森林防火用过电保护智能开关及其过电保护方法
【专利摘要】本发明提供了一种森林防火用过电保护智能开关，包括继电器，电磁感应线圈，光耦电路，压敏电阻，单片机最小系统和蓄电池，其中，零线与火线通过继电器进入刚系统，然后零线与火线分别套有电磁感应线圈，电磁感应线圈上接有光耦电路，光耦电路通过导线与单片机最小系统相连，单片机最小系统另一端与继电器相连，蓄电池负责在断电情况下给单片机最小系统供电，从电磁感应线圈出来的零线与火线接有负载，电磁感应线圈与负载之间接有接地的压敏电阻，各个电路模块之间电连接。本发明结构简单，使用方便，稳定性好，能够及时发现雷击现象，且准确率高，从而保护负载设备能够避免雷击等现象对负载设备的损害，降低维护成本、提高设备安全的目的。
【专利说明】森林防火用过电保护智能开关及其过电保护方法 【技术领域】：
[〇〇〇1] 本发明涉及森林防火用过电保护【技术领域】，特别涉及一种森林防火用过电保护智 能开关及其过电保护方法。 【背景技术】：
[0002] 雷电是一种自然现象，雷云是下落的水珠相互磨擦，产生静电使负离子游离到悬 浮的水珠表面而形成带负电荷的云，雷电放电包括雷云对大地、雷云对雷云和雷云内部的 放电，雷电放电分三个阶段：先导放电、主放电、余辉放电，其中，主放电阶段，放电通道流 过幅值几百千安的电流，是造成雷电灾害的主要阶段，当它击中通信设备和铁塔、输电（通 信）线路时，形成很高电位的直击雷过电压或感应雷过电压，造成对通信和网络设备的损 害，中断或影响网络通信。森林防火图像监测设备多装于山顶之上，然而山顶又是雷电多发 生地区，为了保障森林防火系统设备安全稳定的工作，对整套系统进行行之有效的防过电 压设计是必不可少的。
[0003] 现有技术中，针对直击雷的防雷、避雷措施，多采用避雷针的方式。避雷针虽然对 于高大建筑物，树木等具有优良的防雷、避雷效果。但是，对与高山上的通讯塔或者防火嘹 望塔，监测哨等设置防雷、避雷效果不佳。具体为：通讯塔或者防火嘹望塔，监测哨上均设置 有微电子设备，例如通讯塔上的卫星锅，防火嘹望塔上的防火云台均为精密的微电子设备， 受雷击极易随坏，而且，避雷针在直击雷电感过大时，宣泄过慢，导致微电子设备的损坏，造 成重大损失。
[0004] 为解决上述技术问题， 申请人:在此申请了一种森林防火用过电保护智能开关及其 过电保护方法。此技术对于保护森林防火监测设备具有重要的意义。传统的森林防火用过 压保护装置都是通过以压敏电阻为主要元器件的避雷器将雷击电压宣泄到大地之中，但是 由于雷击电压可能高达几十万伏，电流达到几十千安，避雷器并不能完全将其电流宣泄，其 余压也能造成森林防火监测设备的损害。所以，在雷击比较频繁的野外山顶，在雷击的瞬间 断开供电开关，从而实现森林防火监测设备在雷电袭击的瞬间是和供电链路隔离的，并在 雷电过后自动恢复其供电链路以确保设备正常工作成为一种迫切的需求。
[0005] 为实现森林防火监测设备的更好的保护，有提出通过具有一定阻断性的避雷设 备，在雷击时通过烧毁此设备来实现断电；有提出使用主动隔离器的，在可预报的雷电来临 前，通过通讯措施直接断开供电链路和森林防火监测设备的连接，使设备临时处于断电或 UPS供电状态，这样即便供电链路附载强大的电磁感应雷，也不会造成核心设备遭受强大的 电流冲击，避免设备损坏；但以上方法都不能满足森林防火监测设备全天候监测森林的要 求，并不能更好的满足森林防火领域的要求。因此，迫切需要出现一种结构简单，使用方便， 稳定性好，能够及时发现雷击现象，且准确率高，从而保护负载设备能够避免雷击等现象对 负载设备的损害，从而达到保护设备、降低维护成本、提高设备安全的目的的方法。
【发明内容】
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[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种结构简单，使用方便，稳 定性好，能够及时发现雷击现象，且准确率高，从而保护负载设备能够避免雷击现象对负载 设备的损害，从而达到保护设备、降低维护成本、提高设备安全的目的。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供了一种森林防火用过电保护智能开关，包括继电 器，电磁感应线圈，光耦电路，压敏电阻，单片机最小系统和蓄电池，其中，所述继电器与零 线、火线连接，通过其连接可实现该系统的开关功能。
[0008] 所述继电器与零线、火线之间螺丝固定连接，所述电磁感应线圈连接从继电器接 出的零线、火线，该电磁感应线圈将通过监控零线与火线上是否存在感应电流实现对有无 漏电现象的检测。
[0009] 所述压敏电阻连接在电磁感应线圈与负责设备之间的零线或者火线上，当有超过 额定电压的电流通过时，压敏电阻会被击穿导通，通过接地分压，实现对后面的负载设备的 保护。
[0010] 所述光耦电路通过电连接与电磁感应线圈相连，通过光耦电路将电磁感应线圈中 是否存在感应电流这一状态传输到单片机最小系统。
[0011] 所述单片机最小系统能够通过接收光耦电路传送的电磁感应线圈中是否存在感 应电流来控制继电器实现电流的闭合与断开，从而保护负载设备；所述蓄电池通过两个反 向并联的二极管与单片机最小系统的电源线相连，当外部供电时，若电池电量不足则充电， 否则不充电；当外部断电时，电池负责供电给单片机最小系统以保障其正常工作。
[0012] 过电保护方法，包括如下步骤：
[0013] A、若无雷击或者漏电现象，本系统正常工作，电路正常供电给负载设备；若存在雷 击或者漏电现象，零线与火线之间的电压会产生变化，电磁感应线圈上会产生感应电流。
[0014] B、当电压超过额定电压时，压敏电阻会击穿导通通过大地泄流，降低电流强度以 保护负载设备；此时电磁感应线圈上也会产生感应电流。
[0015] C、电磁感应线圈产生的电流通过光耦电路通知单片机最小系统存在雷击或者漏 电现象，单片机最小系统将发送命令断开继电器从而保护负载设备。
[0016] D、断电后由蓄电池给单片机最小系统供电，以保障其正常工作，单片机最小系统 将在规定的时间后发送命令闭合继电器重新检测是否存在雷击或者漏电现象，若不存在， 则系统继续上电工作，若存在，则断电后在规定的时间后继续循环检测是否存在雷击或者 漏电现象。
[0017] 所述过电保护智能开关及其过电保护方法在森林防火领域的应用。
[0018] 本发明结构简单，使用方便，稳定性好，能够及时发现雷击现象，且准确率高，从而 保护负载设备能够避免雷击等现象对负载设备的损害，从而达到保护设备、降低维护成本、 提高设备安全的目的。具体为：
[0019] 本发明解决了在雷击的瞬间断开供电开关，从而实现森林防火监测设备在雷电袭 击的瞬间是和供电链路隔离的，并在雷电过后自动恢复其供电链路以确保设备正常工作这 一迫切的需求的问题，1，能够精确了监测到雷击并宣泄其电流，2,在给设备断电后能够在 规定时间后重新闭合开关检验是否仍有强电压，以便在雷击后及时给设备供电使森林防火 监测设备正常工作。
[0020] 过压保护原理
[0021] 1.雷击的瞬间，火线上的电压瞬间增大，当超过额定电压的时候，压敏电阻会被击 穿导通，通过接地宣泄强电流，以便保护负载设备。
[0022] 2.当火线上的电压被宣泄掉一部分的时候，由于电磁感应线圈中的零线与火线上 的电流虽然方向相反，但是大小不一样，其磁通量不会相互抵消，从而产生感应电动势，由 于电磁感应线圈与光耦电路相连形成环路，从而形成感应电流。
[0023] 3.光耦电路在感应电流中工作，给单片机最小系统发送信号，告知其有高压电流， 单片机最小系统发送命令控制继电器断开，实现森林防火监测设备与供电链路的隔离。
[0024] 4.在断电后，单片机最小系统由畜电池供电，单片机最小系统在规定的时间后会 控制继电器闭合，重新监测是否存在强电压，以及时实现负载设备的及时正常工作。
[0025] 5.蓄电池通过两个方向相反的并联二极管与单片机最小系统的供电电路并联，在 有外部供电的情况下，若蓄电池的电充满，则蓄电池不充电，若蓄电池的电不满，则对蓄电 池充电；在没有外部供电的情况下，由蓄电池对单片机最小系统供电以保障此系统正常运 行。
[0026] 说明书附图
[0027] 图1为本发明的构成示意图。 【具体实施方式】
[0028] 森林防火用过电保护智能开关，如图1所示，图1为本发明的构成示意图。包括继 电器，电磁感应线圈，光耦电路，压敏电阻，单片机最小系统和蓄电池，其中，所述继电器与 零线、火线连接，通过其连接可实现该系统的开关功能。继电器与零线、火线之间螺丝固定 连接，所述电磁感应线圈连接从继电器接出的零线、火线，该电磁感应线圈将通过监控零线 与火线上是否存在感应电流实现对有无漏电现象的检测。压敏电阻连接在电磁感应线圈与 负责设备之间的零线或者火线上，当有超过额定电压的电流通过时，压敏电阻会被击穿导 通，通过接地分压，实现对后面的负载设备的保护。光耦电路通过电连接与电磁感应线圈相 连，通过光耦电路将电磁感应线圈中是否存在感应电流这一状态传输到单片机最小系统。 单片机最小系统能够通过接收光耦电路传送的电磁感应线圈中是否存在感应电流来控制 继电器实现电流的闭合与断开，从而保护负载设备；所述蓄电池通过两个反向并联的二极 管与单片机最小系统的电源线相连，当外部供电时，若电池电量不足则充电，否则不充电； 当外部断电时，电池负责供电给单片机最小系统以保障其正常工作。
[0029] 过电保护方法，包括如下步骤：
[〇〇3〇] A、若无雷击或者漏电现象，本系统正常工作，电路正常供电给负载设备；若存在雷 击或者漏电现象，零线与火线之间的电压会产生变化，电磁感应线圈上会产生感应电流。
[0031] B、当电压超过额定电压时，压敏电阻会击穿导通通过大地泄流，降低电流强度以 保护负载设备；此时电磁感应线圈上也会产生感应电流。
[0032] C、电磁感应线圈产生的电流通过光耦电路通知单片机最小系统存在雷击或者漏 电现象，单片机最小系统将发送命令断开继电器从而保护负载设备。
[0033] D、断电后由蓄电池给单片机最小系统供电，以保障其正常工作，单片机最小系统 将在规定的时间后发送命令闭合继电器重新检测是否存在雷击或者漏电现象，若不存在， 则系统继续上电工作，若存在，则断电后在规定的时间后继续循环检测是否存在雷击或者 漏电现象。
[0034] 所述过电保护智能开关及其过电保护方法在森林防火领域的应用。
[0035] 本发明结构简单，使用方便，稳定性好，能够及时发现雷击现象，且准确率高，从而 保护负载设备能够避免雷击等现象对负载设备的损害，从而达到保护设备、降低维护成本、 提高设备安全的目的。本发明解决了在雷击的瞬间断开供电开关，从而实现森林防火监测 设备在雷电袭击的瞬间是和供电链路隔离的，并在雷电过后自动恢复其供电链路以确保设 备正常工作这一迫切的需求的问题，1，能够精确了监测到雷击并宣泄其电流，2,在给设备 断电后能够在规定时间后重新闭合开关检验是否仍有强电压，以便在雷击后及时给设备供 电使森林防火监测设备正常工作。
[0036] 过压保护原理
[0037] 1.雷击的瞬间，火线上的电压瞬间增大，当超过额定电压的时候，压敏电阻会被击 穿导通，通过接地宣泄强电流，以便保护负载设备。
[0038] 2.当火线上的电压被宣泄掉一部分的时候，由于电磁感应线圈中的零线与火线上 的电流虽然方向相反，但是大小不一样，其磁通量不会相互抵消，从而产生感应电动势，由 于电磁感应线圈与光耦电路相连形成环路，从而形成感应电流。
[0039] 3.光耦电路在感应电流中工作，给单片机最小系统发送信号，告知其有高压电流， 单片机最小系统发送命令控制继电器断开，实现森林防火监测设备与供电链路的隔离。
[0040] 4.在断电后，单片机最小系统由畜电池供电，单片机最小系统在规定的时间后会 控制继电器闭合，重新监测是否存在强电压，以及时实现负载设备的及时正常工作。
[0041] 5.蓄电池通过两个方向相反的并联二极管与单片机最小系统的供电电路并联，在 有外部供电的情况下，若蓄电池的电充满，则蓄电池不充电，若蓄电池的电不满，则对蓄电 池充电；在没有外部供电的情况下，由蓄电池对单片机最小系统供电以保障此系统正常运 行。
[0042] 效果比较，选用300个微电子设备，每100个为一组，防止同一雷电多发区，A组与 本发明连接、B组与避雷针连接，C组与主动隔离器连接，比较效果如下
[0043]
【权利要求】
1. 一种森林防火用过电保护智能开关，包括继电器，电磁感应线圈，光耦电路，压敏电 阻，单片机最小系统和蓄电池，其特征在于，所述继电器与零线、火线连接，通过其连接可实 现该系统的开关功能； 所述继电器与零线、火线之间螺丝固定连接，所述电磁感应线圈连接从继电器接出的 零线、火线，该电磁感应线圈将通过监控零线与火线上是否存在感应电流实现对有无漏电 现象的检测； 所述压敏电阻连接在电磁感应线圈与负责设备之间的零线或者火线上，当有超过额 定电压的电流通过时，压敏电阻会被击穿导通，通过接地分压，实现对后面的负载设备的保 护。
2. 根据权利要求1所述森林防火用过电保护智能开关，其特征在于，所述光耦电路通 过电连接与电磁感应线圈相连，通过光耦电路将电磁感应线圈中是否存在感应电流这一状 态传输到单片机最小系统。
3. 根据权利要求1所述森林防火用过电保护智能开关，其特征在于，所述单片机最小 系统能够通过接收光耦电路传送的电磁感应线圈中是否存在感应电流来控制继电器实现 电流的闭合与断开，从而保护负载设备；所述蓄电池通过两个反向并联的二极管与单片机 最小系统的电源线相连，当外部供电时，若电池电量不足则充电，否则不充电；当外部断电 时，电池负责供电给单片机最小系统以保障其正常工作。
4. 一种如权利要求1-3任一所述深林防火用过电保护智能开关的过电保护方法，其特 征在于，包括如下步骤： A、 若无雷击现象，本系统正常工作，电路正常供电给负载设备；若存在雷击现象，零线 与火线之间的电压会产生变化，电磁感应线圈上会产生感应电流。 B、 当电压超过额定电压时，压敏电阻会击穿导通通过大地泄流，降低电流强度以保护 负载设备；此时电磁感应线圈上也会产生感应电流。 C、 电磁感应线圈产生的电流通过光耦电路通知单片机最小系统存在雷击或者漏电现 象，单片机最小系统将发送命令断开继电器从而保护负载设备。 D、 断电后由蓄电池给单片机最小系统供电，以保障其正常工作，单片机最小系统将在 规定的时间后发送命令闭合继电器重新检测是否存在雷击或者漏电现象，若不存在，则系 统继续上电工作，若存在，则断电后在规定的时间后继续循环检测是否存在雷击或者漏电 现象。
5. -种如权利要求1-4任一所述过电保护智能开关及其过电保护方法在森林防火领 域的应用。
【文档编号】H02H9/04GK104092204SQ201410307433
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】逄增辉, 逄增伦, 石少锋 申请人:青岛浩海网络科技股份有限公司