一种带通讯的短路与接地故障指示器的制作方法

本实用新型涉及应用于电力系统开关柜中的检测装置，更具体地说它涉及一种带通讯的短路与接地故障指示器。

背景技术：

目前，公告号为CN 202563038U的中国专利公开一种带通讯的短路与接地故障指示器，其特征在于，包括短路故障传感器、接地故障传感器以及控制单元，该控制单元包括微处理器以及均与微处理器相连的短路故障指示模块、接地故障指示模块和RS-485通讯模块，该短路故障传感器和接地故障传感器还均与微处理器相连而分别将短路故障信号和接地故障信号传输至微处理器，并该微处理器经由短路故障指示模块和接地故障指示模块显示，以及经由RS-485模块而传输到远端。

现有技术中类似于上述的短路与接地故障指示器，其连接于三相电缆,而电缆上接通大功率电器时,会出现瞬时的高电流；现有的短路与接地故障指示器无法对此类高电流与电路短路情况下的高电流进行区分，可能会出现误操作。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种带通讯的短路与接地故障指示器，在于更加准确的判断短路故障。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种带通讯的短路与接地故障指示器，包括MCU单元、短路故障传感装置、短路故障指示装置和RS-485通讯模块，所述短路故障传感装置、短路故障指示装置和RS-485通讯模块均电连接于MCU单元上；其特征在于： 所述短路故障传感装置有三个分别耦接于三相电的三根电缆上，所述短路故障传感装置包括：取样电路，用于获取电缆电流；

比较电路，电连接于取样电路，将取样电路获取的电流转化为电压，并与设置的基准电压比较，输出判定信号；

延时电路，电连接于比较电路，输出的判定信号的延时信号；

逻辑电路，电连接于比较电路与延时电路，结合判定信号与延时信号，输出判断电缆是否短路的短路信号。

通过采用上述技术方案，设置RS-485通讯模块，使得短路与接地故障指示器能够实现远距离信号传输；短路故障传感装置设置三个分别对应三根电缆，对三根电缆进行分别检测能够实现对短路电缆的快速识别；而在短路故障传感装置设置取样电路获得电缆上的电流用于检测；设置比较电路用于将电流转化为电压并将转化的电压与预设的短路电压进行比较，如果大于预设的短路电压证明，电路在此刻处于短路电流状态；而设置延时电路将短路信号进行延时，并通过逻辑电路将延时的短路信号与现有信号一同结合。

当延时的短路信号和现有信号均为短路电流信号，则短路电流持续了一定的时间，电缆处于短路，MCU单元触发短路故障指示装置和RS-485通讯模块；而若当延时的短路信号为短路电流信号、现有信号不为短路电流信号，则说明短路电流只持续了一瞬间，电路不处于短路电路状态，只是有高功率电器启动，因此MCU单元不触发短路故障指示装置和RS-485通讯模块；从而短路与接地故障指示器实现了更加准确的短路故障判断。

本实用新型进一步设置为：还包括有输出电源电压的电源装置，所述电源装置包括电池与电连接于电池的稳压电路。

通过采用上述技术方案，由于短路与接地故障指示器用于检测电缆的故障状态，因此若直接连接电缆容易使得短路与接地故障指示器出现故障；而用电池和稳压电路提供电源，也能够提供稳定的电压，使得短路与接地故障指示器处在稳定的工作状态。

本实用新型进一步设置为：所述取样电路包括电流互感器，所述电流互感器的一次侧电连接于电缆上，二次侧的一端接地、另一端电连接于比较电路。

通过采用上述技术方案，通过电流互感器能够将一次侧的电缆电流按照设定比例传输到二次侧，从而实现了对电缆的电流进行取样。

本实用新型进一步设置为：所述比较电路包括有比较放大器和基准电阻，所述比较电路的正输入端依次串联基准电路与电流互感器，所述比较放大器的负输入端电连接于基准电压。

通过采用上述技术方案，基准电阻将从电流互感器上获得的电流转化为实时电压，而将实时电压与基准电压比较，既能够对电缆是否处于短路电流状态进行实时的检测。

本实用新型进一步设置为：所述比较电路还包括有第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻依次连接于电源电压后接地，所述比较放大器的负输入端连接于第一分压电阻和第二分压电阻之间的节点。

通过采用上述技术方案，设置第一分压电阻和第二分压电阻，将电源电压进行分压，从而能够为比较放大器的负输入端接入稳定的基准电压。

本实用新型进一步设置为：所述比较电路还包括有保护二极管，所述保护二极管的阴极电连接于比较放大器的正输入端，阳极连接电源电压。

通过采用上述技术方案，比较放大器的正输入端连接保护二级管，在电路电流与基准电阻结合后的电压大于电源电压时，会使得保护二极管接通，使得比较放大器的正输入端连接电源电压，从而对比较放大器起到了保护的作用。

本实用新型进一步设置为：所述延时电路包括有开关三极管和555定时器，所述开关三极管的基极电连接于比较放大器的输出端，集电极电连接于电源电压，发射极电连接于555定时器的输入端，所述555定时器的输出端延时输出输入信号。

通过采用上述技术方案，设置开关三极管，使得开关三级管在比较放大器输出短路信号后接通，使得555定时器开始计时，从而方便对输入信号进行稳定的延时处理。

本实用新型进一步设置为：所述逻辑电路包括有与门，所述与门电路的输入端分别电连接于555定时器的输出端和比较放大器的输出端，输出端电连接于MCU单元。

通过采用上述技术方案，逻辑电路使用与门，在555定时器的输出端和比较放大器的输出端均输出高电位的状态下接通，从而当电缆电路上连接大功率电器时，处在瞬时的高电流状态时，与门不会输出高电平。

本实用新型进一步设置为：还包括GPRS定位模块，所述GPRS定位模块电连接于MCU单元。

通过采用上述技术方案，在MCU单元上连接GPRS定位模块，在电缆短路的情况下，GPRS定位模块会启动，便于维修人员去寻找故障点。

综上所述，本实用新型具有以下优点：

1、对电缆上的瞬时短路电流进行判断，从而更加准确的判断电缆上的短路故障；

2、设置RS-485通讯模块，能够进行远距离的故障信息传输；

3、设置GPRS定位模块，便于维修人员去寻找故障点。

附图说明

图1是本实施例的电路连接框图；

图2是本实施例中电源电路的示意图；

图3是本实施例中短路故障传感装置的电路图。

附图标记说明：1、MCU单元；2、短路故障传感装置；3、电源装置；4、接地故障传感装置；5、短路故障指示装置；6、GPRS定位模块；7、接地故障指示装置；8、RS-485通讯模块；21、取样电路；22、比较电路；23、延时电路；24、逻辑电路；B1、电池；C1、延时电容；C2、接地电容；C3、稳压电阻；D1、保护二极管；PT1、电流互感器；OA1、比较放大器；R1、第一分压电阻；R2、第二分压电阻；R3、基准电阻； R4、延时电阻；R5、负载电阻；Q1、开关三极管；AN1、与门。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例，一种带通讯的短路与接地故障指示器，如图1所示，包括MCU单元1、短路故障传感装置2、电源装置3、接地故障传感装置4、短路故障指示装置5、GPRS定位模块6、接地故障指示装置7、RS-485通讯模块8；其中短路故障传感装置2、电源装置3、接地故障传感装置4、短路故障指示装置5、接地故障指示装置7和RS-485通讯模块8均与电源装置3电连接，电源装置3为MCU单元1供电的同时，也为接地故障传感装置4和短路故障传感装置2提供电源；GPRS定位模块6电连接于短路故障指示装置5和接地故障指示装置7，当短路故障指示装置5或接地故障指示装置7接通，GPRS定位模块6就会启动。

而在其中接地故障传感装置4、短路故障指示装置5、GPRS定位模块6、接地故障指示装置7、RS-485通讯模块8均为现有技术，故在下文中不对其结构进行赘述，只对其连接方式和工作状态进行描述。

如图2所示，电源装置3包括电池B1、稳压电容C3和7812稳压器，电池B1的正极连接7812稳压器的输入端，负极接地；稳压电容C3的两端并联于电池B1的两端，7812稳压器的接地端接地，输出端输出电源电压VCC；通过使用电池B1、稳压电容C3和7812稳压器的稳压电路，能够为MCU单元1、短路故障传感装置2和接地故障传感装置4提供稳定的电压，不受电缆短路或接地故障的影响。

如图3所示，短路故障传感装置2的数量为三个，分别连接于三相电缆的每一相上，而由于三个接地故障传感装置4结构相同，故一下只介绍其中一个；接地故障传感装置4包括取样电路21、比较电路22、延时电路23和逻辑电路24；取样电路21包括电流互感器PT1，电流互感器PT1的一次侧电连接于电缆上，二次侧的一端接地、另一端电连接于比较电路22，电流互感器PT1将电缆上的电流从一次侧按适应比例取样到二次侧。

如图3所示，比较电路22包括比较放大器OA1、基准电阻R3、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2和保护二极管D1，比较电路22的正输入端依次串联基准电路与电流互感器PT1的二次侧上，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2依次连接于电源电压后接地，比较放大器OA1的负输入端连接于第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间的节点,为比较放大器OA1的负输入端提供稳定的基准电压。保护二极管D1的阴极电连接于比较放大器OA1的正输入端，阳极连接电源，对放大比较放大器OA1的正输入端起到保护作用。而通过将电缆的实时电流形成的电压与基准电压通过比较放大器OA1的比较，使得比较放大器OA1的输出端在电缆上出现短路电流时输出高电位，否则为低电位。

如图3所示，延时电路23包括有开关三极管Q1、555定时器、延时电容C1、延时电阻R4、接地电容C2和负载电阻R5；开关三极管Q1的基极与比较放大器OA1的输出端连接，集电极连接电源电压，发射极分别连接于555定时器的四脚、八脚和延时电容C1的一端；延时电容C1的另一端分别连接于555定时器的六脚、二脚和延时电阻R4的一端；延时电阻R4的另一端接地；555定时器的一脚直接接地，五脚连接接地电容C2后接地，三脚连接负载电阻R5后输出。当比较放大器OA1输出端输出高电平后，开关三极管Q1接通，延时电容C1充电，充电过程中三脚输出低电平，延时电容C1充电完毕后三脚输出高电平。

如图3所示，逻辑电路24包括与门AN1，与门AN1电路的输入端分别电连接于负载电阻R5远离555定时器的一端和比较放大器OA1的输出端，与门AN1的输出端输出电信号VS，结合图1，电信号VS传输至MCU单元1内；当电缆中接通大功率电器出现较小时长的短路电流时，由于电缆中出现了短路电流的时长小于延时电路23延时时长，比较电路22的输出端和延时电路23的输出端无法同时输出高电平，使得与门AN1不会输出高电平，从而不会触发短路故障指示装置5；而在电缆中出现了超过延时电路23延时时长的短路电流，即电缆中出现了短路电流，比较电路22的输出端和延时电路23的输出端同时输出高电平，与门AN1输出高电平，截断短路电缆，启动短路故障指示装置5。

短路与接地故障指示器运行原理，如图1所示，当电缆发生短路故障，短路故障传感器向MCU单元1输出电信号，MCU单元1得到电信号后，切断电缆，启动短路故障指示装置5、GPRS定位模块6和RS-485通讯模块8，对短路故障进行远距离的传输，并发出定位和指示；同理，当电缆发生接地故障，接地故障传感器向MCU单元1输出电信号，MCU单元1得到电信号后，切断电缆，启动接地故障指示装置7、GPRS定位模块6和RS-485通讯模块8，对接地故障进行远距离的传输，并发出定位和指示。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。