CN101557094A - 外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路 - Google Patents

外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路，包括：控制单元、第一比较器单元、第一比较电压获得单元、取样电压获得单元。在外接剩余电流互感器的剩余电流保护装置产品中，设置有本发明的剩余电流互感器断线自动动作或报警电路，可以及时发现二次回路线圈断线，使剩余电流互感器二次回路线圈在断线或故障时装置自动动作或报警指示互感器断线，剩余电流保护装置将起到实质的保护作用，避免了重大安全隐患的发生。同时，增加了抗干扰单元，能够将剩余电流互感器断线检测从即时信号的检测转变为积分信号的检测，使检测结果满足在剩余电流互感器断线数秒内自动动作或报警的要求，又减少了误动现象。

Description

外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路
技术领域
本发明涉及一种断线自动动作或报警电路，尤其涉及一种剩余电流保护装置外接剩余电流互感器二次断线自动动作或报警电路。
背景技术
剩余电流保护装置是用来对电气线路进行接地故障保护，防止接地故障电流引起的设备和电气火灾事故，也可用来对人身触电危险提供间接接触保护。由于剩余电流保护装置长期在电网中运行，对于外接的分开安装的剩余电流互感器，其剩余电流互感器和引线因不在装置的壳体内，而易受到外力的作用、气候的侵蚀和虫鼠的破坏而断线。如果二次回路线圈断线而不能及时发现，剩余电流保护装置将失去保护作用，将带来重大安全隐患。
而目前，在剩余电流互感器和控制部分分开安装的产品中并没有设置相应的剩余电流互感器二次回路线圈断线或故障时自动动作或报警的功能。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路，使检测电路的输出信号能够反映真实断线情况，从而使控制单元在外接剩余电流互感器二次回路线圈断线或故障时剩余电流保护装置自动动作或报警。
本发明的技术方案为：一种外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路，其特征在于包括：
第一比较电压获得单元，用于获得第一比较电压V1，该第一比较电压V1输出到第一比较器单元的比较电压输入端；
取样电压获得单元，用于取得剩余电流互感器二次断线判别取样电压；该取样电压输入到第一比较器单元的取样电压输入端；
第一比较器单元，实现对第一比较电压、取样电压的比较，并将比较结果作为断线检测信号输出；
控制单元，用于接收断线检测信号，并根据检测结果控制动作或报警电路。
其中控制单元包括：电阻R9、电阻R11、电阻R12、电容C2、二极管D1、三极管G1、三极管G2、继电器K。所述电阻R9一端接电源+5V，另一端接电容C2、电阻R11，其连接点为控制单元的控制信号的输入端，电阻R11另一端接三极管G1基极，电容C2另一端接电源地。电阻R12一端接电源+5V、另一端与三极管G1集电极和三极管G2基极连接在一起。三极管G1、G2发射极接电源地。二极管D1负极和继电器K的一端接电源+5V，继电器K的另一端的和三极管G2集电极、二极管D1正极连接在一起。继电器K的一对常开、常闭触头为控制信号的输出端。
第一比较器单元，包括一个运算放大器；所述运算放大器的同相输入端Ua-3接电阻R3、电阻R4两电阻的共同连接点，反向输入端Ua-2接电阻R1、电阻R2两电阻的共同连接点，输出端Ua-1连接电阻R8的一端。该集成电路Ua的电源端Ua-8连接+5V电源，接地端Ua-4连接电源地。
第一比较电压获得单元，包括串联于电源正极与电源地之间的电阻R1、电阻R2，并从两电阻的中间结点获得所述第一比较电压V1。
取样电压获得单元，包括取样电阻R10，分压电阻R3、分压电阻R4；所述取样电阻R10一端接电源+5V，另一端接外接剩余电流互感器二次线圈一端，其连接点获得的电压经过串联的电阻R3、电阻R4连接到电源地；剩余电流互感器二次线圈另一端接电源地，所述电阻R3、电阻R4的中间结点电压作为取样电压。用于取得剩余电流互感器二次线圈断线判别取样电压；该取样电压输入到第一比较器单元的取样电压输入端；
作为本发明的进一步改进，在第一比较单元和控制单元之间还包括一个抗干扰单元，在该抗干扰单元中包括以下三部分：
第二比较电压获得单元，用于获得第二比较电压V2，并输出到第二比较器单元的比较电压输入端；
积分单元，用于接收第一比较器单元的输出端电压，获得经积分的电压信号Vj，并将该电压输入到第二比较器单元的输入端；
第二比较器单元，实现对所述积分单元输出电压与所述第二比较电压获得单元的第二比较电压V2的比较；并将比较结果作为断线检测信号输出。
抗干扰单元中的第二比较电压获得单元，包括串连在电源正极与电源地之间的电阻R6、电阻R7；两电阻的中间结点电压作为第二比较电压V2。
抗干扰单元中的积分单元，包括电阻R5、电阻R8、电容C1；所述电阻R5一端连接电源正极，电容C1一端接电源地，电阻R8一端连接第一比较器单元的输出端，电阻R8另一端与电阻R5、电容C1的共同结点电压作为积分电压，连接到第二比较器单元的输入端。
抗干扰单元中的第二比较器单元，包括一个运算放大器；所述运算放大器的同相输入端Ua-5接电阻R5、电阻R8、电容C1三元件的共同连接点，反向输入端Ua-6接电阻R6、电阻R7两电阻的共同连接点，输出端Ua-7连接电阻R9、电阻R11、电容C2三元件的共同连接点。
第一比较器单元的比较电压输入端为比较器单元的反相输入端；所述第一比较器单元的取样电压输入端为比较器单元的同相输入端；所述第二比较器的比较电压输入端为比较器单元的反相输入端；所述第二比较器的积分信号输入端为比较器单元的同相输入端。
在外接剩余电流互感器的剩余电流保护装置产品中，设置有本发明的剩余电流互感器断线自动动作或报警电路，可以及时发现二次回路线圈断线，使剩余电流互感器二次回路线圈在断线或故障时装置自动动作或报警指示互感器断线，剩余电流保护装置将起到实质的保护作用，避免了重大安全隐患的发生。
同时，增加了抗干扰单元(包含：第二比较电压获得单元，第二比较器单元，积分单元，)该抗干扰单元能够将外接剩余电流互感器二次线圈断线检测从即时信号的检测转变为积分信号的检测，只有数秒时间的稳定断线信号存在，才使控制单元执行动作。使检测结果满足剩余电流互感器断线自动动作或报警的时间要求，又减少了误报误动现象。
附图说明
图1为本发明的示意图。
图2为本发明的电路图。
图3为本发明优选方案的示意图。
图4为本发明优选方案的电路图。
具体实施方式
图2为外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路的电路图。具体应用于剩余电流保护装置的外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路中。
如图所示，该断线保护电路包括集成电路Ua、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C2、二极管D1、三极管G1、三极管G2、继电器K。
图中该检测电路的电源正极为+5V电源。
图2中集成电路Ua为具有两个开路输出的比较器的集成电路，该断线保护电路使用其中的第一比较器组成第一比较器单元。该集成电路Ua的电源端Ua-8连接+5V电源，该集成电路Ua的接地端Ua-4连接电源地。
图2中电阻R1，电阻R2组成第一比较电压获得单元。电阻R1、电阻R2为设定电阻，两电阻串联于+5V电源与电源地之间，通过选取电阻R1、电阻R2的不同阻值，可以在两电阻的中间结点上获得合适的电压，该电压作为第一比较电压V1提供给第一比较器单元反相输入端Ua-2。
图2中电阻R10、电阻R3、电阻R4组成取样电压获得单元。其中电阻R10一端接+5V电源，电阻R10的另一端接剩余电流互感器二次线圈，剩余电流互感器二次线圈的另一端接电源地，电阻R10与剩余电流互感器二次线圈的共同结点得到检测电压。该检测电压通过相串联的电阻R3，电阻R4连接到电源地，并在电阻R3，电阻R4的中间结点形成取样电压。该取样电压输出到第一比较器单元同相输入端Ua-3。
图2中控制单元包括：电阻R9、电阻R11、电阻R12、电容C2、二极管D1、三极管G1、三极管G2、继电器K。所述电阻R9一端接电源+5V，另一端接电容C2、电阻R11，其连接点为控制单元的控制信号的输入端，电阻R11另一端接三极管G1基极，电容C2另一端接电源地。电阻R12一端接电源+5V、另一端与三极管G1集电极和三极管G2基极连接在一起。三极管G1、G2发射极接电源地。二极管D1负极和继电器K的一端接电源+5V，继电器K的另一端的和三极管G2集电极、二极管D1正极连接在一起。继电器K的一对常开、常闭触头为控制信号的输出端。
第一比较器的正相输入端Ua-3和第一比较器的反相输入端Ua-2比较，可以获得不同的输出。若正相输入端Ua-3小于反相输入端Ua-2，则Ua-1输出低电平，说明取样电压较第一比较电压V1低，也就是外接剩余电流保护装置的剩余电流互感器二次线圈在正常工作。若正相输入端Ua-3大于反相输入端Ua-2，则Ua-1输出高电平，说明取样电压较第一比较电压V1高，也就是外接剩余电流保护装置的剩余电流互感器二次线圈不正常。控制单元接收到高电平信号后，该电位经过R11传递到G1基极，使G1导通，G1集电极电位下降，G2基极电位下降，G2截止，使灵敏继电器K线圈失电，K的常开触点打开，剩余电流保护装置动作，实现自动动作或报警功能。该控制单元可以如图示，也可以是单片机或其它类型的控制器件。
但由于该电路断线的判断取决于第一比较器输出端Ua-1电压，而该输出端Ua-1电压是一个即时信号，只与取样时输入端的第一比较电压V1与取样电压的瞬时值有关，以瞬时值作为依据，虽然可以提高判别的速度，但极易受到瞬时的纳秒级、毫秒级的干扰，发生误动误报。因此，作为本发明的一种优选方案，在第一比较单元和控制单元之间还包括一个抗干扰单元，包括第二比较器单元、第二比较电压获得单元、积分单元。因为虽然通过取样电压获得单元、第一比较器单元、第一比较电压获得单元、控制单元的组合就可以实现外接剩余电流互感器断线自动动作或报警功能。但对于瞬时的干扰信号出现时会产生误动作。增加抗干扰单元可增加电路的可靠性，减少误动作的几率。
第二比较器单元，用于积分单元输出的积分电压与第二比较电压获得单元输出的第二比较电压进行比较，并将比较结果作为断线检测信号输出到控制单元。
图4中电阻R8、电阻R5、电容C1组成积分单元。该积分单元以电容C1作为积分元件，以第一比较器单元的输出Ua-1控制电容C1的充放电。具体连接方式是：电阻R5与电容C1串联于电源正极与电源地之间，并且电阻R5一端连接电源+5V，电容C1一端连接电源地，电阻R5、电容C1的中间结点连接第二比较器单元正相输入端Ua-5。集成电路Ua的第一比较器单元输出端Ua-1连接电阻R8，电阻R8的另一端到该集成电路第二比较器的同相输入端Ua-5和电阻R5与电容C1共同结点上。
图4中电阻R6、电阻R7组成第二比较电压获得单元。所述电阻R6、电阻R7串联在电源+5V与电源地之间，在两电阻的中间结点上获得第二比较电压V2，该第二比较电压V2提供给第二比较器单元反相输入端Ua-6。通过改变电阻R6、电阻R7的阻值，可以获得所需的电压值作为第二比较电压V2。
图4中电阻R9连接在电源+5V与所述第二比较器输出端Ua-7之间，其与第二比较器输出端Ua-7和电容C2的一端共同结点为控制单元的输入端，第二比较器输出端Ua-7的输出信号(高电平或低电平)通过此结点输出到控制单元。
第二比较器单元、第二比较电压获得单元的工作原理与第一比较器单元、第一比较电压获得单元的工作原理相同。
积分单元的充放电受所述第一比较器单元输出信号的控制，当第一比较器单元输出高电平时，对该积分单元充电，经过数秒时间获得高电平的积分电压Vj，且电压Vj大于电压V2；当第一比较单元输出低电平时，对该积分单元放电，使该积分单元的积分电压Vj小于电压V2。
第一比较器输出端Ua-1高电平时对积分单元电容C1充电是通过R8进行的，将电阻R8的参数设置使充电过程较慢，时间较长。因此，对于瞬时的干扰信号出现时，第一比较器输出端Ua-1出现瞬时干扰高电平时，电容C1的两端的积分电压Vj不会立刻升高超过第二比较电压。即使受到短时间的断线假象的干扰，电容C1电位上升仍需要数秒时间，在此电位上升之前，第二比较器输出端Ua-7始终输出低电平，不产生误动误报信号。因此在选择适当参数的情况下，可以保证电路的抗干扰能力，将断线状况准确反映。
当将断线状况确实发生时，第一比较器单元输出端Ua-1长时间高电平时，第一比较器单元输出端Ua-1高电平直接通过R8向电容C1充电，第二比较器单元同相输入端Ua-5输入高电平超过第二比较电压，第二比较器单元输出端Ua-7输出高电平，控制单元接收到该高电平信号后，控制剩余电流保护装置自动动作或报警。
即当外接剩余电流互感器二次线圈没有断线时，电阻R10与外接剩余电流互感器二次线圈连接的共同结点电位被外接剩余电流互感器二次线圈拉低至低电位，第一比较器单元的同向输入端Ua-3电位低于第一比较器单元的反向输入端Ua-2电位，第一比较器单元的输出端Ua-1输出低电平，该低电平相当于电源地。此时，该低电平通过电阻R8使电容C1放电，电容C1的电压被释放，使电压Vj(也就是第二比较器同相端Ua-5电压)低于第二比较器反向输入端Ua-6的第二比较电压V2，因此，第二比较器输出端Ua-7输出低电平，该低电平输出到控制电路输入端，控制单元不动作。
当外接剩余电流互感器二次线圈断线时，因外接剩余电流互感器二次线圈的断路，电阻R10与外接剩余电流互感器二次线圈连接的共同结点电位被拉高至电源+5V电位，经过电阻R3、电阻R4分压后，第一比较器单元的同相输入端Ua-3电位高于第一比较器单元的反相输入端Ua-2电位，第一比较器的输出端Ua-1输出高电平，此时，通过电阻R8时向电容C1充电，使电容C1两端电压Vj升高，该电压Vj作为积分电压，输入到第二比较器同相输入端Ua-5，其电压值最终高于第二比较器反向输入端Ua-6的第二比较电压V2，因此，第二比较器输出端Ua-7输出高电平。说明外接剩余电流互感器二次线圈断线，控制单元接收到该高电平信号后，控制剩余电流保护装置自动动作或报警电路。
上述实施例仅仅说明了本发明的两种实施方式，实际上本发明还可以具有其它变化的形式。例如，比较器的正反相端的连接的电压可以与本实施例的连接方式相反；取样单元、积分单元可以采用其它形式。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路，其特征在于包括：
第一比较电压获得单元，用于获得第一比较电压(V1)，该第一比较电压(V1)输出到第一比较器单元的比较电压输入端；
取样电压获得单元，用于取得剩余电流互感器二次断线判别取样电压；该取样电压输入到第一比较器单元的取样电压输入端；
第一比较器单元，实现对第一比较电压、取样电压的比较，并将比较结果作为断线检测信号输出；
控制单元，用于接收断线检测信号，并根据检测结果控制动作或报警电路。
2、根据权利要求1所述的外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路，其特征在于：所述的控制单元包括电阻(R9)、电阻(R11)、电阻(R12)、电容(C2)、二极管(D1)、三极管(G1)、三极管(G2)、继电器(K)；所述电阻(R9)一端接电源+5V，另一端接电容(C2)、电阻(R11)，其连接点为控制单元的控制信号的输入端，电阻(R11)另一端接三极管(G1)基极，电容(C2)另一端接电源地；电阻(R12)一端接电源+5V、另一端与三极管(G1)集电极和三极管(G2)基极连接在一起；三极管(G1、G2)发射极接电源地；二极管(D1)负极和继电器(K)的一端接电源+5V，继电器(K)的另一端的和三极管(G2)集电极、二极管(D1)正极连接在一起；继电器(K)的一对常开、常闭触头为控制信号的输出端。
3、根据权利要求1所述的外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路，其特征在于：所述的第一比较器单元包括一个运算放大器；所述运算放大器的同相输入端(Ua-3)接电阻(R3)、电阻(R4)两电阻的共同连接点，反向输入端(Ua-2)接电阻(R1)、电阻(R2)两电阻的共同连接点，输出端(Ua-1)连接电阻(R8)的一端；该集成电路(Ua)的电源端(Ua-8)连接+5V电源，接地端(Ua-4)连接电源地。
4、根据权利要求1所述的外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路，其特征在于：所述的第一比较电压获得单元包括串联于电源正极与电源地之间的电阻(R1)、电阻(R2)，并从两电阻的中间结点获得所述第一比较电压(V1)。
5、根据权利要求1所述的外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路，其特征在于：所述的取样电压获得单元包括取样电阻(R10)，分压电阻(R3)、分压电阻(R4)；所述取样电阻(R10)一端接电源+5V，另一端接外接剩余电流互感器二次线圈一端，其连接点获得的电压经过串联的电阻(R3)、电阻(R4)连接到电源地；剩余电流互感器二次线圈另一端接电源地，所述电阻(R3)、电阻(R4)的中间结点电压作为取样电压；用于取得剩余电流互感器二次线圈断线判别取样电压；该取样电压输入到第一比较器单元的取样电压输入端。
6、根据权利要求1所述的外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路，其特征在于：在所述的第一比较单元和控制单元之间还包括一个抗干扰单元，在该抗干扰单元中包括以下三部分：
第二比较电压获得单元，用于获得第二比较电压(V2)，并输出到第二比较器单元的比较电压输入端；
积分单元，用于接收第一比较器单元的输出端电压，获得经积分的电压信号(Vj)，并将该电压输入到第二比较器单元的输入端；
第二比较器单元，实现对所述积分单元输出电压与所述第二比较电压获得单元的第二比较电压(V2)的比较；并将比较结果作为断线检测信号输出。
7、根据权利要求6所述的外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路，其特征在于：所述抗干扰单元中第二比较电压获得单元包括串连在电源正极与电源地之间的电阻(R6)、电阻(R7)；两电阻的中间结点电压作为第二比较电压(V2)。
8、根据权利要求6所述的外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路，其特征在于：所述抗干扰单元中积分单元包括电阻(R5)、电阻(R8)、电容(C1)；所述电阻(R5)一端连接电源正极，电容(C1)一端接电源地，电阻(R8)一端连接第一比较器单元的输出端，电阻(R8)另一端与电阻(R5)、电容(C1)的共同结点电压作为积分电压，连接到第二比较器单元的输入端。
9、根据权利要求6所述的外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路，其特征在于：所述抗干扰单元中第二比较器单元包括一个运算放大器；所述运算放大器的同相输入端(Ua-5)接电阻(R5)、电阻(R8)、电容(C1)三元件的共同连接点，反向输入端(Ua-6)接电阻(R6)、电阻(R7)两电阻的共同连接点，输出端(Ua-7)连接电阻(R9)、电阻(R11)、电容(C2)三元件的共同连接点。
10、根据权利要求6所述的外接剩余电流互感器断线自动动作或报警电路，其特征在于：所述第一比较器单元的比较电压输入端为比较器单元的反相输入端；所述第一比较器单元的取样电压输入端为比较器单元的同相输入端；所述第二比较器的比较电压输入端为比较器单元的反相输入端；所述第二比较器的积分信号输入端为比较器单元的同相输入端。
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