直流供电系统中的直流侧接地故障保护装置的制作方法

本发明涉及一种供电系统保护装置，具体涉及一种直流供电系统中的直流侧接地故障保护装置。

背景技术：

漏电保护事关人身安全，在高压直流系统中，一旦发生接地故障，即使电流很微小，仍要尽快切断电路，以免造成人身伤害事故。因此直流接地故障保护是高压直流系统中必备的保护。

现有的漏电保护主要应用于交流系统中，当出现短路故障时，由断路器切断短路支路，进行保护，从而保证未发生故障的系统其它部分的供电不受影响；当出现接地故障时，由漏电保护开关进行保护。漏电保护开关的作用在于感受到很小的接地电流时，即可做出反应，切断接地支路，这一保护的主要作用是确保人身安全；当人体接触到交流火线时，火线和大地经过人体构成回路，由于人体电阻较大，回路中电流较小，但是人体上流经很小的电流就足以致命，因此需要配备漏电保护开关，用于检测流到大地的电流，正常时电流在火线和领先之间流动，不会有电流进入大地，一旦发现有流到大地的微小电流，漏电保护开关就启动保护，切断漏电支路。

由于检测接地电流的是一个交流电流互感器，只能检测到交流电流。当供电系统为高压直流时，直流正端或负端经人体接地后产生的是直流电流，这样交流电流互感器无法检测出直流漏电电流，造成漏电保护的失效。

申请号为201410059669.8公开了一种直流漏电流检测与保护电路及检测与保护方法，采用用于检测直流电源的输出电流与输入电流差的检测电路，差值信号放大与比较电路，继电器互锁与晶闸管(可控硅)控制保护电路，直流漏电保护测试电路。本发明提供的方法只适合于小电流和低电压的情况。对于高压大电流的大功率电路并不适合。

申请号为201520896813.3公开了一种测量直流线路对地漏电流的装置，该装置包括电流叠加电路、第一直流漏电流互感器、第二直流漏电流互感器、减法运算电路以及信号变换模块。本发明虽然采用传感器扩大了应用范围，但采用两个传感器的输出然后计算差值的方法误差较大。相比于漏电流，线路电路是个很大的值，用两个大数的差值作为检测结果，理论上其误差就会非常大，这就会直接影响其保护结果。

技术实现要素：

本发明是为了克服现有技术中漏电保护在直流系统中灵敏度和可靠性不高的问题，提供一种直流供电系统中的直流侧接地故障保护装置，能够根据漏电电流的大小进行反时限保护，从而充分保证人身安全，并可以避免误动作，有效的提高了漏电保护的灵敏度和可靠性。

本发明提供一种直流供电系统中的直流侧接地故障保护装置，包括直流接触器、漏电流传感器、采样电阻、放大电路、比较电路和闭锁电路，直流接触器一端与直流电源输出端相连，另一端通过漏电流传感器与负载相连；漏电流传感器的输出端与采样电阻相连，用于将漏电流信号转变为电压值；放大电路与漏电流传感器的输出端相连，用于将漏电流信号放大，并将放大后的漏电流信号传送至比较电路；比较电路用于接收漏电流传感器传送的放大后的漏电流信号，并与设定的阈值比较，形成比较器输出，并将比较器输出传送至锁闭电路；锁闭电路用于接收比较输出，并通过比较输出控制直流接触器的开关。

本发明所述的一种直流供电系统中的直流侧接地故障保护装置，作为优选方式，放大电路由第一运算放大器、第一电阻和第二电阻组成；第一运算放大器的正向输入端接地并与采样电阻一端相连，第一运算放大器的反向输入端与采样电阻另一端相连，第一运算放大器的反向输入端通过第一电阻接地，第一运算放大器的反向输入端通过第二电阻与第一运算放大器的输出端相连，第一运算放大器的输出端与比较电路相连。

本发明所述的一种直流供电系统中的直流侧接地故障保护装置，作为优选方式，比较电路由第二运算放大器、第三运算放大器、第三电阻和参考电源组成；第二运算放大器的正向输入端与第一运算放大器的输出端和第三运算放大器反向输入端相连，第二运算放大器的反向输入端与参考电源正极相连，第二运算放大器的输出端与第三电阻相连，第二运算放大器的输出端与闭锁电路相连，第三运算放大器的正向输入端与参考电源负极相连，第三运算放大器的反向输入端与第二运算放大器的正向输入端和第一运算放大器的输出端相连，第三运算放大器的输出端与闭锁电路相连。

本发明所述的一种直流供电系统中的直流侧接地故障保护装置，作为优选方式，闭锁电路由第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第一三极管和第二三极管组成；第一MOS管G级与比较电路输出端相连，第一MOS管D级与通过第四电阻与电源正极相连，第一MOS管D级通过第五电阻与第二MOS管G级相连，第一MOS管S级接地，第一MOS管S级与第三MOS管S相连，第一MOS管S级通过第六电阻与第二MOS管D级相连，第二MOS管S级与电源正极相连，第二MOS管的G级与第一三极管基级相连，第二MOS管的G级通过与第七电阻与电源正极相连，第三MOS管的D级与第一三极管基级相连，第一三级管的发射级接地，第一三级管的集电极通过第八电阻与第二三极管的基级相连，第二三极管的发射级与电源正极相连，第二三极管的集电极与直流接触器相连。

本发明采用霍尔效应的直流电流传感器，把正负电源线同时穿过传感器，这样传感器检测到的只是正负两线上的电流的差值，也就是直流漏电流。在使用过程中，把传感器的输出进入放大滤波电路，通过低通滤波器滤除其交流成分，这样剩余的就是直流漏电流，将其输出经延时电路接入比较器正端，比较器的负端接保护阈值，当漏电流值大于保护阈值时，比较器输出为高，保护动作，并经闭锁电路锁定保护，直到人工复位或断电后重新上电。

本发明能够根据漏电电流的大小进行反时限保护，从而充分保证人身安全，并可以避免误动作，有效的提高了漏电保护的灵敏度和可靠性。

附图说明

图1为一种直流供电系统中的直流侧接地故障保护装置示意图。

图2为一种直流供电系统中的直流侧接地故障保护装置放大电路的电路图。

图3为一种直流供电系统中的直流侧接地故障保护装置比较电路的电路图。

图4为一种直流供电系统中的直流侧接地故障保护装置锁闭电路的电路图。

附图标记：U1、第一运算放大器；U2、第二运算放大器；U3、第三运算放大器；Vth、参考电源；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；R5、第五电阻；R6、第六电阻；R7、第七电阻；R8、第八电阻；MOS1、第一MOS管；MOS2、第二MOS管；MOS3、第三MOS管；Q1、第一三极管；Q2、第二三极管。

具体实施方式

实施例1

如图1～4所示，本发明提供一种直流供电系统中的直流侧接地故障保护装置，包括直流接触器、漏电流传感器、采样电阻、放大电路、比较电路和闭锁电路，直流接触器一端与直流电源输出端相连，另一端通过漏电流传感器与负载相连；漏电流传感器的输出端与采样电阻相连，用于将漏电流信号转变为电压值；放大电路与漏电流传感器的输出端相连，用于将漏电流信号放大，并将放大后的漏电流信号传送至比较电路；比较电路用于接收漏电流传感器传送的放大后的漏电流信号，并与设定的阈值比较，形成比较器输出，并将比较器输出传送至锁闭电路；锁闭电路用于接收比较输出，并通过比较输出控制直流接触器的开关。

放大电路由第一运算放大器U1、第一电阻R1和第二电阻R2组成；第一运算放大器U1的正向输入端接地并与采样电阻一端相连，第一运算放大器U1的反向输入端与采样电阻另一端相连，第一运算放大器U1的反向输入端通过第一电阻R1接地，第一运算放大器U1的反向输入端通过第二电阻R2与第一运算放大器U1的输出端相连，第一运算放大器U1的输出端与比较电路相连。

比较电路由第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第三电阻R3和参考电源Vth组成；第二运算放大器U2的正向输入端与第一运算放大器U1的输出端和第三运算放大器U3反向输入端相连，第二运算放大器U2的反向输入端与参考电源Vth正极相连，第二运算放大器U2的输出端与第三电阻R3相连，第二运算放大器U2的输出端与闭锁电路相连，第三运算放大器U3的正向输入端与参考电源Vth负极相连，第三运算放大器U3的反向输入端与第二运算放大器U2的正向输入端和第一运算放大器U1的输出端相连，第三运算放大器U3的输出端与闭锁电路相连。

闭锁电路由第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一MOS管MOS1、第二MOS管MOS2、第三MOS管MOS3、第一三极管Q1和第二三极管Q2组成；第一MOS管MOS1的G级与比较电路输出端相连，第一MOS管MOS1的D级与通过第四电阻R4电源正极相连，第一MOS管MOS1的D级通过第五电阻R5与第二MOS管MOS2的G级相连，第一MOS管MOS1的S级接地，第一MOS管MOS1的S级与第三MOS管MOS3的S相连，第一MOS管MOS的S级通过第六电阻R6与第二MOS管MOS2的D级相连，第二MOS管MOS2的S级与电源正极相连，第二MOS管MOS2的G级与第一三极管Q1的基级相连，第二MOS管MOS2的G级通过与第七电阻R7与电源正极相连，第三MOS管MOS3的D级与第一三极管Q1的基级相连，第一三级管Q1的发射级接地，第一三级管Q1的集电极通过第八电阻R8与第二三极管Q2的基级相连，第二三极管Q2的发射级与电源正极相连，第二三极管Q2的集电极与直流接触器相连。

本实施例在使用过程中，漏电流传感器的输出接到一个采样电阻上，把漏电流信号转变为电压值；放大电路是一个双电源的运放电路，能够把漏电流信号放大，因漏电流的方向可能为正，也可能为负，故采用双电源运放，在正负两个方向都可以进行放大；漏电信号放大后进入比较电路，比较电路是一个窗口比较器，采用双电源供电，正向阈值为Vth，负向阈值为-Vth，当漏电流不超过阈值时，比较器输出为高；当漏电流超过阈值时，比较器输出为低；比较器的输出进入闭锁电路，正常时比较器输出为高，闭锁电路的输出三极管处于开通状态，24V电源接到直流接触器线圈，接触器吸合；当漏电流超过阈值，比较器反转为低，闭锁电路的输出第一三极管Q1和第二三极管Q2关断，接到直流接触器线圈的24V被切断，接触器断开，之后即使漏电流恢复正常，比较器重新翻转为高，由于闭锁电路的作用，24V电源仍然无法接到直流接触器线圈，因此负载供电仍然无法恢复。只有完全关闭系统电源，再重新启动后，方可恢复正常。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出的任何修改、变化或等效形式都将落入发明的保护范围之内。