專利名稱：中性線斷線保護(hù)控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三相四線制供電系統(tǒng)的中性線保護(hù)領(lǐng)域，特別是涉及一種中性線斷線保護(hù)控制裝置及方法。
背景技術(shù)：
三相四線制供電系統(tǒng)中，中性線是三相電路的公共回線。中性線能保證三相負(fù)載成為三個(gè)互不影響的獨(dú)立回路；不論各相負(fù)載是否平衡，各相負(fù)載均可承受對(duì)稱的相電壓，即不論哪一相發(fā)生故障，其它兩相都能夠正常工作。但是，由于某種原因使三相負(fù)載處于不對(duì)稱情況下運(yùn)行時(shí)，一旦中性線發(fā)生斷線故障，則會(huì)引起斷線點(diǎn)之后的中性線電位偏移UNN，嚴(yán)重時(shí)Uffl甚至大于50V，使各相負(fù)載電壓不平衡，與之相對(duì)應(yīng)的三相負(fù)載相電壓過(guò)、欠電壓值將達(dá)額定值的20%以上，導(dǎo)致用電設(shè)備燒毀或不能正常工作。同時(shí)，對(duì)接地方式為T(mén)N-C 或TN-C-S的電氣系統(tǒng)而言，由于中性點(diǎn)的電位提高，使通過(guò)PEN線或PE線與電氣設(shè)備相聯(lián)接的外殼帶上危險(xiǎn)的電壓，直接危及人身安全。根據(jù)我國(guó)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定當(dāng)三相四線制配電線路中的中性線發(fā)生斷線故障時(shí)，需自動(dòng)切斷負(fù)荷側(cè)全部電源線路。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定在接線方式為T(mén)N-C或TN-C-S的電氣系統(tǒng)中，嚴(yán)禁斷開(kāi)中性線(PEN線)，一旦中性線發(fā)生斷線故障，及時(shí)斷開(kāi)配電線路。綜上所述，為了保障三相四線制供電系統(tǒng)中用電設(shè)備的安全和人身安全，對(duì)三相四線制供電系統(tǒng)中性線的保護(hù)極其重要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種中性線斷線保護(hù)控制裝置及方法，能夠在中性線斷線后控制斷路器跳閘，切斷電源側(cè)線路，保護(hù)三相四線制供電系統(tǒng)中用電設(shè)備的安全和人身安全。本發(fā)明提供的中性線斷線保護(hù)控制裝置，包括主控制器和與所述主控制器相連的電源供電電路，還包括分別與所述主控制器相連的采樣濾波電路、故障指示電路和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路，所述電源供電電路包括依次相連的阻容降壓電源、電源管理單元和穩(wěn)壓?jiǎn)卧?；所述采樣濾波電路包括三條第一支路，所述第一支路包括依次相連的采樣單元、整流單元和濾波單元；所述故障指示電路包括兩條并聯(lián)的第二支路，所述第二支路由電阻和發(fā)光二極管串聯(lián)組成；所述驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路包括相互配合用于導(dǎo)通電氣回路的三極管和繼電器。在上述技術(shù)方案中，還包括與所述主控制器的電源端相連、用于監(jiān)測(cè)電源狀態(tài)波動(dòng)的電源復(fù)位電路，所述電源復(fù)位電路包括電源復(fù)位芯片。在上述技術(shù)方案中，所述電源供電電路與主控制器的電源端相連，采樣濾波電路與主控制器的模擬信號(hào)輸入通道相連，故障指示電路與主控制器的I/o 口相連，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路與主控制器的繼電器控制端相連。在上述技術(shù)方案中，所述主控制器包括三個(gè)模擬信號(hào)輸入通道，所述三個(gè)模擬信號(hào)輸入通道分別對(duì)應(yīng)連接所述采樣濾波電路的三條第一支路。在上述技術(shù)方案中，所述電源供電電路中的阻容降壓電源包括降壓?jiǎn)卧鼋祲簡(jiǎn)卧ú⒙?lián)的泄放電阻和限流分壓電容。 在上述技術(shù)方案中，所述故障指示電路每條第二支路中的電阻一端與主控制器的I/o 口相連，另一端與該支路中的發(fā)光二極管正極相連，所述發(fā)光二極管的負(fù)極接地。在上述技術(shù)方案中，所述驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路中三極管的基極通過(guò)一電阻接入主控制器的繼電器控制端，三極管的集電極連接所述繼電器的線圈一端，三極管的發(fā)射極接地，三極管的基極和發(fā)射極之間還連接有電容，所述繼電器的線圈另一端接電源，所述繼電器兩端并聯(lián)有二極管。在應(yīng)用上述中性線斷線保護(hù)控制裝置的硬件基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供一種中性線斷線保護(hù)控制方法，包括以下步驟
A、系統(tǒng)初始化后，給看門(mén)狗輸入信號(hào)；
B、判定已到電網(wǎng)周期時(shí)，給看門(mén)狗輸入信號(hào)，并計(jì)算電壓有效值；否則轉(zhuǎn)到步驟A;
C、判定滿足零點(diǎn)漂移故障時(shí)，轉(zhuǎn)到步驟D;否則解除斷路器跳閘信號(hào)，控制故障指示燈熄滅、正常狀態(tài)指示燈常亮，再轉(zhuǎn)到步驟A ;
D、判定已延時(shí)三秒時(shí)，控制斷路器跳閘、正常狀態(tài)指示燈熄滅；否則轉(zhuǎn)到步驟A;
E、判定已延時(shí)一秒時(shí)，控制故障指示燈閃爍；否則轉(zhuǎn)到步驟A。在上述技術(shù)方案中，步驟A中所述系統(tǒng)初始化依次包括以下步驟關(guān)閉看門(mén)狗，禁止定時(shí)中斷，外部時(shí)鐘初始化，外部端口初始化，模數(shù)轉(zhuǎn)換初始化，定時(shí)器初始化，允許定時(shí)中斷，開(kāi)啟看門(mén)狗。在上述技術(shù)方案中，所述定時(shí)中斷依次包括以下步驟進(jìn)入定時(shí)中斷；讀取電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換值；采樣值中位值濾波；計(jì)算第二條模擬信號(hào)輸入通道的信號(hào)累加和；處理電壓
周期信號(hào)量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能夠在中性線斷線后控制斷路器跳閘，切斷電源側(cè)線路，保護(hù)三相四線制供電系統(tǒng)中用電設(shè)備的安全和人身安全。
圖I為本發(fā)明實(shí)施例中性線斷線保護(hù)控制裝置的結(jié)構(gòu)框 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中性線斷線保護(hù)控制裝置的電路 圖3為本發(fā)明實(shí)施例電源供電電路的電路 圖4為本發(fā)明實(shí)施例采樣濾波電路的電路 圖5為本發(fā)明實(shí)施例電源復(fù)位電路的電路 圖6為本發(fā)明實(shí)施例故障指示電路的電路 圖7為本發(fā)明實(shí)施例驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路的電路 圖8為本發(fā)明實(shí)施例中性線斷線保護(hù)控制方法的流程 圖9為本發(fā)明實(shí)施例定時(shí)中斷的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述參見(jiàn)圖I所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的中性線斷線保護(hù)控制裝置，包括主控制器和分別與主控制器相連的電源供電電路、采樣濾波電路、電源復(fù)位電路、故障指示電路和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路，其中，電源供電電路與主控制器的電源端相連，采樣濾波電路與主控制器的模擬信號(hào)輸入通道相連，電源復(fù)位電路與主控制器的電源端相連，用于監(jiān)測(cè)電源狀態(tài)的波動(dòng)，故障指示電路與主控制器的I/o 口相連，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路與主控制器的繼電器控制端相連。參見(jiàn)圖2所示，電源供電電路包括依次相連的阻容降壓電源、電源管理單元和穩(wěn)壓?jiǎn)卧枞萁祲弘娫窗ń祲簡(jiǎn)卧?，降壓?jiǎn)卧ú⒙?lián)的泄放電阻和限流分壓電容。采樣濾波電路包括三條第一支路，所述第一支路包括依次相連的采樣單元、整流單元和濾波單元，三條第一支路分別對(duì)應(yīng)連接主控制器的三個(gè)模擬信號(hào)輸入通道ADl、AD2和AD3。電源復(fù)位電路包括電源復(fù)位芯片，，它是一個(gè)定時(shí)器，專門(mén)用于監(jiān)測(cè)程序的運(yùn)行狀態(tài)，能夠防止程序發(fā)生死循環(huán)或者說(shuō)防止程序跑飛。故障指示電路包括兩條并聯(lián)的第二支路，所述第二支路由電阻和發(fā)光二極管串聯(lián)組成，每條第二支路中的電阻一端與主控制器的I/O 口相連，另一端與該支路中的發(fā)光二極管正極相連，發(fā)光二極管的負(fù)極接地。驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路包括相互配合用于導(dǎo)通電氣回路的三極管Q2和繼電器，其中，三極管Q2的基極通過(guò)一電阻接入主控制器的繼電器控制端，三極管Q2的集電極連接所述繼電器的線圈一端，三極管Q2的發(fā)射極接地，三極管Q2的基極和發(fā)射極之間還連接有電容C11，繼電器的線圈另一端接電源，繼電器兩端并聯(lián)有二極管D7。參見(jiàn)圖3所示，電源供電電路給整個(gè)系統(tǒng)供電，采用阻容降壓電源設(shè)計(jì)，降壓?jiǎn)卧捎秒娮鑂18和電容C9并聯(lián)進(jìn)行降壓。電阻R18為泄放電阻，其阻值為510k，用于泄放電容上殘存的電荷。電容C9利用容抗限流進(jìn)行降壓，其具體參數(shù)為2.2UF/630V，實(shí)際上起到限制電流和動(dòng)態(tài)分配電容及負(fù)載兩端電壓的作用。電源管理單元通過(guò)電源管理芯片AMSl 117-5和AMSl 117-3. 3把電壓穩(wěn)定在5V和3. 3V，給整個(gè)系統(tǒng)提供電源。穩(wěn)壓?jiǎn)卧ㄟ^(guò)穩(wěn)壓二級(jí)管D9將其兩端電壓穩(wěn)定在6. 2伏。參見(jiàn)圖4所示，采樣濾波電路，先通過(guò)電阻R1、R2分壓進(jìn)行采樣，再通過(guò)二極管Dl進(jìn)行半波整流，此時(shí)電網(wǎng)電壓U。與采樣電壓Ui滿足如下關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種中性線斷線保護(hù)控制裝置，包括主控制器和與所述主控制器相連的外圍電路，其特征在于還包括分別與所述主控制器相連的采樣濾波電路、故障指示電路和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路，所述電源供電電路包括依次相連的阻容降壓?jiǎn)卧㈦娫垂芾韱卧头€(wěn)壓?jiǎn)卧?；所述采樣濾波電路包括三條第一支路，所述第一支路包括依次相連的采樣單元、整流單元和濾波單元；所述故障指示電路包括兩條并聯(lián)的第二支路，所述第二支路由電阻和發(fā)光二極管串聯(lián)組成；所述驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路包括相互配合用于導(dǎo)通電氣回路的三極管和繼電器。
2.如權(quán)利要求I所述的中性線斷線保護(hù)控制裝置，其特征在于還包括與所述主控制器的電源端相連、用于監(jiān)測(cè)電源的波動(dòng)狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求I所述的中性線斷線保護(hù)控制裝置，其特征在于所述電源供電電路與主控制器的電源端相連，采樣濾波電路與主控制器的模擬信號(hào)輸入通道相連，故障指示電路與主控制器的I/O 口相連，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路與主控制器的繼電器控制端相連。
4.如權(quán)利要求3所述的中性線斷線保護(hù)控制裝置，其特征在于所述主控制器包括三個(gè)模擬信號(hào)輸入通道，所述三個(gè)模擬信號(hào)輸入通道分別對(duì)應(yīng)連接所述采樣濾波電路的三條第一支路。
5.如權(quán)利要求I所述的中性線斷線保護(hù)控制裝置，其特征在于所述電源供電電路中的阻容降壓電源包括降壓?jiǎn)卧?，所述降壓?jiǎn)卧ú⒙?lián)的泄放電阻和限流分壓電容。
6.如權(quán)利要求I所述的中性線斷線保護(hù)控制裝置，其特征在于所述故障指示電路每條第二支路中的電阻一端與主控制器的I/O 口相連，另一端與該支路中的發(fā)光二極管正極相連，所述發(fā)光二極管的負(fù)極接地。
7.如權(quán)利要求I至6任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的中性線斷線保護(hù)控制裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路中三極管的基極通過(guò)一電阻接入主控制器的繼電器控制端，三極管的集電極連接所述繼電器的線圈一端，三極管的發(fā)射極接地，三極管的基極和發(fā)射極之間還連接有電容，所述繼電器的線圈另一端接電源，所述繼電器兩端并聯(lián)有二極管。
8.應(yīng)用如權(quán)利要求I所述的中性線斷線保護(hù)控制裝置的中性線斷線保護(hù)控制方法，其特征在于包括以下步驟 A、系統(tǒng)初始化后，給看門(mén)狗輸入信號(hào)； B、判定已到電網(wǎng)周期時(shí)，給看門(mén)狗輸入信號(hào)，并計(jì)算電壓有效值；否則轉(zhuǎn)到步驟A; C、判定滿足零點(diǎn)漂移故障時(shí)，轉(zhuǎn)到步驟D;否則解除斷路器跳閘信號(hào)，控制故障指示燈熄滅、正常狀態(tài)指示燈常亮，再轉(zhuǎn)到步驟A ; D、判定已延時(shí)三秒時(shí)，控制斷路器跳閘、正常狀態(tài)指示燈熄滅；否則轉(zhuǎn)到步驟A; E、判定已延時(shí)一秒時(shí)，控制故障指示燈閃爍；否則轉(zhuǎn)到步驟A。
9.如權(quán)利要求8所述的中性線斷線保護(hù)控制方法，其特征在于步驟A中所述系統(tǒng)初始化依次包括以下步驟關(guān)閉看門(mén)狗，禁止定時(shí)中斷，外部時(shí)鐘初始化，外部端口初始化，模數(shù)轉(zhuǎn)換初始化，定時(shí)器初始化，允許定時(shí)中斷，開(kāi)啟看門(mén)狗。
10.如權(quán)利要求9所述的中性線斷線保護(hù)控制方法，其特征在于所述定時(shí)中斷依次包括以下步驟進(jìn)入定時(shí)中斷；讀取電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換值；采樣值中位值濾波；計(jì)算第二條模擬信號(hào)輸入通道的信號(hào)累加和；處理電壓周期信號(hào)量。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種中性線斷線保護(hù)控制裝置及方法，裝置包括主控制器和與主控制器相連的電源供電電路，采樣濾波電路、故障指示電路和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路，電源供電電路包括依次相連的阻容降壓?jiǎn)卧㈦娫垂芾韱卧头€(wěn)壓?jiǎn)卧?；采樣濾波電路包括三條第一支路，第一支路包括依次相連的采樣單元、整流單元和濾波單元；故障指示電路包括兩條并聯(lián)的第二支路，第二支路由電阻和發(fā)光二極管串聯(lián)組成；驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路包括相互配合用于導(dǎo)通電氣回路的三極管和繼電器?；谏鲜鲇布b置，本發(fā)明還公開(kāi)一種中性線斷線保護(hù)控制方法。本發(fā)明能在中性線斷線后控制斷路器跳閘，切斷電源側(cè)線路，保護(hù)三相四線制供電系統(tǒng)中用電設(shè)備和人身的安全。
文檔編號(hào)H02H3/00GK102751694SQ201110057618
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者孫吉華 申請(qǐng)人:北京維通利電氣有限公司