专利名称：高低压隔离电路的制作方法
技术领域：
本发明属于过电压保护电路，尤其是一种高低压隔离电路。
背景技术：
在高压试验中，经常需要测量较高等级的电压信号以供测量、保护或者 监视使用，虽然这些高压信号大多是通过互感器或者分压器转换为低电压信 号来测量的，但是， 一旦发生设备绝缘突然击穿放电、接地不可靠或者接地 点电位突然抬高等情况，都可能会将高压引入到测量回路，危及测量端的人 身安全和仪器仪表的安全。在实际测量过程中可能会发生多种情况的过电压
1. 当试验回路电磁状态发生突变时，会产生电磁振荡，造成被试设备发生击 穿或者闪络引起的间歇过电压，其特点是时间短， 一般为几个毫秒，幅值 高，约为试验电压的1 2倍，使用常规的过压保护装置往往还未来得及动作， 过电压已经传到仪器仪表的测量端，给人身和设备带来危害；2.接地电阻过 大或者接地不可靠时， 一旦测量回路的电流增大就会引起接地点电位显著抬 高从而产生过电压，这种过电压将会危害人身和仪器仪表的安全，常规的方 法只是通过降低接地点的电位，而不能从根本上解决；3.操作人员误操作引 起的截波过电压，如升压速度过快，超过额定的试验电压或者加压过程中突 然断电引起的截波过电压，都会危及测量端的人身安全和仪器仪表的安全， 常规的过压保护装置只能对工频过电压进行保护，对截波过电压无法进行保 护。
综上所述，现有测量回路的过压保护装置存在的问题是l.仅适用于短 路保护，存在过电压保护反应速度慢的问题，由于间歇过电压和截波过电压 时间短，因此，现有的保护装置无法对间歇过电压和截波过电压进行防护；
2. —次设备与测量端仪表共用接地点，当接地点电位抬高后，危及测量端人 身和仪表的安全。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种解决在交直流耐压试验 过程中由于间歇过电压、截波过电压以及接地点电位突然抬高产生的过电压 危及测量端人身和仪器仪表的安全问题的高低压隔离电路。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的 一种高低压隔离电路，包括两个电压输入端和两个电压输出端，其特征 在于在两个电压输入端之间及两个电压输出端之间分别并联一非线性元件，
第一电压输入端经第五电阻(R5)后与第一光电耦合器(0C1)的输入端正极 及第二光电耦合器(0C2)的输入端负极相连接，第一光电耦合器(0C1)的 输入端负极经第一电阻(Rl)和第一偏置电压(VI)后与第二电压输入端相 连接，第二光电耦合器(0C2)的输入端正极经第二偏置电压(V2)和第二电 阻(R2)后与第二电压输入端相连接；第一光电耦合器(0C1)的集电极与第 三偏置电压(V3)相连接，第一光电耦合器(0C1)的发射极经第三电阻(R3) 分压后分别连接到两个电压输出端，第二光电耦合器(0C2)的发射极与第四 偏置电压(V4)相连接，第二光电耦合器(0C2)的集电极经第四电阻(R4) 分压后分别连接到两个电压输出端上。
而且，所述的非线性元件为压敏电阻或瞬态电压抑制二极管。 而且，所述的第一光电耦合器(0C1)和第二光电耦合器(0C2)采用的 是TLP521光电耦合器。
本发明的优点和积极效果是
1. 本隔离电路包括由非线性元件构成的纵向保护电路和光电耦合器构成 的横向保护电路，将本隔离电路连接在一次设备与仪器仪表之间，当出现过 电压情况时，能够迅速将仪器仪表与一次设备进行电气隔离，具有过压保护 反应快的特点，解决了在交直流耐压试验过程中由于间歇过电压、截波过电 压以及接地点电位突然抬高产生的过电压等情况危及测量端人身和仪器仪 表的安全问题。
2. 本隔离电路既可以用于交直流耐压试验的测量回路，还可用于其他需 要在电气上进行隔离的测量装置，具有使用简单、移植方便的特点。
3. 本发明有效地解决在交直流耐压试验过程中由于间歇过电压、截波过 电压以及接地点电位突然抬高产生的过电压等情况危及测量端人身和仪器仪 表的安全问题，具有反应速度快、保护及时、使用简单、移植方便的特点， 可广泛应用于交直流耐压试验的测量回路上以及其他需要在电气上进行保护 和隔离的测量装置上。
图l是本发明的电路图2是输入输出直流扫描分析图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述-
本高低压隔离电路包括两个电压输入端和两个电压输出端，两个电压输 入端与一次设备相连接，两个电压输出端与仪器仪表相连接，在两个电压输 入端之间及两个电压输出端之间分别并联一非线性元件，所述的非线性元件 可以使用压敏电阻，也可以使用瞬态电压抑制二极管，第一电压输入端经第
五电阻(R5)后与第一光电耦合器(0C1)的输入端正极及第二光电耦合器(0C2) 的输入端负极相连接，第一光电耦合器(0C1)的输入端负极经第一电阻(Rl) 和第一偏置电压(VI)后与第二电压输入端相连接，第二光电耦合器(0C2) 的输入端正极经第二偏置电压(V2)和第二电阻(R2)后与第二电压输入端 相连接；第一光电耦合器(0C1)的集电极与第三偏置电压(V3)相连接，第 一光电耦合器(0C1)的发射极经第三电阻(R3)分压后分别连接到两个电压 输出端，第二光电耦合器(0C2)的发射极与第四偏置电压(V4)相连接，第 二光电耦合器(0C2)的集电极经第四电阻(R4)分压后分别连接到两个电压 输出端上。在本实施例中，第一光电耦合器(0C1)和第二光电耦合器(0C2) 采用的是Toshiba公司的TLP521光电耦合器，所采用的非线性元件为压敏电 阻。
本高低压隔离电路的特点是使用两个光电耦合器作为高低压隔离电路 的横向保护，能够将一次设备和仪器仪表的测量端在电气上进行隔离，这样 无论电压输入端接地点电位抬高多少，都不会影响到仪器仪表测量端的电位， 因为二者之间没有电气上的连接，也就不存在接地点电位抬高对仪器仪表的 影响，可以有效地避免接地电阻过大或者接地不可靠引起的过电压；同时，
使用在电压输入端之间和电压输出端之间分别并联压敏电阻或瞬态电压抑制 二极管等非线性元件作为高低压隔离的纵向保护，用来对电压输入端、电压 输出端产生的时间短、幅值高的间歇性过电压和截波过电压进行保护。
本高低压隔离电路工作过程为在隔离电路中VI和V2分别为第一光电
耦合器(0C1)和第二光电耦合器(0C2)输入端的偏置电压，V3和V4分别 为第一光电耦合器(0C1)和第二光电耦合器输出端的偏置电压；在偏置电压 VI和V3的作用下，第一光电耦合器(0C1)的输入级和输出级工作于线性段， 当输入信号Vin为正时，第一光电耦合器(0C1)导通，电压输出端的输出电 压Vout为正；同理，在偏置电压V2和V4的作用下，第二光电耦合器(0C2) 的输入级和输出级工作于线性段，当输入信号Vin为负时，第二光电耦合器 (0C2)导通，电压输出端的输出电压Vout为负；并联在电压输入端和电压 输出端的RVin和RVout分别为压敏电阻或者电压抑制二极管等非线性元件， 可以抑制电压输入端和电压输出端的间歇性过电压。
下面以一个高低压隔离电路加以说明，该隔离电路中的偏置电压VI、 V2 为1.5V，电阻R1、 R2为4K，偏置电压V3、 V4为12V，电阻R3、 R4为320K，电 阻R5为IOOK，其各项参数如下输入电阻不小于100kQ;输出电阻不大于IO
Q;输入电压范围一10V + 10V;输出电压范围一10V + 10V;最大隔 离电压5kV (工频)，10kV (冲击)。
通过电子电路仿真分析软件OrCAD对上述隔离电路进行分析仿真，其输
入输出直流扫描分析结果如图2所示，由于在隔离电路中采用了偏置电源， 避开了光电耦合器的非线形区域，因此，本高低压隔离电路具有较好的输入 输出特性，电压输入和电压输出近似于直线。
为了验证高低压隔离电路的对仪器仪表的防护效果，我们对该电路进行
了工频耐压试验、操作过电压试验和截波试验
工频耐压试验试验时在两个光电耦合器的输入端和输出端分别施加AC 5kV/50Hz—分钟，未发现任何异常现象。
操作过电压试验:根据间歇性过电压时间短、幅值高的特点，试验电压的 波形可用250/2500us的操作过电压来等效，试验电压选取2倍于光电耦合器 隔离电压值，如操作过电压幅值为10kV，经操作过电压试验，未发现隔离电 路有任何击穿或闪络现象。
截波试验:为模拟试品耐压试验时突然断电而产生的截波，我们首先对隔 离电路施加5kV的工频电压1分钟，然后突然切断试验电源，人为造成一个 截波，经过多次试验，未发现隔离电路有任何击穿或闪络现象。
纵上所述，本高低压隔离电路输入输出线形度好，采用非线性元件和光 电耦合器组成保护电路，使测量仪表与一次设备在电气上隔离，对试验过程 中由于间歇过电压、截波过电压以及接地点电位突然抬高产生的过电压等有 着较好的防护效果。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因 此本发明并不限于具体实施方式
中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根 据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种高低压隔离电路，包括两个电压输入端和两个电压输出端，其特征在于在两个电压输入端之间及两个电压输出端之间分别并联一非线性元件，第一电压输入端经第五电阻(R5)后与第一光电耦合器(OC1)的输入端正极及第二光电耦合器(OC2)的输入端负极相连接，第一光电耦合器(OC1)的输入端负极经第一电阻(R1)和第一偏置电压(V1)后与第二电压输入端相连接，第二光电耦合器(OC2)的输入端正极经第二偏置电压(V2)和第二电阻(R2)后与第二电压输入端相连接；第一光电耦合器(OC1)的集电极与第三偏置电压(V3)相连接，第一光电耦合器(OC1)的发射极经第三电阻(R3)分压后分别连接到两个电压输出端，第二光电耦合器(OC2)的发射极与第四偏置电压(V4)相连接，第二光电耦合器(OC2)的集电极经第四电阻(R4)分压后分别连接到两个电压输出端上。
2. 根据权利要求l所述的高低压隔离电路，其特征在于所述的非线性 元件为压敏电阻或瞬态电压抑制二极管。
3. 根据权利要求l所述的高低压隔离电路，其特征在于所述的第一光 电耦合器(0C1)和第二光电耦合器(0C2)采用的是TLP521光电耦合器。
全文摘要
本发明属于一种高低压隔离电路，包括两个电压输入端和两个电压输出端，其主要技术特点是在两个电压输入端之间及两个电压输出端之间分别并联一非线性元件，两个电压输入端分别与两个光电耦合器相连接，两个光电耦合器分别与两个电压输出端相连接。本发明有效地解决在交直流耐压试验过程中由于间歇过电压、截波过电压以及接地点电位突然抬高产生的过电压等情况危及测量端人身和仪器仪表的安全问题，具有反应速度快、保护及时、使用简单、移植方便的特点，可广泛应用于交直流耐压试验的测量回路上以及其他需要在电气上进行保护和隔离的测量装置上。
文档编号H02H9/04GK101344538SQ200810054160
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月18日 优先权日2008年8月18日
发明者刘宝奇, 宁 李 申请人:天津市电力公司