专利名称：中性线断线保护控制装置及方法
技术领域：
本发明涉及三相四线制供电系统的中性线保护领域，特别是涉及一种中性线断线保护控制装置及方法。
背景技术：
三相四线制供电系统中，中性线是三相电路的公共回线。中性线能保证三相负载成为三个互不影响的独立回路；不论各相负载是否平衡，各相负载均可承受对称的相电压，即不论哪一相发生故障，其它两相都能够正常工作。但是，由于某种原因使三相负载处于不对称情况下运行时，一旦中性线发生断线故障，则会引起断线点之后的中性线电位偏移UNN，严重时Uffl甚至大于50V，使各相负载电压不平衡，与之相对应的三相负载相电压过、欠电压值将达额定值的20%以上，导致用电设备烧毁或不能正常工作。同时，对接地方式为TN-C 或TN-C-S的电气系统而言，由于中性点的电位提高，使通过PEN线或PE线与电气设备相联接的外壳带上危险的电压，直接危及人身安全。根据我国《民用建筑电气设计规范》中规定当三相四线制配电线路中的中性线发生断线故障时，需自动切断负荷侧全部电源线路。国家标准《低压配电设计规范》中规定在接线方式为TN-C或TN-C-S的电气系统中，严禁断开中性线(PEN线)，一旦中性线发生断线故障，及时断开配电线路。综上所述，为了保障三相四线制供电系统中用电设备的安全和人身安全，对三相四线制供电系统中性线的保护极其重要。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种中性线断线保护控制装置及方法，能够在中性线断线后控制断路器跳闸，切断电源侧线路，保护三相四线制供电系统中用电设备的安全和人身安全。本发明提供的中性线断线保护控制装置，包括主控制器和与所述主控制器相连的电源供电电路，还包括分别与所述主控制器相连的采样滤波电路、故障指示电路和驱动执行电路，所述电源供电电路包括依次相连的阻容降压电源、电源管理单元和稳压单元；所述采样滤波电路包括三条第一支路，所述第一支路包括依次相连的采样单元、整流单元和滤波单元；所述故障指示电路包括两条并联的第二支路，所述第二支路由电阻和发光二极管串联组成；所述驱动执行电路包括相互配合用于导通电气回路的三极管和继电器。在上述技术方案中，还包括与所述主控制器的电源端相连、用于监测电源状态波动的电源复位电路，所述电源复位电路包括电源复位芯片。在上述技术方案中，所述电源供电电路与主控制器的电源端相连，采样滤波电路与主控制器的模拟信号输入通道相连，故障指示电路与主控制器的I/o 口相连，驱动执行电路与主控制器的继电器控制端相连。在上述技术方案中，所述主控制器包括三个模拟信号输入通道，所述三个模拟信号输入通道分别对应连接所述采样滤波电路的三条第一支路。在上述技术方案中，所述电源供电电路中的阻容降压电源包括降压单元，所述降压单元包括并联的泄放电阻和限流分压电容。 在上述技术方案中，所述故障指示电路每条第二支路中的电阻一端与主控制器的I/o 口相连，另一端与该支路中的发光二极管正极相连，所述发光二极管的负极接地。在上述技术方案中，所述驱动执行电路中三极管的基极通过一电阻接入主控制器的继电器控制端，三极管的集电极连接所述继电器的线圈一端，三极管的发射极接地，三极管的基极和发射极之间还连接有电容，所述继电器的线圈另一端接电源，所述继电器两端并联有二极管。在应用上述中性线断线保护控制装置的硬件基础上，本发明还提供一种中性线断线保护控制方法，包括以下步骤
A、系统初始化后，给看门狗输入信号；
B、判定已到电网周期时，给看门狗输入信号，并计算电压有效值；否则转到步骤A;
C、判定满足零点漂移故障时，转到步骤D;否则解除断路器跳闸信号，控制故障指示灯熄灭、正常状态指示灯常亮，再转到步骤A ;
D、判定已延时三秒时，控制断路器跳闸、正常状态指示灯熄灭；否则转到步骤A;
E、判定已延时一秒时，控制故障指示灯闪烁；否则转到步骤A。在上述技术方案中，步骤A中所述系统初始化依次包括以下步骤关闭看门狗，禁止定时中断，外部时钟初始化，外部端口初始化，模数转换初始化，定时器初始化，允许定时中断，开启看门狗。在上述技术方案中，所述定时中断依次包括以下步骤进入定时中断；读取电压模数转换值；采样值中位值滤波；计算第二条模拟信号输入通道的信号累加和；处理电压
周期信号量。本发明的优点在于能够在中性线断线后控制断路器跳闸，切断电源侧线路，保护三相四线制供电系统中用电设备的安全和人身安全。
图I为本发明实施例中性线断线保护控制装置的结构框 图2为本发明实施例中性线断线保护控制装置的电路 图3为本发明实施例电源供电电路的电路 图4为本发明实施例采样滤波电路的电路 图5为本发明实施例电源复位电路的电路 图6为本发明实施例故障指示电路的电路 图7为本发明实施例驱动执行电路的电路 图8为本发明实施例中性线断线保护控制方法的流程 图9为本发明实施例定时中断的流程图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述参见图I所示，本发明实施例提供的中性线断线保护控制装置，包括主控制器和分别与主控制器相连的电源供电电路、采样滤波电路、电源复位电路、故障指示电路和驱动执行电路，其中，电源供电电路与主控制器的电源端相连，采样滤波电路与主控制器的模拟信号输入通道相连，电源复位电路与主控制器的电源端相连，用于监测电源状态的波动，故障指示电路与主控制器的I/o 口相连，驱动执行电路与主控制器的继电器控制端相连。参见图2所示，电源供电电路包括依次相连的阻容降压电源、电源管理单元和稳压单元，阻容降压电源包括降压单元，降压单元包括并联的泄放电阻和限流分压电容。采样滤波电路包括三条第一支路，所述第一支路包括依次相连的采样单元、整流单元和滤波单元，三条第一支路分别对应连接主控制器的三个模拟信号输入通道ADl、AD2和AD3。电源复位电路包括电源复位芯片，，它是一个定时器，专门用于监测程序的运行状态，能够防止程序发生死循环或者说防止程序跑飞。故障指示电路包括两条并联的第二支路，所述第二支路由电阻和发光二极管串联组成，每条第二支路中的电阻一端与主控制器的I/O 口相连，另一端与该支路中的发光二极管正极相连，发光二极管的负极接地。驱动执行电路包括相互配合用于导通电气回路的三极管Q2和继电器，其中，三极管Q2的基极通过一电阻接入主控制器的继电器控制端，三极管Q2的集电极连接所述继电器的线圈一端，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极和发射极之间还连接有电容C11，继电器的线圈另一端接电源，继电器两端并联有二极管D7。参见图3所示，电源供电电路给整个系统供电，采用阻容降压电源设计，降压单元采用电阻R18和电容C9并联进行降压。电阻R18为泄放电阻，其阻值为510k，用于泄放电容上残存的电荷。电容C9利用容抗限流进行降压，其具体参数为2.2UF/630V，实际上起到限制电流和动态分配电容及负载两端电压的作用。电源管理单元通过电源管理芯片AMSl 117-5和AMSl 117-3. 3把电压稳定在5V和3. 3V，给整个系统提供电源。稳压单元通过稳压二级管D9将其两端电压稳定在6. 2伏。参见图4所示，采样滤波电路，先通过电阻R1、R2分压进行采样，再通过二极管Dl进行半波整流，此时电网电压U。与采样电压Ui满足如下关系
权利要求
1.一种中性线断线保护控制装置，包括主控制器和与所述主控制器相连的外围电路，其特征在于还包括分别与所述主控制器相连的采样滤波电路、故障指示电路和驱动执行电路，所述电源供电电路包括依次相连的阻容降压单元、电源管理单元和稳压单元；所述采样滤波电路包括三条第一支路，所述第一支路包括依次相连的采样单元、整流单元和滤波单元；所述故障指示电路包括两条并联的第二支路，所述第二支路由电阻和发光二极管串联组成；所述驱动执行电路包括相互配合用于导通电气回路的三极管和继电器。
2.如权利要求I所述的中性线断线保护控制装置，其特征在于还包括与所述主控制器的电源端相连、用于监测电源的波动状态。
3.如权利要求I所述的中性线断线保护控制装置，其特征在于所述电源供电电路与主控制器的电源端相连，采样滤波电路与主控制器的模拟信号输入通道相连，故障指示电路与主控制器的I/O 口相连，驱动执行电路与主控制器的继电器控制端相连。
4.如权利要求3所述的中性线断线保护控制装置，其特征在于所述主控制器包括三个模拟信号输入通道，所述三个模拟信号输入通道分别对应连接所述采样滤波电路的三条第一支路。
5.如权利要求I所述的中性线断线保护控制装置，其特征在于所述电源供电电路中的阻容降压电源包括降压单元，所述降压单元包括并联的泄放电阻和限流分压电容。
6.如权利要求I所述的中性线断线保护控制装置，其特征在于所述故障指示电路每条第二支路中的电阻一端与主控制器的I/O 口相连，另一端与该支路中的发光二极管正极相连，所述发光二极管的负极接地。
7.如权利要求I至6任一项权利要求所述的中性线断线保护控制装置，其特征在于所述驱动执行电路中三极管的基极通过一电阻接入主控制器的继电器控制端，三极管的集电极连接所述继电器的线圈一端，三极管的发射极接地，三极管的基极和发射极之间还连接有电容，所述继电器的线圈另一端接电源，所述继电器两端并联有二极管。
8.应用如权利要求I所述的中性线断线保护控制装置的中性线断线保护控制方法，其特征在于包括以下步骤 A、系统初始化后，给看门狗输入信号； B、判定已到电网周期时，给看门狗输入信号，并计算电压有效值；否则转到步骤A; C、判定满足零点漂移故障时，转到步骤D;否则解除断路器跳闸信号，控制故障指示灯熄灭、正常状态指示灯常亮，再转到步骤A ; D、判定已延时三秒时，控制断路器跳闸、正常状态指示灯熄灭；否则转到步骤A; E、判定已延时一秒时，控制故障指示灯闪烁；否则转到步骤A。
9.如权利要求8所述的中性线断线保护控制方法，其特征在于步骤A中所述系统初始化依次包括以下步骤关闭看门狗，禁止定时中断，外部时钟初始化，外部端口初始化，模数转换初始化，定时器初始化，允许定时中断，开启看门狗。
10.如权利要求9所述的中性线断线保护控制方法，其特征在于所述定时中断依次包括以下步骤进入定时中断；读取电压模数转换值；采样值中位值滤波；计算第二条模拟信号输入通道的信号累加和；处理电压周期信号量。
全文摘要
本发明公开了一种中性线断线保护控制装置及方法，装置包括主控制器和与主控制器相连的电源供电电路，采样滤波电路、故障指示电路和驱动执行电路，电源供电电路包括依次相连的阻容降压单元、电源管理单元和稳压单元；采样滤波电路包括三条第一支路，第一支路包括依次相连的采样单元、整流单元和滤波单元；故障指示电路包括两条并联的第二支路，第二支路由电阻和发光二极管串联组成；驱动执行电路包括相互配合用于导通电气回路的三极管和继电器。基于上述硬件装置，本发明还公开一种中性线断线保护控制方法。本发明能在中性线断线后控制断路器跳闸，切断电源侧线路，保护三相四线制供电系统中用电设备和人身的安全。
文档编号H02H3/00GK102751694SQ201110057618
公开日2012年10月24日 申请日期2011年4月22日 优先权日2011年4月22日
发明者孙吉华 申请人:北京维通利电气有限公司