CN113097970B - 一种新型配电安全用电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型配电安全用电装置，包括第一继电器、继电器驱动器、漏电流互感器、线性变压器及控制器，其中第一继电器的触点、漏电流互感器、线性变压器均位于配电变压器的PE接地线上，漏电流互感器、线性变压器、继电器驱动器分别与控制器连接，漏电流互感器采集流过配电变压器的PE接地线的电流，得到电流检测信号，线性变压器采集配电变压器输出的工频信号的电压，得到电压检测信号，控制器根据电流检测信号或电压检测信号产生对应控制信号，控制继电器驱动器驱动第一继电器的触点断开或闭合。本发明通过在回路中串联阻抗的方式抑制漏电流的大小，并采用电流启动、电压复归的方式驱动继电器以实现继电器触点的断开与复位。

Description

一种新型配电安全用电装置

技术领域

本发明涉及配电装置领域，特别是涉及一种新型配电安全用电装置。

背景技术

多年来，尽管人们对安全用电，特别是对防止触漏电事故极为重视，做了大量的工作，但触电伤亡、漏电火灾、漏电损耗等事故仍然时有发生，给人民的生命、财产带来了巨大损失。

现有防触漏电的保护设备主要为漏电保护开关，安装于工厂、企业、家庭交流电总输入端，其基本技术原理为：实时检测漏电流的大小，当漏电流大于漏电定值时直接跳开开关。

现有技术存在如下缺点：1)无法在不断开回路的前提下抑制漏电流的大小；2)不具备自动复位功能，当触漏电事件解除后需要人为进行复位操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型配电安全用电装置，可在发生触漏电事件时抑制回路中漏电流的大小，并在触漏电事件解除后自动复位。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种新型配电安全用电装置，分别与信号地GND、PE接地端及配电变压器的中性点连接，所述新型配电安全用电装置包括：

第一继电器，所述第一继电器的触点接入所述配电变压器的中性点与所述PE接地端之间；

继电器驱动器，与所述第一继电器的接线柱连接，用于驱动所述第一继电器的触点断开或闭合；

漏电流互感器，所述漏电流互感器的原边包括第一接线端和第二接线端，所述第一接线端与所述配电变压器的中性点连接，所述第二接线端与所述第一继电器的触点连接，所述漏电流互感器的副边的一端与所述信号地GND连接；所述漏电流互感器的副边用于根据流过所述漏电流互感器的原边的电流得到电流检测信号；

线性变压器，所述线性变压器的原边与所述第一继电器的触点并联连接在所述第二接线端与所述PE接地端之间，所述线性变压器的副边的一端与所述信号地GND连接；所述线性变压器的副边用于根据输入到所述线性变压器的原边的电压得到电压检测信号；

控制器，分别与所述漏电流互感器的副边的另一端、所述线性变压器的副边的另一端及所述继电器驱动器连接，用于根据所述电流检测信号或所述电压检测信号产生对应控制信号，控制所述继电器驱动器驱动所述第一继电器的触点断开或闭合。

可选地，所述新型配电安全用电装置还包括：

信号注入变压器，所述信号注入变压器的副边与所述线性变压器的原边串联形成串联电路，所述串联电路与所述第一继电器的触点并联连接在所述第二接线端与所述PE接地端之间，所述信号注入变压器的原边的一端与所述信号地GND连接；所述信号注入变压器用于向所述线性变压器注入检测信号，检测所述第一继电器的触点是否闭合；

信号驱动器，分别与所述信号注入变压器的原边的另一端及所述控制器连接；所述控制器还用于产生驱动信号；所述信号驱动器用于根据所述驱动信号驱动所述信号注入变压器。

可选地，所述线性变压器的原边包括第三接线端和第四接线端，所述第三接线端与所述第二接线端连接；所述信号注入变压器的副边包括第五接线端和第六接线端，所述第五接线端与所述第四接线端连接，所述第六接线端与所述PE接地端连接。

可选地，所述新型配电安全用电装置还包括：

第二继电器，所述第二继电器的接线柱与所述继电器驱动器连接，所述第二继电器的触点与所述第一继电器的触点并联。

可选地，所述新型配电安全用电装置还包括：

A/D模数转换器，分别与所述漏电流互感器的副边的另一端、所述线性变压器的副边的另一端及所述控制器连接，用于将所述电流检测信号或所述电压检测信号转换为对应数字量信号并传送给所述控制器。

可选地，所述新型配电安全用电装置还包括：

计时器，与所述控制器连接，用于根据所述控制信号确定发生触漏电事件的具体时间并反馈给所述控制器。

可选地，所述新型配电安全用电装置还包括：

存储器，与所述控制器连接；

所述控制器还用于根据所述电流检测信号或所述电压检测信号生成对应触漏电事件报告；

所述存储器用于根据所述控制信号存储所述触漏电事件报告及发生触漏电事件的具体时间。

可选地，所述新型配电安全用电装置还包括：

数据收发器，与所述控制器连接；

所述控制器还用于根据所述电流检测信号或所述电压检测信号生成对应触漏电事件报告；

所述数据收发器用于根据所述控制信号将所述触漏电事件报告及发生触漏电事件的具体时间传送到云端并接收云端的反馈信号。

可选地，所述新型配电安全用电装置还包括：

第一电阻，与所述漏电流互感器的副边并联，用于将所述电流检测信号转化为对应的电压信号。

可选地，所述控制器为MCU微控制单元。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的新型配电安全用电装置采用漏电流互感器采集流过配电变压器的PE接地线的电流，得到电流检测信号，利用线性变压器采集配电变压器输出的工频信号的电压，得到电压检测信号，控制器根据电流检测信号或电压检测信号产生对应控制信号，控制继电器驱动器驱动第一继电器的触点断开或闭合。本发明通过在回路中串联阻抗的方式抑制漏电流的大小，并采用电流启动、电压复归的方式驱动继电器以实现继电器触点的断开与复位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明新型配电安全用电装置的电气原理框图；

图2为本发明新型配电安全用电装置的模拟量输入电路结构图；

图3为在发生触漏电事件时本发明的电气原理示意图；

图4为在触发触漏电保护动作后本发明的电气原理示意图。

符号说明：

A/D模数转换器—1，铁电存储器—2，RTC实时时钟—3，MCU微控制单元—4，4G-LTE无线模块—5，配电变压器—6，配电变压器的中性点—61，PE接地端—62，漏电流互感器—7，漏电流互感器的原边—71，第一接线端—711，第二接线端—712，漏电流互感器的副边—72，线性变压器—8，线性变压器的原边—81，第三接线端—811，第四接线端—812，线性变压器的副边—82，信号注入变压器—9，信号注入变压器的原边—91，信号注入变压器的副边—92，第五接线端—921，第六接线端—922，信号驱动器—10，第一继电器—11，第一继电器的触点—111，第二继电器—12，第二继电器的触点—121，继电器驱动器—13，触漏电电阻—14，第一电阻—15。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种新型配电安全用电装置，能够对用电回路进行检测，在发生触漏电事件时通过串联阻抗的方式有效抑制漏电流的大小，并在触漏电事件解除后自动复位。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1及图2所示，本发明新型配电安全用电装置包括控制器、漏电流互感器7、线性变压器8、第一继电器11及继电器驱动器13。

具体地，第一继电器的触点111接入配电变压器的中性点61与PE接地端62之间。在本实施例中，第一继电器11为常闭继电器，其触点111在未通电时闭合，通电时断开。

继电器驱动器13与第一继电器11的接线柱连接。继电器驱动器13用于驱动第一继电器的触点111断开或闭合。

漏电流互感器的原边71包括第一接线端711和第二接线端712。其中，第一接线端711与配电变压器的中性点61连接，第二接线端712与第一继电器的触点111连接。漏电流互感器的副边72的一端与信号地GND连接。漏电流互感器的副边72用于根据流过漏电流互感器的原边71的电流得到电流检测信号。

线性变压器的原边81与第一继电器的触点111并联连接在第二接线端712与PE接地端62之间。线性变压器的副边82的一端与信号地GND连接。线性变压器的副边82用于根据输入到线性变压器的原边81的电压得到电压检测信号。

控制器分别与漏电流互感器的副边72的另一端、线性变压器的副边82的另一端及继电器驱动器13连接。控制器用于根据电流检测信号或电压检测信号产生对应控制信号，控制继电器驱动器13驱动第一继电器的触点111断开或闭合。

在本发明具体实施例中，所述控制器可为MCU微控制单元4，并不以此为限制，可以根据实际需要，进行调整。

进一步地，本发明新型配电安全用电装置还包括A/D模数转换器1。在本实施例中，漏电流互感器的副边72的一端及线性变压器的副边82的一端分别与信号地GND连接，A/D模数转换器1分别与漏电流互感器的副边72的另一端、线性变压器的副边82的另一端及控制器连接。A/D模数转换器1用于将电流检测信号或电压检测信号转换为对应数字量信号并传送给控制器。

优选地，本发明新型配电安全用电装置中还包括第一电阻15，第一电阻15与漏电流互感器的副边72并联。在本实施例中，第一电阻15用于将漏电流互感器的副边72输出的电流检测信号转换为A/D模数转换器1便于转换的相应电压信号。

进一步地，本发明新型配电安全用电装置还包括信号注入变压器9及信号驱动器10。具体地，信号注入变压器的副边92与线性变压器的原边81串联形成串联电路，该串联电路与第一继电器的触点111并联连接在第二接线端712与PE接地端62之间。信号注入变压器的原边91的一端与信号地GND连接。信号注入变压器9用于向线性变压器8注入检测信号，检测第一继电器的触点111是否闭合。

信号驱动器10分别与信号注入变压器的原边91的另一端及控制器连接。在本实施例中，控制器还用于产生驱动信号并传送给信号驱动器10，信号驱动器10用于将控制器产生的驱动信号放大后驱动信号注入变压器9。

进一步地，线性变压器的原边81包括第三接线端811和第四接线端812，其中，第三接线端811与第二接线端712连接。信号注入变压器的副边92包括第五接线端921和第六接线端922，其中，第五接线端921与第四接线端812连接，第六接线端922与PE接地端62连接。

具体地，在本实施例中，注入到线性变压器8的检测信号为工频50Hz信号的非整数次正弦信号如25Hz。当第一继电器的触点111闭合时，信号注入变压器9注入的检测信号会在线性变压器8上产生最大压降。线性变压器8根据上述检测信号得到对应的电压检测信号，并通过A/D模数转换器1将上述电压检测信号转换为数字量信号传送给MCU微控制单元4，MCU微控制单元4根据上述电压检测信号所转化的对应数字量信号的特征判断第一继电器的触点111是否可靠闭合。

优选地，本发明新型配电安全用电装置适用于10KV/400V配电变压器。其中，漏电流互感器7为5A/2.5mA电流互感器。线性变压器8为线性小功率变压器，其原边输入范围为AC 0-264V，副边输出范围为AC 0-4V。线性小功率变压器的高压侧输入阻抗大，能够在发生触漏电事件时有效抑制漏电流的大小。信号注入变压器9的原边输入范围为AC 0-5V，副边输出范围为AC 0-50V。

进一步地，本发明新型配电安全用电装置还包括第二继电器12。第二继电器12的接线柱与继电器驱动器13连接，第二继电器的触点121与第一继电器的触点111并联。在本实施例中，第二继电器的触点121处于断开状态。本发明新型配电安全用电装置设置第二继电器12作为备用继电器，当第一继电器11出现故障时，第二继电器12可以自动投入使用，以确保配电变压器的中性点61接地。同时，第一继电器11及第二继电器12均选用磁保持继电器以降低功耗、延长使用寿命。

优选地，本发明新型配电安全用电装置还包括计时器，计时器与控制器连接。计时器用于根据控制器输出的控制信号确定产生触漏电事件的具体时间并反馈给控制器，为触漏电事件提供时标。优选地，计时器为RTC实时时钟3。通过读取RTC实时时钟3，可以获取发生触漏电事件的准确时间。同时，RTC实时时钟3配置有后备电池，可保证掉电后时钟不丢失且能够继续工作。

本发明具体实施例中还包括存储器，存储器与控制器连接。在本实施例中，控制器还用于根据电流检测信号或电压检测信号生成对应的触漏电事件报告。存储器用于存储触漏电事件报告及发生触漏电事件的具体时间。优选地，存储器为铁电存储器2。铁电存储器2为非易失性存储器，可以及时保存触漏电事件信息以用于告警或上传云端，且保证掉电后数据不丢失。

进一步地，本发明新型配电安全用电装置还包括数据收发器，数据收发器与控制器连接。数据收发器用于将触漏电事件报告及发生触漏电事件的具体时间传送到云端并接收云端的反馈信号。优选地，数据收发器为4G-LTE无线模块5。通过设置4G-LTE无线模块5，可以实现触漏电事件信息的高效上传，以确保相关工作人员及时得知并进行设备检修维护。

如图3所示，当发生触漏电事件时，触漏电电阻14接入回路中，触漏电电流Im流过触漏电电阻14、第一继电器的触点111、漏电流互感器7后回到配电变压器的中性点61(触漏电电流方向如实线所示)。结合图1所示，漏电流互感器7感应到的电流检测信号经A/D模数转换器1转换后传送给MCU微控制单元4。当MCU微控制单元4采集到的漏电流超过设定值或漏电流突变值超过设定值时，触发触漏电保护动作，发送相应控制信号给继电器驱动器13，以通过继电器驱动器13控制第一继电器的触点111断开，同时生成相应的触漏电事件报告。

当第一继电器的触点111断开后，如图4所示，触漏电电流Im流过触漏电电阻14、信号注入变压器9、线性变压器8、漏电流互感器7后回到配电变压器的中性点61(触漏电电流方向如虚线所示)。在此过程中，由于线性变压器8感抗很大，可以在回路中有效抑制触漏电电流，并使之降为安全电流。此外，在发生触漏电事件后，结合图1所示，若线性变压器8根据配电变压器输出的工频信号的电压得到的电压检测信号超过设定值，说明触漏电点未消除，则MCU微控制单元4控制第一继电器的触点111维持断开的状态；当线性变压器8根据配电变压器输出的工频信号的电压得到的电压检测信号处于设定值范围内，说明触漏电点已经消除，即触漏电事件已解除，此时MCU微控制单元4控制第一继电器的触点111延时闭合，同时生成相应的触漏电事件报告。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种新型配电安全用电装置，分别与信号地GND、PE接地端及配电变压器的中性点连接，其特征在于，所述新型配电安全用电装置包括：

第一继电器，所述第一继电器的触点接入所述配电变压器的中性点与所述PE接地端之间；

继电器驱动器，与所述第一继电器的接线柱连接，用于驱动所述第一继电器的触点断开或闭合；

漏电流互感器，所述漏电流互感器的原边包括第一接线端和第二接线端，所述第一接线端与所述配电变压器的中性点连接，所述第二接线端与所述第一继电器的触点连接，所述漏电流互感器的副边的一端与所述信号地GND连接；所述漏电流互感器的副边用于根据流过所述漏电流互感器的原边的电流得到电流检测信号；

线性变压器，所述线性变压器的原边与所述第一继电器的触点并联连接在所述第二接线端与所述PE接地端之间，所述线性变压器的副边的一端与所述信号地GND连接；所述线性变压器的副边用于根据输入到所述线性变压器的原边的电压得到电压检测信号；

控制器，分别与所述漏电流互感器的副边的另一端、所述线性变压器的副边的另一端及所述继电器驱动器连接，用于根据所述电流检测信号或所述电压检测信号产生对应控制信号，控制所述继电器驱动器驱动所述第一继电器的触点断开或闭合；

信号注入变压器，所述信号注入变压器的副边与所述线性变压器的原边串联形成串联电路，所述串联电路与所述第一继电器的触点并联连接在所述第二接线端与所述PE接地端之间，所述信号注入变压器的原边的一端与所述信号地GND连接；所述信号注入变压器用于向所述线性变压器注入检测信号，检测所述第一继电器的触点是否闭合；

信号驱动器，分别与所述信号注入变压器的原边的另一端及所述控制器连接；所述控制器还用于产生驱动信号；所述信号驱动器用于根据所述驱动信号驱动所述信号注入变压器。

2.根据权利要求1所述的新型配电安全用电装置，其特征在于，所述线性变压器的原边包括第三接线端和第四接线端，所述第三接线端与所述第二接线端连接；所述信号注入变压器的副边包括第五接线端和第六接线端，所述第五接线端与所述第四接线端连接，所述第六接线端与所述PE接地端连接。

3.根据权利要求1所述的新型配电安全用电装置，其特征在于，所述新型配电安全用电装置还包括：

第二继电器，所述第二继电器的接线柱与所述继电器驱动器连接，所述第二继电器的触点与所述第一继电器的触点并联。

4.根据权利要求1所述的新型配电安全用电装置，其特征在于，所述新型配电安全用电装置还包括：

A/D模数转换器，分别与所述漏电流互感器的副边的另一端、所述线性变压器的副边的另一端及所述控制器连接，用于将所述电流检测信号或所述电压检测信号转换为对应数字量信号并传送给所述控制器。

5.根据权利要求1所述的新型配电安全用电装置，其特征在于，所述新型配电安全用电装置还包括：

计时器，与所述控制器连接，用于根据所述控制信号确定发生触漏电事件的具体时间并反馈给所述控制器。

6.根据权利要求5所述的新型配电安全用电装置，其特征在于，所述新型配电安全用电装置还包括：

存储器，与所述控制器连接；

所述控制器还用于根据所述电流检测信号或所述电压检测信号生成对应触漏电事件报告；

所述存储器用于根据所述控制信号存储所述触漏电事件报告及发生触漏电事件的具体时间。

7.根据权利要求5所述的新型配电安全用电装置，其特征在于，所述新型配电安全用电装置还包括：

数据收发器，与所述控制器连接；

所述控制器还用于根据所述电流检测信号或所述电压检测信号生成对应触漏电事件报告；

所述数据收发器用于根据所述控制信号将所述触漏电事件报告及发生触漏电事件的具体时间传送到云端并接收云端的反馈信号。

8.根据权利要求1所述的新型配电安全用电装置，其特征在于，所述新型配电安全用电装置还包括：

第一电阻，与所述漏电流互感器的副边并联，用于将所述电流检测信号转化为对应的电压信号。

9.根据权利要求1所述的新型配电安全用电装置，其特征在于，所述控制器为MCU微控制单元。

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