CN201562951U - 故障电弧保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种故障电弧保护装置，包括直流传感器，直流传感器输出端依次连接有电压跟随电路、信号调理放大电路、A/D采样电路、微处理器和脱扣驱动电路及其控制的脱扣组件，其中，直流传感器产生的电压信号通过电压跟随电路传递至调理放大电路转换为适合于A/D采样的直流信号，A/D采样电路对该直流信号进行采样，微处理器通过检测A/D采样信号中的高频特征识别故障电弧并产生脱扣信号给脱扣驱动电路及其控制的脱扣组件。本技术方案利用直流传感器采样直流电流信号，以直流故障电弧波形中含有的高频扰动特征作为识别电弧的判断条件，能够有效地检测出直流故障电弧并采取相应的保护措施，扩大了传统电弧保护装置的保护范围。

Description

故障电弧保护装置

技术领域

本实用新型属于电路保护设备领域，特别是涉及一种用于配电终端***中检测故障电弧的保护装置。

背景技术

住宅内电气线路和设备，如：电气布线、插座、家用电器内部的电线或电器的电源线等，由于长时间的过负荷运行，或者存在不良的电气连接等情况，使电线的绝缘层出现老化，绝缘效果降低，或者绝缘层发生破损，都可能发生故障电弧。电弧火花引燃线路会造成火灾的发生。现在常用的电路保护装置熔断器和接地故障断路器还不能有效的检测故障电弧并形成断路保护。AFCI(ArcFault Circuit Interrupter)技术是一项最新的电路保护技术，能够提供故障电弧保护，其主要作用是为了在发生故障电弧时及时分断电路，避免负荷损坏，并降低火灾的可能性。

目前，国内外专家提出了一些可行的AFCI检测方法和保护电路，但都是针对50Hz～60Hz交流电路的，典型家用负荷故障电弧电流波形如图6所示，故障电弧电流波形存在幅值降低、正负半周不对称、平肩部和波形陡峭等特征。因为，现在大多AFCI检测方法和保护电路都是通过判断电流波形的导数(di/dt，即波形陡峭程度)或者电弧的平肩部、正负半波不对称等特性是否超过设定阀值并且累积电弧周期是否超过阀值来识别故障电弧电流；然而，对于汽车42v直流供电电弧，超出了传统的AFCI检测方法和保护电路的判断故障原理，因此电弧保护装置的无法正确动作，无法有效地将检测出直流故障电弧。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本实用新型的目的是提供一种故障电弧保护装置，利用直流传感器采样直流电流信号，以直流故障电弧波形中含有的高频扰动特征作为识别电弧的判断条件，有效地检测出直流故障电弧并采取相应的保护措施。

为了达到上述的目的，本实用新型采用了以下的技术方案：

一种故障电弧保护装置，包括直流传感器，直流传感器输出端依次连接有电压跟随电路、信号调理放大电路、A/D采样电路、微处理器和脱扣驱动电路及其控制的脱扣组件，其中，直流传感器产生的电压信号通过电压跟随电路传递至调理放大电路转换为适合于A/D采样的直流信号，A/D采样电路对该直流信号进行采样，微处理器通过检测A/D采样信号中的高频特征识别故障电弧并产生脱扣信号给脱扣驱动电路及其控制的脱扣组件。

上述直流传感器由分流器S和差分电压转化芯片U6组成。

作为优选，上述直流传感器为霍尔直流传感器。

由于采用了以上技术方案，利用直流传感器采样直流电流信号，以直流故障电弧波形中含有的高频扰动特征作为识别电弧的判断条件，能够有效地检测出直流故障电弧并采取相应的保护措施，扩大了传统电弧保护装置的保护范围。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图(直流)。

图2是本实用新型的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步详细的说明。

实施例1：

如图1、图2所示的一种故障电弧保护装置，包括电源电路7和直流传感器8，直流传感器8连接有信号负载电阻R11，直流传感器8输出端依次连接有电压跟随电路4、信号调理放大电路6、A/D采样电路5、微处理器2和脱扣驱动电路1及其控制的脱扣组件3，其中，感测直流电的直流传感器8产生电压信号通过电压跟随电路4传递至调理放大电路6转换为适合于A/D采样的直流信号，A/D采样电路5对该直流信号进行采样，微处理器2对A/D采样的信号进行电弧特性判别并产生脱扣信号给脱扣驱动电路1及其控制的脱扣组件3。微处理器2以直流故障电弧波形中含有的高频扰动特征作为识别电弧的判断条件，从而能够有效地检测出直流故障电弧并采取相应的保护措施，扩大了传统电弧保护装置的保护范围。

本实施例中，上述直流传感器8由分流器S和差分电压转化芯片U6组成；当然，所述直流传感器8还可以为霍尔直流传感器。上述电压跟随电路4由电阻R2、电阻R3和运放U5A组成，运放U5A的同相输入端接电阻R2，电阻R2接信号负载电阻R11，运放U5A的反向输入端和输出端之间接电阻R3，将电压信号隔离传递至信号调理放大电路6。上述信号调理放大电路6由变阻器VR2、电阻R12和运放U5B组成，运放U5B的同相输入端接电压跟随电路4的输出端，运放U5B的反向相输入端接电阻R12，运放U5B的反向输入端和输出端之间接变阻器VR2，运放U5B输出端连接由电阻R4和电阻R10组成的上拉电路，上拉电路的接出端连接A/D采样电路5。上述A/D采样电路5可以与微处理器2独立分开，也可以选用自带A/D采样电路的微处理器。微处理器2中芯片U1和A/D芯片U2间通过数据总线P0.0-P0.7进行数据传输，每隔一固定时间，U1进入定时中断，从U2获取当前的信号复制，U1的地址线通过控制芯片X2A和X2B(X2A和X2B是型号为SN74HCO2N的控制芯片的两个通道)产生控制信号，对U2进行同步、读写控制。上述脱扣驱动电路1由相串联的电阻R1和光耦O1组成；脱扣组件3为连接光耦O1的脱扣器K1。微处理器中芯片U1的I/O口P1.7通过电阻R1接光耦O1的输入端，工作后U1若检测到故障电弧，则将此I/O口置高电平，光耦O1工作，光耦O1的输出三极管短接，脱扣器K1的线圈通电，吸合触头，将接到负荷上的开关断开。上述电源电路7包括：电容C4和C5跨接在交流电源两端，二极管D2、D3、D4、D5组成整流电路，将电容C5上的交流电源整流成直流，通过稳压芯片U4输出直流电源；电容C2、C3并联在稳压芯片U4的输入端和接地端之间，起到滤波的作用；二极管D6、D7跨接在进线端，防止过电压。电源电路7为各电路模块提供稳定的直流电。

本实用新型不局限于以上具体实施方式，本实用新型既可以作为一个独立的***，也可以与其它现有的电路断路器如接地故障断路器或者电流保护器或者过电流保护器相结合，组成多功能的电路保护装置。

Claims (3)

1.故障电弧保护装置，其特征在于，包括直流传感器(8)，直流传感器(8)输出端依次连接有电压跟随电路(4)、信号调理放大电路(6)、A/D采样电路(5)、微处理器(2)和脱扣驱动电路(1)及其控制的脱扣组件(3)，其中，直流传感器(8)产生的电压信号通过电压跟随电路(4)传递至调理放大电路(6)转换为适合于A/D采样的直流信号，A/D采样电路(5)对该直流信号进行采样，微处理器(2)通过检测A/D采样信号中的高频特征识别故障电弧并产生脱扣信号给脱扣驱动电路(1)及其控制的脱扣组件(3)。

2.根据权利要求1所述的故障电弧保护装置，其特征在于，所述直流传感器(8)由分流器S和差分电压转化芯片U6组成。

3.根据权利要求1所述的故障电弧保护装置，其特征在于，所述直流传感器(8)为霍尔直流传感器。

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