[发明专利]一种基于电压电流矢量关系的剩余电流检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及电路安全保护及检测技术领域，具体是指一种剩余电流的检测方法，尤其通过判断剩余电流流过的介质的阻抗特性，即通过判断剩余电流与电压的矢量关系来确定危害性剩余电流大小的一种检测方法

背景技术

自从电的发明与使用以来，电不仅给人类带来了很多便捷，也能给人类带来一定的危害，它可能烧坏设备、电器，引起火灾，也能使人触电伤亡，其中大部分事故的元凶便是剩余电流，这就需要一种方法可以有效检测出回路中是否存在剩余电流。剩余电流保护器就是具有剩余电流检测和判断功能的一种装置，主要是用来在设备发生漏电故障时以及对有致命危险的人身触电进行保护。但是当前的剩余电流保护器不能有效判断哪些是真正的设备故障漏电或者危害人身安全的剩余电流。

传统剩余电流保护器按工作原理可以分为三大类：一、电流型；二、脉冲型；三、鉴相鉴幅型。脉冲型和鉴相鉴幅型剩余电流保护器都是通过检测电流的突变来判断是否有剩余电流，若电力线上一直存在一种可以导致危险发生的剩余电流，脉冲型和鉴相鉴幅型剩余电流保护器不能有效检测，因此拒动，可能会导致危险发生。这种传统的检测方式只是一种针对电流突变相对的检测，不能检测剩余电流绝对值，因此，亟需一种可靠的可以检测剩余电流绝对量的有效检测方法来保证人身和财产安全。而传统的电流型剩余电流保护器虽然检测的是剩余电流的绝对量，但是不能有效区分出哪些是会导致危险发生的剩余电流，因此会频繁误动，抗干扰能力太差。

可导致危害发生的剩余电流主要有以下几种情况：①人体触电产生的剩余电流；②潮湿、老化导致电力线绝缘能力下降而产生的剩余电流；③设备故障发生碰壳产生的剩余电流；电网中正常工作情况下也会有剩余电流，这种剩余电流不具备危害性，这种不具危害性的剩余电流主要有以下几种形式：①电力线与大地之前的电容效应会产生的剩余电流；②如开关电源等由于EMC的需要，L线上对地都会并联Y电容，电力线对大地并联的电容足够大，也会产生剩余电流；③带有PWM控制的变频器等大型设备启动时的瞬变电流；④3KHz以上的电网噪声等。剩余电流保护器真正需要保护的是可导致危险发生的剩余电流，而当有不具危害性的剩余电流流过时则不需要保护。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种可以检测回路中可导致危险发生的剩余电流的检测方法，即危害性剩余电流的检测方法，此检测方法对剩余电流中有危害性的分量计量准确，可靠性高，可用于剩余电流检测、监视、剩余电流保护装置等相关领域，应用前景十分广泛

本发明的技术解决方案是：日常电网接入的设备负载很难是纯电阻性的，有的设备呈现感性，而有的设备则呈现容性，不论是感性或容性其电压相位与电流相位都不一致。如图1所示为危害性剩余电流和不具危害性剩余电流示意图，危害性剩余电流是指通过纯电阻的剩余电流，即有功的剩余电流，这种危害性的剩余电流通常以热能的方式体现出来，可导致的危险就是使人或畜灼伤，发生火灾等；而不具危害性的剩余电流是指通过电容的剩余电流，即无功的剩余电流，这种剩余电流虽然真实存在，但是不会产生功率(不会发光，发热等)，因此不会造成危险。

传统的判断其危害性标准为30mA(传统剩余电流保护器的额定动作电流)的电流不能超过10mS，本专利判定标准严苛，只有在100mS内电压相位与电流相位相同的谐波电流分量的加总超过了额定动作电流才认为是为危害性剩余电流。而传统的剩余电流检测方法只是采样剩余电流，并不对其进行分析，区分具有危害性剩余电流和不具有危害性剩余电流，本发明涉及的方法不仅采样剩余电流信号，还采样了电压信号，后经过单片机程序对采样的电压及电流信号进行分析，通过判断剩余电流与电压的矢量关系可以确定出剩余电流中危害性的成分，且可计算出危害性剩余电流的数值，从而可以正确的判定此剩余电流是否对人体有害，剩余电流保护装置是否需要动作，从而避免其误动作。

本发明的有益效果是：如上述方案，通过采样剩余电流信号及电压信号并对其进行数据处理，利用剩余电流与电压的矢量关系分离出剩余电流中的危害性成分，针对传统脉冲型和鉴相鉴幅型剩余电流保护器只能检测剩余电流相对变化量的问题，本发明可以做到对剩余电流绝对量的检测，有效解决拒动的问题；针对传统电流型剩余电流保护器不能区分危害性剩余电流的问题，本发明可以做到准确计算危害性剩余电流的值，根据不同需求设置额定动作电流档位，有效减少误动。

利用此种检测方法我们可以设计很多装置来保护人身、设备和电网的安全。因此这种检测剩余电流的方法逻辑简单，准确可靠，可以适用于各种复杂的环境和场合，额定动作电流档位也可以根据需求来设置。