专利名称：全方位鉴相鉴幅漏电继电器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于三相供电线路中漏电自动断开紧急保护装置，具体地说是一种漏电保护装置。
背景技术：
在三相三线或三相四线配电线路中，为了确保人身和设备的用电安全，均采用漏电保护措施，漏电保护器必须做到当人身触电或线路漏电超过允许值时，迅速准确的动作，目前的漏电保护器通常具有触电漏电保护等功能，但存在的主要问题是仍然容易出现死区。如在A、B、C三相线的某相中存在一个50mA的漏电，那么在互感器线圈中就有一个相应的信号电压输出，若在另一相中突然有人触电，其电流也是50mA时在互感器中就合成了一个电压，其幅度并没有发生变化，因此漏电继电器就鉴别不出这个没有幅度变化的脉冲信号，这就产生了死区。这个死区的产生给人们的人身安全造成了极大威胁。经检索目前的同类产品均不能真正360°全方位鉴相，无死角区。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是设计一种360°全方位无死角区、360°全方位脉冲整定值、分断时间不改变，正确识别脉冲漏电的性质、正确无误的删除不该跳闸的正负脉冲信号，数字式分断、不出现越级跳闸现象，具有二次重合闸快速分断功能的全方位鉴相鉴幅漏电继电器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是该全方位鉴相鉴幅漏电继电器，包括零序互感器、信号放大器、合成漏电流指示、超标漏电值选出、正负脉冲识别器、跳闸执行机构、超限脉冲值选出，其特征在于增设鉴相器、数字式分断器，零序互感器与信号放大器相连，信号放大器输出一路与鉴相器、正负脉冲识别器、超限脉冲值选出、数字式分断器、跳闸执行机构相连，一路与合成漏电流指示相连，信号放大器与鉴相器之间输出一路通过超标漏电值选出接于数字式分断器与跳闸执行机构之间。
鉴相器包括存储器IC3、记数分频器IC4、锁相环IC5、运算放大器IC1B，三极管BG1-BG2、电阻R8-R22、电容C4-C9、电位器RK2-RK3。主要作用是1、能够对原始信号延时320mS；2、能够得到新变量UB；3、能够分别出当线路的漏电信号突然增加时能输出正相位信号，当线路的漏电信号突然下降时能输出反相位信号。
正负脉冲识别电路包括运算放大器IC2A、IC2D、IC2C、二极管D17-D19、电阻R24-R25、R54-R57、电容C19-C20、C28、电位器RK5。主要作用是输入一个150Hz的方波信号，将正负脉冲识别出来，并将负脉冲删除，防止供电线路出现频繁跳闸。
数字式分断器包括记数分频器IC6、二极管D6-D12、D33、三极管BG4、BG6、电阻R33-R39、电容C14-C15。主要作用是控制分断时间范围，避免分级管理中的越级跳闸现象。
跳闸执行机构包括三极管BG10-BG12、整流桥D24-D27、二极管D28-D32、发光二极管LED4、继电器J1、J2、电阻R65-R69、电容C27、开关K、保险管BX。
与现有技术相比，本实用新型的全方位鉴相鉴幅漏电继电器由于设计了独特的能够延时320mS的鉴相器，且采用数字式分断，与现有技术相比所具有的有益效果是1、360°全方位脉冲整定值，360°全方位无死角区当合成漏电流的相位不管处于何种相位时，事先设定好的脉冲整定值和分断时间决不发生变化；2、能够完全正确的识别正负脉冲信号在线路的诸多漏电信号中那些是该跳闸的正脉冲，那些是不该跳闸的正脉冲，那些是该跳闸的负脉冲，那些是不该跳闸的负脉冲，确保发出正确跳闸指令；3、分断时间准确无误，防止越级跳闸现象发生采用新颖的数字手段进行处理，再加上能够正确的识别脉冲信号的性质，这就保证了决不会发生越级跳闸现象的发生；4、具有二次重合闸快速跳闸功能当漏电继电器发生跳闸，经延时后二次重合闸时，若此时在线路中存在着超限漏电值时，漏电继电器将会出现以极快速度跳闸的功能，避免了事故的发生。
图1是本实用新型的全方位鉴相鉴幅漏电继电器的线路原理框图；图2是本实用新型的全方位鉴相鉴幅漏电继电器的线路原理图。其中IC1A-IC1D、IC2A-IC2D运算放大器 IC3存储器 IC4、IC6记数分频器 IC5锁相环 BG1-BG12三极管D1-D33二极管 LED1-LED4发光二极管 J1-J2继电器 C1-C28电容 RK1-RK5电位器K开关 BX保险管 TH零序互感器 AN1-AN2按扭开关 RY可变电阻 IC7、IC8稳压集成电路 T变压器 N、M端点具体实施方式
图1-2是本实用新型的最佳实施例，
以下结合附图1-2对本实用新型的全方位鉴相鉴幅漏电继电器做进一步说明如图2所示制作一台本实用新型的全方位鉴相鉴幅漏电继电器，主要由零序互感器、信号放大器、合成漏电流指示、超标漏电值选出、正负脉冲识别器、跳闸执行机构、超限脉冲值选出，鉴相器、数字式分断器组成，零序互感器与信号放大器相连，信号放大器输出一路与鉴相器、正负脉冲识别器、超限脉冲值选出、数字式分断器、跳闸执行机构相连，一路与合成漏电流指示相连，信号放大器与鉴相器之间输出一路通过超标漏电值选出接于数字式分断器与跳闸执行机构之间。电源由变压器T、整流桥D20-D23、电阻R63、电容C23-C26、稳压集成电路IC7-IC8、发光二极管LED3构成，给电路提供正、负9V电压。鉴相器由存储器IC3、记数分频器IC4、锁相环IC5、运算放大器IC1C，三极管BG1-BG2、电阻R8-R22、电容C4-C9、电位器RK2-RK3组成。电容C4接存储器IC3的3脚，记数分频器IC4的10脚、11脚分别连接于存储器IC3的2脚和6脚，记数分频器IC4的5脚连接于锁相环IC5的3脚上，存储器IC3的8脚通过电位器RK2，接入三极管BG1的基极，发射极接入由运算放大器IC1B、电阻22、电容C8、C9组成的平衡器的6脚，来自运算放大器IC1C的另一路信号通过电阻R21接入运算放大器IC1B的5脚，5脚和6脚之间接有电位器RK3。正负脉冲识别电路由起反向器作用的运算放大器IC2A、单稳态作用的运算放大器IC2B、起正负脉冲识别作用的运算放大IC2C、二极管D17-D19、电阻R24-R25、R54-R57、电容C19-C20、C28、电位器RK5组成。由鉴相器来的信号，经电阻R24、电容C28滤波后送由信号放大器IC2A、IC2D、IC2C所组成的正负脉冲识别器，运算放大器IC2A的3脚接有电阻R55、R56，2接入+150Hz信号，并且通过电阻R54接地，运算放大器IC2D、IC2C之间接有电容C19、C20，二极管D18、D19，以及电阻R57，运算放大器IC2C的8脚输出。数字式分断器由记数分频器IC6、二极管D6-D12、D33、三极管BG4、BG6、电阻R33-R39、电容C14-C15组成。脉冲信号一路经二极管D7送记数分频器IC6的10脚，另一路经二极管D6、电阻R33、R34送三极管BG4基极，使三极管BG4饱和，电容C14放电解除清零，记数分频器IC6的5、6、7、9脚分别通过二极管D9、D10、D11、D12接在三极管BG6的基极上。跳闸执行机构由三极管BG10-BG12、整流桥D24-D27、二极管D28-D32、发光二极管LED4、继电器J1、J2、电阻R65-R69、电容C27、开关K、保险管BX组成。两路跳闸信号分别通过二极管D29、D30和电阻R65接入三极管BG10的基极，三极管BG10的集电极通过电阻R67接于三极管BG11的基极，继电器J1、二极管D31、发光二极管LED4并联接在三极管BG11的集电极，三极管BG12、BG10通过电容C27耦合，继电器J2、二极管D32并联接在三极管BG12的集电极，火线上接有保险管BX、开关K、二极管D28，二极管D28和零线之间接整流桥D24-D27。将零序互感器TH套装在供电线路外，继电器J1、J2的常开触点串接在供电线路的引出端。
工作原理与工作过程如下供电线路中的漏电信号由零序互感器TH拾取并送运算放大器IC1D进行放大，经运算放大器IC1D放大的信号一路经二极管D1检波，电阻R26、电容C11滤波，再经电阻R27、电容C12积分，送运算放大器IC1A“超标漏电值选出”第3脚，由第2脚上的电压大小通过电阻RK4的整定来确定启控值，当漏电值达到启控值时，运算放大器IC1A第1脚输出高电位一路经二极管D3反馈至第3脚形成自锁，另一路经电阻R30点亮发光二极管LED1表示漏电值超标，还有一路经二极管D29、电阻R65进入三极管BG10的基极，于是三极管BG10饱和，集电极电压为零三极管BG11截止，继电器J1释放停止工作，供电线路跳闸。
经运算放大器IC1D放大的信号还有一路经电阻R6、R7分压衰减送入运算放大器IC1C，由第8脚输出信号分成两路，一路经电容C4送由存储器IC3，记数分频器IC4，锁相环IC5及运算放大器IC1B所组成的鉴相器，存储器IC3是用来存储和延时由运算放大器IC1C第8脚输出信号的原始量的。由记数分频器IC4和锁相环IC5所构成的倍频器产生了1600HZ的时钟信号加在了存储器IC3第2脚和第6脚上，所以存储器IC3能存储并延时信号的16个周期即320mS。经延时320mS后的信号经可调电阻RK2可调点，送射随三极管BG1的基极，由发射极输出送运算放大器IC1B第6脚，运算放大器IC1C第8脚的输出信号有一路没有经过存储器IC3的延时而直接送到了运算放大器IC1B第5脚，调电位器RK3，在静态时使运算放大器IC1B第7脚输出为零，当线路中出现突变信号时，第7脚将有320mS的信号输出，第7脚输出的信号的特点是当线路的漏电是突然上升时，320mS的信号是正相位，当线路的漏电是突然下降时，320mS的信号是反相位，该信号经电阻R24、电容C28滤波后送由运算放大器IC2A、IC2D、IC2C所组成的正负脉冲识别器。并由运算放大器IC2D第13脚上的可调电位器RK5来整定超限脉冲值。
正负150Hz信号的产生源自于一个三相座标的发生器来配合完成，它由电阻R40、R41，电容C16、C17，三极管BG7-BG9，二极管D14-D16等元件所组成。设M点为零相位，此时在电容C17和电阻R41上的两电压相位与M点的相位前后就差出了120，于是就形成了与供电线路中相位相同的三相电压，这三个电压分别经电阻R42、R52、R53送入三个三极管BG7-BG9的基极，并将三个三极管BG7-BG9的集电极电压合成经三个二极管D15、D16、D14隔离后在电阻R54上合成一点。这个信号就是一个150Hz的方波信号，我们称它是正150Hz信号。该信号送反相运算放大器IC2A第2脚，在反相运算放大器IC2A第1脚上就得到了一个反相的150Hz信号，称它为负150Hz信号。
在负150Hz信号中，它的负半周信号正好对准由运算放大器IC1B平衡后第7脚输出的正相位信号中的正半周，使正半周信号打上了一个60°的凹口，而正半周信号正好对准由运算放大器IC1B平衡后第7脚输出的反相位信号中的正半周，使正半周的信号上打上了一个60°的凸头；即线路中的漏电是突增时，它的波形带有凹口；线路中的漏电是突减时，它的波形带有凸口。波形的幅度大小是与线路中漏电流的大小成正比，所以通过运算放大器IC2D第13脚上的电压由电阻RK5实现，即可整定超限脉冲值，由运算放大器IC2D比较后第14脚上输出的电压波形就变成了方波，它们分别为双峰波和单峰波。双峰波双峰之间是3.3mS，单峰波单峰之间是20mS，双峰脉冲是要控制跳闸的脉冲，单峰脉冲是我们不需要的脉冲。
脉冲信号识别器主要是由电容C19、C20、二极管D18、D19、电阻R57、运算放大器IC2C组成。当运算放大器IC2D的14脚输出双峰脉冲信号时，即当双峰脉冲的第一个脉冲出现时，在电容C19、C20上分别充上了1/2幅度的运算放大器IC2D的14脚输出的信号电压，电容C20上的电压小于零伏，所以运算放大器IC2B没有反应。当第一个峰结束，第二个峰还未到来时电容C19放电并被反充到-9伏，电容C20上的电压通过电阻R57缓慢放电经3.3mS后第二个峰到来，电容C19-C20又被充电，由于电容C20上的电压没有放完，又加上第二次充电的电压，于是运算放大器IC2C第10脚上的电压超过零伏(高于第9脚电压)，第8脚便输出了一个正脉冲。而对于单峰脉冲，由于峰与峰之间相差了20mS，所以电容C20上的电压在第二个峰还未到来时就基本放完，所以运算放大器IC2C永远不会被单峰信号所触发，于是单峰信号就被删除了。
被识别出来的信号就送往数字式分断器电路。数字式分断器主要由三极管BG4、记数分频器IC6和三极管BG6组成。在静态时三极管BG4截止，集电极电压为高电位，电容C14被充电，该高电位经电阻R37送记数分频器IC6第11脚，记数分频器IC6被清零。当运算放大器IC2C第8脚有脉冲信号输出时，该脉冲信号一路经二极管D7送记数分频器IC6第10脚进行记数，同时另一路经二极管D6、电阻R33-R34送三极管BG4基极，使三极管BG4饱和，电容C14快速放电解除清零，此时计数器便不断的进行记录脉冲数，一个脉冲相当于20mS，如果事先所选定的分断时间是200mS，只要记录10个脉冲就够了，即只要在记数分频器IC6的第5脚和第7脚加入二极管D9、D11就可以了。当记录到第10个脉冲时，记数分频器IC6的第5脚和第7脚同为高电位，三极管BG6的基极也变为高电位，于是发射极就输出了一个高电压经二极管D33给电容C21充电，并超过第6脚的电压，这样由运算放大器IC2B所构成的脉冲延时单稳态被触发，第7脚输出高电位，一路经电阻R62点亮发光二极管LED2说明有脉冲跳闸信号。另一路经二极管D30、电阻R65送三极管BG10基极使其饱和，三极管BG11截止，继电器J1停止工作，供电线路跳闸，供电暂时停止。当电容C21上的电压经电阻R58逐步放电，当该电压下降到低于第6脚电压时，单稳态运算放大器IC2B翻转，发光二极管LED2灭，继电器J1又开始吸合，线路又恢复供电。在运算放大器IC2B单稳态触发的同时记数电路就停止记数，电容C14又被充电形成高电位，记数分频器IC6又进入了清零状态。
当线路出现脉冲跳闸并经延时二次重合闸时，若此时在供电线路中存有超限漏电时，该漏电继电器将会以极快的速度分断供电电源。其工作原理是在正常运行中，三极管BG3因基极上接有正偏压使三极管BG3处于饱和状态，积分电容C12可以通过三极管BG3充电，也可以通过二极管D2放电，相当于电容C12负端接地。当二次重合闸时运算放大器IC2B第7脚由正电位突变为负电位，该突变的电压经电容C18加在了三极管BG3的基极上，使三极管BG3瞬间截止一下，使超限漏电流所形成的检波电压直接经电阻R27、R29直通运算放大器IC1A第3脚，这是因为由于三极管BG3的截止，电容C12积分通路被阻断所致，于是出现了快速分断跳闸。
权利要求1.全方位鉴相鉴幅漏电继电器，包括零序互感器、信号放大器、合成漏电流指示、超标漏电值选出，正负脉冲识别器、跳闸执行机构、超限脉冲值选出，其特征在于增设鉴相器、数字式分断器，零序互感器与信号放大器相连，信号放大器输出一路与鉴相器、正负脉冲识别器、超限脉冲值选出、数字式分断器、跳闸执行机构相连，一路与合成漏电流指示相连，信号放大器与鉴相器之间输出一路通过超标漏电值选出接于数字式分断器与跳闸执行机构之间。
2.根据权利要求1所述的全方位鉴相鉴幅漏电继电器，其特征在于鉴相器包括存储器IC3、记数分频器IC4、锁相环IC5、运算放大器IC1B，三极管BG1-BG2、电阻R8-R22、电容C4-C9、电位器RK2-RK3，电容C4接存储器IC3的3脚，记数分频器IC4的10脚、11脚分别连接于存储器IC3的2脚和6脚，记数分频器IC4的5脚连接于锁相环IC5的3脚上，存储器IC3的8脚通过电位器RK2，接入三极管BG1的基极，发射极接入由运算放大器IC1B、电阻22、电容C8、C9组成的平衡器的6脚，来自运算放大器IC1C的另一路信号通过电阻R21接入运算放大器IC1B的5脚，5脚和6脚之间接有电位器RK3。
3.根据权利要求1所述的全方位鉴相鉴幅漏电继电器，其特征在于正负脉冲识别电路包括运算放大器IC2A、IC2D、IC2C、二极管D17-D19、电阻R24-R25、R54-R57、电容C19-C20、C28、电位器RK5，由鉴相器来的信号，经电阻R24、电容C28滤波后送由信号放大器IC2A、IC2D、IC2C所组成的正负脉冲识别器，运算放大器IC2A的3脚接有电阻R55、R56，2接入+150HZ信号，并且通过电阻R54接地，运算放大器IC2D、IC2C之间接有电容C19、C20，二极管D18、D19，以及电阻R57，运算放大器IC2C的8脚输出。
4.根据权利要求1所述的全方位鉴相鉴幅漏电继电器，其特征在于数字式分断器包括记数分频器IC6、二极管D6-D12、D33、三极管BG4、BG6、电阻R33-R39、电容C14-C15，脉冲信号一路经二极管D7送记数分频器IC6的10脚，另一路经二极管D6、电阻R33、R34送三极管BG4基极，使三极管BG4饱和，电容C14放电解除清零，记数分频器IC6的5、6、7、9脚分别通过二极管D9、D10、D11、D12接在三极管BG6的基极上。
5.根据权利要求1所述的全方位鉴相鉴幅漏电继电器，其特征在于跳闸执行机构包括三极管BG10-BG12、整流桥D24-D27、二极管D28-D32、发光二极管LED4、继电器J1、J2、电阻R65-R69、电容C27、开关K、保险管BX，两路跳闸信号分别通过二极管D29、D30和电阻R65接入三极管BG10的基极，三极管BG10的集电极通过电阻R67接于三极管BG11的基极，继电器J1、二极管D31、发光二极管LED4并联接在三极管BG11的集电极，三极管BG12、BG10通过电容C27耦合，继电器J2、二极管D32并联接在三极管BG12的集电极，火线上接有保险管BX、开关K、二极管D28，二极管D28和零线之间接整流桥D24-D27。
专利摘要全方位鉴相鉴幅漏电继电器，于三相供电线路中漏电自动断开紧急保护装置，包括零序互感器、信号放大器、合成漏电流指示、超标漏电值选出，鉴相器、正负脉冲识别器、跳闸执行机构、超限脉冲值选出，其特征在于增设、鉴相器、数字式分断器，零序互感器与信号放大器相连，信号放大器输出一路与鉴相器、正负脉冲识别器、超限脉冲值选出、数字式分断器、跳闸执行机构相连，一路与合成漏电流指示相连，信号放大器与鉴相器之间输出一路通过超标漏电值选出接于数字式分断器与跳闸执行机构之间。具有数字式分断，360°全方位无死角区、正确识别脉冲漏电的性质、正确无误的删除不该跳闸的正负脉冲信号等优点。
文档编号H02H3/34GK2829175SQ20042015057
公开日2006年10月18日 申请日期2004年10月15日 优先权日2004年10月15日
发明者王玉, 石爱翠 申请人:王玉