CN100452598C - 故障电弧保护电路及故障电弧检测方法 - Google Patents

故障电弧保护电路及故障电弧检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种故障电弧保护电路及故障电弧检测方法，该方法可以通过保护电路检测到危险电弧，属于电子领域。该方法为：通过信号采样装置实时对电流信号进行采样，并将采样数据提供给信号处理模块，信号处理模块处理完电流信号后，将结果传递给电弧检测控制装置进行检测，电弧检测控制装置在检测到电弧时产生电弧标志，发出切断电路的控制信号，达到对负载的保护。本发明的优点在于：在使用电器时，如果线路产生断续电弧时，该方法能及时检测到电弧并依靠保护电路切断电源，防止电弧火灾的发生。

Description

故障电弧保护电路及故障电弧检测方法
技术领域
本发明涉及一种故障电弧保护电路及故障电弧检测方法，属于电子领域。
背景技术
近年来，随着家用电器的普及，电气火灾呈上升趋势，其中故障电弧(电弧、电火花)是引起电气火灾的主要原因。故障电弧又分为并联故障电弧、接地故障电弧和连续故障电弧。
目前，电气线路的过流、漏电、过压保护只能对并联故障电弧、接地故障电弧起到保护作用，而对连续故障电弧不能起到保护作用。
当前已有的故障电弧保护装置，主要针对电力线路中出现的故障电弧，其特征是瞬间产生的大电流持续放电产生的电弧；对于电器线路中出现的故障电弧，如线路连接部分产生的连续故障电弧，还没有可靠的保护。现在大多数故障电弧保护电路采用的检测方法也仅仅是根据电流波形的变化来做出是否有故障电弧发生，准确性和抗干扰性很差。因此对于连续故障电弧引起的电气火灾的保护还存在很大的缺陷。
发明内容
本发明提供了一种当被保护线路中出现连续电弧时能检测到危险电弧并自动切断电路的故障电弧保护电路和故障电弧检测方法。当在被保护的线路中出现连续故障电弧时，该方法能及时检测到电弧并通过故障电弧保护电路在电弧引起电气火灾前切断电源，从而避免火灾或重大事件的发生，达到对电器的保护。
实现本发明的技术方案：
故障电弧保护电路，包括电源部分，所述的故障电弧保护电路还包括信号采样装置、信号处理模块、电弧检测控制装置和切断电源模块。
所述的信号采样装置包括不带铁芯的电流互感器和R3匹配电阻，R3匹配电阻连接在电流互感器的两端；所述的信号处理模块由整流管D1、分压电阻R2串连连接；所述的电弧检测控制装置为单片机，所述的单片机还连接有复位电路，所述的复位电路连接有直流电源和电阻R1；所述的切断电源模块依次连接了三极管和执行机构部分。
所述的执行机构部分为常闭触点继电器。
故障电弧检测方法，该方法能通过故障电弧保护电路检测到危险电弧，其特征在于包括步骤：
通过信号采样装置实时对电流信号进行采样，并将采样数据提供给信号处理模块；
信号处理模块处理完电流信号，将结果传递给电弧检测控制装置进行检测，模拟信号转换为数字信号后对应的数值表示为AD，电弧检测控制装置通过检测AD数值来确定是否产生故障电弧，在定时B内，寻找最大的AD转换值，保存为ADmax，在定时C内，寻找所有ADmax中的最小值，保存为min_MAX，min_MAX比较值与设定值2比较，即min_MAX0减去min_MAX1得到的差值与设定值2比较，如果差值大于设定值2，则发现电弧次数加1，当发现电弧次数大于设定值3，则认为是产生了故障电弧，当电弧检测控制装置检测到电弧时，产生电弧标志。
其中：
所述的信号采样装置采样的信号为电流波形；
所述的信号处理模块对电流波形进行处理；
所述的电弧检测控制装置对处理后的电流波形进行判断、检测。
本发明的优点是：在使用电器的时候，如果线路中产生连续故障电弧时，能及时检测到电弧并切断电源，有效地防止电弧火灾的发生。
附图说明
图1是本发明实施例一的电路原理图。
图2是单片机对处理的电流波形进行判断、检测的流程图。
图3、图4是单片机程序中断的流程图。
具体实施方式
被保护的电路由AC220V输入端8输入220V交流电压，经故障电弧保护电路的常闭触点继电器9，由AC220V输出端11输出，为被保护电路提供电源。被保护线路连接该故障电弧保护电路，直流电源1为故障电弧保护电路提供电源，匹配电阻R33连接在电流互感器2的两端。电流互感器2检测穿过其的被保护线路中的交流电流信号。电路正常时，电流互感器2检测到的波形为周期为50赫兹的脉冲电流波形；当电路为小电流感性负载，电路有电弧发生时，电流互感器2的感应波形的周期发生变化；当电路为大电流负载，电路有电弧发生时，电流互感器2的感应波形的幅值发生变化，并且波形发生畸变。然后该检测到的电流信号由整流二极管4整流，并且由电阻R25分压后变为直流信号，然后将该直流信号输入到单片机7，单片机7来判断是否有故障电弧。当没有检测到故障电弧时，单片机7发出低电平信号，三极管10是截止的，电源通过常闭触点继电器9为被保护的电器提供工作电压；当检测到被保护电路中有故障电弧产生时，单片机7发出高电平控制信号，使得三极管10导通，此时位于集电极的常闭触点继电器9断开，实现切断电源，达到对电路的保护，避免电气火灾的发生。当故障电弧排除后，电源通过电阻R16重新对故障保护电路通电复位，单片机重新开始工作。
如图2、图3、图4所示，单片机的工作流程如下：
(1)单片机进行上电复位，然后到步骤(2)；
(2)单片机程序初始化，此时所有标志位为0，模拟信号转换为数字信号后对应的数值表示为AD，并且此时有AD0＝AD1＝AD2＝0，AD信号采样从单片机的一个引脚输入，AD控制信号由单片机的另一个引脚输出，然后到步骤(3)；
(3)单片机判断AD转换是否完成，当没有新AD值产生时，AD转换完成标志为0，并继续判断是否新的AD值产生；当有新的AD值产生时，AD转换完成标志为1，然后到步骤(4)；
(4)清零AD转换完成标志，定时A计时，定时时间到，则到步骤(5)，否则到步骤(6)；
(5)发现电弧次数设置为零，定时A重新计时，然后到步骤(6)；
(6)脉冲检测，检测电流互感器感应出的电流波形的脉冲个数，然后到步骤(7)；
(7)保存当前AD值，将当前的AD转换值保存为AD0，然后到步骤(8)；
(8)判断三个变量AD0、AD1、AD2是否满足AD2＞AD0＞AD1这个关系，满足则到步骤(9)，否则到步骤(10)；
(9)发现电弧次数加1，然后到步骤(10)；
(10)更新AD1、AD2值，将AD0值保存到AD1，AD1值保存到AD2，然后到步骤(11)；
(11)定时B计时，定时时间到则转到步骤(15)，否则转到步骤(12)；
(12)脉冲个数与设定值1比较，如果检测到的脉冲个数大于设定值1，则到步骤(13)，否则到步骤(14)；
(13)发现电弧次数加1，然后到步骤(14)；
(14)寻找ADmax，在定时B内，寻找最大的AD转换值，保存为ADmax，然后到步骤(19)；
(15)定时C计时，定时时间到则到步骤(17)，否则到步骤(16)；
(16)寻找min_MAX，在定时C内，寻找所有ADmax中的最小值，保存为min_MAX，然后到步骤(19)；
(17)min_MAX比较值与设定值2比较，即min_MAX0减去min_MAX1得到的差值与设定值2比较，如果差值大于设定值2，则到步骤(18)，否则到步骤(19)，并且此时将min_MAX0保存为min_MAX1；
(18)发现电弧次数加1，然后到步骤(19)；
(19)发现电弧次数与设定值3比较，如果发现电弧次数大于设定值3，则到步骤(20)，否则到步骤(3)；
(20)切断电源，单片机将控制输出引脚电平置为高电平，三极管导通，执行机构断开，实现切断电源。
单片机是定时采样，当以下两种方式中有一种出现时，单片机中断工作，执行中断程序，然后再继续从中断的地方继续工作。
(1)定时中断，设置一时间段T，每隔时间T，程序就会自动定时中断，中断后再重新计时；
(2)AD转换完成中断，保存电流值，置位AD转换完成标志，即AD转换完成标志为1。
如果本领域的技术人员依据本发明做出了非实质性的、显而易见的改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (10)

1、故障电弧保护电路，包括电源部分(1)，其特征在于：所述的故障电弧保护电路还包括信号采样装置、信号处理模块、电弧检测控制装置和切断电源模块，所述的信号采样装置包括不带铁芯的电流互感器(2)和R3匹配电阻(3)，R3匹配电阻(3)连接在电流互感器(2)的两端；所述的信号处理模块由整流管D1(4)、分压电阻R2(5)串连连接；所述的电弧检测控制装置为单片机(7)；所述的切断电源模块依次连接了三极管(10)和执行机构部分(9)。
2、根据权利要求1所述的故障电弧保护电路，其特征在于：所述的单片机(7)还连接有复位电路，所述的复位电路连接有直流电源(12)和电阻R1(6)。
3、根据权利要求1所述的故障电弧保护电路，其特征在于：所述的执行机构部分(9)为常闭触点继电器。
4、故障电弧检测方法，该方法能通过如权利要求1-3任意一项所述的故障电弧保护电路检测到危险电弧，其特征在于包括步骤：
通过信号采样装置实时对电流信号进行采样，并将采样电流信号提供给信号处理模块，信号处理模块对电流信号进行处理，将结果传递给电弧检测控制装置进行检测，模拟信号转换为数字信号后对应的数值表示为AD，电弧检测控制装置通过检测AD数值来确定是否产生故障电弧，在定时B内，寻找最大的AD转换值，保存为ADmax，在定时C内，寻找所有ADmax中的最小值，保存为min_MAX，min_MAX比较值与设定值2比较，即min_MAX0减去min_MAX1得到的差值与设定值2比较，如果差值大于设定值2，则发现电弧次数加1，当发现电弧次数大于设定值3，则认为是产生了故障电弧，当电弧检测控制装置检测到电流中有电弧时，产生电弧标志。
5、根据权利要求4所述的故障电弧检测方法，其特征在于：所述的信号采样装置采样的信号为电流波形。
6、根据权利要求5所述的故障电弧检测方法，其特征在于：信号处理模块对电流波形进行处理。
7、根据权利要求6所述的故障电弧检测方法，其特征在于：电弧检测控制装置对处理的电流波形进行判断、检测。
8、根据权利要求7所述的故障电弧检测方法，其特征在于：电弧检测控制装置为单片机(7)，其判断、检测电流波形程序的流程如下：
(1)单片机进行上电复位，然后到步骤(2)；
(2)单片机程序初始化，此时所有标志位为0，模拟信号转换为数字信号后对应的数值表示为AD，并且此时有AD0＝AD1＝AD2＝0，AD信号采样从单片机的一个引脚输入，AD控制信号由单片机的另一个引脚输出，然后到步骤(3)；
(3)单片机判断AD转换是否完成，当没有新AD值产生时，AD转换完成标志为0，并继续判断是否新的AD值产生；当有新的AD值产生时，AD转换完成标志为1，然后到步骤(4)；
(4)清零AD转换完成标志，定时A计时，定时时间到，则到步骤(5)，否则到步骤(6)；
(5)发现电弧次数设置为零，定时A重新计时，然后到步骤(6)；
(6)脉冲检测，检测电流互感器感应出的电流波形的脉冲个数，然后到步骤(7)；
(7)保存当前AD值，将当前的AD转换值保存为AD0，然后到步骤(8)；
(8)判断三个变量AD0、AD1、AD2是否满足AD2＞AD0＞AD1这个关系，满足则到步骤(9)，否则到步骤(10)；
(9)发现电弧次数加1，然后到步骤(10)；
(10)更新AD1、AD2值，将AD0值保存到AD1，AD1值保存到AD2，然后到步骤(11)；
(11)定时B计时，定时时间到则转到步骤(15)，否则转到步骤(12)；
(12)脉冲个数与设定值1比较，如果检测到的脉冲个数大于设定值1，则到步骤(13)，否则到步骤(14)；
(13)发现电弧次数加1，然后到步骤(14)；
(14)寻找ADmax，在定时B内，寻找最大的AD转换值，保存为ADmax，然后到步骤(19)；
(15)定时C计时，定时时间到则到步骤(17)，否则到步骤(16)；
(16)寻找min_MAX，在定时C内，寻找所有ADmax中的最小值，保存为min_MAX，然后到步骤(19)；
(17)min_MAX比较值与设定值2比较，即min_MAX0减去min_MAX1得到的差值与设定值2比较，如果差值大于设定值2，则到步骤(18)，否则到步骤(19)，并且此时将min_MAX0保存为min_MAX1；
(18)发现电弧次数加1，然后到步骤(19)；
(19)发现电弧次数与设定值3比较，如果发现电弧次数大于设定值3，则到步骤(20)，否则到步骤(3)；
(20)切断电源，单片机将控制输出引脚电平置为高电平，三极管导通，执行机构断开，实现切断电源。
9、根据权利要求8所述的故障电弧检测方法，其特征在于：单片机检测、判断电流的程序包括中断程序：定时中断，设置一时间段T，每隔时间T，程序就会自动定时中断，中断后再重新计时。
10、根据权利要求8所述的故障电弧检测方法，其特征在于：单片机检测、判断电流的程序还包括中断程序：AD转换完成中断，保存电流值，置位AD转换完成标志，即AD转换完成标志为1。
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