一种基于漏电流矢量突变量检测的照明线路安全保护器的制作方法

本发明涉及一种基于漏电流矢量突变量检测的照明线路安全保护器，属于配电设备、安全保护技术领域。

背景技术：

目前智慧城市作为未来城市发展的新理念和新实践，成为各地政府进行城市建设升级的重要手段。市政道路照明是市政公共设施的重要组成部分，也是智慧城市的重要组成部分。市政道路照明覆盖城市的每个角落，照明线路的安全直接影响公众的生命财产安全，也影响城市形象和社会服务的公众满意度。

在实际应用中，照明线路有布线情况复杂，接线方式多样，户外运行环境恶劣，行人易接触等特点；另一方面照明线路设备常常由于维护不及时、电缆绝缘老化，灯具绝缘损坏、电缆接头绝缘损坏或烧毁导致裸露、施工破坏、雷击等造成绝缘损坏等情况广泛存在。随着上述情况的不同，漏电流的变化范围很大，造成照明线路漏电保护的定值设置非常困难，漏电流保护定值设置过小，容易误跳闸从而影响照明服务的质量；漏电流保护定值设置过大，则在人员触电时，往往不能及时准确的跳闸，对人身安全不能起到有效的保护作用。同时，在目前市政照明供电系统设计中，照明线路一般配备普通漏电保护断路器对其进行漏电保护，普通漏电保护器只是根据检测到的漏电幅值进行保护，在某一相线路发生漏电时，可能检测到的幅值反而变小或者没有变化，导致不能起到保护作用，这种漏电保护器存在很大的保护死区，并且，普通漏电保护器没有自动重合闸功能，如果由于瞬时故障或者雷击等干扰造成漏电保护器误跳闸，线路不能自动恢复供电，需要维护人员到现场进行合闸操作。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种无保护死区的照明线路安全保护器，该保护器能够在保护误跳后能够自动重合恢复线路供电。应用该保护器对现有的路灯供电系统的基础上进行升级改造，提供照明线路的漏电保护、短路及过载保护和自动重合闸功能，避免现有照明供电系统中存在的缺陷，保证照明供电线路的安全、可靠运行。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于漏电流矢量突变量检测的照明线路安全保护器，由控制器、漏电流互感器、自动重合闸装置和断路器组成；

所述控制器主要完成漏电流的实时采样、漏电电流的矢量突变量计算、保护跳闸及重合闸的控制；控制器由CPU以及与之相连的采样电路，继电器输出电路，RS485通信接口，人机操作界面组成，集成在一个电路板上；

所述漏电流互感器完成照明线路漏电流的检测；

所述自动重合闸装置实现自动重合闸操作；自动重合闸装置采用成品重合闸装置；

所述断路器配置分励脱扣器附件，通过控制器触发分励脱扣器动作，驱动断路器跳闸；

所述控制器通过控制信号线实现对分励脱扣器和自动重合闸装置的操作；

所述控制器、自动重合闸装置和断路器通过安装导轨固定在一起并安装在安装板上，通过安装板固定于照明配电柜中；所述漏电流互感器安装在照明配电柜内，并使照明线路的三相及零线穿过漏电流互感器。

前述的断路器采用微型断路器或塑壳断路器。

前述的照明线路安全保护器的进线采用原照明配电柜的每个馈出回路的进线，出线采用照明配电柜原有出线方式。

前述的采样电路用于采集线路漏电流；所述CPU用于实时计算出线路漏电流幅值和相位，并计算故障前后漏电流的突变量幅值，如果突变量幅值超出预先设定的整定值，则CPU控制继电器输出电路动作；所述继电器输出电路用于控制断路器分励脱扣器和重合闸装置按照CPU的控制指令动作；所述RS485通信接口用于远程通信，将保护器工作数据上传到远方主控系统；所述人机操作界面用于保护器的参数设置，并可显示实时工作参数。

前述的照明线路安全保护器实时对照明线路的漏电流进行检测，过程如下：利用漏电流互感器检测出线路上的三相合成后的漏电流，通过控制器计算出线路漏电流的幅值和相位，分析照明线路上漏电流的幅值及相位是否有突变，当有突变时，计算突变量幅值，当突变量幅值超过整定值时，控制分励脱口器动作，驱动断路器跳闸。

前述的如果线路发生故障或受到干扰导致跳闸，延时30s后保护器通过断路器电操机构自动重合闸，若由于瞬时性故障导致跳闸，则线路能恢复供电，重合成功，若故障为不可恢复故障，保护器会立刻跳闸，重合失败；二次跳闸后延时一定时间，保护器自动进行二次重合闸；如果故障未恢复，保护器立刻跳闸，三次跳闸后延时一定时间，保护器自动进行三次重合闸；如果故障还未恢复，保护器再次跳闸，保护器不再重合。

前述的跳闸后重新合闸的延时时间通过控制器的人机操作界面设定。

本发明所达到的有益效果：

1、实用性，本发明将基于漏电流矢量突变量检测的方法首次应用于照明线路的漏电检测，有效克服了照明线路实际应用中不易区分线路正常的漏电流和因为线路故障(或人员触电)等原因造成的漏电流问题。

2、适应性，本发明的照明线路安全保护器配备具有操作按键和显示器的人机操作界面，支持用户根据线路长度、导线类型等工程应用的实际情况对漏电流保护值、重合闸延时等主要参数进行设置，可灵活适应不同的工程应用需求。

3、集成性，高度集成了漏电保护、短路和过载保护、重合闸等功能于一体，体积小巧、安装方便，采用一套装置即可满足照明线路的运行保护的需求。

4、易施性，本发明充分兼顾了照明供电系统原有的供电安装形式，实际使用时只需替换原普通漏电断路器，不需要进行配线的改动，也不需要额外再配备其他零部件，安装应用简单易行。

附图说明

图1是本发明的基于漏电流矢量突变量检测的照明线路安全保护器的结构示意图；

图2为本发明保护器中控制器的内部原理框图；

图3为本发明使用时的布线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的基于漏电流矢量突变量检测的照明线路安全保护器由控制器、漏电流互感器、自动重合闸装置、断路器(含分励脱扣器)组成，其中控制器是该照明线路安全保护器的核心设备，主要完成漏电流的实时采样、漏电电流的矢量突变量计算、保护跳闸及重合闸的控制；漏电流互感器完成照明线路漏电流的检测；自动重合闸装置配合控制器，实现自动重合闸操作；断路器采用普通的微型断路器或塑壳断路器，并配置附件分励脱扣器，是该照明线路安全保护器的输出装置。每个照明线路安全保护器由一个控制器、一个漏电流互感器、一个自动重合闸装置和一个断路器组成。

具体的，控制器主要承担该照明线路漏电流的实时采样、漏电流数据计算及分析，控制触发断路器分励脱扣器以驱动断路器跳闸，控制自动重合闸装置以驱动断路器合闸，如图2所示，控制器由采样电路、CPU、继电器输出电路、RS485通信接口、人机操作界面等部分组成，集成在一个电路板上。采样电路用于采集线路漏电流；CPU是控制器的计算和控制部分，实时计算出线路漏电流幅值和相位，并计算故障前后漏电流的突变量幅值，如果这个突变量幅值超出预先设定的整定值，则CPU控制继电器输出电路动作；继电器输出电路用于控制断路器分励脱扣器和重合闸装置按照CPU的控制指令动作；RS485通信接口用于远程通信，将保护器工作数据上传到远方主控系统；人机操作界面用于保护器的参数设置，主要是保护整定值，并可显示实时工作参数。

控制器通过安装导轨和其他两个部件集成在一起，控制器通过控制信号线实现对分励脱扣器和自动重合闸装置的操作。

自动重合闸装置采用成品重合闸装置集成应用，通过安装导轨和其他两个部件集成在一起，在控制器控制下，驱动断路器合闸。

断路器采用微型断路器或塑壳断路器，并配置分励脱扣器附件，通过控制器可触发分励脱扣器动作，驱动断路器跳闸，同时断路器本身可对照明线路进行短路及过载保护，断路器通过安装导轨和其他两个部件集成在一起。

上述三大部件通过标准的安装导轨固定在一起并安装在安装板上，通过安装板固定于照明配电柜中使用。漏电流互感器安装在配电柜内，并使照明线路的三相及零线穿过漏电流互感器。如图3所示，实际使用时，该照明线路安全保护器的进线仍采用原照明配电柜的每个馈出回路的进线，出线仍采用照明配电柜原有出线方式，不需再另外安装其他辅助零部件。

本发明的照明线路安全保护器可以实现实时对照明线路的漏电流进行检测。该检测原理利用漏电流互感器检测出线路上的三相合成后的漏电流，通过控制器进行精确的采样和矢量计算，采用离散傅里叶算法精确计算出线路漏电流的幅值和相位，当发生设备漏电或人员触电等故障时，线路漏电流会发生突变，设故障发生前后线路漏电流幅值和相位分别为I_l,I’_l,采用余弦定理可以计算获得故障前后突变量的幅值，设该幅值为I_g，则其中计算获得线路漏电流的突变量幅值I_g后，判断该值是否超过预先设定的整定值，当突变量幅值超过整定值时，控制断路器分励脱口器动作，驱动断路器跳闸，起到全面的直接触电和间接触电保护作用。

本发明的照明线路安全保护器能够实现自动重合闸，如果线路发生故障或受到干扰导致跳闸，延时30s后保护器可通过断路器电操机构自动重合闸，若由于雷击等瞬时性故障导致跳闸，则线路能恢复供电，重合成功，若故障为不可恢复故障，保护器会立刻跳闸，重合失败。二次跳闸后延时15分钟，保护器自动进行二次重合闸。如果故障未恢复，保护器立刻跳闸，三次跳闸后延时15分钟，保护器自动进行三次重合闸。如果再次跳闸，保护器不再重合。各次跳闸后重新合闸的延时时间均可根据不同灯具的特性通过人机操作界面设定。

本发明的照明线路安全保护器集成断路器的短路及过载保护功能，当线路出现短路及过载时，断路器能及时进行跳闸切断故障回路。

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变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。