一种三相电表断零线检测电路及其检测方法与流程

本发明涉及一种三相电表断零线检测电路及其检测方法。

背景技术：

在三相四线电能表的供电系统中，如果零线接地不好或断开，其后果是在三相负载不平衡时，零线电位不等于0，此时零线的中性点发生偏移。零线的具体电位与三相负载不平衡度有关，三相负载越不平衡，中性点偏移就越大，零线电位就越高，此时三相的相电压就不是220v，有的相电压可能超过220v，有的相电压低于220v。当中性点偏移量太大时，三相的相电压增加，就有可能使用户用电器烧毁；零线的电位升高后，达到一定的值时，零线将会造成触电事故危险，危害巨大，比如电器烧毁可能会造成的火灾，造成财产损失，严重时有可能造成触电伤亡等重大人身安全事故。

有申请号为cn200610075054.x(授权公告号为cn100588977c)的中国发明专利公开了一种三相电路的缺零检测方法及装置，其装置包括一电流互感器，三相设备的零线从该电流互感器中穿过，该电流互感器的输出端接到一光耦输入端口，该光耦的输出经过一信号处理电路的处理送出缺零保护信号，该方法及装置由于仅判断零线电流的有无即可实现缺零检测，而无需知道零线电流的大小，克服了原有检测方法精度和分辨率不高的问题；但是该方法中是直接通过判断零线电流有无而判断零线是否断线，在三相负载平衡时零线的电压为零，且零线电流也为零，因此在三相负载平衡时不容易根据判断零线电流有无而判断零线是否断线，且在三相负载不平衡时，零线电流有电流，通过判断零线电流有无而判断零线是否断线的方法不合理，需要进一步改进。

技术实现要素：

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能保护电路防止电路损坏的三相电表断零线检测电路。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种结合电流值和电压值双重检测且检测准确率高的三相电表断零线检测方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种三相电表断零线检测电路，其特征在于：包括a相控制器，b相控制器和c相控制器，所述a相控制器、b相控制器和c相控制器的输入端均连接电表的微控制器，所述a相控制器的输出端分别连接外部三相电源的a相和零线，所述b相控制器的输出端分别连接外部三相电源的b相和零线，所述c相控制器的输出端分别连接外部三相电源的c相和零线。

具体的，所述a相控制器包括可控硅n1、第一电阻r1和第二电阻r2，所述可控硅n1的第1引脚连接电压vcc，所述可控硅n1的第2引脚连接第二电阻r2一端，所述第二电阻r2另一端连接微控制器的check_ua，所述可控硅n1的第6引脚连接第一电阻r1的一端，所述第一电阻r1的另一端连接外部三相电源的a相，所述可控硅n1的第4引脚连接零线。

进一步的，所述b相控制器包括可控硅n2、第三电阻r3和第四电阻r4，所述可控硅n2的第1引脚连接电压vcc，所述可控硅n2的第2引脚连接第四电阻r4一端，所述第四电阻r4另一端连接微控制器的check_ub，所述可控硅n2的第6引脚连接第三电阻r3的一端，所述第三电阻r3的另一端连接外部三相电源的b相，所述可控硅n2的第4引脚连接零线。

进一步的，所述c相控制器包括可控硅n3、第五电阻r5和第六电阻r6，所述可控硅n3的第1引脚连接电压vcc，所述可控硅n3的第2引脚连接第六电阻r6一端，所述第六电阻r6另一端连接微控制器的check_uc，所述可控硅n3的第6引脚连接第五电阻r5的一端，所述第五电阻r5的另一端连接外部三相电源的c相，所述可控硅n3的第4引脚连接零线。

一种应用三相电表断零线检测电路的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤(1)、关闭a相控制器，b相控制器和c相控制器；

步骤(2)、判断三相电流的矢量和是否与零线电流相等，如是，则结束；如否，则转入步骤(3)；

步骤(3)、通过微控制器开启三相控制器中的任一相控制器；

步骤(4)、时间t/s后分别读取a相、b相和c相的相电压ua、ub和uc，并判断ua、ub和uc之间差的绝对值|ua-ub|、|ub-uc|和|uc–ua|是否达到设定值，当|ua-ub|、|ub-uc|和|uc–ua|均达到设定值时，则转入步骤(7)；反之，则转入步骤(5)；

步骤(5)、通过微控制器关闭步骤(3)中开启的某相控制器，并通过微控制器控制另一相控制器开启；

步骤(6)、时间t/s后分别读取a相、b相和c相的电压ua、ub和uc，并判断ua、ub和uc之间差的绝对值|ua-ub|、|ub-uc|和|uc–ua|是否达到设定值，当|ua-ub|、|ub-uc|和|uc–ua|均达到设定值时，则转入步骤(7)；反之，结束；

步骤(7)、微控制器记录断零线事件；

步骤(8)、微控制器关闭步骤(5)中开启的相控制器，结束。

具体的，所述步骤(2)中的检测零线电流是通过将零线连接在零线电流采样单元的一端，所述零线电流采样单元的另一端连接零线计量单元，通过零线电流采样单元读取零线电流。

作为改进，所述步骤(4)和步骤(6)中|ua-ub|、|ub-uc|和|uc–ua|的设定值取值范围为50～150v。

作为优选，所述步骤(4)和步骤(6)中|ua-ub|、|ub-uc|和|uc–ua|的设定值为100v。

作为改进，所述步骤(4)和步骤(6)中时间t的取值范围为2～5s。

作为优选，所述步骤(4)和步骤(6)中时间t为3s。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过检测电路中的可控硅，能有效防止三相电表断零线时造成的三相电压过高对三相电表的损伤，并且结合硬件和软件的方式，在检测时首先判断三相电流是否与零线电流相等，然后再通过电表的微控制器控制某相控制器工作，并通过计算三相的相电压之间的差值，因此通过电流值和电压值双重判断，能有效实现断零线检测，无论何种状况都能够准确的判断出断零线情况，并且检测电路中能有效减小对负载的冲击，保护效果好。

附图说明

图1为本发明实施例中三相电表断零线检测电路的电路图；

图2为本发明实施例中三相电表断零线检测方法的流程图；

图3为本发明实施例中的零线电流采集电路图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种三相电表的断零线检测方法，包括以下步骤：

步骤(1)、关闭a相控制器，b相控制器和c相控制器；

步骤(2)、判断三相电流的矢量和是否与零线电流相等，如是，则结束；如否，则转入步骤(3)；检测零线电流是通过将零线连接在零线电流采样单元的一端，零线电流采样单元的另一端连接零线计量单元，通过零线电流采样单元读取零线电流；

步骤(3)、通过电表的微控制器开启三相控制器中的任一相控制器；例如：开启b相控制器；

步骤(4)、时间t/s后分别读取a相、b相和c相的电压ua、ub和uc，并判断ua、ub和uc之间差的绝对值|ua-ub|、|ub-uc|和|uc–ua|是否达到设定值，当|ua-ub|、|ub-uc|和|uc–ua|均达到设定值时，则转入步骤(7)；反之，则转入步骤(5)；设定值的取值范围为50～150v，时间t的取值范围为2～5s，本实施例中，设定值为100v，t＝3s；

步骤(5)、通过微控制器关闭步骤(3)中开启的某相控制器，并通过微控制器控制另一相控制器开启；例如：关闭b相控制器，开启c相控制器；

步骤(6)、时间t/s后分别读取a相、b相和c相的电压ua、ub和uc，并判断ua、ub和uc之间差的绝对值|ua-ub|、|ub-uc|和|uc–ua|是否达到设定值，当|ua-ub|、|ub-uc|和|uc–ua|均达到设定值时，则转入步骤(7)；反之，结束；本实施例中，设定值为100v，t＝3s；

步骤(7)、微控制器记录断零线事件；

步骤(8)、微控制器关闭步骤(5)中开启的相控制器，结束。例如：关闭c相控制器。

其中，如图2所示，三相电源断零线检测电路包括a相控制器1，b相控制器2和c相控制器3，a相控制器1、b相控制器2和c相控制器3的输入端均连接电表的微控制器，a相控制器1的输出端分别连接外部三相电源的a相和零线，b相控制器2的输出端分别连接外部三相电源的b相和零线，c相控制器3的输出端分别连接外部三相电源的c相和零线。

a相控制器1包括可控硅n1、第一电阻r1和第二电阻r2，可控硅n1的第1引脚连接电压vcc，可控硅n1的第2引脚连接第二电阻r2一端，第二电阻r2另一端连接微控制器的check_ua，可控硅n1的第6引脚连接第一电阻r1的一端，第一电阻r1的另一端连接外部三相电源的a相，可控硅n1的第4引脚连接零线。

b相控制器2包括可控硅n2、第三电阻r3和第四电阻r4，可控硅n2的第1引脚连接电压vcc，可控硅n2的第2引脚连接第四电阻r4一端，第四电阻r4另一端连接微控制器的check_ub，可控硅n2的第6引脚连接第三电阻r3的一端，第三电阻r3的另一端连接外部三相电源的b相，可控硅n2的第4引脚连接零线。

c相控制器3包括可控硅n3、第五电阻r5和第六电阻r6，可控硅n3的第1引脚连接电压vcc，可控硅n3的第2引脚连接第六电阻r6一端，第六电阻r6另一端连接微控制器的check_uc，可控硅n3的第6引脚连接第五电阻r5的一端，第五电阻r5的另一端连接外部三相电源的c相，可控硅n3的第4引脚连接零线。

本实施例中，以微控制器分别控制b相控制器和c相控制器为例，当三相电流平衡的时候，零线的电压un理想状态为0v，零线的电流为0；当b相与c相负载不平衡时，此时零线的电压un就不等于0v。

因此，首先通过判断三相电流的矢量和是否与零线电流相等，其中，三相平衡时电流的矢量和等于零，当三相电流的矢量和与零线电流不相等时，即三相负载不平衡，则通过微控制器输出check_ub信号，控制b相控制器开启，然后再分别读取a相、b相和c相的相电压ua、ub和uc，本实施例中，通过读取a相控制器、b相控制器和c相控制器的第6引脚与外部三相电源处的电压ua、ub和uc，当|ua-ub|、|ub-uc|和|uc–ua|的值达到设定值时，便认为是断零线状态，当|ua-ub|、|ub-uc|和|uc–ua|的值未达到设定值时，则通过微控制器关闭b相控制器，并微控制器定时打开c相控制器，并在c相控制器打开时，再分别读取a相、b相和c相的相电压ua、ub和uc，同样判断|ua-ub|、|ub-uc|和|uc–ua|的值是否达到设定值，判断是否断相的情况，比如以b相为例，正常情况下时b相的相电压ub＝220v，如果b相负载不平衡，可能会把b相的相电压拉低，此时通过微控制器定时打开b相控制器，采集b相的相电压ub，如果此时只有ub＝120v，然后计算出|ua-ub|、|ub-uc|和|uc–ua|的值，进行电压判断。

在本实施例中，相控制器中可控硅的门限由零交叉电路控制，收到led发出的光以后并不直接输出一个信号去开启双向可控硅，零交叉电路的输出受led与电源电压的控制，只有在受到led的信号后，等待至电源电压过零点时才发出触发信号，双向可控硅收到触发信号，在过零后进行开启。因此可以通过控制输入信号来调整输出电压的波形个数，并且是在零点附近进行启动，能有效地防止对负载和电网的冲击，减少电磁干扰，并且能有效防止断零线时三相电压过高时，对电表或外接仪器的损伤。

在本实施例中，使用2个相控制器接入a、b、c三相电中的某两相电中，是考虑到三相电表在实际使用中存在某相电压断相或掉线情况，如果只将1个相控制器接入某相电中(如a相)，刚好此相电(如a相)断相或断零线，则此时无法判断零线情况。因此，采用2个相控制器检测的方法，无论何种状况都能够准确的判断出断零线情况，同样的，也可采用3个相控制器检测的方法，实现断零线检测，但是，采用2个相控制器检测的方法的成本更低，因此优选的选择2个相控制器检测的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。