CN101499642B - 智能安防电控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能安防电控装置，包括智能控制保护单元电路与空气断路器，空气断路器接在三相供电电路中，智能电控保护单元包含有电压采样检测与过压、欠压保护电路、缺相采样保护电路、电流采样检测与过流断相保护电路，智能电控保护单元的信号采样端均接入三相供电电路，信号输出端均通过连接的微机主控单元电路接入空气断路器脱扣线圈，所述智能电控保护单元还包括有漏电采样预检保护电路，由控制变压器KB1、固态继电器SSR1～SSR3、直流电源VCC、电阻R1～R10、L0、D0、IC1～IC5连接构成，其通过漏电互感线圈L0接在三相供电电路上。本发明将漏电预检保护功能引入现有开关之中，即在开关未合闸，负载端无电情况下，预检出负载端漏电故障，并锁定装置不能合闸，只有排除漏电故障后方可复位，合闸后投入正常运行。

Description

智能安防电控装置
技术领域：
本发明涉及一种跨强电与弱电的多功能高性能且具有预检漏电及短路故障，防止电气火灾隐患与触电隐患的智能安防电控装置，同时兼有在线检测故障保护、锁定、显示、报警功能及参数整定等功能的智能安防电控装置。
背景技术：
现有开关装置几乎全无智能控制，更无故障预检功能，仍然沿用几十年一贯制的传统结构，如手动式、电磁式和机械式，其功能单一，且切断速度较慢，不能确保用电安全。而漏电故障不仅会造成设备损害和电能浪费，更危及人身安全，故当今市场急需一种可以对漏电故障进行预检的智能控制装置。
发明内容：
针对现有技术存在的缺陷，本发明目的旨在将漏电预检保护功能引入现有开关之中，即在开关未合闸，输出端(即负载端)无电情况下，预检出负载端漏电故障，并锁定装置不能合闸，只有排除漏电故障后方可合闸，正常供电。
本发明的技术解决方案：一种智能安防电控装置，包括智能控制保护单元电路与空气断路器，空气断路器接在三相负载电路中，智能电控保护单元包含有电压采样检测与过压、欠压保护电路、缺相采样保护电路、电流采样检测与过流断相保护电路，智能电控保护单元的信号采样端均接入三相供电电路，信号输出端均通过连接的微机主控单元电路接入空气断路器脱扣线圈，所述智能电控保护单元还包括有漏电采样预检保护电路，由控制变压器KB1、固态继电器SSR1～SSR3、直流电源VCC、电阻R1～R10、L0、D0、IC1～IC5连接构成，其通过漏电互感线圈L0接在三相供电电路上。
所述微机主控单元电路连接有合、分电路、复位电路、参数整定电路，报警电路与显示电路，其中合、分电路的信号输出端分别接至空气断路器合闸与分断线圈。
所述智能电控保护单元包含的各保护电路均经微机主控单元电路、控制门电路电路接至空气断路器合闸、分断线圈及脱扣线圈；其中电压采样检测与过压、欠压保护电路和电流采样检测与过流、断相保护电路经A/D转换电路接至微机主控单元电路。
所述微机主控单元电路与控制门之间接有故障锁定电路，由IC17A、IC6A、IC19A，按钮S1，电阻R18、电容C2和直流电源构成，并通过其中的IC17A接入单片机。
作为优选方案，本发明所述智能安防电控装置中的智能电控保护单元电路还可包括由直流电源Vcc、JX1、JX2、JX3、IC2、R12、R13、R14构成的短路预检保护电路，JX1、JX2、JX3的触头分别接在三相供电电路上，IC8信号输出接至单片机。
本发明提供的上述电控系统在现有开关中引入漏电预检功能，能在开关未合闸，负载端(即输出端)无电情况下，预检出负载端漏电故障，并锁定装置不能合闸，只有排除漏电故障后方可合闸，正常供电。本发明除了漏电预检保护功能以外，还具有参数整定、检测功能、过压、欠压保护功能、短路预检功能、过流与断相保护功能、故障锁定功能、显示与报警功能；能有效地解决漏电、短路等故障，杜绝了电气火灾与触电隐患，同时节约了能源，确保设备和人身安全。
附图说明：
图1是智能安防电控装置电气原理方框图；
图2是智能安防电控装置电路联接图；
图3是智能安防电控装置电路联接图；
图4是智能安防电控装置电路联接图；
图5是智能安防电控装置电路联接图；
具体实施方式：
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明。
图1为智能安防电控装置电气原理方框图。主回路为空气断路器，控制回路为智能控制保护单元。空气断路器控制端由微机主控单元通过控制门输出信号使空气断路器合闸、分断与故障脱扣。智能控制保护单元包括电压采样检测与过压、欠压保护电路，缺相采样保护电路，漏电采样预检保护电路，短路采样预检保护电路，电流采样检测与过流、断相保护电路，故障锁定电路，A/D转换电路，微机主控单元电路，控制门电路，合、分电路、复位电路、参数整定电路，显示电路，报警电路。上述各保护电路采样端均接至三相供电电路，其中缺相采样保护电路、漏电采样预检保护电路与短路采样预检保护电路的输出端直接接入微机主控单元；其中电压采样检测与过压、欠压保护电路、电流采样检测与过流、断相保护电路，输出端均接至A/D转换电路，其输出端再接至微机主控单元。
漏电采样预检保护电路与故障锁定电路是本发明智能安防电控装置独具特色的电路，漏电采样预检保护电路的功能是在本系统合闸前预检出负载端电路有无漏电故障，如检测到有漏电故障，装置自动锁定，拒绝合闸，显示故障内容，并有声光报警，故障不排除，装置不能复位合闸送电。从而有效防止漏电故障发生，确保用电设备和人身安全。
智能安防电控装置的具体电路联接图参见图2-5。其中，微机主控单元为单片机IC13，参见图5。它是智能控制保护部分的核心器件，控制门由IC17a、IC16联接构成，锁定电路由IC6a、IC19A构成。单片机IC13的Pin10～Pin14和IC24的1脚为按钮输入接口，分别与按钮AN1～AN6联接，AN1～AN6分别对应为“合”、“分”、“设置”、“-”、“+”、“复位”按钮，设置按钮可对电流大小、电压高低、延时等参数进行设定与调节，“+”、“-”按钮可增加或减少额定电压值、额定电流值的大小，过压与欠压保护值的高低和过压值(v)、欠压值的延时时间(s)，实现电路参数的整定。复位按钮联接“看门狗”芯片IC24的1脚，通过7脚与IC13的9脚相联接。
装置的控制部分上电后，即进入故障预检状态。负载端如无漏电与短路故障，电源端如无过压、欠压、缺相故障，单片机IC13分别从IC8和IC28读取数据，并发出可以正常运行指令，按下AN1，IC13发出指令，使IC19之5脚，输出电平“1”送至IC16之11、12脚，5、6脚输出，至IC18的2脚。使IC18的3、4脚导通。CM1断路器合闸线圈得电，系统进入合闸送电正常运行状态。
单片机IC13的P0地址口的寻址由IC14完成，IC14的输出端1Q～8Q输出低八位地址A0～A7，其中A0、A1、A2接至IC28的25、24、23脚，IC28在接收IC13选通信号后，于ALE信号下降时锁存；P3口发送“写”信号WR，则IC28的ST为高电平，启动转换，将电压信号及电流信号IA、IB、IC分别转换为数字信号至D0～D7，然后读入IC13的P0口。IC13对数据进行处理，如无过压、欠压、过流等故障，则输出信号至空气断路器的控制端，装置正常运行；同时由P0口将数据送到显示器IC23的7～14脚，IC23分别显示出电压值和三相电流值；如有故障，则显示器显示故障内容，相应的故障指示灯亮，IC12之Q5脚输出信号“1”，使IC17B开门，IC32发出的音频信号送至IC17B的3脚，由6脚输出至IC7D驱动蜂鸣器发出“嘟-嘟-嘟”报警声。
电压采样检测与过压、欠压保护电路参见图4，由电压采样变压器次级(8V)、桥式整流电路D29～D32、RW4、R50、C10、DW3联接构成，电压检测与过压、欠压保护电路由稳压管DW3与RW4、R50共接端输出至A/D转换电路IC28的26脚。
缺相采样保护电路参见图3，由R9’～R11’、D4～D15、IC1的1～14脚，R5’～R8’、IC8联接构成。以A相为例，正常时，A相电流经R11及桥式整流电路D12～D15至IC1的3、4脚，则IC1的14脚输出脉冲波，如果缺A相，则IC1输出为“1”，经IC8送至单片机IC13的P0口，IC13发出指令使IC17A输出为“0”，IC16输出为“1”，IC15截止，断路器脱扣或不能合闸，显示器显示“缺相A”，相应指示灯亮，发出“嘟-嘟-嘟”报警。B、C相缺相时，工作原理与此相同，不再赘述。
电流采样检测与过流、断相保护电路与短路保护电路，参见图4，由三相电流互感器L1、L2、L3、R19、R21、R23～R54、二极管D16～D28、稳压管DW1～DW2、DW4、运放IC9、IC10、IC22和IC29、D触发器IC11A联接构成。L1、L2、L3初级为三相电源线，电流采样检测与过流、断相保护电路分两路输出：一路输出至A/D转换电路IC28的27、28及1脚，构成过流与断相保护电路；另一路由D触发器IC11A的6脚输出接至锁定电路IC17A的1脚，构成短路保护电路。
漏电采样预检保护电路，参见图2，由控制变压器KB1、固态继电器SSR1～SSR3、直流电源VCC、电阻R1～R10、L0、D0、IC1～IC5连接构成。
漏电采样预检保护电路的工作原理是：当装置上电而未合闸时，装置进入预检状态，单片机发出指令使JXL1～JXL3线圈依次得电，其对应的常开触点依次闭合，KB1次级绕阻电流依次送入负载端A、B、C三相，如负载端对地漏电电流达到设定值时，漏电互感器L0将漏电信号经R7送入IC1之负端，经放大整流后进入IC3之负端，其幅值大于或等于IC3正端的标准电压，使IC6A输出端电平由“1”变为“0”，经IC17A后再送往IC16输出“1”使IC15截止，CM1断路器脱扣。显示器显示漏电故障，同时发出声光报警信号。
故障锁定电路，参见图2：由IC17A、IC6A、IC19A，按钮S1，电阻R18、电容C2和直流电源VCC构成。
其工作原理是：当故障发生时，IC6A或者IC19A的4脚由1变成0，其输出端由1变成0，使IC17A被封门，其输出端为0，装置被锁定，不能合闸，并且故障没有排除之前，装置不能复位亦不能合闸；只有当故障排除后，揿下按钮S1，使0电平输入到IC6A或者IC19A的CLR端；IC6A或者IC19A的输出端由0变1，IC17A被打开，装置方可进入合闸运行状态。其中与门IC17A的13脚与控制信号线连接，决定装置的合、分与脱扣状态。
短路采样预检保护电路，参见图3，由Vcc、JX-1、JX-2、JX-3、R12～R17、RW1～RW3、IC2、IC7、IC8联接构成。IC8输出接至单片机IC13的P0口，三相负载端A′、B′、C′分别与JX-1、JX-2、JX-3之常开触点相联接。
短路采样预检保护电路的工作原理是：当装置控制部分上电而开关未闭合时，装置进入预检状态，JX-1～JX-3的线圈得电，常开触点闭合。三相电路负载端无短路故障时，IC2输出为“1”，当三相电路负载端A′与B′发生短路时，电流由Vcc→JX-1的常开触点7→A′→B′→JX-1另一常开触点→RW1→IC2之1脚→地，则IC2之16脚输出由“1”→“0”，IC16输出为“1”，使IC15截止，显示器显示短路AB，并发出“嘟-嘟-嘟”报警，表明系统不能闭合，可防止短路合闸造成重大事故。调整RW1可使A′、B′间的短路电阻调至3Ω，完全满足了实际情况的需求。
当三相电路负载端B′与C′或C′与A′发生短路时，预检短路工作工程与上述相同。
复位电路由芯片IC24、按键开关AN6、二极管D25、电阻R47、R48联接构成，IC24的6脚接至数据口芯片IC19的19脚，参见图5，它可以使单片机IC13自启动，防止死机并使单片机初始化复位。
报警电路由分频器IC32、门IC17B、反向器IC7D、R64、蜂鸣器FM联接构成，参见图5，IC17B的一个输入端接至IC12的12脚，分频器IC32的CLK脚与单片机IC13的数据总线联接。
显示电路由反向器IC25、IC23、R61、R57联接构成。参见图5，IC13的P0数据线与IC23数据线7～14线相联，左、右屏选为CS1、CS2脚，IC13的读写信号接至IC23之6脚，显示屏根据IC13指令分别显示V、I值与故障内容。
三相电流IA、IB、IC由L1、L2、L3采集后送入三相全波精密整流电路，参见图4，三相全波精密整流电路由IC9、IC10、IC22、IC29、D16～D28、R19～R54构成，以IA整流为例，IA在R26上的电压UIA经IC10A放大至1脚，当电流信号UIA为正半周时，信号经R39送至IC10D的“+”端，在其输出端获得与UIA电压大小相等、相位相同的输出；当UIA为负半周时，则信号经R19送至IC10B的6脚“-”端，在其输出端获得电压幅值与UIA相等、相位相反的输出。这样就实现了全波精密整流，UIA全波整流信号经IC10B射极跟随器由R32输出IC9A的模拟量输入端，经IC28进行A/D转换后再读入单片机IC13的P0口，由IC13作出处理。同理IB、IC的采样信号经过上述过程转换为数字信号后读入单片机的P0口。
IA、IB、IC的模拟信号同时也送到电压比较器IC9A、IC9B、IC9C的“-”端，当电流为额定电流值的2倍时，则幅值达到“+”端比较电压值幅值，其输出端电平翻低并送入IC11A的4脚，IC11A的6脚信号由“1”翻“0”，使IC17A输出为0，经IC16倒相后使IC15截止，CM1脱扣，断路器分断。该电路作为电流过流或短路的硬件切断，使过流或短路保护更为可靠。
电压信号则由电压采样变压器的次级电压经桥式整流电路D29～D32整流、再经RW4、R50分压后送入A/D转换电路由IC28作A/D转换后，再读入到单片机IC13的P0口。
直流电源电路为通用电路，其原理不赘述。
各芯片符号与型号对照如下：
IC1、IC2               TLP521-4
IC3                    74HC244
IC4                    7406
IC5、IC6、IC7、IC9     LM324
IC8                    LM339
IC10                   74HC74
IC11                   ADC0809
IC12                   74HC14
IC13                   AT89C52
IC14                   74HC573
IC15、16               74HC273
IC17                   74HC11
IC18                   HC2003
IC19、20、21           JGX-16F
IC22                   MAX813L
IC23                   24C04
IC24                   74HC32
IC25                   74HC08
IC27                   74HC138
IC28                   VCM128*64
IC29                   74HC4040
本发明的优点是将漏电采样预检保护电路与由单片机及控制门电路组成的智能控制保护单元和空气断路器相结合，构成了智能安防电控装置，故障检测、保护电路既包含常规的短路保护电路、电流检测与过流、断相保护电路、电压检测与过压、欠压保护电路、缺相保护电路，还特别包含有漏电预检保护电路，本发明型除了具有过流、短路、断相、过压、欠压、缺相、漏电等在线故障检测与保护、故障锁定、液晶显示、报警功能，特别是具有对系统合闸前负载端漏电故障预检保护功能，因此本发明智能安防电控装置功能齐全、性能优越、切断快速、安全可靠、可望真正彻底消除电气短路或漏电火灾隐患。

Claims (6)

1.一种智能安防电控装置，包括智能电控保护单元与空气断路器，空气断路器接在三相负载电路中，智能电控保护单元包含有电压采样检测与过压、欠压保护电路、缺相采样保护电路、电流采样检测与过流、断相保护电路，智能电控保护单元的信号采样端均接入三相供电电路，信号输出端均通过连接的微机主控单元电路接入空气断路器脱扣线圈，其特征在于，所述智能电控保护单元还包括有漏电采样预检保护电路，由控制变压器KB1、固态继电器SSR1～SSR3、直流电源VCC、电阻R1～R10、漏电互感器L0、二极管D0、芯片IC1～IC5连接构成；所述固态继电器SSR1～SSR3的输入端分别连接有由电阻R1～R3分别与三个反相器芯片IC2、IC4和IC5并联组成的驱动电路；所述控制变压器KB1的次级绕组经固态继电器SSR1～SSR3的输出端分别接入负载端A、B、C三相；其中接在三相供电电路的漏电互感器L0经电阻R7接入放大器芯片IC1的负端，所述放大器芯片IC1的输出端与负端之间连接有电阻R4；所述放大器芯片IC1的输出端接入二极管D0的正极，并依次经二极管D0和电阻R8接入比较器芯片IC3的负端；所述比较器芯片IC3的负端与地之间串接有电阻R9；所述比较器芯片IC3的正端和输出端在接入电源前分别串接有电阻R5和电阻R6；所述比较器芯片IC3的输出端和正端均接地，且其输出端和正端与地之间分别串接有电容C1和电阻R10。
2.根据权利要求1所述智能安防电控装置，其特征在于所述微机主控单元电路连接有合、分电路、复位电路、参数整定电路，报警电路与显示电路，其中合、分电路的信号输出端分别接至空气断路器合闸与分断线圈。
3.根据权利要求1所述智能安防电控装置，其特征在于所述智能电控保护单元包含的各保护电路均经微机主控单元电路、控制门电路接至空气断路器合闸、分断线圈及脱扣线圈；其中电压采样检测与过压、欠压保护电路和电流采样检测与过流、断相保护电路经A/D转换电路接至微机主控单元电路。
4.根据权利要求1所述智能安防电控装置，其特征在于所述智能电控保护单元电路还包括由直流电源Vcc、继电器JX1、继电器JX2、继电器JX3、芯片TLP521-4、电阻R12、电阻R13、电阻R14构成的短路预检保护电路，其中直流电源Vcc经常开触点接在三相负载端上的三个继电器JX1、JX2、JX3分别接入绕线电阻RW1～RW3；所述绕线电阻RW1～RW3接入芯片TLP521-4，所述芯片TLP521-4的输出端分别经电阻R12、电阻R13、电阻R14接入电源端；所述芯片TLP521-4的输出端同时接入芯片LM339；芯片LM339信号输出至微机主控单元。
5.根据权利要求1-4之一所述智能安防电控装置，其特征在于所述微机主控单元电路与控制门之间接有故障锁定电路。
6.根据权利要求5所述智能安防电控装置，其特征在于所述故障锁定电路由与门芯片IC17A、芯片LM324、芯片JGX-16F，按钮S1，电阻R18、电容C2和直流电源VCC构成；其中经电阻R18接入直流电源的按钮S1分别与芯片LM324和芯片JGX-16F的CLR端连接，芯片LM324和芯片JGX-16F的输出端接入与门芯片IC17A的输入端；与门芯片IC17A输出端接入微机主控单元；按钮S1并联有电容C2。
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