计量和安全供电保护器制造技术

本发明专利技术提供一种计量和安全供电保护器，外观不限于漏电保护器形态，也能做成多用插座(接线板)形态。通过剩余电流检测铁芯(或磁环)线圈及相线和零线电流实时监测，不仅能识别低压供电线路漏电危险，而且能识别相线之间或相线和中性线(零线)间的人体触电、火花放电、电弧放电等危险；当识别到相关危险，立即起保护，切断供电电源，避免危害持续发生，并且发出告警信号；另外提供浪涌保护、过载保护、短路保护、电能计量与显示、功率显示、功率因子显示等一些附加功能。

Metering and safety power supply protector

【技术实现步骤摘要】
计量和安全供电保护器所属
本专利技术涉及一种低压电器，具有供电线路过载、短路、漏电检测切断电源的安全供电保护装置；尤其是带计量功能，能识别相线之间或相线与中性线(零线)(零线)的人体触电或空气击穿产生电火花和电弧而起保护，切断危险电源的计量和安全供电保护器。
技术介绍
目前，公知的漏电保护器是剩余电流断路器的俗称，也称为漏电保护开关。它起到对供电线路对地漏电或绝缘监测保护，避免人体触及相线与用电设备接地的金属外壳或直接大地形成回路而发生的触电事故，或避免相线与大地形成回路出现漏电有效装置；同时具备短路和过载保护功能，被广泛应用于可能发生触电或漏电的低压电气设备电网中。漏电保护器主要由零序互感器、比较运算放大器、脱扣器组成。零序互感器是一种电流互感器，它的一次绕组实际上就是供电线路一些输入导线，可以是单相二线制、三相三线制、三相四线制所有的相线和中性线(零线)，但不包括保护接地线(PE线)，它们直接穿过铁心线圈(或磁环线圈)中心孔或绕在铁心上若干圈以后引出到负载端。线路正常(即没有漏电故障)时，这些导线中流动的电流相量总和始终为零，因此电流互感器的铁心(或磁环线圈)中不会产生磁通，二次绕组也就不会产生感应电流。而当负载电路有漏电故障时(某一相或几相线对地有回路)，有一部分电流因“流失”而不能全部回到电源端，电流互感器一次绕组导线中流动的电流相量总和将不为零，此时所具有的电流差值被称作“剩余电流”，实际上就是线路的“漏电电流”。此时，电流互感器的铁心中将有磁通产生，二次绕组也就会产生感应电流。二次绕组将这一感应电流传送给一个电流比较运算放大电路，放大后的“剩余电流”再提供给脱扣器的跳闸线圈，产生电磁力，当电流足够大并使电磁力足够大时，执行机构就会使脱扣器动作跳闸，切断故障线路的电源输入，避免事故的延续。因不同应用场合对漏电感应灵敏度有不同要求，主要通过比较运算放大电路作调整设置，一般是产品出厂前做的固定设置，从而定义了不同灵敏度型号。无论什么型号漏电保护器，灵敏度范围一般都在5mA至50mA之内，且忽略偏差情况每款灵敏度是基本固定的。目前，公知的漏电保护器只是依据地线之外的供电线组的相线或与中性线(零线)相量和偏差是否超出设定的灵敏度阀值，即判定漏电电流是否超出感应灵敏度从而确定是否动作；可以防范人体在相线及有断路故障的中性线(零线)与大地构成回路的触电危险；或线路本身与大地之间的漏电起火危险。而不能识别与防范像其它正常负载一样在相线之间或者相线和中性线(零线)之间的更危险的人体触电；及不能识别与防范供电线路间(地线除外)空气击穿的火花和电弧放电引起的起火危险；并没有功率、功率因子、电能等计量功能。
技术实现思路
为了克服现有的漏电保护器不能识别相线之间或者相线和中性线(零线)之间的人体触电，及火花和电弧放电等不足，本专利技术提供一种计量和安全供电保护器，外观不限于漏电保护器形态，也能做成多用插座(接线板)形态。不仅能识别低压供电线路漏电危险，而且能识别相线之间或相线和中性线(零线)间的人体触电、火花放电、电弧放电等危险；当识别到相关危险，立即起保护，切断供电电源，避免危害持续发生，并且发出告警信号；另外提供浪涌保护、过载保护、短路保护、电能计量与显示、功率显示、功率因子显示等一些附加功能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方这案是：在公知的漏电保护器技术方案基础上，设计计量和安全供电保护器，剩余电流检测铁芯(或磁环)线圈，套入所有供电接入的相线和中性线，识别漏电，同时在相线和中性线(零线)分别套进磁环线圈，监测相线或中性线(零线)上的实时电流；计量和安全供电保护器，通过监测相线和中性线(零线)实时电流和电压，识别相线和中性线(零线)或相线间的人体触电，及火花和电弧放电等电流或阻抗特征，驱动切断电源通断机构；计量和安全供电保护器，通过监测相线和中性线(零线)实时电流和电压，识别出过载和短路情况，联动切断电源通断机构；计量和安全供电保护器，相线和中性线(零线)电压及电流幅度和相位实时检测，运算与显示电能量、功率、功率因子等参数指标。所述的计量和安全供电保护器串接在民用供电入户处或工业电气供电接入处。具体做法是延用公知漏电保护器技术方案基础基于电流互感器原理，接地线除外的单相线组、三相三线制线组、三相四线制线组等这些线组一起穿入铁芯(或磁环)，作为类似变压器初级，为增加磁通量当然也可以多绕几圈，同时在此铁芯(或磁环)绕上副线圈作为次级，次级输出串联固定电阻或电容，当漏电时次级感应出电流，串联的电阻或电容上有电压信号，对此电压信号进行比较放大，达到漏电感应阀值时驱动脱扣。同时，在每条输入相线或中性线(零线)上也套入磁环，单相二线制只要任选一条零线或相线即可，三相三线制可任选2条相线分别套入磁环，三相四线制可以任意选择3条供电线分别套入磁环，这些线套入穿心磁环作为类似变压器初级，为提高敏感度，初级线也可以多绕几圈，再在这些磁环引出多圈绕组作为次级，次级一端作为公共信号地，串联上采样电阻或电容；采用磁平衡的闭环霍尔电流传感器原理，采用开口磁环，在磁环开口处嵌入霍尔元件，因为磁通，霍尔元件感应输出电压信号，对该信号差动放大，关联驱动输出次级线圈电流，使得开口磁环的初级与次级产生的磁通相互抵消，达到磁平衡；采样电阻上的电压信号经过阻容滤波，用模数转换芯片定时或连续采样，由智能芯片读取相应信号，运算出相应每条相线或零线上的电流。实时电流检测不限于闭环式霍尔电流传感器原理电路，也能是开环式霍尔电流传感器、分流器、电流互感器、磁通门电流传感器、罗氏线圈、巨磁阻电流传感器、光纤电流传感器等其它电流检测原理电路，但基于精度、性价比、易校准方面要求考虑，闭环式霍尔电流传感器方式还是较适宜的选择。综合考虑量程与精度，需要选用16位以上的模数转换(ADC)芯片，可供选择专用高位数ADC芯片主要有：CS5513、LTC2378-20、LTC2400、CS1180S等，不限于其它高位ADC功能芯片；选用专用ADC芯片就需另配智能芯片。为简化电路设计可以选用内置高位ADC的MCU，例SDI5219AS/TS、PIC24FJ128GC010等系列MCU芯片。16位ADC也只适用额定电流20A之内的产品型号。为了综合量程和精度要求，也可以考虑供电总线输入，分支检测输出，几个小量程合并为大量程的技术方案，也可以是多个智能芯片协同运算，通信交互信息，多个智能芯片可以做功能分工，并分主次。相线间或相零间的人体触电电流识别较复杂，要考虑人体触电电流特征和低压供电电网环境电流特性。因电气负载主要分为阻性、感性、容性三种，它们串并在电网上也还是这3种类型，电流相位与电压相位前后相差在90°范围之内，如果是50Hz工频，时差即在前后5ms之内，因对整体用电功率因子要求，整体负载接近阻性；一般电流波形与电压波形相位接近，电流波形不规则，不一定是正弦波，但在过零时段电流波形基本稳定，且正常电流波形过零前后的45°总计90°左右接近正弦波，因供电电压过零前后，部分负载不耗电，体现整体负载在这些时段耗电电流波形较稳定。而人体触电则是呈阻性特征，电流波形基本与电压波形同相位，在瞬时电压低时呈现较大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.计量和安全供电保护器，其特征是剩余电流检测铁芯(或磁环)线圈，套入所有供电接入的相线和中性线，识别漏电，同时在相线和中性线(零线)分别套进磁环线圈，监测相线或中性线(零线)上的实时电流。/n

【技术特征摘要】
1.计量和安全供电保护器，其特征是剩余电流检测铁芯(或磁环)线圈，套入所有供电接入的相线和中性线，识别漏电，同时在相线和中性线(零线)分别套进磁环线圈，监测相线或中性线(零线)上的实时电流。


2.计量和安全供电保护器，其特征是通过监测相线和中性线(零线)实时电流和电压，识别相线和中性线(零线)或相线间的人体触电，及火花和电弧放电等电流或阻抗特征，驱动切断电源通断机构。


3.计量和安全供电保护器，其特征是通过监测相线和中性线(零线)实时电流和电压，识别出过载和短路情况，联动切断电源通断机构。


4.计量和安全供电保护器，其特征是相线和中性线(零线)电压及电流幅度和相位实时检测，运算与显示电能量、功率、功率因子等参数指标。


5.计量和安全供电保护器，其特征是用当前周期固定相位点电流值比较前几个周期对应相位的电流值或前几周期对应相位电流平均值差异，确定是否存在人体触电电流；如果是负载电流变化瞬间...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴世军，柴泽宇，邢小冬，
申请(专利权)人：柴世军，
类型：发明
国别省市：浙江;33