零線斷相檢測電路和檢測零線斷相的方法與流程

本發明涉及低壓電器領域，特別涉及一種零線斷相檢測電路和檢測零線斷相的方法。

背景技術：

在三相四線制的供電系統中，如果零線斷了，其后果是在三相負載不平衡時使零線的電位不等于0，也就是說中性點發生偏移，此時很有可能發生觸電事故。

目前，大部分采用三相四線制接線方式的保護器測量零線斷相的方法是：一，保護器工作電源采用火線與零線間的電壓，當零線斷相后，保護器停止工作，繼電器斷開，最終斷開整個供電電路。此方法可靠性高，但是通用性不高，比如在三相三線制接線方式的電路中，此保護器就無法使用。二，另一種方法是對電源A相、電源B相和電源C相電壓進行矢量和計算，并與電源N相的矢量電壓進行比較是否相等，這種方法的弊端在于，當電網的三相電壓處于理想狀態時，也就是電源A相、電源B相和電源C相三相電壓矢量和等于0或者接近于0時，零線無論斷相與否，電源N相的矢量電壓永遠為0，因此在這種狀態下無法檢測到零線的斷相。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種結構簡單，通用性強，穩定可靠的零線斷相檢測電路和檢測零線斷相的方法。

為實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種零線斷相檢測電路，包括電壓采樣電路和與電壓采樣電路連接的監控電路；所述電壓采樣電路包括分別與電源A相、電源B相、電源C相和電源N相連接的第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和第四輸入端，電壓采樣電路 還包括阻值各不相等的電阻R1、電阻R2和電阻R3，第一輸入端經電阻R1與監控電路連接，第二輸入端經電阻R2與監控電路連接，第三輸入端經電阻R3與監控電路連接。

進一步，所述電壓采樣電路還包括電阻R5，電阻R6和電阻R7；所述電阻R1和電阻R5串聯后的一端與第一輸入端連接，另一端與電路地GND連接，電阻R1和電阻R5的中間節點連接到監控電路的輸入端；所述電阻R2和電阻R6串聯后的一端與第二輸入端連接，另一端與電路地GND連接，電阻R2和電阻R6的中間節點連接到整流電路的輸入端；所述電阻R3和電阻R7串聯后的一端與第三輸入端連接，另一端與電路地GND連接，電阻R3和電阻R7的中間節點連接到監控電路的輸入端；所述電阻R1與電阻R5，電阻R2和電阻R6與電阻R3和電阻R7之間的阻值之和各不相等。

進一步，所述電壓采樣電路還包括電阻R4，第四輸入端經電阻R4與監控電路連接。

進一步，所述電壓采樣電路還包括電阻R8；所述電阻R8和電阻R4串聯后的一端與第四輸入端連接，另一端與電路地GND連接，電阻R4和電阻R8的中間節點連接到監控電路的輸入端。

進一步，還包括整流電路，所述整流電路設于電壓采樣電路和監控電路之間，整流電路的輸入端與電壓采樣電路的輸出端連接，整流電路的輸出端與監控電路連接，整流電路將電壓采樣電路采集的電壓信號整流成直流電壓后輸出給監控電路。

進一步，所述監控電路可以設置為微控制器。

進一步，所述零線斷相檢測電路的所有元件焊接在被檢測設備的線路板上。

進一步，零線斷相檢測電路設置在繼電器上。

一種檢測零線斷相的方法，在電源A相、電源B相和電源C相上分別設置阻值各不相等的分壓電阻，當電源N相上的N相分壓電阻上的電壓為0時判定零線斷相。

進一步，當電源N相上的N相分壓電阻上的電壓不為0時，計算電源A相、電源B相和電源C相這三相上分壓電阻的電壓矢量和是否等于N相分壓 電阻上的電壓，如不相等則判定零線斷相或接地不良。

本發明在三相電路中接入零線斷相檢測電路，零線斷相檢測電路包括電壓采樣電路和與電壓采樣電路連接的監控電路，電壓采樣電路分別將阻值各不相等的分壓電阻接入到電源A相，電源B相和電源C相，破壞三相電壓的理想平衡狀態，使得電路三相電壓矢量之和在任何時候都不可能為零，因此在電網的三相電壓處于理想平衡狀態時也能夠檢測零線是否斷相，通過檢測N相電壓是否為零，即可檢測零線是否存在故障；本發明的工作電源采用的是三相線電壓，可以接入三相四線電路和三相三線電路中，兼容性能好。

附圖說明

圖1是本發明零線斷相檢測電路的電路圖；

圖2是本發明三相電壓與N相矢量方向圖。

具體實施方式

以下結合附圖1至2給出的實施例，進一步說明本發明的零線斷相檢測電路和檢測零線斷相的方法的具體實施方式。本發明的零線斷相檢測電路和檢測零線斷相的方法不限于以下實施例的描述。

如圖2所示，一種檢測零線斷相的方法是，對電源A相、電源B相和電源C相電壓進行矢量和計算，并與電源N相的矢量電壓進行比較是否相等。這種方法在電網的三相電壓處于理想狀態時，也就是電源A相、電源B相和電源C相三相電壓矢量和等于0或者接近于0時，零線無論斷相與否，電源N相的矢量電壓永遠為0，無法檢測出零線是否斷相。

如圖2所示，三根相線中任意一根相線與零線間的電壓為相電壓，三根相線中任意兩根間的電壓為線電壓，線電壓是兩個相相電壓的矢量和，所述三相電壓的相位相差120度，所述三相矢量電壓是指電路地GND分別朝向電源A相，電源B相，電源C相的矢量電壓，N相矢量電壓是指電路地GND朝向電源N相的矢量電壓(當三相電壓處于理想狀態時，N相矢量電壓為0)，所述三相電壓矢量和是指三相矢量電壓分別分解到N相矢量電壓方向上的矢量電壓之和。

如圖1所示，本發明零線斷相檢測電路，包括電壓采樣電路和與電壓采樣電路連接的監控電路。所述電壓采樣電路包括分別與電源A相、電源B相、電源C相和電源N相連接的第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和第四輸入端，電壓采樣電路還包括阻值各不相等的電阻R1、電阻R2和電阻R3，第一輸入端經電阻R1與監控電路連接，第二輸入端經電阻R2與監控電路連接，第三輸入端經電阻R3與監控電路連接；監控電路根據電壓采樣電路輸入的信號監控是否發生零線故障。當N相電壓為零則判定零線斷相，當N相電壓不為零且不等于電源A相、電源B相、電源C相這三相電壓矢量時則判定零線斷相或接地不良，即可檢測零線是否存在故障。本發明在三相電路中接入零線斷相檢測電路，零線斷相檢測電路包括電壓采樣電路和與電壓采樣電路連接的監控電路，電壓采樣電路分別將阻值各不相等的分壓電阻接入到電源A相，電源B相和電源C相，破壞三相電壓的理想平衡狀態，使得電路三相電壓矢量之和在任何時候都不可能為零，因此在電網的三相電壓處于理想平衡狀態時也能夠檢測零線是否斷相，通過檢測N相電壓是否為零，即可檢測零線是否存在故障；本發明的工作電源采用的是三相線電壓，可以接入三相四線電路和三相三線電路中，兼容性能好。

判斷N相電壓是否為0，只需要接入簡單的比較電路即可很容易的實現。當N相電壓為0時，零線斷相；當N相電壓不為0時，需要計算三相電壓的矢量和和N相的矢量電壓是否相等，如不相等則判定零線斷相或接地不良。計算零線斷相檢測電路的三相電壓的矢量和運算的監控電路可以通過微處理器來實現，三相電壓的矢量和運算也可以通過現有電路來實現。

當監控電路采用為微處理器時，可接入整流電路，所述整流電路設于電壓采樣電路和監控電路之間，整流電路的輸入端與電壓采樣電路的輸出端連接，整流電路的輸出端與監控電路連接，整流電路將電壓采樣電路采集的電壓信號整流成直流電壓后輸出給監控電路。

如圖1所示，所述電壓采樣電路還包括電阻R5，電阻R6和電阻R7；所述電阻R1和電阻R5串聯后的一端與第一輸入端連接，另一端與電路地GND連接，電阻R1和電阻R5的中間節點連接到監控電路的輸入端；所述電阻R2和電阻R6串聯后的一端與第二輸入端連接，另一端與電路地GND連接，電阻R2和電阻R6的中間節點連接到整流電路的輸入端；所述電阻R3和電阻R7串聯后的一端與 第三輸入端連接，另一端與電路地GND連接，電阻R3和電阻R7的中間節點連接到監控電路的輸入端；所述電阻R1與電阻R5，電阻R2和電阻R6與電阻R3和電阻R7之間的阻值之和各不相等。

如圖1所示，所述電壓采樣電路還包括電阻R4，第四輸入端經電阻R4與監控電路連接。電壓采樣電路與電源N相連接后接入電阻R4，使得電源N相在接地不良時電壓不為零，當N相電壓不為0時，通過計算三相電壓矢量和電壓與N相矢量電壓是否相等來判斷零線是否存在接地不良。所述電壓采樣電路還包括電阻R8；所述電阻R8和電阻R4串聯后的一端與第四輸入端連接，另一端與電路地GND連接，電阻R4和電阻R8的中間節點連接到監控電路的輸入端。

圖1所示實施例中，通過接入阻值較大的電阻來實現破壞三相電壓平衡狀態，電阻R1、電阻R2和電阻R3的阻值分別為1M、2M和3M，電阻R4的阻值為1M，電阻R5、電阻R6、電阻R7和電阻R8的阻值都為1K。各電阻的阻值可以根據需要設置為其他值，只要電阻R1與電阻R5，電阻R2和電阻R6與電阻R3和電阻R7之間的阻值之和各不相等即可。

如圖1所示，本發明檢測零線斷相的方法，包括如下步驟：

(1)，在電源A相、電源B相和電源C相上分別設置阻值各不相等的分壓電阻，當電源N相上的N相分壓電阻上的電壓為0時判定零線斷相。

(2)，當電源N相上的N相分壓電阻上的電壓不為0時，計算電源A相、電源B相和電源C相這三相上分壓電阻的電壓矢量和是否等于N相分壓電阻上的電壓，如不相等則判定零線斷相或接地不良。

具體地，可在電阻R1和電阻R5之間設有A相電壓檢測a點，電阻R2和電阻R6之間設有B相電壓檢測b點，電阻R3和電阻R7之間設有C相電壓檢測c點，電阻R4和電阻R8之間設有N相電壓檢測n點；

a，電壓采樣電路分別采集到A相電壓檢測a點的矢量電壓U1，B相電壓檢測b點的矢量電壓U2，C相電壓檢測c點的矢量電壓U3和N相電壓檢測n點的矢量電壓U4；

b，矢量電壓U1，矢量電壓U2，矢量電壓U3，矢量電壓U4經過整理電路整 流后讀取到微處理器，微處理器對采樣得到的三相電壓數值進行矢量和運算并與零線矢量電壓進行比較和判斷，計算是否發生零線故障。

c，當微處理檢測到矢量電壓U4等于0時，零線斷相，微處理器發出信號切斷電路；

d，當微處理檢測到矢量電壓U4不等于0時，微處理器對矢量電壓U1，矢量電壓U2，矢量電壓U3進行矢量和運算，并與矢量電壓U4進行比較和判斷。

e，當矢量電壓U1，矢量電壓U2，矢量電壓U3的矢量和與矢量電壓U4相等，零線沒有斷相或者沒有接地不良；

f，矢量電壓U1，矢量電壓U2，矢量電壓U3的矢量和與矢量電壓U4的矢量和不相等，零線存在接地不良。

通過上述可知，零線斷相檢測電路可以應用在一切三相三線或者三相四線有測量電壓功能的設備上，只需要將零線斷相檢測電路所有元件焊接在被檢測設備的線路板上。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。