CN107290661B - 一种电弧故障分断器检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电弧故障分断器检测装置，其包括依次连接的电源电压检测模块、单片机控制模块与电弧故障分断器检测模块，所述电源电压检测模块包括电源极性检测及电压同步检测电路，该电源极性检测及电压同步检测电路用于向所述单片机控制模块传递方波信号，所述电弧故障分断器检测模块包括触发脉冲控制电路，该触发脉冲控制电路由所述单片机控制模块控制对电弧故障分断器进行检测。本发明还公开了一种电弧故障分断器检测装置的检测方法，这种检测方法避免了因电弧故障分断器老化、损坏或因工艺不良造成的功能失效，而导致的灾难性火灾，还能有效降低发生灾难的几率，提升安全性。

Description

一种电弧故障分断器检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及电弧故障分断器测试技术领域，特别涉及一种电弧故障分断器检测装置及其检测方法。

背景技术

根据火灾资料统计，因电气原因引发的火灾是在各类火灾类型中发生次数最多的，严重程度也是排名前列，而电气火灾主要是由故障电弧引发的，因此如何预防由故障电弧引发的火灾显得格外重要。

因此越来越多电路中加入了电弧故障分断器。电弧故障分断器是通过识别电路中的电弧故障特征信号，在电弧故障发展成为火灾或电路出现短路之前断开电源电路的一种保护装置。有时由于电弧故障分断器老化、人为损坏或工艺不良等原因，导致电弧故障分断器功能失效，无法对电路起到保护作用，而发生不可想象的灾难。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提供一种电弧故障分断器检测装置。

本发明的目的还在于，针对上述问题，提供一种通过电弧故障分断器检测装置实施的检测方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：

一种电弧故障分断器检测装置，其包括依次连接的电源电压检测模块、单片机控制模块与电弧故障分断器检测模块，所述电源电压检测模块包括电源极性检测及电压同步检测电路，该电源极性检测及电压同步检测电路用于向所述单片机控制模块传递方波信号，所述电弧故障分断器检测模块包括触发脉冲控制电路，该触发脉冲控制电路由所述单片机控制模块控制对电弧故障分断器进行检测。

所述电源极性检测及电压同步检测电路包括电源极性连接部分以及功率放大部分，该电源极性连接部分与该功率放大部分之间并联有光电耦合器U1、U2、U5，该光电耦合器U1、U2、U5用于将电网电压正弦波信号转换为方波信号，所述电源极性连接部分包括电源极性连接端，于该电源极性连接端上连接有三个电流回路，于每一电流回路中串联有限流电阻及并联有防击穿二极管，所述功率放大部分包括用于将方波信号放大的三极管Q1、Q2、Q4，每一所述三极管的基极连接一个所述光电耦合器。

所述三个电流回路包括火线与地线回路、火线与零线回路及零线与地线回路，所述火线与地线回路后端与所述光电耦合器U1并联，该光电耦合器U1与所述三极管Q1的基极连接，所述火线与零线回路后端与所述光电耦合器U2并联，该光电耦合器U2与所述三极管Q2的基极连接，所述零线与地线后端与所述光电耦合器U5并联，该光电耦合器U5与所述三极管Q4的基极连接。

所述单片机控制模块包括芯片U6。

所述芯片U6上的第22、第23及第24管脚分别与所述三极管Q1、Q2、Q4的集电极连接，该芯片U6上的第26、第27管脚与所述触发脉冲控制电路连接。

所述触发脉冲控制电路接入火线零线电压并全波整流，该触发脉冲控制电路包括光电耦合器U3、U4及功率场效应管Q3，所述芯片U6上的第26、第27管脚分别与光电耦合器U3、U4连接，该光电耦合器U4与功率场效应管Q3并联，该芯片U6上的第26、第27管脚用于将控制电平拉低，该功率场效应管Q3为通断开关。

所述芯片U6的第25、第26管脚上连接有按键功能电路，该按键功能电路上设置有开、关机键以及电弧故障分断器检测按键。

一种电弧故障分断器检测装置的检测方法，其包括以下步骤：

步骤一：将电弧故障分断器检测装置接入带有电弧故障分断器的电网中，并运行该电弧故障分断器检测装置；

步骤二：该电弧故障分断器检测装置自动进行电源极性检测；

步骤三：完成电源极性检测后，单片机控制模块控制电弧故障分断器检测模块对电弧故障分断器进行检测，电弧故障分断器检测模块模拟大电流脉冲，当电弧故障分断器动作，则电弧故障分断器检测通过；当电弧故障分断器未动作，则电弧故障分断器检测不通过。

所述三个电流回路包括火线与地线回路、火线与零线回路及零线与地线回路，所述火线与地线回路后端与所述光电耦合器U1并联，该光电耦合器U1与所述三极管Q1的基极连接，所述火线与零线回路后端与所述光电耦合器U2并联，该光电耦合器U2与所述三极管Q2的基极连接，所述零线与地线后端与所述光电耦合器U5并联，该光电耦合器U3与所述三极管Q4的基极连接；

所述单片机控制模块包括芯片U6，该芯片U6上的第22、第23及第24管脚分别与所述三极管Q1、Q2、Q4的集电极连接，该芯片U6上的第26、第27管脚与所述触发脉冲控制电路连接；

所述步骤二中，通过判断芯片U6上的第22、第23及第24管脚上的信号，即可知火线与地线回路、火线与零线回路及零线与地线回路是否有电压，从而判断接入电源是否缺地线、缺零线、缺火线或火线地线反接、火线零线反接或正确连接；当在正确连接的状态下，电网电压正弦波信号通过光电耦合器转换为方波信号，通过芯片U6检测第22管脚上的方波波形，即可同步检测电网电压信号。

所述触发脉冲控制电路接入火线零线电压并全波整流，该触发脉冲控制电路包括光电耦合器U3、U4及功率场效应管Q3，所述芯片U6上的第26、第27管脚分别与光电耦合器U3、U4连接，该光电耦合器U4与功率场效应管Q3连接，该芯片U6上的第26、第27管脚用于将控制电平拉低；

所述步骤三中，测试开始时，芯片U6上的第26管脚控制电平拉低，当检测到电网电压波峰或波谷时，芯片U6上的第27管脚控制电平拉低3毫秒，功率场效应管Q3导通3毫秒；在功率场效应管Q3导通期间，火线零线间流过106A至141A大电流，并依次进行电弧故障信号特征信号模拟，分别为：连续在每个电网电压波峰处触发12个大电流脉冲，每间隔一个电网电压波峰处触发12个大电流脉冲，连续每个电网电压波谷处触发12个大电流脉冲，每间隔一个电网电压波谷处触发12个大电流脉冲；

在完成所有大电流脉冲的触发前，电弧故障分断器动作，电网电源断开，则电弧故障分断器检测通过；在完成所有大电流脉冲的触发前，电弧故障分断器未动作，电网电源不断开，则电弧故障分断器检测不通过。

本发明的有益效果为：本发明通过模拟发生电弧故障特征信号，检测电弧故障分断器是否运作，由此可知电弧故障分断器功能的有效性；这种检测方法避免了因电弧故障分断器老化、损坏或因工艺不良造成的功能失效，而导致的灾难性火灾，还能有效降低发生灾难的几率，提升安全性。

下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明的电路方框图；

图2是本发明中电源电压检测模块的电路原理图；

图3是本发明中单片机控制模块的电路原理图；

图4是本发明中电弧故障分断器检测模块的电路原理图；

图5是本发明中按键功能电路的电路原理图；

图6是本发明的电弧故障分断器检测原理框图。

具体实施方式

实施例：如图1至图6所示，本发明为一种电弧故障分断器检测装置，其包括依次连接的电源电压检测模块、单片机控制模块与电弧故障分断器检测模块，所述电源电压检测模块包括电源极性检测及电压同步检测电路，该电源极性检测及电压同步检测电路用于向所述单片机控制模块传递方波信号，所述电弧故障分断器检测模块包括触发脉冲控制电路，该触发脉冲控制电路由所述单片机控制模块控制对电弧故障分断器进行检测。

所述电源极性检测及电压同步检测电路包括电源极性连接部分以及功率放大部分，该电源极性连接部分与该功率放大部分之间并联有光电耦合器U1、U2、U5，该光电耦合器U1、U2、U5用于将电网电压正弦波信号转换为方波信号，所述电源极性连接部分包括电源极性连接端，于该电源极性连接端上连接有三个电流回路，于每一电流回路中串联有限流电阻及并联有防击穿二极管，所述功率放大部分包括用于将方波信号放大的三极管Q1、Q2、Q4，每一所述三极管的基极连接一个所述光电耦合器。

所述三个电流回路包括火线与地线回路、火线与零线回路及零线与地线回路，所述火线与地线回路后端与所述光电耦合器U1并联，该光电耦合器U1与所述三极管Q1的基极连接，所述火线与零线回路后端与所述光电耦合器U2并联，该光电耦合器U2与所述三极管Q2的基极连接，所述零线与地线后端与所述光电耦合器U5并联，该光电耦合器U5与所述三极管Q4的基极连接。

所述单片机控制模块包括芯片U6，该芯片U6为微控制器C8051F410。

所述芯片U6上的第22、第23及第24管脚分别与所述三极管Q1、Q2、Q4的集电极连接，该芯片U6上的第26、第27管脚与所述触发脉冲控制电路连接。

所述触发脉冲控制电路接入火线零线电压并全波整流，该触发脉冲控制电路包括光电耦合器U3、U4及功率场效应管Q3，所述芯片U6上的第26、第27管脚分别与光电耦合器U3、U4连接，该光电耦合器U4与功率场效应管Q3并联，该芯片U6上的第26、第27管脚用于将控制电平拉低，该功率场效应管Q3为通断开关。

所述芯片U6的第25、第26管脚上连接有按键功能电路，该按键功能电路上设置有开、关机键以及电弧故障分断器检测按键。

一种电弧故障分断器检测装置的检测方法，其包括以下步骤：

步骤一：将电弧故障分断器检测装置接入带有电弧故障分断器的电网中，并运行该电弧故障分断器检测装置；

步骤二：该电弧故障分断器检测装置自动进行电源极性检测；

步骤三：完成电源极性检测后，单片机控制模块控制电弧故障分断器检测模块对电弧故障分断器进行检测，电弧故障分断器检测模块模拟大电流脉冲，当电弧故障分断器动作，则电弧故障分断器检测通过；当电弧故障分断器未动作，则电弧故障分断器检测不通过。

所述三个电流回路包括火线与地线回路、火线与零线回路及零线与地线回路，所述火线与地线回路后端与所述光电耦合器U1并联，该光电耦合器U1与所述三极管Q1的基极连接，所述火线与零线回路后端与所述光电耦合器U2并联，该光电耦合器U2与所述三极管Q2的基极连接，所述零线与地线后端与所述光电耦合器U5并联，该光电耦合器U3与所述三极管Q4的基极连接；

所述单片机控制模块包括芯片U6，该芯片U6为微控制器C8051F410，该芯片U6上的第22、第23及第24管脚分别与所述三极管Q1、Q2、Q4的集电极连接，该芯片U6上的第26、第27管脚与所述触发脉冲控制电路连接；

所述步骤二中，通过判断芯片U6上的第22、第23及第24管脚上的信号，即可知火线与地线回路、火线与零线回路及零线与地线回路是否有电压，从而判断接入电源是否缺地线、缺零线、缺火线或火线地线反接、火线零线反接或正确连接；当在正确连接的状态下，电网电压正弦波信号通过光电耦合器转换为方波信号，通过芯片U6检测第22管脚上的方波波形，即可同步检测电网电压信号。

所述触发脉冲控制电路接入火线零线电压并全波整流，该触发脉冲控制电路包括光电耦合器U3、U4及功率场效应管Q3，所述芯片U6上的第26、第27管脚分别与光电耦合器U3、U4连接，该光电耦合器U4与功率场效应管Q3连接，该芯片U6上的第26、第27管脚用于将控制电平拉低；

所述步骤三中，测试开始时，芯片U6上的第26管脚控制电平拉低，当检测到电网电压波峰或波谷时，芯片U6上的第27管脚控制电平拉低3毫秒，功率场效应管Q3导通3毫秒；在功率场效应管Q3导通期间，火线零线间流过106A至141A大电流，并依次进行电弧故障信号特征信号模拟，分别为：连续在每个电网电压波峰处触发12个大电流脉冲，每间隔一个电网电压波峰处触发12个大电流脉冲，连续每个电网电压波谷处触发12个大电流脉冲，每间隔一个电网电压波谷处触发12个大电流脉冲；

在完成所有大电流脉冲的触发前，电弧故障分断器动作，电网电源断开，则电弧故障分断器检测通过；在完成所有大电流脉冲的触发前，电弧故障分断器未动作，电网电源不断开，则电弧故障分断器检测不通过。

本发明通过模拟发生电弧故障特征信号，检测电弧故障分断器是否运作，由此可知电弧故障分断器功能的有效性；这种检测方法避免了因电弧故障分断器老化、损坏或因工艺不良造成的功能失效，而导致的灾难性火灾，还能有效降低发生灾难的几率，提升安全性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电弧故障分断器检测装置，其特征在于：其包括依次连接的电源电压检测模块、单片机控制模块与电弧故障分断器检测模块，所述电源电压检测模块包括电源极性检测及电压同步检测电路，该电源极性检测及电压同步检测电路用于向所述单片机控制模块传递方波信号，所述电弧故障分断器检测模块包括触发脉冲控制电路，该触发脉冲控制电路由所述单片机控制模块控制对电弧故障分断器进行检测；

所述电源极性检测及电压同步检测电路包括电源极性连接部分以及功率放大部分，该电源极性连接部分与该功率放大部分之间并联有光电耦合器U1、U2、U5，该光电耦合器U1、U2、U5用于将电网电压正弦波信号转换为方波信号，所述电源极性连接部分包括电源极性连接端，于该电源极性连接端上连接有三个电流回路，于每一电流回路中串联有限流电阻及并联有防击穿二极管，所述功率放大部分包括用于将方波信号放大的三极管Q1、Q2、Q4，每一所述三极管的基极连接一个所述光电耦合器。

2.根据权利要求1所述的电弧故障分断器检测装置，其特征在于，所述三个电流回路包括火线与地线回路、火线与零线回路及零线与地线回路，所述火线与地线回路后端与所述光电耦合器U1并联，该光电耦合器U1与所述三极管Q1的基极连接，所述火线与零线回路后端与所述光电耦合器U2并联，该光电耦合器U2与所述三极管Q2的基极连接，所述零线与地线后端与所述光电耦合器U5并联，该光电耦合器U5与所述三极管Q4的基极连接。

3.根据权利要求1所述的电弧故障分断器检测装置，其特征在于，所述单片机控制模块包括芯片U6。

4.根据权利要求3所述的电弧故障分断器检测装置，其特征在于，所述芯片U6上的第22、第23及第24管脚分别与所述三极管Q1、Q2、Q4的集电极连接，该芯片U6上的第26、第27管脚与所述触发脉冲控制电路连接。

5.根据权利要求3所述的电弧故障分断器检测装置，其特征在于，所述触发脉冲控制电路接入火线零线电压并全波整流，该触发脉冲控制电路包括光电耦合器U3、U4及功率场效应管Q3，所述芯片U6上的第26、第27管脚分别与光电耦合器U3、U4连接，该光电耦合器U4与功率场效应管Q3并联，该芯片U6上的第26、第27管脚用于将控制电平拉低，该功率场效应管Q3为通断开关。

6.根据权利要求3所述的电弧故障分断器检测装置，其特征在于，所述芯片U6的第25、第26管脚上连接有按键功能电路，该按键功能电路上设置有开、关机键以及电弧故障分断器检测按键。

7.根据权利要求2所述的电弧故障分断器检测装置实施的检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤一：将电弧故障分断器检测装置接入带有电弧故障分断器的电网中，并运行该电弧故障分断器检测装置；

步骤二：该电弧故障分断器检测装置自动进行电源极性检测；

步骤三：完成电源极性检测后，单片机控制模块控制电弧故障分断器检测模块对电弧故障分断器进行检测，电弧故障分断器检测模块模拟大电流脉冲，当电弧故障分断器动作，则电弧故障分断器检测通过；当电弧故障分断器未动作，则电弧故障分断器检测不通过。

8.根据权利要求7所述的电弧故障分断器检测装置的检测方法，其特征在于，所述三个电流回路包括火线与地线回路、火线与零线回路及零线与地线回路，所述火线与地线回路后端与所述光电耦合器U1并联，该光电耦合器U1与所述三极管Q1的基极连接，所述火线与零线回路后端与所述光电耦合器U2并联，该光电耦合器U2与所述三极管Q2的基极连接，所述零线与地线后端与所述光电耦合器U5并联，该光电耦合器U3与所述三极管Q4的基极连接；

所述单片机控制模块包括芯片U6，该芯片U6上的第22、第23及第24管脚分别与所述三极管Q1、Q2、Q4的集电极连接，该芯片U6上的第26、第27管脚与所述触发脉冲控制电路连接；

所述步骤二中，通过判断芯片U6上的第22、第23及第24管脚上的信号，即可知火线与地线回路、火线与零线回路及零线与地线回路是否有电压，从而判断接入电源是否缺地线、缺零线、缺火线或火线地线反接、火线零线反接或正确连接；当在正确连接的状态下，电网电压正弦波信号通过光电耦合器转换为方波信号，通过芯片U6检测第22管脚上的方波波形，即可同步检测电网电压信号。

9.根据权利要求8所述的电弧故障分断器检测装置的检测方法，其特征在于，所述触发脉冲控制电路接入火线零线电压并全波整流，该触发脉冲控制电路包括光电耦合器U3、U4及功率场效应管Q3，所述芯片U6上的第26、第27管脚分别与光电耦合器U3、U4连接，该光电耦合器U4与功率场效应管Q3连接，该芯片U6上的第26、第27管脚用于将控制电平拉低；

所述步骤三中，测试开始时，芯片U6上的第26管脚控制电平拉低，当检测到电网电压波峰或波谷时，芯片U6上的第27管脚控制电平拉低3毫秒，功率场效应管Q3导通3毫秒；在功率场效应管Q3导通期间，火线零线间流过106A至141A大电流，并依次进行电弧故障信号特征信号模拟，分别为：连续在每个电网电压波峰处触发12个大电流脉冲，每间隔一个电网电压波峰处触发12个大电流脉冲，连续每个电网电压波谷处触发12个大电流脉冲，每间隔一个电网电压波谷处触发12个大电流脉冲；

在完成所有大电流脉冲的触发前，电弧故障分断器动作，电网电源断开，则电弧故障分断器检测通过；在完成所有大电流脉冲的触发前，电弧故障分断器未动作，电网电源不断开，则电弧故障分断器检测不通过。