CN1645703B - 大电流智能鉴相鉴幅漏电综合保护器 - Google Patents

大电流智能鉴相鉴幅漏电综合保护器 Download PDF

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Abstract

一种大电流智能鉴相鉴幅漏电综合保护器,它包括空气断路器、分合闸操作机构、零序互感器(LH)、单片机(U2)、漏电模拟发生电路、电压检测电路、电源单元电路、漏电电流显示电路、电动分合闸控制电路,它还设置有多级漏电信号放大电路,多级漏电信号放大电路至少有两级。它不但具有漏电鉴相鉴幅功能及接地故障、过电流、短路、欠压、过压保护和显示等综合功能,而且能实现大漏电电流范围的保护。

Description

大电流智能鉴相鉴幅漏电综合保护器
一、所属技术领域 
本发明涉及一种漏电综合保护器,尤其是指一种智能鉴相鉴幅漏电综合保护器。 
二、背景技术 
本申请人曾设计了一种“智能鉴相鉴幅漏电综合保护器”(ZL02280316.5,公开日:2003.10.22),它包括空气断路器和分合闸操作机构,其特征在于还包括漏电保护及欠压保护检测与控制电路,一零序电流互感器有两个副边,一个副边与按钮SWI~SW4和电阻R9~R13所构成的漏电模拟发生电路与单片机连接、另一个副边与漏电信号放大电路连接,漏电信号放大电路与单片机连接,电压检测电路与单片机连接,电源单元电路与单片机连接,单片机连接电动分合闸控制电路和漏电电流显示电路,构成了所述的漏电保护及欠压保护检测与控制电路。它不但具有漏电鉴相鉴幅功能,而且具有接地故障、过电流、短路、欠压、过压保护和显示等综合功能,但是它不适用于漏电电流大于600mA的保护。 
三、发明内容
本发明的目的在于提供一种具有自诊断功能的智能鉴相鉴幅漏电综合保护器,它不但具有漏电鉴相鉴幅功能及接地故障、过电流、短路、欠压、过压保护和显示等综合功能,而且能实现大漏电电流范围的保护。 
为达到上述目的,本发明采取的解决方案是:一种大电流智能鉴相鉴幅漏电综合保护器,它包括空气断路器、分合闸操作机构、零序互感器LH、单片机UZ、漏电模拟发生电路、电压检测电路、电源单元电路、漏电电流显示电路、电动分合闸控制电路,它还设置有多级漏电信号放大电路,多级漏电信号放大电路至少有两级。 
运算放大器U3A负端接电阻R19和电阻R20、正端接电阻R17和电阻R18、输出端接电阻R20另一端和电阻R21,电阻R19另一端接电容C7,电容C7另一端接电容C6和电阻R16,电阻R16另一端接电容C5和电阻R15,构成第一级漏电信号放大电路;运算放大器U3B负端接电阻R29和电阻R30、正端接电阻R17和电阻R18、输出端接电阻R30另一端和电阻R31,构成第二级漏电信号放大电路。 
该漏电综合保护器采用单片机U2,大大简化了外围电路。漏电信号经放大后,变成符合单片机U2输入要求的信号。单片机U2检测漏电信号,计算出漏电信号的幅值I及相位θ,并计算出A、B、C三相的漏电电流,还可以计算出漏电突变电流和突变电流的相位。单片机U2由根据检测出的漏电电流幅值及漏电突变电流实现鉴相鉴幅漏电保护。 
该漏电综合保护器由于采用了单片机U2,可以将漏电电流及A、B、C三相的漏电电流输出到漏电电流显示电路,便于用户进行故障分析。同时,漏电动作后,还可以显示出是缓变漏电动作还是突变漏电动作,在突变漏电动作时还可以显示出是突变漏电发生在A相、还是B相或是C相。 
该漏电综合保护器采用单片机U2控制下的电路,并和空气断路器组合使用,其功能不仅可以完全代替以前的鉴相鉴幅漏电继电器、接触器和断路器组成的保护系统,而且在功能上增加了漏电电流(三相漏电矢量和,A相、B相、C相漏电电流)显示、漏电动作方式(缓变漏电动作、突变漏电动作)显示、任意组合额定缓变漏电电流和额定突变漏电电流等智能化功能。采用工业级单片机U2芯片,不仅保证了产品性能先进,也保证了工作的可靠性。 
该漏电综合保护器通过设置有多级漏电信号放大电路,零序互感器LH将检测出的漏电信号送入第一级漏电信号放大电路,实现对漏电信号的放大,放大后的漏电信号一方面输入单片机U2,由单片机U2实现对漏电信号的处理,另一方面输入给第二级漏电信号放大电路,对漏电信号进行再放大,放大后的漏电信号一方面输入单片机U2,由单片机U2实现对漏电信号的处理,设置第三级、第四级…漏电信号放大电路的,对漏信号放大再放大。因此,该智能鉴相鉴幅漏电综合保护器不但具有漏电鉴相鉴幅功能及接地故障、过电流、短路、欠压、过压保护和显示等综合功能,而且能实现大漏电电流范围的保护。当漏电信号较小时,单片机U2根据第二级漏电信号放大电路的值进行保护;当漏电信号较大时,单片机U2根据第一级漏电信号放大电路的值进行保护。单片机U2同时根据第一级漏电信号放大电路和第二级漏电信号放大电路进行信号检测,根据检测后的值再决定使用第一级漏电信号放大电路的值还使用第二级漏电信号放大电路的值,因此不存在转换时间。通过采用多级漏电信号放大电路,可以增加到第三级或第四级漏电信号放大电路,达到大漏电电流保护范围的目的,并实现了在整个漏电电流保护范围的电流检测精度,大大提高了漏电保护的可靠性和有效性。 
四、附图说明
图1是本实施例的电路图。 
图2是本实施例的电气原理框图。 
五、具体实施方式
下面结合实施例及其附图对本发明再作描述。 
参见图1和图2,一种大电流智能鉴相鉴幅漏电综合保护器,它包括空气断路器、分合闸操作机构、零序互感器LH、单片机U2、漏电模拟发生电路、电压检测电路、电源单元电路、漏电电流显示电路、电动分合闸控制电路,它还设置有多级漏电信号放大电路,多级漏电信号放大电路至少有两级。 
参见图1,运算放大器U3A负端接电阻R19和电阻R20、正端接电阻R17和电阻R18、输出端接电阻R20另一端和电阻R21,电阻R19另一端接电容C7,电容C7另一端接电容C6和电阻R16,电阻R16另一端接电容C5和电阻R15,构成第一级漏电信号放大电路;运算放大器U3B负端接电阻R29和电阻R30、正端接电阻R17和电阻R18、输出端接电阻R30另一端和电阻R31,构成第二级漏电信号放大电路。 
单片机U2为16C72芯片,运算放大器U3A为MCP602芯片,第二级漏电信号放大电路的放大倍数为2。 
参见图1,零序互感器LH的一个副边将检测出的漏电信号送入第一级漏电信号放大电路,实现对漏电信号的放大,放大后的漏电信号一方面输入单片机U2,由单片机U2实现对漏电信号的处理,另一方面输入给第二级漏电信号放大电路,对漏电信号进行再放大,放大后的漏电信号一方面输入单片机U2,由单片机U2实现对漏电信号的处理。当漏电信号较小时,单片机U2根据第二级漏电信号放大电路的值进行保护;当漏电信号较大时,单片机U2根据第一级漏电信号放大电路的值进行保护。第二级漏电信号放大电路的放大倍数为2,当漏电电流小于600mA时,单片机U2根据第二级漏电信号放大电路的值进行保护;当漏电电流大于600mA时,单片机U2根据第一级漏电信号放大电路的值进行保护。单片机U2同时根据第一级漏电信号放大电路和第二级漏电信号放大电路进行信号检测,根据检测后的值再决定使用第一级漏电信号放大电路的值还使用第二级漏电信号放大电路的 值,因此不存在转换时间。通过采用两级漏电信号放大电路,达到大漏电电流保护范围的目的,可以实现1000mA的漏电电流进行保护,并实现了在整个漏电电流保护范围的电流检测精度,大大提高了漏电保护的可靠性和有效性。 
在本实施例中,空气断路器是由DZ25断路器或其他空气断路器组成,具有过载、短路、缺相、过压、漏电、延时等保护功能,其主要部分由断路器壳体、触头灭弧系统、过载短路保护系统组成。分合闸操作机构由手动分闸操作机构、电动分合闸操作机构、分闸指示机构部分组成。电动分合闸操作机构主要由永磁直流电机M1、曲柄连杆机构组成。 
参见图1,在变压器B1、二极管D2及集成稳压管T1等元件构成的电源单元电路中,二极管D1、D2整流出电压直接给继电器J1和永磁直流电机M1供电。变压器B1输出端接二极管D1和二极管D2的阳极,集成稳压管T1的1脚接二极管D1和二极管D2的阴极、电容C1、电容C2正端,集成稳压管T1的3脚接电容C3正端和电容C4,构成所述的的电源单元电路。 
参见图1,继电器J1线圈一端接永磁直流电机M1、另一端接三极管T2集电极,三极管T2基极接电阻R14,构成所述的电动分合闸控制电路。单片机U2通过对三极管T2的控制,实现对继电器J1和永磁直流电机M1的控制,从而完成对继电器J1的合、分闸操作。 
参见图1,零序互感器LH有两个副边,一个副边接按钮SW1~SW4及电阻R9~R12,构成所述的漏电模拟发生电路。当按钮SW1按下,液晶显示器LED1显示“A”,当按钮SW2按下,液晶显示器LED1显示“B”,当按钮SW3按下,液晶器LED1显示“C”,当按钮SW4按下,液晶显示器LED1显示“E”或数字(显示“E”表示超过量程,显示数字表示漏电电流)。 
参见图1,运算放大器U1A~U1C的正端接电阻R7和电阻R8,运算放大器U1A负端接二极管D3阴极,二极管D3阳极接电阻R1和电阻R2,运算放大器U1B负端接二极管D6阴极,二极管D6阳极接电阻R3和电阻R4,运算放大器U1C负端接二极管D7阴极,二极管D7阳极接电阻R5和电阻R6,运算放大器U1A输出端接二极管D4,运算放大器U1B输出端接二极管D5,运算放大器U1C输出端接二极管D8,构成所述的电压检测电路。当有一相或两相或三相电压低于设定值时,运算放大器U1A或U1B或U1C 输出高电平,触发双向可控硅SCR1,脱扣线圈J3得电,脱扣线圈J3动作使空气断路器分断。同时单片机U2可以根据检测的漏电信号,也可以直接触发双向可控硅SCR1,使空气断路器分断。 
参见图1,电阻R22~R28并联后接液晶显示器LED1,三极管T3~T5发射极接液晶显示器LED1,构成所述的漏电电流显示电路。漏电电流显示电路由单片机U2直接驱动,单片机U2根据漏电电流、欠压等情况进行输出显示。 
与同类产品相比,该漏电综合保护器具有以下优点: 
1、实现了大漏电电流范围的保护。 
2、实现了三相漏电电流显示,便于用户进行故障分析。 
3、实现了断路器的自动合闸和分闸。 
4、实现了低电压保护功能。 

Claims (7)

1.一种大电流智能鉴相鉴幅漏电综合保护器,它包括空气断路器、分合闸操作机构、零序互感器(LH)、单片机(U2)、漏电模拟发生电路、电压检测电路、电源单元电路、漏电电流显示电路、电动分合闸控制电路,其特征在于:它还设置有多级漏电信号放大电路,多级漏电信号放大电路至少有两级;第一运算放大器(U3A)负端接第十九电阻(R19)和第二十电阻(R20)、正端接第十七电阻(R17)和第十八电阻(R18)、输出端接第二十电阻(R20)另一端和第二十一电阻(R21),第十九电阻(R19)另一端接第七电容(C7),第七电容(C7)另一端接第六电容(C6)和第十六电阻(R16),第十六电阻(R16)另一端接第五电容(C5)和第十五电阻(R15),构成第一级漏电信号放大电路;第二运算放大器(U3B)负端接第二十九电阻(R29)和第三十电阻(R30)、正端接第十七电阻(R17)和第十八电阻(R18)、输出端接第三十电阻(R30)另一端和第三十一电阻(R31),构成第二级漏电信号放大电路。
2.根据权利要求1所述的一种大电流智能鉴相鉴幅漏电综合保护器,其特征在于:单片机(U2)为16C72芯片,第一运算放大器(U3A)为MCP602芯片,第二级漏电信号放大电路的放大倍数为2。
3.根据权利要求1所述的一种大电流智能鉴相鉴幅漏电综合保护器,其特征在于:变压器(B1)输出端接第一二极管(D1)和第二二极管(D2)的阳极,集成稳压管(T1)的输入端接第一二极管(D1)和第二二极管(D2)的阴极、第一电容(C1)、第二电容(C2)正端,集成稳压管(T1)的输出端接第三电容(C3)正端和第四电容(C4),构成所述的电源单元电路。
4.根据权利要求1所述的一种大电流智能鉴相鉴幅漏电综合保护器,其特征在于:继电器(J1)线圈一端接永磁直流电机(M1)、另一端接三极管(T2)集电极,三极管(T2)基极接第十四电阻(R14),构成所述的电动分合闸控制电路。
5.根据权利要求1所述的一种大电流智能鉴相鉴幅漏电综合保护器,其特征在于:零序互感器(LH)有两个副边,一个副边接第一至第四按钮(SW1~SW4)及第九至第十二电阻(R9~R12),构成所述的漏电模拟发生电路。
6.根据权利要求1所述的一种大电流智能鉴相鉴幅漏电综合保护器,其特征在于:第一、二、三运算放大器(U1A~U1C)的正端接第七电阻(R7)和第八电阻(R8),第一运算放大器(U1A)负端接第三二极管(D3)阴极,第三二极管(D3)阳极接第一电阻(R1)和第二电阻(R2),第二运算放大器(U1B)负端接第六二极管(D6)阴极,第六二极管(D6)阳极接第三电阻(R3)和第四电阻(R4),第三运算放大器(U1C)负端接第七二极管(D7)阴极,第七二极管(D7)阳极接第五电阻(R5)和第六电阻(R6),第一运算放大器(U1A)输出端接第四二极管(D4),第二运算放大器(U1B)输出端接第五二极管(D5),第三运算放大器(U1C)输出端接第八二极管(D8),构成所述的电压检测电路;当有一相或两相或三相电压低于设定值时,第一运算放大器(U1A)或第二运算放大器(U1B)或第三运算放大器(U1C)输出高电平,触发双向可控硅(SCR1),脱扣线圈(J3)得电,脱扣线圈(J3)动作使空气断路器分断;同时单片机(U2)根据检测的漏电信号,直接触发双向可控硅(SCR1),使空气断路器分断。
7.根据权利要求1所述的一种大电流智能鉴相鉴幅漏电综合保护器,其特征在于:第二十二至第二十八电阻(R22~R28)并联后接液晶显示器(LED1),第三至第五三极管(T3~T5)发射极接液晶显示器(LED1),构成所述的漏电电流显示电路,漏电电流显示电路由单片机(U2)直接驱动,单片机(U2)根据漏电电流、欠压情况进行输出显示。
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