专利名称：脉动直流剩余电流保护器及其运行方法
技术领域：
本发明属于电工技术领域，技术方案涉及一种对偏离正常电工作情况的不希望有的变化直接起反应的自动断开紧急保护电路装置，具体的说是一种脉动直流剩余电流保护器及其运行方法。
背景技术：
剩余电流保护器是低压电网中的一种重要设备，在防止电气火灾和保护人身触电方面起着重要的作用。随着电力技术的发展，剩余电流保护技术应用的范围越来越广， 要求也越来越高。当前的剩余电流保护技术主要针对正弦波形的剩余电流开展的，保护技术相对成熟，日常生活中使用的AC型剩余电流保护器也只能对正弦波形剩余电流进行保护。但是随着电力电子设备的增多，剩余电流不再是单一的正弦信号，而是复杂的波形，甚至含有脉动直流分量，在这种情况下，AC型剩余电流保护器不能进行准确、有效的保护，而脉动直流剩余电流保护器能够对含有脉动直流的剩余电流进行保护。根据标准规定，对无论是突然施加或缓慢上升的具有规定的剩余脉动直流或剩余正弦交流电流能确保脱扣的剩余电流保护器称为A型剩余电流保护器。其中所述“规定的剩余脉动直流”分为以下四种情况电流滞后电压0°、180°的半波整流电流，电流滞后电压90°、270°的半波整流电流，电流滞后电压135°、315°的半波整流电流，有6mA直流的电流滞后电压0°、180° 的半波整流电流。今后几年，AC型剩余电流保护器将逐步被A型剩余电流保护器取代。CN 101477926A公开的一种“A型漏电断路器”通过模拟电路实现脉动直流剩余电流的检测，保护精度低；CN 101436496A公开的一种“多功能漏电断路器”采用专用芯片M54123L，不能有效地针对脉动直流剩余电流进行保护。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种脉动直流剩余电流保护器，该保护器采用了微处理器，它不但能够对电网中存在的正弦交流剩余电流进行保护，而且能够对电力电子设备出现故障时产生的脉动直流剩余电流进行波形识别和保护，由此实现对设备漏电和人身触电的有效保护。本发明解决该技术问题所采用的技术方案是本发明的脉动直流剩余电流保护器，包括开关装置、微处理器、零序电流互感器、 剩余电流信号放大电路和电源组成部分；其中，零序电流互感器的输出与剩余电流信号放大电路连接；剩余电流信号放大电路的输出与微处理器连接；开关装置与微处理器连接； 电源的输入与电网连接，电源的输出与微处理器和开关装置连接。所述的开关装置为空气断路器或继电器。所述的电源由二极管、绝缘栅双极型晶体管、三极管、集成稳压器、运算放大器、电容和电阻组成；其中，二极管组成三相整流电路，整流电路的输出经由电阻与绝缘栅双极型晶体管连接；运算放大器、三极管及与之相连的电阻和电容组成开关控制电路，开关控制电路的输入与输出均与绝缘栅双极型晶体管连接；集成稳压器及与之相连的电阻和电容组成稳压电路，稳压电路的输入经由二极管与绝缘栅双极型晶体管连接。所述的剩余电流信号放大电路由运算放大器、电阻、电容和拨码开关组成；其中， 第一运算放大器及与它相连的电阻组成电压抬升电路，电压抬升电路的输出与第二运算放大器连接 ；电容和电阻组成剩余电流信号滤波电路，剩余电流信号滤波电路的输出经电阻与第二运算放大器连接；第二运算放大器及与它相连的电阻和拨码开关组成剩余电流信号放大电路，剩余电流信号放大电路的输出经电阻与微处理器连接。所述的零序电流互感器包括由两个线圈分别构成的两个副边，其中一个副边与剩余电流信号放大电路相连接，另一个副边与按钮和电阻相连接构成剩余电流模拟发生器。所述的脉动直流剩余电流保护器还包括辅助组成部分剩余电流模拟发生器、预报警电路和频率检测电路。其中，剩余电流模拟发生器的输出与微处理器连接；预报警电路的输入与微处理器连接；频率检测电路的输入与电源连接，输出与微处理器连接。所述的剩余电流模拟发生器由零序电流互感器、按钮和电阻组成；其中，零序电流互感器的一个副边与按钮连接，经由电阻与微处理器连接。所述的预报警电路由发光二极管和电阻组成；其中，发光二极管的一端与微处理器连接，另一端经由电阻与电源连接。所述的频率检测电路由二极管和电阻组成；其中，二极管的一端与微处理器连接， 另一端经由电阻与电网连接。本发明的脉动直流剩余电流保护器实现剩余电流检测和保护过程的运行方法是保护器设定瞬时动作、快速动作、正常动作三种保护动作方式，每种保护动作方式的动作阈值和动作时间不同，保护器设定的动作阈值范围为0. 8倍额定剩余电流动作值至 3倍额定剩余电流动作值，动作时间为2毫秒到1000毫秒；具体运行方法包括以下步骤(1)零序电流互感器检测电网中的剩余电流信号，并将剩余电流信号变换为电压信号输入到剩余电流信号放大电路，通过剩余电流信号放大电路放大后的剩余电流信号直接输入到微处理器中，微处理器根据采样频率和窗口周期对剩余电流信号进行采集，转第 (2)步；(2)微处理器不断的将剩余电流瞬时值与瞬时动作阈值、快速动作阈值和正常动作阈值进行比较，动作阈值设定方法为0. 8倍额定剩余电流动作值为正常动作阈值、1. 5倍额定剩余电流动作值为快速动作阈值、2. 5倍额定剩余电流动作值为瞬时动作阈值；并分别记录剩余电流瞬时值大于瞬时动作阈值、快速动作阈值和正常动作阈值的持续时间，当剩余电流瞬时值大于瞬时动作阈值的持续时间达到规定时间时，延时后发出脱扣指令，使开关装置动作，切断故障电路，进行瞬时动作保护，瞬时动作保护方式下动作时间设定方法为保护器立即动作；当持续时间小于规定时间时，转第(3)步；(3)判断一个剩余电流信号采样周期是否结束，当采样周期未结束时，转第(1) 步；当采样周期结束时，根据剩余电流波形特点，判断剩余电流波形类型，转第(4)步；(4)根据剩余电流波形类型，判断剩余电流瞬时值大于快速动作阈值的持续时间是否达到规定时间，当持续时间达到规定时间时，延时后发出脱扣指令，使开关装置动作，切断故障电路，进行快速动作保护，快速动作保护方式下动作时间设定方法为延时2个周波后动作；当持续时间小于规定时间时，转第(5)步；(5)根据剩余电流波形类型，判断剩余电流瞬时值大于正常动作阈值的持续时间是否达到规定时间，当持续时间达到规定时间时，延时后发出脱扣指令，使开关装置动作， 切断故障电路，进行正常动作保护，正常动作保护方式下动作时间设定方法为延时4个周波后动作；当持续时间小于规定时间时，转第(1)步。本发明的脉动直流剩余电流保护器实现剩余电流检测和保护过程的辅助作用的运行方法是
(1)微处理器检测到线路中剩余电流值处于0. 5倍额定剩余电流动作值到0. 8倍额定剩余电流动作值之间时，通过不断的交替输出高低电平控制预报警电路的发光二极管闪烁，用于提醒用户提前采取保护措施；和/或(2)频率检测电路直接从电网上获取交流信号并进行半波整流后送到微处理器，微处理器对其输入信号进行检测，并对一个周期的信号进行计时，检测出一个周期的时间，用于实现电网频率的自动跟踪；和/或(3)剩余电流模拟发生电路模拟产生故障剩余电流，当按下试验按钮时，剩余电流模拟发生电路产生一个模拟故障剩余电流，当微处理器检测到模拟故障剩余电流时，发出脱扣指令，用于检查本发明的脉动直流剩余电流保护器工作是否正常。本发明的有益效果，与现有技术相比，具有以下优点(1)本发明的脉动直流剩余电流保护器通过微处理器对剩余电流信号进行处理， 具有瞬时动作、快速动作和正常动作三种保护方式，可以区分出剩余电流波形类型，并根据剩余电流波形类型的不同采取不同的保护措施，提高了保护精度。(2)本发明的脉动直流剩余电流保护器通过对电网频率的自动跟踪，可以适用不同频率电网的剩余电流保护，或在电网频率有变化时也能实现剩余电流的准确保护，扩大了本发明的应用场合。(3)本发明的脉动直流剩余电流保护器的电源结构简单，体积小，采用三相交流电源供电，电压工作范围宽，在单相交流电源电压低至50V时仍能正常工作，电源正常工作时处于开关状态，功耗极低。(4)本发明的脉动直流剩余电流保护器实现了剩余电流保护的反时限特性，其动作时间和剩余电流值的大小成反比。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明各组成部分之间的连接框图。图2是带有辅助电路的本发明各组成部分之间的连接框图。图3是本发明带有辅助电路的脉动直流剩余电流保护器的连接图。图4是本发明中微处理器实现脉动直流剩余电流保护的程序框图。图中，1.零序电流互感器、2.剩余电流信号放大电路、3.空气断路器或继电器、 4.剩余电流模拟发生器、5.微处理器、6.预报警电路、7.频率检测电路、8.电源。
具体实施方式
实施例图1表明，本发明的脉动直流剩余电流保护器的基本组成包括微处理器(5)、零序电流互感器(1)、剩余电流信号放大电路(2)、电源⑶和空气断路器或继电器(3)。其中由微处理 器(5)、零序电流互感器(1)、剩余电流信号放大电路(2)和电源(8)构成本发明脉动直流剩余电流保护器的剩余电流信号检测电路。零序电流互感器(1)的输出与剩余电流信号放大电路(2)连接；剩余电流信号放大电路(2)的输出与微处理器(5)连接；空气断路器或继电器(3)与微处理器(5)连接；电源(8)的输入与电网连接，电源(8)的输出与微处理器(5)和空气断路器或继电器(3)连接。它们实现剩余电流检测和保护过程的运行方法是保护器设定瞬时动作、快速动作、正常动作三种保护动作方式，每种保护动作方式的动作阈值和动作时间不同，保护器设定的动作阈值范围为0. 8倍额定剩余电流动作值至 3倍额定剩余电流动作值，动作时间为2毫秒到1000毫秒；具体运行方法包括以下步骤1)零序电流互感器⑴检测电网中的剩余电流信号，并将剩余电流信号变换为电压信号输入到剩余电流信号放大电路(2)，通过剩余电流信号放大电路(2)放大后的剩余电流信号直接输入到微处理器(5)中，微处理器(5)根据采样频率和窗口周期对剩余电流信号进行采集，转第2)步；2)微处理器(5)不断的将剩余电流瞬时值与瞬时动作阈值、快速动作阈值和正常动作阈值进行比较，动作阈值设定方法为0. 8倍额定剩余电流动作值为正常动作阈值、1. 5 倍额定剩余电流动作值为快速动作阈值、2. 5倍额定剩余电流动作值为瞬时动作阈值；并分别记录剩余电流瞬时值大于瞬时动作阈值、快速动作阈值和正常动作阈值的持续时间， 当剩余电流瞬时值大于瞬时动作阈值的持续时间达到规定时间时，延时后发出脱扣指令， 使空气断路器或继电器(3)动作，切断故障电路，进行瞬时动作保护，瞬时动作保护方式下动作时间设定方法为保护器立即动作；当持续时间小于规定时间时，转第3)步；3)判断一个剩余电流信号采样周期是否结束，当采样周期未结束时，转第1)步； 当采样周期结束时，根据剩余电流波形特点，判断剩余电流波形类型，转第4)步；4)根据剩余电流波形类型，判断剩余电流瞬时值大于快速动作阈值的持续时间是否达到规定时间，当持续时间达到规定时间时，延时后发出脱扣指令，使空气断路器或继电器(3)动作，切断故障电路，进行快速动作保护，快速动作保护方式下动作时间设定方法为延时2个周波后动作；当持续时间小于规定时间时，转第5)步；5)根据剩余电流波形类型，判断剩余电流瞬时值大于正常动作阈值的持续时间是否达到规定时间，当持续时间达到规定时间时，延时后发出脱扣指令，使空气断路器或继电器(3)动作，切断故障电路，进行正常动作保护，正常动作保护方式下动作时间设定方法为延时4个周波后动作；当持续时间小于规定时间时，转第1)步。图2是本发明的带有辅助电路的脉动直流剩余电流保护器，包括微处理器(5)、零序电流互感器(1)、剩余电流信号放大电路(2)、剩余电流模拟发生器(4)、预报警电路(6)、 频率检测电路(7)、电源(8)和空气断路器或继电器(3)，其中由微处理器(5)、零序电流互感器⑴、剩余电流信号放大电路⑵、剩余电流模拟发生器⑷、预报警电路(6)、频率检测电路(7)和电源⑶构成本发明脉动直流剩余电流保护器的剩余电流信号检测电路。零序电流互感器(1)的输出与剩余电流信号放大电路(2)连接；剩余电流信号放大电路(2)的输出与微处理器(5)连接；剩余电流模拟发生器(4)的输出与微处理器(5)连接；预报警电路(6)与微处理器(5)连接；空气断路器或继电器(3)与微处理器(5)连接；电源(8)的输入与电网连接，电源(8)的输出与微处理器(5)、频率检测电路(7)和空气断路器或继电器 (3)连接；频率检测电路(7)的输出与微处理器(5)连接。
它们实现剩余电流检测和保护过程的运行方法是保护器设定瞬时动作、快速动作、正常动作三种保护动作方式，每种保护动作方式的动作阈值和动作时间不同，保护器设定的动作阈值范围为0. 8倍额定剩余电流动作值至 3倍额定剩余电流动作值，动作时间为2毫秒到1000毫秒；具体运行方法包括以下步骤1)频率检测电路(7)直接从电网上获取交流信号并进行半波整流后送到微处理器(5)，微处理器(5)对其输入信号进行检测，并对一个周期的信号进行计时，检测出一个周期的时间，计算剩余电流信号的采样频率和窗口周期，转第2)步；2)零序电流互感器⑴检测电网中的剩余电流信号，并将剩余电流信号变换为电压信号输入到剩余电流信号放大电路(2)，通过剩余电流信号放大电路(2)放大后的剩余电流信号直接输入到微处理器(5)中，微处理器(5)根据采样频率和窗口周期对剩余电流信号进行采集，转第3)步；3)微处理器(5)不断的将剩余电流瞬时值与瞬时动作阈值、快速动作阈值和正常动作阈值进行比较，动作阈值设定方法为0. 8倍额定剩余电流动作值为正常动作阈值、1. 5 倍额定剩余电流动作值为快速动作阈值、2. 5倍额定剩余电流动作值为瞬时动作阈值；并分别记录剩余电流瞬时值大于瞬时动作阈值、快速动作阈值和正常动作阈值的持续时间， 当剩余电流瞬时值大于瞬时动作阈值的持续时间达到规定时间时，延时后发出脱扣指令， 使空气断路器或继电器(3)动作，切断故障电路，进行瞬时动作保护，瞬时动作保护方式下动作时间设定方法为保护器立即动作；当持续时间小于规定时间时，转第4)步；4)判断一个剩余电流信号采样周期是否结束，当采样周期未结束时，转第2)步； 当采样周期结束时，根据剩余电流波形特点，判断剩余电流波形类型，转第5)步；5)根据剩余电流波形类型，判断剩余电流瞬时值大于快速动作阈值的持续时间是否达到规定时间，当持续时间达到规定时间时，延时后发出脱扣指令，使空气断路器或继电器(3)动作，切断故障电路，进行快速动作保护，快速动作保护方式下动作时间设定方法为延时2个周波后动作；当持续时间小于规定时间时，转第6)步；6)根据剩余电流波形类型，判断剩余电流瞬时值大于正常动作阈值的持续时间是否达到规定时间，当持续时间达到规定时间时，延时后发出脱扣指令，使空气断路器或继电器(3)动作，切断故障电路，进行正常动作保护，正常动作保护方式下动作时间设定方法为延时4个周波后动作；当持续时间小于规定时间时，转第7)步；7)根据剩余电流波形类型，判断剩余电流有效值是否处于0. 5倍额定剩余电流动作值到0. 8倍额定剩余电流动作值之间，当剩余电流有效值处于0. 5倍额定剩余电流动作值到0.8倍额定剩余电流动作值之间时，微处理器(5)通过不断的交替输出高低电平控制预报警电路(6)的发光二极管闪烁，提醒用户提前采取保护措施；当剩余电流有效值小于 0. 5倍额定剩余电流动作值时，转第1)步；
剩余电流模拟发生电路(4)模拟产生故障剩余电流，当按下试验按钮时，剩余电流模拟发生电路(4)产生一个模拟故障剩余电流，微处理器(5)检测到模拟故障剩余电流时，发出脱扣指令，用于检查本发明的脉动直流剩余电流保护器工作是否正常。图3是本发明带有辅助电路的脉动直流剩余电流保护器的连接图，零序电流互感器LH(I)连接剩余电流信号放大电路(2) —起为微处理器Ul (5)提供剩余电流信号；预报警电路(6)受微处理器Ul (5)的控制，在剩余电流值处于0.5倍额定剩余电流动作值到0.8 倍额定剩余电流动作值之间时，通过发光二极管的闪烁提醒用户提前采取保护措施；微处理器Ul (5)还控制空气断路器或继电器(3)，实现剩余电流保护动作；剩余电流模拟发生电路(4)与零序电流互感器LH(I)连接；频率检测电路(7)将电网频率信号输入给微处理器 Ul (5)；电源⑶为微处理器(5)和其它电路供电。
如图3所示，零序电流互感器LH⑴包括由两个线圈分别构成的两个副边，其中一个副边连接至剩余电流信号放大电路(2)，另一个副边与按钮SWl和电阻R14构成剩余电流模拟发生电路(4)。如图3所示，剩余电流信号放大电路(2)由电容(1、电阻1 23、1 20、1 21、1 16、1 17、 R18、R19、R22、R24、R26、R27、R28和运算放大器U2B、U2C构成，运算放大器U2的型号为 LM6134，零序电流互感器LH(I)的输出接电容Cl和电阻R23，将剩余电流信号变换为电压信号，经由电阻 R20、R21、R16、R17、R18、R19、R24、R26、R27、R28 和运算放大器 U2B、U2C 构成的剩余电流信号放大电路(2)将信号放大，经电阻R22输入给微处理器Ul (5)，微处理器 (5)的型号为ATtinyl3。如图3所示，空气断路器或继电器(3)通过电阻R7、Rll、电容C7和可控硅SCRl受微处理器Ul (5)的控制，在剩余电流值达到或超过额定剩余电流动作值时微处理器(5)发出脱扣命令，使空气断路器或继电器(3)动作，空气断路器或继电器(3)切断故障电路。如图3所示，零序电流互感器LH(I)的另一个副边与按钮SWl和电阻R14构成剩余电流模拟发生电路(4)，当按下SWl时，零序电流互感器LH(I)将产生一个模拟的剩余电流信号，微处理器Ul (5)检测到此信号后，将发出剩余电流保护指令，即微处理器(5)输出高电平，通过电阻R14触发可控硅SCRl，使空气断路器或继电器(3)动作，用于检查保护器剩余电流保护性能是否正常。如图3所示，本发明中的微处理器Ul (5)接受剩余电流信号放大电路(2)放大后的剩余电流信号和频率检测电路(7)的电网频率信号，控制预报警电路(6)和空气断路器或继电器(3)。微处理器Ul (5)对剩余电流信号采样，采样频率大于剩余电流信号的频率， 本实施例采样频率为64倍剩余电流信号的频率，微处理器不断的将剩余电流瞬时值与瞬时动作阈值、快速动作阈值和正常动作阈值进行比较，本实施例中动作阈值设定为0.8倍额定剩余电流动作值为正常动作阈值、1. 5倍额定剩余电流动作值为快速动作阈值、2. 5倍额定剩余电流动作值为瞬时动作阈值，并分别记录剩余电流瞬时值大于瞬时动作阈值、快速动作阈值和正常动作阈值的持续时间，当剩余电流瞬时值大于瞬时动作阈值的持续时间达到规定时间时，立即发出脱扣指令；如此循环，直至一个剩余电流信号采样周期结束。当采样周期结束时，根据剩余电流波形特点，判断剩余电流波形属于全波剩余电流波形还是半波、90°波、135°波三种特殊剩余电流波形。根据剩余电流波形类型，分别判断剩余电流瞬时值大于快速动作阈值和正常动作阈值的持续时间是否达到规定时间，当持续时间达到规定时间时，微处理器(5)并不是立即发出脱扣指令，而是经过2毫秒到1000毫秒之间的时间延时，这段时间是可以调整的，故障剩余电流值越大，延时时间越短，本实施例的动作时间设定为当电网中剩余电流值大于2. 5倍额定剩余电流动作值时，保护器立即动作；当电网中剩余电流值处于1. 5倍额定剩余电流动作值到2. 5倍额定剩余电流动作值之间时经过2个周波后动作；当电网中剩余电流值处于0. 8倍额定剩余电流动作值到1. 5倍额定剩余电流动作值之间时经过4个周波后动作。经过延时后，微处理器(5)输出高电平，通过电阻R7触发可控硅SCRl，使空气断路器或继电器(3)脱扣，切断故障线路，实现了本发明的脉动直流剩余电流保护功能。如图3所示，电阻R25和发光二极管D13构成了预报警电路(6)，微处理器(5)检测到剩余电流值处于0. 5倍额定剩余电流动作值到0. 8倍额定剩余电流动作值之间时，通过交替的输出高低电平控制发光二极管D13闪烁，提醒用户提前采取保护措施。如图3所示，电阻R15和二极管DlO构成频率检测电路(7)，电阻R15和二极管DlO 将电网频率信号输入给微处理器Ul (5)，微处理器Ul (5)采用内部定时器对频率信号进行计时测量，当电网频率变化时，微处理器Ul (5)的定时器值也随着改变，实现对电网频率的自动跟踪，微处理器Ul (5)在进行剩余电流信号采样时，根据微处理器Ul (5)定时器值决定采样周期，实现每周期内采样数为恒定的，降低了数据处理的误差，提高了剩余电流的测量精度。如图3所示，电源电路(8)由二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、绝缘栅双极型晶体管 Q1、三极管 Q2、集成稳压器 Tl、电阻 Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R8、R9、RIO、R12、R13、 电容C8、C3、C4、C5、C6和运算放大器U2A构成，三相电源电压由二极管Dl、D2、D3、D4、D5、 D6、D7、D8整流，运算放大器U2A、绝缘栅双极型晶体管Ql和三极管Q2等组成的开关电路对整流后的电压进行降压处理，集成稳压器T1进行稳压，电容C3、C4、C5、C6对电源进行滤波， 其中绝缘栅双极型晶体管Ql的型号为FGA25m20ANTD，集成稳压器Tl的型号为KA7805。图4表明本发明中剩余电流信号经过剩余电流信号放大电路进入微处理器后的操作程序(1)上电后，对通用寄存器和专用寄存器进行初始化，特别是A/D转换模块和定时器模块寄存器的初始化，设置采样频率和采样窗口周期，采样频率远大于剩余电流信号的频率，采样周期为剩余电流信号的周期，初始化完成后转第(2)步；(2)根据采样频率和窗口周期对剩余电流信号进行采集，不断的将剩余电流瞬时值与瞬时动作阈值、快速动作阈值和正常动作阈值进行比较，并分别记录剩余电流瞬时值大于瞬时动作阈值、快速动作阈值和正常动作阈值的持续时间，当剩余电流瞬时值大于瞬时动作阈值的持续时间达到规定时间时，立即发出脱扣指令，当持续时间小于规定时间时， 转第⑶步；(3)判断一个剩余电流信号采样周期是否结束，当采样周期没有结束时，转第(2) 步，当采样周期结束时，转第(4)步；(4)根据剩余电流波形特点，判断剩余电流波形类型，转第(5)步；(5)根据剩余电流波形类型，判断剩余电流瞬时值大于快速动作阈值的持续时间是否达到规定 时间，当持续时间达到规定时间时，延时后发出脱扣指令，进行快速动作保护，当持续时间小于规定时间时，判断剩余电流瞬时值大于正常动作阈值的持续时间是否达到规定时间，当持续时间达到规定时间时，延时后发出脱扣指令，进行正常动作保护，当持续时间小于规定时间时，转第(2)步。从本实施例可以看出，本发明通过采用微处理器，实现了对脉动直流剩余电流的检测和保护，可以识别出剩余电流波形类型，并根据波形类型采取不同的保护措施，并实现了剩余电流保护的反时限特性。本发明未述及之处适用于现有技术。 以上所述，仅是根据本发明技术方案提出的实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。凡未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种脉动直流剩余电流保护器，其特征为包括开关装置、微处理器、零序电流互感器、剩余电流信号放大电路和电源组成部分；其中，零序电流互感器的输出与剩余电流信号放大电路连接；剩余电流信号放大电路的输出与微处理器连接；开关装置与微处理器连接；电源的输入与电网连接，电源的输出与微处理器和开关装置连接；所述的开关装置为空气断路器或继电器。
2.如权利要求1所述脉动直流剩余电流保护器，其特征为所述的电源由二极管、绝缘栅双极型晶体管、三极管、集成稳压器、运算放大器、电容和电阻组成；其中，二极管组成三相整流电路，整流电路的输出经由电阻与绝缘栅双极型晶体管连接；运算放大器、三极管及与之相连的电阻和电容组成开关控制电路，开关控制电路的输入与输出均与绝缘栅双极型晶体管连接；集成稳压器及与之相连的电阻和电容组成稳压电路，稳压电路的输入经由二极管与绝缘栅双极型晶体管连接。
3.如权利要求1所述脉动直流剩余电流保护器，其特征为所述的剩余电流信号放大电路由运算放大器、电阻、电容和拨码开关组成；其中，第一运算放大器及与它相连的电阻组成电压抬升电路，电压抬升电路的输出与第二运算放大器连接；电容和电阻组成剩余电流信号滤波电路，剩余电流信号滤波电路的输出经电阻与第二运算放大器连接；第二运算放大器及与它相连的电阻和拨码开关组成剩余电流信号放大电路，剩余电流信号放大电路的输出经电阻与微处理器连接。
4.如权利要求1所述脉动直流剩余电流保护器，其特征为所述的零序电流互感器包括由两个线圈分别构成的两个副边，其中一个副边与剩余电流信号放大电路相连接，另一个副边与按钮和电阻相连接构成剩余电流模拟发生器。
5.如权利要求1所述脉动直流剩余电流保护器，其特征为还包括辅助组成部分剩余电流模拟发生器、预报警电路和频率检测电路；其中，剩余电流模拟发生器的输出与微处理器连接；预报警电路的输入与微处理器连接；频率检测电路的输入与电源连接，输出与微处理器连接。
6.如权利要求5所述脉动直流剩余电流保护器，其特征为所述的预报警电路由发光二极管和电阻组成；其中，发光二极管的一端与微处理器连接，另一端经由电阻与电源连接。
7.如权利要求5所述脉动直流剩余电流保护器，其特征为所述的频率检测电路由二极管和电阻组成；其中，二极管的一端与微处理器连接，另一端经由电阻与电网连接。
8.如权利要求1所述脉动直流剩余电流保护器的运行方法，其特征为实现剩余电流检测和保护过程包括以下步骤保护器设定瞬时动作、快速动作、正常动作三种保护动作方式，每种保护动作方式的动作阈值和动作时间不同，保护器设定的动作阈值范围为0. 8倍额定剩余电流动作值至3倍额定剩余电流动作值，动作时间为2毫秒到1000毫秒；(1)零序电流互感器检测电网中的剩余电流信号，并将剩余电流信号变换为电压信号输入到剩余电流信号放大电路，通过剩余电流信号放大电路放大后的剩余电流信号直接输入到微处理器中，微处理器根据采样频率和窗口周期对剩余电流信号进行采集，转第(2)步；(2)微处理器不断的将剩余电流瞬时值与瞬时动作阈值、快速动作阈值和正常动作阈值进行比较，动作阈值设定方法为0. 8倍额定剩余电流动作值为正常动作阈值、1. 5倍额定剩余电流动作值为快速动作阈值、2. 5倍额定剩余电流动作值为瞬时动作阈值；并分别记录剩余电流瞬时值大于瞬时动作阈值、快速动作阈值和正常动作阈值的持续时间，当剩余电流瞬时值大于瞬时动作阈值的持续时间达到规定时间时，延时后发出脱扣指令，使开关装置动作，切断故障电路，进行瞬时动作保护，瞬时动作保护方式下动作时间设定方法为保护器立即动作；当持续时间小于规定时间时，转第(3)步；(3)判断一个剩余电流信号采样周期是否结束，当采样周期未结束时，转第(1)步；当采样周期结束时，根据剩余电流波形特点，判断剩余电流波形类型，转第(4)步； (4)根据剩余电流波形类型，判断剩余电流瞬时值大于快速动作阈值的持续时间是否达到规定时间，当持续时间达到规定时间时，延时后发出脱扣指令，使开关装置动作，切断故障电路，进行快速动作保护，快速动作保护方式下动作时间设定方法为延时2个周波后动作；当持续时间小于规定时间时，转第(5)步；(5)根据剩余电流波形类型，判断剩余电流瞬时值大于正常动作阈值的持续时间是否达到规定时间，当持续时间达到规定时间时，延时后发出脱扣指令，使开关装置动作，切断故障电路，进行正常动作保护，正常动作保护方式下动作时间设定方法为延时4个周波后动作；当持续时间小于规定时间时，转第(1)步。
9.如权利要求5所述脉动直流剩余电流保护器实现剩余电流检测和保护过程的辅助作用的运行方法，其特征为包括以下步骤(1)微处理器检测到线路中剩余电流值处于0. 5倍额定剩余电流动作值到0. 8倍额定剩余电流动作值之间时，通过不断的交替输出高低电平控制预报警电路的发光二极管闪烁，用于提醒用户提前采取保护措施；和/或(2)频率检测电路直接从电网上获取交流信号并进行半波整流后送到微处理器，微处理器对其输入信号进行检测，并对一个周期的信号进行计时，检测出一个周期的时间，用于实现电网频率的自动跟踪；和/或(3)剩余电流模拟发生电路模拟产生故障剩余电流，当按下试验按钮时，剩余电流模拟发生电路产生一个模拟故障剩余电流，当微处理器检测到模拟故障剩余电流时，发出脱扣指令，用于检查本发明的脉动直流剩余电流保护器工作是否正常。
全文摘要
本发明是一种脉动直流剩余电流保护器及其运行方法。该装置包括开关装置、微处理器、零序电流互感器、剩余电流信号放大电路和电源组成部分；其中，零序电流互感器的输出与剩余电流信号放大电路连接；剩余电流信号放大电路的输出与微处理器连接；开关装置与微处理器连接；电源的输入与电网连接，电源的输出与微处理器和开关装置连接。本发明可以区分出剩余电流波形类型，并根据剩余电流波形类型的不同采取不同的保护措施，提高了保护精度，适用不同频率电网的剩余电流保护，或在电网频率有变化时也能实现剩余电流的准确保护，扩大了本发明的应用场合，结构简单，体积小，功耗极低。
文档编号H02H3/32GK102231510SQ20111018312
公开日2011年11月2日 申请日期2011年7月1日 优先权日2011年7月1日
发明者李奎, 武一, 牛峰, 王尧, 郭志涛, 陆俭国 申请人:河北工业大学