專利名稱:高低壓隔離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型屬于過電壓保護(hù)裝置,尤其是一種高低壓隔離裝置。
背景技術(shù):
在高壓試驗(yàn)中,經(jīng)常需要測(cè)量較高等級(jí)的電壓信號(hào)以供測(cè)量、保護(hù)或者 監(jiān)視使用,雖然這些高壓信號(hào)大多是通過互感器或者分壓器轉(zhuǎn)換為低電壓信 號(hào)來測(cè)量的,但是, 一旦發(fā)生設(shè)備絕緣突然擊穿放電、接地不可靠或者接地 點(diǎn)電位突然抬高等情況,都可能會(huì)將高壓引入到測(cè)量回路,危及測(cè)量端的人 身安全和儀器儀表的安全。在實(shí)際測(cè)量過程中可能會(huì)發(fā)生多種情況的過電壓
1. 當(dāng)試驗(yàn)回路電磁狀態(tài)發(fā)生突變時(shí),會(huì)產(chǎn)生電磁振蕩,造成被試設(shè)備發(fā)生擊 穿或者閃絡(luò)引起的間歇過電壓,其特點(diǎn)是時(shí)間短, 一般為幾個(gè)毫秒,幅值 高,約為試驗(yàn)電壓的1 2倍,使用常規(guī)的過壓保護(hù)電路往往還未來得及動(dòng)作, 過電壓已經(jīng)傳到儀器儀表的測(cè)量端,給人身和設(shè)備帶來危害;2.接地電阻過
大或者接地不可靠時(shí), 一旦測(cè)量回路的電流增大就會(huì)引起接地點(diǎn)電位顯著抬 高從而產(chǎn)生過電壓,這種過電壓將會(huì)危害人身和儀器儀表的安全,常規(guī)的法只是通過降低接地點(diǎn)的電位,而不能從根本上解決;3.操作人員誤操作引 起的截波過電壓,如升壓速度過快,超過額定的試驗(yàn)電壓或者加壓過程中突 然斷電引起的截波過電壓,都會(huì)危及測(cè)量端的人身安全和儀器儀表的安全, 常規(guī)的過壓保護(hù)電路只能對(duì)工頻過電壓進(jìn)行保護(hù),對(duì)截波過電壓無法進(jìn)行保 護(hù)。
綜上所述,現(xiàn)有測(cè)量回路的過壓保護(hù)裝置存在的問題是l.僅適用于短 路保護(hù),存在過電壓保護(hù)反應(yīng)速度慢的問題,由于間歇過電壓和截波過電壓 時(shí)間短,因此,現(xiàn)有的保護(hù)裝置無法對(duì)間歇過電壓和截波過電壓進(jìn)行防護(hù);
2. —次設(shè)備與測(cè)量端儀表共用接地點(diǎn),當(dāng)接地點(diǎn)電位抬高后,危及測(cè)量端人 身和儀表的安全。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種解決在交直流耐壓 試驗(yàn)過程中由于間歇過電壓、截波過電壓以及接地點(diǎn)電位突然抬高產(chǎn)生的過 電壓危及測(cè)量端人身和儀器儀表的安全問題的高低壓隔離裝置。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種高低壓隔離裝置,由殼體及其內(nèi)部的高低壓隔離電路構(gòu)成,在殼體 兩側(cè)分別設(shè)有兩個(gè)電壓輸入端和兩個(gè)電壓輸出端并與高低壓隔離電路相連接,其特征在于高低壓隔離電路的結(jié)構(gòu)為在兩個(gè)電壓輸入端之間及兩個(gè) 電壓輸出端之間分別并聯(lián)一非線性元件,第一電壓輸入端經(jīng)第五電阻(R5)
后與第一光電耦合器(0C1)的輸入端正極及第二光電耦合器(0C2)的輸入 端負(fù)極相連接,第一光電耦合器(0C1)的輸入端負(fù)極經(jīng)第一電阻(Rl)和第 一偏置電壓(VI)后與第二電壓輸入端相連接,第二光電耦合器(0C2)的輸 入端正極經(jīng)第二偏置電壓(V2)和第二電阻(R2)后與第二電壓輸入端相連 接;第一光電耦合器(0C1)的集電極與第三偏置電壓(V3)相連接,第一光 電耦合器(0C1)的發(fā)射極經(jīng)第三電阻(R3)分壓后分別連接到兩個(gè)電壓輸出 端,第二光電耦合器(0C2)的發(fā)射極與第四偏置電壓(V4)相連接,第二光 電耦合器(0C2)的集電極經(jīng)第四電阻(R4)分壓后分別連接到兩個(gè)電壓輸出 端上。 — 而且,所述的非線性元件為壓敏電阻或瞬態(tài)電壓抑制二極管。 而且,所述的第一光電耦合器(0C1)和第二光電耦合器(0C2)采用的 是TLP521光電耦合器。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是
1. 本隔離裝置包括由非線性元件構(gòu)成的縱向保護(hù)電路和光電耦合器構(gòu)成 的橫向保護(hù)電路,將本隔離裝置連接在一次設(shè)備與儀器儀表之間,當(dāng)出現(xiàn)過 電壓情況時(shí),能夠迅速將儀器儀表與一次設(shè)備進(jìn)行電氣隔離,具有過壓保護(hù) 反應(yīng)快的特點(diǎn),解決了在交直流耐壓試驗(yàn)過程中由于間歇過電壓、截波過電 壓以及接地點(diǎn)電位突然抬高產(chǎn)生的過電壓等情況危及測(cè)量端人身和儀器儀 表的安全問題。
2. 本隔離裝置既可以用于交直流耐壓試驗(yàn)的測(cè)量回路,還可用于其他需 要在電氣上進(jìn)行隔離的測(cè)量裝置,具有使用簡單、移植方便的特點(diǎn)。
3. 本實(shí)用新型有效地解決在交直流耐壓試驗(yàn)過程中由于間歇過電壓、截 波過電壓以及接地點(diǎn)電位突然抬高產(chǎn)生的過電壓等情況危及測(cè)量端人身和儀 器儀表的安全問題,具有反應(yīng)速度快、保護(hù)及時(shí)、使用簡單、移植方便的特 點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于交直流耐壓試驗(yàn)的測(cè)量回路上。
圖1是本實(shí)用新型的外觀示意圖2是本實(shí)用新型的電路圖3是輸入輸出直流掃描分析圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例做進(jìn)一步詳述
本高低壓隔離裝置由殼體2及其內(nèi)部的高低壓隔離電路構(gòu)成,在殼體兩 側(cè)分別設(shè)有兩個(gè)電壓輸入端1和兩個(gè)電壓輸出端3,兩個(gè)電壓輸入端和兩個(gè)電壓輸出端與高低壓隔離電路相連接,該高低壓隔離電路的具體結(jié)構(gòu)如下兩 個(gè)電壓輸入端與一次設(shè)備相連接,兩個(gè)電壓輸出端與儀器儀表相連接,在兩 個(gè)電壓輸入端之間及兩個(gè)電壓輸出端之間分別并聯(lián)一非線性元件,所述的非 線性元件可以使用壓敏電阻,也可以使用瞬態(tài)電壓抑制二極管,第一電壓輸
入端經(jīng)第五電阻(R5)后與第一光電耦合器(0C1)的輸入端正極及第二光電 耦合器(0C2)的輸入端負(fù)極相連接,第一光電耦合器(0C1)的輸入端負(fù)極 經(jīng)第一電阻(Rl)和第一偏置電壓(VI)后與第二電壓輸入端相連接,第二 光電耦合器(0C2)的輸入端正極經(jīng)第二偏置電壓(V2)和第二電阻(R2)后 與第二電壓輸入端相連接;第一光電耦合器(0C1)的集電極與第三偏置電壓
(V3)相連接,第一光電耦合器(0C1)的發(fā)射極經(jīng)第三電阻(R3)分壓后分 別連接到兩個(gè)電壓輸出端,第二光電耦合器(0C2)的發(fā)射極與第四偏置電壓
(V4)相連接,第二光電耦合器(0C2)的集電極經(jīng)第四電阻(R4)分壓后分 別連接到兩個(gè)電壓輸出端上。在本實(shí)施例中,第一光電耦合器(0C1)和第二 光電耦合器(0C2)采用的是Toshiba公司的TLP521光電耦合器,所采用的 非線性元件為壓敏電阻。
本高低壓隔離裝置的特點(diǎn)是使用兩個(gè)光電耦合器作為高低壓隔離電路 的橫向保護(hù),能夠?qū)⒁淮卧O(shè)備和儀器儀表的測(cè)量端在電氣上進(jìn)行隔離,這樣 無論電壓輸入端接地點(diǎn)電位抬高多少,都不會(huì)影響到儀器儀表測(cè)量端的電位, 因?yàn)槎咧g沒有電氣上的連接,也就不存在接地點(diǎn)電位抬高對(duì)儀器儀表的 影響,可以有效地避免接地電阻過大或者接地不可靠引起的過電壓;同時(shí), 使用在電壓輸入端之間和電壓輸出端之間分別并聯(lián)壓敏電阻或瞬態(tài)電壓抑制 二極管等非線性元件作為高低壓隔離的縱向保護(hù),用來對(duì)電壓輸入端、電壓 輸出端產(chǎn)生的時(shí)間短、幅值高的間歇性過電壓和截波過電壓進(jìn)行保護(hù)。
本高低壓隔離電路工作過程為在隔離電路中VI和V2分別為第一光電 耦合器(0C1)和第二光電耦合器(0C2)輸入端的偏置電壓,V3和V4分別 為第一光電耦合器(0C1)和第二光電耦合器輸出端的偏置電壓;在偏置電壓 VI和V3的作用下,第一光電耦合器(0C1)的輸入級(jí)和輸出級(jí)工作于線性段, 當(dāng)輸入信號(hào)Vin為正時(shí),第一光電耦合器(0C1)導(dǎo)通,電壓輸出端的輸出電 壓Vout為正;同理,在偏置電壓V2和V4的作用下,第二光電耦合器(0C2) 的輸入級(jí)和輸出級(jí)工作于線性段,當(dāng)輸入信號(hào)Vin為負(fù)時(shí),第二光電耦合器
(0C2)導(dǎo)通,電壓輸出端的輸出電壓Vout為負(fù);并聯(lián)在電壓輸入端和電壓 輸出端的RVin和RVcmt分別為壓敏電阻或者電壓抑制二極管等非線性元件, 可以抑制電壓輸入端和電壓輸出端的間歇性過電壓。
下面以一個(gè)高低壓隔離裝置加以說明,該隔離裝置內(nèi)的高低壓隔離電路 中的偏置電壓VI、 V2為1. 5V,電阻Rl、 R2為4K,偏置電壓V3、 V4為12V,電阻R3、 R4為320K,電阻R5為IOOK,其各項(xiàng)參數(shù)如下輸入電阻不小于100k
Q;輸出電阻不大于10Q;輸入電壓范圍一10V + 10V;輸出電壓范圍 —10V + 10V; 最大隔離電壓5kV (工頻),10kV (沖擊)。
通過電子電路仿真分析軟件OrCAD對(duì)上述隔離電路進(jìn)行分析仿真,其輸 入輸出直流掃描分析結(jié)果如圖2所示,由于在隔離電路中采用了偏置電源, 避開了光電耦合器的非線形區(qū)域,因此,本高低壓隔離電路具有較好的輸入 輸出特性,電壓輸入和電壓輸出近似于直線。
為了驗(yàn)證高低壓隔離電路的對(duì)儀器儀表的防護(hù)效果,我們對(duì)該電路進(jìn)行 了工頻耐壓試驗(yàn)、操作過電壓試驗(yàn)和截波試驗(yàn)
工頻耐壓試驗(yàn)試驗(yàn)時(shí)在兩個(gè)光電耦合器的輸入端和輸出端分別施加AC 5kV/50Hz—分鐘,未發(fā)現(xiàn)任何異?,F(xiàn)象。
操作過電壓試驗(yàn):根據(jù)間歇性過電壓時(shí)間短、幅值高的特點(diǎn),試驗(yàn)電壓的 波形可用250/2500us的操作過電壓來等效,試驗(yàn)電壓選取2倍于光電耦合器 隔離電壓值,如操作過電壓幅值為10kV,經(jīng)操作過電壓試驗(yàn),未發(fā)現(xiàn)隔離電 路有任何擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象。
截波試驗(yàn):為模擬試品耐壓試驗(yàn)時(shí)突然斷電而產(chǎn)生的截波,我們首先對(duì)隔 離電路施加5kV的工頻電壓1分鐘,然后突然切斷試驗(yàn)電源,人為造成一個(gè) 截波,經(jīng)過多次試驗(yàn),未發(fā)現(xiàn)隔離電路有任何擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象。
縱上所述,本高低壓隔離電路輸入輸出線形度好,采用非線性元件和光 電耦合器組成保護(hù)電路,使測(cè)量儀表與一次設(shè)備在電氣上隔離,對(duì)試驗(yàn)過程 中由于間歇過電壓、截波過電壓以及接地點(diǎn)電位突然抬高產(chǎn)生的過電壓等有 著較好的防護(hù)效果。
需要強(qiáng)調(diào)的是,本實(shí)用新型所述的實(shí)施例是說明性的,而不是限定性的, 因此本實(shí)用新型并不限于具體實(shí)施方式
中所述的實(shí)施例,凡是由本領(lǐng)域技術(shù) 人員根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式,同樣屬于本實(shí)用新型 保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1. 一種高低壓隔離裝置,由殼體及其內(nèi)部的高低壓隔離電路構(gòu)成,在殼體兩側(cè)分別設(shè)有兩個(gè)電壓輸入端和兩個(gè)電壓輸出端并與高低壓隔離電路相連接,其特征在于高低壓隔離電路的結(jié)構(gòu)為在兩個(gè)電壓輸入端之間及兩個(gè)電壓輸出端之間分別并聯(lián)一非線性元件,第一電壓輸入端經(jīng)第五電阻(R5)后與第一光電耦合器(OC1)的輸入端正極及第二光電耦合器(OC2)的輸入端負(fù)極相連接,第一光電耦合器(OC1)的輸入端負(fù)極經(jīng)第一電阻(R1)和第一偏置電壓(V1)后與第二電壓輸入端相連接,第二光電耦合器(OC2)的輸入端正極經(jīng)第二偏置電壓(V2)和第二電阻(R2)后與第二電壓輸入端相連接;第一光電耦合器(OC1)的集電極與第三偏置電壓(V3)相連接,第一光電耦合器(OC1)的發(fā)射極經(jīng)第三電阻(R3)分壓后分別連接到兩個(gè)電壓輸出端,第二光電耦合器(OC2)的發(fā)射極與第四偏置電壓(V4)相連接,第二光電耦合器(OC2)的集電極經(jīng)第四電阻(R4)分壓后分別連接到兩個(gè)電壓輸出端上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低壓隔離裝置,其特征在于所述的非線性 元件為壓敏電阻或瞬態(tài)電壓抑制二極管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高低壓隔離裝置,其特征在于所述的第一光電耦合器(0C1)和第二光電耦合器(0C2)采用的是TLP521光電耦合器。
專利摘要本實(shí)用新型屬于一種高低壓隔離裝置,由殼體及其內(nèi)部的高低壓隔離電路構(gòu)成,其主要技術(shù)特點(diǎn)是高低壓隔離電路的結(jié)構(gòu)是,在兩個(gè)電壓輸入端之間及兩個(gè)電壓輸出端之間分別并聯(lián)一非線性元件,兩個(gè)電壓輸入端分別與兩個(gè)光電耦合器相連接,兩個(gè)光電耦合器分別與兩個(gè)電壓輸出端相連接。本實(shí)用新型有效地解決在交直流耐壓試驗(yàn)過程中由于間歇過電壓、截波過電壓以及接地點(diǎn)電位突然抬高產(chǎn)生的過電壓等情況危及測(cè)量端人身和儀器儀表的安全問題,具有反應(yīng)速度快、保護(hù)及時(shí)、使用簡單、移植方便的特點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于交直流耐壓試驗(yàn)的測(cè)量回路上。
文檔編號(hào)H02H3/20GK201247266SQ20082014162
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月18日
發(fā)明者劉寶奇, 寧 李 申請(qǐng)人:天津市電力公司