CN211405467U

CN211405467U - 一种电力直流信号采集回路防护电路

Info

Publication number: CN211405467U
Application number: CN201922069746.9U
Authority: CN
Inventors: 王宏; 董金才; 卢家力
Original assignee: Nanjing SAC Automation Co Ltd
Current assignee: Nanjing SAC Automation Co Ltd
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2029-11-26

Abstract

本实用新型公开了一种电力直流信号采集回路防护电路，包括主防护电路，第一瞬态二极管、第二瞬态二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻；直流信号正极端接第二瞬态二极管的一端，直流信号接地端接第一瞬态二极管的一端，第一瞬态二极管、第二瞬态二极管另一端相连后接第一电容后接地；第二瞬态二极管的一端连接第二电容后接地，第一瞬态二极管的一端连接第三电容后接地；第二瞬态二极管的一端还依次连接第一电阻、第三电阻，第一瞬态二极管的一端还依次连接第二电阻、第四电阻，第三电阻、第四电阻之间接第五电阻。采用三级防护，残压小，防护能力强，反应速度快。

Description

一种电力直流信号采集回路防护电路

技术领域

本实用新型涉及一种电力直流信号采集回路防护电路，属于变电站技术领域。

背景技术

在变电站中，有很多需要采集和监视的直流信号，如各种传感器输出的低压直流信号，励磁电压，直流屏电压等。

变电站中，电气环境恶劣，干扰很强，所有用于变电站的设备均需要满足电力二次设备测试标准。直流信号的采集回路同样需要具备较强的防护能力。

常用的防护器件有气体放电管，压敏电阻，TVS管等。气体放电管不易损坏，吸收干扰能力强，但反应速度很慢，吸收干扰后，残压较大。压敏电阻不易损坏，吸收干扰能力强，反应速度快，吸收干扰后残压较大，持续时间长。TVS管吸收能力比前两种器件弱，但反应速度很快，残压很小。

对于低电压等级的直流信号采集，使用压敏电阻是比较好的选择，目前成熟电路较多，但对于电压高于100V以上的强电直流回路，压敏电阻吸收干扰后残压较大，且持续时间较长，达到几十毫秒的级别。残压的存在直接影响了直流采集回路的正常采集功能，容易导致装置越限值启动，因此高电压直流信号采集回路的防护缺少好的方法。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种电力直流信号采集回路防护电路，解决残压问题，防护能力强，反应速度快，能够有效保护后端采集回路，适合变电站二次设备中使用。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：一种电力直流信号采集回路防护电路，包括主防护电路，所述主防护电路包括：

第一瞬态二极管、第二瞬态二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻；

直流信号正极端接第二瞬态二极管的一端，直流信号接地端接第一瞬态二极管的一端，第一瞬态二极管、第二瞬态二极管另一端相连后接第一电容后接地；

第二瞬态二极管的一端连接第二后接地，第一瞬态二极管的一端连接第三电容后接地；

第二瞬态二极管的一端还依次连接第一电阻、第三电阻，第一瞬态二极管的一端还依次连接第二电阻、第四电阻，第三电阻、第四电阻之间接第五电阻。

进一步地，所述第一瞬态二极管、第二瞬态二极管均选用400V规格1500W的TVS管。

进一步地，第一电容、第二电容和第三电容均采用安规电容。

进一步地，第一电阻与第二电阻阻值相等，第三电阻与第四电阻阻值相等。

进一步地，还包括滤波电路，所述滤波电路包括：第六电阻、第七电阻、第四电容，第五电阻一端接第六电阻，另一端接第七电阻，第六电阻、第七电阻之间接第四电容，第四电容的两端为直流输出信号。

进一步地，第六电阻和第七电阻对称放置，与第四电容共同构成RC低通滤波电路。

本实用新型所达到的有益效果：本实用新型采用三级防护，第一级防护将共模和差模干扰进行泄放，第二级防护进一步泄放干扰信号，第三级防护进一步吸收干扰信号，残压小，残压持续时间短，防护能力强，反应速度快，电路简单，占用PCB面积小；三级防护，能有效抑制吸收干扰；能够满足介质强度工频耐压测试要求；能够有效保护后端采集回路，适合变电站二次设备中使用。能够满足快速瞬变B级及浪涌四级电力测试标准要求：

GB/T 14598.10-2012量度继电器和保护装置第22-4部分：电气骚扰试验—电快速瞬变/脉冲群抗扰度试验B级；GB/T 14598.18-2012量度继电器和保护装置第22-5部分：电气骚扰试验—浪涌抗扰度试验四级；

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式1中的一种电路结构图；

图2是本实用新型具体实施方式2中的一种电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，一种电力直流信号采集回路防护电路，包括主防护电路，防护电路主要实现对干扰信号的防护和抑制，所述主防护电路包括：

第一瞬态二极管TVS1、第二瞬态二极管TVS2、第一安规电容、第二安规电容、第三安规电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻(R1-R5)；

直流信号正极端接第二瞬态二极管的一端，直流信号接地端接第一瞬态二极管的一端，第一瞬态二极管、第二瞬态二极管另一端相连后接第一安规电容后接地；

第二瞬态二极管的一端连接第二安规电容后接地，第一瞬态二极管的一端连接第三安规电容后接地；

输入+和输入-线(即接地)分别经过TVS1和TVS2并联后再与安规电容1串联构成共模干扰的泄放回路；

输入+和输入-线上的共模干扰信号经泄放回路泄放到大地。同时输入+和输入-通过安规电容到大地，能够满足输入回路对大地工频耐压2000VAC的试验要求。

输入+和输入-线上的差模干扰由TVS1,TVS2串联吸收；安规电容2,3实现对干扰信号的二级泄放，进一步泄放干扰信号，保护后端回路；

R1-R5使用大功率电阻对称式串联，构成第三级干扰信号吸收回路。同时R5实现了对输入电压的取样，将电压降压后用于后端采集使用。

以上串联的三级防护共同构成了本发明的核心防护电路。

为了满足最大600V的直流信号正常输入不击穿，所述第一瞬态二极管、第二瞬态二极管均选用400V规格1500W的TVS管。

瞬态二极管电压参数根据输入信号的量程确定，方法为：本示例直流信号量程为600V，选用了400V规格的瞬态二极管，其V_r(Reverse Stand off Voltage反向关断电压，低于这个电压，瞬态二极管不工作)＝342V，差模电压由第一、第二瞬态二极管串联承受，即支持684V的量程输入，按照输入电压的1.1倍设计，因此第一、第二瞬态二极管的选型由输入电压范围确定。

第一、第二瞬态二极管的功率选用了1500W SMC封装的瞬态二极管，该功率参数通过实际试验测试确定，能够通过浪涌抗扰度试验四级测试。

电容均采用安规电容。此处使用了安规电容，严禁使用高压瓷片电容，安规电容能够承受较高的电压冲击而不损坏，通过调整电容值可以实现对不同频率干扰信号的泄放。此处使用2200pF的安规电容泄放，是长期测试验证后的经验值。实际应用可以根据外部干扰信号的频率调整泄放电容容值，常用容值有1000pF，2200pF及4700pF。

第一电阻、第二电阻阻值相等，第三电阻、第四电阻阻值相等。

第一、第二、第三级第四电阻构成分压及干扰吸收电路，选型时需保持电阻一与电阻二阻值相等，电阻三与电阻四阻值相等，对称分布保持了电路的平衡，对于输入正负端进入的干扰信号有同样的吸收效果。

使用电阻的个数可以根据防护电路需要承受的防护等级及电阻的功率调整，如果电路需要承受较强的干扰，则可以通过增加串联电阻的个数降低每个电阻承受的干扰强度，防止电阻损坏。在同样干扰情况下，如果想减少电阻个数，则需要选用更大功率的电阻。具体情况根据干扰强度、电阻功率及布板空间综合考虑。

第五电阻为输入回路的电压取样电阻，阻值根据串联回路电阻分压公式计算，即V_r5＝Vin_max*R5/(R1+R2+R3+R4+R5)，依据后端电路的输入量程确定分压阻值，Vin_max为输入电压最大值；本发明相关电路后端输入电压范围为0～1V，输入最大电压600V；

V_r5＝600*1.2/(200+200+200+200+1.2)＝0.899V，满足后端电路0～1V的输入要求。

还包括滤波电路，所述滤波电路包括：第六电阻、第七电阻、第四电容，第五电阻一端接第六电阻，另一端接第七电阻，第六电阻、第七电阻之间接第四电容，第四电容的两端为直流输出信号。

第六电阻和第七电阻对称放置，与第四电容共同构成RC低通滤波电路，用于滤除高频干扰信号，一般使用K级电阻，比如1K～10K的电阻。

-3dB截止频率可根据f＝1/(2π*(R6+R7)*C4)计算，或者使用Multisim软件仿真，获取电路的截止频率。可以通过调整电容容值和电阻阻值调整滤波电路的截止频率。

使用公式计算电路-3dB截止频率：

f＝1/(2π*(R6+R7)*C4)

＝1/(2*3.1415926*(1000+1000)*100*10^-9)

＝795Hz

滤波电路主要实现低通滤波，滤除高频干扰信号；滤波回路位于防护电路的后端，经过前级回路的吸收，干扰信号到大滤波回路处已经较弱，滤波回路主要用来滤除直流回路中的高频干扰信号，提高直流信号的测试精度。

实施例2：

在实际应用中的电路设计可以参照本实用新型的设计，示例电路如图2所示。

电路设计需求：输入信号量程直流220V，后端电路输入信号300mV，需要通过浪涌四级测试要求不损坏后端电路。

电路设计及选型过程如下：

1、选取合适的TVS管，能够满足220V直流信号的输入，可选取美国力特的SMC封装1500W的TVS，规格为1.5SMC150A，其V_r(Reverse Stand off Voltage)＝128V，差模回路“输入+”和“输入GND”间由两个TVS串联，能够承受256V的电压，能够满足输入最大220V的输入要求；

2、第一级防护的安规电容C1和第二级防护的安规电容C2,C3均仍可使用2200pF；

3、在输入220V，输出300mV，根据串联分压电路的原理，可以设计分压电阻参数为R1,R2,R3,R4值为100K,5W,电阻R5阻值为470Ω,3W。当输入电压为220V时，获得的输出电压258mV，满足后端300mV的输入要求。

4、第四级滤波电路参数可以采用与本文相同的参数，滤波截止-3dB频率保持在800Hz左右，适合大部分直流信号滤波使用。

本实用新型采用三级防护，第一级防护将共模和差模干扰进行泄放，第二级防护进一步泄放干扰信号，第三级防护进一步吸收干扰信号，残压小，残压持续时间短，防护能力强，反应速度快，电路简单，占用PCB面积小；三级防护，能有效抑制吸收干扰；能够满足介质强度工频耐压测试要求；能够有效保护后端采集回路，适合变电站二次设备中使用。

能够满足快速瞬变B级及浪涌四级电力测试标准要求：

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种电力直流信号采集回路防护电路，其特征是，包括主防护电路，所述主防护电路包括：

第二瞬态二极管的一端连接第二电容后接地，第一瞬态二极管的一端连接第三电容后接地；

2.根据权利要求1所述的一种电力直流信号采集回路防护电路，其特征是，所述第一瞬态二极管、第二瞬态二极管均选用400V规格1500W的TVS管。

3.根据权利要求1所述的一种电力直流信号采集回路防护电路，其特征是，第一电容、第二电容和第三电容均采用安规电容。

4.根据权利要求1所述的一种电力直流信号采集回路防护电路，其特征是，第一电阻与第二电阻阻值相等，第三电阻与第四电阻阻值相等。

5.根据权利要求1所述的一种电力直流信号采集回路防护电路，其特征是，还包括滤波电路，所述滤波电路包括：第六电阻、第七电阻、第四电容，第五电阻一端接第六电阻，另一端接第七电阻，第六电阻、第七电阻之间接第四电容，第四电容的两端为直流输出信号。

6.根据权利要求5所述的一种电力直流信号采集回路防护电路，其特征是，第六电阻和第七电阻对称放置，与第四电容共同构成RC低通滤波电路。