CN2788432Y - 浪涌抑制及漏电触电过压、过流综合保护装置 - Google Patents
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Abstract
一种浪涌抑制及漏电触电过压、过流综合保护装置，其特征是采用微处理器、在其外围设置各保护单元，以大功率半导体可控开关组件为执行器件；由微处理器控制开关组件的开关状态，以互换被保护交流电路的零线与火线极性的方式进行不间断供电的触电、漏电保护；由微处理器控制开关组件中相应开关的导通角，以动态电压调整进行系统非正常电压升高保护。本实用新型应用在220V电力供电系统中，可实现以连续供电为前提的各种电路保护，包括浪涌抑制；系统非正常过压调整；过流、短路、触电、漏电保护。
Description
应用领域
本实用新型涉及一种应用于单相交流220V电力系统中的抑制浪涌、实现过压、过流、漏电、触电的保护装置。
背景技术：
在我国现有的单相交流220V民用系统中，电能的输送均通过两根导线来进行，一根为零线，另一根为火线。为了降低设备漏电时对人身的伤害，外加一根用于接地保护的地线。正常情况下，零线与大地之间的电位差恒为零，火线与大地的电位差等于系统电源电压。
为了确保用户或用电设备在某些非正常情况下的事故扩大(如线路过载、短路诱发火灾；触电漏电造成人身伤亡事故)，我国绝大多数居民用电系统在用户进线端均安装有自动空气开关及漏电保护器，此类设备所具有的自动断电保护功能在一定程度上能抑制某些恶性事故的扩大，但却对广大用户正常、高质量用电的许多需求无法满足，主要体现在以下几个方面：
1、随着微电子技术的突飞猛进，电子产品集成度不断提高，家用办公用微电子设备如电脑、开关电源设备、网络设备中的控制芯片的过电压耐受能力比以前更加脆弱，每年雷雨季节由于浪涌造成的用户设备损坏不计其数，电源线即是大多数浪涌袭入的能量传递通道，而已有的空气开关及漏电保护装置未能提供这种保护能力。
2、内含微处理器MCU的网络家电设备、时序控制设备PLC，电脑等带有动态存储器RAM及硬盘等精密机电部件设备已大量进入普通居民家庭及办公场所，此类设备由于非预期断电造成的资料丢失、设备损坏、控制失常间接造成的损失及麻烦很难直接用金钱估算，这类用电设备对供电的连续性提出了比以往高的多的要求。而目前所有的漏电保护装置都是通过跳闸切断电源供应的方式起漏电及触电保护作用，对连续供电极度不利。
3、普通用电设备对电源电压的非正常升高适应能力很差，一般不超过系统正常供电电压的10％，偶发的供电事故如错相，变压器中性线断线等造成220V电压升高到380V，将造成大面积的用户用电设备的损坏。而目前的各类断路及漏电保护器均无法对此类非正常电压升高带来的危害起保护作用。
目前常规使用的保护或动作装置具体存在的不足包括：
1、占据日常生活99％以上的市场份额的常规空气开关普遍采用双金属片检测过热，通过电磁线圈检测过流。但因其通过机械动作方式开断电源，响应速度慢，多次重复动作可靠性差，电流动作曲线不平坦，应对小电流长时间过载时的动作特性很差，有可能出现自身烧坏了还没有动作的情况。
2、常规的漏电触电保护装置在平衡保护灵敏度与供电可靠性两者的关系时难以两全。当保护动作电流整定得过小时，容易引起保护误动作，供电可靠性下降；当跳闸电流整定的较大时，保护灵敏度下降，触电人员的人身安全得不到保障。另外其保护动作电流不能整定且误差较大，批量生产一致性差，调整费力。
3、常规的保护装置或空气开关在瞬时过流或短路动作后，对后续电路无法进行状态检测，无法实现安全的自动重合闸功能，给短时性故障的恢复送电工作带来麻烦。同时保护动作的原因也无明确指示。常造成故障判断困难，增加线路维修时间及成本。
4、常规的保护装置无法对系统非正常电压升高进行有效保护，而这种故障一旦发生，损失将是惨重的，将造成大面积的用户设备烧毁。
中国专利：一种漏电触电、过流、过压保护装置，专利号为99258893.6，其漏电触电电流及过流过压的检测触发均采用了电子线路，动作值较为准确，保护功能也较为全面，特别是将系统非正常电压升高的防护功能增加到产品中。但其依然存在很多缺点。主要表现在：
1、触电、漏电保护功能沿用了以往的事故处理思路：当检测到漏电或触电事故发生时，通过切断供电电源的方式，保护被保护器件或人员免受过电危害。动作后供电中断，供电可靠性及连续性得不到保证。
2、系统非正常电压升高的防护功能在一定程度上可以避免大范围的设备损坏，但其采用的是通过继电器带动脱扣开关的动作方式，开断总动作时间不会低于100ms，在这段时间内，系统高电压多次达到峰值，对某些脆弱的电子设备的保护作用不明显。同时还是采用切断电源供应的事故处理思路，导致供电中断。
发明内容：
本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种浪涌抑制及漏电触电过压、过流综合保护装置。在确保连续供电的前提下实现电网过压动态调整及触电、漏电保护功能。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：
本实用新型的结构特点是采用微处理器MCU、在所述微理器MCU的外围分别设置漏电触电保护单元、非正常电压升高保护单元、过流、短路保护及重合闸单元，以及电涌及浪涌过电压保护单元，以大功率半导体可控开关组件K-SCR为执行器件；由所述微处理器MCU控制大功率半导体可控开关组件K-SCR的开关状态，以互换被保护交流电路的零线与火线极性的方式进行不间断供电的触电、漏电保护；由所述微处理器MCU控制所述开关组件K-SCR中相应开关的导通角，以动态电压调整进行系统非正常电压升高保护。
本实用新型的结构特点也在于所述大功率半导体可控开关组件K-SCR由时序互锁的半导体可控开关SCR1、SCR2、SCR3、SCR4采用交叉短接桥方式连接；以开关SCR1，SCR2的一个输入端短接并接入火线入端，以器件SCR3，SCR4的一个输入端短接并接入零线入端；以器件SCR1，SCR3的另一端短接作为输出1端，以器件SCR2，SCR4的另一端短接作为输出2端。
本实用新型是以智能化的低功耗微处理器MCU为检测运算控制设备，以大功率快速响应的非线性器件TVS管及大功率可控开关组件为动作元件，实现了包括浪涌抑制；系统非正常过压调整；过流、短路、触电、漏电保护等在内的多种保护功能。与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：
1、本实用新型对于漏电或触电的保护是通过调换后续线路的火线与零线的级性而实现，既保证了线路的连续供电，又能使被保护对象脱离火线，间接摆脱电源电压，极大的提高了触电人员的健康保护系数，供电可靠性也有了很大提高。
2、本实用新型中大功率可控开关组件通过交叉短接桥联的接线方式，灵活的克服了双向可控硅等大功率半导体电子开关普遍存在关断后存在漏电流的缺点，(通常情况下，大功率硅元件因漏电流的存在，不能从根本上隔离高压，较少应用于保护设备中)将其推广应用到交流线路的保护设备中，扩大了其应用范围。
3、本实用新型通过检测系统电压，控制大功率可控开关组件的开通角大小，动态调整输出电压，达到电压调整目的，可在连续供电的情况下抑制电网电压的非正常升高。可起到动态电压调节器的作用。另一方面，浪涌抑制单元的设置，除有效抑制可控硅自身在开闭切换过程中产生的过电压外，还可以保护室内用电设备免受浪涌及过电压的危害。起到防雷及电涌保护的作用。
4、本实用新型具有安全可靠的自动重合闸功能。
附图说明：
图1为本实用新型大功率可控开关组件接线示意图。
图2为本实用新型的电路原理框图。
具体实施方式：
参见图1、图2，本实施例采用低功耗微处理器MCU及大功率半导体可控开关组件K-SCR，其保护单元包括：
漏电触电保护单元：
以零序差动电压互感器TV1为检测器件，以系统触电、漏电电流幅值、相位及突变量为被测信号，经微处理器MUC判断，由隔离驱动电路输出时序互锁的反转控制信号，以该控制信号作为大功率可控开关组件K-SCR中各半导体可控开关SCR1、SCR2、SCR3、SCR4的开关状态控制信号。以零序差动电压互感器TV1不断检测系统触电、漏电电流幅值、相位及突变量，输入到MCU微处理器中，当系统判断为触电或漏电事故时，MCU发出控制信号，在电压过零时，以时序互锁的方式控制SCR1、SCR4与SCR2、SCR3大功率可控开关分组开闭；转换输出端火线零线极性。同时驱动状态指示报警单元中的蜂鸣器YR发出报警信号，并点亮输出极性反转指示发光管D2。
非正常电压升高保护单元：
以电压互感器TV2为检测器件，以系统电压值为被测信号，经微处理器MCU判断，在隔离驱动电路中输出大功率可控开关组件K-SCR中各半导体可控开关SCR1、SCR2、SCR3、SCR4的开通角控制信号。由电压互感器TV2检测系统电压值，输入到微处理器MCU中进行AD转换。计算出系统电压平均值，与标准值进行比较，进而控制SCR1、SCR4与SCR2、SCR3两组中某组两个大功率可控开关的开通角，调整输出端电压使其保持在正常范围内。
过流及短路保护及重合闸单元：
以电流互感器TA1为检测器件，以系统电流幅值为被测信号，经微处理器MCU判断，在隔离驱动电路中输出大功率可控开关组件K-SCR中各半导体可控开关SCR1、SCR2、SCR3、SCR4的关断控制信号，经延时后输出合闸控制信号。以电流互感器TA1检测系统电流幅值I，输入到微处理器MCU中进行AD转换，当电流幅值I及变化率ΔI/Δt超过系统整定值时，SCR1、SCR4或SCR2、SCR3立即关闭，发出短声报警20秒，同时点亮过流报警指示发光管D1，经过一分钟后，通过控制SCR的导通角，以系统正常电压的1/10的值向后续电路供电，检测输出电流幅值。如系统电流恢复正常，自动重合闸供电，否则关闭大功率可控组件输出，并持续短声报警。
电涌及浪涌过电压保护单元：
在供电回路中设置由大功率半导体放电管TVS1、TVS2构成的浪涌抑制单元。在供电输入端有浪涌过电压时，过电压能量被大功率半导体放电管TVS1及TVS2吸收。
大功率可控开关组件K-SCR：
如图1所示，其组件中半导体可控开关采用交叉短接桥的连接方式，以器件SCR1，SCR2的一个输出端短接并接入火线入端，以器件SCR3，SCR4的一个输入端短接并接入零线入端；以器件SCR1，SCR3的另一个输出端短接作为输出1端线，以器件SCR2，SCR4的另一个输出端短接作为输出2端线。开关组件通过不同的控制方式，可实现对调输出1端线和输出2端线的电压极性、调节输出端电压、或完全关断等操作。通过时序互锁的方式所实现的工作状态如下表所示：
| 输出端状态 | 大功率可控组件中各元件的状态 | |
| SCR2、SCR3 | SCR1、SCR4 | |
| 正常供电时 | 导通，输出1端线为火线、输出2端线为零线 | 关断 |
| 漏电触电保护导致极性反转时 | 原来导通则关闭，原来关闭则导通，状态与SCR1、SCR4的状态相反 | 原来关闭则导通，原来导通则关闭，与SCR2、SCR3状态相反 |
| 电压调整时 | 原状态为关闭时关闭，原状态为导通时交流过零后经过t时间后导通(t大小视Uin值) | 原状态为关闭时关闭，原状态为导通时交流过零后经过t时间后导通(t大小视Uin值) |
| 短路或过流使输出关闭时 | 关闭 | 关闭 |
| 抗漏电关闭时 | 先全部关闭，交流过零后，开通SCR4 | |
本实用新型可广泛应用于220V低压配电系统各级，实现快速的、高灵敏度的、可靠的、不间断供电的漏电触电及系统非正常电压升高的保护，并具有浪涌保护功能。
Claims (6)
1、一种浪涌抑制及漏电触电过压、过流综合保护装置，其特征是采用微处理器MCU、在所述微理器MCU的外围分别设置漏电触电保护单元、非正常电压升高保护单元、过流、短路保护及重合闸单元，以及电涌及浪涌过电压保护单元，以大功率半导体可控开关组件K-SCR为执行器件；由所述微处理器MCU控制大功率半导体可控开关组件K-SCR的开关状态，以互换被保护交流电路的零线与火线极性的方式进行不间断供电的触电、漏电保护；由所述微处理器MCU控制所述开关组件K-SCR中相应开关的导通角，以动态电压调整进行系统非正常电压升高保护。
2、根据权利要求1所述装置，其特征是所述大功率半导体可控开关组件K-SCR由时序互锁的半导体可控开关SCR1、SCR2、SCR3、SCR4采用交叉短接桥方式连接；以开关SCR1，SCR2的一个输入端短接并接入火线入端，以器件SCR3，SCR4的一个输入端短接并接入零线入端；以器件SCR1，SCR3的另一端短接作为输出1端，以器件SCR2，SCR4的另一端短接作为输出2端。
3、根据权利要求2的所述的装置，其特征是所述漏电触电保护单元是以零序差动电压互感器TV1为检测器件，以系统触电、漏电电流幅值、相位及突变量为被测信号；经微处理器MUC判断，在隔离驱动电路中输出时序互锁的过零反转控制信号，以该控制信号作为大功率可控开关组件K-SCR中各半导体可控开关SCR1、SCR2、SCR3、SCR4的开关状态控制信号。
4、根据权利要求2所述的装置，其特征是所述非正常电压升高保护单元是以电压互感器TV2为检测器件，以系统电压值为被测信号，经微处理器MCU判断，在隔离驱动电路中输出大功率可控开关组件K-SCR中各半导体可控开关SCR1、SCR2、SCR3、SCR4的开通角控制信号。
5、根据权利要求2的所述的装置，其特征是过流、短路保护及重合闸单元是以电流互感器TA1为检测器件，以系统电流幅值为被测信号，经微处理器MCU判断，由隔离驱动电路输出大功率可控开关组件K-SCR中各半导体可控开关SCR1、SCR2、SCR3、SCR4的关断控制信号，经延时、判断后实现过流关闭输出或实现重合闸。
6、根据权利要求2所述的装置，其特征是所述电涌及浪涌过电压保护单元：是在供电回路中设置大功率半导体放电管TVS1、TVS2。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: ANHUI SAIPU ELECTRIC CO., LTD Free format text: FORMER OWNER: LI YAN Effective date: 20100504 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 230011 ROOM 409, TIANYIGUOJI BUSINESS CENTER, NO.669, CHANGJIANG WEST ROAD,HEFEI CITY, ANHUI PROVINCE TO: 238335 YAOGOU INDUSTRIAL DISTRICT, WUWEI COUNTY, CHAOHU CITY, ANHUI PROVINCE |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20100504 Address after: 238335 Yao Gou Industrial Zone, Chaohu, Anhui, Wuwei County Patentee after: Anhui Saipu Electric Co., Ltd. Address before: 409, Tian Yi International Business Center, room 669, 230011 West Changjiang Road, Anhui, Hefei Patentee before: Li Yan |
|
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20060614 Termination date: 20120406 |