CN104898025A - 基于双线圈的电缆线路故障监测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于双线圈的电缆线路故障监测电路通过检测电缆线路上的负荷电流来决定是由取电线圈模块为控制模块供电还是由应急电源为控制模块供电。具体的，在负荷电流大于额定值时，由取电线圈模块在线取电为控制模块供电，在负荷电流小于额定值时，由应急电源为控制模块供电。因此，供电由取电线圈模块和应急电源同时承担，减少应急电源的供电量，延长了应急电源的供电时间，进而延长整个电路的工作寿命。同时降低了电路功耗。

Description

基于双线圈的电缆线路故障监测电路

技术领域

本发明涉及电缆线路故障监测技术，特别是涉及一种取电方式简单、使用寿命更长的基于双线圈的电缆线路故障监测电路。

背景技术

电缆型故障指示器安装于配电开关的母线上，按功能模块来分主要由电流互感器和控制装置两部分组成，主要用于判断配电的电缆线路短路故障或者接地故障。若电缆线路上发生短路或接地故障时，控制装置会根据电流互感器检测到的电流状况进行判断并发出相应的信息数据传给指示面板或者通讯终端。根据故障工作原理，故障指示器的传感器需要实时监测电缆线路上的电流。因此决定了故障指示器工作功耗很大，通常控制装置使用电池供电并且需要防水处理灌装，灌装后电池是不能够更换的，但实际上由于电池本身漏电流的特性实际寿命会比理论值要小，而且受到环境影响也比较大，从而影响了电缆型故障指示器的工作寿命。

发明内容

基于此，有必要提供一种取电方式简单、使用寿命更长的基于双线圈的电缆线路故障监测电路。

一种基于双线圈的电缆线路故障监测电路，包括：取电线圈模块、电源切换模块、控制模块及采样模块；

在电缆线路上的负荷电流大于额定值时，所述电源切换模块用于控制所述取电线圈模块为所述控制模块供电；在电缆线路上的负荷电流小于额定值时，所述电源切换模块用于控制应急电源为所述控制模块供电；所述采样模块用于对电缆线路的电流进行采样并将采样的负荷电流发送给所述控制模块；在负荷电流小于故障电流时，所述控制模块采用自适应判据判断是否输出故障信号，若负荷电流突变至次故障电流并持续第一额定时间后突变为0时所述控制模块输出电缆线路故障信号；在负荷电流大于故障电流时，所述控制模块采用过定值判据判断是否输出故障信号，若负荷电流大于故障电流并持续第二额定时间时所述控制模块输出电路线路故障信号。

在其中一个实施例中，还包括与所述控制模块连接的数据发送模块，在所述控制模块未输出故障信号时，所述数据发送模块用于定时上传电缆线路数据；在所述控制模块未输出故障信号且电缆线路的负荷电流变化率超过20％时，所述数据发送模块用于即时上传电缆线路数据；在所述控制模块输出故障信号时，所述数据发送模块用于即时上传电缆线路数据。

在其中一个实施例中，所述数据发送模块包括电阻R2、电阻R3、三极管Q1、发射管芯片U1和电阻R4；

所述电阻R2一端接输入电压，另一端接所述控制模块；所述电阻R3一端接所述控制模块，另一端接所述三极管Q1的基极；所述三极管Q1的发射极接输入电压，所述三极管Q1的集电极接所述发射管芯片U1的电源端，所述发射管芯片U1的输出端接所述电阻R4，所述电阻R4远离所述发射管芯片U1的空悬。

在其中一个实施例中，在电缆线路上的负荷电流大于20A时，所述取电线圈模块输出的电压经整流后转换为3.6V直流电压为所述控制模块供电。

在其中一个实施例中，在电缆线路上的负荷电流小于20A时，所述应急电源输出3.6V直流电压为所述控制模块供电。

在其中一个实施例中，所述采样模块采用交流采样方式对电缆线路进行采样。

在其中一个实施例中，所述故障电流大小为450A，第一额定时间为35ms-3s，第二额定时间为1s-2s。

在其中一个实施例中，次故障电流＝负荷电流+突变电流，当负荷电流小于200A时，突变电流＝0.5负荷电流，当负荷电流大于200A且小于故障电流时，突变电流＝1.5负荷电流。

在其中一个实施例中，所述取电线圈模块包括电阻R11、电感L1、电容C9、场效应管Q3、二极管D3、升压芯片U5、电容C10、电阻R13、电阻R15、电容C18、电容C11、稳压器芯片U4、电阻R14、电阻R16、电容C12及电容C14；

所述电阻R11一端接电缆线路，另一端接所述电感L1；所述电容C9一端接所述电阻R11和所述电感L1的公共连接点，另一端接地；所述电感L1远离所述电阻R11的一端接所述二极管D3的正极；所述场效应管Q3的漏极接所述电感L1和所述二极管D3的公共连接点，所述场效应管Q3的源极接地，所述场效应管Q3的栅极接所述升压芯片U5的输入端；所述升压芯片U5的电源端接所述二极管D3的负极，所述升压芯片U5的反馈端接所述电阻R13和所述电阻R15的公共连接点；所述电容C10一端接所述二极管D3的负极，另一端接所述电阻R13和所述电阻R15的公共连接点；所述电阻R13远离所述电阻R15的一端接所述二极管D3的负极；所述电阻R15远离所述电阻R13的一端接地；所述电容C18一端接所述二极管D3的负极，另一端接地；所述电容C11一端接所述二极管D3的负极，另一端接地；所述稳压器芯片U4的输入端和使能端接所述二极管D3的负极，所述稳压器芯片U4的反馈端接所述电阻R14和所述电阻R16的公共连接点，所述稳压器芯片U4的输出端接所述电源切换模块；所述电阻R14远离所述电阻R16的一端接所述稳压器芯片U4的输出端；所述电阻R16远离所述电阻R14的一端接地；所述电容C12一端接所述稳压器芯片U4的输出端，另一端接所述电阻R14和所述电阻R16的公共连接点；所述电容C14一端接所述稳压器芯片U4的输出端，另一端接地。

在其中一个实施例中，所述电源切换模块包括电压检测芯片U6、电阻R12、二极管D4、电容C15、场效应管Q4及电解电容CT1；

所述电阻R12一端接所述取电线圈模块，另一端接所述电压检测芯片U6的输入端；所述电容C15一端接所述电压检测芯片U6的输入端，另一端接地；所述电压检测芯片U6的输出端接所述场效应管Q4的栅极，所述场效应管Q4的源极接所述应急电源；所述场效应管Q4的漏极接所述控制模块；所述二极管D4的正极接所述电阻R12与所述电压检测芯片U6的公共连接点，所述二极管D4的负极接所述控制模块；所述电解电容CT1的正极接所述控制模块，所述电解电容CT1的负极接地。

上述基于双线圈的电缆线路故障监测电路通过检测电缆线路上的负荷电流来决定是由取电线圈模块为控制模块供电还是由应急电源为控制模块供电。具体的，在负荷电流大于额定值时，由取电线圈模块在线取电为控制模块供电，在负荷电流小于额定值时，由应急电源为控制模块供电。因此，供电由取电线圈模块和应急电源同时承担，减少应急电源的供电量，延长了应急电源的供电时间，进而延长整个电路的工作寿命。同时降低了电路功耗。

附图说明

图1为基于双线圈的电缆线路故障监测电路的模块图；

图2为取电线圈模块和电源切换模块的电路原理图；

图3为数据发送模块的电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种基于双线圈的电缆线路故障监测电路，包括：取电线圈模块101、电源切换模块102、控制模块103及采样模块104。

在电缆线路上的负荷电流大于额定值时，所述电源切换模块102用于控制所述取电线圈模块101为所述控制模块103供电；在电缆线路上的负荷电流小于额定值时，所述电源切换模块102用于控制应急电源为所述控制模块103供电；所述采样模块104用于对电缆线路的电流进行采样并将采样的负荷电流发送给所述控制模块103；在负荷电流小于故障电流时，所述控制模块103采用自适应判据判断是否输出故障信号，若负荷电流突变至次故障电流并持续第一额定时间后突变为0时所述控制模块103输出电缆线路故障信号；在负荷电流大于故障电流时，所述控制模块103采用过定值判据判断是否输出故障信号，若负荷电流大于故障电流并持续第二额定时间时所述控制模块103输出电路线路故障信号。

具体的，在电缆线路上的负荷电流大于20A时，所述取电线圈模块101输出的电压经整流后转换为3.6V直流电压为所述控制模块103供电。

取电线圈模块101在线取电后整流成直流电压输出给控制模块103。在此时，无需通过应急电源为控制模块103供电，且在线取电能够降低电路功耗，减少应急电源的使用量。

特别的，取电线圈模块101采用双线圈结构。

在电缆线路上的负荷电流小于20A时，所述应急电源输出3.6V直流电压为所述控制模块103电。

当电缆线路的负荷电流小于20A时，取电线圈模块101无法为控制模块103供电，因此，此时需要启用应急电源为控制模块103供电。

所述故障电流大小为450A，第一额定时间为35ms-3s，第二额定时间为1s-2s。

次故障电流＝负荷电流+突变电流，当负荷电流小于200A时，突变电流＝0.5负荷电流，当负荷电流大于200A且小于故障电流时，突变电流＝1.5负荷电流。

具体地，在本实施例中，当在负荷电流小于故障电流450A时采用自适应判据判断是否输出故障信号。即当负荷电流突变至次故障电流且持续35ms-3s之间而后电流值跌落为0即判断短路故障。

当负荷电流小于次故障电流200A时，突变电流为100A。当负荷电流大于200A时，突变电流为负荷电流的1.5倍。

在负荷电流大于故障电流450A时采用过定值判据判断是否输出故障信号。即当负荷电流超过450A且持续第二额定时间1s-2s时即判断为短路故障。优选地，第二额定时间为2s。

将自适应判据及过定值判据融合使用提高了故障信息的准确性。

请结合图2。

所述取电线圈模块101包括电阻R11、电感L1、电容C9、场效应管Q3、二极管D3、升压芯片U5、电容C10、电阻R13、电阻R15、电容C18、电容C11、稳压器芯片U4、电阻R14、电阻R16、电容C12及电容C14。

所述电阻R11一端接电缆线路，另一端接所述电感L1；所述电容C9一端接所述电阻R11和所述电感L1的公共连接点，另一端接地；所述电感L1远离所述电阻R11的一端接所述二极管D3的正极；所述场效应管Q3的漏极接所述电感L1和所述二极管D3的公共连接点，所述场效应管Q3的源极接地，所述场效应管Q3的栅极接所述升压芯片U5的输入端；所述升压芯片U5的电源端接所述二极管D3的负极，所述升压芯片U5的反馈端接所述电阻R13和所述电阻R15的公共连接点；所述电容C10一端接所述二极管D3的负极，另一端接所述电阻R13和所述电阻R15的公共连接点；所述电阻R13远离所述电阻R15的一端接所述二极管D3的负极；所述电阻R15远离所述电阻R13的一端接地；所述电容C18一端接所述二极管D3的负极，另一端接地；所述电容C11一端接所述二极管D3的负极，另一端接地；所述稳压器芯片U4的输入端和使能端接所述二极管D3的负极，所述稳压器芯片U4的反馈端接所述电阻R14和所述电阻R16的公共连接点，所述稳压器芯片U4的输出端接所述电源切换模块102；所述电阻R14远离所述电阻R16的一端接所述稳压器芯片U4的输出端；所述电阻R16远离所述电阻R14的一端接地；所述电容C12一端接所述稳压器芯片U4的输出端，另一端接所述电阻R14和所述电阻R16的公共连接点；所述电容C14一端接所述稳压器芯片U4的输出端，另一端接地。

升压芯片U5的型号为XC9104；稳压器芯片U4的型号为TPS73401。

所述电源切换模块102包括电压检测芯片U6、电阻R12、二极管D4、电容C15、场效应管Q4及电解电容CT1。

所述电阻R12一端接所述取电线圈模块101，另一端接所述电压检测芯片U6的输入端；所述电容C15一端接所述电压检测芯片U6的输入端，另一端接地；所述电压检测芯片U6的输出端接所述场效应管Q4的栅极，所述场效应管Q4的源极接所述应急电源；所述场效应管Q4的漏极接所述控制模块103；所述二极管D4的正极接所述电阻R12与所述电压检测芯片U6的公共连接点，所述二极管D4的负极接所述控制模块103；所述电解电容CT1的正极接所述控制模块103，所述电解电容CT1的负极接地。

电压检测芯片U6的型号为XC61C30。

在供电切换过程中，电解电容CT1瞬时对控制模块103进行供电，防止电源切换过程中控制模块103掉电。

所述采样模块104采用交流采样方式对电缆线路进行采样。具体为每个周期采样16个点取平均值计算，能够有效的防止电流采样出现波动。

在本实施例中，采样模块104由电流互感器线圈及采样电阻组成，采样模块104通过采集采样电阻两端并对应转换成电流值，从而获得采样的负荷电流。采用交流采样方式，增加采样密度能够提高采样精度。

基于双线圈的电缆线路故障监测电路还包括与所述控制模块103连接的数据发送模块105，在所述控制模块103未输出故障信号时，所述数据发送模块105用于定时上传电缆线路数据；在所述控制模块103未输出故障信号且电缆线路的负荷电流变化率超过20％时，所述数据发送模块105用于即时上传电缆线路数据；在所述控制模块103输出故障信号时，所述数据发送模块用于即时上传电缆线路数据。

采用定时及变化量实时上传两种方式能够提供数据传输效率。

数据发送模块105包括电阻R2、电阻R3、三极管Q1、发射管芯片U1和电阻R4。

所述电阻R2一端接输入电压，另一端接所述控制模块103；所述电阻R3一端接所述控制模块103，另一端接所述三极管Q1的基极；所述三极管Q1的发射极接输入电压，所述三极管Q1的集电极接所述发射管芯片U1的电源端，所述发射管芯片U1的输出端接所述电阻R4，所述电阻R4远离所述发射管芯片U1的空悬。

具体地，将电路首次启动20s内无故障平均电流值作为初次历史电流值。当电缆线路无故障状态下变化该电流值的20％(升高或降低)则向终端发送当前负荷电流，并将当前负荷电流作为历史电流值即下次判断变化量的依据。若电缆线路上无变化量且无故障发生则采用定时上传方式向终端发送一次数据，缺省时间为1h。

基于上述所有实施例，控制模块103采用单片机。

上述基于双线圈的电缆线路故障监测电路通过检测电缆线路上的负荷电流来决定是由取电线圈模块101为控制模块103供电还是由应急电源为控制模块103供电。具体的，在负荷电流大于额定值时，由取电线圈模块101在线取电为控制模块103供电，在负荷电流小于额定值时，由应急电源为控制模块103供电。因此，供电由取电线圈模块103和应急电源同时承担，减少应急电源的供电量，延长了应急电源的供电时间，进而延长整个电路的工作寿命。且同时降低了电路功耗。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于双线圈的电缆线路故障监测电路，其特征在于，包括：取电线圈模块、电源切换模块、控制模块及采样模块；

在电缆线路上的负荷电流大于额定值时，所述电源切换模块用于控制所述取电线圈模块为所述控制模块供电；在电缆线路上的负荷电流小于额定值时，所述电源切换模块用于控制应急电源为所述控制模块供电；所述采样模块用于对电缆线路的电流进行采样并将采样的负荷电流发送给所述控制模块；在负荷电流小于故障电流时，所述控制模块采用自适应判据判断是否输出故障信号，若负荷电流突变至次故障电流并持续第一额定时间后突变为0时所述控制模块输出电缆线路故障信号；在负荷电流大于故障电流时，所述控制模块采用过定值判据判断是否输出故障信号，若负荷电流大于故障电流并持续第二额定时间时所述控制模块输出电路线路故障信号。

2.根据权利要求1所述的基于双线圈的电缆线路故障监测电路，其特征在于，还包括与所述控制模块连接的数据发送模块，在所述控制模块未输出故障信号时，所述数据发送模块用于定时上传电缆线路数据；在所述控制模块未输出故障信号且电缆线路的负荷电流变化率超过20％时，所述数据发送模块用于即时上传电缆线路数据；在所述控制模块输出故障信号时，所述数据发送模块用于即时上传电缆线路数据。

3.根据权利要求2所述的基于双线圈的电缆线路故障监测电路，其特征在于，所述数据发送模块包括电阻R2、电阻R3、三极管Q1、发射管芯片U1和电阻R4；

所述电阻R2一端接输入电压，另一端接所述控制模块；所述电阻R3一端接所述控制模块，另一端接所述三极管Q1的基极；所述三极管Q1的发射极接输入电压，所述三极管Q1的集电极接所述发射管芯片U1的电源端，所述发射管芯片U1的输出端接所述电阻R4，所述电阻R4远离所述发射管芯片U1的空悬。

4.根据权利要求1所述的基于双线圈的电缆线路故障监测电路，其特征在于，在电缆线路上的负荷电流大于20A时，所述取电线圈模块输出的电压经整流后转换为3.6V直流电压为所述控制模块供电。

5.根据权利要求1所述的基于双线圈的电缆线路故障监测电路，其特征在于，在电缆线路上的负荷电流小于20A时，所述应急电源输出3.6V直流电压为所述控制模块供电。

6.根据权利要求1所述的基于双线圈的电缆线路故障监测电路，其特征在于，所述采样模块采用交流采样方式对电缆线路进行采样。

7.根据权利要求1所述的基于双线圈的电缆线路故障监测电路，其特征在于，所述故障电流大小为450A，第一额定时间为35ms-3s，第二额定时间为1s-2s。

8.根据权利要求1所述的基于双线圈的电缆线路故障监测电路，其特征在于，次故障电流＝负荷电流+突变电流，当负荷电流小于200A时，突变电流＝0.5负荷电流，当负荷电流大于200A且小于故障电流时，突变电流＝1.5负荷电流。

9.根据权利要求1所述的基于双线圈的电缆线路故障监测电路，其特征在于，所述取电线圈模块包括电阻R11、电感L1、电容C9、场效应管Q3、二极管D3、升压芯片U5、电容C10、电阻R13、电阻R15、电容C18、电容C11、稳压器芯片U4、电阻R14、电阻R16、电容C12及电容C14；

所述电阻R11一端接电缆线路，另一端接所述电感L1；所述电容C9一端接所述电阻R11和所述电感L1的公共连接点，另一端接地；所述电感L1远离所述电阻R11的一端接所述二极管D3的正极；所述场效应管Q3的漏极接所述电感L1和所述二极管D3的公共连接点，所述场效应管Q3的源极接地，所述场效应管Q3的栅极接所述升压芯片U5的输入端；所述升压芯片U5的电源端接所述二极管D3的负极，所述升压芯片U5的反馈端接所述电阻R13和所述电阻R15的公共连接点；所述电容C10一端接所述二极管D3的负极，另一端接所述电阻R13和所述电阻R15的公共连接点；所述电阻R13远离所述电阻R15的一端接所述二极管D3的负极；所述电阻R15远离所述电阻R13的一端接地；所述电容C18一端接所述二极管D3的负极，另一端接地；所述电容C11一端接所述二极管D3的负极，另一端接地；所述稳压器芯片U4的输入端和使能端接所述二极管D3的负极，所述稳压器芯片U4的反馈端接所述电阻R14和所述电阻R16的公共连接点，所述稳压器芯片U4的输出端接所述电源切换模块；所述电阻R14远离所述电阻R16的一端接所述稳压器芯片U4的输出端；所述电阻R16远离所述电阻R14的一端接地；所述电容C12一端接所述稳压器芯片U4的输出端，另一端接所述电阻R14和所述电阻R16的公共连接点；所述电容C14一端接所述稳压器芯片U4的输出端，另一端接地。

10.根据权利要求1所述的基于双线圈的电缆线路故障监测电路，其特征在于，所述电源切换模块包括电压检测芯片U6、电阻R12、二极管D4、电容C15、场效应管Q4及电解电容CT1；

所述电阻R12一端接所述取电线圈模块，另一端接所述电压检测芯片U6的输入端；所述电容C15一端接所述电压检测芯片U6的输入端，另一端接地；所述电压检测芯片U6的输出端接所述场效应管Q4的栅极，所述场效应管Q4的源极接所述应急电源；所述场效应管Q4的漏极接所述控制模块；所述二极管D4的正极接所述电阻R12与所述电压检测芯片U6的公共连接点，所述二极管D4的负极接所述控制模块；所述电解电容CT1的正极接所述控制模块，所述电解电容CT1的负极接地。