零线断线检测控制器的制造方法
【专利摘要】一种零线断线检测控制装置，包括信号采集单元、中央处理单元、输出控制单元和电源单元；其中，所述信号采集单元，对零线电流和三相相电压进行采集；所述中央处理单元，对采集的所述零线电流和三相相电压进行转换计算，以判断零线电流和三相电压不平衡状态是否符合预设零线断线的电气特征，如果为是则所述中央处理单元将输出一触发信号；所述输出控制单元，接收所述中央处理单元输出的触发信号并产生一控制信号，以触发用户端负载连接的开关自动跳闸；所述电源单元，给所述信号采集单元、中央处理单元和输出控制单元提供恒定的工作电源。本实用新型提供的控制装置，能够在三相不平衡情况下有效检测零线电流准确判断零线情况，并做出相应保护措施。
【专利说明】零线断线检测控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于低压配电网领域，具体涉及一种配电网运行中零线断线检测控制
>J-U ρ?α装直。
【背景技术】
[0002]进入二十一世纪以来，随着社会经济的发展，家用电器设备大量普及，用电负荷不断增加，在配电网实际运行中发现，由于热效应、机械力、接头氧化、外力刮擦、不法分子偷盗、建筑野蛮施工等内外因素影响，不时发生零线断路故障。零线断线故障一旦发生，影响的面非常广，一方面既给用户的生产和生活带来了很大的不便，另一方面又给供电企业带来诸如企业形象受损，电力资费难收，并要承担巨额赔偿等多重损失，有些地方甚至导致供电企业和用户关系紧张，社会不稳定因素增加，严重损害了民企之间的良好合作关系。
[0003]众所周知，我国现行的低压配电网大多采用三相四线制进行输电，对于接入居民楼宇的大多采用三相负载平均分配的方法，在理想的三相平衡的情况下，各相电压大致相同，相位相差120度,具体请参考图1所示。
[0004]但是，本实用新型的发明人经过研究发现，在大多数时候，单相负载无法做到平衡分配，如果不考虑零线，那么其矢量图如图2所示(假定A相电流过载，电压拉低)，由此可以看出，负载较小的相往往会获得更高的电压，如果电压变化比较大，这个电压往往会导致用电器的损坏，而这是我们不希望遇到的；但此时如果零线是可靠接入的，不平衡的电流尽可能通过零线接入大地，相当于用户端的零线也出现了电压，那么其矢量图如图3所示，通过该矢量图可以得出，虽然此时电压相对于变压器接地端电压有所不同，但观察用户端，其电压是基本平衡的。由此可见，在三相不平衡的情况下，零线的接入情况显得尤为重要。
[0005]综上所述，零线在三相不平衡情况下起着非常重要的作用，而如何例行监测零线的可靠连接尤为重要，如果能检测到零线回路中有电流流过必定能判断零线可靠连接，电流感应器就能准确的检测出零线的电流。然而检测不到电流并不表示零线一定断线，根据前面的分析可知，一旦三相相对平衡，用户端零线回路矢量为0，此时零线也是没有电流的，但由于此时三相平衡，虽然零线断线，也不会由于偏压导致电器烧坏。因此，只剩如何在三相不平衡的情况下有效检测零线电流并准确判断零线情况，做出相应的保护措施，成为目前亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的如何在三相不平衡的情况下有效检测零线电流并准确判断零线情况，做出相应保护措施的技术问题，本实用新型提供一种新型的零线断线检测控制
>J-U ρ?α装直。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0008]一种零线断线检测控制装置，包括信号采集单元、中央处理单元、输出控制单元和电源单元；其中，
[0009]所述信号采集单元，对零线电流和三相相电压进行采集；
[0010]所述中央处理单元，对采集的所述零线电流和三相相电压进行转换计算，以判断零线电流和三相电压不平衡状态是否符合预设零线断线的电气特征，如果为是则所述中央处理单元将输出一触发信号；
[0011]所述输出控制单元，接收所述中央处理单元输出的触发信号并产生一控制信号，以触发用户端负载连接的开关自动跳闸；
[0012]所述电源单元，给所述信号采集单元、中央处理单元和输出控制单元提供恒定的工作电源。
[0013]相比于现有技术，本实用新型提供的零线断线检测控制装置中，所述信号采集单元首先对零线电流和三相相电压进行采集，所述中央处理单元其次对采集的零线电流和三相相电压进行转换计算，以判断零线电流和三相电压不平衡状态是否符合预设零线断线的电气特征，如果符合则所述中央处理单元将输出一触发信号，所述输出控制单元然后接收所述触发信号并产生一控制信号，用于触发用户端负载连接的开关自动跳闸，由此实现在三相不平衡的情况下有效检测零线电流准确判断零线情况，并做出相应保护措施的技术效果O
[0014]进一步，所述信号采集单元包括信号检测模块和信号处理模块，所述信号检测模块包括电流检测模块和电压检测模块，所述信号处理模块包括电流放大模块和电压取样模块;其中，
[0015]所述电流检测模块，对所述零线的电流信号进行感应检测；
[0016]所述电压检测模块，对所述三相电的相电压信号进行感应检测；
[0017]所述电流放大模块，对感应检测的零线电流信号进行放大整形；
[0018]所述电压取样模块，对感应检测的三相电的相电压信号进行取样。
[0019]进一步，所述电流检测模块为电流传感器，所述电压检测模块为电压互感器，由此具有精度高，隔离性和安全性好的特点，且接入后不影响原电路的正常性能。
[0020]进一步，所述中央处理单元包括A/D转换模块和计算处理模块，所述A/D转换模块对采集的零线电流和三相相电压进行模数转换，所述计算处理模块将采集的所述零线电流换算成0-100安培的电流显示值，将采集的所述三相相电压换算成0-220伏的电压显示值，并根据换算后的电流值和电压值判断采集的所述零线电流和三相电压不平衡状态是否符合预设零线断线的电气特征，如果为是则所述计算处理模块将输出一触发信号。
[0021]进一步，所述中央处理单元选用宏晶公司的STC系列单片机或微晶公司的PIC系列单片机，由此具有性能稳定，抗干扰性能极佳的特点。
[0022]进一步，所述输出控制单元为继电器，由此具有触点输出，简单可靠的特点。
[0023]进一步，所述电源单元提供的电源从三相线中的任一相线和零线引出，经线性变压器和稳压器后获得。
[0024]进一步，所述零线断线检测控制装置还包括根据所述中央处理单元的判断结果，给出当前供电正常或供电异常的信息提示单元，由此可以对当前的供电状态进行实时显示提示。
[0025]进一步，所述零线断线检测控制装置还包括根据所述中央处理单元的转换计算结果，轮流显示当前的各相相电压和零线电流值的信号显示单元，由此可以方便工作人员及时对各相相电压和零线电流的大小进行观察和处理，既方便生产环节对设备性能进行检验，又方便维护人员对整个设备运行状态进行有效检测。
[0026]采用本实用新型提供的零线断线检测控制装置，具有如下有益效果:能够对三相不平衡情况下零线电流进行有效检测和准确判断，做出相应保护措施，即通过智能化的技术手段及设备对低压配电线路提供分布式监测与保护，提升了用电可靠性和用户满意度，减少经济纠纷和经济损失，同时减少了电力检修人员排查故障的难度，具有非常重要的意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是现有技术提供的在理想的三相平衡情况下各相电压相位分布示意图。
[0028]图2是现有技术提供的三相不平衡零线未接入情况下各相电压相位分布示意图。
[0029]图3是现有技术提供的三相不平衡零线已接入情况下各相电压相位分布示意图。
[0030]图4是本实用新型实施例提供的零线断线检测控制装置硬件组成原理示意图。
[0031]图中，1、信号采集单元；11、信号检测模块；111、电流检测模块；112、电压检测模块；12、信号处理模块；121、电流放大模块；122、电压取样模块；2、中央处理单元；21、A/D转换模块；22、计算处理模块；3、输出控制单元；4、电源单元；5、信息提示单元；6、信号显示单元。
【具体实施方式】
[0032]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
[0033]请参考图4所示，一种零线断线检测控制装置，包括信号采集单元1、中央处理单元2、输出控制单元3和电源单元4 ;其中，
[0034]所述信号采集单元I，对零线电流和三相相电压进行采集；
[0035]所述中央处理单元2，对采集的所述零线电流和三相相电压进行转换计算，以判断零线电流和三相电压不平衡状态是否符合预设零线断线的电气特征，如果为是则所述中央处理单元将输出一触发信号；
[0036]所述输出控制单元3，接收所述中央处理单元2输出的触发信号并产生一控制信号，以触发用户端负载连接的开关自动跳闸；
[0037]所述电源单元4，给所述信号采集单元1、中央处理单元2和输出控制单元3提供恒定的工作电源。
[0038]相比于现有技术，本实用新型提供的零线断线检测控制装置中，所述信号采集单元首先对零线电流和三相相电压进行采集，所述中央处理单元其次对采集的零线电流和三相相电压进行转换计算，以判断零线电流和三相电压不平衡状态是否符合预设零线断线的电气特征，如果符合则所述中央处理单元将输出一触发信号，所述输出控制单元然后接收所述触发信号并产生一控制信号，用于触发用户端负载连接的开关自动跳闸，由此实现在三相不平衡的情况下有效检测零线电流准确判断零线情况，并做出相应保护措施的技术效果O
[0039]作为具体实施例，请参考图4所示，所述信号采集单元I包括信号检测模块11和信号处理模块12，所述信号检测模块11包括电流检测模块111和电压检测模块112，所述信号处理模块12包括电流放大模块121和电压取样模块122 ;其中，所述电流检测模块111，对所述零线的电流信号进行感应检测；所述电压检测模块112，对所述三相电的相电压信号进行感应检测；所述电流放大模块121，对感应检测的零线电流信号进行放大整形；所述电压取样模块122，对感应检测的三相电的相电压信号进行取样。具体地，所述电流检测模块111用于对零线的电流信号进行感应检测；所述电压检测模块112设有三个，用于对三相电的A、B、C三相相电压信号分别进行感应检测；所述电流放大模块121与电流检测模块111连接，用于对感应检测的零线电流信号进行放大整形；所述电压取样模块122与电压检测模块112连接，用于对感应检测的A、B、C三相相电压信号进行取样。在本实施例中，在检测零线电流信号时，需要对所述电流检测模块111上的交流电流信号进行处理，即把交流小信号放大整形成直流有效值信号，以便后续的所述中央处理单元2能够精确检测，其具体可以采用本领域技术人员熟知的放大整流电路实现。
[0040]作为具体实施例，所述电流检测模块111为电流传感器，所述电压检测模块112为电压互感器，由此具有精度高，隔离性和安全性好的特点，且接入后不影响原电路的正常性倉泛。
[0041]作为具体实施例,请参考图4所示,所述中央处理单元2包括A/D转换模块21和计算处理模块22，所述A/D转换模块21对采集的零线电流和三相相电压进行模数转换，所述计算处理模块22将采集的所述零线电流换算成0-100安培的电流显示值，将采集的所述三相相电压换算成0-220伏的电压显示值，并根据换算后的电流值和电压值判断采集的所述零线电流和三相电压不平衡状态是否符合预设零线断线的电气特征，如果为是则所述计算处理模块22将输出一触发信号。具体地，所述A/D转换模块21与所述电流放大模块121和电压取样模块122连接，用于对放大整形后的零线电流和取样后的三相相电压进行模数转换；所述计算处理模块22将模数转换后的零线电流换算成0-100安培的电流显示值，并将模数转换后的三相相电压换算成0-220伏的电压显示值，并根据换算后的电流值和电压值来判断采集的所述零线电流和三相电压不平衡状态是否符合预设零线断线的电气特征，如果为是则所述计算处理模块22将输出一触发信号。作为一种实施方式，所述预设零线断线的电气特征为:零线电流为O (本设备把低于50毫安当做零线无电流)，三相电压不平衡状态(即三相相电压之间的电压偏差大小)超过12.5% ;如果采集的所述零线电流为0，且所述三相电压不平衡状态超过12.5%，则可以判断所述零线断线，此时需要对该种事件做出相应输出控制。当然，本领域的技术人员在前述预设零线断线电气特征的基础上应当明白，所述预设零线断线的电气特征并不局限于此，其还可以根据实际需要对零线电流和三相电压偏差的极限值进行设定，只要能够有效判断零线断线和做出相应输出控制即可。
[0042]作为具体实施例，所述中央处理单元2选用宏晶公司的STC系列单片机或微晶公司的PIC系列单片机，由此具有性能稳定，抗干扰性能极佳的特点。具体地，所述中央处理单元2是整个检测控制装置的控制和处理核心部分，主要用来对输入的零线电流信号和三相相电压信号进行处理。因此，在处理器芯片的选型上，基于本控制装置应用于工频场合，电磁干扰大，所以尽量选用抗干扰能力比较强的芯片；同时，所述中央处理单元2时刻检测三相电流的相电压、相位和零线电流，所述A/D转换模块21工作异常频繁，故要求中央处理单元2的A/D运算速度要快，精度要高，在此分析的基础上，建议选用国产宏晶公司的STC系列单片机或美国微晶公司的PIC系列单片机。
[0043]作为具体实施例，所述输出控制单元3为继电器，由此具有触点输出，简单可靠的特点。具体地，所述继电器上设有一组无源输出控制触点，正常情况下处于常开位置；当零线异常(如断线)后，将接收所述中央处理单元2输出的触发信号触点闭合导通，并产生一控制信号触发用户端负载连接的开关自动跳闸，以断开负载电源。
[0044]作为具体实施例，所述电源单元4提供的电源从三相线中的任一相线和零线引出，经线性变压器和稳压器后获得。具体地，所述电源单元4包括第一电源输入端和第二电源输入端，所述第一电源输入端从A、B、C三相线中的任一相线弓I出，所述第二电源输入端从零线引出，由此实现所述电源单元4的电源来源。本实用新型的发明人进一步研究发现，在三相电压处于不平衡状态下，相电压变化幅度往往比较大，为了获得恒定的电压源，需要将从三相线中的任一相线和零线引出的电压先经过线性变压器进行变压，然后再通过稳压器进行稳压获得。作为一种实施方式，所述稳压器采用美国国家半导体公司生产的LM2576系列稳压芯片，LM2576系列稳压器是美国国家半导体公司生产的3安培电流输出稳压开关型稳压电路，它内含固定频率振荡器(52千赫兹)和基准稳压器(1.23伏)，并具有完善的保护电路，包括电流限制及关断电路等，利用该芯片只需要极少的外围器件便可构成高效稳压电路。
[0045]作为具体实施例，请参考图4所示，所述零线断线检测控制装置还包括根据所述中央处理单元2的判断结果，给出当前供电正常或供电异常的信息提示单元5，由此可以对当前的供电状态进行实时显示提示。具体地，所述信息提示单元5与所述中央处理单元2的一 I/O接口连接，用于根据所述中央处理单元2的判断结果，给出当前供电正常或供电异常的信息提示；作为一种实施方式，所述信息提示单元5为一组LED (发光二极管)灯，当LED灯组中的绿灯闪烁时，表示当前供电一切正常；当LED灯组中的红灯闪烁时，表示当前供电出现了异常，此刻所述中央处理单元2控制所述输出控制单元3动作，输出控制信号触发用户端负载连接的开关自动跳闸。
[0046]作为具体实施例，请参考图4所示，所述零线断线检测控制装置还包括根据所述中央处理单元2的转换计算结果，轮流显示当前的各相相电压和零线电流值的信号显示单元6，由此可以方便工作人员及时对各相相电压和零线电流的大小进行观察和处理，既方便生产环节对设备性能进行检验，又方便维护人员对整个设备运行状态进行有效检测。具体地，所述信号显示单元6与所述中央处理单元2的一 I/O接口连接，用于根据所述中央处理单元2的转换计算结果，轮流显示当前的各相相电压和零线电流的值；作为一种实施方式，所述信号显示单元6为一 IXD (液晶显示器)面板，通过该IXD面板能够对所述中央处理单元2转换计算后的当前各相相电压和零线电流值进行显示，以便于工作人员观察和处理。
[0047]本实用新型还提供一种采用前述零线断线检测控制装置的控制方法，包括以下步骤:
[0048]S1、所述信号采集单元对零线电流和三相相电压进行采集；
[0049]S2、所述中央处理单元对采集的零线电流和三相相电压进行转换计算；
[0050]S3、所述中央处理单元判断零线电流是否为0，如果为是则再判断三相电压是否处于不平衡状态，如果为是则执行步骤S4 ；
[0051]S4、所述输出控制单元输出控制信号，触发用户端负载连接的开关自动跳闸。
[0052]具体地，在应用所述零线断线检测控制装置的控制方法之前，先要将所述零线断线检测控制装置上电，以便系统装置进行初始化操作；然后采用所述信号采集单元I对零线电流和三相相电压进行采集；其次所述中央处理单元2对采集的零线电流和三相相电压进行转换计算，将零线电流换算成0-100安培的电流显示值，并将三相相电压换算成0-220伏的电压显示值；接着所述中央处理单元2判断换算后的零线电流是否为0，如果为O则再判断三相电压之间的电压偏差大小是否超过12.5%，如果超过12.5%即认为所述三相电压是处于不平衡状态，反之则认为所述三相电压不是处于不平衡状；如果为是，则所述输出控制单元3将输出控制信号，触发用户端负载连接的开关自动跳闸，以断开负载电源。
[0053]进一步，如果所述中央处理单元2判断换算后的零线电流是不为0，则该控制方法将返回至步骤Si，继续通过信号采集单元I对零线电流和三相相电压进行采集。
[0054]进一步，如果所述中央处理单元2判断换算后的三相电压是处于平衡状态，即所述三相相电压之间不存在电压偏差，则该控制方法也将返回至步骤Si，继续通过信号采集单元I对零线电流和三相相电压进行采集。
[0055]采用本实用新型提供的零线断线检测控制装置及控制方法，具有如下有益效果:能够对三相不平衡情况下零线电流进行有效检测和准确判断，做出相应保护措施，即通过智能化的技术手段及设备对低压配电线路提供分布式监测与保护，提升了用电可靠性和用户满意度，减少经济纠纷和经济损失，同时减少了电力检修人员排查故障的难度，具有非常重要的意义。
[0056]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种零线断线检测控制器，其特征在于，包括信号采集单元、中央处理单元、输出控制单元和电源单元；其中， 所述信号采集单元，对零线电流和三相相电压进行采集； 所述中央处理单元，对采集的所述零线电流和三相相电压进行转换计算，以判断零线电流和三相电压不平衡状态是否符合预设零线断线的电气特征，如果为是则所述中央处理单兀将输出一触发信号； 所述输出控制单元，接收所述中央处理单元输出的触发信号并产生一控制信号，以触发用户端负载连接的开关自动跳闸； 所述电源单元，给所述信号采集单元、中央处理单元和输出控制单元提供恒定的工作电源。
2.如权利要求1所述的零线断线检测控制器，其特征在于，所述信号采集单元包括信号检测模块和信号处理模块，所述信号检测模块包括电流检测模块和电压检测模块，所述信号处理模块包括电流放大模块和电压取样模块；其中， 所述电流检测模块，对所述零线的电流信号进行感应检测； 所述电压检测模块，对所述三相电的相电压信号进行感应检测； 所述电流放大模块，对感应检测的零线电流信号进行放大整形； 所述电压取样模块，对感应检测的三相电的相电压信号进行取样。
3.如权利要求2所述的零线断线检测控制器，其特征在于，所述电流检测模块为电流传感器，所述电压检测模块为电压互感器。
4.如权利要求1所述的零线断线检测控制器，其特征在于，所述中央处理单元包括A/D转换模块和计算处理模块，所述A/D转换模块对采集的零线电流和三相相电压进行模数转换，所述计算处理模块将采集的所述零线电流换算成0-100安培的电流显示值，将采集的所述三相相电压换算成0-220伏的电压显示值，并根据换算后的电流值和电压值判断采集的所述零线电流和三相电压不平衡状态是否符合预设零线断线的电气特征，如果为是则所述计算处理模块将输出一触发信号。
5.如权利要求4所述的零线断线检测控制器，其特征在于，所述中央处理单元选用宏晶公司的STC系列单片机或微晶公司的PIC系列单片机。
6.如权利要求1所述的零线断线检测控制器，其特征在于，所述输出控制单元为继电器。
7.如权利要求1所述的零线断线检测控制器，其特征在于，所述电源单元提供的电源从三相线中的任一相线和零线引出，经线性变压器和稳压器后获得。
8.如权利要求1所述的零线断线检测控制器，其特征在于，所述零线断线检测控制器还包括根据所述中央处理单元的判断结果，给出当前供电正常或供电异常的信息提示单元。
9.如权利要求1-8中任一项所述的零线断线检测控制器，其特征在于，所述零线断线检测控制器还包括根据所述中央处理单元的转换计算结果，轮流显示当前的各相相电压和零线电流值的信号显示单元。
【文档编号】G01R19/25GK204214977SQ201420533748
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】王晓川, 冯德伦, 李博, 叶笛, 杨孟, 魏林, 王尉 申请人:国家电网公司, 国网重庆市电力公司南岸供电分公司