一種礦用線纜絕緣監(jiān)測電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種礦用線纜絕緣監(jiān)測電路，該電路包括依次連接的防護、分壓和電壓跟隨電路、電壓轉化電流電路、線性光耦、濾波和電流轉化電壓電路，所述濾波和電流轉化電壓電路輸出至AD采集電路。本實用新型的絕緣監(jiān)測輸入端和輸出至AD電路的電壓完全隔離，保護裝置內部電路的安全性不受外部影響；輸入端采用EMC防護處理，保障電路在一般電磁干擾情況下不被干擾；線性光耦的使用確保了精度的準確可靠；濾波電路提供了低通濾波功能。
【專利說明】
一種礦用線纜絕緣監(jiān)測電路
技術領域
[0001] 本實用新型屬于礦井電力自動化產品技術領域，具體涉及一種礦用線纜絕緣監(jiān)測 電路。
【背景技術】
[0002] 煤礦井下電網中，漏電可謂是井下電網故障發(fā)生概率較高的故障之一，漏電主要 由電氣設備或電纜絕緣損壞引起的，其中，長期運行的電纜，由于絕緣老化或潮氣侵入，絕 緣電阻降低，發(fā)生漏電；在運行中由于過電壓沖擊，絕緣水平較低的部位擊穿，也會發(fā)生漏 電，另外，電纜的接線安裝不當和管理不善均會引起電纜漏電。
[0003] 井下電網漏電可能造成的危害有：1.發(fā)生人身觸電事故;2.引起瓦斯和煤塵爆炸； 3.使電雷管提前引爆;4.漏電可進一步惡化為短路故障;5.燒毀電氣設備引起火災。
[0004] 所以對電纜絕緣的在線監(jiān)測不可或缺，一是發(fā)現早期絕緣老化，防止發(fā)生突然事 故，盡量減少故障損失和運行的可靠性;二是持續(xù)監(jiān)測和采集電纜的重要狀態(tài)參數并加以 存儲，通過對這些參數的分析、比較和處理，可對電纜的惡化程度有一個正確的評估。
[0005] 目前，在國外電纜的在線監(jiān)測開展比較早、比較多的是日本，并已開發(fā)出直流分量 法、疊加電壓法和電介質損耗法等多種診斷技術。我國的電纜的在線監(jiān)測起步較晚、發(fā)展相 對緩慢，目前主要采用直流成分、直流疊加等方法進行診斷。 【實用新型內容】
[0006] 有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種礦用線纜絕緣監(jiān)測電路。
[0007] 為達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現的：
[0008] 本實用新型實施例提供一種礦用線纜絕緣監(jiān)測電路，該電路包括依次連接的防 護、分壓和電壓跟隨電路、電壓轉化電流電路、線性光耦、濾波和電流轉化電壓電路，所述濾 波和電流轉化電壓電路輸出至AD采集電路。
[0009] 上述方案中，所述防護、分壓和電壓跟隨電路的兩路的輸入端分別設置鐵氧體磁 珠 FBl、鐵氧體磁珠 FB2，兩路之間并聯有TVS二極管TVSl、TVS二極管TVS2、電容C5、電阻R2， 第一路與第一運算放大器U2A的第3腳連接，所述電阻R2上串聯有電阻Rl構成分壓電路，所 述第一運算放大器U2A的第2腳和第1腳相連構成負反饋回路;所述TVS二極管TVSl的兩端分 別連接電容C3和電容C4。
[0010] 上述方案中，所述防護、分壓和電壓跟隨電路的輸出端與電壓轉化電流電路的電 阻R3連接，所述電阻R3與第二運算放大器U2B的第6腳連接，同時連接電容C7輸出至第二運 算放大器U2B的第7腳，還連接線性光耦U3的第3腳作為電流反饋;所述第二運算放大器U2B 的第7腳輸出連接三極管Ql的基極。
[0011] 上述方案中，經過電阻R4的電流等于經過C7的電流還等于經過線性光耦U3中第3、 4腳內部的發(fā)光二極管的電流，所述三極管Ql集電極的電流等于三極管Ql所連接的線性光 耦U3的第2、1腳內部的光電二極管的電流，所述線性光耦U3的第3、4腳和第5、6腳的電流相 同。
[0012]上述方案中，所述線性光耦U3的輸出到濾波和電流轉化電壓電路，具體的，所述線 性光耦U3的5、6腳連接第三運算放大器U4A的第2、3腳連接，所述第三運算放大器U4A的第2、 1腳之間連接電容C8并且并聯電阻R5,所述第三運算放大器U4A的輸出端與第四運算放大器 U4B的第5腳連接，所述第四運算放大器U4B的第6腳和第7腳相連，所述第四運算放大器U4B 的輸出端與AD采集電路連接。
[0013] 上述方案中，所述經過線性光耦U3的第5、6腳的電流等于經過電阻R5的電流，所述 第三運算放大器U4A的輸出端的電壓等于電阻R5兩端的電壓。
[0014] 與現有技術相比，本實用新型的有益效果：
[0015] 本實用新型的絕緣監(jiān)測輸入端和輸出至AD電路的電壓完全隔離，保護裝置內部 電路的安全性不受外部影響;輸入端采用EMC防護處理，保障電路在一般電磁干擾情況下不 被干擾;線性光耦的使用確保了精度的準確可靠;濾波電路提供了低通濾波功能。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本實用新型實施例提供一種礦用線纜絕緣監(jiān)測電路的原理框圖；
[0017] 圖2為本實用新型實施例提供一種礦用線纜絕緣監(jiān)測電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0018] 為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施 例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0019] 本實用新型實施例提供一種礦用線纜絕緣監(jiān)測電路，如圖1所示，該電路包括依次 連接的防護、分壓和電壓跟隨電路、電壓轉化電流電路、線性光耦、濾波和電流轉化電壓電 路，所述濾波和電流轉化電壓電路輸出至AD采集電路。
[0020]如圖2所示，所述防護、分壓和電壓跟隨電路的兩路的輸入端分別設置鐵氧體磁珠 FBl、鐵氧體磁珠 FB2,兩路之間并聯有TVS二極管TVSl、TVS二極管TVS2、電容C5、電阻R2,所 述第一路與第一運存放大器U2A的第3腳連接，所述電阻R2上串聯有電阻Rl構成分壓電路， 電容C6作為U2A的電源去耦電容，所述第一運算放大器U2A的第2腳和第1腳相連構成負反饋 回路;所述TVS二極管TVSl的兩端分別連接電容C3和電容C4。
[0021] 具體的，雙屏蔽電纜屏蔽芯線和屏蔽地線之間存在絕緣電阻RI，RI和校準電阻R并 聯作為采集的信號兩端，采集的信號首先進入防護、分壓和電壓跟隨電路，TVS二極管TVSl 和TVS二極管TVS2濾除差模上的高電壓干擾信號，保證后級芯片不會受到損害，所述電容C3 和電容C4是高壓瓷片電容，濾除高頻共模、差模干擾信號。雙屏蔽電纜屏蔽芯線和屏蔽地線 之間的電阻值RI和校準電阻R并聯然后和電阻R2并聯，然后和電阻Rl串聯，組成分壓電路， 保證輸入到第一運算放大器U2A的第3腳的電壓在電源電壓VCCA-A的范圍內，所述第一運算 放大器U2A的第2腳和第1腳相連，組成負反饋回路，使得第一運算放大器U2A的輸出電壓 Voutl等于第一運算放大器U2A的輸入電壓Vin，且第一運算放大器U2A的輸出帶載能力增 強，基本不受輸入端電阻的影響。
[0022] 所述防護、分壓和電壓跟隨電路的輸出端與電壓轉化電流電路的電阻R3連接，所 述電阻R3與第二運算放大器U2B的第6腳連接，同時連接電容C7輸出至第二運算放大器U2B 的第7腳，還連接線性光耦U3的第3腳作為電流反饋;所述第二運算放大器U2B的第7腳輸出 連接三極管Ql的基極。
[0023]具體的，所述第一運算放大器U2A的輸出端Voutl進入電壓轉化電流電路，然后經 電阻R3進入第二運存放大器U2B的第6腳，同時連接電容C7輸出至第二運算放大器U2B的第7 腳Vout2,還連接了線性光耦U3的第3腳作為電流反饋，經過電阻R3的電流等于經過電容C7 的電流還等于經過線性光耦U3中3腳4腳內部的發(fā)光二極管的電流，所述第二運算放大器 U2B的第7腳輸出連接三極管Ql的基極，三極管Ql起到放大作用，所述三極管Ql集電極的電 流等于三極管Ql所連接的光耦U3的第2、1腳內部的光電二極管的電流，所述線性光耦U3的 第3、4腳和第5、6腳的電流相同。
[0024]所述線性光耦U3的輸出到濾波和電流轉化電壓電路，具體的，所述線性光耦U3的 5、6腳連接第三運算放大器U4A的第2、3腳連接，所述第三運算放大器U4A的第2、1腳之間連 接電容C8并且并聯電阻R5,所述第三運算放大器U4A的輸出端與第四運算放大器U4B的第5 腳連接，所述第四運算放大器U4B的第6腳和第7腳相連，所述第四運算放大器U4B的輸出端 與AD采集電路連接。
[0025]具體的，所述線性光耦U3的輸出到濾波和電流轉化電壓電路，即線性光耦U3的5、6 腳連接第三運算放大器U4A的第2、3腳，所述第三運算放大器U4A的第2腳和1腳之間連接電 容C8并且并聯電阻R5,經過線性光耦U3的第5、6腳的電流等于經過電阻R5的電流，所述第三 運存放大器U4A的輸出端Vout3的電壓等于電阻R5兩端的電壓，因為電阻R5和前面的電阻R3 阻值相等，所以電壓Vout3等于輸入電壓Vin，電容C8和電阻R5并聯，提高電路的穩(wěn)定性，另 外，電容C8和電阻R5還組成了一階濾波電路，具有低通濾波作用，Vout3再進入第四運算放 大器U4B的第5腳，所述第四運算放大器U4B的第6腳和第7腳相連，同樣組成了電壓跟隨電 路，最終的輸出Vout輸出到AD采集電路行電壓采集。
[0026] 本實用新型的絕緣電阻電路的監(jiān)測分為對絕緣電阻和回路電阻的監(jiān)測，絕緣電阻 指雙屏蔽電纜屏蔽芯線與屏蔽地線之間的電阻，回路電阻指屏蔽芯線自身的電阻。絕緣電 阻可以實時的在線測試，回路電阻只有在斷電后，甩開負荷，然后再進行測試。
[0027]當有過電壓時，本實用新型的鐵氧體磁珠 FBl和鐵氧體磁珠 FB2可吸收部分共模干 擾，有高頻信號時可通過電容C5進行濾波，電阻Rl、電阻R2組成分壓電路，電阻R2兩端與輸 入部分并聯，電阻R2兩端的電壓經過第一運算放大器U2A、第二運算放大器U2B進行電壓跟 隨，并和后面的線性光耦U3及第三運算放大器U4A、第四運算放大器U4B組成帶光電隔離的 濾波和電流轉化電壓電路。
[0028] 1、正常情況下，線纜的絕緣電阻R1是實時測量的，如圖2所示電路，絕緣電阻R 1(線 纜的芯線和屏蔽地線之間的電阻）和校準電阻R并聯，連接裝置的絕緣監(jiān)測(JYJS+和JYJS-) 后和電阻辦并聯，此時輸入端的電壓為
因校準電阻為IK Ω，所以，上式可簡化為：
[0029]
(公式 1 )
[0030] 2、運放U2首先對采集到的電壓Vin進行電壓跟隨，Vciutl = Vin，假定運放1]2是理想運 放，沒有電流流入U2的輸入端6腳，流過R3的電流會流過PD1到地，W W iA 過R3的電流為 Ipd1OJ3的3、4腳發(fā)光二極管所通過的電流），根據R3的歐姆定律得：
，又因 Led發(fā)出 的光同時照射在兩個光敏二極管上，且1^和1^2完全相同，理想情況下，Ipd1等于Ipd 2OJ3的5、 6腳發(fā)光二極管所通過的電流）。兩個光敏二極管的線性系數分別為：
孤冊200的1(1、1(2為0.50%，線性系獎HCNR200的線性系 數 K3為 1± 15 %。

[0031]
[0032]
[0033] 在上述電路中，輸出和輸入成正比，并且比例系數只由K3、R3、R5確定，一般選R 3 = R5，達到只隔離不放大的目的，Vcil^PVin呈線性比例關系。
[0034]將公式1和公式2聯合起來得到輸出到AD的電壓為：
[0035]
[0036] 以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護 范圍。
【主權項】
1. 一種礦用線纜絕緣監(jiān)測電路，其特征在于，該電路包括依次連接的防護、分壓和電壓 跟隨電路、電壓轉化電流電路、線性光耦、濾波和電流轉化電壓電路，所述濾波和電流轉化 電壓電路輸出至AD采集電路。2. 根據權利要求1所述的礦用線纜絕緣監(jiān)測電路，其特征在于:所述防護、分壓和電壓 跟隨電路的兩路的輸入端分別設置鐵氧體磁珠 FB1、鐵氧體磁珠 FB2，兩路之間并聯有TVS二 極管TVS1、TVS二極管TVS2、電容C5、電阻R2,第一路與第一運算放大器U2A的第3腳連接，所 述電阻R2上串聯有電阻Rl構成分壓電路，所述第一運算放大器U2A的第2腳和第1腳相連構 成負反饋回路;所述TVS二極管TVS 1的兩端分別連接電容C3和電容C4。3. 根據權利要求1或2所述的礦用線纜絕緣監(jiān)測電路，其特征在于:所述防護、分壓和電 壓跟隨電路的輸出端與電壓轉化電流電路的電阻R3連接，所述電阻R3與第二運算放大器 U2B的第6腳連接，同時連接電容C7輸出至第二運算放大器U2B的第7腳，還連接線性光耦U3 的第3腳作為電流反饋;所述第二運算放大器U2B的第7腳輸出連接三極管Ql的基極。4. 根據權利要求3所述的礦用線纜絕緣監(jiān)測電路，其特征在于:經過電阻R4的電流等于 經過C7的電流還等于經過線性光耦U3中第3、4腳內部的發(fā)光二極管的電流，所述三極管Ql 集電極的電流等于三極管Ql所連接的線性光耦U3的第2、1腳內部的光電二極管的電流，所 述線性光耦U3的第3、4腳和第5、6腳的電流相同。5. 根據權利要求4所述的礦用線纜絕緣監(jiān)測電路，其特征在于:所述線性光耦U3的輸出 到濾波和電流轉化電壓電路，具體的，所述線性光耦U3的5、6腳連接第三運算放大器U4A的 第2、3腳連接，所述第三運算放大器U4A的第2、1腳之間連接電容C8并且并聯電阻R5,所述第 三運算放大器U4A的輸出端與第四運算放大器U4B的第5腳連接，所述第四運算放大器U4B的 第6腳和第7腳相連，所述第四運算放大器U4B的輸出端與AD采集電路連接。6. 根據權利要求5所述的礦用線纜絕緣監(jiān)測電路，其特征在于:所述經過線性光耦U3 的第5、6腳的電流等于經過電阻R5的電流，所述第三運算放大器U4A的輸出端的電壓等于電 阻R5兩端的電壓。
【文檔編號】G01R31/14GK205539347SQ201521076397
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年12月22日
【發(fā)明人】蔣志明, 鄭飛, 馬俊鋒
【申請人】西安西瑞控制技術股份有限公司