CN105680416A - 剩余电流保护器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种剩余电流保护器，包括开关装置、剩余电流互感器、以及电子控制器；电子控制器检测电网电压，生成电网中的模拟剩余电流，并且，基于模拟剩余电流被生成之前由剩余电流互感器感测到的电网中的实际剩余电流、模拟剩余电流被生成之后由剩余电流互感器感测到的电网中的总剩余电流、以及电网电压来控制开关装置断开与接通。采用本发明的技术方案，在不中断供电的情况下，可实现剩余电流保护功能的检验，确保剩余电流保护器的保护性能，减轻了用户负担。

Description

剩余电流保护器

技术领域

本发明涉及电路领域，并且更具体地涉及一种剩余电流保护器。

背景技术

剩余电流保护器是一种重要的低压保护电器，主要用来在设备发生剩余电流故障时、以及在发生存在致命危险的人身触电时断开电网供电，以保护人身安全。因此，剩余电流保护器的可靠性要求较高，投入使用前需要检验其工作特性是否正常，并且在使用过程中也要定期检验其保护动作的可靠性。

但是，在检验剩余电流保护器时需要跳闸使电网供电暂时中断，这对一般用户来说非常不方便。因此，很多情况下会遗忘或忽视对剩余电流保护器的检验，这大大增加了剩余电流保护器的隐患。

常规的具有剩余电流检验功能的剩余电流保护器仅能定性检验剩余电流保护功能是否正常，而无法定量检验剩余电流保护的动作精度。

常规的剩余电流测量功能校准往往只在剩余电流保护器出厂时执行，执行时需要单独注入标准信号，电路复杂度提高，操作过程繁琐。

另外，剩余电流保护器的关键零件一旦损坏，剩余电流保护器的功能将立即丧失，常规的剩余电流检验功能不具备实时性，在问题被发现之前，剩余电流保护器可能已无法正常工作，这将导致在很多触电事故中剩余电流保护器失效。

目前的剩余电流保护器大部分以独立个体的形式生产、销售和使用，相互之间没有联系，不能进行信息通信，不方便进行管理、维护和查看，不利于安全、可靠、高效地用电。

发明内容

本发明实施例提供了一种剩余电流保护器，以在不中断供电的情况下实现剩余电流保护功能的检测。

根据本发明的剩余电流保护器，包括：开关装置、剩余电流互感器、以及电子控制器，其中电子控制器检测电网电压，生成电网中的模拟剩余电流，并且基于模拟剩余电流被生成之前由剩余电流互感器感测到的电网中的实际剩余电流、模拟剩余电流被生成之后由剩余电流互感器感测到的电网中的总剩余电流、以及电网电压来控制开关装置断开与接通。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：

图1是根据本发明实施例的剩余电流保护器的示意性框图。

图2是根据本发明另一实施例的剩余电流保护器的示意性框图。

图3是根据本发明另一实施例的剩余电流保护器的电路图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。

剩余电流保护器是一种重要的低压保护电器，主要用来在用电设备发生剩余电流故障时以及对有致命危险的人身触电时进行保护。因此，剩余电流保护器的可靠性要求较高，投入使用前需要检验其工作特性是否正常，并且在使用过程中也要定期检验其保护动作的可靠性。

在检验剩余电流保护器时往往需要跳闸使电网供电暂时中断，这对一般用户来说非常不方便。通常，通过将限流电阻接入剩余电流保护器，模拟剩余电流路径，人为制造电网的伪剩余电流故障状态，输出脱扣信号使剩余电流保护器与电网断开，这仅能定性检验剩余电流保护功能是否正常，而无法定量检验剩余电流保护功能的动作精度。

为了解决上述存在的一个或多个问题，本发明提出了一种剩余电流保护器。下面结合附图，详细描述根据本发明实施例的剩余电流保护器。

图1示出了根据本发明实施例的剩余电流保护器的示意性框图。如图1所示，剩余电流保护器200包括开关装置202、剩余电流互感器204、以及电子控制器210。其中，电子控制器210检测电网电压，生成电网中的模拟剩余电流，并且基于模拟剩余电流被生成之前由剩余电流互感器204感测到的电网中的实际剩余电流、模拟剩余电流被生成之后由剩余电流互感器204感测到的电网中的总剩余电流、以及电网电压来控制开关装置202断开与接通。

本发明实现了在不中断电网供电，不影响用户正常用电的情况下，对剩余电流保护功能的检验，减轻了用户的负担。

图2是根据本发明另一实施例的剩余电流保护器的示意性框图，图2与图1相同或等同的组件使用相同的标号。图3是图2所示的剩余电流保护器的电路图。下面结合图2和图3，详细描述根据本发明另一实施例的剩余电流保护器。

如图2所示，剩余电流保护器200包括开关装置202、剩余电流互感器204、以及电子控制器210。其中，电子控制器210检测电网电压，生成电网中的模拟剩余电流，并且基于模拟剩余电流被生成之前由剩余电流互感器204感测到的电网中的实际剩余电流、模拟剩余电流被生成之后由剩余电流互感器204感测到的电网中的总剩余电流、以及电网电压来控制开关装置202断开与接通。

具体地，电子控制器210基于模拟剩余电流被生成之前由剩余电流互感器204感测到的电网中的实际剩余电流、模拟剩余电流被生成之后由剩余电流互感器204感测到的电网中的总剩余电流、以及电网电压，判断剩余电流保护器200的剩余电流保护功能是否正常。如果正常，则电子控制器210控制开关装置202接通，否则控制开关装置202断开。

检测过程不需要中断电网供电，一旦发现剩余电流保护功能不正常，则断开开关装置，杜绝了剩余电流保护功能不正常的隐患。

如图2所示，剩余电流保护器200中的电子控制器210包括：试验模块211、剩余电流检测模块212、电压检测模块213、数据处理模块214、脱扣模块215、电源模块216、通信模块217以及报警模块218。但本发明并不局限于以上描述的，以及在图2中示出的特定的模块，在一些实施例中，电子控制器210可以只包含其中的部分模块，即剩余电流保护器200中的电子控制器210包含更灵活的模块配置，下面结合具体的实施例进行说明。

在本发明的又一个实施例中，电子控制器210包括试验模块211、剩余电流检测模块212、电压检测模块213、以及数据处理模块214。

具体地，试验模块211，用于生成模拟剩余电流；剩余电流检测模块212，用于检测实际剩余电流和总剩余电流；电压检测模块213，用于检测电网电压；以及数据处理模块214，用于基于实际剩余电流、总剩余电流、以及电网电压来控制开关装置202断开与接通。

进一步地，试验模块211包括连接至剩余电流互感器204的至少一个电阻，数据处理模块214基于电网电压和至少一个电阻的电阻值，确定模拟剩余电流；基于实际剩余电流和总剩余电流，进行例如矢量合成计算，确定实际剩余电流与模拟剩余电流的比例关系；基于模拟剩余电流、实际剩余电流与模拟剩余电流的比例关系，确定测量剩余电流；基于实际剩余电流与测量剩余电流之间的差值，控制开关装置202断开与接通。

进一步地，数据处理模块214在实际剩余电流与测量剩余电流之间的差值大于第一阈值的情况下控制开关装置202断开，并且在实际剩余电流与测量剩余电流之间的差值不大于第一阈值的情况下控制开关装置202接通；数据处理模块214在实际剩余电流与测量剩余电流之间的差值大于第二阈值而不大于第一阈值的情况下，控制剩余电流检测模块212对剩余电流零点、放大倍数、和相位中的一者或多者进行自校准。自校准完成后，数据处理模块214控制试验模块211的可控开关断开，结束自检过程。

在本实施例中，结合图3所示，试验模块211包括连接至剩余电流互感器204的至少一个电阻R1，数据处理模块214基于电网电压和至少一个电阻的电阻值R1，确定模拟剩余电流；试验模块211还包括三极管Q1开关电路、二极管D2、D3、电阻R1、R16、以及至少一个可控开关K1；其中，电阻R1可以是高精度标准电阻，可控开关K1由数据处理模块214控制，当可控开关K1闭合时生成模拟剩余电流；可控开关K1可以是无触点的电子开关或有触点的机械开关，例如，可控开关K1是继电器，可控开关K1输出两端不同时连接到剩余电流互感器204的入口或出口，也不同时连接到电网的L极或N极，图3示出了可控开关K1输出两端与剩余电流互感器204的连接的其中一种方式，可控开关K1输出一端经过电阻R1连接到剩余电流互感模块204的电网入线端的N极，可控开关K1输出另一端连接到剩余电流感应模块204的电网出线端的L极。

可叠加或替代的，试验模块211还包括按钮开关S1，按钮开关S1与可控开关K1并联，当按钮开关S1被按下时试验模块211生成模拟剩余电流。

在本实施例中，剩余电流检测模块212，输入端与剩余电流互感器204连接，输出端与数据处理模块214连接，剩余电流检测模块212由运算放大器电路组成。结合图3所示，剩余电流检测模块212包括运算放大器U3，电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9和电容R4，其中，电阻R4为采样电阻，用于将剩余电流互感器204输出的电流信号转换为电压信号，并放大为数据处理模块214能够识别、计算的信号。

在本实施例中，电压检测模块213的输入端与电网连接，输出端与数据处理模块214连接，电压检测模块213由运算放大器电路组成。结合图3所示，电压检测模块213包括运算放大器U4和电阻R10、R11、R12、R13、R14。电压检测模块213采集电网电压的大小和相位并处理为数据处理模块214能够识别、计算的信号。

在本实施例中，结合图3所示，数据处理模块214包括可编程数据处理芯片U1及必要的***电路，可编程数据处理芯片U1可以是微控制器或其他程控芯片，数据处理模块214处理输入的各种信号，经过计算以及判断分析后发出控制命令执行相关操作。

本实施例中的发明实现了在检测剩余电流保护功能的同时，还对剩余电流测量功能进行检测，在剩余电流测量功能超出精度范围时，进行测量功能自校准，减小环境因素对剩余电流测量功能的影响，保证了剩余电流保护动作精度，并且校准过程不需要单独注入标准信号等辅助方式，用户更易操作。

在本发明的另一个实施例中，剩余电流保护器200除了包括试验模块211、剩余电流检测模块212、电压检测模块213、数据处理模块214，还包括脱扣模块215，脱扣模块215用于基于来自数据处理模块214的脱扣控制命令来使开关装置202断开。

具体地，脱扣模块215包括脱扣线圈自诊断子模块、脱扣控制子模块。脱扣线圈自诊断子模块，用于向数据处理模块214发送表征脱扣线圈是否断线的脱扣线圈自诊断信号；脱扣控制子模块，用于使脱扣线圈执行脱扣控制命令从而使开关装置202断开。

进一步地，数据处理模块214在脱扣线圈自诊断信号表明脱扣线圈断线的情况下，输出脱扣线圈故障信号。

在本实施例中，结合图3所示，脱扣控制子模块215由可控硅开关电路组成，包括可控硅Q2、电阻R17、R18以及电容C6，可控硅开关电路由数据处理模块214控制，脱扣控制命令由数据处理模块214发出，脱扣线圈L1执行脱扣控制命令，使开关装置202断开；脱扣线圈自诊断子模块，输入端与脱扣线圈L1连接，输出端与数据处理模块214连接，包括脱扣线圈L1和电阻R19、R20；当脱扣线圈正常时，脱扣线圈自诊断子模块向数据处理模块214输出的信号为脉冲信号，当脱扣线圈断线时，脱扣线圈自诊断子模块向数据处理模块214输出的信号为低电平信号。

脱扣线圈是剩余电流保护器的关键零件，数据处理模块214对脱扣线圈的自诊断是实时进行的，一旦发现脱扣线圈断线则立即输出报警信号。

本实施例中的发明通过脱扣线圈的自诊断，及时发现脱扣线圈的异常情况，确保剩余电流保护器能够正常工作。

在本发明的再一个实施例中，剩余电流保护器200的电子控制器210除了包括试验模块211、剩余电流检测模块212、电压检测模块213、数据处理模块214、脱扣模块215，还包括电源模块216，电源模块216用于将电网电压转换为电子控制器210中的各个模块正常工作所需要的电压。

具体地，电源模块216输入端连接电网电压，输出端与试验模块211、剩余电流检测模块212、电压检测模块213、数据处理模块214、脱扣模块215、通信模块217、报警模块218连接。结合图3所示，电网电压经过降压、全波整流后生成电压V1，电压V1经过电源稳压器U2降压生成电压V2，电压V2经过电阻R2、R3分压得到电压V3；电压V1可用于向可控开关K1供电，电压V2可用于向数据处理模块214、报警模块218和运算放大器U3、U4供电，电压V3可用于向运算放大器U3、U4电路提供基准电压；电源模块216输入端设有过压保护电路，并使用压敏电阻例如RV1、气体放电管等保护器件。

在一些实施例中，如图2所示，剩余电流保护器200的电子控制器210包括通信模块217，用于将有关剩余电流保护器200的剩余电流保护功能的信息传送到外部的监控设备。

具体地，通信模块217，一端与数据处理模块214连接，一端与上位机连接，上位机是多个剩余电流保护器通过通信方式连接的数据节点，多个数据节点通过通信方式连接到集中监控器，集中监控器通过通信方式再连接到远程监控***，以上通信方式是有线通信或无线通信。

在一些实施例中，剩余电流保护器200与数据节点之间，数据节点与集中监控器之间，集中监控器与远程监控***之间均采用无线通信方式。

在一些实施例中，数据处理模块214可以将剩余电流保护器200所在电网中的剩余电流、电网电压等电网运行信息，以及剩余电流保护器200的例如是否有报警、开关装置202闭合或断开等状态信息通过通信模块217传送到外部监控设备；也可以对剩余电流保护器200保护动作电流值、保护动作时间等进行远程调整。剩余电流保护器200借助通信模块217与外部监控设备进行数据交互，便于用户对剩余电流保护器200的运行状态及所在电网的运行情况进行远程自动化管理，实现智能电网的远程监控。

进一步地，外部监控设备可以通过通信模块217对数据处理模块214预先设定时间间隔，在预定的时间间隔到达后，在无剩余电流故障跳闸的情况下，数据处理模块214控制可控开关K1闭合生成模拟剩余电流，对剩余电流保护功能自检测、对剩余电流测量功能进行自校准以及控制脱扣线圈进行自诊断。

以上自检过程的时间间隔可以设定的很短，例如，自检过程的时间间隔设定为7天。

在上述实施例中，电子控制器210在电网电压超过预定电压阈值时，控制开关装置202断开。

具体地，电子控制器210检测电网电压，在判断电网电压信号低于预定电压下限值或高于预定电压上限值时，输出电压故障信号，控制开关装置202的断开，以实现对电网的欠压保护或过压保护。

在一些实施例中，如图2所示，电子控制器210还包括报警模块218，报警模块218安装于开关装置202内部或外部，用于在剩余电流保护功能不正常、脱扣线圈断线时、或者电网电压超过预定电压阈值的情况下输出报警信号，有效避免由于剩余电流保护器失效而引起的各种风险和损失。

具体地，报警模块218输入端连接数据处理模块214，输出端连接报警器，报警器可以是光报警器、声音报警器或声光综合报警器，例如，报警器可以是发光二极管LED。报警器可以安装于开关装置202的内部或外部。根据故障类型的不同，报警器发出不同形式的报警，例如不同颜色的发光二极管LED，不同频率闪烁的发光二极管LED，不同声音的蜂鸣器、扬声器等。

在上述实施例中，开关装置可以包括绝缘外壳、进线端、出线端、动触头、静触头、操作机构和脱扣器。

本发明的上述实施例中，在不中断供电的情况下，可自动实现剩余电流保护功能的定期检验，减轻了用户负担；在剩余电流保护功能异常时，及时发出报警信号，可以有效避免由于剩余电流保护器失效而引起的各种风险和损失；通过剩余电流测量功能的定期自动校准，可以纠正剩余电流保护器的电气参数漂移，保障了剩余电流保护动作特性的可靠性；通过定期检验和自诊断，用户可定位剩余电流互感器、剩余电流检测模块和脱扣线圈的故障，有效防范了剩余电流保护器的拒动；借助通信模块，剩余电流保护器可与远程监控***进行数据交互，便于对剩余电流保护器的运行情况进行远程自动化管理，提高了电网运行的智能化管理水平；全面提高了剩余电流保护器的安全性、可靠性、可维护性和智能化水平。

已经出于示出和描述的目的给出了本发明的说明书，但是其并不意在是穷举的或者限制于所公开形式的发明创造。本领域技术人员可以想到很多修改和变体。因此，实施方式是为了更好地说明本发明的原理、实际应用以及使本领域技术人员中的其他人员能够理解以下内容而选择和描述的，即在不脱离本发明精神的前提下，做出的所有修改和替换都将落入所附权利要求定义的本发明保护范围内。

Claims (16)

1.一种剩余电流保护器，包括：

开关装置；

剩余电流互感器；以及

电子控制器，其中

所述电子控制器：

检测电网电压，

生成电网中的模拟剩余电流，并且

基于所述模拟剩余电流被生成之前由所述剩余电流互感器感测到的电网中的实际剩余电流、所述模拟剩余电流被生成之后由所述剩余电流互感器感测到的电网中的总剩余电流、以及所述电网电压来控制所述开关装置断开与接通。

2.如权利要求1所述的剩余电流保护器，其中，所述电子控制器：

基于所述实际剩余电流、所述总剩余电流、以及所述电网电压来判断所述剩余电流保护器的剩余电流保护功能是否正常；

如果所述剩余电流保护功能正常，则控制所述开关装置接通，否则控制所述开关装置断开。

3.如权利要求2所述的剩余电流保护器，其中，所述电子控制器包括：

试验模块，用于生成所述模拟剩余电流；

剩余电流检测模块，用于检测所述实际剩余电流和所述总剩余电流；

电压检测模块，用于检测所述电网电压；以及

数据处理模块，用于基于所述实际剩余电流、所述总剩余电流、以及所述电网电压来控制所述开关装置断开与接通。

4.如权利要求3所述的剩余电流保护器，其中，所述试验模块包括连接至所述剩余电流互感器的至少一个电阻，所述数据处理模块：

基于所述电网电压和所述至少一个电阻的电阻值，确定所述模拟剩余电流；

基于所述实际剩余电流和所述总剩余电流，确定所述实际剩余电流与所述模拟剩余电流的比例关系；

基于所述模拟剩余电流、和所述实际剩余电流与所述模拟剩余电流的比例关系，确定测量剩余电流；

基于所述实际剩余电流与所述测量剩余电流之间的差值，控制所述开关装置断开与接通。

5.如权利要求4所述的剩余电流保护器，其中，所述数据处理模块在所述实际剩余电流与所述测量剩余电流之间的差值大于第一阈值的情况下控制所述开关装置断开，并且在所述实际剩余电流与所述测量剩余电流之间的差值不大于所述第一阈值的情况下控制所述开关装置接通。

6.如权利要求5所述的剩余电流保护器，其中，所述数据处理模块在所述实际剩余电流与所述测量剩余电流之间的差值大于第二阈值而不大于所述第一阈值的情况下，控制所述剩余电流检测模块对剩余电流零点、放大倍数、和相位中的一者或多者进行自校准。

7.如权利要求3所述的剩余电流保护器，其中，所述电子控制器还包括：

脱扣模块，用于基于来自所述数据处理模块的脱扣控制命令来使所述开关装置断开。

8.如权利要求7所述的剩余电流保护器，其中，所述脱扣模块包括：

脱扣线圈自诊断子模块，用于向所述数据处理模块发送表征脱扣线圈是否断线的脱扣线圈自诊断信号；

脱扣控制子模块，用于使所述脱扣线圈执行所述脱扣控制命令从而使所述开关装置断开。

9.如权利要求8所述的剩余电流保护器，其中，所述数据处理模块在所述脱扣线圈自诊断信号表明所述脱扣线圈断线的情况下，输出脱扣线圈故障信号。

10.如权利要求1所述的剩余电流保护器，其中，所述电子控制器在所述电网电压超过预定电压阈值时，控制所述开关装置断开。

11.如权利要求7所述的剩余电流保护器，其中，所述电子控制器还包括：

电源模块，用于将所述电网电压转换为所述电子控制器中的各个模块所需要的电压。

12.如权利要求2所述的剩余电流保护器，其中，所述电子控制器还包括：

通信模块，用于将有关所述剩余电流保护器的剩余电流保护功能的信息传送到外部的监控设备。

13.如权利要求2、8或10所述的剩余电流保护器，其中，所述电子控制器包括：

报警模块，用于在所述剩余电流保护功能不正常、所述脱扣线圈断线时、或者所述电网电压超过所述预定电压阈值的情况下输出报警信号。

14.如权利要求3所述的剩余电流保护器，其中，所述试验模块包括：

至少一个电阻，连接至所述剩余电流互感器；以及

至少一个可控开关，由所述数据处理模块控制，其中当所述可控开关闭合时生成所述模拟剩余电流。

15.如权利要求14所述的剩余电流保护器，其中，所述可控开关是无触点的电子开关、有触点的机械开关。

16.如权利要求14所述的剩余电流保护器，其中，所述试验模块还包括：

按钮开关，与所述可控开关并联，其中当所述按钮开关被按下时生成所述模拟剩余电流。