專利名稱：能識別動物觸電的鑒相鑒波觸漏電保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種緊急保護(hù)裝置，具體地說是一種能識別動物觸電的鑒相鑒波觸漏電保護(hù)器。
在
背景技術(shù)：
中，交流電網(wǎng)廣泛使用的漏電保護(hù)器又稱剩余電流動作保護(hù)器，它在交流電源相線與大地之間發(fā)生動物觸電或電氣線路、設(shè)備漏電情況時，零序電流互感器輸出的剩余電流發(fā)生變化，在檢測到剩余電流變化且達(dá)到額定值時，啟動脫扣機(jī)構(gòu)切除交流電源，以達(dá)到保護(hù)動物生命、避免發(fā)生電氣事故的目的。
根據(jù)發(fā)生人體觸電時剩余電流是突然增加的，而線路漏電在一般情況下是緩慢增加的特點(diǎn)，普通漏電保護(hù)器通常設(shè)置二個額定動作電流值，一個按允許流經(jīng)人體的安全電流取值其電流較小的突變額定動作電流值，另一個為按允許電氣線路、設(shè)備漏電的安全電流取值其電流較大的緩變額定動作電流值。據(jù)普通漏電保護(hù)器實(shí)際使用情況統(tǒng)計(jì)，其突變脫扣動作次數(shù)99％以上是電氣線路或用電設(shè)備對地突變漏電原因引起的，雖然脫扣動作時漏電電流值超過人體的安全電流值，但大多數(shù)尚未達(dá)到電氣線路、設(shè)備允許漏電的程度，屬于非必要脫扣動作。因此，確切說這類產(chǎn)品只能稱為“漏電”保護(hù)器，而非習(xí)慣所說“觸電”保護(hù)器。普通漏電保護(hù)器存在著非必要脫扣動作較多的缺點(diǎn)，對用電者造成諸多不便，供電管理者也增添了無效勞動，此乃目前漏電保護(hù)器投運(yùn)率不高的最主要原因之一。
如果能從剩余電流中識別出動物觸電信號，漏電保護(hù)器的動物觸電額定動作電流取較小值，電氣線路、設(shè)備漏電額定動作電流值取較大值，既可減少電氣線路、設(shè)備漏電引起漏電保護(hù)器的非必要脫扣動作，又可提高交流電源系統(tǒng)的安全性，并可使“觸電”保護(hù)器名符其實(shí)。
CN86203072的“突變量觸電保護(hù)器”專利采用頻率鑒別電路分離動物觸電信號，其方法確有獨(dú)到之處，但該觸電保護(hù)器在交流電網(wǎng)干擾大時，有可能還存在著非必要脫扣動作較多的情況，因交流電網(wǎng)的諸多因素會產(chǎn)生非電源基頻成份干擾，頻率鑒別方法在干擾大時難以準(zhǔn)確識別。
本實(shí)用新型目的是提供一種能準(zhǔn)確識別剩余電流中動物觸電信號、非必要脫扣動作少、無工作死區(qū)、具有節(jié)能效果的觸漏電保護(hù)器。
本實(shí)用新型目的是在觸漏電保護(hù)器中設(shè)置一個剩余電流波形鑒別電路及節(jié)能電路來實(shí)現(xiàn)的，其主要措施是它包括零序電流互感器1、剩余電流放大電路2、脫扣執(zhí)行機(jī)構(gòu)4、電源電路5，它們?nèi)嗨木€導(dǎo)線同方向穿過零序電流互感器1后經(jīng)脫扣執(zhí)行機(jī)構(gòu)4到負(fù)載，零序電流互感器1的二次側(cè)接剩余電流放大電路2的輸入端，電源電路5輸出端跟各個需直流電源的電路及需交流電源時基信號電路相連，其特征在于還具有剩余電流波形鑒別電路3，剩余電流波形鑒別電路3具有由微處理器構(gòu)成的分析判斷電路3-5，脫扣執(zhí)行機(jī)構(gòu)4由交流接觸器節(jié)能無聲運(yùn)行電路、交流接觸器電磁線圈零電壓切換電路與繼電器全壓吸動低壓保持電路構(gòu)成，交流接觸器節(jié)能無聲運(yùn)行電路由受分析判斷電路3-5控制的交流接觸器高壓吸動低壓保持電路構(gòu)成，剩余電流波形鑒別電路3的輸入輸出端分別與剩余電流放大電路2輸出端與脫扣執(zhí)行機(jī)構(gòu)4的輸入端相連。
實(shí)現(xiàn)上述目的完善措施是剩余電流波形鑒別電路3由剩余電流A/D轉(zhuǎn)換電路3-1與分析判斷電路3-5構(gòu)成，剩余電流A/D轉(zhuǎn)換電路3-1由模擬開關(guān)、采樣電容、恒流充電電路及電平比較器構(gòu)成。
剩余電流波形鑒別電路3還可由剩余電流突變量分離電路3-2、剩余電流突變量A/D轉(zhuǎn)換電路3-3、剩余電流緩變量檢測電路3-4、分析判斷電路3-5構(gòu)成。
交流接觸器電磁線圈零電壓切換電路由電源電路5、受分析判斷電路3-5控制吸動的繼電器構(gòu)成。
繼電器全壓吸動低壓保持電路由受分析判斷電路3-5控制的電壓轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。
剩余電流突變量A/D轉(zhuǎn)換電路3-3由雙極性電壓輸出的D/A轉(zhuǎn)換電路與電平比較電路構(gòu)成的。
雙極性電壓輸出的D/A轉(zhuǎn)換電路由運(yùn)算放大器和電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，該電阻網(wǎng)絡(luò)接在運(yùn)算放大器的同相端與反相端。
附

圖1是正弦交流電流經(jīng)動物及人體的角頻率ωt與電流i關(guān)系曲線圖；附圖2、3為本實(shí)用新型的兩種觸漏電保護(hù)器結(jié)構(gòu)框圖；附圖4是附圖2結(jié)構(gòu)框圖的電原理圖；附圖5是附圖3結(jié)構(gòu)框圖的電原理圖。
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型予以詳述。
經(jīng)對動物乃至自身人體進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，繪出典型的220V正弦交流電流經(jīng)動物及人體時角頻率ωt與電流i關(guān)系曲線圖見附圖1，從附圖1中可看出，在發(fā)生動物觸電時，流經(jīng)動物的電流呈鐘形波，且在很短時間內(nèi)電流波幅逐漸上升。
根據(jù)正弦交流電流經(jīng)動物特別是流經(jīng)人體所呈現(xiàn)波形的特點(diǎn)，本實(shí)用新型提出采用鑒別剩余電流波形的形狀與幅度的方法分離動物觸電信號電路。下面對本實(shí)用新型特征部分作進(jìn)一步說明，其電路結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系如前所述，不再重復(fù)。
實(shí)施例1附圖2、4為本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖與電原理圖，其剩余電流波形鑒別電路3由剩余電流A/D轉(zhuǎn)換電路3-1與分析判斷電路3-5構(gòu)成，A/D轉(zhuǎn)換電路3-1可以用A/D集成電路構(gòu)成，但成本較高。本實(shí)施例根據(jù)觸漏電保護(hù)器對A/D轉(zhuǎn)換要求的特點(diǎn)，采用模擬開關(guān)、采樣電容、恒流充電電路及電平比較器構(gòu)成A/D轉(zhuǎn)換電路3-1。A/D轉(zhuǎn)換電路3-1的IC2在分析判斷電路3-5的IC12控制下定時采樣剩余電流，IC5、C2、R1構(gòu)成恒流充電的積分電路，IC12對采樣電容C1上的電壓積分時間進(jìn)行計(jì)數(shù)，待積分電容C2的電壓過零點(diǎn)時，IC6輸出電平翻轉(zhuǎn)，IC12停止計(jì)數(shù)，其IC12的計(jì)數(shù)值即為采樣電容C1上電壓的函數(shù)。IC3、IC4構(gòu)成積分電容C2的充放電回路，IC1提供本A/D.轉(zhuǎn)換電路校準(zhǔn)電平，運(yùn)算放大器IC7-IC10作用為電平轉(zhuǎn)換。
分析判斷電路3-5的IC12根據(jù)電源電路5提供的交流電源時基信號比較正弦交流電角頻率相同時刻的剩余電流值和相位差，計(jì)算剩余電流變化量，還對如下動作進(jìn)行選擇(1)當(dāng)變化增加的剩余電流在半個周波呈鐘形波或當(dāng)變化增加的剩余電流波幅在預(yù)置用波數(shù)內(nèi)逐個周波上升且達(dá)額定值時，判斷變化增加的剩余電流為動物觸電電流。(2)在動物觸電電流的波幅與持續(xù)時間達(dá)到預(yù)置值時輸出動物觸電信號。(3)在變化增加的剩余電流無動物觸電電流特征時判斷為電氣線路、設(shè)備漏電。(4)在突然變化增加的漏電電流的波幅與持續(xù)時間達(dá)到預(yù)置突變額定動作值時輸出突變脫扣執(zhí)行信號。(5)在緩慢變化增加的漏電電流的波幅與持續(xù)時間達(dá)到預(yù)置緩變額定動作值時輸出緩變脫扣執(zhí)行信號。
需指出的是分析判斷電路3-5如果使用帶A/D轉(zhuǎn)換電路的微處理器，附圖4中A/D轉(zhuǎn)換電路3-1可取消，本實(shí)施例A/D轉(zhuǎn)換電路3-1也可以由其他類型的模/數(shù)變換電路構(gòu)成，但相對成本較高。
交流接觸器節(jié)能無聲運(yùn)行電路由受分析判斷電路3-5控制的交流接觸器直流高壓吸動低壓保持電路構(gòu)成。在交流接觸器CJ需吸合時，分析判斷電路3-5控制繼電器J1吸合，交流接觸器CJ以二極管D1整流后的高壓直流電流吸動，待0.5秒左右繼電器J1釋放，交流接觸器CJ由二極管D2-D5整流后的低壓直流電流維持吸合。經(jīng)測試整個系統(tǒng)節(jié)能率達(dá)85％以上，并達(dá)到交流接觸器無聲運(yùn)行目的。
交流接觸器電磁線圈零電壓切換電路由電源電路5與受分析判斷電路3-5控制吸動的繼電器構(gòu)成，分析判斷電路3-5根據(jù)電源電路5提供的交流時基信號，在交流高壓整流二極管D1截止時，即在流經(jīng)交流接觸器電磁線圈電流為零時控制繼電器J1、J2吸合或釋放。
交流接觸器電磁線圈零電壓切換電路還可以由晶體管與可控硅或?qū)ｉT集成電路構(gòu)成，但成本較高。本實(shí)施例利用已有的電源電路5與分析判斷電路3-5，以較低的代價構(gòu)成大電流高電壓的零電壓切換電路。
繼電器全壓吸動低壓保持電路由受分析判斷電路3-5控制的電壓轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，分析判斷電路3-5根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，控制電壓轉(zhuǎn)換電路的晶體管BG1與BG3-BG5導(dǎo)通或截止，使得繼電器J2為全壓吸合，保持電壓僅為吸合電壓的一半，即保證J2可靠吸合，又降低了觸漏電保護(hù)器電源消耗減少了整機(jī)發(fā)熱量，還加快了繼電器J2的釋放速度。
繼電器全壓吸動低壓保持電路還可以由降壓電阻與電解電容并聯(lián)后再串聯(lián)在繼電器吸動回路的方式構(gòu)成，但節(jié)能效果略差本實(shí)用新型還鑒別剩余電流的相位變化，以判斷線路漏電突變量。
本實(shí)用新型設(shè)置一個按允許流經(jīng)人體的安全電流取值的動物觸電額定動作電流值和一個按允許電氣線路、設(shè)備漏電的安全電流取值的緩變額定動作電流值，還設(shè)置一個介于動物觸電與緩變漏電額定動作電流值之間，范圍在50-100毫安之內(nèi)的突變額定動作電流值。仍設(shè)置突變額定動作電流值主要作用是如果人體處在潮濕環(huán)境中甚致水中發(fā)生觸電，流經(jīng)人體的電流在極短時間內(nèi)上升到較大的數(shù)值且恒定，此時變化的剩余電流“呈鐘形波，電流振幅在很短時間內(nèi)逐漸上升”的動物觸電特征不甚明顯，但此時人體阻抗約在500-1000歐姆左右，在交流電壓為220伏特時流經(jīng)人體電流必然達(dá)到較大的突變額定動作電流值，觸漏電保護(hù)器也能迅速脫扣。
本實(shí)用新型觸漏電保護(hù)器的動物觸電額定動作電流取值范圍在15-40毫安之間，突變額定動作電流取值范圍在50-100毫安之間，緩變額定動作電流取值范圍在200-500毫安之間，上述電流數(shù)值可根據(jù)觸漏電保護(hù)器的具體應(yīng)用場合與保護(hù)對象進(jìn)行調(diào)整。
實(shí)施例2附圖3、5為本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖與電原理圖，其與實(shí)施例1不同部分詳述如下為了減少觸漏電保護(hù)器的分析判斷電路3-5的數(shù)據(jù)處理量與存儲器容量，降低觸漏電保護(hù)器的成本，本實(shí)施例具有剩余電流突變量預(yù)分離電路和采用簡單的A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換剩余電流突變量。
本實(shí)施例剩余電流波形鑒別電路3由剩余電流突變量分離電路3-2、剩余電流突變量A/D轉(zhuǎn)換電路3-3、剩余電流緩變量檢測電路3-4、分析判斷電路3-5構(gòu)成。剩余電流突變量分離電路3-2由模擬開關(guān)IC1-IC3、采樣電容C1-C3、電容C4-C6與電阻R1-R3構(gòu)成，分析判斷電路3-5定時控制IC1-IC3將C1-C3與剩余電流放大電路2輸出接通以采樣剩余電流，電容C4-C6與電阻R1-R3構(gòu)成微分電路，以分離剩余電流的突變量，運(yùn)算放大器IC4-IC6作用為電平轉(zhuǎn)換。
剩余電流突變量A/D轉(zhuǎn)換電路3-3由雙極性電壓輸出D/A轉(zhuǎn)換電路與電平比較電路IC8-IC10構(gòu)成，以逐次比較方法對分離出的剩余電流突變量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
剩余電流突變量A/D轉(zhuǎn)換電路3-3的雙極性電壓輸出D/A轉(zhuǎn)換電路由運(yùn)算放大器IC11及電阻網(wǎng)絡(luò)R4-R11構(gòu)成，電阻網(wǎng)絡(luò)R4-R11接在運(yùn)算放大器IC11的同相端與反相端，以在分析判斷電路3-5的控制下輸出+、-極性的二進(jìn)制電壓。
緩變剩余電流檢測電路3-4由運(yùn)算放大器IC7及IC7反相端所連接的電阻R12-R13構(gòu)成，在剩余電流達(dá)到或超過緩變漏電額定值時IC7輸出信號到分析判斷電路3-5。
本實(shí)用新型以鑒別特定波形及變化量的方法來識別與分離剩余電流中動物觸電信號或電氣線路、設(shè)備突變漏電及緩變漏電信號，對動物觸電額定動作電流值可以設(shè)定得較靈敏，對不變化或變化下降的剩余電流不響應(yīng)，所以有較強(qiáng)的抗干擾能力，能明顯減少因電氣線路、設(shè)備漏電等因素引起漏電保護(hù)器的非必要脫扣動作，從而能較大程度提高觸漏電保護(hù)器的投運(yùn)率。本實(shí)用新型采用了微處理器，具有智能功能，可方便地組合成多路處理系統(tǒng)與增加交流電量顯示、觸漏電保護(hù)器的工作狀態(tài)指示等，本實(shí)用新型還可以使用在需帶觸漏電保護(hù)功能的空氣開關(guān)等裝置中。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、安全保護(hù)范圍大、非必要脫扣動作少、節(jié)能效果好等等優(yōu)點(diǎn)，提高了供電質(zhì)量與減少了供電管理者的無效勞動，同時也進(jìn)一步提高了觸漏電保護(hù)器投運(yùn)率。
權(quán)利要求1.一種能識別動物觸電的鑒相鑒波觸漏電保護(hù)器，包括零序電流互感器1、剩余電流放大電路2、脫扣執(zhí)行機(jī)構(gòu)4、電源電路5，它們?nèi)嗨木€導(dǎo)線同方向穿過零序電流互感器1后經(jīng)脫扣執(zhí)行機(jī)構(gòu)4到負(fù)載，零序電流互感器1的二次側(cè)接剩余電流放大電路2的輸入端，電源電路5輸出端跟各個需直流電源的電路及需交流電源時基信號電路相連，其特征在于還具有剩余電流波形鑒別電路3，剩余電流波形鑒別電路3具有由微處理器構(gòu)成的分析判斷電路3-5，脫扣執(zhí)行機(jī)構(gòu)4由交流接觸器節(jié)能無聲運(yùn)行電路、交流接觸器電磁線圈零電壓切換電路與繼電器全壓吸動低壓保持電路構(gòu)成，交流接觸器節(jié)能無聲運(yùn)行電路由受分析判斷電路3-5控制的交流接觸器高壓吸動低壓保持電路構(gòu)成，剩余電流波形鑒別電路3的輸入輸出端分別與剩余電流放大電路2輸出端與脫扣執(zhí)行機(jī)構(gòu)4的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑒相鑒波觸漏電保護(hù)器，其特征在于所說的剩余電流波形鑒別電路3由剩余電流A/D轉(zhuǎn)換電路3-1與分析判斷電路3-5構(gòu)成，剩余電流A/D轉(zhuǎn)換電路3-1由模擬開關(guān)、采樣電容、恒流充電電路及電平比較器構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑒相鑒波觸漏電保護(hù)器，其特征在于所說的剩余電流波形鑒別電路3由剩余電流突變量分離電路3-2、剩余電流突變量A/D轉(zhuǎn)換電路3-3、剩余電流緩變量檢測電路3-4、分析判斷電路3-5構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑒相鑒波觸漏電保護(hù)器，其特征在于所說的交流接觸器電磁線圈零電壓切換電路由電源電路5、受分析判斷電路3-5控制吸動的繼電器構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑒相鑒波觸漏電保護(hù)器，其特征在于所說的繼電器全壓吸動低壓保持電路由受分析判斷電路3-5控制的電壓轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鑒相鑒波觸漏電保護(hù)器，其特征在于所說的剩余電流突變量A/D轉(zhuǎn)換電路3-3由雙極性電壓輸出的D/A轉(zhuǎn)換電路與電平比較電路構(gòu)成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鑒相鑒波觸漏電保護(hù)器，其特征在于所說的雙極性電壓輸出的D/A轉(zhuǎn)換電路由運(yùn)算放大器和電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，該電阻網(wǎng)絡(luò)接在運(yùn)算放大器的同相端與反相端。
專利摘要一種能識別動物觸電的鑒相鑒波觸漏電保護(hù)器,包括零序電流互感器1、剩余電流放大電路2、剩余電流波形鑒別電路3、脫扣執(zhí)行機(jī)構(gòu)4、電源電路5,運(yùn)用微處理器判斷剩余電流特定波形及剩余電流變化量來分離動物觸電信號,它可廣泛地應(yīng)用在交流電網(wǎng)中,對動物觸電起到可靠的保護(hù)作用。本實(shí)用新型具有安全保護(hù)范圍大,非必要脫扣動作少、節(jié)能效果好等優(yōu)點(diǎn),提高了供電質(zhì)量與保護(hù)器投運(yùn)率,減少了供電管理者的無效勞動。
文檔編號H02H3/14GK2378864SQ9921515
公開日2000年5月17日 申請日期1999年6月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月21日
發(fā)明者張寶明 申請人:張寶明