單相智能型用電保護裝置的製作方法

2023-05-09 05:25:16 1

專利名稱：單相智能型用電保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種單相智能型用電保護裝置。
背景技術：
目前在通信行業和民用等領域所用的傳統用電保護裝置主要有空氣開關、漏電保護開關以及空漏組合開關、保險絲等。
空氣開關也就是斷路器，在電路中作接通、分斷和承載額定工作電流之用，當線路或用電設備發生過載、短路等情況時進行保護，斷路器的動、靜觸頭及觸杆設計成平行狀，利用短路產生的電動斥力使動、靜觸頭斷開。當線路發生短路或嚴重過載電流時，短路電流超過瞬時脫扣額定電流值，電磁脫扣器產生足夠大的吸力，將銜鐵吸合併撞擊槓桿，使搭鉤繞轉軸座向上轉動與鎖扣脫開，鎖扣在反力彈簧的作用下將三副主觸頭分斷，切斷電源。當線路發生一般性過載時，過載電流雖不能使電磁脫扣器動作，但能使熱元件產生一定熱量，促使雙金屬片受熱向上彎曲，推動槓桿使搭鉤與鎖扣脫開，將主觸頭分斷，切斷電源。
漏電保護開關將火線和零線同時穿過一個O型磁環作為初級，次級用N匝輸出推動一個電磁機構，電磁機構動作則脫扣。正常情況下火線和零線上的電流流進等於流出，所以感應出來的次級電壓為零，當火線或零線有一根線對地有接地電阻或短路，則火線和零線上的電流出現電壓差，通過次級感應出來，當到一定的差值就推動電磁機構脫開主迴路切斷電源，從人身安全角度考慮，漏電保護電流一般控制在30mA以內，O.l秒內動作。
很多安裝在戶外的用電設備，由於分布廣、工作環境差，由此帶來了一系列問題，其中最突出的特點是安全供電問題，按照國家標準和相關行業標準的要求，所有安裝室外的用電設備除了應安裝漏電保護開關或空氣開關等傳統用電保護裝置之外，還必須加裝防雷設備加以保護。防雷設備的工作原理是當有感應雷電波侵入電源或信號傳輸線時，其內部防雷組件將以納秒級。25ns)的響應速度呈現低阻抗狀態，迅速將雷電流洩放到大地，將把由雷電引起的過電壓限制在用電設備可以承受的耐壓範圍以內，確保電氣設備的安全運行；但防雷設備在洩放電流時會引起用電保護裝置(空氣開關、漏電開關等)跳閘，尤其是在雷雨天氣，更是容易引起大面積跳閘；這就產生了傳統用電保護裝置與防雷產品配套使用時的矛盾。
根據統計數據，可以發現在一次雷暴的天氣約有20%-30%的戶外用電設備的漏電開關跳閘，有的地區最嚴重的超過50%,使大面積戶外用電設備中斷工作，同時，還因氣候惡劣，無法及時恢復設備工作，給國民經濟帶來較大經濟損失。事實上，這些跳閘僅僅只需要人工簡單合閘，就可以恢復設備工作。但由於空氣開關、漏電開關跳閘後不能自動合閘，需要人工逐一合閘，加上設備分布太廣、數目太多，加之很多設備裝在荒郊野外、有的電源開關鎖在居民宿舍、單位大院裡，給恢復工作帶來極大的困難。而且另一方面，目前如上述已投入防護使用的傳統用電保護裝置本身功能有限、防護不全面、可靠性欠佳，尤其是電路檢測手段單一，常常會誤差錯動，而分閘後又缺乏在線檢測和故障識別指示，常常導致誤合閘引發安全事故。
發明內容
本實用新型目的是針對背景技術中提到的傳統用電保護裝置存在的不足而提供一種能夠自動重合閘、且防護功能全面、安全可靠的單相智能型用電保護裝置。
本實用新型的技術方案是一種單相智能型用電保護裝置，包括主開關、直流穩壓電路模塊、單片機、驅動電路模塊、過/欠壓檢測電路模塊、短路/過載檢測電路模塊、漏電檢測電路模塊和故障指示電路模塊；所述主開關串接在單相電源電路上，過/欠壓檢測電路模塊、短路/過載檢測電路模塊和漏電檢測電路模塊三者的輸入端連接在單相電源電路上釆樣，而輸出端則接入單片機採集端；所述單片機的一個輸出端經驅動電路模塊連接主開關，另一輸出端連接故障指示電路模塊，所述單相電源電路電源經直流穩壓電路模塊輸出並提供主開關、單片機、驅動電路模塊、故障指示電路模塊和各檢測電路模塊工作所需電壓。
本實用新型中所述直流穩壓電路模塊由變壓器Tl、橋式整流電路D3、三極體U2、三端穩壓器TL1、 TL2、 U3，電阻R1 R4， R19,濾波電容Cl C7, C15共同連接組成；其中電阻R1、三端穩壓器TL1、電容C15、三極體U2、電阻R2、電阻R3共同連接組成穩壓擴流電路；R19、 TL2、 C6和C7連接組成取樣電路；單相電源電路經T1降壓、穩壓擴流電路穩壓擴流、Cl濾波後一邊經R4降壓、C2濾波後輸出直流工作電壓VIN， 一邊則繼續經C3濾波、U3穩壓、C4、 C5濾波後輸出直流工作電壓VCC,而VCC則再經取樣電路降壓、穩壓並濾波後輸出直流參考電壓VREF;所述主開關由磁保持繼電器JD1、 JD2, 二極體D1、 D2和壓敏電阻RV4連接而成；所述驅動電路模塊由光耦OPl、 OP2,電阻R5、 R6， R29-R34,三極體Ql、 Q2，驅動晶片Ul共同連接而成；所述JD1、 JD2的主觸點分別串接在單相電源電路的相線L和中線N上，RV4串接在L和N之間對JD1和JD2的主觸點進行雷擊過電壓保護；單片機U取VCC為工作電壓，其一路輸出控制信號OUT1串接R29後經OP1隔離、Ql放大、Ul驅動提髙後分別連接到JD1、JD2的一個輔助觸點，並分別與JD1、 JD2的線圈及接入JD1、 JD2的直流工作電壓VIN構成迴路；單片機U的另一路輸出控制信號OUT2串接R20後經OP2隔離、Q2放大、Ul驅動提髙後分別連接到JD1、 JD2的另一輔助觸點，並也分別與JD1、 JD2的線圈及接入JD1、 JD2的直流工作電壓VIN構成迴路；Dl和D2作為繼電器保護電路分別接在控制信號OUT2和VIN之間以及OUT1和VIN之間；VCC分別接入OP1和OP2 —端為它們供電；VIN經電阻R32、 R31分別連接Q1、 Q2的發射極，同時VIN經電阻R33、R34分別連接Q1、 Q2的基極；VIN還經電阻R5、 R6接入U1為其供電。
實用新型中所述過/欠壓檢測電路模塊由電阻R7~R12、 R14,運算放大器U4A、 U4B、 U4C,可調電阻RW3，電容C8和穩壓二極體TV1共同連接而成；單相電源電路的相線L經R7、 R8降壓、VREF抬高電平、U4A跟隨後再經電阻Rll接入U4C負輸入端，而中線N經R9、 R10降壓、VREF抬髙電平、U4B跟隨後再經電阻R12接入U4C正輸入端，兩路電壓經U4C差動放大後串接R14，最後經C8濾波、TV1穩壓保護後輸出電壓採集信號ADU至單片機U的採集埠，所述可調電阻RW3接在U4C負輸入端和輸出端之間。
本實用新型中所述短路/過載檢測電路模塊由O型電流互感器、可調電阻RW1，電阻R16、 R17、 R18,電容C9、 C10,穩壓二極體TV2、運算放大器U4D共同連接而成；單相電源電路穿過O型電流互感器，RW1和C9均串接在單相電源電路的相線L和中線N之間，C9一端接入U4D正輸入端，C9另一端接VREF,同時該端經R17接入U4D負輸入端，該負輸入端經R18接U4D輸出端；O型電流互感器感應得到的電流信號經RWl電壓採樣
7後由VERF抬髙電平、U4D放大後串接R16，最後經C10濾波、TV2穩壓保護後輸出電流採集信號ADI至單片機U的採集埠。
本實用新型中所述漏電檢測電路模塊由O型零序電流互感器、可調電阻RW2,電阻R20-R23,電容Cll、 C14，穩壓二極體TV3和運算放大器U5A共同連接構成；單相電源電路穿過O型零序電流互感器，RW2和C11均串接在單相電源電路的相線L和中線N之間，Cll 一端經R20接入U5A正輸入端，另一端接VREF,同時該端經R22接入U5A負輸入端，該負輸入端經R23接U5A輸出端；0型零序電流互感器感應得到的電流信號經RW2電壓採樣後由VERF抬高電平、U5A放大後串接R21,最後經C14濾波、TV2穩壓保護後輸出電流採集信號ADN至單片機U的採集埠。
本實用新型中所述故障指示電路模塊由限流電阻R23 R28和發光二極體LED1 LED6構成；VCC接在限流電阻R23 R28 —端，而限流電阻R23-R28的另一端分別經LED1 LED6接入單片機U的輸出埠構成各自迴路。
本實用新型中所述單片機U帶有RS485通信接口，採用MODBUS協議，將所有數據採集量、開關量傳送給監控平臺，可以對供電線路和負載進行遠程監控，方便實現遙信、遙測、遙控，同時，還可實現本實用新型智能型用電保護裝置的在線升級。
本實用新型所述的這種單相智能型用電保護裝置還包括連接單相電源電路的防雷擊浪湧保護模塊，該防雷擊浪湧保護模塊由串接在相線L和中線N之間的壓敏電阻和放電管構成，通過全模保護方式對單相供電電路實行保護。
本實用新型在運行過程中，過/欠壓檢測電路模塊、短路/過載檢測電路模塊和漏電檢測電路模塊對單相電源電路進行實時檢測，並將檢測數據傳送給單片機進行判斷處理，若檢測到單相電源電路中存在過壓、欠壓、短路、過載、漏電等故障時，單片機會及時通過驅動電路模塊控制主開關斷開電路，對被保護設備和供電電路實施保護；同時通過故障指示電路模塊及時顯示故障情況，為電路檢測、排除故障提供方便。
當主開關斷開後，三個檢測電路模塊將繼續對電路進行檢測，直至故障排除，電路正常後單片機會及時通過驅動電路模塊控制主開關接通電路，確保用電設備正常工作。若故障始終存在，則主開關保持不接通，直到故障被排除；這樣使用電更為安全可靠。本實用新型優點是
本實用新型所述的這種單相智能型用電保護裝置具有過電壓、欠電壓、過載、短路、漏電等主要電氣故障的保護功能，並具有故障識別、故障指示、合閘前故障檢測、遠程監控、在線修改參數及軟體升級等功能，與傳統的用電保護裝置相比，防護功能更加全面，使用起來更加安全可靠。
本實用新型尤其適合同防雷設備配合使用，當檢測到因雷擊引起的過電壓或過電流時，保護裝置跳閘保護，而雷擊過後，檢測到供電線路恢復正常時，保護裝置能夠自動重合閘恢復供電；因此本實用新型從根本上消除了與防雷產品之間存在的矛盾，能夠真正實現無人值守的用電管理，進一步保證室外用電設備的用電安全。
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述


圖1為本實用新型的結構框圖2為本實用新型的電路原理圖(I );
圖3為本實用新型的電路原理圖(11)。
具體實施方式
實施例如圖1所示，本實施例所述單相智能型用電保護裝置由主開關、直流穩壓電路模塊、單片機、驅動電路模塊、過/欠壓檢測電路模塊、短路/過載檢測電路模塊、漏電檢測電路模塊、故障指示電路模塊和防雷擊浪湧保護模塊共同組成。
所述主開關串接在單相電源電路上，過/欠壓檢測電路模塊、短路/過載檢測電路模塊和漏電檢測電路模塊三者的輸入端連接在單相電源電路上採樣，而輸出端則接入單片機採集端所述單片機的一個輸出端經驅動電路模塊連接主開關，另一輸出端連接故障指示電路模塊，所述單相電源電路電源經直流穩壓電路模塊輸出並提供主開關、單片機、驅動電路模塊、故障指示電路模塊和各檢測電路模塊工作所需電壓；所述防雷擊浪湧保護模塊連接在單相電源電路上。
具體結合圖2、圖3所示對實施例各部分電路模塊的組成及功能進行說明
圖2所示的BS板上集成有主開關、直流穩壓電路模塊、過/欠壓檢測電 路模塊、短路/過載檢測電路模塊、漏電檢測電路模塊、防雷擊浪湧保護模 塊和一部分驅動電路模塊；而圖3所示的CPU板上則集成有單片機、故障 指示電路模塊和另一部分驅動電路模塊*,且BS板與CPU板間通過Jl端子 相關聯。
BS板上的直流穩壓電路模塊由變壓器Tl、橋式整流電路D3、三極體 U2、三端穩壓器TL1、 TL2、 U3,電阻R1 R4， R19，濾波電容C1 C7， C15共同連接組成；其中電阻R1、三端穩壓器TL1、電容C15、三級管U2、 電阻R2、電阻R3共同連接組成穩壓擴流電路，目的是提髙直流穩壓電路的 帶載能力；而所述R19、 TL2、 C6和C7連接組成取樣電路。
220V單相電源電路從BS板上的DZ1端子引入，相線L 一路經開關SK 接變壓器Tl的初級線圈一端，而中線N —路接初級線圈另一端變壓器 Tl的次級線圈感應並輸出低壓，經穩壓擴流電路穩壓擴流、Cl濾波後一邊 通過R4降壓、C2濾波輸出直流工作電壓VIN， 一邊則繼續通過C3濾波、 U3穩壓、C4、 C5濾波輸出直流工作電壓VCC,而VCC則再經取樣電路降 壓、穩壓並濾波後輸出直流參考電壓VREF。
所述VCC經Jl端子接入CPU板為單片機U供電。
所述防雷擊浪湧保護模塊由壓敏電阻RV1、 RV2、 RV3和放電管FD1、 FD2共同連接而成，其中RV1和FD1串聯後接在相線L和中線N之間；RV2、 RV3和FD2依次串聯後接在相線L和中線N之間，FD2同時接地。該防雷
擊浪湧保護模塊通過全模保護方式對單相交流電源進行雷擊浪湧保護，放電 電流達10kA (8/20us)。
主開關由磁保持繼電器JD1、 JD2， 二極體D1、 D2和壓敏電阻RV4連 接而成；所述驅動電路模塊由光耦OPl、 OP2，電阻R5、 R6， R29-R34, 三極體Ql、 Q2，驅動晶片Ul共同連接而成其中R5、 R6、 Ul集成在圖 2所示的BS板上，而R29 R34、 OPl、 OP2、 Ql、 Q2集成在圖3所示的 CPU板上。
所述JD1、 JD2的主觸點分別串接在單相電源電路的相線L和中線N 上，RV4串接在L和N之間對JD1和JD2的主觸點進行雷擊過電壓保護；
10CPU板上的單片機U從Jl端子取vcc作為工作電壓，其一路控制信號 OUT1串接R29後經OP1隔離、Ql放大，再通過Jl端子接至BS板上的 Ul，經Ul驅動提髙後分別連接到JD1、JD2的一個輔助觸點，並分別與JD1、 JD2的線圈及接入JD1、 JD2的直流工作電壓VIN構成迴路；單片機U的 另一路控制信號OUT2串接R20後經OP2隔離、Q2放大、再通過Jl端子 接至BS板上的Ul,經Ul驅動提髙後分別連接到JD1、 JD2的另一輔助觸 點，並也分別與JD1、 JD2的線圈及接入JD1、 JD2的直流工作電壓VIN構 成迴路；Dl和D2作為繼電器保護電路分別接在控制信號OUT2和VIN之 間以及OUT1和VIN之間。
CPU板從Jl端子取VCC接入OP1和OP2 —端，作為它們的工作電壓； 同時取VIN經電阻R32、 R31分別連接Ql、 Q2的發射極，同時取VIN經 電阻R33、 R34分別連接Ql、 Q2的基極。BS板取VIN經電阻R5、 R6接 入U1為其供電。單片機U輸出控制信號OUT1為低電平，OUT2為髙電平 時繼電器JD1、 JD2吸合，接通電源，OUTl為髙電平，OUT2為低點平時， 繼電器JD1、 JD2斷開，切斷電源。
所述過/欠壓檢測電路模塊由電阻R7 R12、R14,運算放大器U4A、U4B、 U4C，可調電阻RW3，電容C8和穩壓二極體TV1共同連接而成；單相電 源電路的相線L經R7、 R8降壓、VREF抬髙電平、U4A跟隨後再經電阻 Rll接入U4C負輸入端，而中線N經R9、 R10降壓、VREF抬髙電平、U4B 跟隨後再經電阻R12接入U4C正輸入端，兩路電壓經U4C差動放大後串接 R14,最後經C8濾波、TV1穩壓保護後輸出電壓採集信號ADU，該信號 ADU經Jl端子接至CPU板，從而接入單片機U的採集埠；所述可調電 阻RW3接在U4C負輸入端和輸出端之間，通過調節可調電阻RW3可以對 過壓和欠壓保護動作電壓值進行設定。
所述短路/過載檢測電路模塊由O型電流互感器、可調電阻RW1，電阻 R16、 R17、 R18,電容C9、 C10,穩壓二極體TV2、運算放大器U4D共同 連接而成；單相電源電路穿過O型電流互感器(圖中未畫出)，該O型電流 互感器接在圖2中的J2端子上；RW1和C9均串接在單相電源電路的相線 L和中線N之間，C9 一端接入U4D正輸入端，C9另一端接VREF，同時該 端經R17接入U4D負輸入端，該負輸入端經R18接U4D輸出端；O型電流互感器感應得到的電流信號經RW1電壓採樣後由VERF抬髙電平、U4D放 大後串接R16,最後經C10濾波、TV2穩壓保護後輸出電流採集信號ADI， 該信號ADI經J1端子接至CPU板，從而接入單片機U的採集端；通過調 節可調電阻RW1可以對過載和斷路保護動作電流值進行設定。
所述漏電檢測電路模塊由O型零序電流互感器、可調電阻RW2，電阻 R20 R23，電容Cll、 C14,穩壓二極體TV3和運算放大器U5A共同連接構 成；單相電源電路穿過O型零序電流互感器(圖中未畫出)，該O型零序電 流互感器接在圖2中的J3端子上；RW2和Cll均串接在單相電源電路的相 線L和中線N之間，Cll 一端經R20接入U5A正輸入端，另一端接VREF, 同時該端經R22接入U5A負輸入端，該負輸入端經R23接U5A輸出端；O 型零序電流互感器感應得到的電流信號經RW2電壓採樣後由VERF抬高電 平、U5A放大後串接R21，最後經C14濾波、TV2穩壓保護後輸出電流採 集信號ADN,該信號ADN經Jl端子接至CPU板，從而接入單片機U的採 集端通過調節可調電阻RW2可以對漏電保護動作電流值進行設定。
所述故障指示電路模塊由限流電阻R23 R28和發光二極體 LED1 LED6構成。CPU板從Jl端子取VCC接在限流電阻R23-R28 —端， 而限流電阻R23 R28另一端分別經LED1 LED6接入單片機U的輸出埠 構成各自迴路。其中LED1為欠壓指示燈，LED2為過壓指示燈，LED3為 漏電指示燈，LED4為過載指示燈，LED5為短路指示燈，LED6為電源指示 燈。
本實施例中所述單片機U上還連接有撥碼開關SS-13D01-G4,該撥碼 開關SS-13D01-G4的兩個輸入端分別輸出信號SEL1、SEL2至單片機U中， 通過撥動該撥碼開關可以對本實施例保護裝置的額定電流值進行設定當 SEL1為低電平，SEL2為髙電平時，對應的額定電流為32A;當SEL1和SEL2 均為髙電平時，對應的額定電流為25A，當SEL1為髙電平，SEL2為低電 平時，對應的額定電流為16A。
本實施例中所述單片機U帶有RS485通信接口，採用MODBUS協議， 將所有數據釆集量、開關量傳送給監控平臺，可以對供電線路和負載進行遠 程監控，方便實現遙信、遙測、遙控，同時，還可實現本實用新型智能型用 電保護裝置的在線升級。下面對本實施例單相智能型用電保護裝置的工作過程做進一步說明 開機合上開關SK,接通保護裝置電源，保護裝置進行自檢單片機 U從Jl端子讀取ADU、 ADI、 ADN採樣數據，並作相應判斷處理，若電壓、 電流、漏電均在正常範圍內正常，單片機U發送控制指令OUT1 (低電平脈 衝60 ms)和OUT2 (高電平脈衝60 ms)至繼電器JD1和JD2,繼電器吸 合，保護裝置接通電源，在此過程中，單片機U將LED6置髙電平，電源指 示燈閃爍5S,電源接通後電源指示燈長亮；若電源存在故障，保護裝置不 合閘，並對故障類型做判斷，同時相應故障指示燈點亮；
欠壓保護單片機U從Jl端子實時讀取ADU採樣數據，當電源電壓 發生欠壓(小於150V時)，ADU值小於單片機U程序內設定的過壓保護值， 並監測該值的持續時間，當時間小於3秒時，保護裝置不動作，維持當前工 作狀態，當時間超過3秒時，單片機U發送控制指令OUT1 (髙電平脈衝 60 ms)和OUT2 (低電平脈衝60 ms)至繼電器JD1和JD2,繼電器斷開， 切斷電源，同時單片機U將LED1置低電平，欠壓指示燈點亮。單片機U 根據設定的時間(保護裝置前3次檢測時間為1、 2、 3分鐘，此後為5分鐘， 31分鐘後，檢測時間為30分鐘，不限次數)採集ADU數據，若檢測到該 數據仍然處於欠壓狀態，單片機U發送控制指令OUT1 (髙電平脈衝60 ms) 和OUT2 (低電平脈衝60ms)至繼電器JD1和JD2，繼電器保持斷開，當 檢測到ADU數據正常後，單片機U發送控制指令OUTl(低電平脈衝60ms) 和OUT2 (高電平脈衝60 ms)至繼電器JD1和JD2,繼電器吸合，保護裝 置接通電源；
過壓保護單片機U從Jl端子實時讀取ADU採樣數據，當電源電壓 發生過壓(大於290V時)，ADU值大於單片機U程序內設定的過壓保護值， 並監測該值的持續時間，當時間小於3秒時，保護裝置不動作，維持當前工 作狀態，當時間超過3秒時，單片機IJ發送控制指令OUT1 (髙電平脈衝 60 ms)和OUT2 (低電平脈衝60 ms)至繼電器JD1和JD2，繼電器斷開， 切斷電源，同時單片機U將LED2置低電平，過壓指示燈點亮。單片機U 根據設定的時間(保護裝置前3次檢測時間為1、 2、 3分鐘，此後為5分鐘， 31分鐘後，檢測時間為30分鐘，不限次數)採集ADU數據，若檢測到該 數據仍然處於過壓狀態，單片機U發送控制指令OUT1 (高電平脈衝60 ms)和OUT2 (低電平脈衝60 ms)至繼電器JD1和JD2，繼電器保持斷開，當 檢測到ADU數據正常後，CPU發送控制指令OUT1 (低電平脈衝60 ms) 和OUT2 (髙電平脈衝60ms)至繼電器JD1和JD2，繼電器吸合，保護裝 置接通電源；
漏電保護單片機U從Jl端子實時讀取ADN採樣數據，當電源發生 漏電且漏電值大於30 mA時，ADN值大於單片機U程序內設定的漏電保護 值，單片機U發送控制指令OUTl (高電平脈衝60 ms)和OUT2(低電平脈 衝60 ms)至繼電器JD1和JD2，繼電器斷開，切斷電源，同時單片機U將 LED3置低電平，漏電指示燈點亮。單片機U根據設定的時間(保護裝置前 3次檢測時間為1、 2、 3分鐘，此後為5分鐘，31分鐘後，檢測時間為30 分鐘，不限次數)採集ADN數據，若檢測到該數據仍然處於過壓狀態，單 片機U發送控制指令OUTl(高電平脈衝60 ms)和OUT2(低電平脈衝60 ms) 到繼電器JD1和JD2，繼電器保持斷開，當檢測到ADN數據正常後，單片 機U發送控制指令OUT1 (低電平脈衝60 nis)和OUT2(髙電平脈衝60 ms) 到繼電器JD1和JD2，繼電器吸合，保護裝置接通電源
過載保護單片機U從Jl端子實時讀取ADI採樣數據，當電源負載電 流過大，ADI值大於單片機U程序內設定的過載保護值，單片機U發送控 制指令OUTl(高電平脈衝60 ms)和OUT2(低電平脈衝60 ms)到繼電器JD1 和JD2，繼電器斷開，切斷電源，同時單片機U將LED4置低電平，過載指 示燈點亮。單片機U根據設定的時間(保護裝置前3次檢測時間為1、 2、 3 分鐘，此後為5分鐘，31分鐘後，檢測時間為30分鐘，不限次數)採集ADI 數據，若檢測到該數據仍然處於過載狀態，單片機U發送控制指令OUT1 (高電平脈衝60 ms)和OUT2(低電平脈衝60 ms)到繼電器JD1和JD2，繼 電器保持斷開，當檢測到ADI數據正常後，單片機U發送控制指令OUT1 (低電平脈衝60 ms)和OUT2(高電平脈衝60 ms)到繼電器JD1和JD2，繼 電器吸合，保護裝置接通電源；
短路保護單片機U從Jl端子實時讀取ADI採樣數據，當電源負載電 流過大，ADI值大於單片機U程序內設定的短路保護值，單片機U發送控 制指令OUTl(高電平脈衝60 ms)和OUT2(低電平脈衝60 ms)到繼電器JD1 和JD2，繼電器斷開，切斷電源，同時單片機U將LED5置低電平，短路指示燈點亮。單片機U根據設定的時間(保護裝置前3次檢測時間為1、 2、 3 分鐘，此後為5分鐘，31分鐘後，檢測時間為30分鐘，不限次數)採集ADI 數據，若檢測到該數據仍然處於過載狀態，單片機U發送控制指令OUT1
(高電平脈衝60 ms)和OUT2(低電平脈衝60 ms)到繼電器JD1和JD2，繼 電器保持斷開，當檢測到ADI數據正常後，單片機U發送控制指令OUT1
(低電平脈衝60 ms)，和OUT2(髙電平脈衝60 ms)到繼電器JD1和JD2, 繼電器吸合，保護裝置接通電源。
權利要求1.一種單相智能型用電保護裝置，其特徵在於包括主開關、直流穩壓電路模塊、單片機、驅動電路模塊、過/欠壓檢測電路模塊、短路/過載檢測電路模塊、漏電檢測電路模塊和故障指示電路模塊；所述主開關串接在單相電源電路上，過/欠壓檢測電路模塊、短路/過載檢測電路模塊和漏電檢測電路模塊三者的輸入端連接在單相電源電路上採樣，而輸出端則接入單片機採集端；所述單片機的一個輸出端經驅動電路模塊連接主開關，另一輸出端連接故障指示電路模塊，所述單相電源電路電源經直流穩壓電路模塊輸出並提供主開關、單片機、驅動電路模塊、故障指示電路模塊和各檢測電路模塊工作所需電壓。
2. 根據權利要求1所述的單相智能型用電保護裝置，其特徵在於所述直流穩壓電路模塊由變壓器Tl、橋式整流電路D3、三極體U2、三端穩壓器TL1、 TL2、 U3，電阻R1 R4， R19,濾波電容C1 C7， C15共同連接組成；其中電阻R1、三端穩壓器TL1、電容C15、三極體U2、電阻R2、電阻R3共同連接組成穩壓擴流電路；R19、 TL2、 C6和C7連接組成取樣電路；單相電源電路經Tl降壓、穩壓擴流電路穩壓擴流、Cl濾波後一邊經R4降壓、C2濾波後輸出直流工作電壓VIN, —邊則繼續經C3濾波、U3穩壓、C4、 C5濾波後輸出直流工作電壓VCC,而VCC則再經取樣電路降壓、穩壓並濾波後輸出直流參考電壓VREF;所述主開關由磁保持繼電器JD1、JD2， 二極體D1、 D2和壓敏電阻RV4連接而成；所述驅動電路模塊由光耦OPl、 OP2,電阻R5、 R6, R29~R34，三極體Q1、 Q2,驅動晶片U1共同連接而成；所述JD1、 JD2的主觸點分別串接在單相電源電路的相線L和中線N上，RV4串接在L和N之間對JD1和JD2的主觸點進行雷擊過電壓保護；單片機U取VCC為工作電壓，其一路輸出控制信號OUT1串接R29後經OP1隔離、Ql放大、Ul驅動提髙後分別連接到JD1、 JD2的一個輔助觸點，並分別與JD1、 JD2的線圈及接入JD1、 JD2的直流工作電壓VIN構成迴路；單片機U的另一路輸出控制信號OUT2串接R20後經OP2隔離、Q2放大、Ul驅動提髙後分別連接到JD1、 JD2的另一輔助觸點，並也分別與JD1、 JD2的線圈及接入JD1、 JD2的直流工作電壓VIN構成迴路；Dl和D2作為繼電器保護電路分別接在控制信號OUT2和VIN之間以及OUT1和VIN之間；VCC分別接入OP1和OP2—端為它們供電；VIN經電阻R32、R31分別連接Q1、 Q2的發射極，同時VIN經電阻R33、 R34分別連接Q1、Q2的基極VIN還經電阻R5、 R6接入U1為其供電。
3. 根據權利要求2所述的單相智能型用電保護裝置，其特徵在於所述過/欠壓檢測電路模塊由電阻R7~R12、 R14,運算放大器U4A、 U4B、 U4C,可調電阻RW3，電容C8和穩壓二極體TV1共同連接而成；單相電源電路的相線L經R7、 R8降壓、VREF抬髙電平、U4A跟隨後再經電阻Rll接入U4C負輸入端，而中線N經R9、 R10降壓、VREF抬高電平、U4B跟隨後再經電阻R12接入U4C正輸入端，兩路電壓經U4C差動放大後串接R14,最後經C8濾波、TV1穩壓保護後輸出電壓採集信號ADU至單片機U的採集埠，所述可調電阻RW3接在U4C負輸入端和輸出端之間。
4. 根據權利要求2所述的單相智能型用電保護裝置，其特徵在於所述短路/過載檢測電路模塊由O型電流互感器、可調電阻RW1，電阻R16、R17、R18，電容C9、 C10,穩壓二極體TV2、運算放大器U4D共同連接而成；單相電源電路穿過O型電流互感器，RW1和C9均串接在單相電源電路的相線L和中線N之間，C9 一端接入U4D正輸入端，C9另一端接VREF，同時該端經R17接入U4D負輸入端，該負輸入端經R18接U4D輸出端；O型電流互感器感應得到的電流信號經RW1電壓採樣後由VERF抬高電平、U4D放大後串接R16，最後經C10濾波、TV2穩壓保護後輸出電流採集信號ADI至單片機U的採集埠。
5. 根據權利要求2所述的單相智能型用電保護裝置，其特徵在於所述漏電檢測電路模塊由O型零序電流互感器、可調電阻RW2，電阻R20~R23，電容Cll、 C14,穩壓二極體TV3和運算放大器U5A共同連接構成單相電源電路穿過O型零序電流互感器，RW2和Cll均串接在單相電源電路的相線L和中線N之間，Cll 一端經R20接入U5A正輸入端，另一端接VREF,同時該端經R22接入U5A負輸入端，該負輸入端經R23接U5A輸出端；O型零序電流互感器感應得到的電流信號經RW2電壓採樣後由VERF抬高電平、U5A放大後串接R21,最後經C14濾波、TV2穩壓保護後輸出電流採集信號ADN至單片機U的採集埠 。
6. 根據權利要求2所述的單相智能型用電保護裝置，其特徵在於所述故障指示電路模塊由限流電阻R23 R28和發光二極體LED1 LED6構成；VCC接在限流電阻R23-R28 —端，而限流電阻R23 R28的另一端分別經LED1 LED6接入單片機U的輸出埠構成各自迴路。
7. 根據權利要求2所述的單相智能型用電保護裝置，其特徵在於所述單片機U帶有RS485通信接口 。
8. 根據權利要求l或2或3或4或5或6或7所述單相智能型用電保護裝置，其特徵在於還包括連接單相電源電路的防雷擊浪湧保護模塊，該防雷擊浪湧保護模塊由串接在相線L和中線N之間的壓敏電阻和放電管構成。
專利摘要本實用新型公開了一種單相智能型用電保護裝置，包括主開關、直流穩壓電路模塊、單片機、驅動電路模塊、過/欠壓檢測電路模塊、短路/過載檢測電路模塊、漏電檢測電路模塊和故障指示電路模塊；主開關串接在單相電源電路上，三個檢測電路模塊的輸入端分別連接單相電源電路採樣，而輸出端則接入單片機採集端；而單片機一個輸出端經驅動電路模塊連接主開關，另一輸出端連接故障指示電路模塊，所述單相電源電路經直流穩壓電路模塊輸出並提供各部分工作所需電壓。本實用新型與傳統用電保護裝置比，具備自動重合閘及在線檢測功能，從根本上解決了防雷產品與用電保護裝置配套使用時的矛盾，且防護功能全面，更加安全可靠，可真正實現無人值守的用電管理。
文檔編號H02H3/08GK201402965SQ20092018483
公開日2010年2月10日 申請日期2009年4月28日 優先權日2009年4月28日
發明者李廷棟 申請人:蘇州工業園區新宏博通訊科技有限公司