CN111697547A - 一种断电设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种断电设备，包括电流采集装置，用于对输电线路中的电流进行采样得到电流采样信号，并输出电流采样信号至信号处理装置；信号处理装置，用于处理采样得到的电流采样信号得到相应的控制电压，并输出所述控制电压至半导体开关，以当所述电流过流时控制所述半导体开关关断，当所述电流恢复正常时控制所述半导体开关闭合；所述半导体开关，用于当闭合时接通所述输电线路，当关断时断开所述输电线路。该断电设备能够在发生过电流时及时快速的断电。本申请还公开了一种断电方法，同样具有上述技术效果。

Description

一种断电设备及方法
技术领域
本申请涉及电力技术领域，特别涉及一种断电设备；还涉及一种断电方法。
背景技术
流过电气设备及电缆的电流超过其额定值，就称为过电流。电气设备与电缆出现过电流后，通常会引起电气设备与电缆过热，严重时会将电气设备与电缆烧毁，甚至引起电火灾及气体、煤尘***等。因此，当发生过电流时需要采取断电措施。目前，现有断电方式采用机械开关，机械开关采用电磁原理，利用输入电路内电路在电磁铁铁芯与衔铁间产生的吸力作用而工作，实现通、断电路，其动作反应慢、有噪声、寿命有限，现有的电气电路及机械开关断电所需时间较长，一般可达600ms左右。然而在过电流情况下如果不能及时断电，将带来严重的安全隐患。因此，如何当发生过电流时及时快速的断电已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种断电设备，能够在发生过电流时及时快速的断电。本申请的另一目的是提供一种断电方法，同样具有上述技术效果。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种断电设备，包括：
电流采集装置，用于对输电线路中的电流进行采样得到电流采样信号，并输出电流采样信号至信号处理装置；
信号处理装置，用于处理采样得到的电流采样信号得到相应的控制电压，并输出所述控制电压至半导体开关，以当所述电流过流时控制所述半导体开关关断，当所述电流恢复正常时控制所述半导体开关闭合；
所述半导体开关，用于当闭合时接通所述输电线路，当关断时断开所述输电线路。
可选的，所述电流采集装置包括：
导电通路与霍尔电路；
所述导电通路，用于流过电流时产生磁场；
所述霍尔电路，用于将所述磁场转换为相应的电压信号。
可选的，所述导电通路为铜导通路。
可选的，所述信号处理装置包括：
动态补偿电路，用于对所述电压信号进行动态补偿处理；
放大电路，用于对所述电压信号进行放大处理；
滤波电路，用于对所述电压信号进行滤波处理；
增益电路，用于对所述电压信号进行增益处理；
稳压电路，用于对所述电压信号进行稳压处理；
电压比较电路，用于将经所述动态补偿电路、所述放大电路、所述滤波电路、所述增益电路以及所述稳压电路处理后的电压信号与预设参考值进行比较，得到相应的所述控制电压。
可选的，所述半导体开关为MOS管、晶闸管、IGBT中的任意一种。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种断电方法，包括：
对输电线路中的电流进行采样得到电流采样信号；
处理采样得到的所述电流采样信号得到相应的控制电压；
输出所述控制电压至半导体开关，以当所述电流过流时控制所述半导体开关关断，断开所述输电线路，当所述电流恢复正常时控制所述半导体开关闭合，接通所述输电线路。
可选的，所述对输电线路中的电流进行采样得到电流采样信号，包括：
通过导电通路与霍尔电路对所述输电线路中的电流进行采样得到电压信号。
可选的，所述处理采样得到的所述电流采样信号得到相应的控制电压，包括：
对采样得到所述电压信号进行动态补偿处理、放大处理、滤波处理、增益处理、稳压处理以及比较处理，得到相应的所述控制电压。
本申请所提供的断电设备，包括：电流采集装置，用于对输电线路中的电流进行采样得到电流采样信号，并输出电流采样信号至信号处理装置；信号处理装置，用于处理采样得到的电流采样信号得到相应的控制电压，并输出所述控制电压至半导体开关，以当所述电流过流时控制所述半导体开关关断，当所述电流恢复正常时控制所述半导体开关闭合；所述半导体开关，用于当闭合时接通所述输电线路，当关断时断开所述输电线路。
可见，较之采用机械开关实现断电控制的传统技术方案，本申请所提供的断电设备，通过电流采集装置对输电线路中的电流进行采样，通过信号处理装置对采样信号进行处理得到控制半导体开关的控制电压，当电流过流时，控制半导体开关断开，使输电线路断开。本申请采用控制半导体开关的方式实现断电控制，断电时间小于10ms，较之机械开关，大大缩减了断电时间，从而有效保证了用电设备及生命财产安全。另外，对于一些粉尘或气体场所，由于半导体开关在开通与关断时不产生火花，从而可以有效避免粉尘或气体的燃爆。
本申请所提供的断电方法同样具有上述技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种断电设备的示意图；
图2为本申请实施例所提供的一种电流采集装置的示意图；
图3为本申请实施例所提供的一种信号处理装置的示意图；
图4为本申请实施例所提供的一种断电方法的流程示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种断电设备，能够在发生过电流时及时快速的断电。本申请的另一核心是提供一种断电方法，同样具有上述技术效果。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种断电设备的示意图，参考图1所示，该断电设备主要包括：
电流采集装置10、信号处理装置20以及半导体开关30；
电流采集装置10，用于对输电线路中的电流进行采样得到电流采样信号，并输出电流采样信号至信号处理装置20；
信号处理装置20，用于处理采样得到的电流采样信号得到相应的控制电压，并输出控制电压至半导体开关30，以当电流过流时控制半导体开关30关断，当电流恢复正常时控制半导体开关30闭合；
半导体开关30，用于当闭合时接通输电线路，当关断时断开输电线路。
具体的，本申请所提供的断电设备主要包括电流采集装置10、信号处理装置20以及半导体开关30。将此断电设备接入输电线路中，当用电设备过多或短路而导致电流大小超出设定的电流值时，如超出50A，即发生过电流时，断电设备在10ms内跳闸切断输电线路；当设备减少或短路解除而使电流大小恢复正常时，断电设备再合闸接通输电线路。
电流采集装置10用于对输电线路中电流进行采样，得到电流采样信号，并输出电流采样信号至信号处理装置20，以便信号处理装置20进一步对电流采样信号进行处理得到控制半导体开关30导通或关断的控制电压。
其中，参考图2所示，在一种具体的实施方式中，电流采集装置包括：导电通路101与霍尔电路102；所述导电通路101，用于流过电流时产生磁场；所述霍尔电路102，用于将所述磁场转换为相应的电压信号。
具体而言，本实施例中，电流采集装置由高精密、低偏移电路组成，包括导电通路101与霍尔电路102。导电通路101靠近输电线路，在输电线路中有电流流过的同时，导电通路101中会产生电流，并当导电通路101中流过电流时，导电通路101产生磁场。在导电通路101产生磁场的基础上，霍尔电路102进一步将磁场转换成电压。该电流采集装置对杂散电场等具有较高的抗扰度，保证了在高电压应用中输出电压纹波低、偏移小。且当电流通过导电通路101，电流采集装置的输出具有正的斜率(>Vcc/2)；Vcc表示电源电压。霍尔电路102最终输出电压信号，此电压信号实则反应的是输电线路中电流的大小。输电线路中电流越大，自然霍尔电路102输出的电压信号越大。相反，输电线路中电流越小，霍尔电路102输出的电压越小。
在上述实施例的基础上，进一步，导电通路101为铜导通路。由此，输电线路中有电流流过的同时，位于输电线路附近的铜导通路流过电流，并在此基础上产生磁场。
信号处理装置负责处理电流采集装置采样得到的电流采样信号，得到相应的控制电压，进而输出控制电压至半导体开关，控制半导体开关的开关状态。具体而言，当电流过流时控制半导体开关关断，切断输电线路；当电流恢复正常后，再控制半导体开关闭合，接通输电线路。
其中，参考图3所示，在一种具体的实施方式，信号处理装置20包括：动态补偿电路201，用于对所述电压信号进行动态补偿处理；放大电路202，用于对所述电压信号进行放大处理；滤波电路203，用于对所述电压信号进行滤波处理；增益电路204，用于对所述电压信号进行增益处理；稳压电路205，用于对所述电压信号进行稳压处理；电压比较电路206，用于将经所述动态补偿电路201、所述放大电路202、所述滤波电路203、所述增益电路204以及所述稳压电路205处理后的电压信号与预设参考值进行比较，得到相应的所述控制电压。
具体而言，本实施例中，信号处理装置主要包括动态补偿电路201、放大电路202、滤波电路203、增益电路204、稳压电路205以及电压比较电路206。霍尔电路输出的电压信号经动态补偿电路201、放大电路202、滤波电路203、增益电路204、平稳电路以及电压比较电路206处理后，得到稳定的控制电压，进而控制半导体开关导通或关断。例如，控制电压为高电平时控制半导体开关导通，控制电压为低电平时控制半导体开关关断。
信号处理装置输出的电压的变化量
Figure BDA0002548714180000051
其中，ΔVIOUT表示信号处理装置输出的电压的变化量，VIOUT(Vcc)表示在电源电压为Vcc的情况下，得到的输出电压，VIOUT(5V)表示在5V的参考电压下得到的输出电压。
对于动态补偿电路201、放大电路202、滤波电路203、增益电路204、稳压电路205以及电压比较电路206的具体电路结构，本申请在此不做赘述，参考现有的相关电路即可。
区别于传统的机械开关，本申请采用半导体开关30来接通或断开输电线路。当半导体开关30闭合时，接通输电线路，当半导体开关30关断时断开输电线路。采用半导体开关30不仅实现了输入输出隔离，而且通断时间短，通断时半导体开关30不会产生火花。隔离电压≥2500VAC，负载电压范围40-520AVC，负载最大电流高达100A，断态漏电流小于2mA。对于一些粉尘或气体场所，由于半导体开关30在开通与关断时不产生火花，因此还可有效避免粉尘或气体的燃爆。
其中，对于半导体开关30的具体类型，本申请不做具体限定，可以根据实际需要进行差异性设置。
在一种具体的实施方式中，半导体开关30可以为MOS管、晶闸管、IGBT中的任意一种。
综上所述，本申请所提供的断电设备，包括：电流采集装置，用于对输电线路中的电流进行采样得到电流采样信号，并输出电流采样信号至信号处理装置；信号处理装置，用于处理采样得到的电流采样信号得到相应的控制电压，并输出所述控制电压至半导体开关，以当所述电流过流时控制所述半导体开关关断，当所述电流恢复正常时控制所述半导体开关闭合；所述半导体开关，用于当闭合时接通所述输电线路，当关断时断开所述输电线路。该断电设备，通过电流采集装置对输电线路中的电流进行采样，通过信号处理装置对采样信号进行处理得到控制半导体开关的控制电压，当电流过流时，控制半导体开关断开，使输电线路断开。本申请采用控制半导体开关的方式实现断电控制，断电时间小于10ms，较之机械开关，大大缩减了断电时间，从而有效保证了用电设备及生命财产安全。另外，对于一些粉尘或气体场所，由于半导体开关在开通与关断时不产生火花，从而可以有效避免粉尘或气体的燃爆。
本申请还提供了一种断电方法，下文描述的该方法可以与上文描述的设备相互对应参照。请参考图4，图4为本申请实施例所提供的一种断电方法的流程示意图；结合图4所示，该方法包括：
S101：对输电线路中的电流进行采样得到电流采样信号；
S102：处理采样得到的所述电流采样信号得到相应的控制电压；
S103：输出所述控制电压至半导体开关，以当所述电流过流时控制所述半导体开关关断，断开所述输电线路，当所述电流恢复正常时控制所述半导体开关闭合，接通输电线路。
在上述实施例的基础上，可选的，所述对电流进行采样得到电流采样信号，包括：
通过导电通路与霍尔电路对所述输电线路中的电流进行采样得到电压信号。
在上述实施例的基础上，可选的，所述处理采样得到的所述电流采样信号得到相应的控制电压，包括：
对采样得到所述电压信号进行动态补偿处理、放大处理、滤波处理、增益处理、稳压处理以及比较处理，得到相应的所述控制电压。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、设备以及计算机可读存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本申请所提供的断电设备及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种断电设备，其特征在于，包括：
电流采集装置，用于对输电线路中的电流进行采样得到电流采样信号，并输出电流采样信号至信号处理装置；
信号处理装置，用于处理采样得到的电流采样信号得到相应的控制电压，并输出所述控制电压至半导体开关，以当所述电流过流时控制所述半导体开关关断，当所述电流恢复正常时控制所述半导体开关闭合；
所述半导体开关，用于当闭合时接通所述输电线路，当关断时断开所述输电线路。
2.根据权利要求1所述的断电设备，其特征在于，所述电流采集装置包括：
导电通路与霍尔电路；
所述导电通路，用于流过电流时产生磁场；
所述霍尔电路，用于将所述磁场转换为相应的电压信号。
3.根据权利要求2所述的断电设备，其特征在于，所述导电通路为铜导通路。
4.根据权利要求3所述的断电设备，其特征在于，所述信号处理装置包括：
动态补偿电路，用于对所述电压信号进行动态补偿处理；
放大电路，用于对所述电压信号进行放大处理；
滤波电路，用于对所述电压信号进行滤波处理；
增益电路，用于对所述电压信号进行增益处理；
稳压电路，用于对所述电压信号进行稳压处理；
电压比较电路，用于将经所述动态补偿电路、所述放大电路、所述滤波电路、所述增益电路以及所述稳压电路处理后的电压信号与预设参考值进行比较，得到相应的所述控制电压。
5.根据权利要求4所述的断电设备，其特征在于，所述半导体开关为MOS管、晶闸管、IGBT中的任意一种。
6.一种断电方法，其特征在于，包括：
对输电线路中的电流进行采样得到电流采样信号；
处理采样得到的所述电流采样信号得到相应的控制电压；
输出所述控制电压至半导体开关，以当所述电流过流时控制所述半导体开关关断，断开所述输电线路，当所述电流恢复正常时控制所述半导体开关闭合，接通所述输电线路。
7.根据权利要求6所述的断电方法，其特征在于，所述对输电线路中的电流进行采样得到电流采样信号，包括：
通过导电通路与霍尔电路对所述输电线路中的电流进行采样得到电压信号。
8.根据权利要求7所述的断电方法，其特征在于，所述处理采样得到的所述电流采样信号得到相应的控制电压，包括：
对采样得到所述电压信号进行动态补偿处理、放大处理、滤波处理、增益处理、稳压处理以及比较处理，得到相应的所述控制电压。
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