CN103926468B - 一种直流电源系统对地电容检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流电源系统对地电容检测电路，包括：与直流电源系统连接，用于检测直流电源系统对地电容放电电压的电压检测电路；与直流电源系统连接，用于使直流电源系统对地电容放电的恒流放电电路；以及，与恒流放电电路和电压检测电路连接，用于控制恒流放电电路使直流电源系统对地电容放电及计时的MCU控制器。本发明技术方案具有电路结构简单，设计新颖合理，能在不影响直流电源系统正常运行的情况下实时在线测量直流电源系统的对地电容，且检测精度高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种直流电源系统对地电容检测电路。
背景技术
绝缘监测装置是一种主要针对直流电源系统母线及支路的绝缘状态进行在线实时检测与管理的装置，目前已广泛应用于各种规格电力操作电源系统、太阳能光伏并网系统、直流远供电源系统、HVDC高压直流电源系统绝缘状态的检测与管理中。
直流电源系统对地电容的产生是直流电源系统所特有，并无法回避的，其对地电容的产生主要来自以下三个方面：一是电缆对地的分布电容，但一般电缆对地分布电容数值相对较小，不是构成直流电源系统对地电容的主要原因；二是来自众多设备回路的对地电容，是构成直流电源系统对地电容的主要原因；三是系统的抗干扰电容、开关电源对地滤波电容等，直流电源系统规模越大、区域越大则系统对地电容也越大。
直流电源系统母线对地电容的存在是直流电源系统一点接地引起继电保护误动的关键因素之一，因此对现有运行的直流电源系统对地电容进行全面系统的检测，可以准确分析直流系统母线对地电容造成一点接地引起保护误动的过程，据此提出直流电源系统接地故障引起保护误动的防护措施，以尽量减少甚至杜绝接地故障引起保护误动造成的断电事故，提高系统的安全性及供电可靠性。因此设计一种绝缘检测电路检测直流电源系统对地电容具有重要意义。
目前测量直流电源系统对地电容的方法有简单电桥法、简单电容放电法及注入交流信号法。
简单电桥法虽然能直接测量直流电源系统正负母线对地电容，但该方法只能在系统断电的条件下测量而无法用于运行中直流电源系统对地电容的测量，给实际应用带来不便。
简单电容放电法需要在直流电源系统母线与地之间外接电阻R，可能使直流电源系统产生人为的接地隐患，从而给整个系统带来安全隐患，且计算结果与外接电阻R有关，容易受人为读数误差的影响，使得测量结果不准确。
注入交流信号法是将交流信号通过电容耦合的方式注入直流系统正负母线和地之间，通过测量交流信号的电压幅值、电流幅值和电压电流相位差来计算直流系统对地电容。该方法需要注入外加交流信号，会给实际的直流电源系统应用带来各种其他影响，且注入的交流小信号易受直流电源系统分布电容的影响，从而影响其测量结果。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种直流电源系统对地电容检测电路，以解决现有技术的检测电路存在的具有安全隐患，测量结果不准，会影响直流电源系统正常运行的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种直流电源系统对地电容检测电路，包括：与直流电源系统连接，用于检测直流电源系统对地电容放电电压的电压检测电路；与直流电源系统连接，用于使直流电源系统对地电容进行放电的恒流放电电路；与恒流放电电路和电压检测电路连接，用于控制恒流放电电路使直流电源系统对地电容进行放电及计时的MCU控制器。
综上，本发明实施例提供了一种直流电源系统对地电容检测电路，相比现有技术的各种测量方法，本发明的电路结构简单，设计新颖合理，能在不影响直流电源系统正常运行的情况下，准确实时在线测量直流电源系统的对地电容，且检测精度高，为实时在线测量运行的直流系统对地电容提供了有效的手段和方法，满足实际直流电源系统应用的要求，应用范围广，推广应用价值高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的直流电源系统对地电容检测电路的电路原理框图；
图2为本发明实施例一的电路原理图；
图3为本发明实施例二的电路原理图；
图4为本发明实施例三的电路原理图。
具体实施方式
实施例一
如图 1所示，本发明提供一种直流电源系统对地电容检测电路，该电路包括：与直流电源系统（1）连接，用于检测直流电源系统对地电容放电电压的电压检测电路（2）；与直流电源系统（1）连接，用于使直流电源系统（1）对地电容进行放电的恒流放电电路（3）；与恒流放电电路（3）和电压检测电路（2）连接，用于控制恒流放电电路（3）使直流电源系统（1）对地电容进行放电及计时的MCU控制器（4）。
图2是本实施例的电路原理图，图中，虚线左侧为直流电源系统（1）的结构图，虚线右侧是本发明实施例的直流电源系统对地电容检测电路的结构图。
结合图2，本实施例中，所述电压检测电路（2）包括运算放大器U1，电阻R3、R4。所述电阻R3的一端与直流电源母线KM+相接，电阻R3的另一端与所述运算放大器U1的同相输入端相接；所述电阻R4一端与所述运算放大器U1的同相输入端相接，电阻R4的另一端接地；所述运算放大器U1的反相输入端与输出端直接相连，运算放大器U1的输出端与MCU控制器相连。
结合图2，本实施例中，所述恒流放电电路（3）包括开关K、NPN型三极管VT1、运算放大器U2、电容C1及电阻R5、R6、R7。所述NPN型三极管VT1的集电极与直流电源系统母线KM+相连，NPN型三极管VT1的发射极与所述开关K的第一端“1”相连，NPN型三极管VT1的基极与所述电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与所述运算放大器U2的输出端相连；所述运算放大器U2的同相输入端接基准电压VREF；所述电容C1的一端与运算放大器U2的反相输入端相连，电容C1的另一端与运算放大器U2的输出端相连；所述电阻R6的一端与运算放大器U2的反相输入端相连，电阻R6的另一端与所述NPN型三极管VT1的发射极相连；所述电阻R7的一端与开关K的第二端“2”相连，电阻R7的另一端接地；所述开关K的第三端“3”接MCU控制器。
本实施例中，所述MCU控制器（4）主要用于控制开关K的导通和关断，即通过控制所述恒流放电电路，控制直流电源系统母线正极对地电容的放电，并计算放电至设定电压所用的时间。
实施例二
图3是本实施例的电路原理图，图中，虚线左侧为直流电源系统（1）的结构图，虚线右侧是本发明实施例的直流电源系统对地电容检测电路的结构图。
结合图3，本实施例与实施例1不同的是：所述恒流放电电路（3）的结构不同。本实施例中，所述恒流放电电路（3）包括：开关K，NPN型三极管VT2，稳压管ZD1，电阻R8、R9。所述电阻R8的一端与直流电源系统母线KM+相连，电阻R8的另一端与所述稳压管ZD1的阴极相连，稳压管ZD1的阳极接地；所述开关K的第一端“1”与直流电源系统母线KM+相连，开关K的第二端“2”与所述NPN型三极管VT2的集电极相连，开关K的第三端“3”接MCU控制器；所述NPN型三极管VT2的基极与所述稳压管ZD1的阴极相连，NPN型三极管VT2的发射极与所述电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端接地。其余电路结构均与实施例一相同。
实施例三
图4是本实施例的电路原理图，图中，虚线左侧为直流电源系统（1）的结构图，虚线右侧是本发明实施例的直流电源系统对地电容检测电路的结构图。
结合图4，本实施例与实施例一不同的是：所述恒流放电电路（3）的结构不同。本实施例中，所述恒流放电电路（3）包括：开关K，NPN型三极管VT3，TL431，电阻R10、R11。所述电阻R10的一端与直流电源系统母线KM+相连，电阻R10的另一端与所述TL431的C极相连；所述开关K的第一端“1”与直流电源系统母线KM+相连，开关K的第二端“2”与所述NPN型三极管VT3的集电极相连，开关K的第三端“3”接MCU控制器；所述NPN型三极管VT3的基极与所述TL431的C极相连，NPN型三极管VT3的发射极与TL431的R极相连，TL431的A极接地；所述电阻R11的一端与TL431的R极相连，电阻R11的另一端接地。其余电路结构均与实施例1相同。
结合图1，本发明的工作原理是：测量时通过MCU控制器发出放电开始信号，开关K导通，直流电源系统对地电容通过恒流放电电路开始放电，MCU控制器同时开始计时；放电时通过电压检测电路将检测到的直流电源系统母线正极对地电压传输到MCU控制器；当电压下降到MCU控制器设定的电压值时，MCU控制器发出放电终止信号，开关K关断，直流电源系统对地电容结束放电，由MCU控制器计算出放电时间。则根据设定的恒流放电电流和放电电压及计算出的放电时间，即可计算出直流电源系统的对地电容。
结合图2，本发明的具体工作原理是：通过MCU控制器发出放电开始信号，开关K导通，直流电源系统对地电容通过由NPN型三极管VT1，运算放大器U2，电容C1，电阻R5、R6、R7构成的恒流放电电路开始放电，同时MCU开始计时；放电时通过由运算放大器U1，电阻R3、R4构成的电压检测电路将检测到的直流电源系统母线正极对地电压传输到MCU控制器；当电压下降到MCU控制器设定的电压值时，MCU控制器发出放电终止信号，开关K关断，直流电源系统对地电容结束放电。则根据设定的恒流放电电流和放电电压及计算出的放电时间，即可计算出直流电源系统的对地电容。
综上所述，本发明实施例提供了一种直流电源系统对地电容检测电路，在测量时通过MCU控制器控制开关K的导通和关断，即控制所述恒流放电电路，进而控制直流电源系统母线正极对地电容的放电，并计算放电设定电压所用的时间。根据设定的恒流放电电流和放电电压及计算出的放电时间，直接计算直流电源系统对地电容。本设计新颖合理，能在不影响直流电源系统正常运行的情况下准确实时在线测量直流电源系统的对地电容，为实时在线测量运行的直流系统对地电容提供了有效的手段和方法，且检测精度高，为实时在线测量运行的直流系统对地电容提供了有效的手段和方法，满足实际直流电源系统应用的要求，应用范围广，推广应用价值高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (1)
1.一种直流电源系统对地电容检测电路，其特征在于，包括：
与直流电源系统连接，用于检测直流电源系统对地电容放电电压的电压检测电路；与直流电源系统连接，用于使直流电源系统对地电容放电的恒流放电电路；与恒流放电电路和电压检测电路连接，用于控制恒流放电电路使直流电源系统对地电容放电及计时的MCU控制器；
所述电压检测电路包括运算放大器U1，电阻R3、R4；所述电阻R3的一端与直流电源系统的母线KM+相接，电阻R3的另一端与所述运算放大器U1的同相输入端相接；所述电阻R4一端与所述运算放大器U1的同相输入端相接，电阻R4的另一端接地；所述运算放大器U1的反相输入端与输出端直接相连，运算放大器U1的输出端与MCU控制器相连；
其中，所述恒流放电电路包括开关K，NPN型三极管VT1，运算放大器U2，电容C1，电阻R5、R6、R7；所述VT1的集电极与直流电源系统的母线KM+相连，NPN型三极管VT1的发射极与所述开关K的第一端相连，NPN型三极管VT1的基极与所述电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与所述运算放大器U2的输出端相连；所述运算放大器U2的同相输入端接基准电压VREF；所述电容C1的一端与运算放大器U2的反相输入端相连，电容C1的另一端与运算放大器U2的输出端相连；所述电阻R6的一端与运算放大器U2的反相输入端相连，电阻R6的另一端与所述NPN型三极管VT1的发射极相连；所述电阻R7的一端与开关K的第二端相连，电阻R7的另一端接地；所述开关K的第三端与MCU控制器相连；
或者，所述恒流放电电路包括开关K，NPN型三极管VT2，稳压管ZD1，电阻R8、R9；所述电阻R8的一端与直流电源系统的母线KM+相连，电阻R8的另一端与所述稳压管ZD1的阴极相连，稳压管ZD1的阳极接地；所述开关K的第一端与直流电源系统的母线KM+相连，开关K的第二端与所述NPN型三极管VT2的集电极相连，开关K的第三端与MCU控制器相连；所述NPN型三极管VT2的基极与所述稳压管ZD1的阴极相连，NPN型三极管VT2的发射极与所述电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端接地；
或者，所述恒流放电电路包括开关K，NPN型三极管VT3，基准电压源TL431，电阻R10、R11；所述电阻R10的一端与直流电源系统的母线KM+相连，电阻R10的另一端与所述TL431的C极相连；所述开关K的第一端与直流电源系统的母线KM+相连，开关K的第二端与所述NPN型三极管VT3的集电极相连，开关K的第三端与MCU控制器相连；所述NPN型三极管VT3的基极与所述TL431的C极相连，NPN型三极管VT3的发射极与TL431的R极相连，TL431的A极接地；所述电阻R11的一端与TL431的R极相连，电阻R11的另一端接地；
其中，所述MCU控制器具体用于通过控制开关K的导通和关断来控制所述恒流放电电路，进而控制直流电源系统的母线正极对地电容的放电，并计算放电所用的时间。
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