第(1)步。
9.如權(quán)利要求5所述脈動直流剩余電流保護(hù)器實現(xiàn)剩余電流檢測和保護(hù)過程的輔助作用的運行方法，其特征為包括以下步驟(1)微處理器檢測到線路中剩余電流值處于0. 5倍額定剩余電流動作值到0. 8倍額定剩余電流動作值之間時，通過不斷的交替輸出高低電平控制預(yù)報警電路的發(fā)光二極管閃爍，用于提醒用戶提前采取保護(hù)措施；和/或(2)頻率檢測電路直接從電網(wǎng)上獲取交流信號并進(jìn)行半波整流后送到微處理器，微處理器對其輸入信號進(jìn)行檢測，并對一個周期的信號進(jìn)行計時，檢測出一個周期的時間，用于實現(xiàn)電網(wǎng)頻率的自動跟蹤；和/或(3)剩余電流模擬發(fā)生電路模擬產(chǎn)生故障剩余電流，當(dāng)按下試驗按鈕時，剩余電流模擬發(fā)生電路產(chǎn)生一個模擬故障剩余電流，當(dāng)微處理器檢測到模擬故障剩余電流時，發(fā)出脫扣指令，用于檢查本發(fā)明的脈動直流剩余電流保護(hù)器工作是否正常。
全文摘要
本發(fā)明是一種脈動直流剩余電流保護(hù)器及其運行方法。該裝置包括開關(guān)裝置、微處理器、零序電流互感器、剩余電流信號放大電路和電源組成部分；其中，零序電流互感器的輸出與剩余電流信號放大電路連接；剩余電流信號放大電路的輸出與微處理器連接；開關(guān)裝置與微處理器連接；電源的輸入與電網(wǎng)連接，電源的輸出與微處理器和開關(guān)裝置連接。本發(fā)明可以區(qū)分出剩余電流波形類型，并根據(jù)剩余電流波形類型的不同采取不同的保護(hù)措施，提高了保護(hù)精度，適用不同頻率電網(wǎng)的剩余電流保護(hù)，或在電網(wǎng)頻率有變化時也能實現(xiàn)剩余電流的準(zhǔn)確保護(hù)，擴(kuò)大了本發(fā)明的應(yīng)用場合，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，功耗極低。
文檔編號H02H3/32GK102231510SQ20111018312
公開日2011年11月2日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者李奎, 武一, 牛峰, 王堯, 郭志濤, 陸儉國 申請人:河北工業(yè)大學(xué)