CN104901424A - 一种可在线远程监测的双脱扣电涌保护器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可在线远程监测的双脱扣电涌保护器，包括电涌保护器，所述电涌保护器包括在线运行监测电路，遥信信号监测电路，老化程度监测电路，电力线路通信，移动终端通信和器件，所述器件有稳压管、电容、快速二极管、电感、电阻、电容电池和单片机、通信模块，所述单片机的电源经电阻分压、快速二极管和电容整流滤波后对电容电池充电，所述在线运行监测电路经电阻分压、快速二极管和电容整流稳压后作为在线连接状态输入，所述老化程度监测电路经电感的A、B两组输出；该可在线远程监测的双脱扣电涌保护器实现了电涌保护器在线参数采集监测以及采集参数互联网通信等功能，有效地解决了电涌保护器运行状态监测和老化失效程度判定。

Description

一种可在线远程监测的双脱扣电涌保护器

技术领域

 本发明涉及一种可在线远程监测的双脱扣电涌保护器。

背景技术

电涌保护器的正常运行是电涌保护器正常发挥功效的必要条件，长期以来，电涌保护器的测试只能依靠电涌保护器生产厂商的出厂测试，在电涌保护器安装运行后的参数检测及监测的手段不多，主要是依靠外观的判断，而电涌保护器的电气参数的正确与否则无从得知，运行老化程度更是无法判定，在ZL2012 2 0059050.3中，发明人实现了一种双脱扣的电涌保护器，使电涌保护器运行更安全，但是，随着应用的推广，特别是一些重要的应用场所，比如易燃防易爆等雷电高危场所，迫切需要掌握电涌保护器的在线运行状态及工作参数，并配合互联网应用，远程监控电涌保护器运行状态及参数。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种实现了电涌保护器在线参数采集监测以及采集参数互联网通信等功能，与双脱扣电涌保护器形成一个安装整体，有效地解决了电涌保护器运行状态监测和老化失效程度判定的可在线远程监测的双脱扣电涌保护器。为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种可在线远程监测的双脱扣电涌保护器，包括电涌保护器，所述电涌保护器包括在线运行监测电路，遥信信号监测电路，老化程度监测电路，电力线路通信，移动终端通信和器件，所述器件有稳压管、电容、快速二极管、电感、电阻、电容电池和单片机、通信模块，所述单片机的电源经电阻分压、快速二极管和电容整流滤波后对电容电池充电，所述在线运行监测电路经电阻分压、快速二极管和电容整流稳压后作为在线连接状态输入，所述老化程度监测电路经电感的A、B两组输出，电感的A组输出经快速二极管向与电容连接、构成采样保持电路经比较器输出电涌保护器冲击强度，电感的B组输出用于电涌保护器漏电流检出和冲击运行触发信号。

进一步的，所述电涌保护器保护线路包括有LA、LB、LC、N、PE的三相电源或只含LA、LB、LC的一部分。

进一步的，所述电涌保护器运行参数的采样方式，包括有R1、R2、R3、R4、R5、R6组成的分压电路； Z2、Z3、Z4、C1、C2、C3组成的稳压电路。

进一步的，所述遥信信号监测电路的参数采集包括SPD-LA、SPD-LB、SPD-LC、SPD-N的遥信开关K1、K2、K3、K4。

进一步的，所述老化程度监测电路内设的判定比较器包括有O1、O2、O3、O4，所述的比较电路有R7、R8、R9、R10、R15、R16组成，所述的采样保持电路有D1、C4、Z1、R17、C5、R14、R13组成。

进一步的，所述的电涌保护器包含电力线路传输通信模块和选配的移动终端模块。

进一步的，所述在线运行监测电路，遥信信号监测电路，老化程度监测电路和电涌保护器形成一个安装整体，构成一个可插拔模块。

该可在线远程监测的双脱扣电涌保护器的功能构成参阅图1所示。

本发明的有益效果是：1）为解决电涌保护器冲击老化状态无法检测提供了一个可行方案，通过设置冲击次数门限值以及达到最大冲击流量判断，对比IEC标准在实验室对电涌保护器测量试验要求，确定电涌保护器的老化程度；2）为解决电涌保护器自然老化状态无法检测提供了一个可行方案，通过设置接地线漏电流采样判断电路，区分冲击电流和老化漏电流，给出接地线有持续电流时切断电涌保护器后备开关的驱动信号；3）引入超级电容电池，充分利用电容快速直流充电的特性，而且充电电压只要小于电容耐压，充电电压就可以长期存在，解决了MCU系统不间断供电供电问题；4）简化了电涌保护器运行参数测量问题，只针对其参数的极值门限测量，得出电涌保护器老化参数。规避了复杂的在线采样电路和算法；5）成功为一些必须实时掌握电涌保护器的运行状态的场所提供了远程监测功能；6）在一个可插拔电涌保护器内实现在线远程监测，简化工程安装工艺，大大节约安装空间和人工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以如这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种可在线远程监测的双脱扣电涌保护器的功能构成图。

图2为本发明一种可在线远程监测的双脱扣电涌保护器的电路原理图。

具体实施方式

参阅图2所示，一种可在线远程监测的双脱扣电涌保护器，包括在线运行监测电路，遥信信号监测电路，老化程度监测电路，单片机电源的电容供电方式，电力线路通信，移动终端通信，器件有电源线路、稳压管、电容、快速二极管、电感、桥堆、电阻、比较器、压敏电阻、基准电源、电容电池、可控硅、外部后备开关和MCU，所述电源线路经电阻分压、快速二极管和电容整流滤波后对电容电池充电，所述电源线路经电阻分压、快速二极管和电容整流稳压后作为在线运行监测连接状态输入，所述电感分为A、B两组输出，所述电感的A组输出经快速二极管向与电容连接、构成采样保持电路，电感的B组输出用于漏电流检出和运行触发，用做老化程度监测判定输入，所述外部后备开关作为电涌保护器脱扣保险。

装置供电方式：

图2中，本发明上电后，LA相的电源经R5，R6分压,D2，C3整流滤波后，对电容电池C充电，当电容电池电压达到3V时，双向可控硅S导通，为MCU提供上电复位和供电运行，设计时注意R5/R6分压得到的电源功率应设定为大于本装置的休眠时的消耗功率（10uA)； 电容电池C容量能维持图1电路一次以上循环运行。

电涌保护器在线连接状态采集和判定实现：

电源线路LA、LB、LC经R1/R2、R5/R6、R3/R4分压，经D5，D6，D7，C1，C2，C3整流稳压后，用作装置的电涌保护器连接状态输入。连接电涌保护器的电源开关K闭合后，其状态输入设置为3-5V；显示电涌保护器在线连接良好，保护器后端用电设备在有效发挥中。

电涌保护器冲击老化程度监测实现：

电涌保护器遭受雷电流冲击时，冲击电流的大小和冲击次数是判断其老化程度的重要参考指标，依据GB 18802.1-2002 <低压配电系统的电涌保护器（SPD）第1部分：性能要求和试验方法>对电源电涌保护器试验次数和每次试验后电涌保护器性能变化要求，本方案实现了电涌保护器遭受雷电流冲击的次数的采集和记录，冲击电流大于其额定冲击电流的冲击次数的采集和记录；冲击电流大于其最大冲击电流的冲击次数的采集和记录，通过记录不同程度的雷电冲击次数，而不是每一次冲击电流的大小，简化设计了冲击老化程度的判定程序，同时对即将进入老化失效的电涌保护器发出警示。

图2 中，电涌保护器遭受雷电冲击后，电感L1为A组输出经D2，D1向C4充电，D1，C4构成采样保持电路，C4的充电电压即为本次冲击电流大小的采样电压，C4的电压值和R9/R10，R7/R8分压电平比较，通过标定的方法，测定本次雷电冲击的电流值与电涌保护器的两个标示值（In,Imax）比较输出。图中给出的R9/R10，R7/R8的值为IN=20KA、IMAX=40KA的标定测出值。对于不同标示值的电涌保护器，R9/R10，R7/R8的值应重新标定。

比较结果是：O2输出高电平时，表示有超过In标称值的雷电流冲击，O1输出高电平时，表示有超过Imax最大值的雷电流冲击。

电涌保护器自然老化程度监测实现：

L1的B组输出用于漏电流检出和本发明装置运行触发。其中 D3，D5、R11，R12，C5，O3，O4构成跟随采样放电保持电路。

当接地线（PE）有mA级别以上电流流过时，采样电路信号经放大整理后通过限流电阻R17产生对C5充电，如充电持续时间超过设定时间，C5被充值至一定水平，O3输出高电平，接地线（PE）mA级别电流维持时，O3持续输出高电平；接地线（PE）mA级别电流维持时，充电持续时间维持不够，C5通过R11放电，恢复初始状态。

当接地线（PE）有3KA级别以上瞬时电流流过时，由于B组输出输出值较大，,C5瞬时充值至设定水平，O3输出高电平。瞬时电流消失后，跟随电路O4输出恢复为0V，C5通过R17放电。

因此，接地线（PE）无论是有MA级的持续漏电流，还是有大于3KA的雷电流冲击，O3输出高电平，用作MCU唤醒信号，MCU唤醒运行后，MCU在设定的间隔时间两次读入的O3输出,确认是否为有mA级以上的持续漏电流发生还是电涌保护器遭受浪涌冲击。如系浪涌冲击，累积浪涌冲击，判定老化程度，如为持续漏电流发生，OUT输出高电平，为切断后备开关K提供触发信号。

开关后备K切断后，MCU利用电容电池向远端发送电涌保护器断路信息。

脱扣状态监测实现：

图中K1，K2，K3，K4 为双脱扣电涌保护器脱扣开关量输出，用作本装置判定电涌保护器脱扣工作状态输入。MCU通过通断状态判定脱扣状态。

装置的通信实现：

装置的通信采用电力线路传输方式，通过供电线路传输到通信模块M1，多个本装置安装在同一低压变压器区域时，共用一个通信接口。同时，装置独立运行时可选择移动终端通信模块M2。

运行过程：

本发明装置安装通电后，MCU上电运行，巡检各种输入，巡检结果通过通信模块发送到远端，然后，MCU进入休眠状态。

电涌保护器遭受浪涌冲击或漏电流超过设定值时，O3输出触发高电平，唤醒MCU，如系浪涌触发，记录触发次数，读取O2值，MCU通过比较历史累积值和O1，O2电平值，判定电涌保护器老化程度，发送结果给远端。如系持续漏电流触发，即时发出关断开关K的信号，同时利用电容电池C的剩余电量向远端发送断路信号。

定时休眠唤醒：

MCU达到定时后，自我唤醒并巡检，发送巡检信息至远端，然后进入下一次休眠状态。

电涌保护器老化程度判定：

1）O2输出高电平时，电涌保护器已经老化。

2）O1输出高电平累积次数大于20次，电涌保护器已经老化。

3）O3输出高电平累积次数大于40次，电涌保护器已经老化。

本发明的有益效果是：1）为解决电涌保护器冲击老化状态无法检测提供了一个可行方案，通过设置冲击次数门限值以及达到最大冲击流量判断，对比IEC标准在实验室对电涌保护器测量试验要求，确定电涌保护器的老化程度；2）为解决电涌保护器自然老化状态无法检测提供了一个可行方案，通过设置接地线漏电流采样判断电路，区分冲击电流和老化漏电流，给出接地线有持续电流时切断电涌保护器后备开关的驱动信号；3）引入超级电容电池，充分利用电容快速直流充电的特性，而且充电电压只要小于电容耐压，充电电压就可以长期存在，解决了MCU系统不间断供电供电问题；4）简化了电涌保护器运行参数测量问题，只针对其参数的极值门限测量，得出电涌保护器老化参数。规避了复杂的在线采样电路和算法；5）成功为一些必须实时掌握电涌保护器的运行状态的场所提供了远程监测功能；6）在一个可插拔电涌保护器内实现在线远程监测，简化工程安装工艺，大大节约安装空间和人工。

以上所述，仅为本发明的三相供电具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，同样适合于单相供电，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换、增减，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种可在线远程监测的双脱扣电涌保护器，包括电涌保护器，其特征在于：所述电涌保护器包括在线运行监测电路，遥信信号监测电路，老化程度监测电路，电力线路通信，移动终端通信和器件，所述器件有稳压管、电容、快速二极管、电感、电阻、电容电池和单片机、通信模块，所述单片机的电源经电阻分压、快速二极管和电容整流滤波后对电容电池充电，所述在线运行监测电路经电阻分压、快速二极管和电容整流稳压后作为在线连接状态输入，所述老化程度监测电路经电感的A、B两组输出，电感的A组输出经快速二极管向与电容连接、构成采样保持电路经比较器输出电涌保护器冲击强度，电感的B组输出用于电涌保护器漏电流检出和冲击运行触发信号。

2.如权利要求1所述的可在线远程监测的双脱扣电涌保护器，其特征在于：所述电涌保护器保护线路包括有LA、LB、LC、N、PE的三相电源或只含LA、LB、LC的一部分。

3.如权利要求1所述的可在线远程监测的双脱扣电涌保护器，其特征在于：所述电涌保护器运行参数的采样方式，包括有R1、R2、R3、R4、R5、R6组成的分压电路； Z2、Z3、Z4、C1、C2、C3组成的稳压电路。

4.如权利要求1所述的可在线远程监测的双脱扣电涌保护器，其特征在于：所述遥信信号监测电路的参数采集包括SPD-LA、SPD-LB、SPD-LC、SPD-N的遥信开关K1、K2、K3、K4。

5.如权利要求1所述的可在线远程监测的双脱扣电涌保护器，其特征在于：所述老化程度监测电路内设的判定比较器包括有O1、O2、O3、O4，所述的比较电路有R7、R8、R9、R10、R15、R16组成，所述的采样保持电路有D1、C4、Z1、R17、C5、R14、R13组成。

6.如权利要求1所述的可在线远程监测的双脱扣电涌保护器，其特征在于：所述的电涌保护器包含电力线路传输通信模块和选配的移动终端模块。

7.如权利要求1所述的可在线远程监测的双脱扣电涌保护器，其特征在于：所述在线运行监测电路，遥信信号监测电路，老化程度监测电路和电涌保护器形成一个安装整体，构成一个可插拔模块。