一种接地故障电流检测电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种接地故障电流检测电路，具体说来，设及为低压配电系统中 断路器或过载继电器。
【背景技术】
[0002] 所谓的接地故障，是指相对地或与地有关联的外漏可导电部分，如设备外壳、管道 和构架的直接接触短路。同一般短路形式相比较，其短路电流有效值虽然不是很大，但足W 导致人身触电伤亡和火灾事故，后果极为严重。接地故障引起的间接接触触电事故是最常 见的电击事故，接地故障引起的对地电弧和电火花则是最常见的电气短路起火源。发生接 地故障时，保护电器必须及时、可靠切断电路，W防止发生人身触电、电气火灾等事故。
[0003] 接地故障保护作为低压配电线路中一项重要保护功能，在低压电器中重要组成元 器件空气断路器、塑壳断路器、接触器和继电器中，目前空气断路器中已经得到广泛的用， 而对于塑壳断路器或继电器而言，近几年才逐步发展起来。
[0004] 目前，在空气断路器的接地保护方式主要可分为两种:差值型(T)和地电流型(W)。 其中差值型保护方法由可W根据断路器的级数分为3ΡΤ、4ΡΤ或3P+N，即取Ξ相或4相电流的 矢量和进行保护。地电流型保护方式由外加特殊的电流互感器来实现，每种额定电流需要 匹配一种互感器。塑壳断路器由于受到外形尺寸大小的限制，常采用差值型保护保护方式， 即矢量和的方式。
[0005] 在最近几年来塑壳断路器采用了新型电流互感器，即带有罗斯线圈互感器，则实 现接地故障保护功能采用差值型方式变得容易起来。电流互感器中包含了两种线圈：速饱 和线圈与罗斯线圈，速饱和线圈提供控制器工作的能量，罗斯线圈提供测量及检测信号。所 W运就使得互感器体积相对增大。而低压电器发展，各元器件的体积是越来越小，同时额定 电流也越来越低。同时罗斯线圈在小信号下容易受到干扰。如壳架为125Α及W下电流规格 中，实现运种双线圈方案的电流互感器空间体积就较为困难。在电子过载继电器中，额定电 流通常有几安培或十几安培的，则不宜采用该电流互感器方案。通常还是采用的常规的单 线圈方式，尤其在电子过载继电器。
[0006] 采用常规单线圈方案中，实现接地保护功能，如美国专利US6407894B1，电流取样 电阻在进行整流之前，采样为交流信号，且在信号进行运放处理过程中，运放需要选用带有 隔离的运放或采用正负电源，同时信号需要进行两级运放处理，信号调理电路都较为复杂。 目前在继电器中常采用一种半波进行接地保护，由于采用半波进行有效值计算，在保护精 度要求较高的应用则不能满足。 【实用新型内容】
[0007] 为了解决W上问题本实用新型提供了一种采用单线圈电流互感器方案中实现接 地故障保护的电路。
[000引为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:一种接地故障电流检测电路，其 特征在于:包括电流互感器、整流采样电路、电源电路、信号调理电路、单片机及外围电路五 部分组成。
[0009] 所述的电流互感器为A相、B相、C相电流互感器或A相、B相、C相、N相电流互感器。
[0010] 所述的整流采样电路全桥整流电路与电流取样电阻包括了二极管02、03、04、05组 成A相全桥整流电流，二极管D6、D7、D8、D9组成B相全桥整流电流，二极管D10、D11、D12、D13 组成C相全桥整流电流，A相采样电阻R4串联在二极管D4阳极，A相采样电阻R5串联在二极管 D5阳极，B相采样电阻R14串联在二极管D8阳极，A相采样电阻R5串联在二极管D9阳极，C相采 样电阻R12串联在二极管D12阳极，A相采样电阻R13串联在二极管D13阳极。
[0011]所述的信号调理电路为:A相sampA+信号经过电阻R6与电容巧组成信号滤波电路， 通过电阻R7连接于运放U2A的反相输入端，U2A的同相输入端通过电阻R12接地，反馈电阻 R35连接于运放U2A的反相输入端与输出端，运放U2A输出信号通过电阻R10连接电容C7,电 容口另一端接地，电阻R10输出信号连接单片机进行ADC处理;A相sampA-信号经过电阻R8与 电容C6组成信号滤波电路，通过电阻R9连接于运放U3A的反相输入端，U3A的同相输入端通 过电阻R13接地，反馈电阻R36连接于运放U3A的反相输入端与输出端，运放U3A输出信号通 过电阻R11连接电容C8,电容C8另一端接地，电阻R11输出信号连接单片机进行ADC处理;B相 sampI3+，sampB-，C相 sampC+，sampC-信号处理原理及方法同 A相 sampA+，sampA-。
[0012]所述的单片机及外围电路主要包括MCU及晶振、复位电路。
[0013] 采用本实用新型的技术方案，与已公知的技术相比，具有W下如下有益效果：
[0014] 1、本实用新型的技术方案原理简单、所需电子器件少且通用，成本低。
[0015] 2、本实用新型的技术方案及方法与采用半波计算接地故障电流值具有保护精度 高，可靠。
[0016] 3、本实用新型的技术方案及方法适用单线圈的电流互感器实现接地保护功能。尤 其适用于空间体积要求较高且额定较小电器保护开关中。
【附图说明】
[0017] 图1本实用新型实施方案的原理框图。
[0018] 图2本实用新型实施方案的电路图。
[0019] 图3本实用新型实施方案A相采样波形示意图。
[0020] 图4本实用新型实施方案B相采样波形示意图。
[0021 ]图5本实用新型实施方案C相采样波形示意图。
[0022] 图6本实用新型实施方案Ξ相波形叠加后接地电流Ig电流波形示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
[0024] 如图1、2所示，本实用新型提供了一种接地故障电流检测电路，包括电流互感器， 整流采样电路、电源电路、信号调理电路、单片机及外围电路五部分组成。所述的电流互感 器为A相、B相、C相电流互感器或A相、B相、C相、N相电流互感器。电流互感器输出电流信号直 接连接到二极管组成的全桥整流电路，电流互感器的输出电流信号仅作为电流检测，同时 也为电源电路及其他电路提供能量。所述的全桥整流电路包括采样电阻R4、R5、R14、R15、 尺32、1?3，二极管02、03、04、05、06、07、08、09、010、011、012、013;4相电流互感器输出圳八+， CTA-连接到由二极管02、03、04、05构成的整流桥，即二极管02、二极管04串联，二极管03、二 极管D5串联，然后再进行并联，CTA+连接在二极管D2与二极管D4之间，CTA-连接在二极管D3 与二极管D5之间；B相电流互感器输出CTB+，CTB-连接到由二极管06、07、08、09构成的整流 桥，即二极管D6、二极管D8串联，二极管D7、二极管D9串联，然后再进行并联，CTB+连接在二 极管D6与二极管D8之间，CTB-连接在二极管D7与二极管D9之间；C相电流互感器输出CTC+， CTC-连接到由二极管010、011、012、013构成的整流桥，即二极管010、二极管012串联，二极 管D11、二极管D13串联，然后再进行并联，CTC+连接在二极管D10与二极管D12之间，CTC-连 接在二极管D11与二极管D13之间；
[0025]采样电阻R4串联在二极管D4的阳极，采样电阻R4波形为sampA+，采样电阻R5串联 在二极管D5的阳极，采样电阻R5波形为sampA-，即A相波形被采样电阻R4，R5被分为sampA+， sampA-;义样电阻R14串联在^极管D8的阳极，义样电阻R14波形为sampB+，义样电阻R15串 联在二极管D9的阳极，采样电阻R5波形为sampB-，即B相波形被采样电阻R14，R15被分为 sampB+，sampB-;采样电阻R32串联在二极管D12的阳极，采样电阻R32波形为sampC+，采样电 阻R33串联在二极管D13的阳极，采样电阻R33波形为sampC-，即C相波形被采样电阻R32，R33 被分为 sampC+，sampC-;
[00%]所述的电源电路包括电感LI与电容Cl组成的滤波电路，由TVS管Zl，功率MOS管ΤΙ， 运放U1，电阻R1，R2，R3，电容C4及基准源Ζ2组成的稳压电路，由电容C1，C3组成的储能电路 Ξ部分构成。其中电感L1与电容C1串联组成滤波电路，电感L1串联在主回路，电容C1并联主 回路，电阻R1，R3组成分压电路连接运放同相输入端，电阻R34与基准源串联，基准连接运放 的反相输入端，电容C4与基准源并联。运放的输出端连接功率M0S管的G极，电阻R3作为下拉 电阻并联在功率M0S管的G极。
[0027]所述的信号调理电路包括由6个结构与原理相同电路组成，其中每个信号调理电 路都由电阻、电容、运放组成。A相sampA+信号经过电阻R6与电容巧组成信号滤波电路，通过 电阻R7连接于运放U2A的反相输入端，运放U2A的同相输入端通过电阻R12接地，反馈电阻 R