CN112865015B

CN112865015B - 一种高压零序保护和测量功能的传感器

Info

Publication number: CN112865015B
Application number: CN202110322693.6A
Authority: CN
Inventors: 胡天凤生; 胡华庆
Original assignee: Jiangsu Sigas Measurement And Control Equipment Co ltd
Current assignee: Jiangsu Sigas Measurement And Control Equipment Co ltd
Priority date: 2021-03-25
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2022-06-24
Anticipated expiration: 2041-03-25
Also published as: CN112865015A

Abstract

本发明公开了一种高压零序保护和测量功能的传感器，包括零序电流互感器本体、短信模块，还具有远程控制电路、停电保护检测电路和缺相检测电路；远程控制电路、停电保护检测电路、缺相检测电路、零序电流互感器本体、短信模块安装在元件盒内并电性连接。本发明基于零序电流互感器本体，应用中，在相关电路及机构共同作用下，当现场发生用电设备短路或者有人触电时，以及供电电源发生缺相时，能第一时间断开输出电源基础上还能给予远端相关人员短信提示，这样相关人员能在第一时间赶到现场排出故障恢复供电、保证了用电设备正常工作，或及时对触电人员进行施救，且相关人员还能根据需要在远端任何地方、任何时候断开输出电源，由此实现了智能化供电管理。

Description

一种高压零序保护和测量功能的传感器

技术领域

本发明涉及安全用电设备技术领域，特别是一种高压零序保护和测量功能的传感器。

背景技术

在用电领域中，漏电保护器等是一种使用较为广泛的设备。现有的漏电保护器由于结构所限，只具有漏电或有人触电时断开电源的功能，当现场因为用电设备工作时短路或者有人员触电等导致漏电保护器跳闸时，特别在无人化值守工作区域(比如冻库等)由于相关人员不能及时了解到漏电保护器跳闸情况，会导致用电设备长时间处于停电状态，这样会对用电设备的正常工作带来影响，有人员触电时，由于无人员及时了解到漏电保护器跳闸及人员触电情况，无法第一时间对触电人员进行施救，会造成不可预估的严重后果。

还有就是，现有的漏电保护器功能单一，不能监测现场供电是否存在缺相现象，这样当现场发生供电缺相时，用电设备工作在缺相状态下会造成无法正常工作甚至损坏。最后就是，现有的漏电保护器不具有智能功能，工作人员不能远程关闭用电设备的工作电源，当需要断开电源时只有相关人员到现场才能断开电源输出。基于上述，提供一种能取代漏电保护器等，不但能监测人员是否触电及用电设备短路等情况，且能有效监测电源是否存在缺相现象，并能远程关断电源输出的传感器显得尤为必要。

发明内容

为了克服现有漏电保护器因结构所限，存在不能监测电源是否存在缺相现象，不能远程关断电源，以及触电或跳闸时不能提示相关人员的弊端，本发明提供了基于零序电流互感器本体，应用中，在相关电路及机构共同作用下，当现场发生用电设备短路或者有人触电时，以及供电电源发生缺相时，能第一时间断开输出电源基础上还能给予远端相关人员短信提示，这样相关人员能在第一时间赶到现场排出故障恢复供电、保证了用电设备正常工作，或及时对触电人员进行施救，且相关人员还能根据需要在远端任何地方、任何时候断开输出电源，给工作人员带来便利，由此实现了智能化供电管理的一种高压零序保护和测量功能的传感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高压零序保护和测量功能的传感器，包括零序电流互感器本体、短信模块，其特征在于还具有远程控制电路、停电保护检测电路和缺相检测电路；所述远程控制电路、停电保护检测电路、缺相检测电路、零序电流互感器本体、短信模块安装在元件盒内；所述远程控制电路的电源输入端和交流电源连接；所述零序电流互感器本体二次侧感应线圈的两端和停电保护检测电路的电源输入两端分别电性连接；所述远程控制电路的电源输出端和短信模块、缺相检测电路的电源输入端电性连接；所述缺相检测电路的多路信号输入端和多根相线分别电性连接，停电保护检测电路的控制电源输出端和用电设备的电源输入端电性连接；所述远程控制电路的信号输入端和交流电源的其中两根相线分别电性连接；所述停电保护检测电路的信号输出端、缺相检测电路的信号输出端和短信模块的两路信号输入端分别电性连接。

进一步地，所述短信模块是短信报警模块。

进一步地，所述远程控制电路包括远程无线控制器和开关电源模块、电解电容、继电器、电阻、蓄电池，远程无线控制器和开关电源模块、电解电容、继电器、电阻、蓄电池之间电性连接，开关电源模块的电源输出两端和电解电容正负两极、远程无线控制器的电源输入两端分别连接，开关电源模块的负极电源输出端和继电器负极电源输入端连接，远程无线控制器的电源输出端和继电器正极电源输入端连接，继电器控制触点端和电阻一端连接。

进一步地，所述停电保护检测电路包括整流桥堆、电解电容、光耦、电阻、PNP三极管和继电器、可控硅，整流桥堆、电解电容、光耦、电阻、PNP三极管和继电器、可控硅之间电性连接，整流桥堆的电源输出端正极和电解电容正极、第一只电阻一端、PNP三极管的发射极、可控硅阳极连接，第一只电阻另一端和光耦内藏的光电二极管正极连接，光耦内藏的光电三极管集电极和PNP三极管的基极连接，PNP三极管集电极和第二只电阻一端连接，第二只电阻另一端和可控硅控制极连接，可控硅阴极和继电器正极电源输入端连接，整流桥堆的负极电源输出端和电解电容负极、光耦内藏的光电二极管负极、光耦内藏的光电三极管发射极、继电器负极电源输入端连接。

进一步地，所述缺相检测电路有相同的三路，每路缺相检测电路包括二极管、电阻、NPN三极管，二极管、电阻、NPN三极管之间电性连接，二极管负极和第一只电阻一端连接，第一只电阻另一端和第一只NPN三极管基极连接，第一只NPN三极管集电极和第二只电阻一端、第二只NPN三极管基极连接，第一只NPN三极管和第二只NPN三极管发射极连接。

本发明有益效果是：本发明中，零序电流互感器本体检测到三根相线某一相短路或漏电时，会经停电保护检测电路输出低电平信号触发短信模块为使用者的手机推送短信，这样使用者可在任何地点、任何时间了解到现场发生了用电设备漏电短路或者人员触电事故。当供电线路发生缺相时，缺相检测电路会及时为使用者的手机推送短信，这样使用者可在任何地点、任何时间了解到现场发生了缺相事故。使用者在远端了解到现场缺相或者漏电、短路等跳闸后能第一时间赶到现场进行处置，尽可能短的时间内排出故障恢复供电或者对触电人员进行及时施救。本发明使用者还能根据需要在远端任何地方、任何时候断开输出电源，给工作人员带来便利，由此实现了智能化供电管理。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。

附图说明

以下结合附图和实施例将本发明做进一步说明。

图1是本发明框图示意。

图2是本发明电路图。

具体实施方式

图1、2所示，一种高压零序保护和测量功能的传感器，包括零序电流互感器本体、短信模块，还具有远程控制电路、停电保护检测电路和缺相检测电路，三相四线交流电源的三根相线套在零序电流互感器的探测头内；所述远程控制电路、停电保护检测电路、缺相检测电路、零序电流互感器本体、短信模块安装在元件盒内电路板上，零序电流互感器本体的探测头位于元件盒外端。

图1、2所示，短信模块U4是型号GSM DTU SIM800C的短信报警模块成品，短信报警模块成品U4具有两个电源输入端1及2脚，八路信号输入端口3-10脚，每路信号输入端口输入低电平信号后，短信报警模块成品U4会经无线移动网络发送一条短信，短信报警模块成品U4内可储存多条不同内容短信(本实施例管理人员通过短信报警模块成品自身功能预先编辑两条短信，内容分别是“电源缺相”、“现场有人触电或用电设备短路”)。远程控制电路包括型号CL4-GPRS的远程无线控制器成品U3和开关电源模块U2、电解电容C1、继电器K2、电阻R9、蓄电池G，远程无线控制器成品U3和开关电源模块U2、电解电容C1、继电器K2、电阻R9之间经电路板布线连接，开关电源模块U2的电源输出两端3及4脚和电解电容C1正负两极、远程无线控制器U3的电源输入两端1及2脚、蓄电池G正负两极分别连接，开关电源模块U2的负极电源输出端4脚和继电器K2负极电源输入端连接，远程无线控制器U3的电源输出端3脚和继电器K2正极电源输入端电性连接，继电器K2控制触点端和电阻R9一端连接；远程无线控制器U3具有两个电源输入端，四路控制电源输出接线端，使用中，通过现有成熟的手机APP技术，使用者可在远端经手机APP通过无线移动网络分别发送出控制指令，远程无线控制器接收到控制指令后，会分别控制四路控制电源输出端输出或不输出电源。停电保护检测电路包括整流桥堆U1、电解电容C2、光耦U5、电阻R1及R10、PNP三极管Q和继电器K1、可控硅VS，整流桥堆U1、电解电容C2、光耦U5、电阻R1及R10、PNP三极管Q和继电器K1、可控硅VS之间经电路板布线连接，整流桥堆U1的电源输出端正极3脚和电解电容C2正极、第一只电阻R1一端、PNP三极管Q的发射极、可控硅VS阳极连接，第一只电阻R1另一端和光耦U5内藏的光电二极管正极连接，光耦U5内藏的光电三极管集电极和PNP三极管Q的基极连接，PNP三极管Q集电极和第二只电阻R10一端连接，第二只电阻R10另一端和可控硅VS控制极连接，可控硅VS阴极和

继电器K1正极电源输入端连接，整流桥堆U1的负极电源输出端4脚和电解电容C2负极、光耦U5内藏的光电二极管负极、光耦U5内藏的光电三极管发射极、继电器K1负极电源输入端连接。缺相检测电路有相同的三路，第一路缺相检测电路包括二极管VD1、电阻R3及R4、NPN三极管Q1及Q2，二极管VD1负极和第一只电阻R3一端连接，第一只电阻R3另一端和第一只NPN三极管Q1基极连接，第一只NPN三极管Q1集电极和第二只电阻R4一端、第二只NPN三极管Q2基极连接，第一只NPN三极管Q1和第二只NPN三极管Q2发射极连接。第二路缺相检测电路包括二极管VD2、电阻R5及R6、NPN三极管Q3及Q4，二极管VD2负极和第一只电阻R5一端连接，第一只电阻R5另一端和第一只NPN三极管Q3基极连接，第一只NPN三极管Q3集电极和第二只电阻R6一端、第二只NPN三极管Q4基极连接，第一只NPN三极管Q3和第二只NPN三极管Q4发射极连接。第三路缺相检测电路包括二极管VD3、电阻R7及R8、NPN三极管Q5及Q6，二极管VD3负极和第一只电阻R7一端连接，第一只电阻R7另一端和第一只NPN三极管Q5基极连接，第一只NPN三极管Q5集电极和第二只电阻R8一端、第二只NPN三极管Q6基极连接，第一只NPN三极管Q5和第二只NPN三极管Q6发射极连接。

图1、2所示，远程控制电路的电源输入端开关电源模块U2的1及2脚和三相四线电源的其中一根相线L3及零线N经导线分别连接；所述零序电流互感器本体TA二次侧感应线圈的两端和停电保护检测电路的电源输入两端整流桥堆U1的1及2脚分别经导线连接；所述远程控制电路的电源输出端电解电容C1正负两极和短信模块U4电源输入两端1及2脚、缺相检测电路电源输入端电阻R4、R6、R8另一端及NPN三极管Q1、Q3、Q5发射极分别经导线连接；所述缺相检测电路的三路信号输入端二极管VD1、VD2、VD3正极和三相四线电源线的三根相线L1、L2、L3分别经导线连接，停电保护检测电路的继电器K1三个控制电源输入端和三相四线电源线分别经导线连接，停电保护检测电路的控制电源输出端继电器K1四个常闭触点端(可采用大功率电磁接触器，继电器K1控制电源输入端和PNP三极管Q发射极连接，继电器K1常开触点端及负极电源输入端和接触器正负两极电源输入端分别连接，接触器四个控制电源输入端和三相四线电源线分别连接，接触器的四个电源输出端和用电设备连接)和用电设备的电源输入端分别经导线连接；所述远程控制电路的信号输入端继电器K2常开触点端及电阻R9另一端和三相四线电源线的其中两根相线L1及L2分别经导线连接。停电保护检测电路的信号输出端光耦U5内藏的光电三极管集电极、缺相检测电路的信号输出端NPN三极管Q2、Q4、Q6集电极和短信模块U4的两路信号输入端3及4脚分别经导线连接。短信模块U4的负极电源输入端2脚、远程控制电路负极电源输出端电解电容C1负极、停电保护检测电路的负极电源端电解电容C2的负极和缺相检测电路的负极电源输入端NPN三极管Q1、Q3、Q5的发射连接。

图1、2所示，远程控制电路中，平时一根相线L3以及零线N为开关电源模块U2供电(220V)，开关电源模块U2在其内部电路作用下3及4脚会输出稳定的12V直流电源(电解电容C1起到滤波作用)进入远程无线控制器U3的电源输入端(开关电源模块U2的3及4脚输出的电源为蓄电池G充电，保证了开关电源模块U2失电时，其他经远程控制电路供电的电路能处于得电状态)，并同输入到短信模块U4的电源输入端及缺相检测电路的电源输入端，于是，上述电路处于得电工作状态。停电保护检测电路中，正常情况下，三根相线流过零序电流互感器TA的探测头三相电流的矢量为零，零序电流互感器TA的次级绕组线圈无感应不输出电源，那么后续的短信模块U4也就不会发射出短信。当三根相线某一相发生漏电或短路、人员触电时，流过零序电流互感器TA的探测头三相电流的矢量不再为零，零序电流互感器TA的次级绕组线圈感应出电源进入整流桥堆U1的1及2脚，于是，交流电源转换为直流电源进入光耦U5的电源输入两端(电解电容C2起到滤波作用)，光耦U5得电后内部的光电二极管得电发射出红外光线(电阻R1降压限流作用)，于是，光耦内藏的光电三极管会导通进而其集电极输出低电平进入PNP三极管Q的基极，PNP三极管Q导通集电极输出高电平经电阻R10触发可控硅VS控制极、可控硅VS导通，进而继电器K1得电吸合其控制电源输入端和常闭触点端开路。由于，继电器K1四个常闭触点端和用电设备经导线连接，所以此刻用电设备会全部失电不再工作，这样防止了漏电或短路、人员触电时电源继续输出带来更严重的后果。由于短信模块U4的3脚和光耦内藏的光电三极管集电极连接，所以现场发生漏电或短路、人员触电事故时，短信模块U4的3脚会被光耦内藏的光电三极管集电极输出的低电平触发，这样，短信模块U4(内有SIM卡)就能第一时间为远端使用者的手机发送一条短信，短信内容是“现场有人触电或用电设备短路”，这样使用者可在任何地点、任何时间了解到现场发生了用电设备漏电短路或者人员触电事故。使用者在远端了解到现场漏电或短路、人员触电事故后能第一时间赶到现场进行处置，尽可能短的时间内排出故障恢复供电或者对触电人员进行及时施救。

图1、2所示，远程控制电路中，当使用者需要远程关闭输出电源(比如远程控制车间内照明灯等停止工作)，使用者经手机APP界面发送出第一路无线闭合信号，远程无线控制器成品U1(内有SIM卡)接收到第一路无线闭合信号后3脚会输出高电平进入继电器K2正极电源输入端，于是继电器K2得电吸合其控制触点端和常开触点端闭合。由于，继电器K2常开触点端及电阻R9另一端和三相四线电源线的其中两根相线L1及L2分别经导线连接，所以此刻相当于会将两根相线接通分别为电阻R9供电(电阻R9限流，使用者在远端发送第一路闭合指令后，后续再经手机APP界面发送出第一路无线开路信号，于是，继电器K2失电不再吸合不再将两根相线接通分别为电阻R9供电，继电器K1也就会失电继续为用电设备供电，由于电阻R9限流、因此两根相线流入电阻R10的电流极小，不会对供电造成任何影响)，这样同样过零序电流互感器TA的探测头三相电流的矢量不再为零，光耦内藏的光电三极管导通进而其集电极输出低电平进入PNP三极管Q的基极，PNP三极管Q导通集电极输出高电平经电阻R10触发可控硅VS控制极、可控硅VS导通，进而继电器K1得电吸合其控制电源输入端和常闭触点端开路，那么用电设备也就会失电不再工作。同样此刻短信模块U4的3脚会被光耦内藏的光电三极管集电极输出的低电平触发，使用者的手机会接收到短信，第一时间了解到现场电源关闭成功。

图1、2所示，第一路缺相检测电路、第二路缺相检测电路、第三路缺相检测电路中，当三相电源相线L1(L2或L3)没有缺相时，电源会经二极管VD1(或VD2、VD3)半波整流、电阻R3(或R5、R7)降压限流进入NPN三极管Q1(或Q3、Q5)的基极，NPN三极管Q1(或Q3、Q5)导通集电极输出低电平进入NPN三极管Q2(或Q4、Q6)的基极，NPN三极管Q2(或Q4、Q6)基极无合适正向偏压处于截止状态集电极无输出，短信模块U4的4脚不会被输入低电平触发信号；当三相电源相线L1(L2或L3)缺相时，电源不再进入NPN三极管Q1(或Q3、Q5)的基极，NPN三极管Q1(或Q3、Q5)截止不再输出低电平进入NPN三极管Q2(或Q4、Q6)的基极，NPN三极管Q2(或Q4、Q6)基极经由电阻R4(或R6、R8)降压限流从蓄电池G正极获得合适正向偏压导通、集电极输出低电平信号进入短信模块U4的4脚，于是，短信模块U4为使用者的手机发送一条“电源缺相”短信，使用者接收到短信后就能第一时间到现场进行处置恢复供电，保证了用电设备正常工作。

图1、2所示，通过上述所有电路作用，本发明某一相短路或漏电时，线路发生缺相时，会及时为使用者的手机推送短信，这样使用者可在任何地点、任何时间了解到现场发生了缺相事故或人员触电及漏电等情况；使用者在远端了解到现场缺相或者漏电、短路等跳闸后能第一时间赶到现场进行处置，尽可能短的时间内排出故障恢复供电或者对触电人员进行及时施救；本发明使用者还能根据需要在远端任何地方、任何时候断开输出电源，给工作人员带来便利，由此实现了智能化供电管理。电路中，电解电容C1、C2型号是470μF/50V；继电器K1、K2是DC12V继电器；二极管VD1、VD2、VD3是1N4007型号的整流二极管；光耦U5型号是4N25；NPN三极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6型号是9013；PNP三极管Q型号是9012；电阻R1阻值是1.8K；电阻R4、R6、R8阻值是47K；电阻R3、R5、R7阻值是2.16M；电阻R9阻值是3.2K、功率5W；；电阻R10阻值是1K；开关电源模块U2型号是220V/12V/20W；蓄电池G是型号12V/10Ah锂蓄电池；整流桥堆U1型号是KBP3610；可控硅VS型号是MCR100-1；零序电流互感器型号是LXK-150。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一卷独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一卷整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种高压零序保护和测量功能的传感器，包括零序电流互感器本体、短信模块，其特征在于还具有远程控制电路、停电保护检测电路和缺相检测电路；所述远程控制电路、停电保护检测电路、缺相检测电路、零序电流互感器本体、短信模块安装在元件盒内；所述远程控制电路的电源输入端和交流电源连接；所述零序电流互感器本体二次侧感应线圈的两端和停电保护检测电路的电源输入两端分别电性连接；所述远程控制电路的电源输出端和短信模块、缺相检测电路的电源输入端电性连接；所述缺相检测电路的多路信号输入端和多根相线分别电性连接，停电保护检测电路的控制电源输出端和用电设备的电源输入端电性连接；所述远程控制电路的信号输入端和交流电源的其中两根相线分别电性连接；所述停电保护检测电路的信号输出端、缺相检测电路的信号输出端和短信模块的两路信号输入端分别电性连接，远程控制电路包括远程无线控制器和开关电源模块、电解电容、继电器、电阻、蓄电池，远程无线控制器和开关电源模块、电解电容、继电器、电阻、蓄电池之间电性连接，开关电源模块的电源输出两端和电解电容正负两极、远程无线控制器的电源输入两端、蓄电池正负两极分别连接，开关电源模块的负极电源输出端和继电器负极电源输入端连接，远程无线控制器的电源输出端和继电器正极电源输入端连接，继电器控制触点端和电阻一端连接。

2.根据权利要求1所述的一种高压零序保护和测量功能的传感器，其特征在于，短信模块是短信报警模块。

3.根据权利要求1所述的一种高压零序保护和测量功能的传感器，其特征在于，停电保护检测电路包括整流桥堆、电解电容、光耦、电阻、PNP三极管和继电器、可控硅，整流桥堆、电解电容、光耦、电阻、PNP三极管和继电器、可控硅之间电性连接，整流桥堆的电源输出端正极和电解电容正极、第一只电阻一端、PNP三极管的发射极、可控硅阳极连接，第一只电阻另一端和光耦内藏的光电二极管正极连接，光耦内藏的光电三极管集电极和PNP三极管的基极连接，PNP三极管集电极和第二只电阻一端连接，第二只电阻另一端和可控硅控制极连接，可控硅阴极和继电器正极电源输入端连接，整流桥堆的负极电源输出端和电解电容负极、光耦内藏的光电二极管负极、光耦内藏的光电三极管发射极、继电器负极电源输入端连接。

4.根据权利要求1所述的一种高压零序保护和测量功能的传感器，其特征在于，缺相检测电路有相同的三路，每路缺相检测电路包括二极管、电阻、NPN三极管，二极管、电阻、NPN三极管之间电性连接，二极管负极和第一只电阻一端连接，第一只电阻另一端和第一只NPN三极管基极连接，第一只NPN三极管集电极和第二只电阻一端、第二只NPN三极管基极连接，第一只NPN三极管的发射极和第二只NPN三极管发射极连接，第二只NPN三极管集电极和短信模块的两路信号输入端经导线连接，第二只电阻另一端和电解电容的正极连接。