電流互感器的線路故障監(jiān)測電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種電流互感器的線路故障監(jiān)測電路，其包括：電流參數(shù)采集單元、電流互感器線路監(jiān)測單元、信號放大單元和中央處理單元；電流參數(shù)采集單元及信號放大單元分時完成配電回路的電流信號及電流互感器線路監(jiān)測信號的采集、放大，并傳遞給中央處理單元，中央處理單元通過分析處理分別得出配電回路的電流大小及電流互感器的連接線路狀態(tài)，并通過顯示屏實時顯示當前回路的電流參數(shù)；當偵測到電流互感器的連接線路處于異常狀態(tài)時，即刻發(fā)出故障報警音響。本實用新型的優(yōu)點是：采用可控、分時監(jiān)測的方法來規(guī)避線路監(jiān)測對正常電流參數(shù)測量的影響，對線路監(jiān)測和電流參數(shù)測量分時進行。
【專利說明】電流互感器的線路故障監(jiān)測電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種線路監(jiān)測電路，具體是一種電流互感器的線路故障監(jiān)測電路。

【背景技術(shù)】
[0002]在一般的線路監(jiān)測電路中(如:繼電器、風(fēng)機等)，都會采用一個固定的、遠低于被測設(shè)備動作電壓的低電壓來進行線路監(jiān)測，這樣既可以監(jiān)控被測設(shè)備，又不至于造成設(shè)備動作。
[0003]而電流互感器就不適合采用這種檢測方法來進行線路監(jiān)測，原因如下:
[0004]I)電流互感器本身是測量電流大小的，而且互感器的感應(yīng)電流非常小:一般互感器變比為2000:1，2A電流也只能產(chǎn)生ImA的感應(yīng)電流，而象剩余電流(即漏電流)就更加微弱，正常剩余電流只有幾十到幾百毫安，其得到的感應(yīng)電流就只有幾十到幾百微安，如果疊加一個外部電流(下稱偏置電流)就會對測量電流造成極大影響，甚至被偏置電流淹沒；
[0005]2)偏置電流大小與互感器的線圈阻抗有直接關(guān)系，而互感器的線圈阻抗的一致性較差，這樣就造成疊加的電流大小不一致，其一致性所造成的誤差值就可能覆蓋了測量值，也就使得互感器的主要功能一電流測量極不準確，所以市場上的各類電力儀表均未見有對電流互感器進行線路監(jiān)測的。
[0006]現(xiàn)有的電流測量儀表及各類有關(guān)的帶電流測量的控制器因未解決線路監(jiān)測對正常參數(shù)測量所造成的影響，使得這類使用場所均未對電流傳感器的連接線路進行線路監(jiān)測。
[0007]在不作線路監(jiān)測的情況下，如果現(xiàn)場接線端子松動或嚙齒類動物咬斷連接線路，將會造成電流互感器開路，而電流互感器是嚴禁開路的一電流互感器二次側(cè)開路就相當于一個升壓變壓器，電壓值會相當高，將會使得現(xiàn)場操作人員存在嚴重的安全隱患。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種電流互感器的線路故障監(jiān)測方法，在不加固定偏置電流的情況下，既能夠完成電流互感器信號輸出線纜的監(jiān)測，又不影響正常電流參數(shù)的測量，有效保障了用電安全。
[0009]按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述的電流互感器的線路故障監(jiān)測電路包括:電流參數(shù)采集單元、電流互感器線路監(jiān)測單元、信號放大單元和中央處理單元，所述電流參數(shù)采集單元、電流互感器線路監(jiān)測單元連接電流互感器，電流互感器線路監(jiān)測單元連接電流參數(shù)采集單元和中央處理單元，電流參數(shù)采集單元的輸出經(jīng)過信號放大單元連接中央處理單元；電流參數(shù)采集單元及信號放大單元分時完成配電回路的電流信號及電流互感器線路監(jiān)測信號的采集、放大，并傳遞給中央處理單元，中央處理單元通過分析處理分別得出配電回路的電流大小及電流互感器的連接線路狀態(tài)，并通過顯示屏實時顯示當前回路的電流參數(shù)；當偵測到電流互感器的連接線路處于異常狀態(tài)(包括短路和斷路的狀態(tài))時，即刻發(fā)出故障報警音響。
[0010]所述中央處理單元還可以通過485通訊模塊將電流參數(shù)及線路故障信息上傳至監(jiān)控后臺O
[0011]具體的，所述電流互感器線路監(jiān)測單元包括三極管Q2，三極管Q2的基極經(jīng)過電阻R4連接中央處理單元的1 口，三極管Q2發(fā)射極經(jīng)過電阻R3連接基準電壓，三極管Q2集電極連接到電流互感器Tl的非接地端；所述電流參數(shù)采集單元包括連接在電流互感器Tl兩端的:電阻R25、TVS 二極管D6和電容C4 ;所述信號放大單元包括運算放大器U5B，電流互感器Tl的非接地端經(jīng)過電阻R14連接運算放大器U5B的反相輸入端，運算放大器U5B的反相輸入端還經(jīng)過電阻R17連接自身輸出端，運算放大器U5B的同相輸入端經(jīng)過電阻R15接地，運算放大器U5B的輸出端再經(jīng)過RC濾波電路連接到中央處理單元的AD采集口；當測量電流信號時，中央處理單元通過1 口輸出高電平，使得三極管Q2處于截止狀態(tài)，測試電路不導(dǎo)通，此時電流互感器產(chǎn)生的感應(yīng)電流通過電阻R25轉(zhuǎn)化成電壓信號Ul，并通過運算放大器U5B放大后得到U2，U2輸入中央處理單元AD采集口，由中央處理單元進行數(shù)據(jù)處理得到被測電流值，此時的測量值僅僅與被測電流相關(guān)；當監(jiān)測電流互感器線路時，中央處理單元通過1 口輸出低電平，使得三極管Q2處于導(dǎo)通狀態(tài)，測試電路導(dǎo)通。
[0012]本實用新型的優(yōu)點是:本實用新型采用“可控”、“分時”監(jiān)測的方法來規(guī)避線路監(jiān)測對正常電流參數(shù)測量的影響:1、增加由中央處理單元的1 口控制的三極管來控制線路監(jiān)測電路；2、對線路監(jiān)測和電流參數(shù)測量分時進行，在監(jiān)測線路時不進行參數(shù)測量，同樣在測量正常電流參數(shù)時通過中央處理單元的1 口關(guān)閉線路監(jiān)測電路。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0014]圖2是本實用新型的工作流程圖。
[0015]圖3是本實用新型的電路原理圖。

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0017]如圖1所示，本實用新型包括:電流參數(shù)采集單元、電流互感器線路監(jiān)測單元、信號放大單元、中央處理單元及人機對話、通訊等輔助單元。所述電流參數(shù)采集單元、電流互感器線路監(jiān)測單元連接電流互感器，電流互感器線路監(jiān)測單元連接電流參數(shù)采集單元和中央處理單元，電流參數(shù)采集單元的輸出經(jīng)過信號放大單元連接中央處理單元。所述中央處理單元還可以連接有按鍵處理單元、RS485通訊模塊、指示燈、報警音響及顯示單元等。
[0018]電流參數(shù)采集單元及信號放大單元分時完成配電回路的電流信號及互感器線路監(jiān)測信號的采集、放大，并傳遞給中央處理單元，中央處理單元通過分析處理分別得出配電回路的電流大小及電流互感器的連接線路狀態(tài)，并實時顯示當前回路的電流參數(shù)，并當偵測到電流互感器的連接線路處于異常狀態(tài)(短路或斷路)時，即刻發(fā)出故障報警音響，提醒操作人員引起注意。本實用新型還可通過RS485通訊模塊將電流參數(shù)及線路故障信息上傳至監(jiān)控后臺，以保障用電安全。
[0019]如圖2所示為本實用新型電路的處理流程:本實用新型設(shè)備上電后進行系統(tǒng)參數(shù)初始化，然后關(guān)閉電流互感器線路監(jiān)測電路，進行漏電流參數(shù)采集，并對參數(shù)進行運算處理并實時顯示。當正常電流參數(shù)采集完成后即開啟電流互感器線路監(jiān)測電路，并對開啟線路監(jiān)測后的電流信號進行參數(shù)處理、分析，判別是否存在電流互感器連接線的短路、斷路等線路異常狀態(tài)，如果存在異常，則發(fā)出線路故障告警信號。而后將進入下一個處理流程，循環(huán)往復(fù)。電流互感器線路監(jiān)測單元主要是為了防止電流互感器的輸出線路開路，并因輸出線路開路導(dǎo)致高壓，給操作人員帶來安全隱患。
[0020]圖3右下方框內(nèi)電路為電流參數(shù)采集單元，右上方框內(nèi)電路為電流互感器線路監(jiān)測單元，左側(cè)為電流及線路監(jiān)測參數(shù)放大部分。電流互感器線路監(jiān)測單元包括三極管Q2，三極管Q2的基極經(jīng)過電阻R4連接中央處理單元(以單片機為例)的1 口 Line_Test，三極管Q2發(fā)射極經(jīng)過電阻R3連接基準電壓VCC，三極管Q2集電極連接到電流互感器Tl的非接地端；電流參數(shù)采集單元包括連接在電流互感器Tl兩端的:電阻R25、TVS 二極管D6 (雙向瞬態(tài)抑制二極管P6KE5.0CA)和電容C4 ;信號放大單元包括運算放大器U5B，電流互感器Tl的非接地端經(jīng)過電阻R14連接運算放大器U5B的反相輸入端，運算放大器U5B的反相輸入端還經(jīng)過電阻R17連接自身輸出端，運算放大器U5B的同相輸入端經(jīng)過電阻R15接地，運算放大器U5B的輸出端再經(jīng)過RC濾波電路連接到單片機的AD采集口 AN_IL。
[0021]具體原理為:當測量電流信號時，單片機通過1 口 Line_Test輸出高電平，使得三極管Q2處于截止狀態(tài)，測試電路不導(dǎo)通，此時電流互感器產(chǎn)生的感應(yīng)電流通過R25轉(zhuǎn)化成電壓信號Ul，并通過運放U5B放大后得到U2，U2輸入單片機AD采集口 AN_IL，由單片機進行數(shù)據(jù)處理得到被測電流值，此時的測量值僅僅與被測電流相關(guān)，與線路監(jiān)測單元電路毫無關(guān)系。
[0022]當監(jiān)測電流互感器線路時，單片機即通過1 口 Line_Test輸出低電平，使得三極管Q2處于導(dǎo)通狀態(tài)，測試電路導(dǎo)通，此時分成以下3種情況:
[0023]I)正常情況下:測試電路產(chǎn)生的電流Il分成兩路:流經(jīng)R25的12和流經(jīng)電流互感器本身的13，在無外部感應(yīng)電流(交流電流)時電壓Ul為R25與RO并聯(lián)后與R3組成分壓電路的分壓值，這個值就是一個固定值:U1=( (R25//R0) / ((R25//R0) +R3)) *VCC，如果測得這樣一個固定的電壓值，我們就可以判斷電流互感器線路正常；當有外部感應(yīng)電流時，Ul就是一個分壓值和感應(yīng)電流在R25上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的綜合值，感應(yīng)電流是交流信號，所以此時的Ul電壓是一個交直流綜合信號，是不斷變化的信號:10ms偏高(正半周)、1ms偏低(負半周)，我們可以根據(jù)這個變化的性狀也可以判定現(xiàn)在電流互感器處于正常狀態(tài)。
[0024]2)當電流互感器線路短路時，Ul=O V，非常方便的可以加以判定。
[0025]3)當電流互感器線路開路時，Ul的電壓就是一個固定的、R25與R3組成的分壓電路的分壓值:Ul= (R25/(R25+R3)) * VCC，而且永遠不會有變化(AD采集誤差變化除外)。
[0026]本實用新型消除了電流傳感器線路故障監(jiān)測(斷線及短路監(jiān)測)對正常電流參數(shù)測量所造成的影響。還可利用交流被測信號的交變性能來判別電流互感器線路的正常性。
[0027]本實用新型在實施時需要考慮以下因素:
[0028]1、因線路監(jiān)測電流疊加在正常電流參數(shù)上，在進行線路監(jiān)測時需確定正常電流參數(shù)在最大電流和最小電流情況下對線路監(jiān)測的影響程度，不能因為正常測量電流的存在而引起線路監(jiān)測的誤判；
[0029]2、考慮三極管的關(guān)斷速度影響，線路監(jiān)測回路被關(guān)閉后，多長時間開始正常電流參數(shù)測量最合適是需要充分考慮三極管的特性和實際測量。
【權(quán)利要求】
1.電流互感器的線路故障監(jiān)測電路，其特征是，包括:電流參數(shù)采集單元、電流互感器線路監(jiān)測單元、信號放大單元和中央處理單元，所述電流參數(shù)采集單元、電流互感器線路監(jiān)測單元連接電流互感器，電流互感器線路監(jiān)測單元連接電流參數(shù)采集單元和中央處理單元，電流參數(shù)采集單元的輸出經(jīng)過信號放大單元連接中央處理單元；電流參數(shù)采集單元及信號放大單元分時完成配電回路的電流信號及電流互感器線路監(jiān)測信號的采集、放大，并傳遞給中央處理單元，中央處理單元通過分析處理分別得出配電回路的電流大小及電流互感器的連接線路狀態(tài)，并通過顯示屏實時顯示當前回路的電流參數(shù)；當偵測到電流互感器的連接線路處于異常狀態(tài)時，即刻發(fā)出故障報警音響。
2.如權(quán)利要求1所述電流互感器的線路故障監(jiān)測電路，其特征是，所述中央處理單元還連接有RS485通訊模塊，通過485通訊模塊將電流參數(shù)及線路故障信息上傳至監(jiān)控后臺。
3.如權(quán)利要求1所述電流互感器的線路故障監(jiān)測電路，其特征是，所述電流互感器的連接線路處于異常狀態(tài)包括短路和斷路的狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述電流互感器的線路故障監(jiān)測電路，其特征是，所述電流互感器線路監(jiān)測單元包括三極管Q2，三極管Q2的基極經(jīng)過電阻R4連接中央處理單元的1 口，三極管Q2發(fā)射極經(jīng)過電阻R3連接基準電壓，三極管Q2集電極連接到電流互感器Tl的非接地端；所述電流參數(shù)采集單元包括連接在電流互感器Tl兩端的:電阻R25、TVS 二極管D6和電容C4 ;所述信號放大單元包括運算放大器U5B，電流互感器Tl的非接地端經(jīng)過電阻R14連接運算放大器U5B的反相輸入端，運算放大器U5B的反相輸入端還經(jīng)過電阻R17連接自身輸出端，運算放大器U5B的同相輸入端經(jīng)過電阻R15接地，運算放大器U5B的輸出端再經(jīng)過RC濾波電路連接到中央處理單元的AD采集口 ；當測量電流信號時，中央處理單元通過.1 口輸出高電平，使得三極管Q2處于截止狀態(tài)，測試電路不導(dǎo)通，此時電流互感器產(chǎn)生的感應(yīng)電流通過電阻R25轉(zhuǎn)化成電壓信號U1，并通過運算放大器U5B放大后得到U2，U2輸入中央處理單元AD采集口，由中央處理單元進行數(shù)據(jù)處理得到被測電流值，此時的測量值僅僅與被測電流相關(guān)；當監(jiān)測電流互感器線路時，中央處理單元通過1 口輸出低電平，使得三極管Q2處于導(dǎo)通狀態(tài)，測試電路導(dǎo)通。
【文檔編號】G01R35/02GK204228942SQ201420709020
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】龍迎春, 顧曉群, 王軍, 嚴明燕 申請人:無錫韓光電器股份有限公司