一种双重漏电保护系统及方法与流程

1.本技术涉及断路器技术领域，尤其涉及一种双重漏电保护系统及方法。


背景技术：

2.断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器可对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时，断路器可切断电路，以分断故障电流，而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，因此其被广泛的应用在各种电路系统当中。
3.漏电保护器，简称漏电开关，又叫漏电断路器，主要是用来在设备发生漏电故障时以及对有致命危险的人身触电保护，具有过载和短路保护功能，可用来保护线路或电动机的过载和短路，亦可在正常情况下作为线路的不频繁转换启动之用。而漏电断路器又包括：电压型漏电断路器或电流型漏电断路器，其中电流型漏电断路器主要用于变压器中性点接地的低压配电系统。其特点是当人身触电时，由单一零序电流互感器检测出一个漏电电流，使继电器动作，电源开关断开。
4.但是，目前这种具有单一保护模块的漏电断路器在，保护模块失效的情况下，断路器无法跳闸，一旦出现漏电状况将会对用户造成严重的危害。


技术实现要素：

5.为了实现双重漏电保护，本技术提供一种双重漏电保护系统及方法。
6.本技术第一方面，提供一种双重漏电保护系统，包括：零序互感器1、零序互感器2、独立漏电保护电路和微控制器采集控制电路。
7.所述微控制器采集控制电路包括：漏电信号处理电路、电机驱动电路、微控制器电路、断路器分合闸状态监测电路和断路器。
8.所述零序互感器1和所述零序互感器2设置在所述断路器后端，所述零序互感器1与所述独立漏电保护电路连接，所述独立漏电保护电路用于对所述断路器执行分闸操作。
9.所述零序互感器2与所述漏电信号处理电路连接，所述漏电信号处理电路与所述微控制器电路连接，所述漏电信号处理电路连接用于采集或放大漏电信号，并将漏电流信号转换为对应的adc采样信号，将对应的adc采样信号传递至所述微控制器电路。
10.所述微控制器电路与所述断路器分合闸状态监测电路连接，所述微控制器电路还与所述电机驱动电路连接，所述断路器分合闸状态监测电路用于监测断路器分合闸状态，所述电机驱动电路用于控制断路器分闸或合闸。
11.可选的，所述独立漏电保护电路包括：电阻r1、漏电保护芯片u1、电阻r11、晶体管q1和脱口线圈。
12.所述电阻r1用于采集零序电流互感器1产生的电流信号，并将电流信号转换为电压信号，所述电阻r1与漏电保护芯片u1连接，所述漏电保护芯片u1用于接收电阻r1传输的
电压信号，将电压信号转换为脉冲信号，所述漏电保护芯片u1通过所述电阻r11与所述晶体管q1连接，所述电阻r11用于接收漏电保护芯片u1传输的脉冲信号，所述晶体管q1用于接通整个独立漏电保护电路，独立漏电保护电路产生瞬时电流，所述脱口线圈用于感应瞬时电流，以产生磁场，使电磁机构动作，使所述断路器分闸。
13.可选的，所述漏电信号处理电路包括：电阻r4、运算放大器u2b、电阻r6、直流偏置电压vref。
14.所述电阻r4用于采集零序互感器2产生的电流信号，并将电流信号转换为电压信号，所述电阻r4与所述运算放大器u2b连接，所述运算放大器u2b用于放大电压信号，在电阻r4与电阻r6之间设置有直流偏置电压vref。
15.可选的，还包括直流双向电机，所述直流双向电机与所述电机驱动电路连接，所述电机驱动电路包括：控制电机驱动芯片u3，所述控制电机驱动芯片u3用于控制直流双向电机的运转，所述直流双向电机用于控制断路器的分闸或合闸。
16.可选的，所述微控制器电路采用型号为stm8s003f3的半导体微控制器。
17.可选的，所述微控制器电路还用于接收所述断路器分合闸状态监测电路传递的断路器分合闸状态信息。
18.本技术第二方面，提供一种双重漏电保护方法，包括：
19.微控制器采集控制电路对本身的元器件进行初始化。
20.微控制器采集控制电路设置1ms的定时中断，以形成半周波，并每隔10ms计算所述半周波的漏电流有效值。
21.监测断路器分合闸状态，如果断路器处于合闸状态，同时断路器在50ms周期内有超过4个漏电流有效值超出设定的限制，且独立漏电保护电路故障，则微控制器采集控制电路控制断路器分闸。
22.可选的，计算所述半周波的漏电流有效值的步骤中，具体采用加权均方根算法计算，并进行去极值滤波处理，得到漏电流有效值。
23.由以上技术方案可知，本技术提供一种双重漏电保护系统及方法，包括：零序互感器1、零序互感器2、独立漏电保护电路和微控制器采集控制电路；所述微控制器采集控制电路包括：漏电信号处理电路、电机驱动电路、微控制器电路、断路器分合闸状态监测电路和断路器；所述零序互感器1和所述零序互感器2设置在所述断路器后端，所述零序互感器1与所述独立漏电保护电路连接，所述独立漏电保护电路用于对所述断路器执行分闸操作；所述零序互感器2与所述漏电信号处理电路连接，所述漏电信号处理电路与所述微控制器电路连接，所述漏电信号处理电路连接用于采集或放大漏电信号，并将漏电流信号转换为对应的adc采样信号，将对应的adc采样信号传递至所述微控制器电路；所述微控制器电路与所述断路器分合闸状态监测电路连接，所述微控制器电路还与所述电机驱动电路连接，所述断路器分合闸状态监测电路用于监测断路器分合闸状态，所述电机驱动电路用于控制断路器分闸或合闸。本技术实施例提供的双重漏电保护系统可实现漏电双重保护，在独立漏电保护电路故障时，也可对断路器实施分闸操作，相较于传统的断路器具有更高的安全性能和更好的工作稳定性，因而能够实现对用电过程中的触电、漏电的有效防范，从而在最大程度上保证生命财产安全。
24.在实际工作时，当独立漏电保护电路正常工作时，独立漏电保护电路即可通过采
集零序互感器1产生的漏电信号，对断路器实施开闸操作；当独立漏电保护电路故障时，所述微控制器采集控制电路通过采集零序互感器2产生的漏电信号，控制断路器分闸。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本技术实施例提供的双重漏电保护系统的架构图；
27.图2为独立漏电保护电路的电路图；
28.图3为微控制器电路的电路图；
29.图4为漏电信号处理电路的电路图；
30.图5为电机驱动电路的电路图；
31.图6为本技术实施例提供的双重漏电保护方法的流程图。
具体实施方式
32.下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的系统和方法的示例。
33.参见图1，为本技术实施例提供的双重漏电保护系统的架构图。
34.本技术实施例第一方面，提供一种双重漏电保护系统，包括：零序互感器1、零序互感器2、独立漏电保护电路和微控制器采集控制电路。
35.所述微控制器采集控制电路包括：漏电信号处理电路、电机驱动电路、微控制器电路、断路器分合闸状态监测电路和断路器。
36.所述零序互感器1和所述零序互感器2设置在所述断路器后端，所述零序互感器1与所述独立漏电保护电路连接，所述独立漏电保护电路用于对所述断路器执行分闸操作。
37.所述零序互感器2与所述漏电信号处理电路连接，所述漏电信号处理电路与所述微控制器电路连接，所述漏电信号处理电路连接用于采集或放大漏电信号，并将漏电流信号转换为对应的adc采样信号，将对应的adc采样信号传递至所述微控制器电路。
38.所述微控制器电路与所述断路器分合闸状态监测电路连接，所述微控制器电路还与所述电机驱动电路连接，所述断路器分合闸状态监测电路用于监测断路器分合闸状态，所述电机驱动电路用于控制断路器分闸或合闸。
39.本技术实施例的双重漏电保护系统以双独立零序电流互感器为基础，通过对漏电电流信号进行实时的检测来实现对漏电的保护功能。该设计具有很强的安全性能，即便是在漏电电流超出限值且独立漏电保护电路工作出现故障的情况下，也能够通过微控制器采集控制电路来对断路器实施分闸操作，实现对断路器的二次保护。
40.零序电流互感器是一种常用于电力系统当中能够产生零序接触电流位置的元件，通常情况下都是与继电保护装置或者信号装置来搭配使用来实现装置元件的工作，从而实现对电路的保护和监控。零序电流互感器可以对穿过互感器的主电路回路上的漏电电流进
行检测，其主要的工作原理为：电流从电源端流出，在经过互感器之后到达负载，从负载出来之后在穿越互感器的另一条线路之后回到电源端，在此过程中，出来和回去的电流大小理论上讲是大小相同的，但方向确是相反的。正常情况下，大小相同但方向相反的电流在经过互感器的一次侧线路时，不会再二次侧感应出电流，因此在这种情况下零序互感器上没有电流信号；而当主回路线路上的电流由电源端出来穿过互感器的一次侧之后，并不从互感器的一次侧回到电源端，而是流经其他线路回到电源端，那么零序互感器的二次侧就会感应到这个经而不回的电流信号，在该信号被放大之后，系统就可以控制零序互感器动作，切断主回路电源，以实施保护。
41.参见图2，为独立漏电保护电路的电路图。
42.进一步的，所述独立漏电保护电路包括：电阻r1、漏电保护芯片u1、电阻r11、晶体管q1和脱口线圈。
43.所述电阻r1用于采集零序电流互感器1产生的电流信号，并将电流信号转换为电压信号，所述电阻r1与漏电保护芯片u1连接，所述漏电保护芯片u1用于接收电阻r1传输的电压信号，将电压信号转换为脉冲信号，所述漏电保护芯片u1通过所述电阻r11与所述晶体管q1连接，所述电阻r11用于接收漏电保护芯片u1传输的脉冲信号，所述晶体管q1用于接通整个独立漏电保护电路，独立漏电保护电路产生瞬时电流，所述脱口线圈用于感应瞬时电流，以产生磁场，使电磁机构动作，使所述断路器分闸。
44.更具体的，独立漏电保护电路的主要作用是用来对断路器进行分闸操作，以达到对电路进行保护的目的，其主要的工作原理为：在断路器后端出现漏电电流之后，零序电流互感器就会及时的检测到漏电电流信号，并将电流信号通过电阻r1进行采样操作后，将其转化为对应的电压信号，并将电压信号输入至漏电保护芯片u1之中。在漏电电流的数值超过设定的最大限制时，漏电保护芯片u1就会产生一个脉宽大于30ms的脉冲信号，该脉冲信号在经由电阻r11之后，会致使晶体管q1导通，此时由于全线路被接通，脱口线圈会产生强大的瞬间通过电流，电流产生强大磁场来推动电磁机构动作，进而实现了对断路器的分闸操作。
45.参见图4为漏电信号处理电路的电路图。
46.进一步的，所述漏电信号处理电路包括：电阻r4、运算放大器u2b、电阻r6、直流偏置电压vref。
47.所述电阻r4用于采集零序互感器2产生的电流信号，并将电流信号转换为电压信号，所述电阻r4与所述运算放大器u2b连接，所述运算放大器u2b用于放大电压信号，在电阻r4与电阻r6之间设置有直流偏置电压vref。
48.更具体的，漏电信号处理电路作为一种中间电路，在系统当中主要起着对漏电流信号进行调理的作用。它可以实现对漏电流信号进行采集、放大等处理，并将经过处理的漏电流信号转换为对应的adc采样信号，从而将其传递至微控制器电路。
49.其工作原理为：该电路会优先利用电阻r4来对系统当中零序电流互感器所检测到的漏电流信号进行采集和处理，将漏电流信号转变为相应的电压喜好，然后漏电信号处理电路会通过u2b运算放大器对经过处理之后的电压信号进行放大，并最终将该电压信号发送至微控制器电路。在此过程中，运算放大器u2b对电压信号进行放大的具体倍数是由系统微控制器adc所设定的电压最高值决定的，而在电阻r6前端引入直流偏置电压vref，则能够
大幅度的提升运算放大器u2b所输出的基准电平，从而使系统微控制器电路能够实现对漏电流信号正半周以及负半周的采集。
50.参见图5，为电机驱动电路的电路图。
51.进一步的，还包括直流双向电机，所述直流双向电机与所述电机驱动电路连接，所述电机驱动电路包括：控制电机驱动芯片u3，所述控制电机驱动芯片u3用于控制直流双向电机的运转，所述直流双向电机用于控制断路器的分闸或合闸。
52.电机驱动电路的主要工作原理为：微控制器电路通过控制电机驱动芯片u3来对其输入引脚的方向进行控制，并在此基础之上采取推挽方式输出引脚的正反方向来达到对驱动电机的运行状态进行控制的目的，并通过驱动电机来对断路器实施分合闸操作。
53.参见图3，为微控制器电路的电路图。
54.进一步的，所述微控制器电路采用型号为stm8s003f3的半导体微控制器。该型号的微控制器内置16mhz的振荡器，因而系统当中无需再加装外置晶振电路。并且该型号的微控制器还具有设计成本较低、设计电路简单以及内置adc可以在最大程度上满足设计对漏电流信号进行采集需求等诸多的优点，因而较为在本技术实施例中使用。微控制器电路的外围电路主要由rc复位电路、程序下载调试电路等部分组成。
55.进一步的，所述微控制器电路还用于接收所述断路器分合闸状态监测电路传递的断路器分合闸状态信息。其中微控制器电路是整个采集控制电路中最为核心的原件，其内部安装有自动运行程序，能够对系统采集到的电流信号、电压信号进行处理、控制等。其具体的工作流程为：微控制器从adc2通道对漏电电流信号进行采集，并同时通过pc6和pc7的输入输出口来对系统断路器的工作状态进行实时的检测，并依据断路器分合闸的状态来，来通过内部运行程序进行计算控制pd2和pd3的输入输出口，在满足短路条件的状态下，微控制器就会控制电机动作，从而对断路器实施分闸操作。
56.本技术实施例提供的双重漏电保护系统在实际工作时，当独立漏电保护电路正常工作时，独立漏电保护电路即可通过采集零序互感器1产生的漏电信号，对断路器实施开闸操作；当独立漏电保护电路故障时，所述微控制器采集控制电路通过采集零序互感器2产生的漏电信号，控制断路器分闸。
57.由以上技术方案可知，本技术实施例提供一种双重漏电保护系统，包括：零序互感器1、零序互感器2、独立漏电保护电路和微控制器采集控制电路；所述微控制器采集控制电路包括：漏电信号处理电路、电机驱动电路、微控制器电路、断路器分合闸状态监测电路和断路器；所述零序互感器1和所述零序互感器2设置在所述断路器后端，所述零序互感器1与所述独立漏电保护电路连接，所述独立漏电保护电路用于对所述断路器执行分闸操作；所述零序互感器2与所述漏电信号处理电路连接，所述漏电信号处理电路与所述微控制器电路连接，所述漏电信号处理电路连接用于采集或放大漏电信号，并将漏电流信号转换为对应的adc采样信号，将对应的adc采样信号传递至所述微控制器电路；所述微控制器电路与所述断路器分合闸状态监测电路连接，所述微控制器电路还与所述电机驱动电路连接，所述断路器分合闸状态监测电路用于监测断路器分合闸状态，所述电机驱动电路用于控制断路器分闸或合闸。本技术实施例提供的双重漏电保护系统可实现漏电双重保护，在独立漏电保护电路故障时，也可对断路器实施分闸操作，相较于传统的断路器具有更高的安全性能和更好的工作稳定性，因而能够实现对用电过程中的触电、漏电的有效防范，从而在最大
程度上保证生命财产安全。
58.图6为本技术实施例提供的双重漏电保护方法的流程图。
59.本技术实施例第二方面，提供一种双重漏电保护方法，包括：
60.s101，微控制器采集控制电路对本身的元器件进行初始化。
61.s102，微控制器采集控制电路设置1ms的定时中断，以形成半周波，并每隔10ms计算所述半周波的漏电流有效值。
62.s103，监测断路器分合闸状态，如果断路器处于合闸状态，同时断路器在50ms周期内有超过4个漏电流有效值超出设定的限制，且独立漏电保护电路故障，则微控制器采集控制电路控制断路器分闸。
63.更具体为：对输入输出端口、定时器以及寄存器等元器件进行初始化，设置1ms的定时中断，并每隔10ms计算以此半周波的漏电流有效值，在此过程中所采用加权均方根算法，并对其进行了去极值滤波处理，以便得到较为精准的计算值，最后将经由计算所得的漏电流有效值进行储存。
64.自动对断路器的工作状态进行检测，判断其是处于合闸状态还是分闸状态，如果断路器处于合闸状态下，并且断路器在50ms周期内有超过4个漏电有效值超出了所设定的限制，并且此时的漏电保护模块工作故障，处于分闸无效的状态下，会通过控制直流电机动作来对断路器实施分闸操作，以达到对电路进行保护的目的。
65.另外，定时中断采用的是微控制器定时器，能够实现间隔1ms产生1次定时中断。其具体的工作流程为：在定时中断生成之后进入系统当中的中断服务子程序，首先会清除中断标志位，并对零序电流互感器所检测到的漏电流信号进行a/d采样，之后再将采集到的电流信号进过计算之后转换为实时漏电流数值进行存储，此时系统的计数器就会自动加1，表示将该电流数值进行存储成功。
66.以上技术方案可知，本技术实施例提供一种双重漏电保护系统及方法，包括：零序互感器1、零序互感器2、独立漏电保护电路和微控制器采集控制电路；所述微控制器采集控制电路包括：漏电信号处理电路、电机驱动电路、微控制器电路、断路器分合闸状态监测电路和断路器；所述零序互感器1和所述零序互感器2设置在所述断路器后端，所述零序互感器1与所述独立漏电保护电路连接，所述独立漏电保护电路用于对所述断路器执行分闸操作；所述零序互感器2与所述漏电信号处理电路连接，所述漏电信号处理电路与所述微控制器电路连接，所述漏电信号处理电路连接用于采集或放大漏电信号，并将漏电流信号转换为对应的adc采样信号，将对应的adc采样信号传递至所述微控制器电路；所述微控制器电路与所述断路器分合闸状态监测电路连接，所述微控制器电路还与所述电机驱动电路连接，所述断路器分合闸状态监测电路用于监测断路器分合闸状态，所述电机驱动电路用于控制断路器分闸或合闸。本技术实施例提供的双重漏电保护系统可实现漏电双重保护，在独立漏电保护电路故障时，也可对断路器实施分闸操作，相较于传统的断路器具有更高的安全性能和更好的工作稳定性，因而能够实现对用电过程中的触电、漏电的有效防范，从而在最大程度上保证生命财产安全。
67.本技术提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本技术总的构思下的几个示例，并不构成本技术保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本技术方案所扩展出的任何其他实施方式都属
于本技术的保护范围。