一种故障电弧探测装置的制作方法

本实用新型涉及电弧检测技术领域，具体涉及一种故障电弧探测装置。

背景技术：

电弧是两个电极之间跨越某种绝缘介质的持续放电现象，经常伴随着电极的局部挥发。典型的电弧是在阴、阳两极之间的空气间隔中形成的。电弧中心温度一般为5000至15000摄氏度。电弧存在的区域会产生很高的电离气压，导致电弧被局限的任何地方都会释放出高热气体和电极物质粒子。

线路上的电弧可分为两种，一种是正常的操作弧，称“好弧”另一种是故障电弧，称“坏弧”。“好弧”是指电机旋转(如电钻、吸尘器等) 产生的弧，另外当人们开关电器，插拔电器时产生的弧也属于“好弧”。“坏弧”是故障电弧，故障电弧一般产生于两种情况：①沿着绝缘体部分导电表面；②产生于非常接近的两个电极。前者由于绝缘体长期受热或发生偶然性电火花，造成绝缘表面碳化而形成电弧通道；后者由于导电体碰上接地管道，或是一束导体中部分被尖锐的金属体把绝缘割伤。在低压供配电线路中，有串联电弧故障、线对线电弧故障和线对地电弧故障。

传统的故障电弧探测装置通常仅根据线路电流的变化判断是好弧还是坏弧，然而电网中存在许多与故障电弧的电流波形相似的波形，容易造成故障电弧探测装置误判断，使得故障电弧探测装置的判断结果可靠性较低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种故障电弧探测装置，用以解决现有技术中故障电弧探测装置易出现误判断，使得故障电弧探测装置的判断结果可靠性较低的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种故障电弧探测装置，其特征在于，包括第一数据采集机构、控制芯片、脱扣机构和输出机构；

所述第一数据采集机构包括第一电流检测部件、第一电压检测部件和计时器；

所述第一电流检测部件、所述第一电压检测部件、所述计时器、所述脱扣机构和所述输出机构分别与所述控制芯片信号连接；

所述第一电流检测部件将采集的线路电流发送给所述控制芯片；

所述第一电压检测部件将采集的线路电压发送给所述控制芯片；

所述计时器将记录的采集所述线路电流的第一时间和采集所述线路电压的第二时间发送给所述控制芯片；

所述控制芯片将根据所述线路电流、所述线路电压、所述第一时间和所述第二时间生成的脱扣指令发送给所述脱扣机构，以控制所述脱扣机构执行脱扣操作，以及，将根据所述线路电流、所述线路电压、所述第一时间和所述第二时间确定的判断结果发送给所述输出机构。

进一步地，上述所述的故障电弧探测装置，还包括电弧模拟机构和第二数据采集机构；所述输出机构包括报警器；

所述第二数据采集机构包括第二电流采集部件和第二电压采集部件；

所述第二电流采集部件和第二电压采集部件分别与所述电弧模拟机构信号连接；且所述电弧模拟机构、所述第二电流采集部件和第二电压采集部件还分别与所述控制芯片信号连接；

所述报警器与所述控制芯片信号连接；

所述电弧模拟机构接收到所述控制芯片发送的电弧模拟指令后产生电流和电压，以形成故障电弧；

所述第二电流采集部件将采集的电弧模拟机构电流发送给所述控制芯片；

所述第二电压采集部件将采集的电弧模拟机构电压发送给所述控制芯片；

所述控制芯片将根据所述电弧模拟机构电流和所述电弧模拟机构电压生成的第一报警信号发送给报警器。

进一步地，上述所述的故障电弧探测装置中，所述电弧模拟机构包括第一三极管、第二三极管和可调电阻；

所述第一三极管和所述第二三极管并联且方向相反；

所述第一三极管和所述第二三极管并联形成的电路与所述可调电阻相连；

所述第一三极管和所述第二三极管还分别与所述控制芯片信号连接；

所述第二电流采集部件和第二电压采集部件分别与所述可调电阻信号连接。

进一步地，上述所述的故障电弧探测装置，还包括通讯机构；

所述通讯机构与所述控制芯片信号连接；

所述控制芯片将接收的原始数据和/或得到的分析数据通过所述通讯机构发送给服务器；

所述原始数据数据包括所述线路电流、所述第一时间、所述线路电压、所述第二时间、所述电弧模拟机构电流和所述电弧模拟机构电压中的至少一种；

所述分析数据包括所述第一报警信号以及根据所述线路电流、所述线路电压、所述第一时间和所述第二时间生成的第二报警信号中的至少一种。

进一步地，上述所述的故障电弧探测装置中，所述输出机构还包括显示器；

所述显示器与所述控制芯片信号连接。

进一步地，上述所述的故障电弧探测装置，还包括磁感线圈；

所述磁感线圈与所述控制芯片电连接；

所述磁感线圈通过电磁感应得电，以对所述控制芯片提供电源。

进一步地，上述所述的故障电弧探测装置，还包括储能电源、电源管理机构、第一开关和第二开关；

所述磁感线圈通过所述第一开关与所述储能电源连接；

所述储能电源和所述第一开关还分别与所述电源管理机构电连接；

所述储能电源还通过所述第二开关与所述控制芯片电连接；

所述磁感线圈和所述第二开关还分别与所述电源管理机构电连接；

所述电源管理机构用于根据检测到的所述储能电源的电量生成的第一闭合指令或者第一打开指令，控制所述第一开关闭合或打开，以使所述磁感线圈对所述储能电源充电或停止充电；以及，根据检测到的所述磁感线圈的带电状态生成的第二闭合指令和第二打开指令，控制所述第二开关闭合或打开。

进一步地，上述所述的故障电弧探测装置，还包括选择开关；

所述选择开关与所述控制芯片电连接；

所述选择开关将选择的电压等级发送给所述控制芯片，以使所述控制芯片控制所述数据采集机构切换至对应的电压等级。

进一步地，上述所述的故障电弧探测装置，所述控制芯片还用于根据所述磁感线圈的带电状态生成的电压选择指令，控制所述选择开关选择切换至所述电压选择指令对应的电压等级。

进一步地，上述所述的故障电弧探测装置，还包括数据设置机构；

所述数据设置机构与所述控制芯片信号连接；

所述数据设置机构将接收到的采集参数发送给所述控制芯片，以使所述控制芯片根据所述采集参数控制所述第一数据采集机构采集数据；

其中，所述采集参数包括不同时间对应的采集频率和/或不同线路的采集优先等级。

本实用新型的故障电弧探测装置，通过设置第一电流检测部件、第一电压检测部件、控制芯片、计时器、脱扣机构和输出机构，并由第一电流检测部件采集线路电流，第一电压检测部件采集线路电压，计时器记录相应的时间，使得控制芯片能够根据线路电流、线路电压和时间的交叉对应关系，判断线路是否发生故障电弧，并当发生故障电弧时生成脱扣指令发送给脱扣机构，以控制脱扣机构脱扣，对线路进行保护，并由输出机构将判断结果输出，以使相关人员根据判断结果采取相应措施。采用本实用新型的技术方案，能够降低故障电弧探测装置误判率，提高了故障电弧探测装置的判断结果的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的故障电弧探测装置实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型的故障电弧探测装置实施例二的结构示意图；

图3为本实用新型的故障电弧探测装置实施例三的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示的以外的顺序实施。

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

图1为本实用新型的故障电弧探测装置实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例的故障电弧探测装置可以包括第一数据采集机构101、控制芯片102、脱扣机构103和输出机构104，其中，第一数据采集机构101包括第一电流检测部件1011、第一电压检测部件1012和计时器1013，第一电流检测部件1011、第一电压检测部件1012、计时器1013、脱扣机构103和输出机构104分别与控制芯片102信号连接。

本实施例中，第一电流检测部件1011可以为电流互感器，其可以用来采集线路电流，并将采集的线路电流发送给控制芯片102，第一电压检测部件1012可以为电压互感器，其可以用来采集线路电压，并将采集的线路电压发送给控制芯片102，计时器1013在第一电流检测部件1011采集线路电流时，记录对应的时间作为第一时间发送给控制芯片102，以及在第一电压采集部件采集线路电压时，记录对应的时间作为第二时间发送给控制芯片102。

控制芯片102在接收到线路电流、线路电压、第一时间和第二时间后，可以根据线路电流、线路电压、第一时间和第二时间，对线路的运行状态进行交叉分析，以判断线路是否产生故障电弧。例如，当线路发生故障电弧时，线路的电流波形具有非正弦性和随机性，本实施例可以根据线路正常运行状态下的电流波形与线路发生故障电弧时的电流波形进行比对，当二者不一致时，可以判定线路可能发生故障电弧，但为了提高判断结果的可靠性，本实施例还需要根据相同时间采集的线路电压进一步判断线路是否发生故障电弧，例如，可以检测相同时间采集的线路电压是否大于预设阈值，若大于则可以确定线路发生故障电弧。本实施例中，避免了将电网中存在许多与故障电弧的电流波形相似的波形判断为故障电弧，使得本实施例的故障电弧探测装置能够给在较复杂的电网中仍能比较准确的判断故障电弧。

由于故障电弧的危害较大，可能引起火灾，因此为了防止火灾发生，本实施例中，当判断出产生故障电弧时生成脱扣指令，并发送给脱扣机构103，以控制脱扣机构103执行脱扣操作，同时，可以将根据线路电流、线路电压、第一时间和第二时间确定的判断结果发送给输出机构104，以使相关人员能够根据输出机构104发出的判断结果获知线路状况，以便采取相关措施。

在实际应用中，本实施例还可以根据线路电流的大小和采样数据的特征判断故障电弧的类型，如串联故障电弧和并联故障电弧等。具体地，若线路电流大于预设阈值，但采样数据的特征存在异常，可以确定为串联故障电弧，若线路电流大于预设阈值，但采样数据的特征不存在异常，可以确定为并联故障电弧。

本实施例的故障电弧探测装置，通过设置第一电流检测部件1011、第一电压检测部件1012、控制芯片102、计时器1013、脱扣机构103和输出机构104，并由第一电流检测部件1011采集线路电流，第一电压检测部件1012采集线路电压，计时器1013记录相应的时间，使得控制芯片102能够根据线路电流、线路电压和时间的交叉对应关系，判断线路是否发生故障电弧，并当发生故障电弧时生成脱扣指令发送给脱扣机构 103，以控制脱扣机构103脱扣，对线路进行保护，并由输出机构104将判断结果输出，以使相关人员根据判断结果采取相应措施。采用本实用新型的技术方案，能够降低故障电弧探测装置误判率，提高了故障电弧探测装置的判断结果的可靠性。

由于故障电弧探测装置在使用过程中，可能会出现故障或者出现灵敏度降低等现象，导致无法判断故障电弧，造成无法对线路及时保护，造成火灾，因此需要定期对故障电弧探测装置进行检测，这就给相关人员增加了工作量，因此，为了解决上述问题，本实用新型还提供了以下实施例。

实施例2

图2为本实用新型的故障电弧探测装置实施例二的结构示意图，如图2所示，本实施例的故障电弧探测装置在图1所示实施例的基础上，进一步还可以包括电弧模拟机构105和第二数据采集机构106。本实施例中，输出机构104可以包括报警器，第二数据采集机构106可以包括第二电流采集部件1061和第二电压采集部件1062，其中，第二电流采集部件1061和第二电压采集部件1062分别与电弧模拟机构105信号连接，且电弧模拟机构105、第二电流采集部件1061和第二电压采集部件1062 还分别与控制芯片102信号连接，报警器与控制芯片102信号连接。

在一个具体实现过程中，控制芯片102可以根据预设的周期向电弧模拟机构105发送电弧模拟指令，以使电弧模拟机构105接收到该电弧模拟指令后产生电流和电压，并形成故障电弧，第二电流采集部件1061 可以采集到电弧模拟机构105电流，并发送给控制芯片102，第二电压采集部件1062可以采集到电弧模拟机构105电压，并发送给控制芯片102，控制芯片102将根据电弧模拟机构105电流和电弧模拟机构105电压，判断使电弧模拟机构105所形成的电弧是否为故障电弧，若不是，生成第一报警信号，并发送给报警器，由报警器输出第一报警信号，以通知相关人员，对故障电弧探测装置进行检测、维修、更换等操作。

例如，本实施例中电弧模拟机构105可以包括第一三极管、第二三极管和可调电阻，其中，第一三极管和第二三极管并联且方向相反；第一三极管和第二三极管并联形成的电路与可调电阻相连；第一三极管和第二三极管还分别与控制芯片102信号连接；第二电流采集部件1061和第二电压采集部件1062分别与可调电阻信号连接。

具体地，控制芯片102想电弧模拟机构105发送电弧模拟指令后，两个三极管中的一个三极管由低电平转换为高电平，另一个三极管在线路电流每次过零时为低电平，延迟一段时间，再由低电平变为高电平，可调电阻未与第一三极管和第二三极管并联形成的电路相连的一段作为输出端口，输出模拟的故障电弧。本实施例中，可以根据实际需求，利用可调电阻调节输出端口的电压。第二电流采集部件1061可以采集到电弧模拟机构105电流，并发送给控制芯片102，第二电压采集部件1062 可以采集到电弧模拟机构105电压，并发送给控制芯片102，控制芯片 102将根据电弧模拟机构105电流和电弧模拟机构105电压，判断使电弧模拟机构105所形成的电弧是否为故障电弧，若不是，生成第一报警信号，并发送给报警器，由报警器输出第一报警信号，以通知相关人员，对故障电弧探测装置进行检测、维修、更换等操作。

为了使用户能够实时了解线路运行状况和故障电弧探测装置运行状况等，如图2所示，本实施例的故障电弧探测装置还可以包括通讯机构 107，其中，通讯机构107与控制芯片102信号连接。

在一个具体实现过程中，控制芯片102将接收的原始数据和/或得到的分析数据通过通讯机构107发送给服务器；其中，原始数据数据包括线路电流、第一时间、线路电压、第二时间、电弧模拟机构电流和电弧模拟机构电压中的至少一种；分析数据包括第一报警信号以及根据线路电流、线路电压、第一时间和第二时间生成的第二报警信号中的至少一种。

例如，本实施例中用户可以通过手机、电脑等终端与服务器建立通讯连接当服务器接收到第一报警信号和第二报警信号后，可以及时将第一报警信号和第二报警信号发送给终端，以使用户能够及时获知相关故障，并采取相应措施。本实施例中，控制芯片102在接收到线路电流、第一时间、线路电压、第二时间、电弧模拟机构电流和电弧模拟机构电压等原始数据后，可以将其中至少一种通过通讯机构107发送给服务器，以便服务器可以根据这些原始数据进行分析，由服务器得到第一报警信号和所述第二报警信号中的至少一种，并发送给终端，本实施例不做具体限制。

本实施例中，可以通过终端向服务器发送相关指令，服务器再将相关指令通过通讯机构107发送给控制芯片102，控制芯片102执行相应的操作。例如，本实施例中，故障电弧探测装置维护人员可以主动检测故障电弧探测装置是否发生故障，此时，可以由终端发送检测指令，服务器接收到检测指令后，通过通讯机构107发送给控制芯片102，控制芯片 102可以生成电弧模拟指令，并完成检测。

本实施例的故障电弧探测装置，通过对故障电弧探测装置的运行状态进行监测，能够及时获知故障电弧探测装置是否发生故障，以便故障电弧探测装置发生故障时，能够及时更换故障电弧探测装置，保证故障电弧探测装置仍能检测出故障电弧，并通过设置通讯机构107将原始数据和/或分析数据发送给服务器，实现了远程在线监控，提高了线路发生故障电弧后的处理效率，进一步保证了用电安全。

如图2所示，本实施例的故障电弧探测装置还可以包括显示器，其中，显示器控制芯片102信号连接。在一个具体实现过程中，若监控人员在现场，其可以不再通过终端查看相关数据，而是可以通过显示器直接从故障电弧探测装置获取到相关数据。

实施例3

图3为本实用新型的故障电弧探测装置实施例三的结构示意图，如图3所示，本实施例的故障电弧探测装置在图2所示实施例的基础上，进一步还可以包括磁感线圈108。其中，磁感线圈108与控制芯片102电连接，磁感线圈108通过电磁感应得电，以对控制芯片102提供电源。

例如，由于在安装故障电弧探测装置时，通常从就近电线上接线的方式来给故障电弧探测装置供电，这样决定了故障电弧探测装置的安装工作必须在房屋修建前和开发商合作的方式来安装，一些已建的房屋如果要安装故障电弧探测装置供电就会增加一笔很大的安装费用，很多地方让一些想安装的人放弃安装，而且老建筑屋的漏电和过载现象尤其严重，不利于电气火灾的全面减少和避免，因此，本实施例中可以设置一个磁感线圈108，并利用电线周围产生的磁场得电，从而对控制芯片102 供电。

需要说明的是，本实施例中磁感线圈108也可以与除控制芯片102 以外的其它机构电连接，对除控制芯片102以外的其它机构供电，但是为了减少布线，本实施例中优选为控制芯片102得电后对除控制芯片102 以外的其它机构进行供电。

在实际应用过程中，由于线路发生过载或短路，可能导致线路断电，磁感线圈108无法得电，故障电弧探测装置则无法工作，其无法将相关数据发送给服务器，也无法进行报警，因此，如图3所示，本实施例的故障电弧探测装置还可以包括储能电源109、电源管理机构110、第一开关111和第二开关112，其中，磁感线圈108通过第一开关111与储能电源109连接，储能电源109和第一开关111还分别与电源管理机构110 电连接，储能电源109还通过第二开关112与控制芯片102电连接；磁感线圈108和第二开关112还分别与电源管理机构110电连接。

本实施例中可以将储能电源109作为备用电源，其可以优选为蓄电池。本实施例中，电源管理机构110能够检测储能电源109的电量，并根据储能电源109的电量，生成第一闭合指令或者第一打开指令，控制第一开关111闭合或打开，以使磁感线圈108对储能电源109充电或停止充电。例如，由于储能电源109长期放置会自耗电，为了防止储能电源109过放电，减少储能电源109的寿命，本实施例中，可以预先设置第一阈值，当电源管理机构110检测到储能电源109的电量小于第一阈值时，向第一开关111发送第一闭合指令，使得磁感线圈108与储能电源109之间接通，并对储能电源109充电。同理，若储能电源109过充，也会减少储能电源109的寿命，因此，本实施例中，还设置有第二阈值，当电源管理机构110检测到储能电源109的电量达到第二阈值时，向第一开关111发送第一打开指令，使得磁感线圈108与储能电源109之间断开，并停止对储能电源109充电。

本实施例中，电源管理机构110能够检测磁感线圈108的带电状态，并根据磁感线圈108的带电状态生成第二闭合指令和第二打开指令，以控制第二开关112闭合或打开。例如，当电源管理机构110检测到磁感线圈108带电时，说明磁感线圈108能够对控制芯片102提供电源，此时，可以生成第二打开指令，控制第二开关112打开，储能电源109不对控制芯片102提供电源，当电源管理机构110检测到磁感线圈108不带电时，说明磁感线圈108无法对控制芯片102提供电源，此时，可以生成第二闭合指令，控制第二开关112闭合，由储能电源109对控制芯片102提供电源。

在一个具体实现过程中，由于不同场所、不同用电设备等所需的电压等级不同，因此，在设置故障电弧探测装置时，需要针对不同的电压等级，安装对应的故障电弧探测装置，而一些特殊情况下，安装人员可能出现错带、漏带故障电弧探测装置现象，使得安装受阻，降低了安装效率，因此，为了解决上述问题，本实用新型还提供了以下技术方案。

在一个具体实现过程中，第一电流检测部件1011和电压检测部件等均为多功能部件，例如，其可以由通过不同的电器元件和第三开关形成具有多个电压等级的采集电路形成，通过控制第三开关，使不同的电器元件接通，形成多个电压等级对应的采集电路，以针对不同电压等级的线路进行数据采集。如图3所示，本实施例的故障电弧探测装置还可以包括选择开关114，选择开关114与控制芯片102电连接，例如，用户可以手动控制选择开关114，以选择所需的电压等级，控制芯片102接收到用户选择的电压等级后，控制相应的第三开关，使不同的电器元件接通，形成所需的电压等级的采集电路，以便控制数据采集机构切换至对应的电压等级后，再采集相关数据。

但是，由于可能出现用户选择错误的情况，使得用户选择的电压等级与实际要监控的线路的电压等级不符合，容易损坏故障电弧探测装置，因此，本实施例中，当磁感线圈108得电后，控制芯片102还可以根据磁感线圈108的带电状态，确定出当前线路的电压等级，并生成相应的电压选择指令，以自动控制选择开关114选择切换至电压选择指令对应的电压等级，提高了故障电弧探测装置自身安全性。

在一个具体实现过程中，如图3所示，本实施例的故障电弧探测装置还可以包括数据设置机构115。其中，数据设置机构115与控制芯片 102信号连接。在实际应用中，由于用电高峰期、不同线路的使用对象不同等因素，使得不同时段、不同线路的探测要求可能不同，因此，本实施例可以有针对性的去探测线路是否产生故障电弧，以提高监测效率，降低故障电弧探测装置的运行功耗等。具体地，用户可以输入相关的采集参数，并通过数据设置机构115将接收到的采集参数发送给控制芯片 102，从而使控制芯片102根据采集参数控制第一数据采集机构101采集相关数据。

例如，本实施例中，采集参数可以包括但不限制于不同时间对应的采集频率和/或不同线路的采集优先等级。可以根据实际经验获知某一线路的用电高峰期对应的时间，此时可以在该时间段内，按照较高的采集频率进行采集相关数据，而非用电高峰期时，可以按照较低的采集频率采集相关数据，从而降低故障电弧探测装置的运行功耗。还可以根据实际经验确定不同线路的采集优先等级，例如，线路A的供电对象相对重要，而线路B的供电对象相对次要，此时，可以将线路A设置有优先采集，而线路B设置为线路A采集完毕之后再采集，在此不再一一举例说明。

本实施例的故障电弧探测装置，通过选择开关114选择故障电弧探测装置的电压等级，使安装人员错带、漏带所需故障电弧探测装置的情况下，仍能安装故障电弧探测装置。并根据实际需求采集相关数据，提高了探测效率。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。