一種低壓電弧故障檢測裝置的製作方法
2023-12-10 23:19:22
專利名稱：一種低壓電弧故障檢測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種低壓供配電系統的電弧故障檢測裝置，特別是一種基於線路電流高次諧波佔有率變化特徵的低壓電弧故障檢測裝置。
技術背景供電電路因老化、破損引起的斷裂、短路以及接觸不良都會導致電弧故障。常規負荷下，電弧故障在極短的時間內可產生2000°C以上的局部高溫，足以點燃導線周圍的易燃易爆物而引起火災，嚴重危害大眾的生命財產安全。由於發生電弧故障時，迴路電流低於過流保護器的額定電流，除接地電弧外，電弧故障不會產生剩餘電流，用於過流和剩餘電流的探測器不能起到防範電弧性火災的作用。現有的電弧故障檢測裝置和方法為使用微控制器來測量與負載相關的電壓，並處理表示電壓測量值的數據以確定電弧的存在。例如，傳統的電弧故障檢測裝置可以被配置以感測交流負載電流，對AC信號進行濾波和整流，並將整流後的信號提供給一個積分電路。傳統的電弧故障檢測裝置可以使用微控制器來測量積分電容上的電壓，以及把電壓測量值轉化為數字量用於後續處理。例如，可以使用一種算法來分析是否是一個電弧故障，如點接觸、低電平、或串聯電弧，或者是否是一個有害的負載如調光燈、吸塵器等。在電壓測量值的特徵是電弧故障情況下，傳統的電弧故障保護裝置一般斷開電路斷路器以斷開電源輸出與負載。儘管上述的傳統電弧故障保護裝置可以被用來檢測並區別電弧故障與負載擾動，但是仍存在對具有更高可靠性的電弧故障檢測技術的需求。傳統的電弧故障檢測裝置經常不能可靠的區別周期性與非周期性電弧放電事件，導致了誤脫扣現象。並且擾動負載如調光器、吸塵器等，當這些設備設置被改變時，可產生高壓瞬態，從而在連續的時間周期內產生升高或降低的電弧放電，傳統的電弧故障檢測裝置經常很難區別電弧故障和電弧放電事件。因此，傳統的電弧故障檢測裝置存在很多缺點，仍需進一步完善。
實用新型內容本實用新型的主要目的是克服現有技術的缺點，提供一種可實時檢測電弧故障發生，不受安裝位置限制，並能很好避免由正常分、合電路時產生的操作電弧及開關電源、吸塵器等負載的幹擾而發生的誤動作，可靠性更高的低壓電弧故障檢測裝置。本實用新型採用如下技術方案—種低壓電弧故障檢測裝置，包括有用於採集線路電流信號並將其轉換為電壓信號的霍爾電流傳感器、用於採集線路工頻電流的工頻電流互感器、用於將工頻電流信號轉換為工頻電壓信號的信號調理電路、用於將線路的工頻電壓信號轉換為電流過零信號的過零檢測電路、用於將線路電流信號轉化為基頻與高頻兩路模擬信號的濾波器電路、用於將基頻與高頻兩路模擬信號轉化為正值模擬信號的雙路精密絕對值電路、用於得出兩路正值模擬信號的積分電壓信號的雙路積分電路、MCU及電弧故障聲光報警裝置。[0008]所述工頻電流互感器的信號輸出端藉由信號調理電路連接過零檢測電路的信號輸入端，過零檢測電路的信號輸出端連接於MCU，所述霍爾電流傳感器的信號輸出端連接濾波器電路的信號輸入端，濾波器電路的信號輸出端連接雙路精密絕對值電路的信號輸入端，雙路絕對值電路的信號輸出端連接雙路積分電路的信號輸入端，雙路積分電路的信號輸出端連接於MCU。所述濾波器電路採用精密開關電容四階契比雪夫帶通濾波器。所述雙路積分電路採用低噪聲、雙開關控制積分晶片。所述MCU內置有基於線路電流高次諧波佔有率變化特徵的電弧故障檢測算法。由上述對本實用新型的描述可知，與現有技術相比，本實用新型的有益效果是通過實時監測線路電流高次諧波佔有率的變化特徵及對高次諧波佔有率超限次數統計來判斷是否產生電弧故障，通過判斷電弧故障所引發的高次諧波佔有率變化是否具有周期性及發生頻率來區別一些特殊電器負載及正常的開關動作產生的正常電弧與故障電弧，可實時·檢測電弧故障發生，不受安裝位置限制，並能很好避免由正常分、合電路時產生的操作電弧及開關電源、吸塵器等負載的幹擾而發生的誤動作，可靠性更高。
圖I是本實用新型具體實施方式
的硬體整體結構圖。圖中1.霍爾電流傳感器，2.工頻電流互感器，3.信號調理電路，4.過零檢測電路，5. 40 60Hz帶通濾波器，6. 100 500Hz帶通濾波器，7.雙路精密絕對值電路，8.雙路積分電路，9. MCU, 10.電弧故障聲光報警裝置。
具體實施方式
以下通過具體實施方式
對本實用新型作進一步的描述。參照圖I，一種低壓電弧故障檢測裝置，包括有用於採集線路電流信號並將其轉換為電壓信號的霍爾電流傳感器I、用於採集線路工頻電流的工頻電流互感器2、用於將工頻電流信號轉換為工頻電壓信號的信號調理電路3、用於將線路的工頻電壓信號轉換為電流過零信號的過零檢測電路4、用於將線路電流信號轉化為基頻與高頻兩路模擬信號的濾波器電路、用於將基頻與高頻兩路模擬信號轉化為正值模擬信號的雙路精密絕對值電路7、用於得出兩路正值模擬信號的積分電壓信號的雙路積分電路8、MCU9及電弧故障聲光報警裝置10。所述工頻電流互感器2的信號輸出端連接於信號調理電路3的信號輸入端，信號調理電路3的信號輸出端連接過零檢測電路4的信號輸入端，過零檢測電路4的信號輸出端連接於MCU9，所述霍爾電流傳感器I的信號輸出端連接濾波器電路的信號輸入端，濾波器電路的信號輸出端連接雙路精密絕對值電路7的信號輸入端，雙路絕對值電路7的信號輸出端連接雙路積分電路8的信號輸入端，雙路積分電路8的信號輸出端連接於MCU9。所述濾波器電路採用精密開關電容四階契比雪夫帶通濾波器，包括有一用於得到工頻模擬信號的40 60Hz帶通濾波器5及一用於得到高頻模擬信號的100 500Hz帶通濾波器6。所述雙路積分電路8採用低噪聲、雙開關控制積分晶片。所述MCU9內置有基於線路電流高次諧波佔有率變化特徵的電弧故障檢測算法。參照圖1，研究和實驗發現，當電弧發生時，迴路電流會出現暫態的平肩現象，該電流畸變必然導致電流基頻分量的減少和高頻分量的增加，這種變化具有其規律性。基於此規律，本實用新型提出一種通過檢測被保護線路的電流高次諧波佔有率確定是否產生電弧故障的低壓電弧故障檢測裝置，其檢測方法包括以下步驟①通過霍爾電流傳感器I採集被保護線路的電流信號並將其轉換成電壓信號，電壓信號再經濾波器電路得到基頻與高頻兩路模擬信號，基頻與高頻兩路模擬信號經過雙路精密絕對值電路7後得到兩路正值模擬信號，兩路正值模擬信號經過雙路積分電路8得到兩積分電壓信號輸入MCU9的A/D轉換接口 ；②通過工頻電流互感器2採集被保護線路的工頻電流信號，經信號調理電路3轉化為工頻電壓信號輸入過零檢測電路4，經過零檢測電路4處理後，得到電流過零信號，並以該信號觸發MCU9產生外部中斷，控制雙路積分電路8的充放電過程，充電過程結束時，啟動MCU9的A/D轉換模塊將積分電壓值轉化為數字量；③MCU9檢測到A/D轉換結束時，調用電弧故障檢測算法函數對電弧故障進行判定，用得到的兩數字量計算出高次諧波佔有率，通過與故障判定閾值進行比較來判定單個 電弧事件，利用MCU9內的計數器對電弧事件進行記錄，當固定周期內檢測到的電弧事件個數大於設定閾值時，則判定為被保護電路中有電弧故障產生，設備發出電弧故障報警信號。參照圖1，本實用新型通過實時監測線路電流高次諧波佔有率的變化特徵及對高次諧波佔有率超限次數統計來判斷是否產生電弧故障，通過判斷電弧故障所引發的高次諧波佔有率變化是否具有周期性及發生頻率來區別一些特殊電器負載及正常的開關動作產生的正常電弧與故障電弧，可實時檢測電弧故障發生，不受安裝位置限制，並能很好避免由正常分、合電路時產生的操作電弧及開關電源、吸塵器等負載的幹擾而發生的誤動作，可靠性更高。上述僅為本實用新型的一個具體實施方式
，但本實用新型的設計構思並不局限於此，凡利用此構思對本實用新型進行非實質性的改動，均應屬於侵犯本實用新型保護範圍的行為。
權利要求1.一種低壓電弧故障檢測裝置，其特徵在於包括有用於採集線路電流信號並將其轉換為電壓信號的霍爾電流傳感器、用於採集線路工頻電流的工頻電流互感器、用於將工頻電流信號轉換為工頻電壓信號的信號調理電路、用於將線路的工頻電壓信號轉換為電流過零信號的過零檢測電路、用於將線路電流信號轉化為基頻與高頻兩路模擬信號的濾波器電路、用於將基頻與高頻兩路模擬信號轉化為正值模擬信號的雙路精密絕對值電路、用於得出兩路正值模擬信號的積分電壓信號的雙路積分電路、MCU及電弧故障聲光報警裝置，所述工頻電流互感器的信號輸出端藉由信號調理電路連接過零檢測電路的信號輸入端，過零檢測電路的信號輸出端連接於MCU，所述霍爾電流傳感器的信號輸出端連接濾波器電路的信號輸入端，濾波器電路的信號輸出端連接雙路精密絕對值電路的信號輸入端，雙路絕對值電路的信號輸出端連接雙路積分電路的信號輸入端，雙路積分電路的信號輸出端連接於MCU。
2.如權利要求I所述的一種低壓電弧故障檢測裝置，其特徵在於所述濾波器電路採用精密開關電容四階契比雪夫帶通濾波器。
3.如權利要求I所述的一種低壓電弧故障檢測裝置，其特徵在於所述雙路積分電路採用低噪聲、雙開關控制積分晶片。
專利摘要一種低壓電弧故障檢測裝置，包括有霍爾電流傳感器、工頻電流互感器、信號調理電路、過零檢測電路、濾波器電路、雙路精密絕對值電路、雙路積分電路、MCU及電弧故障聲光報警裝置。本實用新型通過實時監測線路電流高次諧波佔有率的變化特徵及對高次諧波佔有率超限次數統計來判斷是否產生電弧故障，通過判斷電弧故障所引發的高次諧波佔有率變化是否具有周期性及發生頻率來區別一些特殊電器負載及正常的開關動作產生的正常電弧與故障電弧，可實時檢測電弧故障發生，不受安裝位置限制，並能很好避免由正常分、合電路時產生的操作電弧及開關電源、吸塵器等負載的幹擾而發生的誤動作，可靠性更高。
文檔編號G01R31/00GK202676813SQ20122017287
公開日2013年1月16日 申請日期2012年4月23日 優先權日2012年4月23日
發明者張認成, 楊建紅, 李夏河 申請人:華僑大學