一种解决大电机启动引起剩余电流保护装置误动的电路的制作方法

本发明涉及电力保护技术领域，具体为一种解决大电机启动引起剩余电流保护装置误动的电路。

背景技术：

在三相四线制tn-s供电系统中，一般在主回路出线和重要分支回路都需安装剩余电流保护装置，剩余电流保护装置的基本原理让三相导线与n线(三相设备回路无零线)一起穿过一个零序c.t，得到三相导线与中性线n的电流矢量和ion＝ia+ib+ic+in，当没有发生单相接地故障及线路与设备的也无泄漏电流时，则此矢量和ion为零；因设备线路老化等原因，线路总会存在固有泄漏电流，当发生某一相接地故障时，故障电流中会通过保护线pe及与地相关联的金属构件，即ia+ib+ic+in≠0，此时数值ion为接地故障电流id加正常泄漏电流。当矢量和ion达到预定保护值iδn时，装置报警或执行分闸，达到保护线路设备和人身安全的目的。

实际应用中，大功率电机回路，几乎都存在启动时剩余电流保护装置动作的情况，而且，启动完成后，再投入剩余电流保护装置，装置能正常工作。

这种情况检测电机的绝缘都是达标的，线路状况也是良好，剩余电流保护装置也是合格的。而行业中往往分析为：

1、剩余电流，保护装置内附加有失压脱扣装置，如果电源线距远线细，启动时降压严重，引起失压保护动作。

2、保护装置容量偏小，启动时过流保护跳闸。

3、三相电流不平衡度较大。

因为原因分析偏离，而没有能解决问题，导致了很多大容量电机都不装配剩余电流保护装置，留下了严重的安全隐患。

大容量电机启动时，启动电流往往是工作电流的5-15倍，经过专业检测，事实上，真正引起剩余电流保护装置在原因是大电流经过设备和供电电缆与外壳(大地)之间的电容形成了交流电流回路，因为电机绕组、电机进线电缆等相对外壳和大地的相对位置的不一致性，使得三相对地充电电流大小不等，而产生矢量和，对剩余电流保护装置来说形成了剩余电流。

而对于正常的设计负荷电流，因为负荷电流经过分布电容的分流非常小，形成的电容充电电流矢量和往往只有最大数十毫安级，特别是大电机启动完成进入正常运行状态后，三相电流趋于平衡，这样经过分布电容对地产生的充电电流矢量和更小，甚至达到了接近零值。

为了能在大容量电机回路安装剩余电流保护装置，又不影响其正常启动，本发明根据电机实际运行情况，基于剩余电流保护装置原理，设计了一个智能识别系统电路，解决了目前的行业缺失。

本电路依据三相回路负荷电流的大小变化曲线、相位与泄漏电流的大小、相位以及变化速率进行实时对比，判断是正常的泄漏电流还是大容量电机启动电流与大地之间的电容充电电流，再通过本电路实现对剩余电流中电机启动大电流对地电容充电的剥离和正常泄漏电流的提取，实现了大容量电机正常启动，同时确保了剩余电流保护装置的灵敏度。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种三相剩余电流与三相负荷电流的电流值大小、相位等参数的动态跟踪对比电路，以此解决三相四线制、三相三线制系统中剩余电流保护装置的灵敏度与大容量电机等负荷启动时对地分布电容充电电流引起剩余电流保护装置误动作之间的矛盾。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种解决大电机启动引起剩余电流保护装置误动的电路，包括剩余电流检测回路、负载(兼容零线)电流检测回路、基准时基发生回路、相位检测回路、启动电流触发回路及单片机内部的计算函数。

所述剩余电流检测回路：零序互感器is4主绕组经ri15取样，c35滤波，cw1限幅，由ri16接运放a5的13脚信号输入端，放大后，信号由运放a5的14脚信号输出端经r99接入mcu单片机11脚。

所述负载电流检测回路：a相电流是由互感器is1取得，经br1全波整流，负极信号经取样电阻ri1和ri1b接地，电流值信号经ri2输入到运算放大器a1的信号输入端，放大后由运算放大器ai经r90输入到mcu单片机1脚。

所述b相电流是由互感器is2取得，经br2全波整流，负极信号经取样电阻ri5和ri5b接地，电流值信号经ri6输入到运算放大器a2的信号输入端，放大后由运算放大器a2经r91输入到mcu单片机3脚。

所述c相电流是由互感器is3取得，经br3全波整流，负极信号经取样电阻ri9和ri9b接地，电流值信号经ri10输入到运算放大器a3的信号输入端，放大后由运算放大器a3经r92输入到mcu单片机5脚。

所述n相电流是由互感器is4取得，经br4全波整流，负极信号经取样电阻rin和rinb接地，电流值信号经rn1输入到运算放大器a4的信号输入端，放大后由运算放大器a4经r95输入到mcu单片机7脚。

所述启动电流触发回路是由a/b/c/n，4组(无零线场合3组)电流信号整流回路的正极并联至由q4为主组成的触发回路组成。

优选的，所述剩余电流相位检测信号是由is4副绕组经r98输入mcu单片机9脚，捕捉剩余电流信号的相位。

优选的，所述a相电流值信号既作为a电流大小的测量，同时也是作为a相电流相位的判断，且b相电流值信号既作为b电流大小的测量，同时也是作为b相电流相位的判断。

优选的，所述c相电流值信号既作为c电流大小的测量，同时也是作为c相电流相位的判断，且n相电流值信号既作为n电流大小的测量，同时也是作为a/b/c三相中心点相位偏移的计算依据。

优选的，所述启动电流触发回路的具体原理为：当某一相或多相主回路的负载电流达到某一阈值，r61/zd1/r62串联回路会被触发击穿，此时，会在r62上形成与负载电流大小成比例的电压值，对于三极管q4，基极输入信号，通过q4放大，q4发射极电阻r60产生于负载电流大小同步的电压信号，此信号经过r65输入mcu单片机2脚，再有mcu单片机根据预定阈值，启动内部相位和幅值比对函数。

优选的，所述基准时基发生回路为了兼顾三相三线和三相四线系统，从a相由r1/r2/r3串联、b相由r4/r5/r6串联、c相由r7/r8/r9串联后并接接系统地，完成对主回路a/b/c三相，形成与零线脱离的虚拟中心点，再由a相r3信号端输入到a0运算放大器的+输入端，在a0运算放大器输出端就形成了与a相完全同步的过零脉冲方波，用此方波作为整个系统的相位基准，由r22送入mcu单片机4脚，与负载电流同理，a/b/c三相电压值分别通过r3/r6/r9取到送入mcu单片机的6/8/10引脚，同时，a/b/c三相电压信号的相位，由mcu单片机内部函数完成检测计算。

优选的，通过分别对剩余电流、三相负载电流和三相进线电压的实时相位的比对，并通过mcu单片机内部相关函数的计算来进行判断，非常精准的判断剩余电流取值里，哪些信号是由于负载非运行电流即启动电流形成的，哪些是安全绝缘等产生的泄漏电流信号，再由mcu单片机根据用户设定档位，执行报警提醒和故障分闸，报警信号由mcu单片机24脚输出，经r81驱动q9执行，故障分闸信号由mcu单片机27脚输出，经r42驱动q1执行。

优选的，将解决大电机启动引起剩余电流保护装置误动的电路植入到包括零序电流ct、a/b/c三相(可以兼容n零线)负载电流ct、剩余电流检测回路、负载(兼容零线)电流检测回路、基准时基发生回路、相位检测回路、启动电流触发回路及集采样、计算、存储及驱动输出的mcu单片机基本电路在内的剩余电流保护装置中进行应用。

(三)有益效果

本发明提供了一种解决大电机启动引起剩余电流保护装置误动的电路。与现有技术相比具备以下有益效果：该解决大电机启动引起剩余电流保护装置误动的电路，包括剩余电流检测回路、负载(兼容零线)电流检测回路、基准时基发生回路、相位检测回路、启动电流触发回路及单片机内部的计算函数，可实现通过依据三相回路负荷电流的大小变化曲线、相位与泄漏电流的大小、相位以及变化速率进行实时对比，判断是正常的泄漏电流还是大容量电机启动电流与大地之间的电容充电电流，再通过本电路实现对剩余电流中电机启动大电流对地电容充电的剥离和正常泄漏电流的提取，实现了大容量电机正常启动，同时确保了剩余电流保护装置的灵敏度，解决了大功率电机不能使用剩余电流保护装置的根本技术问题，为大功率电机使用场合的安全运行提供了技术保障，经数百台大功率电机现场安装，运行稳定有效。

附图说明

图1为本发明的工作电路图。

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。

请参阅图1，本发明实施例提供一种技术方案：一种解决大电机启动引起剩余电流保护装置误动的电路，包括剩余电流检测回路、负载(兼容零线)电流检测回路、基准时基发生回路、相位检测回路、启动电流触发回路及单片机内部的计算函数。

剩余电流检测回路：零序互感器is4主绕组经ri15取样，c35滤波，cw1限幅，由ri16接运放a5的13脚信号输入端，放大后，信号由运放a5的14脚信号输出端经r99接入mcu单片机11脚，剩余电流相位检测信号是由is4副绕组经r98输入mcu单片机9脚，捕捉剩余电流信号的相位。

负载电流检测回路：a相电流是由互感器is1取得，经br1全波整流，负极信号经取样电阻ri1和ri1b接地，电流值信号经ri2输入到运算放大器a1的信号输入端，放大后由运算放大器ai经r90输入到mcu单片机1脚，a相电流值信号既作为a电流大小的测量，同时也是作为a相电流相位的判断。

b相电流是由互感器is2取得，经br2全波整流，负极信号经取样电阻ri5和ri5b接地，电流值信号经ri6输入到运算放大器a2的信号输入端，放大后由运算放大器a2经r91输入到mcu单片机3脚，b相电流值信号既作为b电流大小的测量，同时也是作为b相电流相位的判断。

c相电流是由互感器is3取得，经br3全波整流，负极信号经取样电阻ri9和ri9b接地，电流值信号经ri10输入到运算放大器a3的信号输入端，放大后由运算放大器a3经r92输入到mcu单片机5脚c相电流值信号既作为c电流大小的测量，同时也是作为c相电流相位的判断。

n相电流是由互感器is4取得，经br4全波整流，负极信号经取样电阻rin和rinb接地，电流值信号经rn1输入到运算放大器a4的信号输入端，放大后由运算放大器a4经r95输入到mcu单片机7脚，且n相电流值信号既作为n电流大小的测量，同时也是作为a/b/c三相中心点相位偏移的计算依据。

启动电流触发回路是由a/b/c/n，4组(无零线场合3组)电流信号整流回路的正极并联至由q4为主组成的触发回路组成，启动电流触发回路的具体原理为：当某一相或多相主回路的负载电流达到某一阈值，r61/zd1/r62串联回路会被触发击穿，此时，会在r62上形成与负载电流大小成比例的电压值，对于三极管q4，基极输入信号，通过q4放大，q4发射极电阻r60产生于负载电流大小同步的电压信号，此信号经过r65输入mcu单片机2脚，再有mcu单片机根据预定阈值，启动内部相位和幅值比对函数。

基准时基发生回路为了兼顾三相三线和三相四线系统，从a相由r1/r2/r3串联、b相由r4/r5/r6串联、c相由r7/r8/r9串联后并接接系统地，完成对主回路a/b/c三相，形成与零线脱离的虚拟中心点，再由a相r3信号端输入到a0运算放大器的+输入端，在a0运算放大器输出端就形成了与a相完全同步的过零脉冲方波，用此方波作为整个系统的相位基准，由r22送入mcu单片机4脚，与负载电流同理，a/b/c三相电压值分别通过r3/r6/r9取到送入mcu单片机的6/8/10引脚，同时，a/b/c三相电压信号的相位，由mcu单片机内部函数完成检测计算。

本发明通过分别对剩余电流、三相负载电流和三相进线电压的实时相位的比对，并通过mcu单片机内部相关函数的计算来进行判断，非常精准的判断剩余电流取值里，哪些信号是由于负载非运行电流即启动电流形成的，哪些是安全绝缘等产生的泄漏电流信号，再由mcu单片机根据用户设定档位，执行报警提醒和故障分闸，报警信号由mcu单片机24脚输出，经r81驱动q9执行，故障分闸信号由mcu单片机27脚输出，经r42驱动q1执行。

本发明将解决大电机启动引起剩余电流保护装置误动的电路植入到包括零序电流ct、a/b/c三相(可以兼容n零线)负载电流ct、剩余电流检测回路、负载(兼容零线)电流检测回路、基准时基发生回路、相位检测回路、启动电流触发回路及集采样、计算、存储及驱动输出的mcu单片机基本电路在内的剩余电流保护装置中进行应用。

综上，本发明可实现通过依据三相回路负荷电流的大小变化曲线、相位与泄漏电流的大小、相位以及变化速率进行实时对比，判断是正常的泄漏电流还是大容量电机启动电流与大地之间的电容充电电流，再通过本电路实现对剩余电流中电机启动大电流对地电容充电的剥离和正常泄漏电流的提取，实现了大容量电机正常启动，同时确保了剩余电流保护装置的灵敏度，解决了大功率电机不能使用剩余电流保护装置的根本技术问题，为大功率电机使用场合的安全运行提供了技术保障，经数百台大功率电机现场安装，运行稳定有效。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。