电流互感器的线路故障监测电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种电流互感器的线路故障监测电路，其包括：电流参数采集单元、电流互感器线路监测单元、信号放大单元和中央处理单元；电流参数采集单元及信号放大单元分时完成配电回路的电流信号及电流互感器线路监测信号的采集、放大，并传递给中央处理单元，中央处理单元通过分析处理分别得出配电回路的电流大小及电流互感器的连接线路状态，并通过显示屏实时显示当前回路的电流参数；当侦测到电流互感器的连接线路处于异常状态时，即刻发出故障报警音响。本实用新型的优点是：采用可控、分时监测的方法来规避线路监测对正常电流参数测量的影响，对线路监测和电流参数测量分时进行。
【专利说明】电流互感器的线路故障监测电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种线路监测电路，具体是一种电流互感器的线路故障监测电路。
【背景技术】
[0002]在一般的线路监测电路中(如:继电器、风机等)，都会采用一个固定的、远低于被测设备动作电压的低电压来进行线路监测，这样既可以监控被测设备，又不至于造成设备动作。
[0003]而电流互感器就不适合采用这种检测方法来进行线路监测，原因如下:
[0004]I)电流互感器本身是测量电流大小的，而且互感器的感应电流非常小:一般互感器变比为2000:1，2A电流也只能产生ImA的感应电流，而象剩余电流(即漏电流)就更加微弱，正常剩余电流只有几十到几百毫安，其得到的感应电流就只有几十到几百微安，如果叠加一个外部电流(下称偏置电流)就会对测量电流造成极大影响，甚至被偏置电流淹没；
[0005]2)偏置电流大小与互感器的线圈阻抗有直接关系，而互感器的线圈阻抗的一致性较差，这样就造成叠加的电流大小不一致，其一致性所造成的误差值就可能覆盖了测量值，也就使得互感器的主要功能一电流测量极不准确，所以市场上的各类电力仪表均未见有对电流互感器进行线路监测的。
[0006]现有的电流测量仪表及各类有关的带电流测量的控制器因未解决线路监测对正常参数测量所造成的影响，使得这类使用场所均未对电流传感器的连接线路进行线路监测。
[0007]在不作线路监测的情况下，如果现场接线端子松动或啮齿类动物咬断连接线路，将会造成电流互感器开路，而电流互感器是严禁开路的一电流互感器二次侧开路就相当于一个升压变压器，电压值会相当高，将会使得现场操作人员存在严重的安全隐患。
【发明内容】
[0008]本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种电流互感器的线路故障监测方法，在不加固定偏置电流的情况下，既能够完成电流互感器信号输出线缆的监测，又不影响正常电流参数的测量，有效保障了用电安全。
[0009]按照本实用新型提供的技术方案，所述的电流互感器的线路故障监测电路包括:电流参数采集单元、电流互感器线路监测单元、信号放大单元和中央处理单元，所述电流参数采集单元、电流互感器线路监测单元连接电流互感器，电流互感器线路监测单元连接电流参数采集单元和中央处理单元，电流参数采集单元的输出经过信号放大单元连接中央处理单元；电流参数采集单元及信号放大单元分时完成配电回路的电流信号及电流互感器线路监测信号的采集、放大，并传递给中央处理单元，中央处理单元通过分析处理分别得出配电回路的电流大小及电流互感器的连接线路状态，并通过显示屏实时显示当前回路的电流参数；当侦测到电流互感器的连接线路处于异常状态(包括短路和断路的状态)时，即刻发出故障报警音响。
[0010]所述中央处理单元还可以通过485通讯模块将电流参数及线路故障信息上传至监控后台O
[0011]具体的，所述电流互感器线路监测单元包括三极管Q2，三极管Q2的基极经过电阻R4连接中央处理单元的1 口，三极管Q2发射极经过电阻R3连接基准电压，三极管Q2集电极连接到电流互感器Tl的非接地端；所述电流参数采集单元包括连接在电流互感器Tl两端的:电阻R25、TVS 二极管D6和电容C4 ;所述信号放大单元包括运算放大器U5B，电流互感器Tl的非接地端经过电阻R14连接运算放大器U5B的反相输入端，运算放大器U5B的反相输入端还经过电阻R17连接自身输出端，运算放大器U5B的同相输入端经过电阻R15接地，运算放大器U5B的输出端再经过RC滤波电路连接到中央处理单元的AD采集口；当测量电流信号时，中央处理单元通过1 口输出高电平，使得三极管Q2处于截止状态，测试电路不导通，此时电流互感器产生的感应电流通过电阻R25转化成电压信号Ul，并通过运算放大器U5B放大后得到U2，U2输入中央处理单元AD采集口，由中央处理单元进行数据处理得到被测电流值，此时的测量值仅仅与被测电流相关；当监测电流互感器线路时，中央处理单元通过1 口输出低电平，使得三极管Q2处于导通状态，测试电路导通。
[0012]本实用新型的优点是:本实用新型采用“可控”、“分时”监测的方法来规避线路监测对正常电流参数测量的影响:1、增加由中央处理单元的1 口控制的三极管来控制线路监测电路；2、对线路监测和电流参数测量分时进行，在监测线路时不进行参数测量，同样在测量正常电流参数时通过中央处理单元的1 口关闭线路监测电路。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的电路结构框图。
[0014]图2是本实用新型的工作流程图。
[0015]图3是本实用新型的电路原理图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0017]如图1所示，本实用新型包括:电流参数采集单元、电流互感器线路监测单元、信号放大单元、中央处理单元及人机对话、通讯等辅助单元。所述电流参数采集单元、电流互感器线路监测单元连接电流互感器，电流互感器线路监测单元连接电流参数采集单元和中央处理单元，电流参数采集单元的输出经过信号放大单元连接中央处理单元。所述中央处理单元还可以连接有按键处理单元、RS485通讯模块、指示灯、报警音响及显示单元等。
[0018]电流参数采集单元及信号放大单元分时完成配电回路的电流信号及互感器线路监测信号的采集、放大，并传递给中央处理单元，中央处理单元通过分析处理分别得出配电回路的电流大小及电流互感器的连接线路状态，并实时显示当前回路的电流参数，并当侦测到电流互感器的连接线路处于异常状态(短路或断路)时，即刻发出故障报警音响，提醒操作人员引起注意。本实用新型还可通过RS485通讯模块将电流参数及线路故障信息上传至监控后台，以保障用电安全。
[0019]如图2所示为本实用新型电路的处理流程:本实用新型设备上电后进行系统参数初始化，然后关闭电流互感器线路监测电路，进行漏电流参数采集，并对参数进行运算处理并实时显示。当正常电流参数采集完成后即开启电流互感器线路监测电路，并对开启线路监测后的电流信号进行参数处理、分析，判别是否存在电流互感器连接线的短路、断路等线路异常状态，如果存在异常，则发出线路故障告警信号。而后将进入下一个处理流程，循环往复。电流互感器线路监测单元主要是为了防止电流互感器的输出线路开路，并因输出线路开路导致高压，给操作人员带来安全隐患。
[0020]图3右下方框内电路为电流参数采集单元，右上方框内电路为电流互感器线路监测单元，左侧为电流及线路监测参数放大部分。电流互感器线路监测单元包括三极管Q2，三极管Q2的基极经过电阻R4连接中央处理单元(以单片机为例)的1 口 Line_Test，三极管Q2发射极经过电阻R3连接基准电压VCC，三极管Q2集电极连接到电流互感器Tl的非接地端；电流参数采集单元包括连接在电流互感器Tl两端的:电阻R25、TVS 二极管D6 (双向瞬态抑制二极管P6KE5.0CA)和电容C4 ;信号放大单元包括运算放大器U5B，电流互感器Tl的非接地端经过电阻R14连接运算放大器U5B的反相输入端，运算放大器U5B的反相输入端还经过电阻R17连接自身输出端，运算放大器U5B的同相输入端经过电阻R15接地，运算放大器U5B的输出端再经过RC滤波电路连接到单片机的AD采集口 AN_IL。
[0021]具体原理为:当测量电流信号时，单片机通过1 口 Line_Test输出高电平，使得三极管Q2处于截止状态，测试电路不导通，此时电流互感器产生的感应电流通过R25转化成电压信号Ul，并通过运放U5B放大后得到U2，U2输入单片机AD采集口 AN_IL，由单片机进行数据处理得到被测电流值，此时的测量值仅仅与被测电流相关，与线路监测单元电路毫无关系。
[0022]当监测电流互感器线路时，单片机即通过1 口 Line_Test输出低电平，使得三极管Q2处于导通状态，测试电路导通，此时分成以下3种情况:
[0023]I)正常情况下:测试电路产生的电流Il分成两路:流经R25的12和流经电流互感器本身的13，在无外部感应电流(交流电流)时电压Ul为R25与RO并联后与R3组成分压电路的分压值，这个值就是一个固定值:U1=( (R25//R0) / ((R25//R0) +R3)) *VCC，如果测得这样一个固定的电压值，我们就可以判断电流互感器线路正常；当有外部感应电流时，Ul就是一个分压值和感应电流在R25上产生的感应电压的综合值，感应电流是交流信号，所以此时的Ul电压是一个交直流综合信号，是不断变化的信号:10ms偏高(正半周)、1ms偏低(负半周)，我们可以根据这个变化的性状也可以判定现在电流互感器处于正常状态。
[0024]2)当电流互感器线路短路时，Ul=O V，非常方便的可以加以判定。
[0025]3)当电流互感器线路开路时，Ul的电压就是一个固定的、R25与R3组成的分压电路的分压值:Ul= (R25/(R25+R3)) * VCC，而且永远不会有变化(AD采集误差变化除外)。
[0026]本实用新型消除了电流传感器线路故障监测(断线及短路监测)对正常电流参数测量所造成的影响。还可利用交流被测信号的交变性能来判别电流互感器线路的正常性。
[0027]本实用新型在实施时需要考虑以下因素:
[0028]1、因线路监测电流叠加在正常电流参数上，在进行线路监测时需确定正常电流参数在最大电流和最小电流情况下对线路监测的影响程度，不能因为正常测量电流的存在而引起线路监测的误判；
[0029]2、考虑三极管的关断速度影响，线路监测回路被关闭后，多长时间开始正常电流参数测量最合适是需要充分考虑三极管的特性和实际测量。
【权利要求】
1.电流互感器的线路故障监测电路，其特征是，包括:电流参数采集单元、电流互感器线路监测单元、信号放大单元和中央处理单元，所述电流参数采集单元、电流互感器线路监测单元连接电流互感器，电流互感器线路监测单元连接电流参数采集单元和中央处理单元，电流参数采集单元的输出经过信号放大单元连接中央处理单元；电流参数采集单元及信号放大单元分时完成配电回路的电流信号及电流互感器线路监测信号的采集、放大，并传递给中央处理单元，中央处理单元通过分析处理分别得出配电回路的电流大小及电流互感器的连接线路状态，并通过显示屏实时显示当前回路的电流参数；当侦测到电流互感器的连接线路处于异常状态时，即刻发出故障报警音响。
2.如权利要求1所述电流互感器的线路故障监测电路，其特征是，所述中央处理单元还连接有RS485通讯模块，通过485通讯模块将电流参数及线路故障信息上传至监控后台。
3.如权利要求1所述电流互感器的线路故障监测电路，其特征是，所述电流互感器的连接线路处于异常状态包括短路和断路的状态。
4.如权利要求1所述电流互感器的线路故障监测电路，其特征是，所述电流互感器线路监测单元包括三极管Q2，三极管Q2的基极经过电阻R4连接中央处理单元的1 口，三极管Q2发射极经过电阻R3连接基准电压，三极管Q2集电极连接到电流互感器Tl的非接地端；所述电流参数采集单元包括连接在电流互感器Tl两端的:电阻R25、TVS 二极管D6和电容C4 ;所述信号放大单元包括运算放大器U5B，电流互感器Tl的非接地端经过电阻R14连接运算放大器U5B的反相输入端，运算放大器U5B的反相输入端还经过电阻R17连接自身输出端，运算放大器U5B的同相输入端经过电阻R15接地，运算放大器U5B的输出端再经过RC滤波电路连接到中央处理单元的AD采集口 ；当测量电流信号时，中央处理单元通过.1 口输出高电平，使得三极管Q2处于截止状态，测试电路不导通，此时电流互感器产生的感应电流通过电阻R25转化成电压信号U1，并通过运算放大器U5B放大后得到U2，U2输入中央处理单元AD采集口，由中央处理单元进行数据处理得到被测电流值，此时的测量值仅仅与被测电流相关；当监测电流互感器线路时，中央处理单元通过1 口输出低电平，使得三极管Q2处于导通状态，测试电路导通。
【文档编号】G01R35/02GK204228942SQ201420709020
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】龙迎春, 顾晓群, 王军, 严明燕 申请人:无锡韩光电器股份有限公司