一种用于缆上控制和保护装置的安全检测模块的制作方法

本发明涉及用电安全领域，尤其涉及一种用于缆上控制和保护装置的安全检测模块。

背景技术：

随着电动汽车的普及，各种充电桩和便携式充电线缆等充电设备也逐渐发展起来，因为充电设备连接的都是电网电压，在进行充电时，存在因故障而引起人员触电的危险，因此如何提高其安全性是每台充电设备必须完成课题，地线安全可靠连接直接影响了充电设备的安全性。

当缆上控制和保护装置发生了带电部分与外露导电部分(或保护导体)有一个超过交流50v(有效值)的预期接触电压，会持续存在到足以对人体产生危险的生理效应，此情况需要缆上控制和保护装置能自动切断供电。按照gb14050系统接地的型式及安全技术要求，阻抗z≤u0/ia,其中u0＝50v，ia为保证充电装置在规定时间内自动动作切断供电的电流，单位为安培(a)，充电装置要求ia＝0.03a，因此阻抗z要求≤50/0.03，即1.6k。

目前的检测模块或检测设备，均通过单独检测火线和地线的电压值，判断地线是否接入，尚未有相关检测模块能够通过检测零线和地线之间的阻值，以确定用电安全性。

因此，如何检测电线与零线的阻值，保证用电安全是亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明设计开发了一种用于缆上控制和保护装置的安全检测模块，在火线和地线之间设置电压检测电路，并在零线和地线之间设置阻抗检测电路，既能够检测是否接入地线，又能够检测零线和地线之间的阻抗值，充分保证了用电安全性。

本发明提供的技术方案为：

一种用于缆上控制和保护装置的安全检测模块，包括：

电压检测电路，其设置在火线和地线之间，以检测所述火线和所述地线之间电压，进而判断所述缆上控制和保护装置是否接入地线；

阻抗检测电路，其设置在零线和地线之间，以检测所述零线和所述地线之间的阻值。

优选的是，所述电压检测电路包括：

第一分压电阻，其一端电连接火线；

第二分压电阻，其一端电连接地线，另一端与所述第一分压电阻另一端串联于电压采样检测点；

其中，所述电压采样检测点连通电压采集装置，并根据所述电压采样检测点电压计算得到所述火线和所述地线之间电压。

优选的是，还包括限流保护电阻，其串联在所述电压采样检测点和所述电压采集装置之间，以保护所述电压采集装置，避免过流损坏电压采集装置。

优选的是，所述第一分压电阻阻值大于所述第二分压电阻的阻值。

优选的是，所述阻抗检测装置包括：

第三分压电阻，其一端连接所述火线；

第四分压电阻，其一端连接所述地线，另一端与所述第三分压电阻串联于vs电压采样点；

第五分压电阻，其一端连接所述vs电压采样点；

阻抗检测电阻，其一端与所述第五分压电阻另一端串联于电压采样点n1，另一端具有电压采样点n；

其中，根据所述电压采样点n1和电压采样点n的电压差值，计算得到所述地线和火线之间的阻抗值。

优选的是，还包括运算放大电路，其正向输入端连接所述电压采样点n1，其反向输入端连接所述电压采样点n，其输出端为压差采样点；

其中，所述压差采样点连通电压采集装置，获取所述电压采样点n1和电压采样点n的电压差值，进而计算得到所述pe线和火线之间的阻抗值。

优选的是，所述电压采样点和所述运算放大电路之间均具有分压电阻或分压电路。

优选的是，所述压差采样点和所述运算放大电路输入端具有限流电阻。

优选的是，还包括：

第一滤波二级管，其阳极电连接所述vs电压采样，阴极连接所述地线；

第二滤波二级管，其阳极电连接所述vs电压采样点，阴极连接所述电压采样点n1；

第三滤波二级管，其阳极接地，阴极连接所述压差采样点。

优选的是，还包括显示装置，其连接所述控制器，能够显示检测值，并进行故障报警。

本发明所述的有益效果

区别于现有技术，本发明的缆上控制和保护装置的安全检测装置，通过连接到缆上控制和保护装置两部分电路，分别对接入缆上控制和保护装置缆上控制和保护装置电路的火线和地线之间的电压值，以及零线和地线之间的阻抗进行采集测量，通过判断缆上控制和保护装置火线与地线之间的电压值是否为0，以及判断零线和地线之间的阻抗是否大于1.6k，并在判断为是时切断供电电路。通过本发明，能够在地线未接入时，或地线和零线之间存在较大阻抗时，切断缆上控制和保护装置的电压输出，避免充电过程中故障发生而引起人员触电的危险。

附图说明

图1是本发明提供的缆上控制和保护装置的安全检测装置的结构示意图；

图2是本发明提供的用于缆上控制和保护装置的安全检测模块的电压测量电路的电路结构示意图；

图3是本发明提供的用于缆上控制和保护装置的安全检测模块的阻抗测量电路中分压电路的电路结构示意图；

图4是本发明提供的用于缆上控制和保护装置的安全检测模块的阻抗测量电路中信号处理电路的电路结构示意图；

图5为本发明提供的用于缆上控制和保护装置的安全检测模块的阻抗测量电路中信号处理电路的另一实施例电路结构示意图；

图6是本发明提供的用于缆上控制和保护装置的安全检测模块中缆上控制和保护装置安全时的测量结果示意图；

图7是本发明提供的用于缆上控制和保护装置的安全检测模块中缆上控制和保护装置异常时的测量结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供的用于缆上控制和保护装置的安全检测模块，其特征在于，包括：电压检测电路20和阻抗检测电路10

其中，电压检测电路20设置在火线和地线之间，用于检测火线和地线之间电压，进而判断所述缆上控制和保护装置是否接入地线；阻抗检测电路10，其设置在零线和地线之间，用于检测所零线和地线之间的阻值。

断路装置30设置缆上控制和保护装置的输入端和输出端之间；控制器50连接电压检测电路20和阻抗检测电路10；显示装置40连接控制器50,用于显示检测值，并进行故障报警。

当缆上控制和保护装置发生了带电部分与外露导电部分(或保护导体)有一个超过交流50v(有效值)的预期接触电压，会持续存在到足以对人体产生危险的生理效应，此情况需要缆上控制和保护装置能自动切断供电。按照gb14050系统接地的型式及安全技术要求，阻抗z≤u0/ia,其中u0＝50v，ia为保证充电装置在规定时间内自动动作切断供电的电流，单位为安培(a)，充电装置要求ia＝0.03a，因此阻抗z要求≤50/0.03，即1.6k。本发明不仅检测了供电网络在没有连接地线时，停止供电，还在检测到零线与地线之间阻抗大于1.6k时，停止供电。

如图2所示，其中，电压检测电路20，包括：第一分压电阻r1和第二分压电阻r2。

其中，第一分压电阻r1的一端电连接火线；第二分压电阻r2的一端点连接地线，另一端与第一分压电阻ri另一端串联于电压采样检测点，所述电压采样点电压即为火线和地线之间电压；其中，电压采样点add0连通电压采集装置。

作为一种优选，电压采样装置为电压采样器、单片机或控制器。

在另一实施例中，还包括分压保护电阻r3，其串联在电压采样检测点d0和电压采集装置之间，用于保护电压采集装置，避免过流损坏装置。

作为一种优选，第一分压电阻r1阻值大于第二分压电阻r2的阻值

电网端的火线、零线、地线接入缆上控制和保护装置，本发明中，火线、零线和地线都指缆上控制和保护装置输入端的分别对应的接线端子。在缆上控制和保护装置中将地线与变压器的次级侧0电位gnd相连。先通过检测火线和地线的电压来判断地线是否存在，因为变压器的次级侧0电位gnd与火线和零线之间没有电气相关性，所以当地线没有接入时，火线和地线之间没有电压，测量结果相接近0v。

因此在图2所示的电压检测电路中，电阻r1、r2、r3为分压电阻和限流电阻，电阻r3分压后信号采集装采集测量，计算出电压值。如果地线没有接入，则因为电气隔离性使得此处无电压，测量结果为0。

如图3所示，阻抗检测装置10包括：第三分压电阻r4、第四分压电阻r13、第五分压电阻r10和阻抗检测电阻r9。

第三分压电阻r4一端连接火线；第四分压电阻r13其一端连接地线，另一端与第三分压电阻让串联于vs电压采样点；第五分压电阻r10一端连接vs电压采样点；阻抗检测电阻r9，一端与第五分压电阻r10另一端串联于电压采样点n1，另一端具有电压采样点n；

其中，根据所述电压采样点n1和电压采样点n的电压差值，计算得到地线和火线之间的阻抗值。

如图4所示，还包括运算放大电路，其正向输入端连接所述电压采样点n1，其反向输入端连接所述电压采样点n，其输出端为压差采样点；，所述压差采样点连通电压采集装置，获取所述电压采样点n1和电压采样点n的电压差值，进而计算得到所述pe线和火线之间的阻抗值。电压采样点和所述运算放大电路之间均具有分压电阻或分压电路。压差采样点adc1和所述运算放大电路输入端具有分压电阻。

在另一实施例中，还包括：第一滤波二级管d3，其阳极电连接vs电压采样，阴极连接所述地线；第二滤波二级管d1，其阳极电连接vs电压采样点，阴极连接所述电压采样点n1；第三滤波二级管d2，其阳极接地，阴极连接压差采样点c1。

如图5所示，在另一实施例中，运算放大电路包括电阻r4、r6、r9、r10和r13，二极管d1和d3；其中电阻r4和r6一端串联，r4另一端连接火线接入缆上控制和保护装置后的的接线端子；电阻r9第二端和r10一端串联，电阻r9的第一端连接零线接入缆上控制和保护装置后的的接线端子，电阻r10的另一端连接二极管d1的阳极；电阻r13一端连接二极管d3的阳极，另一端连接地线接入缆上控制和保护装置后的的接线端子；二极管d1、d3的阴极及电阻r6的另一端连接于一点vs。

在本发明所述的缆上控制和保护装置的安全检测装置中，第一电压信号采集装置adc0和第二电压信号采集装置adc1连接控制器50，控制器的第一输出端连接显示装置40，用以显示工作状态及发生故障时报警。第一电压信号采集装置adc0和第二电压信号采集装置adc1可以是带模数转换的mcu，也可以是专用的模数转换芯片，在检测到故障时，断开供电线路，停止供电。

如图6-7所示,在本发明所述的缆上控制和保护装置的安全检测装置中，第一电压信号采集装置adc0和电阻r3之间设置一滤波器(图未示)进行滤波。

理想的tn和tt供电系统是零线和地线之间等电位，零线和地线之间没有电阻，此时图二中如果忽略d1和d3的压降的影响，vs处的电压为r9+r10后并联r13再与电阻r4+r6分压，r9的第二端电压等于零线电压，等于[r9/(r9+r10)]*vs。其中，电阻r9与r10连接的一端设定为第二端，另一端为第一端。

图中二极管d1和d3的存在可以有效抑制在零线和地线之间电压差对测量结果的影响。

在另一实施例中，信号放大电路包括电阻r5、r7、r8、r11和r12，运算放大器u1及第二电压信号采集装置adc1；电阻r5和r8一端均连接运算放大器u1的反相输入端，电阻r5另一端连接分压电路中电阻r9的第一端，电阻r8的另一端连接运算放大器u1的输出端；电阻r11和r12一端均连接运算放大器u1的同相输入端，电阻r11的另一端连接分压电路中电阻r9的第二端，电阻r12的另一端接地；电阻r7的一端连接第二电压信号采集装置adc1。

信号处理电路22用于将r9两端的电压信号放大，由电阻r7限流后送入第二电压信号采集装置adc1。其中二极管d2可以在运算放大器u1输出负电压信号时，钳位电压到二极管d2的正向导通电压，防止第二电压信号采集装置adc1烧毁。

在本发明所述的缆上控制和保护装置的安全检测装置中，信号处理电路还包括二极管d2，二极管d2阴极接地，阳极连接第二电压信号采集装置adc1。

当电网端的火线和零线接反时r9两端的对地线电压分别是电网端电压和接近电网端电压，此时电压非常高，如果此时对电压不做处理直接接入运算放大器u1，u1存在烧毁风险。为了增加安全性，对r9两端的电压先降到安全范围内再有运算放大器进行差分放大。

但是因为实际使用情况的复杂性，很难实现理性的用电环境。当零线和地线之间的电阻大于1.6k时，会存在使用人员触电的风险，当零线和地线之间的电阻等于1.6k时，电阻r9两端的电压差会增大。电阻r13在不远远大于1.6k时，r9在两端的电压差在理想的用电网络和零线和地线之间存在1.6k时有明显区别。二者的电压信号区别如图6与图7所示。通过图像的直观显示，可以确定零线与地线之间的阻抗情况，确定此时缆上控制和保护装置是否安全。

在本发明所述的缆上控制和保护装置的安全检测装置中，还包括一断路装置30，连接电压检测电路10的第一电压信号采集装置adc0和阻抗检测电路20的第二电压信号采集装置adc1，断路装置设置于缆上控制和保护装置接线端子与输出端接线端子连接的位置，在第一电压信号采集装置adc0采集到地线未接入第二电压信号采集装置adc1采集到阻抗大于1.6k时，断开缆上控制和保护装置接线端子与输出端接线端子的连接。

区别于现有技术，本发明的缆上控制和保护装置的安全检测装置，通过连接到缆上控制和保护装置两部分电路，分别对接入缆上控制和保护装置缆上控制和保护装置电路的火线和地线之间的电压值，以及零线和地线之间的阻抗进行采集测量，通过判断缆上控制和保护装置火线与地线之间的电压值是否为0，以及判断零线和地线之间的阻抗是否大于1.6k，并在判断为是时切断供电电路。通过本发明，能够在地线未接入时，或地线和零线之间存在较大阻抗时，切断缆上控制和保护装置的电压输出，避免充电过程中故障发生而引起人员触电的危险。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。