一种差分式剩余电流检测方法与流程

本发明属于测量电变量；测量磁变量的技术领域，特别涉及一种用于测量电流或电压或者用于指示其存在或符号的装置的差分式剩余电流检测方法。

背景技术：

剩余电流，是指低压配电线路中各相电流矢量和不为零而产生的电流，也即是说，用电侧发生了事故，电流从带电体通过人体流到大地，使主电路进出线中的电流大小不相等，此时电流的瞬时矢量合成有效值称为剩余电流，俗称漏电。

剩余电流是的产生包括电线的绝缘层老化破损、导线安装施工不规范、施工遗留缺隐贴近易燃物、人为的破坏造成断线等，使得带电导体对地绝缘被破坏，根据消防部门的统计，在全国的火灾事故中，电气火灾约占1/3，在电气火灾事故中由于低压线路单相接地故障，造成事故约占电气火灾事故的1/2，可见，线路单相接地故障具有严重性与普遍性的特点，对剩余电流的检测对于火灾的防控是相当重要的。

现有技术中，利用检测剩余电流环节来启动保护装置跳闸，从而来防止发生触电及接地电弧引发的火灾，一般来说，利用剩余电流互感器进行检测。剩余电流互感器是漏电保护器的检测元件，其主要检测通过互感器铁心的主电路的剩余电流，如触电、漏电等接地故障电流，并将一次回路的剩余电流变换成二次回路的输出电压。

然而，现有技术中，剩余电流传感器在采集电流的过程中，需要同时将互感铁芯穿过火线和零线，进而获得剩余电流值，这种方案虽然简单，但在实际部署的过程中非常不便，穿线大小难以统一，安装尺寸较大，且过大的剩余电流会引起互感器损坏，造成损失，甚至可能影响到操作人员的安全。

技术实现要素：

本发明解决了现有技术中，以剩余电流互感器采集电流虽然简单，但在实际部署的过程中非常不便，穿线大小难以统一，安装尺寸较大，且过大的剩余电流会引起互感器损坏，造成损失，甚至可能影响到操作人员的安全的问题，提供了一种优化的差分式剩余电流检测方法。

本发明所采用的技术方案是，一种差分式剩余电流检测方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：初始化电缆使用环境；

步骤2：分别在电缆的输出线路和输入线路上选择1个检测点；

步骤3：采用高速ad采样芯片，对2个检测点进行电流采样，直至采样值稳定；

步骤4：自采样值稳定起，以采样频率a对2个检测点进行电流采样，得到电流i1和i2，预处理后为i1’和i2’；

步骤5：将处理后的2个检测点的电流顺次输入转换模块和放大模块；

步骤6：若放大模块的输出端的输出值大于0，则触发剩余电流报警，否则获得下一组预处理后的电流，返回步骤5。

优选地，所述步骤1中，初始化电缆使用环境包括排查电缆中的机械损伤点、扭曲点、绝缘层老化点，若存在扭曲点，则进行处理，若存在机械损伤点、绝缘层老化点，则直接告警。

优选地，所述步骤2中，2个检测点分别处于电缆同一位置的火线和零线上。

优选地，步骤3中，采用高速ad采样芯片对2个检测点进行电流采样，当每一个检测点的电流均为稳定正弦波时，采样值稳定。

优选地，所述步骤4包括以下步骤：

步骤4.1：自采样值稳定起，以采样频率a对2个检测点进行电流采样，得到电流i1和i2；

步骤4.2：对电流i1和i2进行同步放大；

步骤4.3：对同步放大后的电流i1和i2通过高通滤波模块进行滤波，滤除低频噪声和工频干扰；

步骤4.4：对电流i1和i2进行同步缩小至采样值；

步骤4.5：使用延时单元将采样得到的电流i1和i2的相变时间对准，得到处理后的i1’和i2’。

优选地，a为6.4khz。

优选地，所述步骤5中，将处理后的2个检测点的电流顺次输入电流转电压模块和差分放大模块，设定调节参数k，得到放大后的电流输出的电压。

优选地，所述电流转电压模块包括顺次设置的电阻r0和三级管vt，i1’和i2’对应的电流分别输入对应的电流转电压模块，取对应的r0和vt间的电压u1和u2。

优选地，所述差分放大模块包括放大器；

u1通过电阻r1与放大器的第一输入端连接，第一输入端和r1间通过电阻r2接地；

u2通过电阻r3与放大器的第二输入端连接，第二输入端和和r3间通过电阻r4并联至放大器的输出端；

所述放大器的输出端连接有电压表。

优选地，当输出端的电压大于0时，触发剩余电流报警。

本发明提供了一种优化的差分式剩余电流检测方法，通过初始化电缆使用环境，分别在电缆的输出线路和输入线路上选择检测点，基于检测点进行电流采样，自采样值稳定起，以采样频率a对2个检测点进行电流采样、预处理并顺次输入转换模块和放大模块，当放大模块的输出端的输出值大于0时，则触发剩余电流报警。

本发明主要针对单相剩余电流检测，采用对电缆的输出线路和输入线路，如火线和零线上的电流分别检测的方式实现剩余电流的检测，检测精度高，能有效检测从0到负载电流区间段的剩余电流大小，检测机构部署便利，亦可以应用于较大剩余电流的检测，使用安全，成本低，工作效率高。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的电流转电压模块结构示意图；

图3为本发明的差分放大模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明涉及一种差分式剩余电流检测方法，主要针对单相剩余电流检测。

所述方法包括以下步骤。

步骤1：初始化电缆使用环境。

所述步骤1中，初始化电缆使用环境包括排查电缆中的机械损伤点、扭曲点、绝缘层老化点，若存在扭曲点，则进行处理，若存在机械损伤点、绝缘层老化点，则直接告警。

本发明中，操作人员应当首先排除显而易见的问题；当电缆存在显见的缺陷时，无需采用当前检测方法，对于存在扭曲点的电缆应当进行校直处理，而当电缆存在机械损伤点和绝缘层老化的问题时，应直接更换或对电缆进行维护。

步骤2：分别在电缆的输出线路和输入线路上选择1个检测点。

所述步骤2中，2个检测点分别处于电缆同一位置的火线和零线上。

本发明中，采用对火线和零线电流分别检测的方式实现剩余电流的检测，为了保证采样值的准确、尽可能排除干扰因素，故火线和零线应当处于电缆的同一位置处。

步骤3：采用高速ad采样芯片，对2个检测点进行电流采样，直至采样值稳定。

步骤3中，采用高速ad采样芯片对2个检测点进行电流采样，当每一个检测点的电流均为稳定正弦波时，采样值稳定。

本发明中，在电流初始通过的过程中，可能存在不正常波动，此时的电流采样值并无价值。

本发明中，稳定正弦波是指存在均匀的波峰和波谷。

步骤4：自采样值稳定起，以采样频率a对2个检测点进行电流采样，得到电流i1和i2，预处理后为i1’和i2’。

所述步骤4包括以下步骤：

步骤4.1：自采样值稳定起，以采样频率a对2个检测点进行电流采样，得到电流i1和i2；

a为6.4khz。

步骤4.2：对电流i1和i2进行同步放大；

步骤4.3：对同步放大后的电流i1和i2通过高通滤波模块进行滤波，滤除低频噪声和工频干扰；

步骤4.4：对电流i1和i2进行同步缩小至采样值；

步骤4.5：使用延时单元将采样得到的电流i1和i2的相变时间对准，得到处理后的i1’和i2’。

本发明中，由于检测点本身只能尽量设置在同一位置，故电流的采样值间可能存在一定的误差且存在噪声，一般来说，误差非常小，故需要先将采样的电流进行放大，对放大后的电流进行滤波，保证去除由于表面粗糙、有背景干扰物等原因会发生的数据不稳定。

本发明中，一般情况下，滤波为中值滤波，中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术，其基本原理是把数字图像或数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近的真实值，从而消除孤立的噪声点，其优点在于能保护边缘信息,是经典的平滑噪声的方法。

本发明中，将完成处理的电流同步缩小到初始采样的状态，再对两个电流波进行对准，保证其相变时间，即为0的时刻对应。

步骤5：将处理后的2个检测点的电流顺次输入转换模块和放大模块。

所述步骤5中，将处理后的2个检测点的电流顺次输入电流转电压模块和差分放大模块，设定调节参数k，得到放大后的电流输出的电压。

所述电流转电压模块包括顺次设置的电阻r0和三级管vt，i1’和i2’对应的电流分别输入对应的电流转电压模块，取对应的r0和vt间的电压u1和u2。

所述差分放大模块包括放大器；

u1通过电阻r1与放大器的第一输入端连接，第一输入端和r1间通过电阻r2接地；

u2通过电阻r3与放大器的第二输入端连接，第二输入端和和r3间通过电阻r4并联至放大器的输出端；

所述放大器的输出端连接有电压表a。

本发明中，电流本身做差可能存在不准确性，当电流差过大时还可能造成传感器的损坏，故将电流转化为电压进行处理，基于对剩余电流的预判，可以较好的选择电阻r0和三级管vt，使得输出的电压满足实际的差分放大需求。

本发明中，检测的前提是已经存在剩余电流，当进行盲测时，则应当在任一输入端增加电压放大电路，以电压放大电路的调节比进行换算，查看电压表a显示的输出电压，判断剩余电流的有无。

本发明中，以r2与第一输入端和r1间的连接点的电压为un，以第二输入端和和r3间的电压为up，以输出电压为uo，联立方程：

u1r2/（r1+r2）=un；

（uo-up）/r4=（up-u2）/r3=up；

得到r3uo=（r3+r4）r2u1/（r1+r4）-r4u2。

本发明中，当确实存在剩余电流时，设置r1=r3，r2=r4，则可以对输出电压和剩余电压差的比值进行简便运算。

本发明中，一般来说，u1和u2的差值应当保持在15v内，若无法做到，应当设置调节参数k，使得差值进行缩小。

步骤6：若放大模块的输出端的输出值大于0，则触发剩余电流报警，否则获得下一组预处理后的电流，返回步骤5。

当输出端的电压大于0时，触发剩余电流报警。

本发明中，正常情况下火线的电流应当等于零线的电流，而当设备发生漏电时，一部分电流通过地线流走，此时火线电流等于零线电流和地线电流之和，此时电压值所测的结果即为一个大于0且非正无穷的数，故需要进行剩余电流报警。

本发明中，在有漏电断路器时，当剩余电流超过了漏电保护器的保护阈值时，漏电断路器会立即跳闸断电。

本发明中，当输出值为0时，则为正常电路，可以进行下一组数据的处理。

本发明通过初始化电缆使用环境，分别在电缆的输出线路和输入线路上选择检测点，基于检测点进行电流采样，自采样值稳定起，以采样频率a对2个检测点进行电流采样、预处理并顺次输入转换模块和放大模块，当放大模块的输出端的输出值大于0时，则触发剩余电流报警。

本发明主要针对单相剩余电流检测，采用对电缆的输出线路和输入线路，如火线和零线上的电流分别检测的方式实现剩余电流的检测，检测精度高，能有效检测从0到负载电流区间段的剩余电流大小，检测机构部署便利，亦可以应用于较大剩余电流的检测，使用安全，成本低，工作效率高。