CN101060243A - 断零保护方法及其控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种断零保护方法及其控制电路，其方法分为取样、比较与执行、恢复供电四个步骤；同时公开的相应控制电路，包括对零线与地线之间电压检测和零线与三相之间的检测，只要零线与地线、零线与三相任何一相电压超过预设的基准电压，其执行机构均同进断开相线与零线。这样，本发明就可确保电路及财产的安全。另外，也使窃电者无法利用任何一根线窃电。

Description

断零保护方法及其控制电路

技术领域

本发明涉及一种当工作零线断开时，工作电路负荷不平衡，负载中性点电位发生漂移的断零保护方法及其控制电路。

现有技术

现在低压配电***中，一般有IT、TT、TN三大配电***，采用较多为TN-S三相五线制配电***。但是，当***工作零线断开时，如果家里用电负荷不平衡，则负载中性点电位发生漂移，使三相电压失去平衡，就可能导致其中一相或两相的电压升高，负载越重电压偏差越大，从而引起某一相的用电器很快被烧坏。

据报，广东曾有一花园别墅，在片刻间家里的家用电器基本烧坏，损失近十万元，经检查就属于三相五线制供电主回路过线箱工作零线接头烧断而引起。

随着人们生活水平的提高，家用电器逐渐增多，用电需求也随着增大。由于供电进户线大多采有用三相五线制，一旦某个环节引起断零，其后果不堪设想。因此，供电部门急需解决断零保护的问题。

技术方案

本发明解决的技术问题是可在断零时，迅速切断电源的断零保护方法及其控制电路。

当断零故障后，本控制电路可自动恢复供电。

本发明的技术方案是：一种断零保护方法，它包括如下步骤：

a)取样，即对零线电压取样；

b)比较，即将零线与地线之间的电压或零线与相线之间的电压输入比较器，与预设基准电压进行比较；

c)执行，当电路发生异常电压时，取样电压高出基准电压时，比较器输出一个信号，通知控制电路切断电源；

d)恢复供电，即当电路电压正常后，控制电路自动恢复供电。

所述对零线电压取样包括零线对地电压的取样和零线分别对A、B、C三相电压取样。

所述基准电压为：当为对零线对地电压的取样时，其基准电压为0伏；当零线分别对A、B、C三相电压取样时，其基准电压为大于250伏。

所述控制电路包括执行机构，所述执行机构可为继电器、接触器或可控硅。

提供一种与上述方法相配的断零保护控制电路，包括电源电路、电压检测电路及控制电路；电源电路给电压检测电路及控制电路提供电源，电压检测电路检测零线与地线之间电压，并与基准电压进行比较，输出信号给控制电路；控制电路通过执行元件同时切断零线与相线。

所述电源电路的结构为：包括元件电阻R3、R4、R5、电容C1、C2、二极管D5-D8、三极管T1、T2；A相经电容C1、电阻R3降压，经桥堆D5-D8整流，电阻R4、R5、三极管T2、T3稳压、C2滤波后，提供工作电压。

所述电压检测电路的结构为：电压检测电路包括取样电路和比较电路两个部分；所述取样电路零线N与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连，再与二极管D1的负极、D2的正极相连；二极管D1的正极与D3的正极相连，二极管D2的负极与D4的负极相连，二极管D3的负极与D4的正极相连，再与电阻R2的另一端连接后与地线相连接；二极管D1的正极与电容C1的负极相连；所述比较电路由电阻R8、R9、比较器A0组成；电阻R8的一端与电容C1的正极相连接，电阻R9的一端与电容C1的负极相连接，电阻R8的另一端与R9的另一端相连后再与比较器A0的反相输入端相连，比较器A0的同相输入端与二极管D2、D4的负极相连，比较器A0的电源正端接电容C2的正极，电源负端接电容C2的负极。当零线N对地没有电压时，继电器始终闭合正常供电；当零线N对地有电压过高时，比较器A0输出信号，使三极管T3导通、T4、T5截止，继电器J1、J2断开，中断供电，当断零故障后，则三极管T3截止，三极管T4、T5导通，电路自动恢复供电。

所述控制电路的结构为：包括接触器CJ、继电器J、发光二极管LED，二极管D9、电阻R6、R7、三极管T3、T4、T5组成；三极管T3的基极与比较器A0的输出端相连，三极管T3、T5的发射极与电容C1的负极相连；三极管T3集电极与三极管T4的基极，电阻R6的一端相连，电阻R7的一端、二极管D9的负极、继电器J线包一端相连接再与电容C2的正极相连，电阻R6的另一端与三极管T3的集电极、三极管T4的基极相连，T4的发射极与T5的基极相连接，三极管T4、T5的集电极与继电器线包的另一端二极管D9的正极，发光二极管LED的负极相连，发光二极管LED的正极与电R7的另一端相连；接触器CJ线包一端接电源A相，另一端接继电器J的常开触点的一端，继电器J常开触点的另一端接电源C相。

作为对上述发明的进一步改进，还提供一种与上述方法相配的断零保护控制电路，包括电源电路、电压检测电路及控制电路；电源电路给电压检测电路及控制电路提供电源，电压检测电路分别检测零线与A、B、C之间电压，并与基准电压进行比较，输出信号给控制电路；控制电路通过执行元件同时切断零线与相线。

所述电源电路的结构为：包括电容C1、C2电阻R13、R7、R8三极管T1、T2组成；电容C1的一端与电阻R13的一端相连，再与电源A相连接，电容C1的另一端与电阻R13的一端相连，再与三极管D16的负极、D18的正极相连，二极管D17的负极与D19的正极相连再与零线相连接，二极管D17的正极与D16的正极相连后再与电容C2的负极，电阻R8的一端三极管T2的发射极相连，二极管D18的负极与D19的负极相连后再与电容C2的正极、电阻R7的一端、三极管T1、T2的集电极相连接；电阻R7的另一端与电阻R8的另一端相连再与三极管T1的基本极相接，三极管T1的发射极与三极管T2的基极相连；三极管T2的发射极与电容C2的负极相连。

所述电压检测电路包括三相取样电路和三相比较电路；

电压取样电路由电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12组成；

电源A相与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连再与二极管D1的负极、D2的正极相连；二极管D1的正极与D3的正极相连，二极管D2的负极与D4的负极相连，二极管D3的负极与D4的正极相连再与电阻R2的另一端连接后与零线相连接；二极管D1的正极与电容C2的负极相连；

电源B相与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与电阻R4的一端相连再与二极管D5的负极、D6的正极相连；二极管D5的正极与D7的正极相连，二极管D6的负极与D7的负极相连，二极管D8的负极与D7的正极相连再与电阻R4的另一端连接后与零线相连接；二极管D5的正极与电容C2的负极相连；

电源C相与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与电阻R6的一端相连再与二极管D9的负极、D10的正极相连；二极管D9的正极与D11的正极相连，二极管D10的负极与D12的负极相连，二极管D11的负极与D12的正极相连再与电阻R6的另一端连接后与零线相连接；二极管D9的正极与电容C2的负极相连；

比较电路由电阻R11、R12、比较器A1、A2、A3、二级管D13、D14、D15组成；电阻R11的一端与电容C2的正极相连接，电阻R12的一端与电容C2的负极相连接，电阻R11的另一端与R12的另一端相连后再与比较器A1、A2、A3的反相输入端相连；

比较器A1的同相输入端与二极管D2、D4的负极相连，比较器A1的输出端与二极管D13的正极相连；

比较器A2的同相输入端与二极管D6、D7的负极相连，比较器A1的输出端与二极管D14的正极相连，比较器A3的同相输入端与二极管D10、D12的负极相连；

比较器A3的输出端与二极管D15的正极相连，比较器A1、A2、A3的电源正端与电容C2的正极相连，负极与电容C2的负极相连。

所述执行电路的结构为：执行电路由接触器CJ、继电器J、发光二极管LED，二极管D20、电阻R9、R10、三极管T3、T4、T5组成；三极管T3的基极与二极管D13、D14、D15的负极相连，三极管T3、T5，发射极与电容C2的负极相连；集电极与三极管T4的基极，电阻R9的一端相连，电阻R10的一端、二极管D20的负极、继电器J线包一端相连接再与电容C2的正极相连，电阻R9的另一端与三极管T3的集电极、三极管T4的基极相连，T4的发射极与T5的基极相连接，三极管T4、T5的集电极与继电器线包的另一端二极管D20的正极，发光二极管LED的负极相连，发光二极管LED的正极与电R10的另一端相连；接触器CJ线包的一端接电源A相，另一端接继电器J的常开触点的一端，继电器J常开触点的另一端接电源C相。

本发明具有如下优点：

本发明提供的方法及相关的电路，它可以有效地检测零线对地线、以及零线与A、B、C之间电压，并与各自的基准电压进行比较。当零线发生烧断或脱落现象时，线路上的负载中性点发生漂移，使三相电压失去平衡，就有可能导致其中一相或两相电压升高；负载重的压电低、负载轻的电压高，可能导致用户的电器烧毁。当发生这种情后，本电路的执行电路可迅速同时切断电源的相线和零线，这样确保电路及财产的安全。另使窃电者无法利用任何一根线窃电。

本电路的电源电路采用了电容降压，这种方式其具有电压变化的范围大，经过稳压后，使电路能够稳定可靠的工作的优点。此外，本电路还具有故障排除后，自动恢复供电的功能。

附图说明

图1：为本发明方法工作原理方框示意图；

图2：为本发明一种零线对地线控制的电路原理示意图；

图3：为本发明另一种零线对三相线控制的电路原理示意图。

实施方式

请参见图1，图1为本发明方法工作原理方框示意图；从图可知，

本发明方法包括如下步骤：

取样，即对零线电压取样；

比较，即将零线电压输入比较器，与预设基准电压进行比较；

执行，当输入电压高出基准电压时，比较器输出一个信号，通知执行机构切断电源。

零线对地电压的取样时，在零线N(参见图2)与地线L之间接有两个取样电阻，在两电阻之间取出电压信号，经整流后输入比较器。

零线分别对A、B、C三相电压取样。三相线与零线N之间分别接有各自的取样电阻，将取出的电压信号经整流后输入比较器，只要任何一相电压超过基准电压，则控制电路的执行机构动作。

所述基准电压为：当为对零线对地电压的取样时，其基准电压为0伏；当零线分别对A、B、C三相电压取样时，其基准电压为大于250伏。

所述执行机构为继电器、接触器或可控硅。

请参见图2，图2为本发明一种零线对地线控制的电路原理示意图。它是一种与上述方法相配的断零保护控制电路，包括电源电路、电压检测电路及控制电路。

电源电路包括元件电阻R3、R4、R5、电容C1、C2、二极管D5-D8、三极管T1、T2；A相经电容C1、电阻R3降压，经桥堆D5-D8整流，电阻R4、R5、三极管T2、T3稳压、C2滤波后，提供工作电压。

电压检测电路包括取样电路和比较电路两个部分。

取样电路零线N与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连，再与二极管D1的负极、D2的正极相连；二极管D1的正极与D3的正极相连，二极管D2的负极与D4的负极相连，二极管D3的负极与D4的正极相连，再与电阻R2的另一端连接后与地线相连接；二极管D1的正极与电容C1的负极相连。

比较电路由电阻R8、R9、比较器A0组成；电阻R8的一端与电容C1的正极相连接，电阻R9的一端与电容C1的负极相连接，电阻R8的另一端与R9的另一端相连后再与比较器A0的反相输入端相连，比较器A0的同相输入端与二极管D2、D4的负极相连，比较器A0的电源正端接电容C2的正极，电源负端接电容C2的负极。

执行电路由接触器CJ、继电器J、发光二极管LED，二极管D9、电阻R6、R7、三极管T3、T4、T5组成；三极管T3的基极与比较器A0的输出端相连，三极管T3、T5，发射极与电容C1的负极相连；集电极与三极管T4的基极，电阻R6的一端相连，电阻R7的一端、二极管D20的负极、继电器J线包一端相连接再与电容C2的正极相连，电阻R6的另一端与三极管T3的集电极、三极管T4的基极相连，T4的发射极与T5的基极相连接，三极管T4、T5的集电极与继电器线包的另一端二极管D9的正极，发光二极管LED的负极相连，发光二极管LED的正极与电R7的另一端相连；接触器CJ线包一端接电源A相，另一端接继电器J的常开触点的一端，继电器J常开触点的另一端接电源C相。当零线N对地没有电压时，继电器始终闭合正常供电；当零线N对地有电压过高时，T3导通、T4、T5截止，继电器J1、J2断开，中断供电、从而实现零线过压保护功能。当电压正常后，三极管T4、T5导通，三极管T3截止，则自动恢复供电。

请参见图3，它是与上述方法相配的又一种断零保护控制电路，包括电源电路、电压检测电路及控制电路；电源电路给电压检测电路及控制电路提供电源，电压检测电路分别检测零线与A、B、C之间电压，并与基准电压进行比较，输出信号给控制电路；控制电路通过执行元件同时切断零线与相线。

其电源电路由电容C1、C2电阻R13、R7、R8三极管T1、T2组成；电容C1的一端与电阻R13的一端相连，再与电源A相连接，电容C1的另一端与电阻R13的一端相连，再与三极管D16的负极、D18的正极相连，二极管D17的负极与D19的正极相连再与零线相连接，二极管D17的正极与D16的正极相连后再与电容C2的负极，电阻R8的一端三极管T2的发射极相连，二极管D18的负极与D19的负极相连后再与电容C2的正极、电阻R7的一端、三极管T1、T2的集电极相连接；电阻R7的另一端与电阻R8的另一端相连再与三极管T1的基本极相接，三极管T1的发射极与三极管T2的基极相连；三极管T2的发射极与电容C2的负极相连。

电压检测电路包括三相取样电路和三相比较电路；

电压取样电路由电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12组成；

电源A相与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连再与二极管D1的负极、D2的正极相连；二极管D1的正极与D3的正极相连，二极管D2的负极与D4的负极相连，二极管D3的负极与D4的正极相连再与电阻R2的另一端连接后与零线相连接；二极管D1的正极与电容C2的负极相连；

电源B相与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与电阻R4的一端相连再与二极管D5的负极、D6的正极相连；二极管D5的正极与D7的正极相连，二极管D6的负极与D7的负极相连，二极管D8的负极与D7的正极相连再与电阻R4的另一端连接后与零线相连接；二极管D5的正极与电容C2的负极相连；

电源C相与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与电阻R6的一端相连再与二极管D9的负极、D10的正极相连；二极管D9的正极与D11的正极相连，二极管D10的负极与D12的负极相连，二极管D11的负极与D12的正极相连再与电阻R6的另一端连接后与零线相连接；二极管D9的正极与电容C2的负极相连；

比较电路由电阻R11、R12、比较器A1、A2、A3、二级管D13、D14、D15组成；电阻R11的一端与电容C2的正极相连接，电阻R12的一端与电容C2的负极相连接，电阻R11的另一端与R12的另一端相连后再与比较器A1、A2、A3的反相输入端相连；

比较器A1的同相输入端与二极管D2、D4的负极相连，比较器A1的输出端与二极管D13的正极相连；

比较器A2的同相输入端与二极管D6、D7的负极相连，比较器A1的输出端与二极管D14的正极相连，比较器A3的同相输入端与二极管D10、D12的负极相连；

比较器A3的输出端与二极管D15的正极相连，比较器A1、A2、A3的电源正端与电容C2的正极相连，负极与电容C2的负极相连。

执行电路由接触器CJ、继电器J、发光二极管LED，二极管D20、电阻R9、R10、三极管T3、T4、T5组成；三极管T3的基极与二极管D13、D14、D15的负极相连，三极管T3、T5，发射极与电容C2的负极相连；集电极与三极管T4的基极，电阻R9的一端相连，电阻R10的一端、二极管D20的负极、继电器J线包一端相连接再与电容C2的正极相连，电阻R9的另一端与三极管T3的集电极、三极管T4的基极相连，T4的发射极与T5的基极相连接，三极管T4、T5的集电极与继电器线包的另一端二极管D20的正极，发光二极管LED的负极相连，发光二极管LED的正极与电R10的另一端相连；接触器CJ线包的一端接电源A相，另一端接继电器J的常开触点的一端，继电器J常开触点的另一端接电源C相。

Claims (11)

1、一种断零保护方法，它包括如下步骤：

A、取样，即对零线电压取样；

B、比较，即将零线与地线之间的电压或零线与相线之间的电压输入比较器，与预设基准电压进行比较；

C、执行，当电路发生异常电压时，取样电压高出基准电压时，比较器输出一个信号，通知控制电路切断电源；

D、恢复供电，即当电路电压正常后，控制电路自动恢复供电。

2、根据权利要求1所述的断零保护方法，其特征在于：所述对零线电压取样包括零线对地电压的取样和零线分别对A、B、C三相电压取样。

3、根据权利要求1所述的断零保护方法，其特征在于：所述基准电压为：当为对零线对地电压的取样时，其基准电压为0伏；当零线分别对A、B、C三相电压取样时，其基准电压为大于250伏。

4、一种断零保护控制电路，其特征在于：包括电源电路、电压检测电路及控制电路；电源电路给电压检测电路及控制电路提供电源，电压检测电路检测零线与地线之间电压，并与基准电压进行比较，输出信号给控制电路；控制电路通过执行元件同时切断零线与相线。

5、根据权利要求5所述的断零保护控制电路，其特征在于：

所述电源电路的结构为：包括元件电阻R3、R4、R5、电容C1、C2、二极管D5-D8、三极管T1、T2；A相经电容C1、电阻R3降压，经桥堆D5-D8整流，电阻R4、R5、三极管T2、T3稳压、C2滤波后，提供工作电压。

6、根据权利要求5所述的断零保护控制电路，其特征在于：所述电压检测电路的结构为：电压检测电路包括取样电路和比较电路两个部分；所述取样电路零线N与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连，再与二极管D1的负极、D2的正极相连；二极管D1的正极与D3的正极相连，二极管D2的负极与D4的负极相连，二极管D3的负极与D4的正极相连，再与电阻R2的另一端连接后与地线相连接；二极管D1的正极与电容C1的负极相连；所述比较电路由电阻R8、R9、比较器A0组成；电阻R8的一端与电容C1的正极相连接，电阻R9的一端与电容C1的负极相连接，电阻R8的另一端与R9的另一端相连后再与比较器A0的反相输入端相连，比较器A0的同相输入端与二极管D2、D4的负极相连，比较器A0的电源正端接电容C2的正极，电源负端接电容C2的负极。

7、根据权利要求5所述的断零保护控制电路，其特征在于：所述控制电路的结构为：包括接触器CJ、继电器J、发光二极管LED，二极管D9、电阻R6、R7、三极管T3、T4、T5组成；三极管T3的基极与比较器A0的输出端相连，三极管T3、T5的发射极与电容C2的负极相连；三级管T3集电极与三极管T4的基极，电阻R6的一端相连，电阻R7的一端、二极管D9的负极、继电器J线包一端相连接再与电容C2的正极相连，电阻R6的另一端与三极管T3的集电极、三极管T4的基极相连，T4的发射极与T5的基极相连接，三极管T4、T5的集电极与继电器线包的另一端二极管D9的正极，发光二极管LED的负极相连，发光二极管LED的正极与电R7的另一端相连；接触器CJ线包一端接电源A相，另一端接继电器J的常开触点的一端，继电器J常开触点的另一端接电源C相。

8、一种断零保护控制电路，其特征在于：包括电源电路、电压检测电路及控制电路；电源电路给电压检测电路及控制电路提供电源，电压检测电路分别检测零线与A、B、C之间电压，并与基准电压进行比较，输出信号给控制电路；控制电路通过执行元件同时切断零线与相线。

9、根据权利要求9所述的断零保护控制电路，其特征在于：所述电源电路的结构为：包括电容C1、C2电阻R13、R7、R8三极管T1、T2组成；电容C1的一端与电阻R13的一端相连，再与电源A相连接，电容C1的另一端与电阻R13的一端相连，再与三极管D16的负极、D18的正极相连，二极管D17的负极与D19的正极相连再与零线相连接，二极管D17的正极与D16的正极相连后再与电容C2的负极，电阻R 8的一端三极管T2的发射极相连，二极管D18的负极与D19的负极相连后再与电容C2的正极、电阻R7的一端、三极管T1、T2的集电极相连接；电阻R7的另一端与电阻R8的另一端相连再与三极管T1的基本极相接，三极管T1的发射极与三极管T2的基极相连；三极管T2的发射极与电容C2的负极相连。

10、根据权利要求9所述的断零保护控制电路，其特征在于：所述电压检测电路的结构为：电压检测电路包括三相取样电路和三相比较电路；

电压取样电路由电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12组成；

电源A相与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连再与二极管D1的负极、D2的正极相连；二极管D1的正极与D3的正极相连，二极管D2的负极与D4的负极相连，二极管D3的负极与D4的正极相连再与电阻R2的另一端连接后与零线相连接；二极管D1的正极与电容C2的负极相连；

电源B相与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与电阻R4的一端相连再与二极管D5的负极、D6的正极相连；二极管D5的正极与D7的正极相连，二极管D6的负极与D7的负极相连，二极管D8的负极与D7的正极相连再与电阻R4的另一端连接后与零线相连接；二极管D5的正极与电容C2的负极相连；

电源C相与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与电阻R6的一端相连再与二极管D9的负极、D10的正极相连；二极管D9的正极与D11的正极相连，二极管D10的负极与D12的负极相连，二极管D11的负极与D12的正极相连再与电阻R6的另一端连接后与零线相连接；二极管D9的正极与电容C2的负极相连；

比较电路由电阻R11、R12、比较器A1、A2、A3、二级管D13、D14、D15组成；电阻R11的一端与电容C2的正极相连接，电阻R12的一端与电容C2的负极相连接，电阻R11的另一端与R12的另一端相连后再与比较器A1、A2、A3的反相输入端相连；

比较器A1的同相输入端与二极管D2、D4的负极相连，比较器A1的输出端与二极管D13的正极相连；

比较器A2的同相输入端与二极管D6、D7的负极相连，比较器A1的输出端与二极管D14的正极相连，比较器A3的同相输入端与二极管D10、D12的负极相连；

比较器A3的输出端与二极管D15的正极相连，比较器A1、A2、A3的电源正端与电容C2的正极相连，负极与电容C2的负极相连。

11、根据权利要求9所述的断零保护控制电路，其特征在于：所述执行电路结构为：执行电路由接触器CJ、继电器J、发光二极管LED，二极管D20、电阻R9、R10、三极管T3、T4、T5组成；三极管T3的基极与二极管D13、D14、D15的负极相连，三极管T3、T5，发射极与电容C2的负极相连；集电极与三极管T4的基极，电阻R9的一端相连，电阻R10的一端、二极管D20的负极、继电器J线包一端相连接再与电容C2的正极相连，电阻R9的另一端与三极管T3的集电极、三极管T4的基极相连，T4的发射极与T5的基极相连接，三极管T4、T5的集电极与继电器线包的另一端二极管D20的正极，发光二极管LED的负极相连，发光二极管LED的正极与电R10的另一端相连；接触器CJ线包的一端接电源A相，另一端接继电器J的常开触点的一端，继电器J常开触点的另一端接电源C相。

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