CN202004426U - 一种低压线路保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及市电安全领域，尤其涉及一种低压线路保护电路。本实用新型所采用的技术方案是：一种低压线路保护电路，由过电压信号采集单元、过电流/短路信号采集单元、RS232通信单元、外部报警信号接收单元、扬声器报警单元、断电脱扣动作执行单元和电力线载波发生单元分别连接一单片机控制单元构成。本实用新型通过采用上述方案，在同一电路装置中实现了过压保护和过流/断路保护的功能，且可接以通过通信接口扩展为线路保护系统，提高了电气系统的安全性。

Description

一种低压线路保护电路

技术领域

本实用新型涉及市电安全领域，尤其涉及一种低压线路保护电路。

背景技术

低压电网系统通常是需要配置配电保护报警装置的。常见的配电保护装置有漏电保护报警装置、电流过载(过流)保护报警装置、过压保护报警装置、欠压保护报警装置等。其中的电流过载(过流)保护报警装置是用于监测电网的电流，以防止因用电设备的增多，负荷的加大会引起载流元件的过载。如果电网长时间处于过流状态，则将可能引发电气火灾，对生产、生活造成极大的影响。因此，对电网的过载电流进行监测报警，在其发生火灾前及时报警提示，将大大降低险情的发生。

而传统的市电电网的保护报警装置主要存在以下不足：单一的具有过压保护功能或过流/短路保护功能，且其报警装置仅限于本地报警而不能与其它报警装置联动，即使现有的保护报警装置之间相互连结构成报警系统，其报警系统多为使用于复杂电力系统的高等级安全装置，设备成本过高，不利于民间推广使用。

实用新型内容

针对现有技术方案的不足，本实用新型提出一种集成了过压保护功能和过流/短路保护功能，设置有报警信号接收单元和RS232通信单元，通过单片机进行综合功能控制及管理的低压线路保护电路。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种低压线路保护电路，其特征在于，包括：

一过电压信号采集单元，其输入端并联于被测电压的零、火线两端，输出端接于单片机控制单元的I/O端口；

一过电流/短路信号采集单元，其输入端串接于被测电流的火线，输出端接于单片机控制单元的I/O端口；

一RS232通信单元，其数据接口端接于单片机控制单元的I/O端口；

一外部报警信号接收单元，其一端通过线缆接外部报警装置的电压信号输出端，另一端接单片机控制单元的I/O端口；

一扬声器报警单元，其输入端接单片机控制单元的I/O端口；

一断电脱扣动作执行单元，其输入回路端接于单片机控制单元的I/O端口，其输出回路端串接于被测线路的火线；

一电力线载波发生单元，其电源的开关控制信号输入端接单片机控制单元的I/O端口，输出耦合至电力线缆上；

一单片机控制单元，分别接上述的过电压信号采集单元、过电流/短路信号采集单元、RS232通信单元、外部报警信号接收单元、扬声器报警单元、断电脱扣动作执行单元、电力线载波发生单元。

进一步的，所述过压信号采集单元包括：电压互感器、整流滤波电路、门限比较器、光耦隔离电路，所述电压互感器的输入端接于被测线路的零、火线两端，输出端接所述整流滤波电路，所述整流滤波电路的电压输出端接所述门限比较器的同相输入端，所述门限比较器的输出端接所述光耦隔离电路的输入端，所述所述光耦隔离电路的输出端接单片机控制单元。

进一步的，所述过电流/短路信号采集单元包括：电流互感器、整流滤波电路、第一门限比较器、第二门限比较器、第一光耦隔离电路、第二光耦隔离电路，所述电流互感器的输入端串接于所述被测线路的火线，输出端接所述整流滤波电路，所述整流滤波电路的电压输出端分别接所述第一门限比较器、第二门限比较器的反相输入端，所述第一门限比较器的输出端接第一光耦隔离电路的输入端，所述第一光耦隔离电路的输出端接单片机控制单元，所述第二门限比较器的输出端接第二光耦隔离电路的输入端，所述第二光耦隔离电路的输出端接单片机控制单元。

进一步的，所述RS232通信单元包括：两个分别用于发送数据和接收数据的光耦隔离电路，所述用于发送数据的光耦隔离电路的光耦器件的光敏三极管一侧具有一三极管开关，所述用于接收数据的光耦隔离电路的光耦器件的发光二极管侧具有一三极管开关，所述三级管开关使用独立的电源和地。

进一步的，所述外部报警信号接收单元是一用于逻辑电平转换的光耦隔离电路。

进一步的所述电力线载波发生单元包括：由2个时基电路构成的两个不同频率的振荡电路级联后接于一耦合变压器组成高频调制脉冲信号发生电路。

进一步的，所述断电脱扣动作执行单元是一输出回路为常闭触点的电磁继电器。

本实用新型通过采用上述技术方案，具有的有益效果是：

1.在同一电路装置中实现了过压保护和过流/断路保护的功能；

2.可接以通过通信接口扩展为线路保护系统，提高了电气系统的安全性；

3.线路保护电路硬件结构简单，成本较低，便于推广使用。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

图2是本是用新型的电路原理图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

一种低压线路保护电路，具有以下单元模块：

一过电压信号采集单元1，其输入端并联于被测电压的零、火线两端，输出端接于单片机控制单元的用于过压信号输入的I/O端口；

一过电流/短路信号采集单元2，其输入端串接于被测电流的火线，输出端接于单片机控制单元的用于过流、短路信号输入的I/O端口；

一RS232通信单元3，其数据接口端接于单片机控制单元的用于数据收发的I/O端口；

一外部报警信号接收单元4，其一端通过线缆接外部报警装置的电压信号输出端，另一端接单片机控制单元的用于报警信号输入的I/O端口；

一扬声器报警单元5，其输入端接单片机控制单元的用于音频报警信号输出的I/O端口；

一断电脱扣动作执行单元6，其输入回路端接于单片机控制单元的用于脱扣动作信号输出的I/O端口，其输出回路端串接于被测线路的火线；

一电力线载波发生单元7，其电源的开关控制信号输入端接单片机控制单元的用于控制输出的I/O端口，输出耦合至电力线缆上；

一单片机控制单元8，分别接上述的过电压信号采集单元1、过电流/短路信号采集单元2、RS232通信单元3、外部报警信号接收单元4、扬声器报警单元5、断电脱扣动作执行单元6、电力线载波发生单元7。

作为一优选的实施方式，所述过压信号采集单元1是由电压互感器、整流滤波电路、门限比较器、光耦隔离电路顺次连接构成，所述电压互感器的输入端接于被测线路的零、火线两端，输出端接所述整流滤波电路，所述整流滤波电路的电压输出端接所述门限比较器的同相输入端，所述门限比较器的输出端接所述光耦隔离电路的输入端，所述光耦隔离电路的输出端接单片机控制单元，具体实施例如附图2所示：

当电压互感器B1初级线圈有AC220V电压时，次级输出AC2.2V，即B1按100∶1的比例输出电压检测信号，所述电压检测信号经二极管D1整流、电容C1、C2滤波，由电阻R1、R2分压后加到集成运放IC7第3脚(同相输入端)，电阻R3、R5串联接于一12V电压的电源，用于分压获得门限电压，电阻R3、R5的连接点接集成运放IC7第2脚(反相输入端)，当集成运放IC7的第3脚电压大于其2脚电压时，集成运放IC7内部比较器进行翻转，其1脚由低电平变高电平，直接加到光耦器件T1的1脚，使光耦器件T1导通，光耦器件T1第3脚由原来的高电平变为低电平，加到89C51单片机IC1的第13脚，当89C51单片机检测到其I/O口的第13脚为低电平时，判断所测线路发生过压故障。

作为一优选的实施方式，所述过电流/短路信号采集单元包括：电流互感器、整流滤波电路、第一门限比较器、第二门限比较器、第一光耦隔离电路、第二光耦隔离电路，所述电流互感器的输入端串接于所述被测线路的火线，输出端接所述整流滤波电路，所述整流滤波电路的电压输出端分别接所述第一门限比较器、第二门限比较器的反相输入端，所述第一门限比较器的输出端接第一光耦隔离电路的输入端，所述第一光耦隔离电路的输出端接单片机控制单元，所述第二门限比较器的输出端接第二光耦隔离电路的输入端，所述第二光耦隔离电路的输出端接单片机控制单元，具体实施例如附图2所示：

当火线电流出现过电流时，电流互感器B2的初级根据感应出随所述电流大小变化而变化的交流电压信号，所述电压信号耦合至其次级输出，所述电流互感器B2的次级介于电阻R7、R8串联构成的分压调节电路，电阻R7、R8的连接点(即分压取样点)通过整流二极管D2接于由电容C6-C9、电阻R9组成的∏型滤波电路，所述∏型滤波电路的电压输出端接集成运放IC8的第2脚(反向输入端)，电阻R10、R12串联接于一12V电压的电源，用于分压获得门限电压，电阻R10、R12的连接点接集成运放IC8第3脚(反相输入端)，当IC8的第2脚电压大于其3脚电压时，集成运放IC8内部比较器进行翻转，其1脚由低电平变高电平，直接加到光耦器件T2的输入引脚，光耦器件T2的输出端导通，即其输出由高电平变为低电平，输出信号加于89C51单片机IC1的第1引脚，当89C51单片机检测到其I/O口的第1脚为低电平时，判断所测线路发生过电流的故障。

如上所述∏型滤波电路的电压输出端的另一路接另一个门槛电压较高的电压比较器，用于监测判断线路的短路故障，其原理同于上述的过电流信号采集单元，在此不再赘述。

作为一优选的实施方式，所述RS232通信单元包括：两个分别用于发送数据和接收数据的光耦隔离电路，所述用于发送数据的光耦隔离电路的光耦器件的光敏三极管一侧具有一三极管开关，所述用于接收数据的光耦隔离电路的光耦器件的发光二极管侧具有一三极管开关，所述三级管开关使用独立的电源和地。

作为一优选的实施方式，所述外部报警信号接收单元是一用于逻辑电平转换的光耦隔离电路。

作为一优选的实施方式，所述电力线载波发生单元包括：由2个时基电路构成的两个不同频率的振荡电路级联后接于一耦合变压器组成高频调制脉冲信号发生电路，具体实施例如附图2所示：

所述电力线载波发生电路是由555芯片U1、555芯片U2、电阻R33-R39、耦合变压器BT1、电容C33-C37连接组成，当单片机控制单元8的单片机IC1第31脚输出高电位经电阻R限流使三极管VT8导通，为555芯片U1和555芯片U2提供电源，芯片U1、U2分别是555时基电路组成的两个不同频率的振荡电路。第一块555芯片U1构成低频振荡电路，频率F1主要由电容C33、电阻R34决定，3脚输出频率为F1的低频信号。当555芯片U1的3脚输出高电平时，第二块555芯片U2构成的高频振荡电路工作，其振荡频率F2主要由C35、R36决定，且第二个的振荡频率F2远大于第一个的振荡频率F1，这样在第二块555芯片U2的3脚输出振荡频率为F2的脉冲调制信号，该调制信号通过由高频的三极管VT9、耦合变压器BT1、电容C37、电容C38组成的驱动电路在电力线上产生高频调制脉冲，高频调制脉冲信号经电力线传输至消防控制中心，由消防控制中心载波主机接收载波报警信号。

作为一优选的实施方式，所述断电脱扣动作执行单元是一输出回路为常闭触点的电磁继电器。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种低压线路保护电路，其特征在于，包括：

一过电压信号采集单元，其输入端并联于被测电压的零、火线两端，输出端接于单片机控制单元的I/O端口；

一过电流/短路信号采集单元，其输入端串接于被测电流的火线，输出端接于单片机控制单元的I/O端口；

一RS232通信单元，其接口端接于单片机控制单元的I/O端口；

一外部报警信号接收单元，其一端通过线缆接外部报警装置的电压信号输出端，另一端接单片机控制单元的I/O端口；

一扬声器报警单元，其输入端接单片机控制单元的I/O端口；

一断电脱扣动作执行单元，其输入回路端接于单片机控制单元的I/O端口，其输出回路端串接于被测线路的火线；

一电力线载波发生单元，其电源的开关控制信号输入端接单片机控制单元的I/O端口，输出耦合至电力线缆上；

一单片机控制单元，分别接上述的过电压信号采集单元、过电流/短路信号采集单元、RS232通信单元、外部报警信号接收单元、扬声器报警单元、断电脱扣动作执行单元、电力线载波发生单元。

2.如权利要求1所述的一种低压线路保护电路，其特征在于：所述过压信号采集单元包括：电压互感器、整流滤波电路、门限比较器、光耦隔离电路，所述电压互感器的输入端接于被测线路的零、火线两端，输出端接所述整流滤波电路，所述整流滤波电路的电压输出端接所述门限比较器的同相输入端，所述门限比较器的输出端接所述光耦隔离电路的输入端，所述所述光耦隔离电路的输出端接单片机控制单元。

3.如权利要求1所述的一种低压线路保护电路，其特征在于：所述过电流/短路信号采集单元包括：电流互感器、整流滤波电路、第一门限比较器、第二门限比较器、第一光耦隔离电路、第二光耦隔离电路，所述电流互感器的输入端串接于所述被测线路的火线，输出端接所述整流滤波电路，所述整流滤波电路的电压输出端分别接所述第一门限比较器、第二门限比较器的反相输入端，所述第一门限比较器的输出端接第一光耦隔离电路的输入端，所述第一光耦隔离电路的输出端接单片机控制单元，所述第二门限比较器的输出端接第二光耦隔离电路的输入端，所述第二光耦隔离电路的输出端接单片机控制单元。

4.如权利要求1所述的一种低压线路保护电路，其特征在于：所述RS232通信单元包括：两个分别用于发送数据和接收数据的光耦隔离电路，所述用于发送数据的光耦隔离电路的光耦器件的光敏三极管一侧具有一三极管开关，所述用于接收数据的光耦隔离电路的光耦器件的发光二极管侧具有一三极管开关。

5.如权利要求1所述的一种低压线路保护电路，其特征在于：所述外部报警信号接收单元是一光耦隔离电路。

6.如权利要求1所述的一种低压线路保护电路，其特征在于：所述电力线载波发生单元包括：由2个时基电路构成的两个不同频率的振荡电路级联后接于一耦合变压器组成高频调制脉冲信号发生电路。

7.如权利要求1所述的一种低压线路保护电路，其特征在于：所述断电脱扣动作执行单元是一输出回路为常闭触点的电磁继电器。

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