低压配电柜中性线断线保护装置和检测方法与流程

本发明低压配电柜中性线断线保护装置和检测方法，属于电力设备保护的技术领域。

背景技术：

在低压配电变压器中性点直接接地的三相四线制系统中，电源通常是对称的，但是常常会因三相负荷的不对称导致中性线始终有电流存在；由于三相负载不平衡，中性线断线往往会导致用户相电压大幅升高，影响用电设备安全。

在实际运行中，配电变压器中性线接线柱至低压综合箱总保护开关处，由于外力、氧化等作用极易发生中性线断线故障，给用户和供电单位带来了严重的经济损失；因此需要在低压配电柜中增设中性线断线保护装置，保证在出现中性线断线时能迅速跳开低压配电柜总开关，保证各分支线路所带用电设备安全。

目前，低压配电开关柜中性线断线保护装置主要有三种：

一种方法是中性线上安装重复接地实现过电压保护，这样在发生断线后，电源中性点和用户中性点就可以通过重复接地继续连接，然而重复接地仅适用于10kw以下负荷较轻的线路，负荷稍重时其作用很小，且投资大、效果差、后期维护工作量大；

第二种方法是中性线断线零序电流差动保护，主要将两台变比完全相同的电流互感器分别安装在配电柜的中性线和三相线路中；当中性线完好时，两台电流互感器二次侧电流大小相等、相位相反、继电器不动作，当中性线断线后，流过继电器的电流变为三相电流之和，此时将启动继电器动作，同时发信号至分励脱扣器，断路器跳闸，切断负载电源，起到保护用电设施的目的，但是该类型保护装置造价高、接线复杂；

第三种方法是过电压保护，主要是运用中性线断线后每相电压升高大于额定相电压时动作继电器跳主开关，当中性线完好时，三相分装的过压继电器等于负载相电压，且为电网额定相电压，继电器不动作；当中性线断线后，任何相都会出现过电压，继电器动作并发信号至分励脱扣器，断路器跳闸、切断负载电源；该类型保护装置受三相不平衡度影响较大，在三相负载的不平衡度小于25%时，过电压保护装置动作灵敏，可以准确判断中性线断线并动作跳闸；一旦三相负载不平衡度超过25%时，每相实际电压会发生严重畸变，导致判据不好实现，出现保护装置误动作的现象。

技术实现要素：

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种结构简单、实施方便、能够迅速对中性线断线情况进行判断的压配电柜中性线断线保护装置及检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

低压配电柜中性线断线保护装置，包括降压整流电路、稳压电路、信号监测电路、逻辑判别电路、信号输出电路和执行电路；所述降压整流电路的电源输入端与负荷侧交流电压的输出端相连，所述降压整流电路的电源出输出端与稳压电路的电源输入端相连，所述稳压电路的电源输出端分别与信号监测电路的电源输入端、逻辑判别电路的电源输入端和信号输出电路的电源输入端相连；所述信号监测电路的输入端与负荷侧交流电压的中性线相连，所述信号监测电路的输出端与逻辑判别电路的第一输入端相连，所述信号输出电路的输出端与逻辑判别电路的第二输入端相连；所述逻辑判别电路和信号输出电路之间串接有执行电路；所述执行电路与三相联动断路器相连。

优选地，所述降压整流电路的电路结构为：包括变压器t1和整流桥ur1，所述稳压电路包括稳压器u1和电容c1；所述变压器t1一次侧的第一输入端与负荷侧交流电压的l1相线相连，所述变压器t1一次侧的第二输入端与负荷侧交流电压的l3相线相连；所述变压器t1二次侧的第一输出端与整流桥ur1的正向交流输入端相连，所述变压器t1二次侧的第二输出端与整流桥ur1的负向交流输入端相连，所述整流桥ur1的输出正端与稳压器u1的输入端vin相连，所述稳压器u1的接地端gnd与电容c1的一端、整流桥ur1的输出负端连接后接地；所述稳压器u1的输出端vout与电容c1的另一端相连后与稳压电路的电源输出端v0相连。

优选地，所述信号监测电路包括电流互感器l1，所述电流互感器l1套设在负荷侧中性线n上，所述电流互感器l1的一端串接二极管d1后与电容c2的一端、电阻r1的一端均相连；所述电容c2的另一端与电流互感器l1的另一端、电阻r2的一端、三极管q1的发射极、信号监测电路的输出端a0均相连；所述电阻r1的另一端与三极管q1的基极相连，所述三极管q1的集电极与稳压电路的电源输出端v0相连，所述电阻r2的另一端接地。

所述逻辑判别电路包括单片机u2、电阻r3和三极管q2，所述信号输出电路包括继电器ka和二极管d2；所述单片机u2的第一输入端与信号监测电路的输出端a0相连，所述单片机u2的第二输入端与电阻r3的一端相连，所述电阻r3的另一端与三极管q2的基极相连，所述三极管q2的发射极与信号监测电路的输出端a0相连，所述三极管q2的集电极与继电器ka的线圈ka1.1的一端、二极管d2的负极均相连，所述线圈ka1.1的另一端与二极管d2的正极、单片机u2的接地端均相连。

优选地，所述执行电路包括脱扣器yt，所述脱扣器yt设置在负荷侧交流电压的l1-l2相线之间，所述继电器ka的常开触点ka1.2设置在脱扣器yt上；所述脱扣器yt用于控制三相联动断路器的通断。

优选地，还包括：报警电路，所述报警电路包括报警灯l1和蜂鸣器bl1，所述报警灯l1的一端与低压配电柜负荷侧的中性线n相连，所述报警灯l1的另一端依次串接蜂鸣器bl1、继电器ka的常开触点ka1.3后与负荷侧交流电压的l1相线相连。

相应地，低压配电柜中性线断线检测方法，包括下列步骤：

s1，降压整流电路的电源输入端与负荷侧交流电压的输出端相连，所述降压整流电路的输出端与稳压电路的输入端相连，所述稳压电路的电源输出端分别与信号监测电路的电源输入端、逻辑判别电路的电源输入端和信号输出电路的电源输入端相连；

s2，信号监测电路的输入端与负荷侧交流电压的中性线相连，所述信号监测电路的输出端与逻辑判别电路的第一输入端相连；

s3，所述信号输出电路的输出端与逻辑判别电路的第二输入端相连；

s4，逻辑判别电路根据第一输入端和第二输入端输入的信号进行判断，当中性线断线时发出指令至执行电路；

s5，执行电路接收到指令，使得三相联动断路器断开。

具体的，还包括：报警电路，所述报警电路与执行电路相连，当中性线断线时，所述报警电路发出声光报警信号。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明中，通过监测中性线电流是否有值来判断中性线断线状态，当中性线断线后，发出跳闸指令并切断三相联动断路器，本发明结构简单、实施方便、判据简单且反应灵敏，自动化水平高，能够有效的检测中性线断线情况，工业应用性好。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明实施例一提供的低压配电柜中性线断线保护装置的电路结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的低压配电柜中性线断线保护装置的电路原理图；

图3为本发明实施例二提供的低压配电柜中性线断线保护装置的电路结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的低压配电柜中性线断线保护装置中报警电路的电路原理图；

图中：1为降压整流电路，2为稳压电路，3为信号监测电路，4为逻辑判别电路，5为信号输出电路，6为执行电路，7为报警电路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一提供的低压配电柜中性线断线保护装置的电路结构示意图，如图1所示，低压配电柜中性线断线保护装置，其特征在于包括：降压整流电路1、稳压电路2、信号监测电路3、逻辑判别电路4、信号输出电路5和执行电路6；所述降压整流电路1的电源输入端与负荷侧交流电压的输出端相连，所述降压整流电路1的电源出输出端与稳压电路2的电源输入端相连，所述稳压电路2的电源输出端分别与信号监测电路3的电源输入端、逻辑判别电路4的电源输入端和信号输出电路5的电源输入端相连；所述信号监测电路3的输入端与负荷侧交流电压的中性线相连，所述信号监测电路3的输出端与逻辑判别电路4的第一输入端相连，所述信号输出电路5的输出端与逻辑判别电路4的第二输入端相连；所述逻辑判别电路4和信号输出电路5之间串接有执行电路6，所述执行电路（6）与三相联动断路器相连。

本发明中，通过监测中性线电流是否有值来判断中性线断线状态，当中性线断线后，发出跳闸指令并切断三相联动断路器，本发明结构简单、实施方便、判据简单且反应灵敏，自动化水平高，能够有效的检测中性线断线情况，工业应用性好。

图2为本发明实施例一提供的低压配电柜中性线断线保护装置的电路原理图，如图2所示：所述降压整流电路1的电路结构为：包括变压器t1和整流桥ur1，所述稳压电路2包括稳压器u1和电容c1；所述变压器t1一次侧的第一输入端与负荷侧交流电压的l1相线相连，所述变压器t1一次侧的第二输入端与负荷侧交流电压的l3相线相连；所述变压器t1二次侧的第一输出端与整流桥ur1的正向交流输入端相连，所述变压器t1二次侧的第二输出端与整流桥ur1的负向交流输入端相连，所述整流桥ur1的输出正端与稳压器u1的输入端vin相连，所述稳压器u1的接地端gnd与电容c1的一端、整流桥ur1的输出负端连接后接地；所述稳压器u1的输出端vout与电容c1的另一端相连后与稳压电路2的电源输出端v0相连；本发明中所述变压器t1和负荷侧380v交流电压的l1、l3相线的接口处设置有熔断器，所述熔断器用于保护整个装置的用电安全，以免烧毁设备；本实施例一中，所述整流桥ur1将交流电变为15v的直流电；所述稳压电路2输出+5v的直流电。

具体地，所述信号监测电路3包括电流互感器l1，所述电流互感器l1套设在负荷侧中性线n上，所述电流互感器l1的一端串接二极管d1后与电容c2的一端、电阻r1的一端均相连；所述电容c2的另一端与电流互感器l1的另一端、电阻r2的一端、三极管q1的发射极、信号监测电路3的输出端a0均相连；所述电阻r1的另一端与三极管q1的基极相连，所述三极管q1的集电极与稳压电路2的电源输出端v0相连，所述电阻r2的另一端接地；本实施例一中，所述三极管q1为npn型三极管，所述二极管d1可起到防止反向电流倒流回中性线，影响一次回路；电容c2起到滤波的作用。

所述逻辑判别电路4包括单片机u2、电阻r3和三极管q2，所述信号输出电路5包括继电器ka和二极管d2；所述单片机u2的第一输入端与信号监测电路3的输出端a0相连，所述单片机u2的第二输入端与电阻r3的一端相连，所述电阻r3的另一端与三极管q2的基极相连，所述三极管q2的发射极与信号监测电路3的输出端a0相连，所述三极管q2的集电极与继电器ka的线圈ka1.1的一端、二极管d2的负极均相连，所述线圈ka1.1的另一端与二极管d2的正极、单片机u2的接地端均相连；所述三极管q2为pnp型三极管；所述二极管d2为续流二极管；所述二极管d2所起的作用是：本实施例一中，由于三相联动断路器8切断电源时，根据楞次定律，会有高电压通过继电器ka、三极管q2，为了保护继电器ka、三极管q2不被烧毁，在这里设置有二极管d2。

进一步地，所述执行电路6包括脱扣器yt，所述脱扣器yt设置在负荷侧交流电压的l1-l2相线之间，所述继电器ka的常开触点ka1.2设置在脱扣器yt上；所述脱扣器yt用于控制三相联动断路器的通断。

图3为本发明实施例二提供的低压配电柜中性线断线保护装置的电路结构示意图；图4为本发明实施例二提供的低压配电柜中性线断线保护装置中报警电路的电路原理图；如图3、图4所示，还可包括：报警电路7，所述报警电路7包括报警灯l1和蜂鸣器bl1，所述报警灯l1的一端与低压配电柜负荷侧的中性线n相连，所述报警灯l1的另一端依次串接蜂鸣器bl1、继电器ka的常开触点ka1.3后与低压配电柜负荷侧的l1相线相连；所述的报警电路6在切断三相联动断路器的同时可发出声光报警信息，对工作人员起到警示作用。

低压配电柜中性线断线检测方法，包括下列步骤：

s1，降压整流电路1的电源输入端与负荷侧交流电压的输出端相连，所述降压整流电路1的输出端与稳压电路2的输入端相连，所述稳压电路2的电源输出端分别与信号监测电路3的电源输入端、逻辑判别电路4的电源输入端和信号输出电路5的电源输入端相连；

s2，信号监测电路3的输入端与负荷侧交流电压的中性线相连，所述信号监测电路3的输出端与逻辑判别电路4的第一输入端相连；

s3，所述信号输出电路5的输出端与逻辑判别电路4的第二输入端相连；

s4，逻辑判别电路4根据第一输入端和第二输入端输入的信号进行判断，当中性线断线时发出指令至执行电路6；

s5，执行电路6接收到指令，使得三相联动断路器断开。

具体地，还包括：报警电路7，所述报警电路7与执行电路6相连，当中性线断线时，所述报警电路7发出声光报警信号。

本发明提供一种结构简单、安装方便、测量准确的保护装置，能够有效保护用电设备的安全，提高了低压供电质量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。