一種用于海底觀測網的岸基電源緊急接地保護電路制造技術

本發明專利技術公開了一個單極輸電電源外殼緊急接地的裝置，該裝置可保證電源外殼僅僅在供電主回路的地線斷開時才連接建筑地。通過該裝置，海底觀測網系統在正常情況下不消耗建筑地，緊急情況下又能使外殼接地，確保操作人員人生安全。該裝置通過MOV管不同電壓狀態下的電阻差異，保證接地線路僅在陽極接地回路斷開時才導通，并通過霍爾電流傳感器檢測導通電流，在電路導通時通過閉合繼電器將MOV管短路以免MOV管長時間通大電流而損壞。雙向的電流檢測還能保證在雷擊發生時有電流反向流過MOV管，在電源外殼積累一定的電荷時，也能通過連接建筑地將其泄放。

【技術實現步驟摘要】
一種用于海底觀測網的岸基電源緊急接地保護電路
本專利技術屬于海底觀測
，涉及一種接地保護電路，尤其涉及一種用于海底觀測網的岸基電源緊急接地保護電路，該電路可以廣泛應用于以海水為供電回路的單極輸電情況。
技術介紹
通常的接地保護是將電氣設備的外殼通過一根低阻導線連接到建筑地，當設備漏電時，電流將從接地導線流過而不會危及人體。海底觀測網絡供電模型見附圖圖1，采用單極負高壓直流輸電，岸基電源地極通過地線連接到入海陽極，陽極被埋在距離海岸很近的海水中；電源負高壓通過光電復合纜連接到遠海的陰極，陰極和陽極之間通過海水形成供電主回路。由于海底設備維護成本高，負高壓輸電消耗陽極保護陰極，近岸的陽極更換起來比較方便。岸基電源供電電壓最大10kV,工作電流一般在0.1A到0.5A之間。考慮到岸基電源接地端到入海陽極之間的地線鋪設在地表以下的深度并不深，并且當岸基附近有施工時，地線很有可能會被意外切斷，一旦地線斷開，原本加在海底設備的-10kV高壓將在電源外殼和大地之間，此時若有人員靠近碰觸電源機殼，其生命安全將受到極其嚴重的威脅。另外，考慮到建筑地是和避雷針連接到一起的，雷擊電流有可能流入岸基電源，此處的反向電流也有可能使岸基電源外殼帶電。若岸基電源接地端直接連接建筑地，雖然可以起到設備接地保護的作用，但由于建筑地的接地電阻(約5歐姆)小于陽極的接地電阻(約20歐姆)，電流將主要從建筑地流走，意味著正常運行過程中將會首先消耗建筑地，長此以往建筑地的安全系數將降低，在雷擊或漏電發生時，可能無法起到保護作用。由以上分析可知，目前岸基系統需要達到的效果為：當陽極地線正常連接時，電源外殼與建筑地之間不連通，而當陽極地線斷開或者有電流從建筑地線流向岸基電源接地端時，岸基電源接地端和建筑地之間將完全導通。現有的電子器件中，穩壓管的特性較為符合此處的應用需求，然而本系統的工作電流達到幾百毫安級別，超過了穩壓管的正常工作電流，而穩壓管又不可進行并聯穩壓，因此穩壓管的方案并不可行，需要考慮其他方案。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對現有技術的不足，提供一種用于海底觀測網的岸基電源緊急接地保護電路，該電路可以廣泛應用于以海水為供電回路的單極輸電情況。本專利技術采用如下技術方案：一種用于海水單極輸電岸基電源的接地保護電路，該電路串接于岸基電源接地輸出端與建筑地之間，當供電主回路正常工作時該電路不連通，當供電主回路斷開時該電路連通。該電路基于壓敏電阻實現對電路通斷的控制,包括：若干個壓敏電阻、檢測模塊、信號處理模塊、參考電壓模塊、控制模塊；所述的若干個壓敏電阻并聯后與檢測模塊串聯構成保護電路的主電路，串接于岸基電源接地輸出端與建筑地之間；檢測模塊用于檢測主電路的回路電流，并將檢測到的電流轉化為電壓信號輸出至信號處理模塊，信號處理模塊將該電壓信號進行放大后與參考電壓模塊輸出的參考電壓進行比較，比較結果用于驅動控制模塊將壓敏電阻短路。所述的檢測模塊采用霍爾電流傳感器。所述的信號處理模塊包括放大器及兩個比較器，兩個比較器分別處理檢測到的正向和反向電流。所述的控制模塊采用繼電器實現。該電路具體可以包括：正負9V電源、第一電位器、第二電位器、若干個壓敏電阻、霍爾傳感器、電壓放大器、基準電壓芯片、第一電壓比較器、第二電壓比較器、三極管、繼電器；正、負9V輸入電源經電容濾波后分別連接第一、第二電位器，輸出可調的參考電壓V+REF和V-REF，若干個壓敏電阻并聯后一端連接霍爾傳感器的電流輸出端，另一端作為整個模塊的輸出端子，霍爾傳感器的輸入端連接模塊輸入接線端子，其電壓輸出端通過一個5.1k歐的電阻連接電壓放大器的負向輸入端，負向輸入端再通過一個1M電阻連接到電壓放大器的輸出端,基準電壓芯片輸入端連接的是正向9V電壓，其輸出端的通過5.1K的電阻連入電壓放大器的正向輸入端，正向輸入端同時還通過一個1M的電阻接地。電壓放大器的輸出端通過兩個2k的電阻分別連接到第一電壓比較器的正向輸入端和第二電壓比較器的反向輸入端。第一電壓比較器和第二電壓比較器的供電電壓端(VCC+、VCC-)分別接正、負9V電壓，第一電壓比較器的IN-端連接V+REF，第二電壓比較器的IN+端連接V-REF，兩個電壓比較器的OUT端各通過一個二極管共同連接到三極管的基極，三極管的集電極連接繼電器的控制電壓輸出端，其控制電壓輸入端連接+9V電源，三極管的發射機接地。繼電器的被控電壓輸出端連接壓敏電阻的兩端。本專利技術的有益效果是：1、有效保護海底觀測網供電回路的暢通。2、有效保護現場操作人員在岸基陽極接地線路斷開時的人生安全。3、在安全接地的同時有效避免了建筑地的消耗，保證了建筑接地的可靠性。4、在雷擊發生后接地，避免了雷擊電荷在岸基電源外殼雷擊造成的潛在危害。附圖說明圖1為本專利技術電路在整個系統中的安裝位置。(保護電路即為本專利技術裝置)圖2是本專利技術電路的結構原理圖。圖3是本專利技術的一個具體實例的電路連接圖。具體實施方式參考上述電路原理圖繪制PCB圖，采購所需元器件焊接于PCB電路板中，將電路板接入岸基電源接地端于建筑地之間即可。參照圖3，為本專利技術電路的一種具體實現方式，該電路主回路包括一個霍爾電流傳感器，3個并聯的MOV壓敏電阻，壓敏電阻在陽極正常工作時，兩端的壓降只有幾伏，壓敏電阻的電阻極大，漏電流可以忽略不計，電路相當于斷開狀態，岸基電源接地端雖然物理上與建筑地相連，但電流并不從這條通路走，因此并不會消耗建筑地。當陽極地線斷開時，10kV的總電壓必然會使壓敏電阻導通，其電阻迅速變小，總壓降的大部分仍然降在海底設備上，電流回路上的電流并不會有太大變化，大概在幾百毫安左右。MOV管大電流下通流時間不宜過長，否則將會影響其壽命。當電流達到一定值時，串聯在回路中的霍爾電流傳感器檢測出其電流大小并轉換為電壓輸出，由于霍爾電流傳感器輸出的電壓是在2.5V的偏置電壓基礎上上下波動，因此對輸出電壓進行放大時需要先減去偏置電壓值，然后將放大后的電壓信號與參考電壓進行比較，若超過參考電壓則發出驅動信號驅動繼電器將MOV管短路并使LED發光發出警報。圖3中左上角為參考電壓模塊，P1接線端子外接正負9V的開關電源，模塊中兩個電位器產生兩個正負可調電壓，作為電壓比較器的參考電壓使用。主電路圖部分，P2、P3是岸基電源連接建筑地的輸入和輸出端口，與P2輸出端口相連的CSLW6B1是霍爾電流傳感芯片，其4、5腳電流輸入輸出，1、2腳為9V電源供電，3腳輸出檢測電壓信號，輸出偏置電壓為2.5V,靈敏度為1mV/mA,可測電流范圍為正負1A.CSLW6B1下方連接3個并聯的MOV管，本裝置所選用的MOV管的壓敏電壓為25V。霍爾電流傳感器的輸出電壓后端連接OP07CP作為電壓放大器，將輸出電壓減去由基準電壓芯片MAX6035輸出端產生的2.5V基準電壓得到的差值放大20倍輸出，電壓輸出值在輸入后端的兩個電壓比較器，分別于V+REF和V-REF比較，若輸出大于V+REF，或者小于V-REF，則比較器OUT端輸出高電平，使三極管Q1接地，從而激活繼電器以短路MOV管并點亮警報二極管，接地線路完全導通。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于海水單極輸電岸基電源的接地保護電路，其特征在于，該電路串接于岸基電源接地輸出端與建筑地之間，當供電主回路正常工作時該電路不連通，當供電主回路斷開時該電路連通。

【技術特征摘要】
1.一種用于海水單極輸電岸基電源的接地保護電路，其特征在于，該電路串接于岸基電源接地輸出端與建筑地之間，當供電主回路正常工作時該電路不連通，當供電主回路斷開時該電路連通。2.根據權利要求1所述的用于海水單極輸電岸基電源的接地保護電路，其特征在于，該電路基于壓敏電阻實現對電路通斷的控制。3.一種用于海水單極輸電岸基電源的接地保護電路，其特征在于，該電路具體包括：若干個壓敏電阻、檢測模塊、信號處理模塊、參考電壓模塊、控制模塊；所述的若干個壓敏電阻并聯后與檢測模塊串聯構成保護電路的主電路，串接于岸基電源接地輸出端與建筑地之間；檢測模塊用于檢測主電路的回路電流，并將檢測到的電流轉化為電壓信號輸出至信號處理模塊，信號處理模塊將該電壓信號進行放大后與參考電壓模塊輸出的參考電壓進行比較，比較結果用于驅動控制模塊將壓敏電阻短路。4.根據權利要求3所述的用于海水單極輸電岸基電源的接地保護電路，其特征在于，所述的檢測模塊采用霍爾電流傳感器。5.根據權利要求3所述的用于海水單極輸電岸基電源的接地保護電路，其特征在于，所述的信號處理模塊包括放大器及兩個比較器，兩個比較器分別處理檢測到的正向和反向電流。6.根據權利要求3所述的用于海水單極輸電岸基電源的接地保護電路，其特征在于，所述的控制模塊采用繼電器實現。7.如權利要求3所述的用于海水單極輸...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李德駿，李丹云，楊燦軍，施斌政，陳佳琪，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江,33