CN201466696U - 一种直流系统级差保护及接地综合监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种直流系统级差保护及接地综合监测装置，直流系统的正极、负极一路经过断路器后，正极再穿过霍尔电流传感器、负极再穿过霍尔漏电流传感器后同时穿过霍尔漏电流传感器出去，直流系统正极、负极的另一路直接给电源变换装置供电，电源变换装置将高电压变换成低电压后经法拉电容给正极霍尔电流传感器、霍尔漏电流传感器、负极霍尔电流传感器、MCU微控制器、继电器、电磁铁、485通讯、报警端口、故障指示灯、设定拨码装置供电，正极霍尔电流传感器、负极霍尔漏电流传感器和霍尔漏电流传感器将检测到的信号传递给MCU微控制器，MCU微控制器进行计算、分析后将结果传递给上述各执行元件执行相应的动作。

Description

一种直流系统级差保护及接地综合监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种直流系统的级差保护和接地漏电监测装置，尤其是一种适用于电力系统、铁路系统用直流220V或直流110V，电信系统用48V电源的级差保护及接地综合监测装置。

背景技术

在电力系统中，电力设备正常运行时，直流系统为断路器提供合闸电源，还为继电保护及自动装置、通讯设备等提供直流电源。在系统出现电路故障时，特别是交流电源中断情况下，直流系统必须为继电保护及自动装置、断路器的合跳闸、事故照明提供安全可靠的直流电源，是电力系统继电保护、自动装置和断路器上正确动作的基本保证。

在铁路系统中，信号设备、通信设备靠直流系统供电，特别为涉及到行车安全的一些重要信号设备提供后备电源，它的有无直接关系到行车的安全。

在电信系统中，直流系统是电信机房中通信设备装置的电源，在交流电消失时，直流系统必须为这些设备提供后备电源，保证通信正常和数据的保存，它的可靠性关系到电信系统的安全。

目前，直流系统回路一般都在2级以上，仍采用熔断器或直流微型断路器作为分级开关，过流或短路后的故障切除，由分级开关断开。由于熔断器存在的分散性和热脆性，微型断路器跳闸时间的不确定性，屡次发生属于末级的分级开关跳开，切除故障回路，但是分级开关动作时间长，没有动作，越级变成上级分级开关动作，甚至总直流开关动作，不能完成级差保护，造成直流供电电源消失，导致事故迅速蔓延扩大，造成电力系统灾难性的设备损坏和事故，铁路系统的停运，电信系统通信中断。

另外，直流系统的最初故障都是由直流系统接地开始，逐步扩大。但熔断器或直流微型断路器不能及时地发现直流系统接地，同样导致事故迅速蔓延扩大。

1、使用熔断器的缺限：熔断器采用热熔效应原理开断故障电流，但目前熔断器生产厂家较多，产品质量参差不齐，熔断片和零件材料的差异，并不能完全保证产品质量的同一性，所以即使同一厂家、同一型号的熔断器，其参数也有一定的分散性，每个熔断器的分断能力、安秒特性有一定的实际偏差，完成不了级差保护的功能，并且直流系统接地无法及时监测。

2、使用微型断路器的缺限：断路器采用磁效应与热效应相结合，同样存在安秒特性曲线不一致的问题；有的厂家只能实现直流正极或负极单侧保护；很多断路器在短路电流大到一定程度时，二者动作接近，会造成越级；即使同一生产厂家同厂、同型号、同批次生产的直流断路器，安秒特性也不一致，并且电流、时间级差很小；断路器的固有动作时间不一致，断路器铭牌上没有标出固有动作时间，无法保证上级断路器固有动作时间不小于下级固有动作时间；另外断路器的电流、时间级差无法设置；完成不了直流系统的级差保护和接地监测功能。

因此，设计一种具有级差保护和接地漏电监测功能的直流系统级差保护和接地漏电监测装置，是目前需要解决的技术问题.

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有级差保护和接地漏电监测功能的直流系统级差保护和接地漏电监测装置。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

一种直流系统级差保护及接地综合监测装置，由断路器、正极霍尔电流传感器、负极霍尔漏电流传感器、霍尔漏电流传感器、MCU微控制器、继电器、电磁铁、485通讯、报警端口、故障指示灯、设定拨码装置、电源变换装置和法拉电容组成，直流系统的正极、负极一路经过断路器后，正极再穿过霍尔电流传感器、负极再穿过霍尔漏电流传感器后同时穿过霍尔漏电流传感器出去，直流系统正极、负极的另一路直接给电源变换装置供电，电源变换装置将高电压变换成低电压后经法拉电容给正极霍尔电流传感器、霍尔漏电流传感器、负极霍尔电流传感器、MCU微控制器、继电器、电磁铁、485通讯、报警端口、故障指示灯、设定拨码装置供电，正极霍尔电流传感器、负极霍尔漏电流传感器和霍尔漏电流传感器将检测到的信号传递给MCU微控制器，MCU微控制器进行计算、分析后将结果分别传递给485通讯、报警端口、故障指示灯、设定拨码装置和继电器，从而发出不同的指示信号或执行相应的动作，继电器的动作再进一步传递给电磁铁，由电磁铁控制断路器的动作。

本发明解决其技术问题的技术方案还可以是：

本发明所述的电源变换具有将直流220V、110V或48V同时转换为直流+12V、-12V、+5V的功能，所述的法拉电容(13)设置有直流+12V、-12V、+5V多个直流输出端口，电源变换装置和法拉电容能够同时给需要不同电压的MCU微控制器、继电器、电磁铁、485通讯、报警端口、故障指示灯、设定拨码装置和电源变换装置供电。

本发明所述的法拉电容为多个不同的串联电容组，每个串联电容组与直流系统的正极、负极的连接方法不同，所述的法拉电容的多个直流输出端口即多个串联电容组的输出端。

本发明所述的设定拨码装置为级差设定装置，用于向MCU微控制器设定级差定值和时间定值。

本发明所述的485通讯为信号及指令传递装置，用于上传报警信息，同时用于上位机向MCU微控制器发布级差设定、时间定值设定指令。

本发明所述的断路器为并联设置的多个，其中一个断路器的正极、负极直接从系统的正极、负极接入，与此对应的为一级分装置，从一级分装置的输出端的正极、负极接入断路器的为二级分装置，从二级分装置的输出端的正极、负极接入断路器的为三级分装置，以此类推，由二级分装置控制的负载为二级负载，由三级分装置控制的负载为，三级分装置的I级差小于二级分装置的I级差，二级分装置的I级差小于一级分装置的I级差，三级分装置的T级差小于二级分装置的T级差，二级分装置的T级差小于一级分装置的T级差。

本发明一级分装置的I级差为10A，二级分装置的I级差为7A，三级分装置的I级差为4A，一级分装置的T级差为50ms，二级分装置的T级差为25ms，三级分装置的T级差为0ms。

本发明的有益效果是：

实现级差保护，防止下级事故向上级蔓延，保障设备安全运行。

附图说明

图1是本发明单级装置原理方块图

图2是本发明MCU微控制器的运算、指令逻辑图

图3是本发明多级布置原理图

图4是本发明单级装置接线图

具体实施方式

如图1-4所示，一种直流系统级差保护及接地综合监测装置，由断路器1、正极霍尔电流传感器2、负极霍尔漏电流传感器4、霍尔漏电流传感器3、MCU微控制器5、继电器6、电磁铁7、485通讯8、报警端口9、故障指示灯10、设定拨码装置11、电源变换装置12和法拉电容13组成，直流系统的正极、负极一路经过断路器1后，正极再穿过霍尔电流传感器2、负极再穿过霍尔漏电流传感器4后同时穿过霍尔漏电流传感器3出去，直流系统正极、负极的另一路直接给电源变换装置12供电，电源变换装置12将高电压变换成低电压后经法拉电容13给正极霍尔电流传感器2、霍尔漏电流传感器3、负极霍尔电流传感器4、MCU微控制器5、继电器6、电磁铁7、485通讯8、报警端口9、故障指示灯10、设定拨码装置(11)供电，正极霍尔电流传感器2、负极霍尔漏电流传感器4和霍尔漏电流传感器3将检测到的信号传递给MCU微控制器5，MCU微控制器5进行计算、分析后将结果分别传递给485通讯8、报警端口9、故障指示灯10、设定拨码装置11和继电器6，从而发出不同的指示信号或执行相应的动作，继电器6的动作再进一步传递给电磁铁7，由电磁铁7控制断路器1的动作.所述的电源变换12具有将直流220V、110V或48V同时转换为直流+12V、-12V、+5V的功能，所述的法拉电容(13)设置有直流+12V、-12V、+5V多个直流输出端口，电源变换装置(12)和法拉电容(13)能够同时给需要不同电压的MCU微控制器5、继电器6、电磁铁7、485通讯8、报警端口9、故障指示灯10、设定拨码装置11和电源变换装置12供电.所述的法拉电容13为多个不同的串联电容组，每个串联电容组与直流系统的正极、负极的连接方法不同，所述的法拉电容13的多个直流输出端口即多个串联电容组的输出端.所述的正极霍尔电流传感器2、负极霍尔电流传感器4和霍尔漏电流传感器3具有将大电流转换成小电压的功能，转换成的小电压的大小与其采集的电流的大小成比例关系，所述的MCU微控制器5具有将正极霍尔电流传感器2、负极霍尔电流传感器4和霍尔漏电流传感器3转换成的小电压进行分析判断从而确定正极霍尔电流传感器2和负极霍尔电流传感器4的最大电流Imax是否超过设定级差I级差、持续时间是否超过设定的时间级差T级差，或者分析判断霍尔漏电流传感器3的漏电流I漏是否超过接地电流I接地，持续时间T漏是否超过接地级差T接地并进一步发出指令的功能.所述的设定拨码装置11为级差设定装置，用于向MCU微控制器5设定级差定值和时间定值.所述的485通讯8为信号及指令传递装置，用于上传报警信息，同时用于上位机向MCU微控制器5发布级差设定、时间定值设定指令.所述的MCU微控制器5采集正极霍尔电流传感器2、负极霍尔电流传感器4和霍尔漏电流传感器3的信号为定期采集，将定期采集的信号经过比较判断，得出是正极电流最大值+Imax还是负极电流最大值-Imax，无伦是正极电流最大值+Imax还是负极电流最大值-Imax，当Imax≥I级差，同时Tmax≥T级差时，断路器跳断并报警.所述的MCU微控制器5判断完级差后判断霍尔漏电流传感器3送过来的电流I漏，当I漏≥I级差，且持续时间T漏≥T接地时，发出接地报警信号，当I漏≥I级差，T漏＜T接地时，不发出信号，继续循环，进入下一轮采集.所述的断路器1为并联设置的多个，其中一个断路器的正极、负极直接从系统的正极、负极接入，与此对应的为一级分装置，从一级分装置的输出端的正极、负极接入断路器的为二级分装置，从二级分装置的输出端的正极、负极接入断路器的为三级分装置，以此类推，由二级分装置控制的负载为二级负载，由三级分装置控制的负载为，三级分装置的I级差小于二级分装置的I级差，二级分装置的I级差小于一级分装置的I级差，三级分装置的T级差小于二级分装置的T级差，二级分装置的T级差小于一级分装置的T级差.一级分装置的I级差为10A，二级分装置的I级差为7A，三级分装置的I级差为4A，一级分装置的T级差为50ms，二级分装置的T级差为25ms，三级分装置的T级差为0ms.

Claims (7)

1.一种直流系统级差保护及接地综合监测装置，由断路器(1)、正极霍尔电流传感器(2)、负极霍尔漏电流传感器(4)、霍尔漏电流传感器(3)、MCU微控制器(5)、继电器(6)、电磁铁(7)、485通讯(8)、报警端口(9)、故障指示灯(10)、设定拨码装置(11)、电源变换装置(12)和法拉电容(13)组成，其特征在于：直流系统的正极、负极一路经过断路器(1)后，正极再穿过霍尔电流传感器(2)、负极再穿过霍尔漏电流传感器(4)后同时穿过霍尔漏电流传感器(3)出去，直流系统正极、负极的另一路直接给电源变换装置(12)供电，电源变换装置(12)将高电压变换成低电压后经法拉电容(13)给正极霍尔电流传感器(2)、霍尔漏电流传感器(3)、负极霍尔电流传感器(4)、MCU微控制器(5)、继电器(6)、电磁铁(7)、485通讯(8)、报警端口(9)、故障指示灯(10)、设定拨码装置(11)供电，正极霍尔电流传感器(2)、负极霍尔漏电流传感器(4)和霍尔漏电流传感器(3)将检测到的信号传递给MCU微控制器(5)，MCU微控制器(5)进行计算、分析后将结果分别传递给485通讯(8)、报警端口(9)、故障指示灯(10)、设定拨码装置(11)和继电器(6)，从而发出不同的指示信号或执行相应的动作，继电器(6)的动作再进一步传递给电磁铁(7)，由电磁铁(7)控制断路器(1)的动作。

2.根据权利要求1所述的一种直流系统级差保护及接地综合监测装置，其特征在于：所述的电源变换(12)具有将直流220V、110V或48V同时转换为直流+12V、-12V、+5V的功能，所述的法拉电容(13)设置有直流+12V、-12V、+5V多个直流输出端口，电源变换装置(12)和法拉电容(13)能够同时给需要不同电压的MCU微控制器(5)、继电器(6)、电磁铁(7)、485通讯(8)、报警端口(9)、故障指示灯(10)、设定拨码装置(11)和电源变换装置(12)供电。

3.根据权利要求2所述的一种直流系统级差保护及接地综合监测装置，其特征在于：所述的法拉电容(13)为多个不同的串联电容组，每个串联电容组与直流系统的正极、负极的连接方法不同，所述的法拉电容(13)的多个直流输出端口即多个串联电容组的输出端。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种直流系统级差保护及接地综合监测装置，其特征在于：所述的设定拨码装置(11)为级差设定装置，用于向MCU微控制器(5)设定级差定值和时间定值。

5.根据权利要求4所述的一种直流系统级差保护及接地综合监测装置，其特征在于：所述的485通讯(8)为信号及指令传递装置，用于上传报警信息，同时用于上位机向MCU微控制器(5)发布电流定值、时间定值设定级差指令。

6.根据权利要求5所述的一种直流系统级差保护及接地综合监测装置，其特征在于：所述的断路器(1)为并联设置的多个，其中一个断路器的正极、负极直接从系统的正极、负极接入，与此对应的为一级分装置，从一级分装置的输出端的正极、负极接入断路器的为二级分装置，从二级分装置的输出端的正极、负极接入断路器的为三级分装置，以此类推，由二级分装置控制的负载为二级负载，由三级分装置控制的负载为三级负载，三级分装置的I级差小于二级分装置的I级差，二级分装置的I级差小于一级分装置的I级差，三级分装置的T级差小于二级分装置的T级差，二级分装置的T级差小于一级分装置的T级差。

7.根据权利要求6所述的一种直流系统级差保护及接地综合监测装置，其特征在于：一级分装置的I级差为10A，二级分装置的I级差为7A，三级分装置的I级差为4A，一级分装置的T级差为50ms，二级分装置的T级差为25ms，三级分装置的T级差为0ms。

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