CN106707088A

CN106707088A - 双向漏电检测电路、检测装置及方法

Info

Publication number: CN106707088A
Application number: CN201710145751.6A
Authority: CN
Inventors: 姚鹏修; 张胜鑫; 张勋; 孙冬; 宋以俊; 孙静雯; 韩蕾蕾; 潘惟泉
Original assignee: CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co Ltd
Current assignee: CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co Ltd
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2017-05-24

Abstract

双向漏电检测电路包括串联连接的固定电阻R₁和可变电阻R₂，R₁的第一端引出，作为第一检测端，R₂的第二端引出，作为第二检测端，R₁的第二端和R₂的第一端相接；进一步包括固定电阻R₃，R₃第一端接R₂第一端，R₃第二端接地；用于漏电检测时，第一检测端或第二检测端接供电***的正极，未连接正极的一个检测端连接供电***的负极，采用该电路可实现正向、负向双向漏电检测。双向漏电检测装置，包括双向漏电检测电路、电压传感器和处理器，处理器根据电压传感器采集的电压值进行计算，检测是否发生漏电。该装置便携，方便随时随地使用。双向漏电检测方法，根据电阻R₁、R₂和R₃的阻值，以及电阻R₁两端电压、检测电路供电电压，计算正向漏电电阻和负向漏电电阻，判断是否存在漏电。

Description

双向漏电检测电路、检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种绝缘检测技术领域，涉及一种双向漏电检测电路、检测装置及方法。

背景技术

绝缘检测装置用于电力***的漏电检测，各行业的供电***都具有漏电检测需求。

以列车供电***为例，由于浮空制的不接地直流供电***由于具有较高的安全性和可靠性，其被广泛应用于现代列车的供电***上。浮地***发生一点接地短路时，未形成电流通路而影响整个***的运行，从而提高了供电***的连续性和可靠性，倘若浮地***接地点不能及时发现时，另一点接地或绝缘降低时，将可能引起事故。供电***的正常是列车安全运行的保证，如何精确的检测直流供电***是否发生漏电是供电***运行中重要的检测项目。而对于浮空***而言，需要进行双向漏电检测，才能保证其正常工作。

传统的直流漏电检测方法多采用电桥平衡原理，采用电压检测法对直流漏电情况进行检测。电桥平衡检测方法存在以下不足：第一：当列车阻容发生变化时，无法实时修正电桥参数，影响检测精度；第二：无法检测干线两路同时漏电情况，即无法实现线路正向漏电及负向漏电的同时检测；第三：若其应用于列车浮空制漏电检测***，由于线路电阻的影响，车厢远端的报警不够精确，给列车的正常用电和安全监控带来一定的隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有双相漏电检测功能的检测电路、检测装置及检测方法。

本发明的内容为：双向漏电检测电路，包括串联连接的固定电阻R₁和可变电阻R₂，R₁的第一端引出，作为第一检测端，R₂的第二端引出，作为第二检测端，R₁的第二端和R₂的第一端相接；进一步包括固定电阻R₃，R₃第一端接R₂第一端，R₃第二端接地；用于漏电检测时，第一检测端或第二检测端接供电***的正极，相应的未连接正极的一个检测端连接供电***的负极。

优选为：R₂包括两个并联连接的阻值不等的电阻R₂₁和电阻R₂₂，电阻R₂₁和电阻R₂₂的支路上均设置有开关。

优选为：进一步包括电容C，并联在R₁两端。

双向漏电检测装置，包括上述检测电路，还包括检测***，具体包括电压传感器和处理器；所述电压传感器用于采集电阻R₁两端的电压及第一检测端和第二检测端之间的电压，并传递至处理器；所述处理器包括计算单元，用以根据电压传感器反馈的电压值计算正向漏电电阻、正向漏电电流、负向漏电电阻及负向漏电电流。

优选为：还包括壳体，包括壳体，双向漏电检测电路、电压传感器和处理器安装在壳体内。壳体上设置有液晶显示屏，与处理器通信，用于显示检测结果。

优选为：还包括湿度传感器，用于检测环境湿度并反馈至处理器；还包括数据存储单元，为与处理器相接的存储卡；还包括与处理器相连的通信模块。

优选为：处理器和壳体上设置有互联的USB接口。

优选为：通信模块为GPRS通信模块。

双向漏电检测方法，包括以下步骤：

记录R₁、R₂、R₃的初始值，将第一检测端或第二检测端接直流供电***正极，另一检测端接直流供电***负极，测得U₁和U₀值；

i₁＝i₂+i₃；i₅＝i₃+i₄；

其中，i₁为R₁支路电流，i₂为R₂支路电流，i₃为R₃支路电流，i₄为正向漏电等效电阻R_x支路电流，即正向漏电电流，i₅为负向漏电等效电阻R_y支路电流，即负向漏电电流；

将电阻值和电压值带入上式。得到：

其中，U_d为负极对大地的电压，根据U₁和U₀的值，得到U_d：

调整R₂阻值，并记录为R'₂，记录新的测量值，U₁'、U'₀；

重复上述计算步骤，得到：

其中，U'_d为调整R₂后，获得的新的负极对大地的电压；

进而得到：

由此，可得到下式：

其中R_x为正向漏电等效电阻，R_y为负向漏电等效电阻。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提供了一种中性点接地漏电检测电路和漏电检测方法，在常规的中性点接地检测法的基础上进行了改进，改善了正负线对地绝缘性能同时下降时不能报警的情况，实现了同时检测正极和负极的漏电的要求，提高了直流供电***漏电检测的能力，同时提高了用电的质量分析和电能使用的安全等级。

(2)双相漏电同时检测方法解决了传统的漏电检测方法在直流供电***两相同时漏电时无法检测的情况，改善了发生漏电时远端精确度低的现状，用常规电路实现了浮空制的直流供电***两相同时漏电的检测，相比传统的直流漏电检测方法精确度更高，在监控用电安全、排查漏电故障及发生漏电时进行维修具有重大的意义。

(3)双向漏电检测装置便携性强，可随时随地进行漏电检测。且检测装置可保存检测数据，检测数据可导出或通过通信模块上传至网络服务器，实现远程监控。

附图说明

图1为不漏电情况下双向漏电检测电路结构示意图；

图2为漏电情况下双向漏电检测等效电路结构示意图；

图3为检测漏电时漏电检测等效电路原理示意图；

图4为双向漏电检测装置结构示意图；

图5为双向漏电检测装置结构示意图。

其中：1-壳体，2-液晶显示屏，3-把手，4-天线接口

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施方式进行清楚完整地描述。显然，具体实施方式所描述的实施例仅为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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明的目的在于提供一种绝缘检测电路、绝缘检测装置装置及方法，采用该装置和方法可实现正向和负向双向漏电检测，例如，可用于列车浮地供电***的双向漏电检测。

双向漏电检测电路包括：串联连接的固定电阻R₁和可变电阻R₂，固定电阻R₁的第一端引出，作为第一检测端，可变电阻R₂的第二端引出，作为第二检测端。电阻R₁的第二端和电阻R₂的第一端相接。检测电路还包括固定电阻R₃，R₃第一端接电阻R₂第一端，R₃第二端接地。用于漏电检测时，第一检测端或第二检测端接供电***的正极，相应的未连接正极的一端连接供电***的负极。如图1所示，为未发生漏电情况下，检测电路结构示意图。

R₂可采用可调电阻，也可采用如下结构：R₂包括两个并联连接的阻值不等的电阻R₂₁和电阻R₂₂，电阻R₂₁和电阻R₂₂的支路上均设置有开关。可根据需求，选择电阻R₂₁支路接入、电阻R₂₂支路接入或两条支路均接入，实现改变接入阻值的效果。

双向漏电绝缘检测电路进一步包括电容C₁，并联在固定电阻R₁两端，其主要作用是滤出直流电压纹波，保证检测结果的精度。

如图3和图4所示，双向漏电检测装置，除包括检测电路外，进一步还包括检测***，所述检测***包括电压传感器和处理器。

电压传感器：用于采集电阻R₁两端的电压U₁，同时还采集第一检测端和第二检测端之间的电压U₀，即供电电压。

处理器：包括计算单元，用以根据电压传感器反馈的电压值计算正向漏电电阻、正向漏电电流、负向漏电电阻及负向漏电电流。本实施例中，处理器采用ARM处理器。

为了使绝缘检测装置更便携，进一步设计壳体1，绝缘检测电路和检测***均设置在壳体1内。壳体1采用ABS树脂材质制作，具有无毒、耐热、表面硬度高、耐化学性能及电学性能等良好的特点。壳体1表面设置有液晶显示屏2，用作人机交互界面，用于显示检测仪的工作状态和检测值信息。壳体1侧壁设置有把手3，携带时握住把手3，体现绝缘检测仪的便携性。

进一步检测***还包括湿度传感器，湿度传感器用于检测工作环境湿度，并将检测数据传递至处理器，处理器根据湿度值判断检测值工作环境是否存在湿度过高，影响绝缘检测仪正常工作的风险。

进一步检测***还包括数据存储单元，包括数据存储卡，与处理器进行数据通信。本实施例中采用SD卡，处理器上配置有SPI接口，SD卡经SPI接口与处理器通信。

进一步检测***还包括数据下载单元，检测仪壳体1上设置有USB接口，可外接USB存储设备，实现数据由SD卡到存储设备的下载。

进一步检测***还包括通信单元，与网络服务器通信。检测仪壳体1上设置有天线接口4，可外接GPRS天线，具体的说，可将检测数据的上传至网络服务器，并进一步实现与远程控制端进行数据通信，以实现远程监控。使用者可点击液晶显示屏的存储按键，则数据自动存储至SD卡，并传送至网络服务器。本实施例中，通信***采用GPRS通信***，作为替代的实施方式，也可采用无线通信等其他类型的通信方式。

如图2所示为在发生漏电情况下，检测电路的等效电路。在正向漏电时，第一检测端和接地端之间等效形成正向漏电等效电阻R_x；在负向漏电时，接地端和第二检测端之间等效形成负向漏电等效电阻R_y。需要说明的是，正向漏电等效电阻R_x和负向漏电等效电阻R_y可以单独存在或均存在，其取决于仅正向漏电、仅负向漏电或正向负向双向漏电。

结合图2，处理单元的主要作用为根据电压采集单元采集的U₁、U₀值，计算正向漏电等效电阻R_x和负向漏电等效电阻R_y；进一步还可以计算正向漏电电流i₄和负向漏电电流i₅。

基于双向漏电检测电路和双向漏电检测装置，进一步提供一种双向漏电检测方法。

如图3所示，采用双向漏电检测电路或检测装置进行漏电检测时，存在漏电的情况下，电流流向原理图。双向漏电检测方法，包括以下步骤：

计算单元获取第一组R₁、R₂、R₃、U₁、U₀值，其中，R₁和R₃为固定电阻值，其阻值为已知的不变值，R₂为可变电阻值，调整固定后记录，若R₂采用两电阻并联的组成方式，第一次检测时，使电阻R₂₁支路接入，电阻R₂₂支路断开，U₁、U₀值通过电压采集单元检测并反馈。

根据基尔霍夫电流定律：

i₁＝i₂+i₃；(1)

i₅＝i₃+i₄；(2)

其中，i₁为R₁支路电流，i₂为R₂支路电流，i₃为R₃支路电流，i₄为正向漏电等效电阻R_x支路电流(正向漏电流)，i₅为负向漏电等效电阻R_y支路电流(负向漏电流)。

将电阻值和电压值带入公式(1)和公式(2)，从而得到下式：

获取第一组R₁、R'₂、R3、U₁'、U'₀值，其中，R₁和R3为固定电阻值，其阻值不变，与第一组中的数据相等，R₂为可变电阻值，其通过调整后R₂的阻值，使其与第一组中记录的阻值不同得到新的R'₂。若R₂采用两电阻并联的组成方式，第一次检测时，使电阻R₂₂支路接入，电阻R₂₁支路断开，由于R₂的阻值改变，U₁和U₀的值将发生变化，因此，测得一个新的U₁'、U'₀值，并通过电压采集单元检测并反馈。

将公式(4)和公式(7)组成方程组，得到：

由此，可得到下式：

若计算得出了R_x则证明存在正向漏电，若计算得出了R_y则证明存在负向漏电，将通过壳体液晶屏显示漏电检测结果。

获取R_x和R_y后，还可以进一步计算得到：

最终，获得正向漏电电流i₄和负向漏电电流值i₅，其也可反映供电***正向漏电和负向漏电状况。若计算得出正向漏电电流，则证明存在正向漏电，若计算得出负向漏电电流，则证明存在负向漏电。将通过壳体液晶屏显示漏电检测结果。

Claims

1.双向漏电检测电路，其特征在于：包括串联连接的固定电阻R₁和可变电阻R₂，R₁的第一端引出，作为第一检测端，R₂的第二端引出，作为第二检测端，R₁的第二端和R₂的第一端相接；进一步包括固定电阻R₃，R₃第一端接R₂第一端，R₃第二端接地；用于漏电检测时，第一检测端或第二检测端接供电***的正极，未连接正极的一个检测端连接供电***的负极。

2.如权利要求1所述的双向漏电检测电路，其特征在于：R₂包括两个并联连接的阻值不等的电阻R₂₁和电阻R₂₂，电阻R₂₁和电阻R₂₂的支路上均设置有开关。

3.如权利要求1所述的双向漏电检测电路，其特征在于：进一步包括电容C，并联在R₁两端。

4.双向漏电检测装置，采用权利要求1所述的双向漏电检测电路，其特征在于：还包括检测***，具体包括电压传感器和处理器；所述电压传感器用于采集电阻R₁两端的电压及第一检测端和第二检测端之间的电压，并传递至处理器；所述处理器包括计算单元，用以根据电压传感器反馈的电压值计算正向漏电电阻、正向漏电电流、负向漏电电阻及负向漏电电流。

5.如权利要求4所述的双向漏电检测装置，其特征在于：还包括壳体，双向漏电检测电路、电压传感器和处理器安装在壳体内，壳体上设置有液晶显示屏，与处理器通信，用于显示检测结果。

6.如权利要求5所述的双向漏电检测装置，其特征在于：还包括湿度传感器，用于检测环境湿度并反馈至处理器；还包括数据存储单元，为与处理器相接的存储卡；还包括与处理器相连的通信模块。

7.如权利要求5所述的双向漏电检测装置，其特征在于：处理器和壳体上设置有互联的USB接口。

8.如权利要求6所述的双向漏电检测装置，其特征在于：所述通信模块为GPRS通信模块。

9.双向漏电检测方法，采用权利要求1所述的双向漏电检测电路或3所述的双向漏电检测装置，其特征在于，包括以下步骤：

i₁＝i₂+i₃；

i₅＝i₃+i₄；

将电阻值和电压值带入上式。得到：

\frac{U_{1}}{R_{1}} = \frac{U_{0} - U_{1}}{R_{2}} + \frac{U_{0} - U_{1} - U_{d}}{R_{3}};

\frac{U_{d}}{R_{y}} = \frac{U_{0} - U_{1} - U_{d}}{R_{3}} + \frac{U_{0} - U_{d}}{R_{x}} = \frac{(U_{0} - U_{1} - U_{d}) * R_{x}}{R_{3} R_{x}} + \frac{(U_{0} - U_{d}) * R_{3}}{R_{3} R_{x}};

U_{d} = U_{0} - U_{1} - (\frac{U_{1}}{R_{1}} - \frac{U_{0} - U_{1}}{R_{2}}) \times R_{3};

调整R₂阻值，并记录为R'₂，记录新的测量值，U₁'、U'₀；

重复上述计算步骤，得到：

\frac{U_{1}^{'}}{R_{1}} = \frac{U_{0}^{'} - U_{1}^{'}}{R_{2}^{'}} + \frac{U_{0}^{'} - U_{1}^{'} - U_{d}^{'}}{R_{3}};

\frac{U_{d}^{'}}{R_{y}} = \frac{U_{0}^{'} - U_{1}^{'} - U_{d}^{'}}{R_{3}} + \frac{U_{0}^{'} - U_{d}^{'}}{R_{x}} = \frac{(U_{0}^{'} - U_{1}^{'} - U_{d}^{'}) * R_{x}}{R_{3} R_{x}} + \frac{(U_{0}^{'} - U_{d}^{'}) * R_{3}}{R_{3} R_{x}};

其中，U'_d为调整R₂后，获得的新的负极对大地的电压；

进而得到：

\frac{U_{d}}{U_{d}^{'}} = \frac{(U_{0} - U_{1} - U_{d}) \times R_{x} + (U_{0} - U_{d}) \times R_{3}}{(U_{0}^{'} - U_{1}^{'} - U_{d}^{'}) \times R_{x} + (U_{0}^{'} - U_{d}^{'}) \times R_{3}};

由此，可得到正向漏电等效电阻R_x和负向漏电等效电阻R_y：

R_{x} = \frac{U_{d} \times (U_{0}^{'} - U_{d}^{'}) \times R_{3} - U_{d}^{'} \times (U_{0} - U_{d}) \times R_{3}}{U_{d}^{'} \times (U_{0} - U_{1} - U_{d}) - U_{d} \times (U_{0}^{'} - U_{1}^{'} - U_{d}^{'})};

R_{y} = \frac{U_{d}}{\frac{U_{0} - U_{1} - U_{d}}{R_{3}} + \frac{U_{0} - U_{d}}{R_{x}}} .

10.如权利要求9所述的双向漏电检测方法，其特征在于：还包括以下步骤：根据获取R_x和R_y后，计算：

i_{4} = \frac{U_{0} - U_{d}}{R_{x}};

i_{5} = i_{1} - i_{2} + i_{4} = \frac{U_{1}}{R_{1}} - \frac{U_{1} - U_{d}}{R_{2}} + + i_{4};

最终，获得正向漏电电流i₄和负向漏电电流值i₅。