CN102801131B - 一种中性线断线检测保护方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中性线断线检测保护方法和装置，属于低压系统保护技术领域。该装置主要由电流检测单元、检测信号转换单元、信号处理单元、保护执行单元与声光报警单元组成。该方法通过采集三相线和中性线电流信号，再由单片机对信号进行处理分析，由此来判断中性线是否断线，在中性线发生断线时单片机发出动作信号断开电路并发出警报。本发明所用元件简单易行、自动化程度较高，能够有效的检测中性线断线情况并对其实施保护，工程应用性较好。

Description

一种中性线断线检测保护方法和装置

技术领域

本发明属于低压系统保护技术领域，涉及一种中性线断线检测保护方法和装置。

背景技术

在现有的低压配电系统中，供电方式广泛采用三相四线制，三相四线制配电系统中，由于配电变压器二次侧中性点接地完好，中性线与三相线构成一个实用有效的整体，在三相负荷不对称系统中，中性线的存在是保证三相负荷电压降对称的基本条件。一根相线发生断线，只有该相负载供电中断，对负载的安全并不构成危害，但中性线断线，将发生中性点偏移现象，使得三相电压不能保持平衡，导致负荷侧各相电压较正常电压过高或过低，用电设备不能正常工作。目前低压系统中存在着大量不可预料的中性线断线事故，具体原因包括谐波过载、盗线、施工等。因此，急需一种能自动检测判断中性线是否处于中断并迅速切断电源的装置，从而保护用电设备及人身安全。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种低压配电系统中性线断线自动检测保护的方法；目的之二在于提供一种低压配电系统中性线断线自动检测保护的装置。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：一种中性线断线检测保护方法，包括以下步骤：

（1）采集三相线与中性线的电流信号，并将此电流信号转换成与其成比例的电压信号；

（2）将步骤（1）中所述的电压信号进行模数转换，使其成为能被单片机识别的数字信号；

（3）利用单片机对步骤（2）中所述数字信号进行分析：若三相线信号不全为零而中性线信号为零，则初步判断中性线发生了断线，继续采集、转换、分析三相线及中性线电流信号，若仍然为三相线信号不全为零而中性线信号为零的情况，则判定中性线发生断线故障，此时单片机将输出动作信号来实现电路的断开和声光报警。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：一种中性线断线检测保护装置，包括：电流检测单元、检测信号转换单元、信号处理单元、保护执行单元与声光报警单元。电流检测单元，用于检测三相供电系统相线和中性线中的电流；检测信号转换单元，用于将电流检测单元检测到的电流信号转换成单片机能够识别处理的电压信号；信号处理单元，通过对采集信号的分析，判断中性线是否发生断线并根据分析结果做出相应处理；保护执行单元，根据信号处理单元的处理结果，在中性线断线的情况下对电路实行保护；声光报警单元，根据信号处理单元的处理结果进行声光报警。

进一步，所述电流检测单元包括四个单相电流互感器，其一次侧分别被三根相线和中性线穿过；

进一步，所述检测信号转换单元包括四组霍尔电流传感器；

进一步，所述信号处理单元包括C8051F020单片机；

进一步，所述保护执行单元包括信号放大驱动电路和继电器，所述声光报警单元包括驱动电路和执行电路，驱动电路主要包括三极管，执行电路包括蜂鸣器和发光二极管。

本发明的有益效果在于：能够自动检测中性线是否处于中断状态，在中性线发生断线时自动断开供电电源，保护设备，避免设备使用寿命缩短甚至被烧毁的危险，同时，所用元器件自动化程度高、误判情况少、易于实现，能有效检测出中性线断线故障并切断电源。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为中性线断线检测保护装置结构示意图；

图2为中性线断线检测保护装置的主电路连接图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，本发明中的中性线断线检测保护装置包括电流检测单元1、检测信号转换单元2、信号处理单元3、保护执行单元4与声光报警单元5。在本实施例中，电流检测单元1包括四个单相电流互感器，用于检测三相线和中性线中的电流，四个单相电流互感器的一次侧分别被三根相线和中性线穿过；检测信号转换单元2包括四组霍尔电流传感器；信号处理单元3主要包括一个用于信号处理的单片机；保护执行单元4包括三极管、光电耦合器、二极管、继电器，用于在中性线断线的情况下对电路进行保护；声光报警单元5包括三极管、蜂鸣器、发光二极管，用于在中性线断线情况下进行声光报警。

中性线断线检测保护装置的工作流程如下：当检测保护装置开始工作后，电流检测单元1中的电流互感器将会对三相线和中性线中的电流信号进行采集，并将所采集的电流信号传送到检测信号转换单元2中的霍尔电流传感器输入端，此时霍尔电流传感器将会对输入信号进行处理，将电流信号成比例地转换成电压信号。经霍尔电流传感器输出的电压信号被传送到信号处理单元3，在本实施例中信号处理单元3中采用C8051F020单片机，单片机在接收到电压信号以后对其进行模数转换，并对获得的数字信号进行分析：当先后两次检测到三相线传入单片机的信号不全为零而中性线传入单片机的信号为零时说明中性线发生了断线，此时单片机将对下级保护执行单元4发出信号，同时对声光报警单元5发出报警信号；否则，单片机将继续对信号进行分析。当保护执行单元4接收到单片机的动作信号时，保护执行单元4中的三极管会对信号进行放大并作用于光电耦合器促其导通进而驱动继电器动作实现电路的切断，与此同时声光报警单元5中的三极管在接收到单片机发出的动作信号后会对其进行放大，经放大后的信号使蜂鸣器与发光二极管导通从而发出警报。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种中性线断线检测保护方法，其特征在于：在本方法中采用的装置包括电流检测单元、检测信号转换单元、信号处理单元、保护执行单元与声光报警单元；

所述电流检测单元，用于采集三相供电系统相线和中性线中的电流；所述检测信号转换单元，用于将电流检测单元采集到的电流信号转换成单片机能够识别处理的电压信号；所述信号处理单元，通过对采集信号的分析，判断中性线是否发生断线并根据分析结果做出相应处理；所述保护执行单元，根据信号处理单元的处理结果，在中性线断线的情况下对电路实行保护；所述声光报警单元，根据信号处理单元的处理结果进行声光报警；

所述电流检测单元包括四个单相电流互感器，四个单相电流互感器的一次侧分别被三根相线和中性线穿过；所述检测信号转换单元为四组霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器的作用在于将电流信号成比例地转换成电压信号；所述信号处理单元采用C8051F020单片机；所述保护执行单元包括信号放大驱动电路和继电器，所述信号放大驱动电路包括三极管、光电耦合器，信号通过三极管被放大并作用于光电耦合器促其导通进而驱动继电器动作实现电路的切断；所述声光报警单元包括驱动电路和执行电路，驱动电路包括三极管，执行电路包括蜂鸣器和发光二极管，在中性线断线情况下，信号处理单元输出电压信号，经三极管放大后使蜂鸣器和发光二极管导通从而发出警报；

具体步骤如下：

1)采集三相线与中性线的电流信号，并将此电流信号转换成与其成比例的电压信号；

2)将步骤1)中所述的电压信号进行模数转换，使其成为能被单片机识别的数字信号；

3)利用单片机对步骤2)中所述数字信号进行分析：若三相线信号不全为零而中性线信号为零，则初步判断中性线发生了断线，继续采集、转换、分析三相线及中性线电流信号，若仍然为三相线信号不全为零而中性线信号为零的情况，则判定中性线发生断线故障，此时单片机将输出动作信号来实现电路的断开和声光报警；

当检测保护装置开始工作后，电流检测单元中的电流互感器将会对三相线和中性线中的电流信号进行采集，并将所采集的电流信号传送到检测信号转换单元中的霍尔电流传感器输入端，此时霍尔电流传感器将会对输入信号进行处理，将电流信号成比例地转换成电压信号；经霍尔电流传感器输出的电压信号被传送到信号处理单元，信号处理单元在接收到电压信号以后对其进行模数转换，并对获得的数字信号进行分析：当先后两次检测到三相线传入信号处理单元的信号不全为零而中性线传入信号处理单元的信号为零时说明中性线发生了断线，此时信号处理单元将对下级保护执行单元发出信号，同时对声光报警单元发出报警信号；否则，信号处理单元将继续对信号进行分析；当保护执行单元接收到信号处理单元的动作信号时，保护执行单元中的三极管会对信号进行放大并作用于光电耦合器促其导通进而驱动继电器动作实现电路的切断，与此同时声光报警单元中的三极管在接收到信号处理单元发出的动作信号后会对其进行放大，经放大后的信号使蜂鸣器与发光二极管导通从而发出警报。