森林防火用過電保護智能開關及其過電保護方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種森林防火用過電保護智能開關，包括繼電器，電磁感應線圈，光耦電路，壓敏電阻，單片機最小系統(tǒng)和蓄電池，其中，零線與火線通過繼電器進入剛系統(tǒng)，然后零線與火線分別套有電磁感應線圈，電磁感應線圈上接有光耦電路，光耦電路通過導線與單片機最小系統(tǒng)相連，單片機最小系統(tǒng)另一端與繼電器相連，蓄電池負責在斷電情況下給單片機最小系統(tǒng)供電，從電磁感應線圈出來的零線與火線接有負載，電磁感應線圈與負載之間接有接地的壓敏電阻，各個電路模塊之間電連接。本發(fā)明結構簡單，使用方便，穩(wěn)定性好，能夠及時發(fā)現(xiàn)雷擊現(xiàn)象，且準確率高，從而保護負載設備能夠避免雷擊等現(xiàn)象對負載設備的損害，降低維護成本、提高設備安全的目的。
【專利說明】森林防火用過電保護智能開關及其過電保護方法 【技術領域】：
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及森林防火用過電保護【技術領域】，特別涉及一種森林防火用過電保護智 能開關及其過電保護方法。 【背景技術】：
[0002] 雷電是一種自然現(xiàn)象，雷云是下落的水珠相互磨擦，產生靜電使負離子游離到懸 浮的水珠表面而形成帶負電荷的云，雷電放電包括雷云對大地、雷云對雷云和雷云內部的 放電，雷電放電分三個階段：先導放電、主放電、余輝放電，其中，主放電階段，放電通道流 過幅值幾百千安的電流，是造成雷電災害的主要階段，當它擊中通信設備和鐵塔、輸電（通 信）線路時，形成很高電位的直擊雷過電壓或感應雷過電壓，造成對通信和網(wǎng)絡設備的損 害，中斷或影響網(wǎng)絡通信。森林防火圖像監(jiān)測設備多裝于山頂之上，然而山頂又是雷電多發(fā) 生地區(qū)，為了保障森林防火系統(tǒng)設備安全穩(wěn)定的工作，對整套系統(tǒng)進行行之有效的防過電 壓設計是必不可少的。
[0003] 現(xiàn)有技術中，針對直擊雷的防雷、避雷措施，多采用避雷針的方式。避雷針雖然對 于高大建筑物，樹木等具有優(yōu)良的防雷、避雷效果。但是，對與高山上的通訊塔或者防火嘹 望塔，監(jiān)測哨等設置防雷、避雷效果不佳。具體為：通訊塔或者防火嘹望塔，監(jiān)測哨上均設置 有微電子設備，例如通訊塔上的衛(wèi)星鍋，防火嘹望塔上的防火云臺均為精密的微電子設備， 受雷擊極易隨壞，而且，避雷針在直擊雷電感過大時，宣泄過慢，導致微電子設備的損壞，造 成重大損失。
[0004] 為解決上述技術問題， 申請人:在此申請了一種森林防火用過電保護智能開關及其 過電保護方法。此技術對于保護森林防火監(jiān)測設備具有重要的意義。傳統(tǒng)的森林防火用過 壓保護裝置都是通過以壓敏電阻為主要元器件的避雷器將雷擊電壓宣泄到大地之中，但是 由于雷擊電壓可能高達幾十萬伏，電流達到幾十千安，避雷器并不能完全將其電流宣泄，其 余壓也能造成森林防火監(jiān)測設備的損害。所以，在雷擊比較頻繁的野外山頂，在雷擊的瞬間 斷開供電開關，從而實現(xiàn)森林防火監(jiān)測設備在雷電襲擊的瞬間是和供電鏈路隔離的，并在 雷電過后自動恢復其供電鏈路以確保設備正常工作成為一種迫切的需求。
[0005] 為實現(xiàn)森林防火監(jiān)測設備的更好的保護，有提出通過具有一定阻斷性的避雷設 備，在雷擊時通過燒毀此設備來實現(xiàn)斷電；有提出使用主動隔離器的，在可預報的雷電來臨 前，通過通訊措施直接斷開供電鏈路和森林防火監(jiān)測設備的連接，使設備臨時處于斷電或 UPS供電狀態(tài)，這樣即便供電鏈路附載強大的電磁感應雷，也不會造成核心設備遭受強大的 電流沖擊，避免設備損壞；但以上方法都不能滿足森林防火監(jiān)測設備全天候監(jiān)測森林的要 求，并不能更好的滿足森林防火領域的要求。因此，迫切需要出現(xiàn)一種結構簡單，使用方便， 穩(wěn)定性好，能夠及時發(fā)現(xiàn)雷擊現(xiàn)象，且準確率高，從而保護負載設備能夠避免雷擊等現(xiàn)象對 負載設備的損害，從而達到保護設備、降低維護成本、提高設備安全的目的的方法。
【發(fā)明內容】
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[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的缺點，提供一種結構簡單，使用方便，穩(wěn) 定性好，能夠及時發(fā)現(xiàn)雷擊現(xiàn)象，且準確率高，從而保護負載設備能夠避免雷擊現(xiàn)象對負載 設備的損害，從而達到保護設備、降低維護成本、提高設備安全的目的。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種森林防火用過電保護智能開關，包括繼電 器，電磁感應線圈，光耦電路，壓敏電阻，單片機最小系統(tǒng)和蓄電池，其中，所述繼電器與零 線、火線連接，通過其連接可實現(xiàn)該系統(tǒng)的開關功能。
[0008] 所述繼電器與零線、火線之間螺絲固定連接，所述電磁感應線圈連接從繼電器接 出的零線、火線，該電磁感應線圈將通過監(jiān)控零線與火線上是否存在感應電流實現(xiàn)對有無 漏電現(xiàn)象的檢測。
[0009] 所述壓敏電阻連接在電磁感應線圈與負責設備之間的零線或者火線上，當有超過 額定電壓的電流通過時，壓敏電阻會被擊穿導通，通過接地分壓，實現(xiàn)對后面的負載設備的 保護。
[0010] 所述光耦電路通過電連接與電磁感應線圈相連，通過光耦電路將電磁感應線圈中 是否存在感應電流這一狀態(tài)傳輸?shù)絾纹瑱C最小系統(tǒng)。
[0011] 所述單片機最小系統(tǒng)能夠通過接收光耦電路傳送的電磁感應線圈中是否存在感 應電流來控制繼電器實現(xiàn)電流的閉合與斷開，從而保護負載設備；所述蓄電池通過兩個反 向并聯(lián)的二極管與單片機最小系統(tǒng)的電源線相連，當外部供電時，若電池電量不足則充電， 否則不充電；當外部斷電時，電池負責供電給單片機最小系統(tǒng)以保障其正常工作。
[0012] 過電保護方法，包括如下步驟：
[0013] A、若無雷擊或者漏電現(xiàn)象，本系統(tǒng)正常工作，電路正常供電給負載設備；若存在雷 擊或者漏電現(xiàn)象，零線與火線之間的電壓會產生變化，電磁感應線圈上會產生感應電流。
[0014] B、當電壓超過額定電壓時，壓敏電阻會擊穿導通通過大地泄流，降低電流強度以 保護負載設備；此時電磁感應線圈上也會產生感應電流。
[0015] C、電磁感應線圈產生的電流通過光耦電路通知單片機最小系統(tǒng)存在雷擊或者漏 電現(xiàn)象，單片機最小系統(tǒng)將發(fā)送命令斷開繼電器從而保護負載設備。
[0016] D、斷電后由蓄電池給單片機最小系統(tǒng)供電，以保障其正常工作，單片機最小系統(tǒng) 將在規(guī)定的時間后發(fā)送命令閉合繼電器重新檢測是否存在雷擊或者漏電現(xiàn)象，若不存在， 則系統(tǒng)繼續(xù)上電工作，若存在，則斷電后在規(guī)定的時間后繼續(xù)循環(huán)檢測是否存在雷擊或者 漏電現(xiàn)象。
[0017] 所述過電保護智能開關及其過電保護方法在森林防火領域的應用。
[0018] 本發(fā)明結構簡單，使用方便，穩(wěn)定性好，能夠及時發(fā)現(xiàn)雷擊現(xiàn)象，且準確率高，從而 保護負載設備能夠避免雷擊等現(xiàn)象對負載設備的損害，從而達到保護設備、降低維護成本、 提高設備安全的目的。具體為：
[0019] 本發(fā)明解決了在雷擊的瞬間斷開供電開關，從而實現(xiàn)森林防火監(jiān)測設備在雷電襲 擊的瞬間是和供電鏈路隔離的，并在雷電過后自動恢復其供電鏈路以確保設備正常工作這 一迫切的需求的問題，1，能夠精確了監(jiān)測到雷擊并宣泄其電流，2,在給設備斷電后能夠在 規(guī)定時間后重新閉合開關檢驗是否仍有強電壓，以便在雷擊后及時給設備供電使森林防火 監(jiān)測設備正常工作。
[0020] 過壓保護原理
[0021] 1.雷擊的瞬間，火線上的電壓瞬間增大，當超過額定電壓的時候，壓敏電阻會被擊 穿導通，通過接地宣泄強電流，以便保護負載設備。
[0022] 2.當火線上的電壓被宣泄掉一部分的時候，由于電磁感應線圈中的零線與火線上 的電流雖然方向相反，但是大小不一樣，其磁通量不會相互抵消，從而產生感應電動勢，由 于電磁感應線圈與光耦電路相連形成環(huán)路，從而形成感應電流。
[0023] 3.光耦電路在感應電流中工作，給單片機最小系統(tǒng)發(fā)送信號，告知其有高壓電流， 單片機最小系統(tǒng)發(fā)送命令控制繼電器斷開，實現(xiàn)森林防火監(jiān)測設備與供電鏈路的隔離。
[0024] 4.在斷電后，單片機最小系統(tǒng)由畜電池供電，單片機最小系統(tǒng)在規(guī)定的時間后會 控制繼電器閉合，重新監(jiān)測是否存在強電壓，以及時實現(xiàn)負載設備的及時正常工作。
[0025] 5.蓄電池通過兩個方向相反的并聯(lián)二極管與單片機最小系統(tǒng)的供電電路并聯(lián)，在 有外部供電的情況下，若蓄電池的電充滿，則蓄電池不充電，若蓄電池的電不滿，則對蓄電 池充電；在沒有外部供電的情況下，由蓄電池對單片機最小系統(tǒng)供電以保障此系統(tǒng)正常運 行。
[0026] 說明書附圖
[0027] 圖1為本發(fā)明的構成示意圖。 【具體實施方式】
[0028] 森林防火用過電保護智能開關，如圖1所示，圖1為本發(fā)明的構成示意圖。包括繼 電器，電磁感應線圈，光耦電路，壓敏電阻，單片機最小系統(tǒng)和蓄電池，其中，所述繼電器與 零線、火線連接，通過其連接可實現(xiàn)該系統(tǒng)的開關功能。繼電器與零線、火線之間螺絲固定 連接，所述電磁感應線圈連接從繼電器接出的零線、火線，該電磁感應線圈將通過監(jiān)控零線 與火線上是否存在感應電流實現(xiàn)對有無漏電現(xiàn)象的檢測。壓敏電阻連接在電磁感應線圈與 負責設備之間的零線或者火線上，當有超過額定電壓的電流通過時，壓敏電阻會被擊穿導 通，通過接地分壓，實現(xiàn)對后面的負載設備的保護。光耦電路通過電連接與電磁感應線圈相 連，通過光耦電路將電磁感應線圈中是否存在感應電流這一狀態(tài)傳輸?shù)絾纹瑱C最小系統(tǒng)。 單片機最小系統(tǒng)能夠通過接收光耦電路傳送的電磁感應線圈中是否存在感應電流來控制 繼電器實現(xiàn)電流的閉合與斷開，從而保護負載設備；所述蓄電池通過兩個反向并聯(lián)的二極 管與單片機最小系統(tǒng)的電源線相連，當外部供電時，若電池電量不足則充電，否則不充電； 當外部斷電時，電池負責供電給單片機最小系統(tǒng)以保障其正常工作。
[0029] 過電保護方法，包括如下步驟：
[〇〇3〇] A、若無雷擊或者漏電現(xiàn)象，本系統(tǒng)正常工作，電路正常供電給負載設備；若存在雷 擊或者漏電現(xiàn)象，零線與火線之間的電壓會產生變化，電磁感應線圈上會產生感應電流。
[0031] B、當電壓超過額定電壓時，壓敏電阻會擊穿導通通過大地泄流，降低電流強度以 保護負載設備；此時電磁感應線圈上也會產生感應電流。
[0032] C、電磁感應線圈產生的電流通過光耦電路通知單片機最小系統(tǒng)存在雷擊或者漏 電現(xiàn)象，單片機最小系統(tǒng)將發(fā)送命令斷開繼電器從而保護負載設備。
[0033] D、斷電后由蓄電池給單片機最小系統(tǒng)供電，以保障其正常工作，單片機最小系統(tǒng) 將在規(guī)定的時間后發(fā)送命令閉合繼電器重新檢測是否存在雷擊或者漏電現(xiàn)象，若不存在， 則系統(tǒng)繼續(xù)上電工作，若存在，則斷電后在規(guī)定的時間后繼續(xù)循環(huán)檢測是否存在雷擊或者 漏電現(xiàn)象。
[0034] 所述過電保護智能開關及其過電保護方法在森林防火領域的應用。
[0035] 本發(fā)明結構簡單，使用方便，穩(wěn)定性好，能夠及時發(fā)現(xiàn)雷擊現(xiàn)象，且準確率高，從而 保護負載設備能夠避免雷擊等現(xiàn)象對負載設備的損害，從而達到保護設備、降低維護成本、 提高設備安全的目的。本發(fā)明解決了在雷擊的瞬間斷開供電開關，從而實現(xiàn)森林防火監(jiān)測 設備在雷電襲擊的瞬間是和供電鏈路隔離的，并在雷電過后自動恢復其供電鏈路以確保設 備正常工作這一迫切的需求的問題，1，能夠精確了監(jiān)測到雷擊并宣泄其電流，2,在給設備 斷電后能夠在規(guī)定時間后重新閉合開關檢驗是否仍有強電壓，以便在雷擊后及時給設備供 電使森林防火監(jiān)測設備正常工作。
[0036] 過壓保護原理
[0037] 1.雷擊的瞬間，火線上的電壓瞬間增大，當超過額定電壓的時候，壓敏電阻會被擊 穿導通，通過接地宣泄強電流，以便保護負載設備。
[0038] 2.當火線上的電壓被宣泄掉一部分的時候，由于電磁感應線圈中的零線與火線上 的電流雖然方向相反，但是大小不一樣，其磁通量不會相互抵消，從而產生感應電動勢，由 于電磁感應線圈與光耦電路相連形成環(huán)路，從而形成感應電流。
[0039] 3.光耦電路在感應電流中工作，給單片機最小系統(tǒng)發(fā)送信號，告知其有高壓電流， 單片機最小系統(tǒng)發(fā)送命令控制繼電器斷開，實現(xiàn)森林防火監(jiān)測設備與供電鏈路的隔離。
[0040] 4.在斷電后，單片機最小系統(tǒng)由畜電池供電，單片機最小系統(tǒng)在規(guī)定的時間后會 控制繼電器閉合，重新監(jiān)測是否存在強電壓，以及時實現(xiàn)負載設備的及時正常工作。
[0041] 5.蓄電池通過兩個方向相反的并聯(lián)二極管與單片機最小系統(tǒng)的供電電路并聯(lián)，在 有外部供電的情況下，若蓄電池的電充滿，則蓄電池不充電，若蓄電池的電不滿，則對蓄電 池充電；在沒有外部供電的情況下，由蓄電池對單片機最小系統(tǒng)供電以保障此系統(tǒng)正常運 行。
[0042] 效果比較，選用300個微電子設備，每100個為一組，防止同一雷電多發(fā)區(qū)，A組與 本發(fā)明連接、B組與避雷針連接，C組與主動隔離器連接，比較效果如下
[0043]
【權利要求】
1. 一種森林防火用過電保護智能開關，包括繼電器，電磁感應線圈，光耦電路，壓敏電 阻，單片機最小系統(tǒng)和蓄電池，其特征在于，所述繼電器與零線、火線連接，通過其連接可實 現(xiàn)該系統(tǒng)的開關功能； 所述繼電器與零線、火線之間螺絲固定連接，所述電磁感應線圈連接從繼電器接出的 零線、火線，該電磁感應線圈將通過監(jiān)控零線與火線上是否存在感應電流實現(xiàn)對有無漏電 現(xiàn)象的檢測； 所述壓敏電阻連接在電磁感應線圈與負責設備之間的零線或者火線上，當有超過額 定電壓的電流通過時，壓敏電阻會被擊穿導通，通過接地分壓，實現(xiàn)對后面的負載設備的保 護。
2. 根據(jù)權利要求1所述森林防火用過電保護智能開關，其特征在于，所述光耦電路通 過電連接與電磁感應線圈相連，通過光耦電路將電磁感應線圈中是否存在感應電流這一狀 態(tài)傳輸?shù)絾纹瑱C最小系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權利要求1所述森林防火用過電保護智能開關，其特征在于，所述單片機最小 系統(tǒng)能夠通過接收光耦電路傳送的電磁感應線圈中是否存在感應電流來控制繼電器實現(xiàn) 電流的閉合與斷開，從而保護負載設備；所述蓄電池通過兩個反向并聯(lián)的二極管與單片機 最小系統(tǒng)的電源線相連，當外部供電時，若電池電量不足則充電，否則不充電；當外部斷電 時，電池負責供電給單片機最小系統(tǒng)以保障其正常工作。
4. 一種如權利要求1-3任一所述深林防火用過電保護智能開關的過電保護方法，其特 征在于，包括如下步驟： A、 若無雷擊現(xiàn)象，本系統(tǒng)正常工作，電路正常供電給負載設備；若存在雷擊現(xiàn)象，零線 與火線之間的電壓會產生變化，電磁感應線圈上會產生感應電流。 B、 當電壓超過額定電壓時，壓敏電阻會擊穿導通通過大地泄流，降低電流強度以保護 負載設備；此時電磁感應線圈上也會產生感應電流。 C、 電磁感應線圈產生的電流通過光耦電路通知單片機最小系統(tǒng)存在雷擊或者漏電現(xiàn) 象，單片機最小系統(tǒng)將發(fā)送命令斷開繼電器從而保護負載設備。 D、 斷電后由蓄電池給單片機最小系統(tǒng)供電，以保障其正常工作，單片機最小系統(tǒng)將在 規(guī)定的時間后發(fā)送命令閉合繼電器重新檢測是否存在雷擊或者漏電現(xiàn)象，若不存在，則系 統(tǒng)繼續(xù)上電工作，若存在，則斷電后在規(guī)定的時間后繼續(xù)循環(huán)檢測是否存在雷擊或者漏電 現(xiàn)象。
5. -種如權利要求1-4任一所述過電保護智能開關及其過電保護方法在森林防火領 域的應用。
【文檔編號】H02H9/04GK104092204SQ201410307433
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權日:2014年6月26日
【發(fā)明者】逄增輝, 逄增倫, 石少鋒 申請人:青島浩海網(wǎng)絡科技股份有限公司