[发明专利]一种任意波形下无死区漏电保护方法及装置

说明书

技术领域

本发明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，特别是一种任意波形下无死区漏电保护方法及装置。

背景技术

剩余电流动作保护技术(漏电保护技术)是低压电网中广泛应用的一种防止漏电火灾和人身触电事故的技术。由于线路分布阻抗和用电设备正常泄漏电流的作用，在三相供电线路中存在一定的正常漏电电流，即固有漏电电流。该电流分布于电网不同位置和不同用电设备中，其危害远小于集中于一点的漏电产生的危害，既不会影响用电设备正常工作，也不会引起人身安全问题。然而，当有设备漏电或有人触电时，故障漏电或触电电流与电网中固有的漏电电流的相位可能相反，造成剩余电流不仅不增大，反而减小，此时漏电保护器应当动作而不能动作，出现漏电保护死区，以至于引起漏电损失和触电伤亡事故。随着变频器、医疗设备和UPS等非线性负载的不断增多，漏电电流并不完全是正弦信号，可能是任意波形的复杂信号，使漏电保护死区问题变得更加复杂。

剩余电流动作保护器(漏电保护器)是低压电网中的一种重要设备，在防止漏电火灾和保护人身触电方面起着重要的作用。目前，变频器、医疗设备和UPS系统在工业上的应用越来越广泛，当它们发生故障时，有可能产生频率高达1kHz的高频剩余电流甚至是平滑直流剩余电流，但是现有的漏电保护器只能检测和保护工频范围内的剩余正弦交流或剩余脉动直流漏电电流，不能检测和保护这些高频或平滑直流漏电电流。

为了克服这个问题，许多人提出了解决方案：

专利EP 356344 B1公开了一种对AC、DC或周期性故障电流灵敏的对地漏电保护装置。这种装置包括由激磁电路交替激磁的2个次级绕组。根据由对地漏电故障电流引起的磁场的偏移和磁路的饱和，利用时间积分(integration times)测量故障信号。

专利US 4276510公开了一种用于检测对地漏电故障电流的装置，其具有一环形铁心形式的互感器。在这种装置中，处理电路能使一返回或补偿电流向回发送到环形铁心，以补偿由故障电流引起的偏移。在这种情况下，由于补偿电流与故障电流成比例，提供取决于补偿电流的测量信号以用于处理故障。

总之，已有的技术都没有很好地解决剩余电流保护装置中存在的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种任意波形下无死区漏电保护方法及装置，该保护器能够实现对电网频率及其倍频剩余正弦交流、剩余脉动直流和剩余平滑直流漏电电流的检测和保护。用于该保护器的互感器的环形铁心采用软磁材料(矫顽力<3A/m，剩磁>0.5T,初始磁导率>1000)制成，在铁心上绕有次级绕组，用于施加激励信号。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种任意波形下无死区漏电保护方法及装置，包括互感器1、激磁电压源2、激磁电压频率检测电路3、低通滤波器4、信号放大电路5、电网频率检测电路6、微处理器7、脱扣电路8、脱扣器9、漏电保护器10、电源11及采样电阻12，所述A、B、C相线和中线N穿过互感器1，采样电阻12、互感器次级绕组串联与激磁电压源2三者串联，低通滤波器4和信号放大电路5组成信号调理电路，所述采样电阻12一端通过信号调理电路连接微处理器7；所述频率检测电路3的输入与激磁电压源2连接，所述频率检测电路3的输出与微处理器7连接；微处理器7输出与脱扣电路8连接，脱扣电路8的输出与脱扣器9相连，脱扣器9的动作受微处理器7的控制，所述脱扣器9与漏电保护器10连接，所述电源11与各部分电路连接。

所述的漏电保护器10为漏电断路器或漏电继电器。

所述激磁电压源2是由R14、R19、R20、R21、R22、R23、三极管Q2、Q3和放大器U5B构成的、差分运算放大器U8A和由R24构成的采样电阻12串联。

所述电源11由变压器T1、二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、集成稳压器U2、光耦U3、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C14、电感L1、L2和电阻R1组成，T1输出的电压经二极管D1、D6整流后输出到电感L1、L2。

所述激磁电压频率检测电路3由D15、R16、R17构成，由激磁电压源2发出的方波信号通过激磁电压频率检测电路3输入微处理器7。

所述低通滤波器4是由R32、C27及运算放大器U9A构成的电压跟随器组成一个一阶滤波器和由运算放大器U9B、R26、R30、R31、C25、C26构成的二阶滤波器共同构成的三阶滤波器组成。