一種道路照明用剩余電流保護裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及照明中剩余電流保護領域，具體涉及一種道路照明用剩余電流保護裝置及方法。
【背景技術】
[0002]道路照明供電距離較長，用電負荷較為分散，過往行人觸及的可能性大。當發生接地故障時，故障泄露電流較小，不足以使保護開關跳閘。但該泄露電流卻容易引發觸電事故，在陰雨天時，情況更為嚴重。同時該故障電流還容易導致電氣火災，造成重大事故。在道路照明設計施工時，增加剩余電流保護開關，可以起到遏制故障泄露電流的作用。
[0003]現有的剩余電流保護開關在出廠時，剩余電流動作閾值已經固定，不可調節(如動作電流為300mA，500mA等)。設計施工人員往往按經驗來選擇動作電流閾值。但是按照經驗選擇閾值存在以下問題:
[0004]1、若動作電流選擇過大，線路已經發生接地故障，而開關仍未動作，失去了開關的保護價值。若動作電流選擇過小，線路將經常誤動作，影響正常照明。
[0005]2、考慮到路燈的每個回路供電半徑不同，所使用的電纜型號有差異，容易導致按經驗選擇的動作電流閾值與實際被保護線路特性不匹配，起不到保護作用。
[0006]3、隨著使用時間的增長，線路的絕緣、阻抗等參數緩慢發生變化，線路的正常泄露電流也發生變化，按經驗選擇的固定閾值不能反映線路整個使用壽命的特性參數。

【發明內容】

[0007]為解決現有技術存在的不足，本發明公開了一種道路照明用剩余電流保護裝置及方法，該裝置為在線實時校正動作閾值的剩余電流保護裝置，該裝置周期性校正剩余電流動作閾值，使之與被保護線路特性相匹配，能夠精確、可靠的保護照明線路，避免人員觸電、火災等重大事故發生。
[0008]為實現上述目的，本發明的具體方案如下:
[0009]一種道路照明用剩余電流保護裝置，包括:剩余電流檢測電路，用于檢測照明回路泄露電流；溫度檢測電路，用于檢測照明回路出線溫度；電壓檢測電路，用于實時檢測照明回路電壓；繼電器控制電路，用于控制照明回路的通斷；
[0010]所述剩余電流檢測電路、溫度檢測電路、電壓檢測電路及繼電器控制電路均與控制器相連，控制器分別設置剩余電流的動作閾值、出線溫度的動作閾值、照明回路電壓的動作閾值及控制器的檢測周期，當剩余電流、出線溫度及照明回路電壓的任意一個測量值大于其對應的動作閾值時，控制器控制繼電器控制電路自動切斷被保護線路即照明回路；控制器每隔設定檢測周期，重新校準剩余電流的動作閾值，使之與線路當前特性相匹配。
[0011 ] 線路當前特性為:當前線路正常泄漏電流值、當前線路絕緣性、當前線路出線長度等參量。剩余電流是由于有電流泄漏出去而剩余電流互感器檢測到的電流。泄露電流也稱為剩余電流。
[0012]上述一種道路照明用剩余電流保護裝置，在剩余電流的動作閾值設定時，具體為:剩余電流的動作閾值為正常泄露電流的2.5倍:
[0013]I動作=2.51 正常。
[0014]任何一條線路都會因為與大地之間有分布電容的存在而存在泄漏電流，該泄漏電流不可避免，故稱，正常泄漏電流。
[0015]進一步的，所述控制器還與顯示電路、通訊電路及按鍵電路相連，顯示電路用于顯示檢測電路所檢測的剩余電流、溫度及電壓，通訊電路用于將該控制器與別的設備進行通訊，按鍵用于輸入設定內容。
[0016]重新校準剩余電流的動作閾值時，剩余電流檢測電路在上個檢測周期內采集N組剩余電流值，將該N組剩余電流值按照由小到大進行排序，剔除剩余電流值最大的數值及剩余電流值最小的數值，將其余的剩余電流值求和取平均即為下個檢測周期的剩余電流的動作閾值。
[0017]上述重新校準剩余電流的動作閾值的方法，能夠及時的調整剩余電流的動作閾值，避免了因為動作閾值不能及時調整引起的控制不精確的問題。
[0018]所述剩余電流檢測電路，包括電流采集電路、射極跟隨電路、電平抬升電路、反向放大電路及端口保護電路，電流采集電路將被測交流電流信號成比例的縮小并傳送至射極跟隨電路，射極跟隨電路用于提高后級電路對被測信號的提取能力并傳送至電平抬升電路，電平抬升電路用于將被測信號抬升至DSP端口適應的范圍并傳送至反向放大電路，反向放大電路將信號調整為直流信號并傳送至端口保護電路，端口保護電路與控制器相連。
[0019]電流采集電路為剩余電流互感器，用于檢測三相電路的剩余電流。剩余電流互感器ICl的M端口通過電阻接地，將電流信號轉換成電壓信號。剩余電流互感器ICl的電源端均通過電容接地，目的是利用電容吸收掉電源的雜波干擾。剩余電流互感器ICl的M端口與運放電路輸入端相連，運放電路的輸出端與兩個單向二極管相連，其作用為將運算放大器的輸出信號“鉗位”到3.3V。
[0020]運放電路包括三個運算放大器，三個運算放大器是一個整體，其作用為:電流互感器檢測到的毫伏級的電壓，因為電流互感器只能檢測電流，該電流為毫安級的。通過一個電阻接地可將電流信號轉換成電壓信號，該電壓信號為毫伏級，放大為伏級的電壓，方便模數轉換單元AD處理。
[0021]所述溫度檢測電路包括熱敏電阻IC2，熱敏電阻IC2的正極端接電源，熱敏電阻IC2的負極端與運放電路輸入端相連，熱敏電阻IC2的負極端與放大器的正極端之間還并聯有接地的電阻及電容，運放電路的輸出端也通過電容接地，運放電路的輸出端還與控制器的輸入端相連。
[0022]熱敏電阻作用為:感知外界溫度，當外界溫度改變時，其自身電阻值發生改變。
[0023]溫度檢測電路工作原理:溫度檢測電路通過一個熱敏電阻感知外界溫度，該熱敏電阻的阻值與外界溫度成一一對應關系，通過后面的處理電路采集實時的熱敏電阻的阻值，就可以知道當前的環境溫度的數值。
[0024]所述電壓檢測電路兩個接線端接入照明回路，兩個接線端與變壓器Tl的輸入端相連，變壓器Tl輸出端與電壓跟隨器IC4的輸入端相連，電壓跟隨器IC4的輸出端還與運放電路輸入端相連，運放電路輸出端與控制器的輸出端相連。
[0025]IC4是利用隔離放大器構成的電壓跟隨器，詳見圖6。它的作用是提高輸入阻抗，降低輸出阻抗，并且將輸入電壓隔離，減少被測交流電對控制器的影響。
[0026]電壓檢測電路的原理是:第一步，電壓互感器將被測交流電壓轉變為較低幅值的交流電壓。第二步，電阻R22、R12構成分壓網絡，進一步降低被測電壓的幅值，并輸出電壓差值信號。第三步，隔離放大器IC4構成電壓跟隨器，提高輸入信號阻抗，降低輸出信號阻抗。第四步，運放TL074U3A構成減法，將被測交流信號轉變為直流信號。第五步，運放TL074U3A構成巴特沃斯濾波器，濾除干擾信號。
[0027]所述繼電器驅動電路的輸入端與控制器的輸出端相連，該輸入端分兩路，一路經過電阻與電源相連，另一路經過電阻與三極管電路的輸入端相連，三極管電路的輸出端分兩路，一路與單向二極管相連，另一路與輸出端子相連，輸出端子用于與繼電器相連。
[0028]繼電器驅動電路原理:當發生泄露電流超過動作閾值、過電壓或過溫度時，控制器會發出繼電器動作的指令，但是由于控制器的帶負載能力有限，不能直接驅動繼電器動作，所以需要驅動電路。
[0029]主要器件及作用:R19為上拉電阻，R20為限流電阻，Q1Q2為二級放大，將1 口輸出的毫伏信號放大，以能夠驅動繼電器的動作。
[0030]一種道路照明用剩余電流保護裝置的方法，包括:
[0031]控制器分別設置剩余電流的動作閾值、出線溫度的動作閾值、照明回路電壓的動作閾值及控制器的檢測周期；
[0032]利用剩余電流檢測電路檢測照明回路剩余電流，利用溫度檢測電路檢測照明回路出線溫度；利用電壓檢測電路實時檢測照明回路電壓；
[0033]首先判斷剩余電流的檢測值與剩余電流的設定動作閾值，當剩余電流超過設定動作閾值時，控制器發出跳閘指令，否則，繼續判斷溫度檢測值是否超過溫度設定動作閾值，當超過時，控制器發出跳閘指令，否則，繼續判斷控制是否到達設定周期，如果到設定周期，則進行校準剩余電流動作閾值，否則繼續檢測。
[0034]校準剩余電流的動作閾值時，剩余電流檢測電路在上個檢測周期內采集N組剩余電流值，將該N組剩余電流值按照由小到大進行排序，剔除剩余電流值最大的數值及剩余電流值最小的數值，將其余的剩余電流值求和取平均即為下個檢測周期的剩余電流的動作閾值。
[0035]本發明的有益效果:
[0036]1、本發明根據被保護線路的實際特性，設定相匹配的動作閾值，可以更為精確、可靠的切斷故障泄露電流，起到快速、有效的保護作用。避免行人觸電、火災等惡性事故的發生。
[0037]2、本發明的溫度檢測作提供了冗余分析功能，及時發現并消除火災隱患。
[0038]3、本發明采集的泄露電流，可分析電纜使用情況，對絕緣變差、超期服役的電纜，主動報警，提醒管理人員及時更換。將火災、漏電等危害消除在萌芽中。
[0039]4、本發明改進了一種電流檢測電路。該電路能夠精確的檢測照明回路的交流電流值，并調理到DSP可接受的范圍。
【附圖說明】
[0040]圖1本發明的道路照明用剩余電流保護裝置結構圖；
[0041]圖2本發明的道路照明用剩余電流保護裝置的工作流程圖；
[0042]圖3本發明的校準動作閾值流程圖；
[0043]圖4本發明的剩余電流檢測電路圖；
[0044]圖5本發明的溫度檢測電路圖；
[0045]圖6本發明的電壓檢測電路圖；
[0046]圖7本發明的繼電器驅動電路圖；
[0047]圖8本發明的剩余電流檢測電路檢測原理圖。
【具體實施方式】
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[0048]下面結合附圖對本發明進行詳細說