CN1248000C - 故障弧电流检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种故障弧电流保护器的弧电流检测电路，主要用于低压线路故障电弧保护器的弧电流检测，能检测到相线与中性线(或中线)间产生的故障弧电流、能检测到相线与地线间产生的故障弧电流、能检测到相线与相线间产生的故障弧电流，检测电路由电压取样电路、电流取样电路、电弧检测控制电路、单片机处理器组成，其技术特征在于，电流互感器的输出端直接连接在电流取样电路和电弧检测控制电路的输入端，单片机的三输入端分别连接在电压取样电路、电流取样电路、电弧检测控制电路的输出端，单片机的两路输出端，一路连接在电弧检测控制电路的开关控制端，另一路作为输出控制端，该检测电路在检测时不受回路工作电流影响，也不受线路中电力载波通信频率的影响，具有体积小，抗干扰能力强，灵敏度高的特点。
Description
所属技术领域：
本发明属于电子技术类，主要涉及低压线路中故障弧电流检测的方法。
背景技术：
目前低压电气保护产品中，主要有短路过载保护器、漏电保护器、过电压保护器，以上各种保护器，当相线与中性线(或中线)、相线与地线、相线与相线、中性线(或中线)与地线间产生故障电弧时，不能迅速切断故障线路，造成了许多火灾，研究其根本是由于低压线路的故障弧电流不易有效检测，尽管美国专利公告了
6255923 July 3， 2001 Mason
6218844 April 17， 2001 Wong
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6262871 July 17， 2001 Nemir
各种低压电气故障电弧保护器能够检测到线路的弧电流，但抗干扰能力差，特别是受线路的工作电流影响较大，当线路工作电流大于一定值时，则保护器的故障弧电流检测电路易误检产生误动，目前，上述各种保护器的检测电路也只能检测到低于20A回路的弧电流，对于工作电流大于20A以上的线路，弧电流的检测就十分困难，从而就不能有效防止线路由故障电弧引发的火灾。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种，由单片机作处理器具有体积小，抗干扰能力强，灵敏度高的故障电弧保护器的检测电路，该故障弧电流检测电路能有效检测到低压线路中的故障弧电流，在检测时不受回路工作电流影响，也不受线路中电力载波通信频率的影响，该故障弧电流检测电路装配在断路器里作检测电弧用，能检测到相线与中性线(或中线)间产生的故障弧电流，能检测到相线与地线间产生的故障弧电流，能检测到相线与相线间产生的故障弧电流，能检测到中性线(或中线)与地线间产生的故障弧电流，可工作在低压线路的任何供电***的回路上。
附图说明：
图1为故障弧电流检测电路的技术特征图，由图100、图200、图300图400组成，图100为电压取样电路的总称，图200为电流取样电路的总称，图300为电弧检测控制电路的总称，图400为单片机处理器的总称。
图101由电容、二极管、电阻组成的电压取样电路的方案1。
图102由变压器、二极管、电阻组成的电压取样电路的方案2。
图103由电阻、二极管、电阻组成的电压取样电路的方案3。
图201由晶体管组成对称式共射——共射组态的电流取样电路的方案1。
图202由场效应管组成对称式共源——共射组态的电流取样电路的方案2。
图203由运算放大器组成对称式电压比较器的电流取样电路的方案3。
图204由晶体管组成单级共射放大电路的电流取样电路的方案4。
图205由场效应管组成单级共源放大电路的电流取样电路的方案5。
图206由运算放大器组成电压比较器的电流取样电路的方案6。
图301由晶体管组成对称式共射——共射放大电路里串联有开关的电弧检测控制电路的方案1。
图302由晶体管组成对称式共射——共射放大电路里并联有开关的电弧检测控制电路的方案2。
图303由场效应管组成对称式共源——共射放大电路里串联有开关的电弧检测控制电路的方案3。
图304由场效应管组成对称式共源——共射放大电路里并联有开关的电弧检测控制电路的方案5。
图305由运算放大器组成对称式电压比较器里并联开关的电弧检测控制电路的方案5。
图306为电弧检测控制电路的晶体管共射放大控制电路的方案6。
图307为电弧检测控制电路的场效应管放大控制电路的方案7。
图308为电弧检测控制电路的运算放大器构成放大控制电路的方案8。
图2为单相故障电弧断路器实施例1电路工作原理图。
图3为单相故障电弧断路器实施例2电路工作原理图。
图4为单相故障电弧断路器实施例3电路工作原理图。
图5为单相故障电弧断路器实施例4电路工作原理图。
图6为单相故障电弧断路器实施例5电路工作原理图。
图7为单相故障电弧断路器实施例6电路工作原理图。
图8为三相四线制故障电弧断路器实施例7电路工作原理图。
图9为三相三线制故障电弧断路器实施例8电路工作原理图。
图10为单相三线故障电弧断路器实施例9电路工作原理图。
具体实施方式：
结合图1所示，进一步说明，本发明所述的故障弧电流检测电路，其组成部分是由电压取样电路100、电流取样电路200、电弧检测控制电路300、单片机处理器400组成，其技术特征为，由电流互感器的输出端直接连接在电流取样电路200和电弧检测控制电路300的输入端；单片机400的三输入端分别连接在电压取样电路100、电流取样电路200、电弧检测控制电路300的输出端，单片机400的两路输出端，一路连接在电弧检测控制电路300的开关控制端，另一路作为输出控制端；电压取样电路100的输入信号来自于电网线路电压。
结合图101、102、103所示，进一步说明，本叙述为故障弧电流检测电路的电压取样电路100的电路101方案，该电路101由电容C11降压桥式整流D11-D14电阻R11、R12分压作为取样电压输出端，同时桥式整流电路的正极串联二极管D15后输出作为电源；电压取样电路100的电路102方案，该电路102由变压器L降压桥式整流D11-D14电阻R11、R12分压作为取样电压输出端，同时桥式整流电路的正极串联二极管D15后输出作为电源；电压取样电路100的电路103方案，该电路103由电阻R11降压二极管D15半波变换电阻R12分压作为取样电压输出端，同时由电容C11降压桥式整流D11-D14电路作为输出电源，根据电压取样电路100的输入信号与输出信号传输波形分析，是对电网线路的交流电压降压后转换成全波或半波或方波的电路。
结合图201、202、203、204、205、206所示，进一步说明，本叙述为故障弧电流检测电路的电流取样电路200的电路201方案，该电路201由电容C21、C22电阻R21---R29三极管NPN Q21、Q23和三极管PNP Q22、Q24组成对称式共射---共射放大电路，其两路放大电路的输出共用一个负载电阻R29作为输出端；电流取样电路200的电路202方案，该电路202由电容C21、C22电阻R21---R29场效应管T21、T22和三极管PNP Q21、Q22组成对称式共源---共射放大电路，其两路放大电路的输出共用一个负载电阻R29作为输出端；电流取样电路200的电路203方案；该电路203由电阻R21-R25和运算放大器组成对称式电压比较器，其两路放大电路的输出共用一个负载电阻R25作为输出端；电流取样电路200的电路204方案，该电路204由电容C21电阻R21---R23三极管Q21、组成共射放大电路；电流取样电路200的电路205方案，该电路205由电容C21电阻R21---R23和场效应管T21组成共源放大电路；电流取样电路200的电路206方案，该电路206由电阻R21-R23和运算放大器组成电压比较器，根据电流取样电路200的输入信号与输出信号传输波形分析，是对电流互感器输出端的交流信号转换成全波或半波或方波的电路。
结合图301、302、303、304、305、306、307、308所示，进一步说明，本叙述为故障弧电流检测电路的电弧检测控制电路300的电路301、302方案，该电路301，302由电容C31、C32电阻R31---R39三极管NPN Q31、Q33和三极管PNP Q32、Q34组成对称式共射---共射放大电路，其两路放大电路的输出共用一个负载电阻R39作为输出端，并在输入回路串联开关K41、K42图301或并联开关K41、K42图302的电路；电弧检测控制电路300的电路303，304方案，该电路303，304由电容C31、C32电阻R31---R39场效应管T31、T32和三极管Q31、Q32组成对称式共源---共射放大电路，其两路放大电路的输出共用一个负载电阻R39作为输出端，并在输入回路串联开关K41、K42图303或并联开关K41、K42图304的电路；电弧检测控制电路300的电路305方案，该电路305由电阻R30-34和运算放大器组成对称式电压比较器输入端并联开关K41、、K42的电路305；电弧检测控制电路300的电路306方案，该电路306由电容C31电阻R31-R33和晶体管Q31组成单级共射放大电路输入回路串联开关K41的电路；电弧检测控制电路300的电路307方案，该电路307由电容C31电阻R31---R33和场效应管T31组成共源放大电路输入回路串联开关K41的电路；电弧检测控制电路300的电路308方案，该电路308由电容C31电阻R30---R32和运算放大器组成电压比较器输入端并联开关K41的电路，根据电弧检测控制电路300的输入信号与输出信号传输波形分析，是对电流互感器输出端的交流信号，在控制开的作用下输出转换成全波或半波或方波的电路。
结合图2故障弧电流检测电路的应用实施例1所示，进一步说明，本叙述为故障弧电流检测电路在单相故障电弧断路器中的应用，该电路由电压取样电路101、电流取样电路204、电弧检测控制电路306、单片机处理器400组成，其原理为由电压取样电路101和电流取样电路204获得的信号，供给单片机处进行处理，根据单片机里程序处理的结果，决定是否开通电弧检测控制电路306的检测，如果程序处理结果为故障弧电流，则开通电弧检测控制电路306的检测，同时由单片机输出控制信号，使断路器切断线路，如果程序处理结果为正常电流，则不开通电弧检测控制电路306的检测，同时单片机不输出控制信号，断路器不切断线路。
结合图3电流检测电路的应用实施例2所示，进一步说明，本叙述为故障弧电流检测电路在单相故障电弧断路器中的应用，该电路由电压取样电路101、电流取样电路205、电弧检测控制电路307、单片机处理器400组成，其原理为由电压取样电路101和电流取样电路205获得的信号，供给单片机处进行处理，根据单片机里程序处理的结果，决定是否开通电弧检测控制电路307的检测，如果程序处理结果为故障弧电流，则开通电弧检测控制电路307的检测，同时由单片机输出控制信号，使断路器切断线路，如果程序处理结果为正常电流，则不开通电弧检测控制电路307的检测，同时单片机不输出控制信号，断路器不切断线路。
结合图4电流检测电路的应用实施例3所示，进一步说明，本叙述为故障弧电流检测电路在单相故障电弧断路器中的应用，该电路由电压取样电路103、电流取样电路206、电弧检测控制电路308、单片机处理器400组成，其原理为由电压取样电路103和电流取样电路206获得的信号，供给单片机处进行处理，根据单片机里程序处理的结果，决定是否开通电弧检测控制电路308的检测，如果程序处理结果为故障弧电流，则开通电弧检测控制电路308的检测，同时由单片机输出控制信号，使断路器切断线路，如果程序处理结果为正常电流，则不开通电弧检测控制电路308的检测，同时单片机不输出控制信号，断路器不切断线路。
结合图5电流检测电路的应用实施例4所示，进一步说明，本叙述为故障弧电流检测电路在单相故障电弧断路器中的应用，该电路由电压取样电路101、电流取样电路203、电弧检测控制电路305、单片机处理器400组成，其原理为由电压取样电路101和电流取样电路203获得的信号，供给单片机处进行处理，根据单片机里程序处理的结果，决定是否开通电弧检测控制电路305的检测，如果程序处理结果为故障弧电流，则开通电弧检测控制电路305的检测，同时由单片机输出控制信号，使断路器切断线路，如果程序处理结果为正常电流，则不开通电弧检测控制电路305的检测，同时单片机不输出控制信号，断路器不切断线路。
结合图6电流检测电路的应用实施例5所示，进一步说明，本叙述为故障弧电流检测电路在单相故障电弧断路器中的应用，该电路由电压取样电路101、电流取样电路201、电弧检测控制电路301、单片机处理器400组成，其原理为由电压取样电路101和电流取样电路201获得的信号，供给单片机处进行处理，根据单片机里程序处理的结果，决定是否开通电弧检测控制电路301的检测，如果程序处理结果为故障弧电流，则开通电弧检测控制电路301的检测，同时由单片机输出控制信号，使断路器切断线路，如果程序处理结果为正常电流，则不开通电弧检测控制电路301的检测，同时单片机不输出控制信号，断路器不切断线路。
结合图7电流检测电路的应用实施例6所示，进一步说明，本叙述为故障弧电流检测电路在单相故障电弧断路器中的应用，该电路由电压取样电路102、电流取样电路202、电弧检测控制电路303、单片机处理器400组成，其原理为由电压取样电路102和电流取样电路202获得的信号，供给单片机处进行处理，根据单片机里程序处理的结果，决定是否开通电弧检测控制电路303的检测，如果程序处理结果为故障弧电流，则开通电弧检测控制电路303的检测，同时由单片机输出控制信号，使断路器切断线路，如果程序处理结果为正常电流，则不开通电弧检测控制电路303的检测，同时单片机不输出控制信号，断路器不切断线路。
结合图8电流检测电路的应用实施例7所示，进一步说明，本叙述为故障弧电流检测电路在三相四线制故障电弧断路器中的应用，该电路由电压取样电路101、电流取样电路201、电弧检测控制电路301、单片机处理器400组成，其原理为由电压取样电路101和电流取样电路201获得的信号，供给单片机处进行处理，根据单片机里程序处理的结果，决定是否开通电弧检测控制电路301的检测，如果程序处理结果为故障弧电流，则开通电弧检测控制电路301的检测，同时由单片机输出控制信号，使断路器切断线路，如果程序处理结果为正常电流，则不开通电弧检测控制电路307的检测，同时单片机不输出控制信号，断路器不切断线路。
结合图9电流检测电路的应用实施例8所示，进一步说明，本叙述为故障弧电流检测电路在三相三线制故障电弧断路器中的应用，该电路由电压取样电路101、电流取样电路201、电弧检测控制电路301、单片机处理器400组成，其原理为由电压取样电路101和电流取样电路201获得的信号，供给单片机处进行处理，根据单片机里程序处理的结果，决定是否开通电弧检测控制电路301的检测，如果程序处理结果为故障弧电流，则开通电弧检测控制电路301的检测，同时由单片机输出控制信号，使断路器切断线路，如果程序处理结果为正常电流，则不开通电弧检测控制电路301的检测，同时单片机不输出控制信号，断路器不切断线路。
结合图10电流检测电路的应用实施例9所示，进一步说明，本叙述为故障弧电流检测电路在单相三线制故障电弧断路器中的应用，该电路由电压取样电路101、电流取样电路201、电弧检测控制电路301、单片机处理器400组成，其原理为由电压取样电路101和电流取样电路201获得的信号，供给单片机处进行处理，根据单片机里程序处理的结果，决定是否开通电弧检测控制电路301的检测，如果程序处理结果为故障弧电流，则开通电弧检测控制电路301的检测，同时由单片机输出控制信号，使断路器切断线路，如果程序处理结果为正常电流，则不开通电弧检测控制电路301的检测，同时单片机不输出控制信号，断路器不切断线路。
综上所述，该故障弧电流检测电路的工作原理为，电网线路中的电流通过互感器次级直接提供给供给单片机处进行处理，单片机里的程序对输入电压和电流信号进行处理后，根据结果决定是否开通电弧检测控制电路的检测，如果程序处理结果为故障弧电流，则开通电弧检测控制电路的检测，同时由单片机输出控制信号，使断路器切断线路，如果程序处理结果为正常电流，则不开通电弧检测控制电路的检测，同时单片机不输出控制信号，断路器不切断线路。
其特点为，
1、检测相线与中性线(或中线)间产生的故障弧电流。
2、检测相线与地线间产生故障弧电流。
3、检测相线与相线间产生故障弧电流。
4、检测中性线(或中线)与地线间产生故障弧电流。
5、检测弧电流时不受线路工作电流的限制，即抗干扰能力强。
6、检测弧电流时不受弧电流大小的限制，即灵敏度高。
7、该故障弧电流检测电路可工作在低压线路的任何供电***的线路上。
Claims (4)
1、一种故障弧电流检测电路，是由电压取样电路(100)、电流取样电路(200)、电弧检测控制电路(300)、单片机处理器(400)组成，其技术特征在于，由电流互感器的输出端直接连接在电流取样电路(200)和电弧检测控制电路(300)的输入端，单片机(400)的三输入端分别连接在电压取样电路(100)、电流取样电路(200)、电弧检测控制电路(300)的输出端，单片机(400)的两路输出端，一路连接在电弧检测控制电路(300)的开关控制端，另一路作为输出控制端，电压取样电路(100)的输入信号来自于电网线路电压。
2、根据权利要求1所述的故障弧电流检测电路，其特征在于，电压取样电路(100)由电容降压电路、二极管整流电路、电阻分压电路组成(101)或由变压器降压电路、二极管整流电路、电阻分压电路组成(102)或由电阻降压电路、二极管半波变换电路、电阻分压电路组成(103)。
3、根据权利要求1所述的故障弧电流检测电路，其特征在于，电流取样电路(200)是由晶体管组成的对称式共射——共射放大电路(201)或由场效应管和晶体管组成的共源——共射放大电路(202)或由运算放大器组成的对称式电压比较器电路(203)或由晶体管组成的共射放大电路(204)或由场效应管组成的共源放大电路(205)或由运算放大器组成的电压比较器电路(206)。
4、根据权利要求1所述的故障弧电流检测电路，其特征在于，电弧检测控制电路(300)是由晶体管组成对称式共射——共射放大电路的输入回路串联开关(301)或并联开关(302)的电路或由场效应管组成对称式共源——共射放大电路的输入回路串联开关(303)或并联开关(304)的电路或由运算放大器组成对称式电压比较器输入端并联开关的电路(305)或由晶体管组成单级共射放大电路输入回路串联开关的电路(306)或由场效应管组成共源放大电路输入回路串联开关的电路(307)或由运算放大器组成电压比较器的输入端并联开关的电路(308)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Addressee: Xue Xiaoping Document name: Notification to Pay the Fees |
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| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Xue Xiaoping Document name: Notification of Termination of Patent Right |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20060329 Termination date: 20180916 |