零线接地的检测电路和零线接地的检测装置

摘要

本申请公开一种零线接地的检测电路和零线接地的检测装置，保护系统包括时序控制模块、激励模块及采样模块；控制模块提供激励信号，接收采样电压信号，并根据所述采样电压信号判断零线是否接地；激励模块的信号输入端与所述控制模块的信号输出端电连接，接收所述控制模块发出的所述激励信号，所述激励模块包括激励线圈，外置的零线和火线穿过所述激励线圈的中心；采样模块的信号输出端与所述控制模块的信号输入端电连接，向所述控制模块输出采样电压信号，所述采样模块包括采样线圈，所述采样线圈与所述激励线圈平行设置，所述零线和火线穿过所述采样线圈的中心。本申请技术方案能够增强零线接地的检测电路的电气隔离性。

说明书

技术领域

本申请涉及检测方法及设备技术领域，特别涉及一种零线接地的检测电路和零线接地的检测装置。

背景技术

目前TN系统是指配电网的低压中性点直接接地,TN系统可分为：TN-S 系统，整个系统的中性线与保护线是分开的；TN-C系统，整个系统的中性线与保护线是合一的；TN-C-S系统，系统干线部分的前一部分保护线与中性线是共用的,后一部分是分开的。目前，住宅用户大部分是单相用户，难以实现三相负荷的平衡，PEN中将有较大的、不稳定的不平衡电流流过，而且大量家电设备使用中产生的高次谐波也叠加在中性线N上，使中性线接地电位偏移。一旦PEN发生断路故障或PEN线接触电阻增大时，中性点电位将严重地偏移，使家电设备外露可导电部分的金属外壳带电，造成电击事故的发生。而且接地故障最易引发电气火灾。所以新规范中已明确规定住宅供电已不再使用TN—C系统，必须采用TN-S方式供电系统，即工作零线(N)和保护地线 (PE)的分开。两者的区别如下：

工作零线(N)：从变压器中性点接地后引出主干线，其他部位不允许接地；

保护地线(PE):从变压器中性点接地后引出主干线，根据要求，线路的末端和中间还应重复接地，设备端也应做重复接地。

变压器侧工作零线(N)虽然接地，但由于工作零线供电回路线路长引入的线路上阻抗的存在，导致实际上用户侧端测试到的零线对地电压不为零，以居民侧具有良好接地的插座提供的零线火线电压220Vac为例，正常的火线对地电压接近220Vac，零线对地电压在0V到5Vac以内为正常。

目前的以漏保开关为主的漏电保护设备原理是基于零火线电流不平衡，驱动外部断路机构进行断闸操作以保证后端漏电时安全，火线接地的情况下，会按照漏保开关要求火线漏电进行保护，在负载回路导通的情况下，零线上的漏电也能够进行断闸保护。在譬如零火线及负载未形成导通回路的情形下，单独的工作零线线路不接地时，其工作零线对地电压为0V、小电压或者零线的分布电容很小时产生的耦合漏电，这种情形下工作零线对地产生的微小电流不足以驱动漏保开关进行保护(目前国内漏保开关标准AC型漏电阈值为30mA)。

综上，实际应用中为了保证负载端、用户、电网的用电、运行安全，用电侧电路接线过程中是要避免工作零线接地的，因此我们也有必要对零线是否接地进行检测。

而现有技术中，针对零线接地的问题，有《UL943接地故障电路分断器》等相关标准对零线(中性线)接地问题进行检测及保护的要求。其主要基本上都是采用自激振荡的方法对零线及接地环路的电连接状态进行检测，通过专业的模拟芯片对接地及漏电进行保护，该方案目前被专利保护，且可数字应用的扩展性不强；在国内，接地检测的方法包括信号注入法，采用与工作频率不同的频率产生恒流源进行激励，通过检测单元检测恒流源的大小来判断是否存在接地造成的电流信号丢失，这种方式需要直接将激励信号叠加到工作零线线路之上。

实用新型内容

本申请的主要目的是提供一种零线接地的检测电路，旨在解决零线接地检测电路电气隔离性较差的问题。

为实现上述目的，本申请提出一种零线接地的检测电路，该零线接地的检测电路包括：

控制模块，提供激励信号，接收采样电压信号，并根据所述采样电压信号判断零线是否接地；

激励模块，所述激励模块的信号输入端与所述控制模块的信号输出端电连接，接收所述控制模块发出的所述激励信号，所述激励模块包括激励线圈，外置的零线和火线穿过所述激励线圈的中心；

采样模块，所述采样模块的信号输出端与所述控制模块的信号输入端电连接，向所述控制模块输出采样电压信号，所述采样模块包括采样线圈，所述采样线圈与所述激励线圈平行设置，所述零线和火线穿过所述采样线圈的中心。

可选地，所述激励模块还包括放大电路，所述放大电路的一端与所述控制模块电连接，所述放大电路的另一端与所述激励线圈电连接。

可选地，所述放大电路包括：第一电阻、第二电阻和第一三极管；所述第一电阻的第一端与所述控制模块电连接，所述第一电阻的第二端与所述第一三极管的基极电连接，所述第一三极管的集电极与所述激励线圈电连接，所述第一三极管的发射极接地。

可选地，所述采样模块还包括滤波电路，所述滤波电路的信号输入端与所述采样线圈电连接，所述滤波电路的信号输出端与所述控制模块电连接。

可选地，所述所述滤波电路包括第三电阻，所述第三电阻的两端与所述采样线圈的两端电连接，所述采样线圈的第一端与所述第三电阻的第一端的结点为第一结点，所述采样线圈的第二端与所述第三电阻的第二端的结点为第二结点，所述第一结点与所述控制模块的第一信号输入端电连接，所述第二结点与所述控制模块的第二信号输入端电连接。

可选地，所述滤波电路还包括：第四电阻、第五电阻、第一电容和第二电容，所述第四电阻的第一端与所述第一结点电连接，所述第四电阻的第二端与所述控制模块的第一信号输入端电连接；所述第五电阻的第一端与所述第二结点电连接，所述第五电阻的第二端与所述控制模块的第二信号输入端电连接；所述第一电容的第一端与所述第四电阻和控制模块的第一信号输入端的结点电连接，所述第一电容的第二端接地；所述第二电容的第一端与所述第五电阻和控制模块的第二信号输入端的结点电连接，所述第二电容的第二端接地。

可选地，所述零线接地的检测电路还包括通讯模块，所述通讯模块与所述控制模块电连接。

可选地，所述零线接地的检测电路还包括电源模块，所述电源模块的一端与所述控制模块电连接，另一端与所述激励线圈电连接。

可选地，所述零线接地的检测电路还包括断路单元，所述断路单元与所述控制模块电连接。

为实现上述目的，本申请还提出一种零线接地的检测装置，所述检测装置包括上述零线接地的检测电路，上述零线接地的检测电路包括：

控制模块，提供激励信号，接收采样电压信号，并根据所述采样电压信号判断零线是否接地；

激励模块，所述激励模块的信号输入端与所述控制模块的信号输出端电连接，接收所述控制模块发出的所述激励信号，所述激励模块包括激励线圈，外置的零线和火线穿过所述激励线圈的中心；

采样模块，所述采样模块的信号输出端与所述控制模块的信号输入端电连接，向所述控制模块输出采样电压信号，所述采样模块包括采样线圈，所述采样线圈与所述激励线圈平行设置，所述零线和火线穿过所述采样线圈的中心。

本申请技术方案，由于零线同时穿过激励线圈和采样线圈，因此若零线接地，采样线圈便能够采集得到在激励线圈的激励下，零线上由感生电动势转换的电流信号；若零线不接地，零线上的感生电动势无法转换为电流信号，此时采样线圈也无法采集到电流信号。因此控制芯片可通过采样线圈是否能够采集获得足够大电流信号，来判断零线是否接地，从而完成对零线接地的检测。本申请中利用瞬变电磁感应原理，使零线、采样线圈与激励线圈之前均没有直接的电流传递，增强了电气隔离性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本申请零线接地的检测电路一实施例的电路功能框图；

图2为本申请零线接地的检测电路一实施例的电路结构示意图；

图3为本申请零线接地的检测电路一实施例的电路结构示意图；

图4为本申请零线接地的检测电路另一实施例的电路结构示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

附图标号说明：

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本申请中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

针对上述问题，本申请提出一种零线接地的检测电路，参照图1，在本申请一实施例中，零线接地的检测电路包括：

控制模块110，提供激励信号，接收采样电压信号，并根据所述采样电压信号判断零线是否接地；

激励模块120，所述激励模块120的信号输入端与所述控制模块110的信号输出端电连接，接收所述控制模块110发出的所述激励信号，所述激励模块120包括激励线圈L1，外置的零线和火线穿过所述激励线圈L1的中心；

采样模块130，所述采样模块130的信号输出端与所述控制模块110的信号输入端电连接，向所述控制模块110输出采样电压信号，所述采样模块130 包括采样线圈L2，所述采样线圈L2与所述激励线圈L1平行设置，所述零线和火线穿过所述采样线圈L2的中心。

本实施例中，控制模块110的信号输出端与激励模块120电连接，并向激励模块120输出激励信号；控制模块110的信号输入端与采样模块130电连接，并接收采样模块130输入的采样信号，且由于采样信号为模拟信号，控制模块110中还包含模数转换器，可以将采样信号转换为数字信号形式的数字采样信号。具体地，控制模块110为控制芯片，优选地，该控制芯片为 RN8211B芯片。控制芯片向激励模块120输出周期性的PWM激励信号，以形成半方波，优选地，该PWM激励信号的频率为1KHz，占空比为50％，幅值为正。此外，控制芯片还可以根据接收到的采样信号判断零线是否接地。

本实施例中，激励模块120的信号输入端与所述控制模块110的信号输出端电连接，激励模块120包括放大电路121和激励线圈L1，其中，激励线圈L1采用铁氧体作为磁芯。优选地，磁芯绕组为200匝，内阻为7Ω。放大电路121将控制模块110提供的激励信号进行放大，进而在激励线圈L1上产生周期性的半方波电流。具体地，由于激励线圈L1中通过周期性突变的电流，又由于存在外置的零线穿过激励线圈L1，激励线圈L1的半方波电流在线圈上产生的磁场以及在激励线圈L1上的磁通量发生改变，因此在穿过其中心的零线上产生感生电动势。本实施例中，零线与火线隔离设置，并同时穿过采样线圈L2和激励线圈L1的中心位置，在没有漏电的情况下，若零线接地，则打破了火线与零线上的电流平衡，激励线圈L1在激励电流作用下产生的零线上的感生电动势会在零线接地回路上产生电流信号，电流信号的大小正比于感生电动势；若零线未接地，则由于零线到地再到远端中性线接地点未能形成有效导通回路，火线与零线上的电流处于平衡状态，因此采样线圈L2无法在零线上采集到有效的电流信号。

本实施例中，采样模块130的信号输出端与所述控制模块110的信号输入端电连接，采样模块130向所述控制模块110输出采样电压信号。而采样模块130包括采样线圈L2，采样线圈L2与激励线圈L1平行设置，值得注意的是，采样线圈L2和激励线圈L1之间的距离不做限制，但外置火线和零线需要同样穿过所述激励线圈L1的中心。其中，采样线圈L2采用坡莫合金作为磁芯。优选地，磁芯绕组为1000匝，内阻为40Ω。在没有漏电且零线接地的情况下，零线与地形成电流回路，零线中产生的电流信号会被采样线圈L2 采集得到，这种被采集得到的电流信号即为采样电流信号；在零线不接地的情况下，零线中无法形成有效的导通回路，因此无法产生能够被采样线圈L2 采集得到的采样电流信号。此外，在采样线圈L2采集得到采样电流信号之后，会将采样电流信号转换为采样电压信号然后输入至控制模块110中，控制模块110可根据采样电压信号来判断零线是否接地。

具体地，由于零线同时穿过激励线圈L1和采样线圈L2，因此若零线接地，采样线圈L2便能够采集得到在激励线圈L1的激励下，零线上由感生电动势转换的电流信号；若零线不接地，零线上的感生电动势无法转换为有效的电流信号，此时采样线圈L2也无法采集到采样电流信号。因此控制芯片可通过采样线圈L2是否能够采集获得采样电流信号，来判定零线是否接地，从而完成对零线接地的检测。

如图2-图4所示，进一步地，所述激励模块120还包括放大电路121，所述放大电路121的一端与所述控制模块110电连接，所述放大电路121的另一端与所述激励线圈L1电连接。

本实施例中，激励模块120包括放大电路121和激励线圈L1，放大电路 121的信号一端与控制模块110的信号输出端电电连接，放大电路121的另一端则与激励线圈L1电电连接，由于控制模块110为控制芯片，控制芯片能够提供的激励信号往往较小，而过小的激励信号难以在外置的零线上激发出足够被采样线圈L2采集到的电流，因而需要通过放大电路121将控制模块110 提供的激励信号进行放大，进而在激励线圈L1上产生足够大周期性变化的激励电流。

进一步地，所述放大电路121包括：第一电阻R1、第二电阻R2和第一三极管Q1；所述第一电阻R1的第一端与所述控制模块110电连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一三极管Q1的基极电连接，所述第一三极管Q1 的集电极与所述第二电阻R2的第一端电连接，所述第二电阻R2的第二端与所述激励线圈L1电连接，所述第一三极管Q1的发射极接地。

本实施例中，放大电路121包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一三极管Q1。其中，第一电阻R1和第二电阻R2均起到限流的作用，具体地，第一电阻R1设置在控制芯片和第一三极管Q1的基极之间，用于向第一三极管Q1 的基极输入一个小的信号电流，保证第一三极管Q1处于放大区；第二电阻 R2设置在第一三极管Q1的集电极和激励线圈L1的绕线引脚之间，用于限制流过激励线圈L1上的电流，保护激励线圈L1。此外，第一三极管Q1的发射极与信号地相连。即，控制芯片会周期性的向第一三极管Q1输出激励信号，以控制第一三极管Q1的通断，从而控制流过激励线圈L1的激励电流。即，当控制芯片向第一三极管Q1输出高电平时，第一三极管Q1的处于导通状态，激励线圈L1上会产生激励电流，当控制芯片向第一三极管Q1输出低电平时，第一三极管Q1处于处于截止状态，激励线圈L1上则不会产生激励电流。优选地，第一电阻R1的阻值为510Ω，第二电阻R2的阻值为51Ω，第一三极管Q1为LMBT4401。

进一步地，所述采样模块130还包括滤波电路131，所述滤波电路131的信号输入端与所述采样线圈L2电连接，所述滤波电路131的信号输出端与所述控制模块110电连接。

本实施例中，采样模块130包括采样线圈L2和滤波电路131，滤波电路 131的信号输入端与采样线圈L2电连接，滤波电路131的信号输出端与控制模块110电连接。具体地，采样模块130采集得到采样电流信号之后，将采样电流信号输入至滤波电路131中，滤波电路131将采样电流信号转换为采样电压信号，然后将采样电压信号中不相干波段频率的信号滤除之后，将经过滤波后的采样电压信号传输至控制芯片中。通过滤波电路131，实现抗混叠滤波，优化控制芯片对采样电压信号的采样。

进一步地，所述所述滤波电路131包括第三电阻R3，所述第三电阻R3 的两端与所述采样线圈L2的两端电连接，所述采样线圈L2的第一端与所述第三电阻R3的第一端的结点为第一结点，所述采样线圈L2的第二端与所述第三电阻R3的第二端的结点为第二结点，所述第一结点与所述控制模块110 的第一信号输入端电连接，所述第二结点与所述控制模块110的第二信号输入端电连接。

本实施例中，滤波电路131中包括第三电阻R3，第三电阻R3的两端分别与采样线圈L2的两端电连接。优选地，第三电阻R3的阻值为200Ω，由于采样线圈L2采样得到的信号为电流信号，第三电阻R3能够将采集得到的采样电流信号转换成采样电压信号，采样电压信号经过滤波之后输入至控制芯片中，用于作为判断零线是否接地的依据。

进一步地，所述滤波电路131还包括：第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1和第二电容C2，所述第四电阻R4的第一端与所述第一结点电连接，所述第四电阻R4的第二端与所述控制模块110的第一信号输入端电连接；所述第五电阻R5的第一端与所述第二结点电连接，所述第五电阻R5的第二端与所述控制模块110的第二信号输入端电连接；所述第一电容C1的第一端与所述第四电阻R4和控制模块110的第一信号输入端的结点电连接，所述第一电容C1的第二端接地；所述第二电容C2的第一端与所述第五电阻R5和控制模块110的第二信号输入端的结点电连接，所述第二电容C2的第二端接地。

本实施例中，滤波电路131还包括第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容 C1和第二电容C2。可将采样线圈L2的第一端与第三电阻R3的第一端的结点设置为第一结点，将采样线圈L2的第二端与第三电阻R3的第二端的结点设置为第二结点；第四电阻R4设置在第一结点与控制模块110的第一信号输入端之间，第五电阻R5设置在第二结点与控制模块110的第二信号输入端之间；控制芯片通过第一信号输入端获取第一采样电压信号，通过第二信号输入端获取第二采样电压信号。第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1和第二电容C2共同起到抗混叠滤波的作用。采样得到的电流信号经过滤波电路 131之后，得到两个全差分电压信号，并将两个全差分电压信号输入控制芯片中。优选地，第四电阻R4的阻值为1kΩ，第一电容C1和第二电容C2的容值为33nF。

进一步地，所述零线接地的检测电路还包括通讯模块150，所述通讯模块 150与所述控制模块110电连接。

本实施例中，零线接地的检测电路还包括通讯模块150，通讯模块150与控制模块110电连接，在控制芯片判断出零线接地的情形之后，会将零线接地的信息发送至通讯模块150，并通过通讯模块150上报给用户。此外，零线接地的检测电路还包括LED指示灯170，所述LED指示灯170与所述控制模块110电连接，通过LED指示灯170的状态来表征零线接地的状态。

进一步地，所述零线接地的检测电路还包括电源模块140，所述电源模块 140的一端与所述控制模块110电连接，另一端与所述激励线圈L1电连接。电源模块140为控制模块110提供工作电压，并为激励电路提供激励电压，以使激励线圈L1上产生激励电流。

进一步地，所述零线接地的检测电路还包括断路单元160，所述断路单元 160与所述控制模块110电连接。

本实施例中，零线接地的检测电路还包括断路单元160，断路单元160设置在与零线和火线电连接的负载的两端，并与控制模块110电连接，断开断路单元160之后，可以断开零线和火线与负载的电连接。在控制模块110检测到零线接地的情形之后，可控制断路单元160断开，从而对负载进行保护。

此外，本申请还提供一种零线接地的检测装置，该检测装置包括上述的零线接地的检测电路，可以理解的是，由于在检测装置中使用了上述零线接地的检测电路，因此，该检测装置的实施例包括上述零线接地的检测电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是在本申请的申请构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。