滅弧裝置以及供電系統的製作方法
2024-02-18 20:23:15
本發明涉及安全供電技術領域，尤其是涉及一種滅弧裝置以及供電系統。
背景技術：
隨著電力技術的發展，工頻交流電(即市電)已經遍布每一個家庭和單位，用電的安全性也變得越來越重要。
目前的市電通常由兩條輸出線供電，其中一條為火線，另一條為零線。當火線與零線之間發生短路時，會產生電弧；或者由於線路老化或破損，造成火線與零線的裸露部分發生帶電摩擦時，也會產生電弧。
電弧的本質是一種氣體放電現象，是電流通過絕緣介質(例如空氣)所產生的瞬間火花。同時，電弧也是一種自持氣體導電(電離氣體中的電傳導)，其大多數載流子為一次電子發射所產生的電子。金屬導線表面因一次電子發射(熱離子發射、場致發射或光電發射)導致電子逸出，火線與零線的間隙中氣體原子或分子會因電離(碰撞電離、光電離和熱電離)而產生電子和離子。另外，電子或離子轟擊發射表面又會引起二次電子發射，當間隙中離子濃度足夠大時，間隙被電擊穿而發生電弧。而電弧會對周圍的物體會進行高壓放電，嚴重時會產生火災，因此電弧是現在造成火災的主要原因。
現有的電弧防護技術，通常只是對輸電線路中的特定位置(例如變壓器、輸電線塔、變電箱等)進行防護，其防護方式也是採用隔離罩、隔離柵等器件，防護效果十分有限。此外，對於短路、線路老化、破損等原因造成的電弧，其發生的位置難以預知，因此現有技術難以有效防護輸電線路中產生的電弧。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種滅弧裝置以及供電系統，能夠有效消除輸電線路中產生的電弧，提高了輸電線路的安全性。
第一方面，本發明實施例提供了一種滅弧裝置，包括耦合電路和滅弧晶片，所述滅弧晶片中設置有滅弧材料；
所述耦合電路用於連接第一交流輸出端，所述滅弧晶片的輸入端用於連接第二交流輸出端；
所述第一交流輸出端與所述第二交流輸出端之間產生的電弧，經所述耦合電路耦合至所述滅弧晶片，並由所述滅弧材料吸收所述電弧。
結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，所述滅弧材料中包括銠鈦合金。
結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，所述滅弧材料中還包括銀。
結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，所述耦合電路包括並聯的耦合電阻和耦合電容。
結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，該滅弧裝置還包括可變電阻，所述可變電阻用於連接在所述滅弧晶片的輸入端與第二交流輸出端之間。
結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，所述滅弧晶片中還包括電弧檢測單元和計數單元；
所述電弧檢測單元檢測所述第一交流輸出端與所述第二交流輸出端之間產生的電弧的電流；
所述計數單元記錄所述第一交流輸出端與所述第二交流輸出端之間產生的電弧的數量。
結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，所述滅弧晶片還包括觸發單元，所述滅弧晶片的輸出端用於連接繼電器；
所述觸發單元根據所述所述電弧檢測單元檢測的電流和所述計數單元記錄的數量，生成斷電信號，並由所述滅弧晶片的輸出端向繼電器輸出所述斷電信號。
第二方面，本發明實施例還提供一種供電系統，包括變壓器以及上述的滅弧裝置；
所述變壓器的初級線圈連接電網，所述變壓器的次級線圈的兩端分別連接第一交流輸出端與第二交流輸出端。
結合第二方面，本發明實施例提供了第二方面的第一種可能的實施方式，其中，該供電系統還包括第一繼電器和第二繼電器；
所述第一繼電器的控制線圈連接所述滅弧裝置中的滅弧晶片的輸出端，所述第一繼電器的輸出端與所述第二繼電器的控制線圈串聯，所述第二繼電器的輸出端與所述初級線圈串聯。
結合第二方面，本發明實施例提供了第二方面的第二種可能的實施方式，其中，所述第一繼電器為常閉型繼電器，所述第二繼電器為常開型繼電器。
本發明實施例帶來了以下有益效果：本發明實施例提供的滅弧裝置中，耦合電路用於連接第一交流輸出端，滅弧晶片的輸入端用於連接第二交流輸出端，即耦合電路和滅弧晶片分別連接供電線路的兩條輸出線。通過耦合電路能夠對第一交流輸出端與第二交流輸出端之間產生的電弧進行耦合，並將電弧的電流信號傳輸至滅弧晶片，滅弧晶片中的滅弧材料吸收電弧。由於滅弧材料的響應時間非常短，能夠在兩條輸出線之間形成電弧的初期完成對電弧的吸收，因此能夠有效減弱電弧的電流和電壓，或者能夠完全阻止電弧的發生，從而提高了輸電線路的安全性。
本發明的其他特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例一提供的滅弧裝置的示意圖；
圖2為本發明實施例二提供的滅弧裝置的示意圖；
圖3為本發明實施例二提供的滅弧裝置的優選實施方式的示意圖；
圖4為本發明實施例三提供的供電系統的示意圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
目前電弧防護技術，通常只是對輸電線路中的特定位置(例如變壓器、輸電線塔、變電箱等)進行防護，其防護方式也是採用隔離罩、隔離柵等器件，防護效果十分有限。此外，對於短路、線路老化、破損等原因造成的電弧，其發生的位置難以預知，因此現有技術難以有效防護輸電線路中產生的電弧。
基於此，本發明實施例提供一種滅弧裝置以及供電系統，能夠有效消除輸電線路中產生的電弧，提高了輸電線路的安全性。
實施例一：
本發明實施例提供一種滅弧裝置，可應用於家庭、辦公、工廠等供電場景。如圖1所示，該滅弧裝置包括耦合電路和滅弧晶片，並且滅弧晶片中設置有滅弧材料T。
耦合電路用於連接第一交流輸出端d，滅弧晶片的輸入端用於連接第二交流輸出端b。交流輸出端b與交流輸出端d之間產生的電弧，經耦合電路耦合至滅弧晶片，並由滅弧材料T吸收電弧。
本實施例中，耦合電路包括並聯的耦合電阻R0和耦合電容C0。相互並聯的耦合電阻R0和耦合電容C0能夠在交流輸出端b與交流輸出端d之間發生電弧時，將該電弧的電流耦合至滅弧晶片的輸入端，使滅弧晶片能夠感測到該電弧。
本發明實施例提供的滅弧裝置中，耦合電路用於連接交流輸出端d，滅弧晶片的輸入端用於連接交流輸出端b，即耦合電路和滅弧晶片分別連接供電線路的兩條輸出線。通過耦合電路能夠對交流輸出端d與交流輸出端b之間產生的電弧進行耦合，並將電弧的電流信號傳輸至滅弧晶片，滅弧晶片中的滅弧材料T吸收電弧。由於滅弧材料T的響應時間非常短，能夠在兩條輸出線之間形成電弧的初期完成對電弧的吸收，因此能夠有效減弱電弧的電流和電壓，或者能夠完全阻止電弧的發生，從而提高了輸電線路的安全性。
實施例二：
本發明實施例提供一種滅弧裝置，本實施例與實施例一基本相同，其不同點在於：如圖2所示，在實施例一的基礎上，該滅弧裝置還包括可變電阻R1，可變電阻R1用於連接在滅弧晶片的輸入端與交流輸出端b之間。可變電阻R1的阻值可在2kΩ至5.1kΩ之間調節，用以為滅弧晶片提供一定的阻值，防止輸入滅弧晶片的電流過大，對滅弧晶片造成損壞。可變電阻R1的阻值可以在出廠時，根據應用場景的電壓、電流情況進行調節設置。
作為一個優選方案，本實施例中的滅弧材料T中包括銠鈦合金。銠鈦合金為包晶組織合金，具有硬度高、抗氧化、耐腐蝕等優點，並且銠鈦合金具有極佳的滅弧性能。經試驗驗證，銠鈦合金在同類導體材料中具有極好的吸收電弧的能力，普通電流範圍內的電弧，都可以由銠鈦合金完全吸收。
進一步的是，本實施例中的滅弧材料T中還包括銀，即滅弧材料T由銠鈦合金和銀組成。銠鈦合金與銀河組合方式可以是分層設置，也可以是在銠鈦合金外電鍍一層銀。通過與銀相結合，能夠進一步提高銠鈦合金的滅弧能力，比單獨使用銠鈦合金的滅弧能力更好。
如圖3所示，在本發明實施例提供的另一優選方案中，滅弧晶片中還包括電弧檢測單元和計數單元。
電弧檢測單元能夠檢測交流輸出端d與交流輸出端b之間產生的電弧的電流。具體的，電弧檢測單元的A端通過可變電阻R1連接交流輸出端b，電弧檢測單元的B端通過感應電容C1連接交流輸出端b。A端可通過感應電容C1獲得交流輸出端b的標準信號，作為基準參考信號。當交流輸出端d與交流輸出端b之間產生的電弧時，電弧檢測單元內部的比較器(圖中未示出)將A端與B端接收到的信號進行比較，從而判斷電弧的發生，並檢測出電弧的電流。
計數單元記錄交流輸出端d與交流輸出端b之間產生的電弧的數量。每當電弧檢測單元檢測到電弧，計數單元就會記錄當前累計的電弧數量。
本實施例中，滅弧晶片還進一步包括觸發單元，且滅弧晶片的輸出端用於連接第一繼電器J1。觸發單元根據電弧檢測單元檢測的電流和計數單元記錄的數量，生成斷電信號，並由滅弧晶片的輸出端向第一繼電器J1輸出斷電信號，進而通過第一繼電器J1切斷供電線路，以實現供電線路的保護。
斷電信號的生成調節可以同時參考電弧的數量和電流大小。例如，當發生連續的弱電流電弧時，可設置累計3次弱電流電弧時生成斷電信號；當發生強電流電弧時，可設置發生1次強電流電弧就生成斷電信號。
此外，滅弧晶片還連接有電源模塊，電源模塊向滅弧晶片輸出直流電源，用於向電弧檢測單元、計數單元和觸發單元供電。
本發明實施例提供的滅弧裝置中，通過耦合電路能夠對交流輸出端d與交流輸出端b之間產生的電弧進行耦合，並將電弧的電流信號傳輸至滅弧晶片，滅弧晶片中的滅弧材料T吸收電弧。由於本實施例中採用銠鈦合金，或銠鈦合金與銀的組合作為滅弧材料T，其響應時間非常短，能夠在兩條輸出線之間形成電弧的初期完成對電弧的吸收，因此能夠有效減弱電弧的電流和電壓，或者能夠完全阻止電弧的發生，從而提高了輸電線路的安全性。
另外，本實施例中通過在滅弧晶片中設置電弧檢測單元和計數單元，能夠檢測電弧的電流，並記錄電弧發生的次數，進而由觸發單元向繼電器發出斷電信號，通過第一繼電器J1切斷供電線路，以實現供電線路的保護，進一步提高供電線路的安全性。
實施例三：
如圖4所示，本發明實施例提供一種供電系統，包括變壓器以及上述的滅弧裝置。其中，變壓器的初級線圈連接電網，變壓器的次級線圈的兩端分別連接交流輸出端d與交流輸出端b。
進一步的是，本實施例提供的供電系統還包括第一繼電器J1和第二繼電器J2。第一繼電器J1的控制線圈連接滅弧裝置中的滅弧晶片的輸出端，第一繼電器J1的輸出端與第二繼電器J2的控制線圈以及控制電源串聯，第二繼電器J2的輸出端與變壓器的初級線圈串聯。
作為一個優選方案，第一繼電器J1為常閉型繼電器，即線圈不通電時第一繼電器J1的輸出端處於閉合狀態。同時，第二繼電器J2為常開型繼電器，即線圈不通電時第一繼電器J1的輸出端處於斷開狀態。
在供電系統正常供電的情況下，第一繼電器J1的線圈不通電，第一繼電器J1的輸出端處於閉合狀態，因此控制電源可通過第一繼電器J1向第二繼電器J2的線圈供電。第二繼電器J2的線圈在通電的情況下，其輸出端處於閉合狀態，以維持變壓器的初級線圈持續供電。同時，滅弧晶片的輸出端無斷電信號輸出。
當滅弧晶片中的觸發單元發出斷電信號時，第一繼電器J1的線圈通電，使第一繼電器J1的輸出端斷開。由於第一繼電器J1的輸出端斷開，因此第二繼電器J2的線圈斷電，使第二繼電器J2的輸出端斷開，從而切斷電網與變壓器的初級線圈的連接，以切斷供電系統的供電，實現供電線路的保護。
本實施例中，第一繼電器J1採用常閉型繼電器，第二繼電器J2採用常開型繼電器還具有以下優點：在實際的供電系統中，可以在第一繼電器J1的輸出端與第二繼電器J2的線圈之間串聯多個不同用途的繼電器，比如用於過載保護的繼電器、過壓保護的繼電器，以及用於短路保護的繼電器。這些繼電器也都採用常閉型繼電器，並且每個繼電器的輸出端都與第二繼電器J2的線圈串聯，則其中任意一個繼電器斷開時，都可以使第二繼電器J2的線圈斷電，從而切斷電力系統的供電。
本發明實施例提供的供電系統，與上述實施例提供的滅弧裝置具有相同的技術特徵，所以也能解決相同的技術問題，達到相同的技術效果。
另外，在本發明實施例的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
最後應說明的是：以上所述實施例，僅為本發明的具體實施方式，用以說明本發明的技術方案，而非對其限制，本發明的保護範圍並不局限於此，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的精神和範圍，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。