CN106816863A - 一种用于海底观测网的岸基电源紧急接地保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一个单极输电电源外壳紧急接地的装置，该装置可保证电源外壳仅仅在供电主回路的地线断开时才连接建筑地。通过该装置，海底观测网系统在正常情况下不消耗建筑地，紧急情况下又能使外壳接地，确保操作人员人生安全。该装置通过MOV管不同电压状态下的电阻差异，保证接地线路仅在阳极接地回路断开时才导通，并通过霍尔电流传感器检测导通电流，在电路导通时通过闭合继电器将MOV管短路以免MOV管长时间通大电流而损坏。双向的电流检测还能保证在雷击发生时有电流反向流过MOV管，在电源外壳积累一定的电荷时，也能通过连接建筑地将其泄放。
Description
技术领域
本发明属于海底观测技术领域，涉及一种接地保护电路，尤其涉及一种用于海底观测网的岸基电源紧急接地保护电路，该电路可以广泛应用于以海水为供电回路的单极输电情况。
背景技术
通常的接地保护是将电气设备的外壳通过一根低阻导线连接到建筑地，当设备漏电时，电流将从接地导线流过而不会危及人体。
海底观测网络供电模型见附图图1，采用单极负高压直流输电，岸基电源地极通过地线连接到入海阳极，阳极被埋在距离海岸很近的海水中；电源负高压通过光电复合缆连接到远海的阴极，阴极和阳极之间通过海水形成供电主回路。由于海底设备维护成本高，负高压输电消耗阳极保护阴极，近岸的阳极更换起来比较方便。岸基电源供电电压最大10kV,工作电流一般在0.1A到0.5A之间。
考虑到岸基电源接地端到入海阳极之间的地线铺设在地表以下的深度并不深，并且当岸基附近有施工时，地线很有可能会被意外切断，一旦地线断开，原本加在海底设备的-10kV高压将在电源外壳和大地之间，此时若有人员靠近碰触电源机壳，其生命安全将受到极其严重的威胁。另外，考虑到建筑地是和避雷针连接到一起的，雷击电流有可能流入岸基电源，此处的反向电流也有可能使岸基电源外壳带电。
若岸基电源接地端直接连接建筑地，虽然可以起到设备接地保护的作用，但由于建筑地的接地电阻(约5欧姆)小于阳极的接地电阻(约20欧姆)，电流将主要从建筑地流走，意味着正常运行过程中将会首先消耗建筑地，长此以往建筑地的安全系数将降低，在雷击或漏电发生时，可能无法起到保护作用。
由以上分析可知，目前岸基系统需要达到的效果为：当阳极地线正常连接时，电源外壳与建筑地之间不连通，而当阳极地线断开或者有电流从建筑地线流向岸基电源接地端时，岸基电源接地端和建筑地之间将完全导通。现有的电子器件中，稳压管的特性较为符合此处的应用需求，然而本系统的工作电流达到几百毫安级别，超过了稳压管的正常工作电流，而稳压管又不可进行并联稳压，因此稳压管的方案并不可行，需要考虑其他方案。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于海底观测网的岸基电源紧急接地保护电路，该电路可以广泛应用于以海水为供电回路的单极输电情况。
本发明采用如下技术方案：
一种用于海水单极输电岸基电源的接地保护电路，该电路串接于岸基电源接地输出端与建筑地之间，当供电主回路正常工作时该电路不连通，当供电主回路断开时该电路连通。
该电路基于压敏电阻实现对电路通断的控制,包括：若干个压敏电阻、检测模块、信号处理模块、参考电压模块、控制模块；所述的若干个压敏电阻并联后与检测模块串联构成保护电路的主电路，串接于岸基电源接地输出端与建筑地之间；检测模块用于检测主电路的回路电流，并将检测到的电流转化为电压信号输出至信号处理模块，信号处理模块将该电压信号进行放大后与参考电压模块输出的参考电压进行比较，比较结果用于驱动控制模块将压敏电阻短路。
所述的检测模块采用霍尔电流传感器。
所述的信号处理模块包括放大器及两个比较器，两个比较器分别处理检测到的正向和反向电流。
所述的控制模块采用继电器实现。
该电路具体可以包括：正负9V电源、第一电位器、第二电位器、若干个压敏电阻、霍尔传感器、电压放大器、基准电压芯片、第一电压比较器、第二电压比较器、三极管、继电器；正、负9V输入电源经电容滤波后分别连接第一、第二电位器，输出可调的参考电压V+REF和V-REF，若干个压敏电阻并联后一端连接霍尔传感器的电流输出端，另一端作为整个模块的输出端子，霍尔传感器的输入端连接模块输入接线端子，其电压输出端通过一个5.1k欧的电阻连接电压放大器的负向输入端，负向输入端再通过一个1M电阻连接到电压放大器的输出端,基准电压芯片输入端连接的是正向9V电压，其输出端的通过5.1K的电阻连入电压放大器的正向输入端，正向输入端同时还通过一个1M的电阻接地。电压放大器的输出端通过两个2k的电阻分别连接到第一电压比较器的正向输入端和第二电压比较器的反向输入端。第一电压比较器和第二电压比较器的供电电压端(VCC+、VCC-)分别接正、负9V电压，第一电压比较器的IN-端连接V+REF，第二电压比较器的IN+端连接V-REF，两个电压比较器的OUT端各通过一个二极管共同连接到三极管的基极，三极管的集电极连接继电器的控制电压输出端，其控制电压输入端连接+9V电源，三极管的发射机接地。继电器的被控电压输出端连接压敏电阻的两端。
本发明的有益效果是：
1、有效保护海底观测网供电回路的畅通。
2、有效保护现场操作人员在岸基阳极接地线路断开时的人生安全。
3、在安全接地的同时有效避免了建筑地的消耗，保证了建筑接地的可靠性。
4、在雷击发生后接地，避免了雷击电荷在岸基电源外壳雷击造成的潜在危害。
附图说明
图1为本发明电路在整个系统中的安装位置。(保护电路即为本发明装置)
图2是本发明电路的结构原理图。
图3是本发明的一个具体实例的电路连接图。
具体实施方式
参考上述电路原理图绘制PCB图，采购所需元器件焊接于PCB电路板中，将电路板接入岸基电源接地端于建筑地之间即可。
参照图3，为本发明电路的一种具体实现方式，该电路主回路包括一个霍尔电流传感器，3个并联的MOV压敏电阻，压敏电阻在阳极正常工作时，两端的压降只有几伏，压敏电阻的电阻极大，漏电流可以忽略不计，电路相当于断开状态，岸基电源接地端虽然物理上与建筑地相连，但电流并不从这条通路走，因此并不会消耗建筑地。当阳极地线断开时，10kV的总电压必然会使压敏电阻导通，其电阻迅速变小，总压降的大部分仍然降在海底设备上，电流回路上的电流并不会有太大变化，大概在几百毫安左右。MOV管大电流下通流时间不宜过长，否则将会影响其寿命。当电流达到一定值时，串联在回路中的霍尔电流传感器检测出其电流大小并转换为电压输出，由于霍尔电流传感器输出的电压是在2.5V的偏置电压基础上上下波动，因此对输出电压进行放大时需要先减去偏置电压值，然后将放大后的电压信号与参考电压进行比较，若超过参考电压则发出驱动信号驱动继电器将MOV管短路并使LED发光发出警报。图3中左上角为参考电压模块，P1接线端子外接正负9V的开关电源，模块中两个电位器产生两个正负可调电压，作为电压比较器的参考电压使用。主电路图部分，P2、P3是岸基电源连接建筑地的输入和输出端口，与P2输出端口相连的CSLW6B1是霍尔电流传感芯片，其4、5脚电流输入输出，1、2脚为9V电源供电，3脚输出检测电压信号，输出偏置电压为2.5V,灵敏度为1mV/mA,可测电流范围为正负1A.CSLW6B1下方连接3个并联的MOV管，本装置所选用的MOV管的压敏电压为25V。霍尔电流传感器的输出电压后端连接OP07CP作为电压放大器，将输出电压减去由基准电压芯片MAX6035输出端产生的2.5V基准电压得到的差值放大20倍输出，电压输出值在输入后端的两个电压比较器，分别于V+REF和V-REF比较，若输出大于V+REF，或者小于V-REF，则比较器OUT端输出高电平，使三极管Q1接地，从而激活继电器以短路MOV管并点亮警报二极管，接地线路完全导通。
Claims (7)
1.一种用于海水单极输电岸基电源的接地保护电路，其特征在于，该电路串接于岸基电源接地输出端与建筑地之间，当供电主回路正常工作时该电路不连通，当供电主回路断开时该电路连通。
2.根据权利要求1所述的用于海水单极输电岸基电源的接地保护电路，其特征在于，该电路基于压敏电阻实现对电路通断的控制。
3.一种用于海水单极输电岸基电源的接地保护电路，其特征在于，该电路具体包括：若干个压敏电阻、检测模块、信号处理模块、参考电压模块、控制模块；所述的若干个压敏电阻并联后与检测模块串联构成保护电路的主电路，串接于岸基电源接地输出端与建筑地之间；检测模块用于检测主电路的回路电流，并将检测到的电流转化为电压信号输出至信号处理模块，信号处理模块将该电压信号进行放大后与参考电压模块输出的参考电压进行比较，比较结果用于驱动控制模块将压敏电阻短路。
4.根据权利要求3所述的用于海水单极输电岸基电源的接地保护电路，其特征在于，所述的检测模块采用霍尔电流传感器。
5.根据权利要求3所述的用于海水单极输电岸基电源的接地保护电路，其特征在于，所述的信号处理模块包括放大器及两个比较器，两个比较器分别处理检测到的正向和反向电流。
6.根据权利要求3所述的用于海水单极输电岸基电源的接地保护电路，其特征在于，所述的控制模块采用继电器实现。
7.如权利要求3所述的用于海水单极输电岸基电源的接地保护电路，其特征在于，该电路具体包括：正负9V电源、第一电位器、第二电位器、若干个压敏电阻、霍尔传感器、电压放大器、基准电压芯片、第一电压比较器、第二电压比较器、三极管、继电器；正、负9V输入电源经电容滤波后分别连接第一、第二电位器，输出可调的参考电压V+REF和V-REF，若干个压敏电阻并联后一端连接霍尔传感器的电流输出端，另一端作为整个模块的输出端子，霍尔传感器的输入端连接模块输入接线端子，其电压输出端通过一个5.1k欧的电阻连接电压放大器的负向输入端，负向输入端再通过一个1M电阻连接到电压放大器的输出端,基准电压芯片输入端连接的是正向9V电压，其输出端的通过5.1K的电阻连入电压放大器的正向输入端，正向输入端同时还通过一个1M的电阻接地。电压放大器的输出端通过两个2k的电阻分别连接到第一电压比较器的正向输入端和第二电压比较器的反向输入端。第一电压比较器和第二电压比较器的供电电压端(VCC+、VCC-)分别接正、负9V电压，第一电压比较器的IN-端连接V+REF，第二电压比较器的IN+端连接V-REF，两个电压比较器的OUT端各通过一个二极管共同连接到三极管的基极，三极管的集电极连接继电器的控制电压输出端，其控制电压输入端连接+9V电源，三极管的发射机接地。继电器的被控电压输出端连接压敏电阻的两端。
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