CN103378581A - 一种afci综合保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种AFCI综合保护装置，包括相电压采集电路、电流波形检测电路和微处理器控制电路，所述相电压采集电路的输出信号分别经过电压比较电路、欠电压比较电路传输至微处理器控制电路，所述电流波形检测电路的输出信号依次经电压跟随器电路、信号放大电路、A\D数据转换电路传输至微处理器控制电路，所述微处理器控制电路的输出信号信号控制发送至断电装置驱动电路和485通信接口电路，所述485通信接口电路的输出信号发送到PC机，该装置能实时在线检测供电线路过压、欠压、故障电弧等电气故障信号的采集、判断、控制，更加全方位保护电气线路安全，有效地防范了电气火灾，保障了人们的生命、财产安全。

Description

一种AFCI综合保护装置

技术领域

本发明涉及一种保护装置，特别涉及的是一种AFCI综合保护装置。

背景技术

在单相供电情况下，由于供电局变压器输出过压过高或室干线配电系统断零情况，将导致相电压过高或欠电压，最终导致设备供电过欠压故障，家用电器如电冰箱或空调器因相电压欠压，会使压缩机不能转动后产生故障或着火，而电压过高会产生电器设备损坏，甚至发生火灾事故，但在发生火灾中，由于电气线路存在着因端子接触不良、导线老化、电缆接头接触不良等原因而产生高温电弧，最终导致火灾，占火灾起因总数比例较多。

电弧是一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质所产生的瞬间火花。美国消防局的报告中指出，家用电器的接线引起的火灾是电气设备引起火灾的两倍，其中最主要的一种导致火灾的原因是故障电弧。

一般为防止短路设计的断路器无法检测到此类故障，最有效的方法是采用“电弧故障断路器(AFCI，Arc Fault Circuit Interrupter)”，它能检测是否存在电弧，若有则采取短路保护。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效提高防范电气火灾的AFCI综合保护装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种AFCI综合保护装置，包括相电压采集电路、电流波形检测电路和微处理器控制电路，所述相电压采集电路的输出信号分别经过电压比较电路、欠电压比较电路传输至微处理器控制电路，所述电流波形检测电路的输出信号依次经电压跟随器电路、信号放大电路、A\D数据转换电路传输至微处理器控制电路，所述微处理器控制电路的输出信号信号控制发送至断电装置驱动电路和485通信接口电路，所述485通信接口电路的输出信号发送到PC机。

所述相电压采集电路由L、N构成的相电压回路的输出端经变压器BT连接到二极管D1-D4桥式整流电路、电容器C1、C2滤波电路后，其直流电压分两路分别输入到稳压集成模块IC1的输入端。

所述电流波形检测电路由穿过相线与中性线的电流互感器TR1的输出端连接并联的分流电阻1R1及分压电阻1R2构成。

所述电压跟随器电路由运算放大器IC3/A的输出端连接反馈电阻1R4和下拉电阻1R5构成。

所述信号放大电路由运算放大器IC3/B的输出端连接滤波电容器C7构成。

所述485通信接口电路通过SN75176通信接口芯片IC5的输出端连接到RS485通信接口的COM端口。

通过采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明采用微处理器控制电路作为核心控制系统，由相电压采集电路作为供电电压信号采集电路，控制断电装置保护用电设备因电压过高而产生的故障；电流波形检测电路先对电流信号进行采样获得采样信号，再从采样信号中分离出高频部分，然后通过检测该高频部分的能量突变来识别出电弧并记录出现电弧的次数，整个过程使用PC机数据复原比对、记录、分析了电弧发生时电弧电流的特性，与正常电弧存在的差异变化，PC机具有数据存储量大、校对准确、稳定、快速等特点，能更及时检测到故障电弧的存在与否，很大程度上避免了误动作的发生，为故障电弧的检测提供了行之有效的解决方案，对电弧故障的检测及其电弧故障断路器的设计具有指导作用。

该发明能实时在线检测供电线路过压、欠压、故障电弧等电气故障信号的采集、判断、控制，更加全方位保护电气线路安全，有效地防范了电气火灾，保障了人们的生命、财产安全。

附图说明

图1是本发明的方框结构图；

图2是本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的描述。

如图1、图2所示，本发明的一种AFCI综合保护装置，包括相电压采集电路1、电流波形检测电路2和微处理器控制电路3，所述相电压采集电路1的输出信号分别经过电压比较电路11、欠电压比较电路12传输至微处理器控制电路3，所述电流波形检测电路2的输出信号依次经电压跟随器电路21、信号放大电路22、A\D数据转换电路23传输至微处理器控制电路3，所述微处理器控制电路3的输出信号信号控制发送至断电装置驱动电路31和485通信接口电路32，所述485通信接口电路32的输出信号发送到PC机33。

所述相电压采集电路1由L、N构成的相电压回路的输出端经变压器BT连接到二极管D1-D4桥式整流电路、电容器C1、C2滤波电路后，其直流电压分两路分别输入到稳压集成模块IC1的输入端。

由L、N构成的相电压回路正常值在AC220V状态，变压器BT的次级输出交流电压约为8V，经二极管D1-D4桥式整流、电容器C1、C2滤波后，此直流电压分两路分别输入到稳压集成模块IC1的第1脚，经稳压集成模块IC1内部稳压处理后输出5V电源供给本机电路和为比较器模块IC2/A、IC2/B提供参考比较电压值，另一路经电位器W1、W2分别调整输入到比较器模块IC2/A、IC2/B的同相端。

当L、N构成的相电压回路正常值在AC280V时，变压器BT的次级输出交流电压约为11V，其整流输出信号经电位器W1、W2分别调整后输入到比较器模块IC2/A、IC2/B第3、6脚，分别与比较器模块IC2/A、IC2/B的第2、5脚进行电压比较，比较器模块IC2/B的第5、6、7脚与其外围元件组成过电压比较电路11，当比较器模块IC2/B的第6脚电压大于其第5脚电压参考值时，比较器模块IC2/B内部翻转，由其第7脚输出高电平经电阻R 3限流输入到微处理器U1的第38脚，经微处理器U1内部判断处理后，由微处理器U1的第8脚输出高电平信号，经电阻R6限流使三极管Q1导通，继电器J吸合，其触点J1-1由常闭点转为常开点，断电装置失电跳闸保护用电设备因电压过高故障。

当由L、N构成的相电压回路从AC280V恢复到260V以下时，变压器BT的次级输出交流电压约为9V，经二极管D1-D4桥式整流、电容器C1、C2滤波后，比较器模块IC2/B的第7脚输出为低电平，经微处理器U1内部处理器判断后，判断为正常状态。

当L、N构成的相电压回路正常值在AC150V时，变压器BT的次级输出交流电压约为5V，其整流输出信号经电位器W1、W2分别调整后输入到比较器模块IC2/A、IC2/B的第3、6脚，分别与比较器模块IC2/A、IC2/B的第2、5脚进行电压比较，比较器模块IC2/A的第3、2、1脚与其外围元件组成欠电压比较电路12，当比较器模块IC2/A的第2脚电压大于其第3脚电压参考值时，比较器模块IC2/A内部翻转，由比较器模块IC2/A的第1脚输出高电平经电阻R2限流输入到微处理器U1的第36脚，经微处理器U1内部处理器判断后，由微处理器U1的第8脚输出高电平信号，经电阻R6限流，使三极管Q1导通，继电器J吸合，其触点J1-1由常闭点转为常开点，断电装置失电跳闸保护用电设备因电压过高故障。

当由L、N构成的相电压回路从AC150V恢复到180V以下时，变压器BT的次级输出交流电压约为7V，经二极管D1-D4桥式整流、电容器C1、C2滤波后，比较器模块IC2/A的第1脚输出为低电平，经微处理器U1内部处理器判断后，判断为正常状态。

所述电流波形检测电路2由穿过相线与中性线的电流互感器TR1的输出端连接并联的分流电阻1R1及分压电阻1R2构成，电流互感器TR1作为采集线路中电弧电流波形信号，实时检测电流波形不同电流图型信息。此信号输出后，经电阻1R1分流、电阻1R2分压后，输入到运算放大器IC3/A的第2脚，运算放大器IC3/A的第1脚连接反馈电阻1R4和下拉电阻1R5构成电压跟随器电路21，其采集到负载供电线路不断变化的电流波形后，此信号经运算放大器IC3/B的第5脚输入后，经运算放大器IC3/B内部信号放大后，由运算放大器IC3/B的第7脚输出放大信号，经电容C7滤波后，此信号输入到A\D数据转换芯片IC4的第2脚，由A\D数据转换芯片IC4的第5、6、7脚与微处理器U1组成数据通信电路，经微处理器U1读取A\D数据转换芯片IC4的数据信号，此信号经微处理器U1识别后，通过微处理器U1不断扫描与判断对比，存储于本机ROM中的原始电弧数据信息库进行在线仿真对比。经微处理器U1处理器判断并与该数据进行对比分析后，进行仿真读取、寄存、生成数据库，由微处理器U1综合判断后，分两路发出控制信号，第一路输出，由微处理器U1的第8脚输出高电平信号，经电阻R6限流，使三极管Q1导通，继电器J吸合，断电装置得电而脱扣，保护电气线路安全；第二路输出由微处理器U1向SN75176通信接口芯片IC5发送数据信息，经SN75176通信接口芯片IC5译码转换后，由SN75176通信接口芯片IC5的第6、7脚转为二总线连接到PC机，向PC机发出报警数据信息，PC机显示当前故障电弧状态，综合实时在线检测供电线路过压、欠压、故障电弧等电气故障信号的采集、判断、控制，更加全方位保护电气线路安全，有效提高防范电气火灾，保障了人们生命、财产安全。

以上所述的仅为本发明的一较佳实施例而已，不能限定本发明实施的范围，凡是依本发明申请专利范围所作的均等变化与装饰，皆应仍属于本发明涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种AFCI综合保护装置，其特征在于：包括相电压采集电路(1)、电流波形检测电路(2)和微处理器控制电路(3)，所述相电压采集电路(1)的输出信号分别经过电压比较电路(11)、欠电压比较电路(12)传输至微处理器控制电路(3)，所述电流波形检测电路(2)的输出信号依次经电压跟随器电路(21)、信号放大电路(22)、A\D数据转换电路(23)传输至微处理器控制电路(3)，所述微处理器控制电路(3)的输出信号信号控制发送至断电装置驱动电路(31)和485通信接口电路(32)，所述485通信接口电路(32)的输出信号发送到PC机(33)。

2.根据权利要求1所述的AFCI综合保护装置，其特征在于：所述相电压采集电路(1)由L、N构成的相电压回路的输出端经变压器BT连接到二极管D1-D4桥式整流电路、电容器C1、C2滤波电路后，其直流电压分两路分别输入到稳压集成模块IC1的输入端。

3.根据权利要求1或2所述的AFCI综合保护装置，其特征在于：所述电流波形检测电路(2)由穿过相线与中性线的电流互感器TR1的输出端连接并联的分流电阻1R1及分压电阻1R2构成。

4.根据权利要求1或2所述的AFCI综合保护装置，其特征在于：所述电压跟随器电路(21)由运算放大器IC3/A的输出端连接反馈电阻1R4和下拉电阻1R5构成。

5.根据权利要求1或2所述的AFCI综合保护装置，其特征在于：所述信号放大电路(22)由运算放大器IC3/B的输出端连接滤波电容器C7构成。

6.根据权利要求1或2所述的AFCI综合保护装置，其特征在于：所述485通信接口电路(32)通过SN75176通信接口芯片IC5的输出端连接到RS485通信接口的COM端口。

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