一种支持剩余电流互感器断线判断的剩余电流检测方法与流程

本发明涉及电流检测，尤其涉及一种支持剩余电流互感器断线判断的剩余电流检测方法。

背景技术：

1、剩余电流保护器应用于低压配电线路中，用来检测线路中的接地故障电流。防止接地故障电流引起的设备损坏和电气火灾事故，也可用来对人身触电危险提供间接接触保护。其中，用于剩余电流信号采集的剩余电流互感器作为核心部件之一，互感器二次出线是否可靠连接极为重要；一旦互感器二次出线连接断线，当发生漏电故障时，剩余电流保护器不及时动作，可能会造成生命财产损失。行业的相关标准也明确要求要对剩余电流互感器断线进行报警指示。

2、目前检测剩余电流互感器断线的方法，一种方法是通过开关（置于剩余电流保护器内部）、限流电阻、导线直接与供电线路的火线、零线相连，导线穿过剩余电流互感器；当剩余电流保护器检测到剩余电流为0时，闭合开关，给导线施加一个电流信号，开始判断互感器是否断线，如果能检测到该电流信号则认为接线正常。该方法不足之处在于，这个额外增加检测回路也需要接到剩余电流保护器上，由保护器来控制、施加电流信号；本身就会存在接线断线的情况，增加了断线检测的不确定性及现场施工接线的工作量。

3、还有一种方法,参见中国专利cn103855672a所提供的一种剩余电流动作继电器，装置可实现0.01a至3a连续可设的额定动作剩余电流；该方法不足之处：采样信号仅经过一级放大便传输至mcu的adc接口，目前市面上主流mcu的adc分辨率仅12位，如果放大倍数太小，则小信号精度难以保证；如果放大倍数太大，则剩余电流测量范围受限。

4、采用剩余电流互感器进行剩余电流检测的产品，基本用于检测交流或者脉动直流剩余电流，尤其是交流剩余电流。国内多数产品没有测频功能进行随频检测，导致其仅能保证45~55hz频率范围的剩余电流精度，对于部分国家60hz供电的场合不太实适用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述不足，提供一种支持剩余电流互感器断线判断的剩余电流检测方法，无需在剩余电流互感器一次侧施加电流信号，可检测出互感器二次出线是否断线。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、一种支持剩余电流互感器断线判断的剩余电流检测方法，基于mcu电路和信号处理电路，信号处理电路包括信号采样电路、断线检测电路、大信号放大电路、小信号放大电路和测频电路，包括以下内容：

4、所述mcu电路包括微控制器芯片ic1、电容c1~c13、晶振x1以及电阻r1、r2，所述微控制器芯片ic1的接口与断线检测电路、大信号放大电路、小信号放大电路和测频电路相连；所述信号采样电路包括剩余电流互感器、磁珠l1、磁珠l2和采样电阻r6，剩余电流互感器分别连接磁珠l1和磁珠l2，磁珠l2连接继电器k1的引脚3，继电器k1的引脚5通过采样电阻r6连接磁珠l1，继电器k1的引脚4接地，继电器k1的引脚2和3连接断线检测电路；所述断线检测电路包括由电阻r9、电阻r11、电容c16和三极管q1组成的继电器驱动电路，所述大信号放大电路包括电阻r3、电阻r4、电阻r7、电阻r8和运算放大器ic2a组成的差分放大电路，所述小信号放大电路包括电阻r10、电阻r12、电阻r14、电阻r15和运算放大器ic2b组成的差分放大电路，所述测频电路包括电阻r16、电阻r18、电阻r14、电阻r19和运算放大器ic2c组成的比较器；

5、微控制器芯片ic1初始化以后，先监测大信号放大电路采集到的信号，当信号小于某一阈值时，切换监测小信号放大电路采集到的信号；同理小信号放大电路采集到的信号大于某一阈值时，再切换监测大信号放大电路采集到的信号；

6、信号采样电路的采样电阻r6将剩余电流互感器二次输出的电流信号经采样电阻转换成电压信号后，传输至大信号放大电路及小信号放大电路；

7、继电器k1在有剩余电流的情况下，引脚3与引脚5处于导通状态；当测得剩余电流为0时，微控制器芯片ic1通过继电器驱动电路控制继电器k1动作；此时引脚3与引脚4导通，引脚3与引脚5断开；基准电压vdd2、电阻r3、电阻r4、磁珠l1、剩余电流互感器、磁珠l2及参考地形成回路；断线电压监测点adc-check设置于磁珠l1一端，并与微控制器芯片ic1相连；

8、当剩余电流互感器连接断线时，adc-check端电压等于基准电压vdd2；当剩余电流互感器连接正常时，由于互感器及磁珠阻抗很小，adc-check端电压略大于0v，远小于基准电压vdd2；通过adc-check端监测的电压即可判断剩余电流互感器是否断线；

9、大信号放大电路运放输出信号传输至测频电路，同时经电阻r5和电容c14组成的rc滤波电路传输至微控制器芯片ic1；小信号放大电路运放输出信号经电阻r13和电容c17组成的rc滤波电路传输至微控制器芯片ic1；测频电路运放输出信号传输至微控制器芯片ic1，计算剩余电流的频率。

10、进一步地，所述芯片ic1的引脚5连接电容c1，引脚6连接电容c2，电容c1和电容c2并联且接地，电容c1和电容c2之间还设有晶振x1，为微控制器芯片ic1提供基本的时钟信号。

11、进一步地，电容c3~c11并联接入+vdd1,电容c12和 c13并联后连接电阻r2，芯片ic1还连接电阻r1；滤波电容c3~c13为微控制器芯片ic1的供电电源及输入信号进行滤波；电阻r1起到下拉的作用，电阻r2起到上拉的作用。

12、进一步地，电阻r9的一端连接微控制器芯片ic1，另一端连接电容c16，电容c16与电阻r11并联，电阻r11与三极管q1的基极和发射极相连，三极管q1连接二极管d1，二极管d1的两端连接继电器k1的引脚2和3；电阻r9起限流作用；电阻r11起下拉作用，防止受干扰导致继电器k1误动；电容c16起滤波作用；三极管q1起电流放大作用，二极管d1为续流二极管，防止继电器驱动线圈失电时形成的反向电动势损坏三极管q1。

13、进一步地，运算放大器ic2a的同相输入端连接电阻r3和电阻r4，反相输入端连接电阻r7和电阻r8，输出端连接电阻r5，电阻r5连接电容c14，电阻r3连接基准电压vdd2，将输入信号电平抬高，电阻r4和r7分别连接电阻r6的两端，运算放大器ic2a还连接电容c15。

14、进一步地，其中r4=r7，r3=r8，放大倍数=r8/r7，考虑是对大信号进行放大，放大倍数较小，电容c15用于给运放ic2a电源进行滤波，运放输出信号传输至测频电路，同时经电阻r5和电容c14组成的rc滤波电路传输至微控制器芯片ic1。

15、进一步地，其中r10=r15，r12=r14，放大倍数=r15/r14，考虑是对小信号进行放大，为保证测量精度，放大倍数较大；运放输出信号经电阻r13和电容c17组成的rc滤波电路传输至微控制器芯片ic1。

16、进一步地，运算放大器ic2c还连接电容c19，电容c19起滤波作用。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、本发明提供了一种支持剩余电流互感器断线判断的剩余电流检测方法，基于mcu电路，mcu电路采用mcu微控制器芯片，mcu微控制器芯片的接口与断线检测电路、大信号放大电路、小信号放大电路及测频电路相连；无需在剩余电流互感器一次侧施加电流信号即可检测出互感器二次出线是否断线；测量范围宽且能兼顾测量精度，可监测1ma~30a范围内的剩余电流；可适用于国内外50/60hz（波动范围±5hz）供电系统。