专利名称：一种低压电弧故障检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种低压供配电系统的电弧故障检测装置，特别是一种基于线路电流高次谐波占有率变化特征的低压电弧故障检测装置。
技术背景供电电路因老化、破损引起的断裂、短路以及接触不良都会导致电弧故障。常规负荷下，电弧故障在极短的时间内可产生2000°C以上的局部高温，足以点燃导线周围的易燃易爆物而引起火灾，严重危害大众的生命财产安全。由于发生电弧故障时，回路电流低于过流保护器的额定电流，除接地电弧外，电弧故障不会产生剩余电流，用于过流和剩余电流的探测器不能起到防范电弧性火灾的作用。现有的电弧故障检测装置和方法为使用微控制器来测量与负载相关的电压，并处理表示电压测量值的数据以确定电弧的存在。例如，传统的电弧故障检测装置可以被配置以感测交流负载电流，对AC信号进行滤波和整流，并将整流后的信号提供给一个积分电路。传统的电弧故障检测装置可以使用微控制器来测量积分电容上的电压，以及把电压测量值转化为数字量用于后续处理。例如，可以使用一种算法来分析是否是一个电弧故障，如点接触、低电平、或串联电弧，或者是否是一个有害的负载如调光灯、吸尘器等。在电压测量值的特征是电弧故障情况下，传统的电弧故障保护装置一般断开电路断路器以断开电源输出与负载。尽管上述的传统电弧故障保护装置可以被用来检测并区别电弧故障与负载扰动，但是仍存在对具有更高可靠性的电弧故障检测技术的需求。传统的电弧故障检测装置经常不能可靠的区别周期性与非周期性电弧放电事件，导致了误脱扣现象。并且扰动负载如调光器、吸尘器等，当这些设备设置被改变时，可产生高压瞬态，从而在连续的时间周期内产生升高或降低的电弧放电，传统的电弧故障检测装置经常很难区别电弧故障和电弧放电事件。因此，传统的电弧故障检测装置存在很多缺点，仍需进一步完善。
实用新型内容本实用新型的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种可实时检测电弧故障发生，不受安装位置限制，并能很好避免由正常分、合电路时产生的操作电弧及开关电源、吸尘器等负载的干扰而发生的误动作，可靠性更高的低压电弧故障检测装置。本实用新型采用如下技术方案—种低压电弧故障检测装置，包括有用于采集线路电流信号并将其转换为电压信号的霍尔电流传感器、用于采集线路工频电流的工频电流互感器、用于将工频电流信号转换为工频电压信号的信号调理电路、用于将线路的工频电压信号转换为电流过零信号的过零检测电路、用于将线路电流信号转化为基频与高频两路模拟信号的滤波器电路、用于将基频与高频两路模拟信号转化为正值模拟信号的双路精密绝对值电路、用于得出两路正值模拟信号的积分电压信号的双路积分电路、MCU及电弧故障声光报警装置。[0008]所述工频电流互感器的信号输出端藉由信号调理电路连接过零检测电路的信号输入端，过零检测电路的信号输出端连接于MCU，所述霍尔电流传感器的信号输出端连接滤波器电路的信号输入端，滤波器电路的信号输出端连接双路精密绝对值电路的信号输入端，双路绝对值电路的信号输出端连接双路积分电路的信号输入端，双路积分电路的信号输出端连接于MCU。所述滤波器电路采用精密开关电容四阶契比雪夫带通滤波器。所述双路积分电路采用低噪声、双开关控制积分芯片。所述MCU内置有基于线路电流高次谐波占有率变化特征的电弧故障检测算法。由上述对本实用新型的描述可知，与现有技术相比，本实用新型的有益效果是通过实时监测线路电流高次谐波占有率的变化特征及对高次谐波占有率超限次数统计来判断是否产生电弧故障，通过判断电弧故障所引发的高次谐波占有率变化是否具有周期性及发生频率来区别一些特殊电器负载及正常的开关动作产生的正常电弧与故障电弧，可实时·检测电弧故障发生，不受安装位置限制，并能很好避免由正常分、合电路时产生的操作电弧及开关电源、吸尘器等负载的干扰而发生的误动作，可靠性更高。
图I是本实用新型具体实施方式
的硬件整体结构图。图中1.霍尔电流传感器，2.工频电流互感器，3.信号调理电路，4.过零检测电路，5. 40 60Hz带通滤波器，6. 100 500Hz带通滤波器，7.双路精密绝对值电路，8.双路积分电路，9. MCU, 10.电弧故障声光报警装置。
具体实施方式
以下通过具体实施方式
对本实用新型作进一步的描述。参照图I，一种低压电弧故障检测装置，包括有用于采集线路电流信号并将其转换为电压信号的霍尔电流传感器I、用于采集线路工频电流的工频电流互感器2、用于将工频电流信号转换为工频电压信号的信号调理电路3、用于将线路的工频电压信号转换为电流过零信号的过零检测电路4、用于将线路电流信号转化为基频与高频两路模拟信号的滤波器电路、用于将基频与高频两路模拟信号转化为正值模拟信号的双路精密绝对值电路7、用于得出两路正值模拟信号的积分电压信号的双路积分电路8、MCU9及电弧故障声光报警装置10。所述工频电流互感器2的信号输出端连接于信号调理电路3的信号输入端，信号调理电路3的信号输出端连接过零检测电路4的信号输入端，过零检测电路4的信号输出端连接于MCU9，所述霍尔电流传感器I的信号输出端连接滤波器电路的信号输入端，滤波器电路的信号输出端连接双路精密绝对值电路7的信号输入端，双路绝对值电路7的信号输出端连接双路积分电路8的信号输入端，双路积分电路8的信号输出端连接于MCU9。所述滤波器电路采用精密开关电容四阶契比雪夫带通滤波器，包括有一用于得到工频模拟信号的40 60Hz带通滤波器5及一用于得到高频模拟信号的100 500Hz带通滤波器6。所述双路积分电路8采用低噪声、双开关控制积分芯片。所述MCU9内置有基于线路电流高次谐波占有率变化特征的电弧故障检测算法。参照图1，研究和实验发现，当电弧发生时，回路电流会出现暂态的平肩现象，该电流畸变必然导致电流基频分量的减少和高频分量的增加，这种变化具有其规律性。基于此规律，本实用新型提出一种通过检测被保护线路的电流高次谐波占有率确定是否产生电弧故障的低压电弧故障检测装置，其检测方法包括以下步骤①通过霍尔电流传感器I采集被保护线路的电流信号并将其转换成电压信号，电压信号再经滤波器电路得到基频与高频两路模拟信号，基频与高频两路模拟信号经过双路精密绝对值电路7后得到两路正值模拟信号，两路正值模拟信号经过双路积分电路8得到两积分电压信号输入MCU9的A/D转换接口 ；②通过工频电流互感器2采集被保护线路的工频电流信号，经信号调理电路3转化为工频电压信号输入过零检测电路4，经过零检测电路4处理后，得到电流过零信号，并以该信号触发MCU9产生外部中断，控制双路积分电路8的充放电过程，充电过程结束时，启动MCU9的A/D转换模块将积分电压值转化为数字量；③MCU9检测到A/D转换结束时，调用电弧故障检测算法函数对电弧故障进行判定，用得到的两数字量计算出高次谐波占有率，通过与故障判定阈值进行比较来判定单个 电弧事件，利用MCU9内的计数器对电弧事件进行记录，当固定周期内检测到的电弧事件个数大于设定阈值时，则判定为被保护电路中有电弧故障产生，设备发出电弧故障报警信号。参照图1，本实用新型通过实时监测线路电流高次谐波占有率的变化特征及对高次谐波占有率超限次数统计来判断是否产生电弧故障，通过判断电弧故障所引发的高次谐波占有率变化是否具有周期性及发生频率来区别一些特殊电器负载及正常的开关动作产生的正常电弧与故障电弧，可实时检测电弧故障发生，不受安装位置限制，并能很好避免由正常分、合电路时产生的操作电弧及开关电源、吸尘器等负载的干扰而发生的误动作，可靠性更高。上述仅为本实用新型的一个具体实施方式
，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。
权利要求1.一种低压电弧故障检测装置，其特征在于包括有用于采集线路电流信号并将其转换为电压信号的霍尔电流传感器、用于采集线路工频电流的工频电流互感器、用于将工频电流信号转换为工频电压信号的信号调理电路、用于将线路的工频电压信号转换为电流过零信号的过零检测电路、用于将线路电流信号转化为基频与高频两路模拟信号的滤波器电路、用于将基频与高频两路模拟信号转化为正值模拟信号的双路精密绝对值电路、用于得出两路正值模拟信号的积分电压信号的双路积分电路、MCU及电弧故障声光报警装置，所述工频电流互感器的信号输出端藉由信号调理电路连接过零检测电路的信号输入端，过零检测电路的信号输出端连接于MCU，所述霍尔电流传感器的信号输出端连接滤波器电路的信号输入端，滤波器电路的信号输出端连接双路精密绝对值电路的信号输入端，双路绝对值电路的信号输出端连接双路积分电路的信号输入端，双路积分电路的信号输出端连接于MCU。
2.如权利要求I所述的一种低压电弧故障检测装置，其特征在于所述滤波器电路采用精密开关电容四阶契比雪夫带通滤波器。
3.如权利要求I所述的一种低压电弧故障检测装置，其特征在于所述双路积分电路采用低噪声、双开关控制积分芯片。
专利摘要一种低压电弧故障检测装置，包括有霍尔电流传感器、工频电流互感器、信号调理电路、过零检测电路、滤波器电路、双路精密绝对值电路、双路积分电路、MCU及电弧故障声光报警装置。本实用新型通过实时监测线路电流高次谐波占有率的变化特征及对高次谐波占有率超限次数统计来判断是否产生电弧故障，通过判断电弧故障所引发的高次谐波占有率变化是否具有周期性及发生频率来区别一些特殊电器负载及正常的开关动作产生的正常电弧与故障电弧，可实时检测电弧故障发生，不受安装位置限制，并能很好避免由正常分、合电路时产生的操作电弧及开关电源、吸尘器等负载的干扰而发生的误动作，可靠性更高。
文档编号G01R31/00GK202676813SQ20122017287
公开日2013年1月16日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者张认成, 杨建红, 李夏河 申请人:华侨大学