一种矿用线缆绝缘监测电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿用线缆绝缘监测电路，该电路包括依次连接的防护、分压和电压跟随电路、电压转化电流电路、线性光耦、滤波和电流转化电压电路，所述滤波和电流转化电压电路输出至AD采集电路。本实用新型的绝缘监测输入端和输出至AD电路的电压完全隔离，保护装置内部电路的安全性不受外部影响；输入端采用EMC防护处理，保障电路在一般电磁干扰情况下不被干扰；线性光耦的使用确保了精度的准确可靠；滤波电路提供了低通滤波功能。
【专利说明】
一种矿用线缆绝缘监测电路
技术领域
[0001] 本实用新型属于矿井电力自动化产品技术领域，具体涉及一种矿用线缆绝缘监测 电路。
【背景技术】
[0002] 煤矿井下电网中，漏电可谓是井下电网故障发生概率较高的故障之一，漏电主要 由电气设备或电缆绝缘损坏引起的，其中，长期运行的电缆，由于绝缘老化或潮气侵入，绝 缘电阻降低，发生漏电；在运行中由于过电压冲击，绝缘水平较低的部位击穿，也会发生漏 电，另外，电缆的接线安装不当和管理不善均会引起电缆漏电。
[0003] 井下电网漏电可能造成的危害有：1.发生人身触电事故;2.引起瓦斯和煤尘爆炸； 3.使电雷管提前引爆;4.漏电可进一步恶化为短路故障;5.烧毁电气设备引起火灾。
[0004] 所以对电缆绝缘的在线监测不可或缺，一是发现早期绝缘老化，防止发生突然事 故，尽量减少故障损失和运行的可靠性;二是持续监测和采集电缆的重要状态参数并加以 存储，通过对这些参数的分析、比较和处理，可对电缆的恶化程度有一个正确的评估。
[0005] 目前，在国外电缆的在线监测开展比较早、比较多的是日本，并已开发出直流分量 法、叠加电压法和电介质损耗法等多种诊断技术。我国的电缆的在线监测起步较晚、发展相 对缓慢，目前主要采用直流成分、直流叠加等方法进行诊断。 【实用新型内容】
[0006] 有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种矿用线缆绝缘监测电路。
[0007] 为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
[0008] 本实用新型实施例提供一种矿用线缆绝缘监测电路，该电路包括依次连接的防 护、分压和电压跟随电路、电压转化电流电路、线性光耦、滤波和电流转化电压电路，所述滤 波和电流转化电压电路输出至AD采集电路。
[0009] 上述方案中，所述防护、分压和电压跟随电路的两路的输入端分别设置铁氧体磁 珠 FBl、铁氧体磁珠 FB2，两路之间并联有TVS二极管TVSl、TVS二极管TVS2、电容C5、电阻R2， 第一路与第一运算放大器U2A的第3脚连接，所述电阻R2上串联有电阻Rl构成分压电路，所 述第一运算放大器U2A的第2脚和第1脚相连构成负反馈回路;所述TVS二极管TVSl的两端分 别连接电容C3和电容C4。
[0010] 上述方案中，所述防护、分压和电压跟随电路的输出端与电压转化电流电路的电 阻R3连接，所述电阻R3与第二运算放大器U2B的第6脚连接，同时连接电容C7输出至第二运 算放大器U2B的第7脚，还连接线性光耦U3的第3脚作为电流反馈;所述第二运算放大器U2B 的第7脚输出连接三极管Ql的基极。
[0011] 上述方案中，经过电阻R4的电流等于经过C7的电流还等于经过线性光耦U3中第3、 4脚内部的发光二极管的电流，所述三极管Ql集电极的电流等于三极管Ql所连接的线性光 耦U3的第2、1脚内部的光电二极管的电流，所述线性光耦U3的第3、4脚和第5、6脚的电流相 同。
[0012]上述方案中，所述线性光耦U3的输出到滤波和电流转化电压电路，具体的，所述线 性光耦U3的5、6脚连接第三运算放大器U4A的第2、3脚连接，所述第三运算放大器U4A的第2、 1脚之间连接电容C8并且并联电阻R5,所述第三运算放大器U4A的输出端与第四运算放大器 U4B的第5脚连接，所述第四运算放大器U4B的第6脚和第7脚相连，所述第四运算放大器U4B 的输出端与AD采集电路连接。
[0013] 上述方案中，所述经过线性光耦U3的第5、6脚的电流等于经过电阻R5的电流，所述 第三运算放大器U4A的输出端的电压等于电阻R5两端的电压。
[0014] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
[0015] 本实用新型的绝缘监测输入端和输出至AD电路的电压完全隔离，保护装置内部 电路的安全性不受外部影响;输入端采用EMC防护处理，保障电路在一般电磁干扰情况下不 被干扰;线性光耦的使用确保了精度的准确可靠;滤波电路提供了低通滤波功能。
【附图说明】
[0016] 图1为本实用新型实施例提供一种矿用线缆绝缘监测电路的原理框图；
[0017] 图2为本实用新型实施例提供一种矿用线缆绝缘监测电路的电路图。
【具体实施方式】
[0018] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0019] 本实用新型实施例提供一种矿用线缆绝缘监测电路，如图1所示，该电路包括依次 连接的防护、分压和电压跟随电路、电压转化电流电路、线性光耦、滤波和电流转化电压电 路，所述滤波和电流转化电压电路输出至AD采集电路。
[0020]如图2所示，所述防护、分压和电压跟随电路的两路的输入端分别设置铁氧体磁珠 FBl、铁氧体磁珠 FB2,两路之间并联有TVS二极管TVSl、TVS二极管TVS2、电容C5、电阻R2,所 述第一路与第一运存放大器U2A的第3脚连接，所述电阻R2上串联有电阻Rl构成分压电路， 电容C6作为U2A的电源去耦电容，所述第一运算放大器U2A的第2脚和第1脚相连构成负反馈 回路;所述TVS二极管TVSl的两端分别连接电容C3和电容C4。
[0021] 具体的，双屏蔽电缆屏蔽芯线和屏蔽地线之间存在绝缘电阻RI，RI和校准电阻R并 联作为采集的信号两端，采集的信号首先进入防护、分压和电压跟随电路，TVS二极管TVSl 和TVS二极管TVS2滤除差模上的高电压干扰信号，保证后级芯片不会受到损害，所述电容C3 和电容C4是高压瓷片电容，滤除高频共模、差模干扰信号。双屏蔽电缆屏蔽芯线和屏蔽地线 之间的电阻值RI和校准电阻R并联然后和电阻R2并联，然后和电阻Rl串联，组成分压电路， 保证输入到第一运算放大器U2A的第3脚的电压在电源电压VCCA-A的范围内，所述第一运算 放大器U2A的第2脚和第1脚相连，组成负反馈回路，使得第一运算放大器U2A的输出电压 Voutl等于第一运算放大器U2A的输入电压Vin，且第一运算放大器U2A的输出带载能力增 强，基本不受输入端电阻的影响。
[0022] 所述防护、分压和电压跟随电路的输出端与电压转化电流电路的电阻R3连接，所 述电阻R3与第二运算放大器U2B的第6脚连接，同时连接电容C7输出至第二运算放大器U2B 的第7脚，还连接线性光耦U3的第3脚作为电流反馈;所述第二运算放大器U2B的第7脚输出 连接三极管Ql的基极。
[0023]具体的，所述第一运算放大器U2A的输出端Voutl进入电压转化电流电路，然后经 电阻R3进入第二运存放大器U2B的第6脚，同时连接电容C7输出至第二运算放大器U2B的第7 脚Vout2,还连接了线性光耦U3的第3脚作为电流反馈，经过电阻R3的电流等于经过电容C7 的电流还等于经过线性光耦U3中3脚4脚内部的发光二极管的电流，所述第二运算放大器 U2B的第7脚输出连接三极管Ql的基极，三极管Ql起到放大作用，所述三极管Ql集电极的电 流等于三极管Ql所连接的光耦U3的第2、1脚内部的光电二极管的电流，所述线性光耦U3的 第3、4脚和第5、6脚的电流相同。
[0024]所述线性光耦U3的输出到滤波和电流转化电压电路，具体的，所述线性光耦U3的 5、6脚连接第三运算放大器U4A的第2、3脚连接，所述第三运算放大器U4A的第2、1脚之间连 接电容C8并且并联电阻R5,所述第三运算放大器U4A的输出端与第四运算放大器U4B的第5 脚连接，所述第四运算放大器U4B的第6脚和第7脚相连，所述第四运算放大器U4B的输出端 与AD采集电路连接。
[0025]具体的，所述线性光耦U3的输出到滤波和电流转化电压电路，即线性光耦U3的5、6 脚连接第三运算放大器U4A的第2、3脚，所述第三运算放大器U4A的第2脚和1脚之间连接电 容C8并且并联电阻R5,经过线性光耦U3的第5、6脚的电流等于经过电阻R5的电流，所述第三 运存放大器U4A的输出端Vout3的电压等于电阻R5两端的电压，因为电阻R5和前面的电阻R3 阻值相等，所以电压Vout3等于输入电压Vin，电容C8和电阻R5并联，提高电路的稳定性，另 外，电容C8和电阻R5还组成了一阶滤波电路，具有低通滤波作用，Vout3再进入第四运算放 大器U4B的第5脚，所述第四运算放大器U4B的第6脚和第7脚相连，同样组成了电压跟随电 路，最终的输出Vout输出到AD采集电路行电压采集。
[0026] 本实用新型的绝缘电阻电路的监测分为对绝缘电阻和回路电阻的监测，绝缘电阻 指双屏蔽电缆屏蔽芯线与屏蔽地线之间的电阻，回路电阻指屏蔽芯线自身的电阻。绝缘电 阻可以实时的在线测试，回路电阻只有在断电后，甩开负荷，然后再进行测试。
[0027]当有过电压时，本实用新型的铁氧体磁珠 FBl和铁氧体磁珠 FB2可吸收部分共模干 扰，有高频信号时可通过电容C5进行滤波，电阻Rl、电阻R2组成分压电路，电阻R2两端与输 入部分并联，电阻R2两端的电压经过第一运算放大器U2A、第二运算放大器U2B进行电压跟 随，并和后面的线性光耦U3及第三运算放大器U4A、第四运算放大器U4B组成带光电隔离的 滤波和电流转化电压电路。
[0028] 1、正常情况下，线缆的绝缘电阻R1是实时测量的，如图2所示电路，绝缘电阻R 1(线 缆的芯线和屏蔽地线之间的电阻）和校准电阻R并联，连接装置的绝缘监测(JYJS+和JYJS-) 后和电阻办并联，此时输入端的电压为
因校准电阻为IK Ω，所以，上式可简化为：
[0029]
(公式 1 )
[0030] 2、运放U2首先对采集到的电压Vin进行电压跟随，Vciutl = Vin，假定运放1]2是理想运 放，没有电流流入U2的输入端6脚，流过R3的电流会流过PD1到地，W W iA 过R3的电流为 Ipd1OJ3的3、4脚发光二极管所通过的电流），根据R3的欧姆定律得：
，又因 Led发出 的光同时照射在两个光敏二极管上，且1^和1^2完全相同，理想情况下，Ipd1等于Ipd 2OJ3的5、 6脚发光二极管所通过的电流）。两个光敏二极管的线性系数分别为：
孤冊200的1(1、1(2为0.50%，线性系獎HCNR200的线性系 数 K3为 1± 15 %。
[0031]
[0032]
[0033] 在上述电路中，输出和输入成正比，并且比例系数只由K3、R3、R5确定，一般选R 3 = R5，达到只隔离不放大的目的，Vcil^PVin呈线性比例关系。
[0034]将公式1和公式2联合起来得到输出到AD的电压为：
[0035]
[0036] 以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护 范围。
【主权项】
1. 一种矿用线缆绝缘监测电路，其特征在于，该电路包括依次连接的防护、分压和电压 跟随电路、电压转化电流电路、线性光耦、滤波和电流转化电压电路，所述滤波和电流转化 电压电路输出至AD采集电路。2. 根据权利要求1所述的矿用线缆绝缘监测电路，其特征在于:所述防护、分压和电压 跟随电路的两路的输入端分别设置铁氧体磁珠 FB1、铁氧体磁珠 FB2，两路之间并联有TVS二 极管TVS1、TVS二极管TVS2、电容C5、电阻R2,第一路与第一运算放大器U2A的第3脚连接，所 述电阻R2上串联有电阻Rl构成分压电路，所述第一运算放大器U2A的第2脚和第1脚相连构 成负反馈回路;所述TVS二极管TVS 1的两端分别连接电容C3和电容C4。3. 根据权利要求1或2所述的矿用线缆绝缘监测电路，其特征在于:所述防护、分压和电 压跟随电路的输出端与电压转化电流电路的电阻R3连接，所述电阻R3与第二运算放大器 U2B的第6脚连接，同时连接电容C7输出至第二运算放大器U2B的第7脚，还连接线性光耦U3 的第3脚作为电流反馈;所述第二运算放大器U2B的第7脚输出连接三极管Ql的基极。4. 根据权利要求3所述的矿用线缆绝缘监测电路，其特征在于:经过电阻R4的电流等于 经过C7的电流还等于经过线性光耦U3中第3、4脚内部的发光二极管的电流，所述三极管Ql 集电极的电流等于三极管Ql所连接的线性光耦U3的第2、1脚内部的光电二极管的电流，所 述线性光耦U3的第3、4脚和第5、6脚的电流相同。5. 根据权利要求4所述的矿用线缆绝缘监测电路，其特征在于:所述线性光耦U3的输出 到滤波和电流转化电压电路，具体的，所述线性光耦U3的5、6脚连接第三运算放大器U4A的 第2、3脚连接，所述第三运算放大器U4A的第2、1脚之间连接电容C8并且并联电阻R5,所述第 三运算放大器U4A的输出端与第四运算放大器U4B的第5脚连接，所述第四运算放大器U4B的 第6脚和第7脚相连，所述第四运算放大器U4B的输出端与AD采集电路连接。6. 根据权利要求5所述的矿用线缆绝缘监测电路，其特征在于:所述经过线性光耦U3 的第5、6脚的电流等于经过电阻R5的电流，所述第三运算放大器U4A的输出端的电压等于电 阻R5两端的电压。
【文档编号】G01R31/14GK205539347SQ201521076397
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年12月22日
【发明人】蒋志明, 郑飞, 马俊锋
【申请人】西安西瑞控制技术股份有限公司