CN215646144U - 过欠压保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及过欠压保护装置，其包括电源单元、电压采样单元、手动复位装置和控制单元。电源单元连接至电压采样单元和控制单元，用于对电压采样单元和控制单元进行供电。电压采样单元连接至待测线路的中性线以及一条或多条相线，以测量中性线以及一条或多条相线上的电压，并且将测得的电压信号发送给控制单元。手动复位装置连接至控制单元，用于用户手动操纵并向控制单元发送复位信号。控制单元用于接收电压采样单元传送的电压信号和手动复位装置发送的复位信号，以及响应于接收到复位信号且电压信号不表示过欠电压状态将继电器接通。

Description

过欠压保护装置

技术领域

本实用新型涉及一种过欠压保护装置。

背景技术

我国的居民用电的单相电压为220V，根据国标GB/T12325-2008“电能质量-供电电压偏差”对供电电压偏差的限值的规定，220V单相供电电压偏差为标称电压的+7％(235.4V)，-10％(198V)。对于20kV以下的中压配电网的三相供电电压来说，国标GB/T12325-2008规定，电压偏差为标称电压的±7％。低于上述国标规定的供电电压偏差的情况被称为欠电压，高于上述国标规定的供电电压偏差的情况被称为过电压。

在电网建设方面，老旧电网的线路阻抗较大，供电距离较远以及配电电压器的功率不足都会导致欠电压。此外，随着社会的发展，越来越多的大型用电器接入电网，导致用电负荷迅速增长。一方面原有配电变压器的供电容量不足，较高的负荷率导致线路损耗加大，进而导致末端用户电压偏低，另一方面，随着越来越多异步电动机等大功率电器的使用，配电网传输感性无功增大，由于无功补偿能力不足，导致线路压降增大。欠电压会导致电气设备不能以最佳的状态工作，例如照明变暗；有些电气设备不能正常运行，例如空调无法启动，例如，甚至会导致电气设备的损坏。

相比于欠电压，过电压的危害会更大。常见的过电压的原因包括雷击，雷击可能会导致用户侧的供电电压瞬间增大；中性线断开；停电之后的重新来电；以及由大功率负载断开或单相短路造成的三相不平衡以及变压器中性点的接地断开。过电压会增加供电线路上的损耗，并且加速电气设备绝缘的老化，甚至直接损坏电气设备，严重时会烧毁用电器从而引起火灾。

为了避免过电压和欠电压对用电器造成影响，国标JGJ242-2011“住宅建筑电气设计规范”规定了“每套住宅应设置自恢复式过、欠电压保护电器”。

自复式过欠电压保护器通常安装在住宅分户箱进线处或者针对需要单独保护的单相或三相用电设备进行安装。自复式过欠电压保护器能够检测线路中的电压，并且当线路中出现过电压和欠电压时使所连接的继电器断开，并且当线路中的电压恢复正常时使继电器自动接通。

随着我国电网系统的不断发展，电能质量也越来越高，电网能够持续稳定地提供供电电压。因此在电网设施完备的地区，例如城市就可以不再需要自复式过欠电压保护器。国标JGJ242对自复式过欠电压保护器的安装也是非强制的。此外，对于带有自复位功能的过欠压保护器，在自复位功能失效时难以实现复位功能。

实用新型内容

本实用新型涉及一种不带自复位功能或者在自复位功能失效的情况下也能实现复位功能的过欠压保护装置。

本实用新型提供一种过欠压保护装置，包括电源单元、电压采样单元、手动复位装置和控制单元。所述电源单元连接至所述电压采样单元和所述控制单元，用于对所述电压采样单元和所述控制单元进行供电。所述电压采样单元连接至待测线路的中性线以及一条或多条相线，以测量所述中性线以及一条或多条相线上的电压，并且将测得的电压信号发送给所述控制单元。所述手动复位装置连接至所述控制单元，用于用户手动操纵并向所述控制单元发送复位信号。所述控制单元用于接收所述电压采样单元传送的电压信号和所述手动复位装置发送的复位信号，以及响应于接收到所述复位信号且所述电压信号不表示过欠电压状态将继电器接通。

根据本实用新型的实施例，所述过欠压保护装置不包括自动复位功能。

根据本实用新型的实施例，所述控制单元响应于所述电压信号表示过欠电压状态将所述继电器断开。

根据本实用新型的实施例，所述过欠压保护装置还包括驱动单元。所述控制单元响应于接收到所述复位信号且所述电压信号不表示过欠电压状态向所述驱动单元发送接通信号以及响应于所述电压信号表示过欠电压状态向所述驱动单元发送断开信号。所述驱动单元基于所述接通信号或所述断开信号将所述继电器接通或断开。

根据本实用新型的实施例，所述过欠压保护装置还包括状态指示单元。所述状态指示单元连接至所述控制单元，用于根据所述控制单元的控制指示所述待测线路是否处于所述过欠电压状态。

根据本实用新型的实施例，所述状态指示单元通过所述手动复位装置指示所述待测线路是否处于所述过欠电压状态。

根据本实用新型的实施例，所述手动复位装置包括复位按钮和微动开关，所述复位按钮的第一端位于所述过欠压保护装置的外部用于用户手动按压，所述复位按钮与所述微动开关机械连接，所述复位按钮的运动推动所述微动开关以使所述微动开关产生所述复位信号。所述状态指示单元包括指示灯，所述复位按钮为导光柱，所述指示灯对准所述复位按钮的第二端使得所述指示灯的灯光被所述复位按钮导向所述复位按钮的第二端。

根据本实用新型的实施例，所述过欠压保护装置还包括反馈单元。所述反馈单元用于连接至所述继电器的负载侧的中性线以检测所述负载侧的电流，并将检测结果发送至所述控制单元，并且所述控制单元根据所述检测结果判断所述继电器是否已经基于所述接通信号或所述断开信号正确地接通或断开，若没有则发出警告信号。

本实用新型的实施例提供的过欠压保护装置可以以手动方式进行复位，并且能够实现自锁功能，即在仍然存在过电压或欠电压的情况下按下手动复位装置不能使断路器接通，由此能够实现安全的复位或合闸操作，确保了用电器的安全。此外，通过一体化地实现手动复位装置和状态指示单元，可以更紧凑地实施过欠压保护装置，从而缩小过欠压保护装置的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施例的技术方案，下面将对实施例的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。下面描述中的附图仅仅是本实用新型的示例性实施例。

图1示出了根据本实用新型实施例的过欠压保护装置的电路图，

图2A和2B示出了根据本实用新型实施例的过欠压保护装置的结构图，

图3示出了根据本实用新型实施例的过欠压保护装置的驱动单元的示例结构图，

图4示出了根据本实用新型实施例的过欠压保护装置的示例操作流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本实用新型实施例的过欠压保护装置100的电路图。在此示例性示出了单相过欠压保护装置的电路图。单相过欠压保护装置应用于单相的供电电路，其例如在住宅分户箱中与入户的相线和中性线连接。然而，根据本实用新型实施例的过欠压保护装置也可以是三相或其他多相过欠压保护装置。三相过欠压保护装置可以与电源的三条相线以及中性线连接以对三相用电设备或者大型建筑的供电进行保护。无论是单相过欠压保护装置还是三相过欠压保护装置在其内部都具有类似的结构，下面以单相过欠压保护装置为例进行说明。

图1中示出了相线L和中性线N，它们作为供电线路用于为用电器120 供应例如220V，50Hz的交流电压。在用电器120的上游布置有继电器110。继电器110用于将供电线路断开或接通。在本实用新型中，过欠压保护装置 100与继电器110连接以控制继电器110的接通或断开。过欠压保护装置100 包括电源单元101、电压采样单元102、手动复位装置103和控制单元104。

电源单元101连接至电压采样单元102和控制单元104，用于对电压采样单元102和控制单元104进行供电。电源单元101与相线L和中性线N 连接，并且由此从电网中获得电能以便为过欠压保护装置100中的其它单元供电。由于过欠压保护装置100中的各个单元或芯片需要以直流电进行供电，所以电源单元101可以包括用于将交流电压转变为直流电压的整流器以及用于将整流后的直流电压改变为合适的直流电压的变压单元。

电压采样单元102连接至待测线路的中性线N和相线L，以测量中性线N以及相线L上的电压，并且将测得的电压信号发送给控制单元104。需要说明的是，当待测线路包括多条相线时，电压采样单元102可以连接至待中性线和多条相线，以测量中性线和多条相线上的电压。

手动复位装置103连接至控制单元104，用于用户手动操纵并向控制单元104发送复位信号。

控制单元104用于接收电压采样单元102传送的电压信号和手动复位装置103发送的复位信号，以及响应于接收到复位信号且电压信号不表示过欠电压状态将继电器接通。

根据本实用新型的实施例，过欠压保护装置100包括手动复位装置103 用于用户手动复位，从而即使过欠压保护装置100不包括自动复位功能或者自动复位功能失效，过欠压保护装置100也能够实现复位功能。并且，控制单元104仅在电压信号不表示过欠电压状态的情况下，即表示相线上的电压既不是欠电压也不是过电压而是正常电压的情况下，才会响应于复位信号将待测线路上的继电器接通(即将电路复位)，从而，若相线上的电压仍是过电压或欠电压，即使用户通过手动复位装置103进行复位，继电器也不会接通。换言之，过欠压保护装置100具有故障未排除时的自锁功能以及故障排除后的手动复位功能。

控制单元104根据从电压采样单元102获得的电压信号来判断待测线路是否处于过欠压状态(即是否存在欠电压或过电压)属于现有技术。例如，其可以根据当前的线路电压是否符合国标GB/T12325-2008对供电电压的要求来判断是否存在过欠电压，或者也可以根据用电器的实际情况和需求设定特定阈值来进行判断，例如，当电压高于第一阈值时确定为过电压，而当电压低于第二阈值时确定为欠电压。当控制单元104判断出在当前供电线路中存在过电压或欠电压时，控制单元104会响应于电压信号表示过欠电压状态将继电器110断开，从而避免欠电压或过电压被馈送给用电器以对其造成损害。在此情况下，复位功能被锁定，即使用户操作手动复位装置103，继电器110也不接通从而电路不复位。相反，当控制单元104根据电压采样单元 102提供的线路电压判断出线路上不存在过电压或欠电压时，若用户操作了手动复位装置103，则控制单元104响应于接收到复位装置103提供的复位信号而将继电器110接通，使得电路复位。换言之，控制单元104响应于接收到复位信号并且电压信号不表示过欠电压状态才将继电器110接通。

在一些实施例中，过欠压保护装置100还可以包括状态指示单元105。状态指示单元105连接至控制单元104，用于根据控制单元104的控制来指示待测线路是否处于过欠电压状态。例如，当控制单元104判断出在当前供电线路中存在过电压或欠电压时，控制单元104可以向指示单元105发出故障指示信号，指示单元105根据该信号指示线路中存在过欠电压，例如通过指示灯发出红色常亮光。与此相对地，当控制单元104根据电压采样单元102提供的线路电压判断出线路上不存在过电压或欠电压时，控制单元104可以向指示单元105发送正常运行指示信号，指示单元105根据该信号指示出线路中的电压正常，例如通过指示灯发出绿色常亮。用户可以通过指示单元105 获知线路电压是否正常，从而仅在线路电压恢复正常后再操作手动复位装置103对电路进行复位。

图2A示出了根据本实用新型的实施例的过欠压保护装置的示例结构图。过欠压保护装置100通过壳体207将各种元件封装在其中。该壳体207 通常是热固性塑料，例如PBT塑料，其具有良好的刚性和高的弯曲模量以及良好的耐热性和阻燃性，并且对相对漏电起痕指数(CTI)有一定的要求。在壳体207上还具有四个接线端201、202、203、204。这些接线端用于将相线和中性线接入和接出过欠压保护装置100。过欠压保护装置100的背面可以设计有导轨槽206，从而可以采用导轨安装方式将其与继电器一起安装在例如35mm DIN导轨上以方便进行接线。

图2A中还示出了一种示例性手动复位装置205，其具体结构在图2B的放大图中示出。在该示例中，手动复位装置205包括复位按钮210和微动开关230，复位按钮210的第一端位于过欠压保护装置100的外部用于用户手动按压，复位按钮210与微动开关230机械连接，复位按钮210的运动推动微动开关230以使微动开关230产生复位信号。图2B还是示出了状态指示单元105的示例，在该示例中，状态指示单元105包括指示灯220，指示灯 220对准复位按钮210的第二端，而复位按钮210为导光柱，从而指示灯220 的灯光可以被作为导光柱的复位按钮210导向复位按钮210的第二端，而被用户观察到。指示灯220例如可以是发光二极管，并且可以用不同的颜色指示电压是否正常，例如在电压正常的情况下绿色常亮，并且在出现过欠电压时红色常亮。在图2B的实施例中，状态指示单元可以通过手动复位装置指示待测线路是否处于过欠电压状态，手动复位装置和状态指示单元被一体化实现，使得过欠压保护装置的结构更紧凑，体积更小。当然，需要说明的是，除了图2B所示的手动复位装置和状态指示单元的结构，本实用新型显然还可以采用其他任何合适的结构，包括其他一体化结构使得状态指示单元可以通过手动复位装置指示待测线路是否处于过欠电压状态，例如将指示灯嵌入手动复位装置的按钮中。

回到图1，在一些实施例中，过欠压保护装置100还可以包括驱动单元 106。驱动单元106用于根据控制单元104发送的接通信号或断开信号而将继电器110接通或断开。在本实用新型的实施例中，控制单元104可以响应于接收到复位信号且电压信号不表示过欠电压状态而向驱动单元106发送接通信号以及响应于电压信号表示过欠电压状态向驱动单元106发送断开信号。驱动单元106可以根据控制单元104所发送的信号而产生能够驱动继电器动作的电流或电压。

图3示出了驱动单元106的一种实施方式的结构图。驱动单元106例如可以是由四个电力电子开关Q1、Q2、Q3和Q4组成的H形驱动电路。驱动电路所需的电能例如可以如上所述由电源单元101提供。经开关Q1、Q2、 Q3和Q4调节的电流被馈送给继电器110。在示例性的实施方式中，在继电器110中布置了缠绕有绕组的铁芯K以及可旋转的机械开关301，该机械开关301具有磁性，其上端为N极，下端为S极。例如，当控制单元104响应于电压信号表示过欠电压状态向驱动单元106发送断开信号时，该断开信号将开关Q1和Q3接通并且将开关Q2和Q4断开，此时在铁芯K中瞬时建立了起了磁场，在如图3所示的缠绕方式的情况下，铁芯的左端为N极，右端为S极。在磁场的作用下，机械开关顺时针旋转，这可以对应于继电器110中的断开操作。相对地，当控制单元104响应于接收到复位信号并且电压信号不表示过欠电压状态而向驱动单元106发送接通信号时，接通信号将开关 Q2和Q4接通并且将开关Q1和Q3断开，此时在铁芯K中瞬时建立了起了磁场，在如图4所示的缠绕方式下，铁芯的左端为S极，右端为N极。在磁场的作用下，机械开关逆时针旋转，这可以对应于继电器110中的接通操作。显然，图3所示的驱动单元和继电器仅是示例，本实用新型可以采用任何合适的驱动单元和继电器，只要继电器能够根据控制单元的信号接通和断开即可。

回到图1，在一些实施方式中，为了确定继电器110是否已经动作，过欠压保护装置100还可以具有反馈单元107，反馈单元107连接至所述继电器的负载侧的中性线以检测所述负载侧的电流，在继电器110将供电线路断开的情况下，中性线N上是没有电流通过的，在继电器110将供电线路接通的情况下，中性线N上会有电流通过，该检测结果会被发送给控制单元104。控制单元104可以根据检测结果判断出继电器110是否相应于接通信号或断开信号正确地接通或断开，若没有则可以发出警告信号。反馈单元107可以采用现有技术中任何合适的电流检测方法，例如互感线圈法。

综上所述，根据本实用新型的实施例的过欠压保护装置具有故障未排除时的自锁功能以及故障排除后的手动复位功能。并且，通过一体化地实现手动复位装置和状态指示单元，还可以更紧凑地实施过欠压保护装置，从而缩小过欠压保护装置的体积。

图4示出了根据本实用新型的过欠压保护装置的示例操作流程图。在步骤S401中，过欠压保护装置上电初始化。在步骤S402中，控制单元104可以基于电压采样单元302提供的电压信号判断线路的电压是否正常(即不存在过欠电压)。如果是(即不存在过欠电压)，则进入步骤S403，控制单元104 使得指示单元105指示当前线路中的电压正常；如果否(即存在过欠电压)，则进入步骤S404，控制单元104使得指示单元105指示当前线路中存在过欠电压，同时，控制单元104使得继电器110断开。

在继电器110的断开状态下，如果需要将继电器110重新接通，控制单元104需要在步骤S405中获得复位信号，其由用户操作手动复位装置103 产生。继而，在步骤S406中，控制单元104会再次判断线路中的电压是否正常。如果线路中的电压恢复了正常，则进入步骤S407，控制单元104将继电器重新接通。如果线路中仍然存在过电压或欠电压，则回到步骤S404，控制单元104不响应该复位信号，继续保持继电器的断开状态。换言之，当过欠压故障未被排除时，控制单元104自动判断出线路中仍旧存在过欠电压，此时用户通过手动操作手动复位装置103提供的复位信号的优先级比仍旧存在过欠电压的状态的优先级低，因此复位信号不会传达到继电器110，即通过手动复位装置103的手动复位不起作用，实现自锁的功能。当过欠压故障已经被排除的情况下，控制单元104自动判断出线路中已经不存在过欠电压，此时手动复位装置103提供的复位信号会起作用，并且会传达到继电器110，进而实现了手动复位电路的功能。

在一些实施方式中，控制单元104还可以在接收到复位信号之后对线路电压是否正常进行多次判断。例如，在接收到复位信号之后，控制单元104 判断出线路的电压正常，这时控制单元104先不将继电器110接通而是在预定的时间间隔之后再次判断线路电压是否正常，如果此时判断出线路电压依旧是正常的，控制单元104才会将继电器110接通。通过这种方式可以保证在电压完全稳定之后才将继电器110接通，避免了正在波动的电压对电气设备的影响以及可能造成的继电器的反复断开和接通。

本实用新型中涉及的电路、单元、器件、装置、设备、系统的方框图仅作为示例性的例子并不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些电路、单元、器件、装置、设备、系统，只要能够实现所期望的目的即可。本实用新型中涉及的电路、单元、器件、装置可以采用任何合适的方式实现，例如采用专用集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)等，也可以采用通用处理器结合已知程序。

本领域技术人员应该理解，上述的具体实施例仅是例子而非限制，可以根据设计需求和其它因素对本实用新型的实施例进行各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在所附权利要求或其等同的范围内，即属于本实用新型所要保护的权利范围。

Claims (8)

1.一种过欠压保护装置，其特征在于包括电源单元、电压采样单元、手动复位装置和控制单元，

所述电源单元连接至所述电压采样单元和所述控制单元，用于对所述电压采样单元和所述控制单元进行供电，

所述电压采样单元连接至待测线路的中性线以及一条或多条相线，以测量所述中性线以及一条或多条相线上的电压，并且将测得的电压信号发送给所述控制单元，

所述手动复位装置连接至所述控制单元，用于用户手动操纵并向所述控制单元发送复位信号，

所述控制单元用于接收所述电压采样单元传送的电压信号和所述手动复位装置发送的复位信号，以及响应于接收到所述复位信号且所述电压信号不表示过欠电压状态将继电器接通。

2.根据权利要求1所述的过欠压保护装置，其特征在于还包括状态指示单元，

所述状态指示单元连接至所述控制单元，用于根据所述控制单元的控制指示所述待测线路是否处于所述过欠电压状态。

3.根据权利要求2所述的过欠压保护装置，其特征在于，所述状态指示单元通过所述手动复位装置指示所述待测线路是否处于所述过欠电压状态。

4.根据权利要求3所述的过欠压保护装置，其特征在于，

所述手动复位装置包括复位按钮和微动开关，所述复位按钮的第一端位于所述过欠压保护装置的外部用于用户手动按压，所述复位按钮与所述微动开关机械连接，所述复位按钮的运动推动所述微动开关以使所述微动开关产生所述复位信号，

所述状态指示单元包括指示灯，所述复位按钮为导光柱，所述指示灯对准所述复位按钮的第二端使得所述指示灯的灯光被所述复位按钮导向所述复位按钮的第二端。

5.根据权利要求1所述的过欠压保护装置，其特征在于所述过欠压保护装置不包括自动复位功能。

6.根据权利要求1所述的过欠压保护装置，其特征在于

所述控制单元响应于所述电压信号表示过欠电压状态将所述继电器断开。

7.根据权利要求1所述的过欠压保护装置，其特征在于

所述过欠压保护装置还包括驱动单元，

所述控制单元响应于接收到所述复位信号且所述电压信号不表示过欠电压状态向所述驱动单元发送接通信号以及响应于所述电压信号表示过欠电压状态向所述驱动单元发送断开信号，

所述驱动单元基于所述接通信号或所述断开信号将所述继电器接通或断开。

8.根据权利要求7所述的过欠压保护装置，其特征在于还包括反馈单元，

所述反馈单元用于连接至所述继电器的负载侧的中性线以检测所述负载侧的电流，并将检测结果发送至所述控制单元。

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