CN206742850U - 供电系统及其多级保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种供电系统及其多级保护装置，涉及安全供电的技术领域，其中，一种多级保护装置，包括断电继电器和多个保护继电器，所述多个保护继电器的输出端与所述断电继电器的控制线圈串联；任一所述保护继电器的控制线圈串联有保护机构；所述保护机构用于检测用电网络的运行，并在用电网络故障时通过所述保护继电器控制所述断电继电器的输出端切断用电网络总线的供电，解决现有技术不能及时发现用电网络的危险并采取相应处置措施的技术问题，达到了提高用电网络安全性的技术效果。

Description

供电系统及其多级保护装置

技术领域

本实用新型涉及安全供电技术领域，尤其是涉及一种供电系统及其多级保护装置。

背景技术

随着电力技术的发展，工频交流电(即市电)已经遍布每一个家庭和单位，用电的安全性也变得越来越重要。

目前的用电网络通常由两条输出线供电，其中一条为火线，另一条为零线。两条输出线之间的市电电压是由来自电网的高压电经变压器输出的。当用电设备发生故障，或者当线路老化、破损时或是其它因素，均使用电网络存在各种各样的潜在的危险，而且，当危险发生时，现有的用电保护装置不能有效对线路进行保护。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种供电系统及其多级保护装置，以解决现有技术不能及时发现用电网络的危险并采取相应处置措施的技术问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了多级保护装置，包括断电继电器和多个保护继电器，多个保护继电器的输出端与断电继电器的控制线圈串联；

任一保护继电器的控制线圈串联有保护机构；

保护机构用于检测用电网络的运行，并在用电网络故障时通过保护继电器控制断电继电器的输出端切断用电网络总线的供电。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括报警机构，报警机构的输入端、断电继电器的输出端均与用电网络总线的变压器的初级线圈串联。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，每一保护继电器串联有一种保护机构。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，保护继电器包括设于用电网络负载端的第一保护继电器、第二保护继电器、第三保护继电器和第四保护继电器，以及设于用电网络总线的第五保护继电器；

第一保护继电器的控制线圈连接灭弧保护机构的输出端；

第二保护继电器的控制线圈连接触电保护机构的输出端；

第三保护继电器的控制线圈连接隔离保护机构的输出端；

第四保护继电器的控制线圈连接过压保护机构的输出端；

第五保护继电器的控制线圈连接电路安全保护机构的输出端。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，灭弧保护机构包括耦合电路和灭弧芯片，灭弧芯片中设置有灭弧材料；

耦合电路用于连接用电网络负载端的第一交流输出端，灭弧芯片的输入端用于连接用电网络负载端的第二交流输出端；

第一交流输出端与第二交流输出端之间产生的电弧，经耦合电路耦合至灭弧芯片，并由灭弧材料吸收电弧。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，触电保护机构包括感应电路和保护芯片；

感应电路感应用电网络负载端的电流信号，生成感应信号，并将感应信号传输至保护芯片；

保护芯片根据感应信号生成安全载波信号，并将安全载波信号输出至用电网络负载端，使用电网络负载端输出对地的无功功率。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，隔离保护机构包括感应电路和隔离芯片；

感应电路感应用电网络负载端的电流信号，生成感应信号，并将感应信号传输至隔离芯片；

隔离芯片根据感应信号生成隔离载波信号，并将隔离载波信号输出至用电网络负载端。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，过压保护机构包括感应线圈、整流电路和保护芯片；

感应线圈用于缠绕在用电网络中的变压器的次级铁芯，并产生交流感应信号；

整流电路连接在感应线圈与保护芯片之间，整流电路将交流感应信号整流为直流感应信号；

保护芯片接收直流感应信号，当直流感应信号超出预设值时，保护芯片输出断电信号。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，电路安全保护机构包括感应线圈、整流电路和感应芯片；

感应线圈用于与用电网络总线中的变压器的初级线圈互感连接，并产生交流感应信号；

整流电路连接在感应线圈与感应芯片之间，整流电路将交流感应信号整流为直流感应信号；

感应芯片接收直流感应信号，当直流感应信号超出预设值时，感应芯片输出断电信号。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种供电系统，包括用电网络以及设于用电网络中如第一方面所述的多级保护装置；

多级保护装置中的保护机构用于检测用电网络的运行，并在用电网络故障时通过保护继电器控制断电继电器的输出端切断用电网络总线的供电。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型实施例提供的多级保护装置包括断电继电器和多个保护继电器，保护继电器的输出端与断电继电器的控制线圈串联，而且任一保护继电器的控制线圈串联有保护机构；保护机构用于检测用电网络的运行，并在用电网络故障时通过保护继电器控制断电继电器的输出端切断用电网络总线的供电；根据用电网络的使用环境和检测目标匹配相应数量的保护继电器及相应的保护机构，进而当用电网络出现故障时，保护机构触发，并通过与之串联的保护继电器控制断电继电器切断用电网络总线的供电。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的多级保护装置的示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的多级保护装置的另一示意图；

图3为本实用新型实施例1提供的报警机构的电路示意图；

图4为本实用新型实施例1提供的灭弧保护机构的电路示意图；

图5为本实用新型实施例1提供的灭弧保护机构的另一电路示意图；

图6为本实用新型实施例1提供的灭弧保护机构的灭弧芯片的示意图；

图7为本实用新型实施例1提供的触电保护机构的电路示意图；

图8为本实用新型实施例1提供的触电保护机构的另一电路示意图；

图9为本实用新型实施例1提供的触电保护机构的保护芯片的示意图；

图10为本实用新型实施例1提供的隔离保护机构的电路示意图；

图11为本实用新型实施例1提供的隔离保护机构的另一电路示意图；

图12为本实用新型实施例1提供的隔离保护机构的隔离芯片的示意图；

图13为本实用新型实施例1提供的过压保护机构的电路示意图；

图14为本实用新型实施例1提供的过压保护机构的另一电路示意图；

图15为本实用新型实施例1提供的电路安全保护机构的电路示意图；

图16为本实用新型实施例2提供的供电系统的示意图。

图标：1-保护机构；11-灭弧保护机构；12-触电保护机构；13-隔离保护机构；14-过压保护机构；15-电路安全保护机构；2-报警机构。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前的电网保护装置不能及时发现用电网络的危险并采取相应处置措施的技术问题，基于此，本实用新型实施例提供的一种供电系统及其多级保护装置，可以提高用电网络的安全性。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种多级保护装置进行详细介绍。

实施例1：

本实施例提供了一种多级保护装置，可应用于家庭、办公、工厂等供电场景。如图1所示，该多级保护装置包括断电继电器和多个保护继电器，多个保护继电器的输出端与断电继电器的控制线圈串联；任一保护继电器的控制线圈串联有保护机构1；保护机构1用于检测用电网络负载端的运行，并在用电网络负载端故障时通过保护继电器控制保断电继电器的输出端切断用电网络总线的供电。

根据用电网络负载端的使用环境匹配相应数量的保护继电器及相应的保护机构，进而当用电网络负载端出现故障时，保护机构触发，并通过与之串联的保护继电器控制保断电继电器切断用电网络总线的供电。

如图2所示，本实施例优选还包括报警机构2，报警机构2的输入端、保断电继电器的输出端均与用电网络总线的变压器的初级线圈串联。

如图3所示，该报警机构包括感应线圈L0、报警芯片和报警器。感应线圈L0用于与变压器的初级线圈串联，所以感应线圈L0的电流与变压器的初级线圈的电流大小是同步的，并且将感应线圈L0的电流作为感应信号。

报警芯片接收感应信号，当感应信号超出预设值时，报警芯片输出报警启动信号。报警器接收报警芯片发出的报警启动信号，并根据报警启动信号发出报警。

本实用新型实施例提供的报警机构，利用感应线圈L0生成与变压器的初级线圈的电流大小同步的感应信号，并将该感应线圈L0的电流大小(即变压器的初级线圈的电流大小)作为用电网络总线过压等故障的报警条件，因此能够提高电路保护的灵敏度，更加有效保护输电线路，从而提高了输电线路的安全性。

本实施例中，感应线圈L0的两端分别连接报警芯片的两个输入端，使报警芯片接收感应芯片产生的感应信号。并且，感应线圈L0的一端与报警芯片之间连接有滤波电容C0，以防止感应信号的幅度过大时，对报警芯片造成损害。

作为一个优选方案，本实用新型实施例中的报警机构中包括蜂鸣报警器或灯光报警器。当报警机构接收到报警芯片发出的报警启动信号时，蜂鸣报警器或灯光报警器就会发出报警提示，提示用户采取防范措施。

本实施例的报警芯片中包括比较单元和触发单元。比较单元接收感应信号，并将感应信号与预设值进行比较。当感应信号超出预设值时，触发单元输出报警启动信号。

作为一个优选方案，触发单元中设置有多稳态触发器，多稳态触发器也称为n稳态触发器。如果n个放大级的每一级的输入与其余各级的输出端之间有直流耦合，则在一定条下可得到n个稳态,并且在每一个稳态时只有一级导通，而其余的均截止。在非二进制计数线路中，采用多态触发器能够实现多种不同状态下的快速响应，比双稳态触发器的响应速度更快。

本实用新型实施例中通过采用具有高灵敏度的比较单元和触发单元，并且在触发单元中设置多稳态触发器，使报警芯片能够在0.1秒以内响应，从而在极短的时间内发出报警启动信号，有效保护电网及变压器。

本实用新型实施例提供的报警机构，利用感应线圈L0生成与变压器的初级线圈的电流大小同步的感应信号，并将该感应线圈L0的电流大小，也就是将变压器的初级线圈的电流大小作为用电网络总线过压等故障的报警条件，因此能够提高电路保护的灵敏度和安全性。

进一步，本实施例中的每一个保护继电器串联有一种保护机构。

需要说明的是，具体使用时可以根据实际情况进行设定，若用电网络总线变压后为多个负载端供电，同时需要避免所有负载端出现同样的危险，此时可以为每一个负载端的保护继电器配置相同的保护机构。

本实施中的保护继电器种类包括设于用电网络负载端的第一保护继电器、第二保护继电器、第三保护继电器和第四保护继电器，以及设于用电网络总线的第五保护继电器。

第一保护继电器的控制线圈连接灭弧保护机构的输出端。如图4所示，该灭弧保护机构包括耦合电路和灭弧芯片，并且灭弧芯片中设置有灭弧材料T。耦合电路用于连接第一交流输出端d，灭弧芯片的输入端用于连接第二交流输出端b。交流输出端b与交流输出端d之间产生的电弧，经耦合电路耦合至灭弧芯片，并由灭弧材料T吸收电弧。

本实施例中，耦合电路包括并联的耦合电阻R1和耦合电容C1。相互并联的耦合电阻R1和耦合电容C1能够在交流输出端b与交流输出端d之间发生电弧时，将该电弧的电流耦合至灭弧芯片的输入端，使灭弧芯片能够感测到该电弧。

本实用新型实施例提供的灭弧保护机构中，耦合电路用于连接交流输出端d，灭弧芯片的输入端用于连接交流输出端b，即耦合电路和灭弧芯片分别连接供电线路的两条输出线。通过耦合电路能够对交流输出端d与交流输出端b之间产生的电弧进行耦合，将电弧的电流信号传输至灭弧芯片，由灭弧材料T吸收电弧。由于灭弧材料T的响应时间非常短，能够在两条输出线之间形成电弧的初期完成对电弧的吸收，因此能够有效减弱电弧的电流和电压，或者能够完全阻止电弧的发生，提高了输电线路的安全性。

如图5所示，该灭弧保护机构在上述实施方式的基础上还包括可变电阻R1，可变电阻R1用于连接在灭弧芯片的输入端与交流输出端b之间。可变电阻R1的阻值可在2kΩ至5.1kΩ之间调节，用以为灭弧芯片提供一定的阻值，防止输入灭弧芯片的电流过大，对灭弧芯片造成损坏。可变电阻R1的阻值可以在出厂时，根据应用场景的电压、电流情况进行调节设置。

作为一个优选方案，本实施例中的灭弧材料T中包括铑钛合金。铑钛合金为包晶组织合金，具有硬度高、抗氧化、耐腐蚀等优点，并且铑钛合金具有极佳的灭弧性能。经试验验证，铑钛合金在同类导体材料中具有极好的吸收电弧的能力，普通电流范围内的电弧都可以由铑钛合金完全吸收。

进一步的是，本实施例中的灭弧材料T中还包括银，即灭弧材料T由铑钛合金和银组成。铑钛合金与银河组合方式可以是分层设置，也可以是在铑钛合金外电镀一层银。通过与银相结合，能够进一步提高铑钛合金的灭弧能力，比单独使用铑钛合金的灭弧能力更好。

如图6所示，在本实用新型实施例提供的灭弧保护机构的另一优选方案中，灭弧芯片中还包括电弧检测单元和计数单元。电弧检测单元能够检测交流输出端d与交流输出端b之间产生的电弧的电流。具体的，电弧检测单元的A端通过可变电阻R1连接交流输出端b，电弧检测单元的B端通过感应电容C1连接交流输出端b。A端可通过感应电容C1获得交流输出端b的标准信号，作为基准参考信号。当交流输出端d与交流输出端b之间产生的电弧时，电弧检测单元内部的比较器(图中未示出)将A端与B端接收到的信号进行比较，从而判断电弧的发生，并检测出电弧的电流。

计数单元记录交流输出端d与交流输出端b之间产生的电弧的数量。每当电弧检测单元检测到电弧，计数单元就会记录当前累计的电弧数量。

本实施例中，灭弧芯片还进一步包括触发单元，且灭弧芯片的输出端用于连接第一保护继电器J1。触发单元根据电弧检测单元检测的电流和计数单元记录的数量，生成断电信号，并由灭弧芯片的输出端向第一保护继电器J1输出断电信号，进而通过第一保护继电器J1控制断电继电器切断用电网络总线，以实现供电线路的保护。

断电信号的生成调节可以同时参考电弧的数量和电流大小。例如，当发生连续的弱电流电弧时，可设置累计3次弱电流电弧时生成断电信号；当发生强电流电弧时，可设置发生1次强电流电弧就生成断电信号。

此外，灭弧芯片还连接有电源模块，电源模块向灭弧芯片输出直流电源，用于向电弧检测单元、计数单元和触发单元供电。

另外，本实施例中通过在灭弧芯片中设置电弧检测单元和计数单元，能够检测电弧的电流，并记录电弧发生的次数，进而由触发单元向第一保护继电器J0发出断电信号，通过第一保护继电器J1切断供电线路，以实现供电线路的保护，进一步提高供电线路的安全性。

本实施例中的第二保护继电器的控制线圈连接触电保护机构的输出端。如图7和图8所示，该触电保护机构包括感应电路和保护芯片。感应电路感应交流输出端的电流信号，生成感应信号，并将感应信号传输至保护芯片。感应电路连接在两个交流输出端b、d中的其中一端，本实施例以感应电路连接交流输出端b为例进行说明。保护芯片根据感应信号生成安全载波信号，并将安全载波信号通过二极管D20输出至交流输出端，使交流输出端b以及交流输出端d输出对地的无功功率。

本实施例中的感应电路包括感应电阻R21，感应电阻R21连接在保护芯片与交流输出端之间。进一步的是，感应电路中还包括与感应电阻R21耦合连接的感应电容C21、C22。

交流输出端b上的电流信号，经过感应电阻R21以及感应电容C21、C22之间的耦合效应生成感应信号，且反应电路将该感应信号传输至保护芯片。

本实施例中，感应电容C21、C22均为可调节电容，以适用于各种不同的环境，感应电容C21、C22具体的大小可以在出厂时，根据应用场景的电压、电流情况进行调节设置。

进一步的是，本实用新型实施例提供的触电保护机构中还包括整流电路。整流电路的两个输入端分别连接交流输出端b、d，整流电路的输出端连接保护芯片的电源端，从而将交流输出端b、d整流为直流电，并为保护芯片提供直流电源。

作为一个优选方案，本实施例中的整流电路为整流桥。整流桥由四个整流二极管D1、D2、D3、D4连接组成，整流二极管D1与整流二极管D3的阳极相连，整流二极管D2与整流二极管D4的阴极相连，而整流二极管D1的阴极连接整流二极管D2的阳极，整流二极管D3的阴极连接整流二极管D4的阳极。在整流桥的每个工作周期内，同一时间只有两个二极管工作，利用二极管的单向导通功能，将交流电转换成单向的直流脉冲电压。

如图9所示，本实施例中的保护芯片包括场效应管T、比较器和载波发生器，其中场效应管T具体为N沟道结型场效应管。比较器的输入端连接场效应管T的漏极d，比较器的输出端连接载波发生器的输入端，载波发生器的输出端通过二极管连接交流输出端。

场效应管T的栅极g连接感应电路，源极s接地，漏极d连接比较器的输入端。结型场效应晶体管(Junction Field-Effect Transistor，简称JFET)是由PN结栅极、源极和漏极构成的一种具有放大功能的三端有源器件,是单极场效应管中常见的一种，结型场效应晶体管它可以分N沟道和P沟道两种，本实施例中采用的是N沟道结型场效应管。

本实施例中，场效应管T的源极s接地，漏极d由比较器提供正电压，使源极s的电压低于漏极d的电压，场效应管T的栅极g连接感应电路，接收负电压感应信号。栅极g于源极s之间的电压Vgs的负值增大，将使沟道的电阻增大，而漏极电流Id减小。这是因为N型半导体内部的电子被栅极负电位形成的电场所排斥，在P区周围产生更厚的耗尽层，N型半导体的导电沟道变窄，漏极至源极之间的电流减小。由于此种特性，漏极电流Id会受到栅源极电压Vgs的控制。

随着感应电路输出的感应信号的变化，场效应管T的漏极电流Id也会发生变化。漏极电流Id输入至比较器，即可利用比较器对当前的电网电流进行检测。

比较器接收到场效应管T的漏极电流Id后，将漏极电流Id与比较器内部的基准电流进行比较，并输出相应的比较信号。

载波发生器根据比较信号的变化情况，输出相应的载波信号。当比较器输出的比较信号在正常范围内时，载波发生器输出幅值平稳的载波信号，以载波的方式输出平稳的交流电。当人体直接或间接接触到交流输出线时，比较器会输出强度很高的(异常的)比较信号，载波发生器根据比较信号的强度输出相应幅度的安全载波信号，使交流电以安全载波的形式系统化稳定输出，使交流输出端输出对地的无功功率，能够起到安全隔离作用，使交流输出端不会通过人体与地形成回路。

进一步的是，本实用新型实施例中的保护芯片还包括触发器。触发器的输入端连接比较器的输出端。当用电网络负载端发生短路或过载等现象时，比较信号超出触发器内部的预设值，触发器据此输出断电信号，并触发第二保护继电器，进而由第二保护继电器控制断电继电器切断用电网络总线的供电。

采用本实用新型实施例提供的触电保护机构，当人体直接或间接接触到交流输出线时，感应电路能够感应到线路上的异常电流，并生成感应信号发送至比较器，比较器根据异常的感应信号生成强度很高的(异常的)比较信号，并将该异常的比较信号发送至保护芯片。保护芯片根据比较信号的强度，生成相应幅度的安全载波信号，使交流电以安全载波的形式系统化稳定输出，使交流输出端输出对地的无功功率，能够起到安全隔离作用，使交流输出端不会通过人体与地形成回路。另外，交流输出端b、d之间仍然是有功功率，因此能够在预防触电伤害的同时，保持供电线路上各个用电设备的正常运行。

本实施例中的第三保护继电器的控制线圈连接隔离保护机构的输出端。如图10和图11所示，该隔离保护机构包括感应电路和隔离芯片。感应电路感应交流输出端的电流信号，生成感应信号，并将感应信号传输至隔离芯片。感应电路连接在两个交流输出端b、d中的其中一端，本实施例以感应电路连接交流输出端b为例进行说明。隔离芯片根据感应信号生成隔离载波信号，并将隔离载波信号通过二极管D0输出至交流输出端。

本实施例中的感应电路包括感应电阻R，感应电阻R连接在隔离芯片与交流输出端之间。进一步的是，感应电路中还包括与感应电阻R耦合连接的感应电容C31、C32。

交流输出端b上的电流信号经感应电阻R30以及感应电容C31、C32之间的耦合效应生成感应信号，且反应电路将该感应信号传输至隔离芯片。

本实施例中，感应电容C31、C32均为可调节电容，以适用于各种不同的环境，感应电容C31、C32具体的大小可以在出厂时，根据应用场景的电压、电流情况进行调节设置。

进一步的是，本实用新型实施例提供的隔离保护机构中还包括整流电路。整流电路的两个输入端分别连接交流输出端b、d，整流电路的输出端连接隔离芯片的电源端，从而将交流输出端b、d整流为直流电，并为隔离芯片提供直流电源。

作为一个优选方案，本实施例中的整流电路为整流桥。

如图12所示，本实施例中的隔离芯片包括场效应管T、比较器和载波发生器，其中场效应管T具体为N沟道结型场效应管。比较器的输入端连接场效应管T的漏极d，比较器的输出端连接载波发生器的输入端，载波发生器的输出端通过二极管连接交流输出端。

随着感应电路输出的感应信号的变化，场效应管T的漏极电流Id也会发生变化。漏极电流Id输入至比较器，即可利用比较器对当前的电网电流进行检测。比较器接收到场效应管T的漏极电流Id后，将漏极电流Id与比较器内部的基准电流进行比较，并输出相应的比较信号。

载波发生器根据比较信号的变化情况，输出相应的载波信号。当比较器输出的比较信号在正常范围内时，载波发生器输出幅值平稳的隔离载波信号，以隔离载波的方式输出平稳的交流电。当交流输出线受到潮湿或沾水时，比较器会输出强度很高的(异常的)比较信号，载波发生器根据比较信号的强度，输出相应幅度的隔离载波信号，使交流电以隔离载波的形式系统化稳定输出，并起到隔离作用，避免两条交流输出线之间发生短路，从而能够有效防止潮湿对电力线路的影响。

进一步的是，本实用新型实施例中的隔离芯片还包括触发器。触发器的输入端连接比较器的输出端。当比较信号超出触发器内部的预设值时，触发器输出断电信号，断开输电线路的电源。

采用本实用新型实施例提供的隔离保护机构，当交流输出线受到潮湿或沾水时，感应电路能够感应到线路上的异常电流，并生成感应信号发送至比较器，比较器根据异常的感应信号生成强度很高的(异常的)比较信号，并将该异常的比较信号发送至隔离芯片。隔离芯片根据比较信号的强度，生成相应幅度的隔离载波信号，使交流电以隔离载波的形式系统化稳定输出，并起到隔离作用，避免两条交流输出线之间发生短路，从而能够有效防止潮湿对电力线路的影响。

本实施例中的第四保护继电器的控制线圈连接过压保护机构的输出端。如图13和图14所示，该过压保护机构包括感应线圈L41、整流电路和保护芯片。

感应线圈用于缠绕在变压器的次级铁芯，通过感应变压器的初级铁芯的磁场变化情况，产生交流感应信号。整流电路连接在感应线圈L41与保护芯片之间，用于将感应线圈L41感应到的交流感应信号整流为直流感应信号。保护芯片接收直流感应信号，当直流感应信号超出预设值时，保护芯片输出断电信号，断开输电线路的电源。

本实用新型实施例提供的过压保护机构，利用感应线圈L41对变压器的初级铁芯进行电磁感应，并将感应线圈L41的电流大小作为过压保护的条件，因此能够提高电路保护的灵敏度，更加有效保护输电线路的安全性。

本实施例中，整流电路采用整流桥的形式实现。通过设置整流桥，即可实现对感应线圈L41感应到的交流感应信号进行整流，整流为周期性的为直流感应信号。

本实用新型实施例提供的过压保护机构中，还包括连接在整流电路与保护芯片之间的滤波电路。滤波电路由两个滤波电容C41、C42和滤波电阻R41构成，通过滤波电容C41、C42以及滤波电阻R41对直流感应信号进行滤波，使直流感应信号的电压限制在一定范围之内。

此外，滤波电路的输出端还通过连接保护芯片的电源端V+、V-，为保护芯片提供电源。

进一步，本实用新型实施例提供的过压保护机构中，还包括连接在滤波电路与保护芯片之间的放大电路。放大电路主要由第一可变电阻W41和PNP型三极管T41构成，直流感应信号通过三极管T41的放大作用，可生成较大的电流信号，该电流信号经过电阻R43后转换为感应电压信号，并输入保护芯片的第一输入端a1。与第一可变电阻W41串联的稳压二极管D45和电阻R42，分别起到稳压和限流的作用。

此外，该放大电路中还包括第二可变电阻W42，第二可变电阻W42用于将直流感应信号转换为参考电压信号，输入保护芯片的第二输入端a2。

本实施例中，可变电阻W41、W42的阻值均可在0至5.1kΩ之间调节，可变电阻W41、W42具体的阻值可以在出厂时，根据应用场景的电压、电流情况进行调节设置。

保护芯片主要对第一输入端a1接收到的感应电压信号进行监测，并根据感应电压信号的变化输出断电信号。同时，保护芯片也可以对第二输入端a2接收到的参考电压信号进行监测，当参考电压信号出现异常时也可以输出断电信号。

本实施例中的保护芯片中具体包括比较单元和触发单元。比较单元接收直流感应信号(即感应电压信号和参考电压信号)，并将感应电压信号和参考电压信号与相对应的预设值进行比较。当感应电压信号超出相对应的预设值，或参考电压信号超出相对应的预设值时，触发单元就会输出断电信号，断开输电线路的电源。

作为一个优选方案，触发单元中设置有多稳态触发器。本实用新型实施例中通过采用具有高灵敏度的比较单元和触发单元，并且在触发单元中设置多稳态触发器，使保护芯片能够在0.1秒以内响应，从而在极短的时间内断开用电网络总线的供电，有效地保护了用电设备和供电线路。

本实用新型实施例提供的过压保护机构，利用感应线圈L41对变压器的初级铁芯进行电磁感应，并将感应线圈L41的电流大小作为过压保护的条件，因此能够提高电路保护的灵敏度，更加有效保护输电线路的安全性。

本实施例中的第五保护继电器的控制线圈连接电路安全保护机构的输出端。如图15所示，该电路安全保护机构包括感应线圈L51、整流电路和感应芯片。

感应线圈L51用于与变压器的初级线圈互感连接，通过与变压器的初级线圈的电路之间的互感作用产生交流感应信号。整流电路连接在感应线圈L51与感应芯片之间，用于将感应线圈L51感应到的交流感应信号整流为直流感应信号。感应芯片接收直流感应信号，当直流感应信号超出预设值时，感应芯片输出断电信号，断开输电线路的电源。

本实用新型实施例提供的电路安全保护机构，利用感应线圈L51对变压器的初级线圈进行互感，并将初级线圈的电流大小作为短路及过载保护的条件，提高另外电路保护的灵敏度和安全性。

本实施例中，整流电路采用整流桥的形式实现。通过整流桥实现对感应线圈L1感应到的交流感应信号进行整流，形成周期性的直流感应信号。

本实用新型实施例提供的电路安全保护机构中，还包括连接在整流电路与感应芯片之间的滤波电路。滤波电路由两个滤波电容和滤波电阻构成的π型滤波器，使直流感应信号的电压限制在一定范围之内。

此外，滤波电路为感应芯片提供工作电压。

进一步，本实用新型实施例提供的电路安全保护机构中，还包括连接在滤波电路与感应芯片之间的放大电路。此处放大电路可与上述过压保护机构中采用相同的放大电路，在此不予赘述。

感应芯片主要对第一输入端a1接收到的感应电压信号进行监测，并根据感应电压信号的变化输出断电信号。感应芯片也可对第二输入端a2接收到的参考电压信号进行监测，当参考电压信号异常时也可以输出断电信号。

本实施例中的感应芯片中具体包括比较单元和触发单元。比较单元接收直流感应信号(即感应电压信号和参考电压信号)，并将感应电压信号和参考电压信号与相对应的预设值进行比较。当感应电压信号超出相对应的预设值，或参考电压信号超出相对应的预设值时，触发单元就会输出断电信号，断开输电线路的电源。

作为一个优选方案，触发单元中设置有多稳态触发器。

本实用新型实施例中通过采用具有高灵敏度的比较单元和触发单元，并且在触发单元中设置多稳态触发器，使感应芯片能够在0.1秒以内响应，从而在极短的时间内断开供电电源，有效保护用电设备和供电线路。

本实用新型实施例提供的电路安全保护机构，利用感应线圈L51对变压器的初级线圈进行互感，并将初级线圈的电流大小作为短路及过载保护的条件，因此能够提高电路保护的灵敏度和安全性。

实施例2：

本实施例还提供了一种供电系统，包括用电网络以及设于用电网络中如第一方面所述的多级保护装置；多级保护装置中的保护机构用于检测用电网络负载端的运行，并在用电网络负载端故障时通过保护继电器控制断电继电器的输出端切断用电网络总线的供电。

本实施例通过多级保护装置中的各种保护机构快速发现用电网络负载端中的危险，并触发与保护机构串联的保护继电器，并由保护继电器控制断电继电器切断用电网络总线的供电，提高了用电网络的安全性。

如图16所示，作为本实施例提供的供电系统包括用电网络、变压器、以及如实施例1所述的灭弧保护机构11、触电保护机构12、隔离保护机构13、过压保护机构14和电路安全保护机构15。

变压器TB的初级线圈连接用电网络总线，变压器TB的次级线圈的两端分别连接交流输出端d与交流输出端b，输出交流电。

第五保护继电器J5、第四保护继电器J4、第三保护继电器J3、第二保护继电器J2和第一保护继电器J1的输出端顺次串联，且第一保护继电器J1的输出端与断电继电器J0的控制线圈串联。

作为优选技术方案，第一保护继电器J1、第二保护继电器J2、第三保护继电器J3、第四保护继电器J4和第五保护继电器J5均为常闭型继电器，即在供电系统正常供电的情况下，第一保护继电器J1、第二保护继电器J2、第三保护继电器J3、第四保护继电器J4和第五保护继电器J5的线圈不通电，它们的输出端处于闭合状态，因此控制电源可通过第一保护继电器J1、第二保护继电器J2、第三保护继电器J3、第四保护继电器J4和第五保护继电器J5向断电继电器J0的线圈供电。断电继电器J0为常开型继电器，即第二继电器J2的线圈在通电的情况下，其输出端处于闭合状态，以维持变压器的初级线圈持续供电。

当电路安全保护机构15中的感应芯片中的触发单元发出断电信号时，第五保护继电器J5的控制线圈断电，使第五保护继电器J5的输出端断开，由于第五保护继电器J5、第四保护继电器J4、第三保护继电器J3、第二保护继电器J2和第一保护继电器J1的输出端顺次串联，所以断电继电器J0的控制线圈断电，断电继电器J0的输出端断开，切断用电网络总线的供电，实现了对用电网络的有效保护。

当灭弧保护机构11、触电保护机构12、隔离保护机构13、过压保护机构14和用电安全保护机构15中的任一个保护机构触发后，与该触发的保护机构串联的保护继电器的控制线圈断电，继而使该保护继电器的输出端断开，然后使位于该保护继电器与断电继电器之间的保护继电器的输出端依次断开，最后使断电继电器J0的控制线圈断电，断电继电器J0的输出端断开，并切断用电网络总线的供电，实现了对用电网络的有效保护。

需要说明的是，本实施例对多个保护继电器的串联顺序不予限制。

另外，各个保护继电器均可以直接与断电继电器J0的控制线圈串联连接，此时，当灭弧保护机构、触电保护机构、隔离保护机构、过压保护机构和用电安全保护机构中的任一个保护机构触发后，与该触发的保护机构串联的保护继电器的控制线圈断电，继而使该保护继电器的输出端断开，最后使断电继电器J0的控制线圈断电，断电继电器J0的输出端断开，切断用电网络总线的供电，实现了对用电网络的有效保护。

本实用新型实施例2提供的供电系统，与上述实施例1提供的过压保护机构，具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多级保护装置，其特征在于，包括断电继电器和多个保护继电器，所述多个保护继电器的输出端与所述断电继电器的控制线圈串联；

任一所述保护继电器的控制线圈串联有保护机构；

所述保护机构用于检测用电网络的运行，并在用电网络故障时通过所述保护继电器控制所述断电继电器的输出端切断用电网络总线的供电。

2.根据权利要求1所述的多级保护装置，其特征在于，还包括报警机构，所述报警机构的输入端、所述断电继电器的输出端均与用电网络总线的变压器的初级线圈串联。

3.根据权利要求1所述的多级保护装置，其特征在于，每一所述保护继电器串联有一种保护机构。

4.根据权利要求3所述的多级保护装置，其特征在于，所述保护继电器包括设于用电网络负载端的第一保护继电器、第二保护继电器、第三保护继电器和第四保护继电器，以及设于用电网络总线的第五保护继电器；

所述第一保护继电器的控制线圈连接灭弧保护机构的输出端；

所述第二保护继电器的控制线圈连接触电保护机构的输出端；

所述第三保护继电器的控制线圈连接隔离保护机构的输出端；

所述第四保护继电器的控制线圈连接过压保护机构的输出端；

所述第五保护继电器的控制线圈连接电路安全保护机构的输出端。

5.根据权利要求4所述的多级保护装置，其特征在于，所述灭弧保护机构包括耦合电路和灭弧芯片，所述灭弧芯片中设置有灭弧材料；

所述耦合电路用于连接用电网络负载端的第一交流输出端，所述灭弧芯片的输入端用于连接用电网络负载端的第二交流输出端；

所述第一交流输出端与所述第二交流输出端之间产生的电弧，经所述耦合电路耦合至所述灭弧芯片，并由所述灭弧材料吸收所述电弧。

6.根据权利要求4所述的多级保护装置，其特征在于，所述触电保护机构包括感应电路和保护芯片；

所述感应电路感应用电网络负载端的电流信号，生成感应信号，并将所述感应信号传输至所述保护芯片；

所述保护芯片根据所述感应信号生成安全载波信号，并将所述安全载波信号输出至用电网络负载端，使用电网络负载端输出对地的无功功率。

7.根据权利要求4所述的多级保护装置，其特征在于，所述隔离保护机构包括感应电路和隔离芯片；

所述感应电路感应用电网络负载端的电流信号，生成感应信号，并将所述感应信号传输至所述隔离芯片；

所述隔离芯片根据所述感应信号生成隔离载波信号，并将所述隔离载波信号输出至用电网络负载端。

8.根据权利要求4所述的多级保护装置，其特征在于，所述过压保护机构包括感应线圈、整流电路和保护芯片；

所述感应线圈用于缠绕在用电网络中的变压器的次级铁芯，并产生交流感应信号；

所述整流电路连接在所述感应线圈与所述保护芯片之间，所述整流电路将所述交流感应信号整流为直流感应信号；

所述保护芯片接收所述直流感应信号，当所述直流感应信号超出预设值时，所述保护芯片输出断电信号。

9.根据权利要求4所述的多级保护装置，其特征在于，所述电路安全保护机构包括感应线圈、整流电路和感应芯片；

所述感应线圈用于与用电网络总线中的变压器的初级线圈互感连接，并产生交流感应信号；

所述整流电路连接在所述感应线圈与所述感应芯片之间，所述整流电路将所述交流感应信号整流为直流感应信号；

所述感应芯片接收所述直流感应信号，当所述直流感应信号超出预设值时，所述感应芯片输出断电信号。

10.一种供电系统，其特征在于，包括用电网络以及设于所述用电网络中如权利要求1-9任一项所述的多级保护装置；

所述多级保护装置中的所述保护机构用于检测所述用电网络的运行，并在所述用电网络故障时，通过所述保护继电器控制所述断电继电器的输出端切断用电网络总线的供电。