CN112630610B - 一种基于双线电缆传输的电弧光微机保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于双线电缆传输的电弧光微机保护装置，包括弧光探头和弧光保护装置主体，该装置还包括双绞电缆，所述的双绞电缆分别连接弧光探头和弧光保护装置主体的连接端口P1和P2，所述的弧光探头将采集到的光信号转化为电信号，通过双绞电缆传输至弧光保护装置主体。与现有技术相比，本发明具有成本低廉、施工便捷、可靠性强、使用寿命长等优点。

Description

一种基于双线电缆传输的电弧光微机保护装置
技术领域
本发明涉及电弧光微机保护装置领域，尤其是涉及一种基于双线电缆传输的电弧光微机保护装置。
背景技术
电弧光微机保护装置使用自弧光探头传递而来的电弧光信号以及自互感器传递而来的电流信号同时作为保护动作的判据。与传统微机保护装置缺少电弧光信号判据相比，电弧光微机保护具有更快的动作时间，更可靠的动作条件，以及更准确的故障点定位等优点。
现有电弧光保护技术使用由光纤为材料制成的光缆作为自弧光探头至弧光保护装置主体路径上搭载弧光信号的介质。光纤本身具有易断、连接困难、成本高昂等缺点，导致现场施工难度及后续运维成本较高；对于金属导体短路时的电弧光而言，约有70％左右的电弧光强度处于波长为250nm至380nm的近紫外光光谱区，而使用光纤传递电弧光信号会引入例如可见光、红外光等对电弧光保护判据没有帮助的干扰量，为提高弧光保护的可靠性，使其不会被强可见光触发而导致误动，需将电弧光信号判据的保护整定门槛调高，这将导致弧光保护装置的动作灵敏度降低。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于双线电缆传输的电弧光微机保护装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于双线电缆传输的电弧光微机保护装置，包括弧光探头和弧光保护装置主体，该装置还包括双绞电缆，所述的双绞电缆分别连接弧光探头和弧光保护装置主体的连接端口P1和P2，所述的弧光探头将采集到的光信号转化为电信号，通过双绞电缆传输至弧光保护装置主体。
优选地，所述的弧光探头设有用于将电弧光强度转换为恒定电流信号的弧光探头内部电路。
优选地，所述的弧光探头内部电路包括电阻R2、电阻R3、运放放大器U1和光敏二极管V1，所述的光敏二极管V1的阳极1连接运放放大器U1的同相输入端3，所述的光敏二极管V1的阴极2分别连接运放放大器U1的反相输入端2和电阻R2的一端，所述的电阻R2的另一端分别连接运放放大器U1的输出端1和电阻R3的一端，所述的电阻R3的另一端连接三极管Q2的基极，所述的三极管Q2的集电极为MA+，所述的三极管Q2的发射极为MA-。
优选地，所述的弧光探头内部电路还包整流桥和雪崩二极管D1，所述的MA+和MA-分别连接整流桥的输入端，所述的整流桥的输出端分别连接雪崩二极管D1的两端，所述的雪崩二极管D1的两端ARC+和ARC-为弧光探头内部电路的连接端口P2的1脚和2脚。
优选地，所述的整流桥由括二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9组成。
优选地，所述的ARC+接在连接端口P1的1脚。
优选地，所述的ARC-接在连接端口P1的2脚。
优选地，所述的MA-分别与光敏二极管V1的阳极1、运放放大器U1的4号引脚连接。
优选地，所述的MA+与运放放大器U1的8号引脚连接。
优选地，所述的弧光保护装置主体的接口电路包括直流VCC、三极管Q1和电阻R1，所述的直流VCC连接三极管Q1的基极和集电极，所述的三极管Q1的发射极连接接口电路的连接端口P1的1脚，所述的连接端口P1的2脚通过电阻R1接地，所述的电阻R1两端的电压值即为弧光探头采集到的光信号转化为电信号后可供装置内部模数转换器采集的模拟量。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、使用双绞电缆作为弧光探头与弧光保护装置主体之间连接信号的介质，与光缆相比具有成本低廉的优点。
2、双绞电缆在现场施工时具有远比光缆强大的造型能力，可实现小弧度90°弯折而不会损坏内部铜芯介质，具有施工便捷、可靠性强、使用寿命长的优点。
3、弧光探头内部电路使用仅对近紫外光波段敏感的光电二极管作为光信号对电信号的转换元件，与现有技术的光缆相比可滤除非近紫外光的其余波段光干扰量，具有误动率低、可靠性高的优点。
4、现有技术的光缆在远距离传输情况下会因光缆内部光纤材料本身的特性产生光通量的衰减，而本发明中转换后的电信号在双绞电缆内通过恒定电流的方式来传递，可避免因导线过长产生的线阻造成的信号误差，具有远距离传输信号质量高的优点。
5、弧光探头内部电路及电弧光保护装置主体接口电路除光电二极管外仅使用三极管、运算放大器、电阻、电容作为电路元件，相比于现有技术的光电转换器具有成本低廉的优点。
附图说明
图1为本发明的弧光探头内部电路图；
图2为本发明的弧光保护装置主体的接口电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
一种基于双线电缆传输的电弧光微机保护装置，包括弧光探头和弧光保护装置主体，该装置还包括双绞电缆，所述的双绞电缆分别连接弧光探头和弧光保护装置主体的连接端口P1和P2，所述的弧光探头将采集到的光信号转化为电信号，通过双绞电缆传输至弧光保护装置主体。
所述的弧光探头内部电路将电弧光强度转换为恒定电流信号。
如图1所示，所述的弧光探头内部电路包括电阻R2、R3、运放放大器U1和光敏二极管V1，所述的光敏二极管V1的阳极1连接运放放大器U1的同相输入端3，所述的光敏二极管V1的阴极2分别连接运放放大器U1的反相输入端2和电阻R2的一端，所述的电阻R2的另一端分别连接运放放大器U1的输出端1和电阻R3的一端，所述的电阻R3的另一端连接三极管Q2的基极，所述的三极管Q2的集电极为MA+，所述的三极管Q2的发射极为MA-。
因V1自身特性为表面光敏元件接收到的光强与V1负端流向正端的电流成正比，从而使得U1的输出端电压与V1接收到的光强成正比，因三极管Q2的电流放大作用，使得U1的输出电压与三极管发射级的电流成正比，最后得出V1接收到的光强与三极管发射级的电流成正比。因三极管自身特性决定，当其工作在放大状态时，呈现出恒流源的性质。自此实现了电弧光强度到恒定电流信号的转换。
所述的弧光探头内部电路还包括二极管D6、D7、D8、D9所组成的整流桥和雪崩二极管D1，所述的MA+和MA-分别连接整流桥的输入端，所述的整流桥的输出端分别连接雪崩二极管D1的两端，所述的雪崩二极管D1的两端ARC+和ARC-即为弧光探头内部电路的连接端口P2的1脚和2脚。
其中为U1提供能量的工作电流较小，对于MA+至MA-流过的电流可视为误差。上述电路方法实现了在P1与P2连接端口之间仅使用两根电缆即可即给弧光探头提供电源能量，也可传输信号的功能。D6、D7、D8、D9所组成的整流桥可实现P1与P2连接端口之间可进行不区分正负的任意接线。D1为雪崩二极管，为电路的保护元件，可吸收被引入双绞线上的瞬态干扰。
如图2所示，所述的弧光保护装置主体的接口电路包括直流VCC、三极管Q1和电阻R1，所述的直流VCC连接三极管Q1的基极和集电极，所述的三极管Q1的发射极连接接口电路的连接端口P1的1脚，所述的连接端口P1的2脚通过电阻R1接地。使用直流VCC作为能量来源，利用三极管Q1搭建恒流源电路，R1作为取样电阻，R1两端的电压值即为弧光探头采集到的光信号转化为电信号后可供装置内部模数转换器采集的模拟量。
本发明检测电弧光实施例：
使用可发出特定近紫外光波段的紫光灯对本发明设计中弧光探头电路V1光电二极管表面光敏区域进行照射时，可检测到电路中R1电压值的即时上升，通过该电压值的上升程度可判断当前弧光探头表面光敏区域周围具有近紫外光的发光源。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于双线电缆传输的电弧光微机保护装置，包括弧光探头和弧光保护装置主体，其特征在于，该装置还包括双绞电缆，所述的双绞电缆分别连接弧光探头和弧光保护装置主体的连接端口P1和P2，所述的弧光探头将采集到的光信号转化为电信号，通过双绞电缆传输至弧光保护装置主体；
所述的弧光探头设有用于将电弧光强度转换为恒定电流信号的弧光探头内部电路；所述的弧光探头内部电路包括电阻R2、电阻R3、运放放大器U1和光敏二极管V1，所述的光敏二极管V1的阳极1连接运放放大器U1的同相输入端3，所述的光敏二极管V1的阴极2分别连接运放放大器U1的反相输入端2和电阻R2的一端，所述的电阻R2的另一端分别连接运放放大器U1的输出端1和电阻R3的一端，所述的电阻R3的另一端连接三极管Q2的基极，所述的三极管Q2的集电极为MA+，所述的三极管Q2的发射极为MA-；所述的弧光探头内部电路还包整流桥和雪崩二极管D1，所述的MA+和MA-分别连接整流桥的输入端，所述的整流桥的输出端分别连接雪崩二极管D1的两端，所述的雪崩二极管D1的两端ARC+和ARC-为弧光探头内部电路的连接端口P2的1脚和2脚；
所述的弧光保护装置主体的接口电路包括直流VCC、三极管Q1和电阻R1，所述的直流VCC连接三极管Q1的基极和集电极，所述的三极管Q1的发射极连接接口电路的连接端口P1的1脚，所述的连接端口P1的2脚通过电阻R1接地，所述的电阻R1两端的电压值即为弧光探头采集到的光信号转化为电信号后可供装置内部模数转换器采集的模拟量；
所述的ARC+接在连接端口P1的1脚；所述的ARC-接在连接端口P1的2脚；所述的MA-分别与光敏二极管V1的阳极1、运放放大器U1的4号引脚连接；
其中为U1提供能量的工作电流小，对于MA+至MA-流过的电流视为误差，上述装置实现了在P1与P2连接端口之间仅使用两根电缆即可即给弧光探头提供电源能量，及传输信号的功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于双线电缆传输的电弧光微机保护装置，其特征在于，所述的整流桥由括二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9组成。
3.根据权利要求1所述的一种基于双线电缆传输的电弧光微机保护装置，其特征在于，所述的MA+与运放放大器U1的8号引脚连接。
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