專利名稱：一種直流系統(tǒng)級差保護(hù)及接地綜合監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種直流系統(tǒng)的級差保護(hù)和接地漏電監(jiān)測裝置，尤其是一種適用 于電力系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)用直流220V或直流110V，電信系統(tǒng)用48V電源的級差保護(hù)及接地綜 合監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中，電力設(shè)備正常運行時，直流系統(tǒng)為斷路器提供合閘電源，還為繼電
保護(hù)及自動裝置、通訊設(shè)備等提供直流電源。在系統(tǒng)出現(xiàn)電路故障時，特別是交流電源中斷
情況下，直流系統(tǒng)必須為繼電保護(hù)及自動裝置、斷路器的合跳閘、事故照明提供安全可靠的
直流電源，是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、自動裝置和斷路器上正確動作的基本保證。 在鐵路系統(tǒng)中，信號設(shè)備、通信設(shè)備靠直流系統(tǒng)供電，特別為涉及到行車安全的一
些重要信號設(shè)備提供后備電源，它的有無直接關(guān)系到行車的安全。 在電信系統(tǒng)中，直流系統(tǒng)是電信機(jī)房中通信設(shè)備裝置的電源，在交流電消失時，直 流系統(tǒng)必須為這些設(shè)備提供后備電源，保證通信正常和數(shù)據(jù)的保存，它的可靠性關(guān)系到電 信系統(tǒng)的安全。 目前，直流系統(tǒng)回路一般都在2級以上，仍采用熔斷器或直流微型斷路器作為分 級開關(guān)，過流或短路后的故障切除，由分級開關(guān)斷開。由于熔斷器存在的分散性和熱脆性， 微型斷路器跳閘時間的不確定性，屢次發(fā)生屬于末級的分級開關(guān)跳開，切除故障回路，但是 分級開關(guān)動作時間長，沒有動作，越級變成上級分級開關(guān)動作，甚至總直流開關(guān)動作，不能 完成級差保護(hù)，造成直流供電電源消失，導(dǎo)致事故迅速蔓延擴(kuò)大，造成電力系統(tǒng)災(zāi)難性的設(shè) 備損壞和事故，鐵路系統(tǒng)的停運，電信系統(tǒng)通信中斷。 另外，直流系統(tǒng)的最初故障都是由直流系統(tǒng)接地開始，逐步擴(kuò)大。但熔斷器或直流
微型斷路器不能及時地發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)接地，同樣導(dǎo)致事故迅速蔓延擴(kuò)大。
1、使用熔斷器的缺限熔斷器采用熱熔效應(yīng)原理開斷故障電流，但目前熔斷器生
產(chǎn)廠家較多，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，熔斷片和零件材料的差異，并不能完全保證產(chǎn)品質(zhì)量的同
一性，所以即使同一廠家、同一型號的熔斷器，其參數(shù)也有一定的分散性，每個熔斷器的分
斷能力、安秒特性有一定的實際偏差，完成不了級差保護(hù)的功能，并且直流系統(tǒng)接地?zé)o法及
時監(jiān)測。 2、使用微型斷路器的缺限斷路器采用磁效應(yīng)與熱效應(yīng)相結(jié)合，同樣存在安秒特 性曲線不一致的問題；有的廠家只能實現(xiàn)直流正極或負(fù)極單側(cè)保護(hù)；很多斷路器在短路電 流大到一定程度時，二者動作接近，會造成越級；即使同一生產(chǎn)廠家同廠、同型號、同批次生 產(chǎn)的直流斷路器，安秒特性也不一致，并且電流、時間級差很?。粩嗦菲鞯墓逃袆幼鲿r間不 一致，斷路器銘牌上沒有標(biāo)出固有動作時間，無法保證上級斷路器固有動作時間不小于下 級固有動作時間；另外斷路器的電流、時間級差無法設(shè)置；完成不了直流系統(tǒng)的級差保護(hù) 和接地監(jiān)測功能。
因此，設(shè)計一種具有級差保護(hù)和接地漏電監(jiān)測功能的直流系統(tǒng)級差保護(hù)和接地漏
3電監(jiān)測裝置，是目前需要解決的技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有級差保護(hù)和接地漏電監(jiān)測功能的直
流系統(tǒng)級差保護(hù)和接地漏電監(jiān)測裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案是 —種直流系統(tǒng)級差保護(hù)及接地綜合監(jiān)測裝置，由斷路器、正極霍爾電流傳感器、負(fù) 極霍爾漏電流傳感器、霍爾漏電流傳感器、MCU微控制器、繼電器、電磁鐵、485通訊、報警端 口、故障指示燈、設(shè)定撥碼裝置、電源變換裝置和法拉電容組成，直流系統(tǒng)的正極、負(fù)極一路 經(jīng)過斷路器后，正極再穿過霍爾電流傳感器、負(fù)極再穿過霍爾漏電流傳感器后同時穿過霍 爾漏電流傳感器出去，直流系統(tǒng)正極、負(fù)極的另一路直接給電源變換裝置供電，電源變換裝 置將高電壓變換成低電壓后經(jīng)法拉電容給正極霍爾電流傳感器、霍爾漏電流傳感器、負(fù)極 霍爾電流傳感器、MCU微控制器、繼電器、電磁鐵、485通訊、報警端口 、故障指示燈、設(shè)定撥 碼裝置供電，正極霍爾電流傳感器、負(fù)極霍爾漏電流傳感器和霍爾漏電流傳感器將檢測到 的信號傳遞給MCU微控制器，MCU微控制器進(jìn)行計算、分析后將結(jié)果分別傳遞給485通訊、 報警端口、故障指示燈、設(shè)定撥碼裝置和繼電器，從而發(fā)出不同的指示信號或執(zhí)行相應(yīng)的動 作，繼電器的動作再進(jìn)一步傳遞給電磁鐵，由電磁鐵控制斷路器的動作。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案還可以是 本發(fā)明所述的電源變換具有將直流220V、110V或48V同時轉(zhuǎn)換為直流+12V、-12V、 +5V的功能，所述的法拉電容(13)設(shè)置有直流+12V、 -12V、 +5V多個直流輸出端口，電源變 換裝置和法拉電容能夠同時給需要不同電壓的MCU微控制器、繼電器、電磁鐵、485通訊、報 警端口 、故障指示燈、設(shè)定撥碼裝置和電源變換裝置供電。 本發(fā)明所述的法拉電容為多個不同的串聯(lián)電容組，每個串聯(lián)電容組與直流系統(tǒng)的 正極、負(fù)極的連接方法不同，所述的法拉電容的多個直流輸出端口即多個串聯(lián)電容組的輸 出端。 本發(fā)明所述的設(shè)定撥碼裝置為級差設(shè)定裝置，用于向MCU微控制器設(shè)定級差定值 和時間定值。 本發(fā)明所述的485通訊為信號及指令傳遞裝置，用于上傳報警信息，同時用于上 位機(jī)向MCU微控制器發(fā)布級差設(shè)定、時間定值設(shè)定指令。 本發(fā)明所述的斷路器為并聯(lián)設(shè)置的多個，其中一個斷路器的正極、負(fù)極直接從系 統(tǒng)的正極、負(fù)極接入，與此對應(yīng)的為一級分裝置，從一級分裝置的輸出端的正極、負(fù)極接入 斷路器的為二級分裝置，從二級分裝置的輸出端的正極、負(fù)極接入斷路器的為三級分裝置， 以此類推，由二級分裝置控制的負(fù)載為二級負(fù)載，由三級分裝置控制的負(fù)載為，三級分裝置 的I級差小于二級分裝置的I級差，二級分裝置的I級差小于一級分裝置的I級差，三級分 裝置的T級差小于二級分裝置的T級差，二級分裝置的T級差小于一級分裝置的T級差。 本發(fā)明一級分裝置的I級差為IOA，二級分裝置的I級差為7A，三級分裝置的I級 差為4A， 一級分裝置的T級差為50ms， 二級分裝置的T級差為25ms，三級分裝置的T級差為 Oms。 本發(fā)明的有益效果是[0021] 實現(xiàn)級差保護(hù)，防止下級事故向上級蔓延，保障設(shè)備安全運行。
圖1是本發(fā)明單級裝置原理方塊圖 圖2是本發(fā)明MCU微控制器的運算、指令邏輯圖 圖3是本發(fā)明多級布置原理圖 圖4是本發(fā)明單級裝置接線圖
具體實施方式如圖l-4所示，一種直流系統(tǒng)級差保護(hù)及接地綜合監(jiān)測裝置，由斷路器1、正極霍 爾電流傳感器2、負(fù)極霍爾漏電流傳感器4、霍爾漏電流傳感器3、MCU微控制器5、繼電器6、 電磁鐵7、485通訊8、報警端口 9、故障指示燈10、設(shè)定撥碼裝置11、電源變換裝置12和法 拉電容13組成，直流系統(tǒng)的正極、負(fù)極一路經(jīng)過斷路器1后，正極再穿過霍爾電流傳感器2、 負(fù)極再穿過霍爾漏電流傳感器4后同時穿過霍爾漏電流傳感器3出去，直流系統(tǒng)正極、負(fù)極 的另一路直接給電源變換裝置12供電，電源變換裝置12將高電壓變換成低電壓后經(jīng)法拉 電容13給正極霍爾電流傳感器2、霍爾漏電流傳感器3、負(fù)極霍爾電流傳感器4、MCU微控制 器5、繼電器6、電磁鐵7、485通訊8、報警端口 9、故障指示燈10、設(shè)定撥碼裝置(11)供電， 正極霍爾電流傳感器2、負(fù)極霍爾漏電流傳感器4和霍爾漏電流傳感器3將檢測到的信號 傳遞給MCU微控制器5，MCU微控制器5進(jìn)行計算、分析后將結(jié)果分別傳遞給485通訊8、報 警端口 9、故障指示燈10、設(shè)定撥碼裝置11和繼電器6，從而發(fā)出不同的指示信號或執(zhí)行相 應(yīng)的動作，繼電器6的動作再進(jìn)一步傳遞給電磁鐵7，由電磁鐵7控制斷路器1的動作。所 述的電源變換12具有將直流220V、110V或48V同時轉(zhuǎn)換為直流+12V、 _12V、 +5V的功能， 所述的法拉電容(13)設(shè)置有直流+12V、-12V、 +5￥多個直流輸出端口，電源變換裝置(12) 和法拉電容(13)能夠同時給需要不同電壓的MCU微控制器5、繼電器6、電磁鐵7、485通訊 8、報警端口 9、故障指示燈10、設(shè)定撥碼裝置11和電源變換裝置12供電。所述的法拉電容 13為多個不同的串聯(lián)電容組，每個串聯(lián)電容組與直流系統(tǒng)的正極、負(fù)極的連接方法不同，所 述的法拉電容13的多個直流輸出端口即多個串聯(lián)電容組的輸出端。所述的正極霍爾電流 傳感器2、負(fù)極霍爾電流傳感器4和霍爾漏電流傳感器3具有將大電流轉(zhuǎn)換成小電壓的功 能，轉(zhuǎn)換成的小電壓的大小與其采集的電流的大小成比例關(guān)系，所述的MCU微控制器5具有 將正極霍爾電流傳感器2、負(fù)極霍爾電流傳感器4和霍爾漏電流傳感器3轉(zhuǎn)換成的小電壓進(jìn) 行分析判斷從而確定正極霍爾電流傳感器2和負(fù)極霍爾電流傳感器4的最大電流Imax是 否超過設(shè)定級差I(lǐng)級差、持續(xù)時間是否超過設(shè)定的時間級差T級差，或者分析判斷霍爾漏電 流傳感器3的漏電流I漏是否超過接地電流I接地，持續(xù)時間T漏是否超過接地級差T接 地并進(jìn)一步發(fā)出指令的功能。所述的設(shè)定撥碼裝置11為級差設(shè)定裝置，用于向MCU微控制 器5設(shè)定級差定值和時間定值。所述的485通訊8為信號及指令傳遞裝置，用于上傳報警 信息，同時用于上位機(jī)向MCU微控制器5發(fā)布級差設(shè)定、時間定值設(shè)定指令。所述的MCU微 控制器5采集正極霍爾電流傳感器2、負(fù)極霍爾電流傳感器4和霍爾漏電流傳感器3的信號 為定期采集，將定期采集的信號經(jīng)過比較判斷，得出是正極電流最大值+Imax還是負(fù)極電 流最大值-Imax，無倫是正極電流最大值+Imax還是負(fù)極電流最大值-Imax，當(dāng)Imax > I級差，同時Tmax > T級差時，斷路器跳斷并報警。所述的MCU微控制器5判斷完級差后判斷 霍爾漏電流傳感器3送過來的電流I漏，當(dāng)I漏> I級差，且持續(xù)時間T漏> T接地時，發(fā) 出接地報警信號，當(dāng)I漏> I級差，T漏< T接地時，不發(fā)出信號，繼續(xù)循環(huán)，進(jìn)入下一輪采 集。所述的斷路器1為并聯(lián)設(shè)置的多個，其中一個斷路器的正極、負(fù)極直接從系統(tǒng)的正極、 負(fù)極接入，與此對應(yīng)的為一級分裝置，從一級分裝置的輸出端的正極、負(fù)極接入斷路器的為 二級分裝置，從二級分裝置的輸出端的正極、負(fù)極接入斷路器的為三級分裝置，以此類推， 由二級分裝置控制的負(fù)載為二級負(fù)載，由三級分裝置控制的負(fù)載為，三級分裝置的I級差 小于二級分裝置的I級差，二級分裝置的I級差小于一級分裝置的I級差，三級分裝置的T 級差小于二級分裝置的T級差，二級分裝置的T級差小于一級分裝置的T級差。 一級分裝 置的I級差為IOA，二級分裝置的I級差為7A，三級分裝置的I級差為4A，一級分裝置的T 級差為50ms，二級分裝置的T級差為25ms，三級分裝置的T級差為0ms。
權(quán)利要求一種直流系統(tǒng)級差保護(hù)及接地綜合監(jiān)測裝置，由斷路器(1)、正極霍爾電流傳感器(2)、負(fù)極霍爾漏電流傳感器(4)、霍爾漏電流傳感器(3)、MCU微控制器(5)、繼電器(6)、電磁鐵(7)、485通訊(8)、報警端口(9)、故障指示燈(10)、設(shè)定撥碼裝置(11)、電源變換裝置(12)和法拉電容(13)組成，其特征在于直流系統(tǒng)的正極、負(fù)極一路經(jīng)過斷路器(1)后，正極再穿過霍爾電流傳感器(2)、負(fù)極再穿過霍爾漏電流傳感器(4)后同時穿過霍爾漏電流傳感器(3)出去，直流系統(tǒng)正極、負(fù)極的另一路直接給電源變換裝置(12)供電，電源變換裝置(12)將高電壓變換成低電壓后經(jīng)法拉電容(13)給正極霍爾電流傳感器(2)、霍爾漏電流傳感器(3)、負(fù)極霍爾電流傳感器(4)、MCU微控制器(5)、繼電器(6)、電磁鐵(7)、485通訊(8)、報警端口(9)、故障指示燈(10)、設(shè)定撥碼裝置(11)供電，正極霍爾電流傳感器(2)、負(fù)極霍爾漏電流傳感器(4)和霍爾漏電流傳感器(3)將檢測到的信號傳遞給MCU微控制器(5)，MCU微控制器(5)進(jìn)行計算、分析后將結(jié)果分別傳遞給485通訊(8)、報警端口(9)、故障指示燈(10)、設(shè)定撥碼裝置(11)和繼電器(6)，從而發(fā)出不同的指示信號或執(zhí)行相應(yīng)的動作，繼電器(6)的動作再進(jìn)一步傳遞給電磁鐵(7)，由電磁鐵(7)控制斷路器(1)的動作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流系統(tǒng)級差保護(hù)及接地綜合監(jiān)測裝置，其特征在于 所述的電源變換(12)具有將直流220V、110V或48V同時轉(zhuǎn)換為直流+12V、 _12V、 +5V的 功能，所述的法拉電容(13)設(shè)置有直流+12V、 -12V、 +5￥多個直流輸出端口，電源變換裝 置(12)和法拉電容(13)能夠同時給需要不同電壓的MCU微控制器(5)、繼電器(6)、電磁 鐵(7)、485通訊(8)、報警端口 (9)、故障指示燈(10)、設(shè)定撥碼裝置(11)和電源變換裝置 (12)供電。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種直流系統(tǒng)級差保護(hù)及接地綜合監(jiān)測裝置，其特征在于 所述的法拉電容(13)為多個不同的串聯(lián)電容組，每個串聯(lián)電容組與直流系統(tǒng)的正極、負(fù)極 的連接方法不同，所述的法拉電容(13)的多個直流輸出端口即多個串聯(lián)電容組的輸出端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種直流系統(tǒng)級差保護(hù)及接地綜合監(jiān)測裝置，其特征 在于所述的設(shè)定撥碼裝置(11)為級差設(shè)定裝置，用于向MCU微控制器(5)設(shè)定級差定值 和時間定值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種直流系統(tǒng)級差保護(hù)及接地綜合監(jiān)測裝置，其特征在于 所述的485通訊(8)為信號及指令傳遞裝置，用于上傳報警信息，同時用于上位機(jī)向MCU微 控制器(5)發(fā)布電流定值、時間定值設(shè)定級差指令。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種直流系統(tǒng)級差保護(hù)及接地綜合監(jiān)測裝置，其特征在于 所述的斷路器(1)為并聯(lián)設(shè)置的多個，其中一個斷路器的正極、負(fù)極直接從系統(tǒng)的正極、負(fù) 極接入，與此對應(yīng)的為一級分裝置，從一級分裝置的輸出端的正極、負(fù)極接入斷路器的為二 級分裝置，從二級分裝置的輸出端的正極、負(fù)極接入斷路器的為三級分裝置，以此類推，由 二級分裝置控制的負(fù)載為二級負(fù)載，由三級分裝置控制的負(fù)載為三級負(fù)載，三級分裝置的I 級差小于二級分裝置的I級差，二級分裝置的I級差小于一級分裝置的I級差，三級分裝置 的T級差小于二級分裝置的T級差，二級分裝置的T級差小于一級分裝置的T級差。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種直流系統(tǒng)級差保護(hù)及接地綜合監(jiān)測裝置，其特征在于 一級分裝置的I級差為IOA，二級分裝置的I級差為7A，三級分裝置的I級差為4A，一級分 裝置的T級差為50ms，二級分裝置的T級差為25ms，三級分裝置的T級差為Oms。
專利摘要本實用新型公開一種直流系統(tǒng)級差保護(hù)及接地綜合監(jiān)測裝置，直流系統(tǒng)的正極、負(fù)極一路經(jīng)過斷路器后，正極再穿過霍爾電流傳感器、負(fù)極再穿過霍爾漏電流傳感器后同時穿過霍爾漏電流傳感器出去，直流系統(tǒng)正極、負(fù)極的另一路直接給電源變換裝置供電，電源變換裝置將高電壓變換成低電壓后經(jīng)法拉電容給正極霍爾電流傳感器、霍爾漏電流傳感器、負(fù)極霍爾電流傳感器、MCU微控制器、繼電器、電磁鐵、485通訊、報警端口、故障指示燈、設(shè)定撥碼裝置供電，正極霍爾電流傳感器、負(fù)極霍爾漏電流傳感器和霍爾漏電流傳感器將檢測到的信號傳遞給MCU微控制器，MCU微控制器進(jìn)行計算、分析后將結(jié)果傳遞給上述各執(zhí)行元件執(zhí)行相應(yīng)的動作。
文檔編號G01R31/08GK201466696SQ200920103119
公開日2010年5月12日 申請日期2009年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月2日
發(fā)明者吳孔松, 方勝勇, 武晉文 申請人:河北德普電器有限公司