CN115436693B - 一种判断输入端高电压是否超出预设值的电压检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种判断输入端高电压是否超出预设值的电压检测装置及方法，装置由高压臂和低压臂组成，低压臂包括电容器充放电模块，信号指示模块，阈值选择模块，控制模块，信号传输模块，信号处理模块。高压臂是由精密电阻R1组成，电容器充放电模块是由充放电电容C1和二极管VD2组成，信号指示模块是由光纤发射二极管V1和稳压二极管VD组成，阈值选择模块是由四个并联的电阻及其对应的开关触点S1、S2、S3、S4组成，控制模块是由比较器D1和由D1控制的晶体管开关VT1组成，信号传输模块是由两个串联的光纤发射二极管V2和V3组成；信号处理模块是上位机或者光信号采集系统。本发明中的装置具有长时耐高压能力，检测输入端高电压，与阈值电压进行比较，并传输、显示比较结果，为断路器可靠动作提供逻辑判断依据。

Description

一种判断输入端高电压是否超出预设值的电压检测装置及 方法

技术领域

本发明属于电气测量领域，涉及一种判断输入端高电压是否超出预设值的电压检测装置及方法。

背景技术

直流断路器普遍应用于直流输配电、轨道交通等领域，是系统稳定可靠运行至关重要的连接设备。直流断路器在开断故障电流时，需对主开关动作状态进行实时监测，并将状态信号发送至中央控制器以匹配相应的保护策略。现面临的监测困难在于：普通的电压检测装置只能检测具体的电压数值，并没有比较功能，若要用于断路器的动作逻辑判断，需要将电压信号输入上位机进行比较，再输出比较结果信号，实现该功能结构繁琐，过程复杂。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明提供一种判断输入端高电压是否超出预设值的电压检测装置，用于断路器的动作逻辑判断，既能够实现输入高电压与阈值电压的比较并且直观的显示比较结果将信号传输，同时也能长时间的承受高压冲击，解决了较高电压损坏小功率型器件问题；再者，采用光纤发射二极管和光纤电缆的形式，能够不受外部电磁干扰和影响，准确且快速的传递信号。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种判断输入端高电压是否超出预设值的电压检测装置，其特征在于：包括高压臂和低压臂，所述低压臂包括电容器充放电模块，信号指示模块，阈值选择模块，控制模块和信号传输模块；所述的高压臂是由精密电阻器R1组成；所述的电容器充放电模块是由充充放电电容C1和二极管VD2组成；所述信号指示模块是由光纤发射二极管V1和稳压二极管VD组成；所述的阈值选择模块是由四个并联的电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7及其对应的开关触点S1、开关触点S2、开关触点S3、开关触点S4组成；所述的控制模块是由比较器D1和由比较器D1控制的晶体管开关VT1组成；所述的信号传输模块是由两个串联的光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3组成，晶体管开关VT1导通之后，电流脉冲通过光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3，光脉冲作为输出信号出现在光纤电缆中；所述的信号处理模块为上位机或者光信号采集系统，接收或者处理光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3发射的光信号；其中，输入端高电压经过高压臂流入电路的低压臂，通过第一节点连接；充放电电容C1与二极管VD2通过第一节点和第二节点连接；所述信号指示模块，光纤发射二极管V1与稳压二极管VD串联，一端连接于第一节点，一端连接于第二节点；所述阈值选择模块通过第二节点和第三节点并联于电阻R2和电阻R3两端；比较器D1一端与晶体管开关VT1的基极相连，另外两端通过第二节点和第三节点并联于阈值选择模块；光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3串联，一端连接于第一节点，一端与晶体管开关VT1的集电极相连。

进一步地，所述精密电阻器R1采样时，充放电电容C1经二极管VD2构成充电回路。

进一步地，输入电压的阈值取决于开关触点S1、开关触点S2、开关触点S3、开关触点S4的闭合状态和开关触点所串联的电阻的取值。

本发明还提供一种判断输入端高电压是否超出预设值的电压检测装置的检测方法，包括如下步骤：

步骤1，将待检测电压U1输入到检测装置的高压臂并令其阈值电压为U；

步骤2，当U1＜U时，低压臂的控制部分不导通，充放电电容C1处于充电状态；

步骤3，当U1＞U时，稳压二极管VD导通，低压臂上的电压启动比较器D1，晶体管开关VT1关闭，充放电电容C1放电，电流脉冲流过光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3，光信号通过光纤电缆传输给信号处理模块；然后比较器D1关闭，晶体管开关VT1打开，电流脉冲不再通过光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3，充放电电容C1处于充电状态，直到比较器D1达到阈值电压，晶体管开关VT1关闭，充放电电容C1再次放电，光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3重复产生光脉冲；低压臂产生周期性的脉冲序列。

步骤4，当U1＝U时，稳压二极管VD导通，比较器D1两端的电压处于临界状态，当开关触点S1、开关触点S2、开关触点S3、开关触点S4的一个或者几个处于闭合状态时，低压臂部分总电阻减小，比较器D1两端电压减小，不足以启动比较器D1，此时阈值电压U已经增大，U1增大后再次启动比较器D1。

本发明的有益效果是：本发明检测装置选用晶体管开关控制电容器的充放电，比较器控制晶体管开关基极，晶体管开关集电极与电容器相连，其耐压高，电流大，开关特性好，可以准确反映输入端高电压与阈值电压的真实情况；用光纤电缆传输光纤发射二极管的光信号，不受外部电磁干扰和影响。

附图说明

图1为本发明的一种判断输入端高电压是否超出预设值的电压检测装置的结构原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明公开了一种判断输入端高电压是否超出预设值的电压检测装置，其由高压臂和低压臂组成，所述低压臂包括电容器充放电模块，信号指示模块，阈值选择模块，控制模块，信号传输模块和信号处理模块。其中，输入端高电压经过高压臂流入电路的低压臂，通过第一节点1连接；充放电电容C1与二极管VD2通过第一节点1和第二节点2连接；所述信号指示模块的光纤发射二极管V1与稳压二极管VD串联，一端连接于第一节点1，一端连接于第二节点2；所述阈值选择模块并联于电阻R2和电阻R3两端，通过第二节点2和第三节点3连接；比较器D1一端与晶体管开关基极相连，另外两端通过第二节点2和第三节点3并联于阈值选择模块；光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3串联，一端连接于第一节点1，一端与晶体管开关的集电极相连。所述高压臂为检测装置的高压部分，所述低压臂为检测装置的低压部分。其中，I为流入装置的总电流，I1为低压部分的电流，I2为流入阈值选择模块的电流，I3为流入比较器D1的电流，I4为晶体管开关VT1基极的电流，I5为晶体管开关VT1集电极的电流。

所述高压臂由精密电阻器R1组成，精密电阻器R1的阻值取MΩ级及以上，其机械强度高，高频特性优越，能够保持良好的响应速度，承受长时间的高电压冲击。

所述的电容器充放电模块是由充放电电容C1和与其并联的二极管VD2，光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3组成，二极管VD2与充放电电容C1并联，充放电电容C1充电时形成回路。在充放电电容C1放电时，晶体管开关VT1导通，与光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3一起形成回路，光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3发出光信号。

所述信号指示模块是由光纤发射二极管V1和稳压二极管VD组成。

所述阈值选择模块由并联在电阻R2和电阻R3两端的四个并联的电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7及其对应的开关触点S1、开关触点S2、开关触点S3、开关触点S4组成。开关触点S1-开关触点S4的闭合状态决定检测装置的阈值选择。由于实际情况需要，电阻R4取值为5.23KΩ，电阻R5取值为10.5KΩ，电阻R6取值为21KΩ，电阻R7取值为42.2KΩ，电压检测装置的阈值范围为3.5kV-11.0kV。

所述控制模块是由比较器D1和由比较器D1控制的晶体管开关VT1组成。比较器D1两端与阈值选择模块的电阻两端并联，当电压达到比较器D1的阈值时，晶体管开关VT1的基极导通，与此同时，在电容器放电回路中，晶体管开关VT1集电极和发射极之间满足导通关系，晶体管开关VT1导通，充放电电容C1放电。放电之后充放电电容C1的电压减小，比较器D1两端电压减小并且不足以启动，此时晶体管开关VT1处于关断状态，放点电容C1会被充电，直到比较器D1达到阈值电压，这时充放电电容C1会再次放电，并且会重复产生光脉冲。

所述信号传输模块是由两个串联的光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3和传输其光信号的光纤电缆组成。当检测装置输入端电压超过预设值时，电容器放电回路导通，光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3发出光信号，通过光纤电缆将光信号传输给信号处理模块。用光纤电缆传输光信号可以不受外部电磁干扰和影响。

所述信号处理模块是上位机或者光信号采集系统，采集光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3的光信号。

本发明能够实现输入端高电压与预设值的比较，现定义高压臂处输入端待检测电压为U1，检测装置预设值为U。

1)，当U1＜U时，即输入端电压低于预设值。

比较器D1两端的电压不足以使其动作，低压臂的控制部分不导通，电容处于充电状态；

2)，当U1＞U时，即输入端电压超过预设值。

稳压二极管VD导通，低压臂上的电压启动比较器D1，晶体管开关VT1导通，充放电电容C1放电，电流脉冲流过光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3，光信号通过光纤电缆传输给信号处理模块。而后比较器D1关闭，晶体管开关VT1打开，电流脉冲不再通过光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3，充放电电容C1处于充电状态，直到比较器D1达到阈值电压，晶体管开关VT1关闭，充放电电容C1再次放电，光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3重复产生光脉冲。低压臂产生周期性的脉冲序列。

3)，当U1＝U时，稳压二极管VD导通，比较器D1两端的电压处于临界状态，当触点开关S1-触点开关S4的一个或者几个处于闭合状态时，低压臂部分总电阻减小，比较器D1两端电压减小，不足以启动比较器D1。此时阈值电压U已经增大，U1增大后会再次启动比较器D1。

从本发明工作原理可以看出，此种检测方式不同于传统的比较器比较原理，采用的是并联电阻控制阈值电压并与输入端电压进行比较的方式，经过光纤电缆输出相应反馈信号，本检测装置简易、方便，具备一定的工程使用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的技术人员来说，在不偏离本发明创造构思的前提下，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。

Claims (5)

1.一种判断输入端高电压是否超出预设值的电压检测装置，其特征在于：包括高压臂和低压臂，所述低压臂包括电容器充放电模块，信号指示模块，阈值选择模块，控制模块、信号处理模块和信号传输模块；所述的高压臂是由精密电阻器R1组成；所述的电容器充放电模块是由充放电电容C1和二极管VD2组成；所述信号指示模块是由光纤发射二极管V1和稳压二极管VD组成；所述的阈值选择模块是由四个并联的电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7及其对应的开关触点S1、开关触点S2、开关触点S3、开关触点S4 组成；所述的控制模块是由比较器D1和由比较器D1控制的晶体管开关VT1组成；所述的信号传输模块是由两个串联的光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3组成，晶体管开关VT1导通之后，电流脉冲通过光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3，光脉冲作为输出信号出现在光纤电缆中；所述的信号处理模块为上位机或者光信号采集系统，接收或者处理光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3发射的光信号；其中，输入端高电压经过高压臂流入电路的低压臂，通过第一节点连接；充放电电容C1与二极管VD2通过第一节点和第二节点连接；所述信号指示模块的光纤发射二极管V1与稳压二极管VD串联，一端连接于第一节点，一端连接于第三节点；所述阈值选择模块通过第二节点和第三节点并联于电阻R2和电阻R3两端；比较器D1一端与晶体管开关VT1的基极相连，另外两端通过第二节点和第三节点并联于阈值选择模块；光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3串联，一端连接于第一节点，一端与晶体管开关VT1的集电极相连。

2.根据权利要求1所述的一种判断输入端高电压是否超出预设值的电压检测装置，其特征在于，所述精密电阻器R1采样时，充放电电容C1经二极管VD2构成充电回路。

3.根据权利要求1所述的一种判断输入端高电压是否超出预设值的电压检测装置，其特征在于，电路低压部分正常工作时，光纤发射二极管V1导通，稳压二极管VD起到保护作用。

4.根据权利要求1所述的一种判断输入端高电压是否超出预设值的电压检测装置，其特征在于，输入电压的阈值取决于开关触点S1、开关触点S2、开关触点S3、开关触点S4的闭合状态和开关触点所串联的电阻的取值。

5.根据权利要求1-4之一所述的一种判断输入端高电压是否超出预设值的电压检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将待检测电压U1输入到检测装置的高压臂并令其阈值电压为U；

步骤2，当U1＜U时，低压臂的控制部分不导通，充放电电容C1处于充电状态；

步骤3，当U1＞U时，稳压二极管VD导通，低压臂上的电压启动比较器D1，晶体管开关VT1关闭，充放电电容C1放电，电流脉冲流过光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3，光信号通过光纤电缆传输给信号处理模块；然后比较器D1关闭，晶体管开关VT1打开，电流脉冲不再通过光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3，充放电电容C1处于充电状态，直到比较器D1达到阈值电压，晶体管开关VT1关闭，充放电电容C1再次放电，光纤发射二极管V2和光纤发射二极管V3重复产生光脉冲；低压臂产生周期性的脉冲序列；

步骤4，当U1=U时，稳压二极管VD导通，比较器D1两端的电压处于临界状态，当开关触点S1、开关触点S2、开关触点S3、开关触点S4的一个或者几个处于闭合状态时，低压臂部分总电阻减小，比较器D1两端电压减小，不足以启动比较器D1，此时阈值电压U已经增大，U1增大后再次启动比较器D1。