一种PEN断开检测及保护系统的制作方法

一种pen断开检测及保护系统
技术领域
1.本发明涉及充电桩的保护技术领域，具体为一种pen断开检测及保护系统。


背景技术：

2.充电桩是指为电动汽车提供能量补充的充电装置，其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。
3.目前的主流充电桩漏电保护方案如附图2，附图3所示，在l、n线上加剩余电流检测传感器，由剩余电流检测传感器的反馈来控制输出继电器的开闭，从而实现保护功能，当设备发生漏电时，由于l、n上的电流不平衡，电流检测传感器能检测到这个剩余电流，从而实现检测漏电的目的，最终通过开关装置断电以实现保护。
4.现在主流的充电桩不带pen断开检测及保护功能，如果充电桩用在tn-c系统中，会有安全隐患，如附图2所示，当设备的前级电路发生pen断开时，由于负载电阻的存在，会使设备的金属外壳带电，如果此时人触摸设备外壳，负载电流会流经人体进入大地，则有触电危险，而且这种情况，从图上可以看出，穿过互感器感应线圈的l、n上的电流大小相等，方向相反，所以常规的剩余电流检测传感器无法正确采集到漏电电流，保护功能无法被触发而发生动作，人体在触电后无法及时断电保护，从而危及人的生命安全，如附图3，同样的，汽车的外壳是导体，通过内部连接到充电桩的进线pe上，如果前级的pen发生断开时，人体触摸汽车的金属外壳，同样会产生图2所示的触电情况，危及人身安全。
5.可见，需要一种pen断开检测及保护系统，用于改进人体触摸汽车的金属外壳时会产生触电情况的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种pen断开检测及保护系统，以解决上述背景技术中提出人体触摸汽车的金属外壳时会产生触电情况的问题。
7.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种pen断开检测及保护系统，包括电路和判断的pen断线方法，所述电路包括三颗等值电阻，且三颗等值电阻的其中一端分别连接供电进线的l1_in，l2_in，l3_in，电阻的另一端短接在一起并连接一个电压互感器的初级线圈的一端，互感器的初级线圈另一端通过串接一颗限流电阻连接到pe_in线上，电压互感器的输出通过运放等信号调理电路输出给主控芯片mcu，当电压互感器采集到的电压值超过设定的安全电压阈值时，主控芯片mcu会发出控制后级继电器断开的触发信号到达或门电路；
8.l1_in，l2_in，l3_in，n_in同时穿过一个零序电流互感器的感应线圈,并且把pe_in线先绕穿互感器的感应线圈两圈后再连到后级电路，零序互感器连接rcd检测电路，所述电路中还包括后级继电器，所述后级继电器包含5组通断开关，分别为l1_in和l1_out、l2_in和l2_out、l3_in和l3_out、n_in和n_out、pe_in和pe_out；
9.所述判断的pen断线方法包括电压采集法和电流采集法。
10.优选的，所述零序互感器连接rcd检测电路的检测过程包括：当检测的漏电流信号超过设定的阈值时，rcd电路能给主控芯片mcu和或门电路都发送触发信号，或门电路只要检测到主控芯片mcu或者rcd电路送出的其中任一或者两者的触发信号后，都会触发后面的继电器驱动电路动作，来断开继电器的触点，从而断开后级负载电路和主供电系统的连接，保护后级负载电路的安全。
11.优选的，所述电压采集法包括通过采集地线pe_in和三相电的中性点的电压差值，若三相电压不平衡导致中性点的电压不为0，或者pen断开后，这个电压差值在高于一定阈值后，都会触发保护机制。
12.优选的，所述电流采集法包括将pe_in的电流也加入了检测的范围，把pe_in绕互感器2圈，由于pe_in上的电流是2倍存在，所以漏电流互感器是可以采集到这个电流的，基于设定的阈值，当漏电流大于阈值时，同样能触发系统的保护机制。
13.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
14.第一、本发明通过设置的电压、电流双采集电路，共同作用来最大化保护人身安全，如果发生pen断线故障后，本系统电路的电压采集电路可以采集到因pen断线导致的故障电压，并在5s内断开设备内的开关，将设备从电网断开，避免设备带电，从而避免人体触摸设备外壳时发生触电危险。
附图说明
15.图1为本发明电路图；
16.图2为本发明用以对比的现有充电桩保护方案电路图1；
17.图3为本发明用以对比的现有充电桩保护方案电路图2。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.请参阅图1-3，一种pen断开检测及保护系统，主要包括：1.三颗等值电阻的其中一端分别连接供电进线的l1_in，l2_in，l3_in，电阻的另一端短接在一起并连接一个电压互感器的初级线圈的一端，互感器的初级线圈另一端通过串接一颗限流电阻连接到pe_in线上，电压互感器的输出通过运放等信号调理电路输出给主控芯片mcu，当电压互感器采集到的电压值超过设定的安全电压阈值时，主控芯片mcu会发出控制后级继电器断开的触发信号到达或门电路；2.同时的，l1_in，l2_in，l3_in，n_in同时穿过一个零序电流互感器的感应线圈,并且把pe_in线先绕穿互感器的感应线圈两圈后再连到后级电路；零序互感器连接rcd检测电路，当检测的漏电流信号超过设定的阈值时，rcd电路能给主控芯片mcu和或门电路都发送触发信号，或门电路只要检测到主控芯片mcu或者rcd电路送出的其中任一或者两者的触发信号后，都会触发后面的继电器驱动电路动作，来断开继电器的触点，从而断开后级负载电路和主供电系统的连接，保护后级负载电路的安全，后级继电器包含5组通断开
关，分别为l1_in和l1_out、l2_in和l2_out、l3_in和l3_out、n_in和n_out、pe_in和pe_out。
20.主要通过两种方式来判断pen断线，其一是通过电压采集法；其二是通过电流采集法，电压采集法的原理即通过采集地线pe_in和三相电的中性点的电压差值，如果三相电压不平衡(导致中性点的电压不为0)，或者pen断开后，这个电压差值在高于一定阈值后，都会触发保护机制，电流采集法的原理是将pe_in的电流也加入了检测的范围，如果只将pe_in直接穿过漏电流互感器的话，如果发生漏电，通过l1_in,l2_in,l3_in上的电流会和通过pe_in上的电流相等，方向相反，互感器整体上还是没有采集到pe_in上的漏电流，所以本方案是把pe_in绕互感器2圈，来规避此问题，由于pe_in上的电流是2倍存在，所以漏电流互感器是可以采集到这个电流的，基于设定的阈值，当漏电流大于阈值时，同样能触发系统的保护机制。
21.本方案为一套用于tn-c接地系统中pen断线保护的装置，分为接地电压采集电路，剩余电流采集电路，开关控制电路，在英国的bs 7671：2018规范中规定了在tn-c系统中，pen断线后设备应有的保护措施，三相设备应用中，pen断线后设备的主接地导体应与大地之间的最大电压应不高于70vrms，当因pen断线引起的设备接地保护导体于大地之间的电压高于70vrms，设备应在5s内车辆从电源的带电导体和保护接地之间电断开，以提供电击保护，当电压超过70v rms的时间小于4s时则不用断开；单相设备中，当线路与中性导体之间的电压电压大于253v rms或小于207v rms时，在5秒内将车辆从电源的带电导体和保护地电气断开，本方案集成了电压、电流双采集电路，电压采集电路可以实现bs7671:2018中规定的保护阈值采集，电路采集电路可以采集发生触电时的地线电流，及时关断输出，从而达到保护目的。
22.发生pen断线故障后，本方案电路的电压采集电路可以采集到因pen断线导致的故障电压，并在5s内断开设备内的开关，将设备从电网断开，避免设备带电，从而避免人体触摸设备外壳时发生触电危险。
23.由于bs 7671 2018的规定检测到故障电压的不动作时间为4s，从发生pen故障到电压检测保护机制触发保护动作有4s的不动作时间，如果在这个时间内人体触摸了设备外壳，触电电流会经由pe线到外壳再经由人体到大地，互感器检测到这个触电电流后后立即断开设备内的开关，将设备从电网断开，从而保护人身安全，电压和电流双重保护机制实现最大限度的人身安全保护。
24.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种pen断开检测及保护系统，包括电路和判断的pen断线方法，其特征在于：所述电路包括三颗等值电阻，且三颗等值电阻的其中一端分别连接供电进线的l1_in，l2_in，l3_in，电阻的另一端短接在一起并连接一个电压互感器的初级线圈的一端，互感器的初级线圈另一端通过串接一颗限流电阻连接到pe_in线上，电压互感器的输出通过运放等信号调理电路输出给主控芯片mcu，当电压互感器采集到的电压值超过设定的安全电压阈值时，主控芯片mcu会发出控制后级继电器断开的触发信号到达或门电路；l1_in，l2_in，l3_in，n_in同时穿过一个零序电流互感器的感应线圈,并且把pe_in线先绕穿互感器的感应线圈两圈后再连到后级电路，零序互感器连接rcd检测电路，所述电路中还包括后级继电器，所述后级继电器包含5组通断开关，分别为l1_in和l1_out、l2_in和l2_out、l3_in和l3_out、n_in和n_out、pe_in和pe_out；所述判断的pen断线方法包括电压采集法和电流采集法。2.根据权利要求1所述的一种pen断开检测及保护系统，其特征在于：所述零序互感器连接rcd检测电路的检测过程包括：当检测的漏电流信号超过设定的阈值时，rcd电路能给主控芯片mcu和或门电路都发送触发信号，或门电路只要检测到主控芯片mcu或者rcd电路送出的其中任一或者两者的触发信号后，都会触发后面的继电器驱动电路动作，来断开继电器的触点，从而断开后级负载电路和主供电系统的连接，保护后级负载电路的安全。3.根据权利要求1所述的一种pen断开检测及保护系统，其特征在于：所述电压采集法包括通过采集地线pe_in和三相电的中性点的电压差值，若三相电压不平衡导致中性点的电压不为0，或者pen断开后，这个电压差值在高于一定阈值后，都会触发保护机制。4.根据权利要求1所述的一种pen断开检测及保护系统，其特征在于：所述电流采集法包括将pe_in的电流也加入了检测的范围，把pe_in绕互感器2圈，由于pe_in上的电流是2倍存在，所以漏电流互感器是可以采集到这个电流的，基于设定的阈值，当漏电流大于阈值时，同样能触发系统的保护机制。

技术总结
本发明涉及充电桩的保护技术领域，且公开了一种PEN断开检测及保护系统，包括电路和判断的PEN断线方法，所述电路包括三颗等值电阻，且三颗等值电阻的其中一端分别连接供电进线的L1_IN，L2_IN，L3_IN，电阻的另一端短接在一起并连接一个电压互感器的初级线圈的一端，互感器的初级线圈另一端通过串接一颗限流电阻连接到PE_IN线上。该一种PEN断开检测及保护系统通过设置的电压、电流双采集电路，共同作用来最大化保护人身安全，如果发生PEN断线故障后，电路的电压采集电路可以采集到因PEN断线导致的故障电压，并在5s内断开设备内的开关，将设备从电网断开，避免设备带电，从而避免人体触摸设备外壳时发生触电危险。体触摸设备外壳时发生触电危险。体触摸设备外壳时发生触电危险。


技术研发人员：张子龙 杨涛 刘子雷 韦珍 方传禄 金狄洋
受保护的技术使用者：苏州一航电子科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/8/4