CN104090231A - 检验电弧故障断路器的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检验电弧故障断路器的装置及方法。其中装置包括变压器，继电器，电源线切口，负载和MCU；继电器的数量为5个，分别为第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器和第五继电器；第一继电器、变压器、电源线切口、负载和第二继电器依次电连接，且第一继电器和第二继电器与电弧故障断路器电连接，形成第一通路；第三继电器，电源线切口、负载和第四继电器依次电连接，且第三继电器和第四继电器与电弧故障断路器电连接，第五继电器与电源线切口和负载电连接后接地，形成第二通路；5个继电器分别与MCU电连接。本发明的装置能够检验电弧故障断路器的可靠性，电路结构简单且成本较低。

Description

检验电弧故障断路器的装置及方法

技术领域

本发明涉及电弧故障断路器设备领域，特别是涉及检验电弧故障断路器的装置及方法。

背景技术

AFCI(Arc-Fault Circuit-Interrupter，电弧故障断路器)是一项最新的电路保护设备，其主要作用是防止电弧引起的火灾。这些危险的电弧可能发生在家用电器的布线上，插头插座连接点以及家用电器内部的线束或电器的电源线上。因此，AFCI在家用电器等出现上述电弧现象时是否能够及时断开显得尤为重要。传统的检验AFCI可靠性的装置测试电路结构复杂，且成本较高。

发明内容

针对传统的检验AFCI可靠性的装置电路结构复杂、成本较高的问题，本发明提供了一种检验电路结构简单、成本低的检验电弧故障断路器的装置及方法。

为达到技术目的，本发明实施例采用如下技术方案：

本发明提供一种检验电弧故障断路器的装置，用于与电弧故障断路器电连接，检验所述电弧故障断路器，包括变压器，继电器，电源线切口，负载和MCU；

所述继电器的数量为5个，分别为第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器和第五继电器；

所述第一继电器、所述变压器、所述电源线切口、所述负载和所述第二继电器依次电连接，且所述第一继电器和所述第二继电器与所述电弧故障断路器电连接，形成第一通路；

所述第三继电器，所述电源线切口、所述负载和所述第四继电器依次电连接，且所述第三继电器和所述第四继电器与所述电弧故障断路器电连接，所述第五继电器与所述电源线切口和所述负载电连接后接地，形成第二通路；

5个所述继电器分别与所述MCU电连接。

作为一种可实施例，还包括显示电弧故障断路器断开时间的数码管；

所述数码管与所述MCU电连接。

作为一种可实施例，所述MCU包括第一计时器、第二计时器和第三计时器；

所述第一计时器，用于计时第一时间；

所述第二计时器，用于计时第二时间；

所述第三计时器，用于计时所述继电器的延时时间。

作为一种可实施例，还包括第四计时器，用于计时所述装置的检验时间。

作为一种可实施例，所述负载为变阻箱。

作为一种可实施例，5个所述继电器相同。

本发明还提供一种检验电弧故障断路器的方法，包括以下步骤：

MCU控制第一继电器和第二继电器闭合，通过变压器给电源线切口施加高压；

施加高压第二时间后，断开所述第一继电器和所述第二继电器；

经过延时时间后，MCU控制第三继电器、第四继电器和第五继电器闭合，给负载提供市电电压，导通所述电源线切口，提供市电电压的时间为第二时间；

当所述电源线切口产生碳化路径时，检验电弧故障断路器是否及时断开。

作为一种可实施例，所述MCU控制第一继电器和第二继电器闭合，通过变压器给电源线切口施加高压之前，包括以下步骤：

检测所述第三继电器、所述第四继电器和所述第五继电器的状态；

若所述第三继电器、所述第四继电器和所述第五继电器为断开状态，则闭合所述第一继电器和所述第二继电器；

否则，断开所述第三继电器、所述第四继电器和所述第五继电器，经过所述延时时间后，继续检测其状态。

作为一种可实施例，所述当所述电源线切口产生碳化路径时，检验电弧故障断路器是否及时断开，包括如下步骤：

判断电弧故障断路器是否断开；

若是，采集计数控制参数，计算电弧故障断路器的断开时间；

若否，经过第二时间和延时时间后，闭合所述第一继电器和所述第二继电器。

作为一种可实施例，还包括以下步骤：

当所述电弧故障断路器达到检验时间仍没有断开时，控制检验过程停止。

本发明的有益效果：

本发明的检验电弧故障断路器的装置及方法，其中装置由第一继电器、变压器、电源线切口、负载和第二继电器依次电连接，且第一继电器和第二继电器与电弧故障断路器电连接，形成第一通路，为电源线切口提供高压，由第三继电器，电源线切口、负载和第四继电器依次电连接，且第三继电器和第四继电器与电弧故障断路器电连接，第五继电器与电源线切口和负载电连接后接地，形成第二通路，为电源线切口提供市电电压，通过高压碳化，低压导通，使电源线切口产生碳化路径，从而产生电弧，检验电弧故障断路器是否能在电弧发生时及时断开，从而断定电弧故障断路器的可靠性。该装置相比传统技术，电路结构简单且成本较低。

附图说明

图1为本发明的检验电弧故障断路器的装置的一实施例的结构示意图；

图2为本发明的检验电弧故障断路器的方法的一实施例的流程示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明检验电弧故障断路器的装置及方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种检验电弧故障断路器的装置，用于与电弧故障断路器电连接，检验所述电弧故障断路器，包括变压器7，继电器，电源线切口8，负载9和MCU(Micro Control Unit，微控制单元或微型计算机)10；继电器的数量为5个，分别为第一继电器1、第二继电器2、第三继电器3、第四继电器4和第五继电器5；第一继电器1、变压器7、电源线切口8、负载9和第二继电器2依次电连接，且第一继电器1和第二继电器2与电弧故障断路器6电连接，形成第一通路；第三继电器3，电源线切口8、负载9和第四继电器4依次电连接，且第三继电器3和第四继电器4与电弧故障断路器6电连接，第五继电器5与电源线切口8和负载电连接后接地，形成第二通路；5个继电器分别与MCU10电连接。

此处需要说明的是，电源线切口8是将电源线火线切开形成的，电源线切口8上用两层电气黑色PVC(PolyVinyl Chloride，聚氯乙烯)带包裹，再用两层玻璃纤维带包在外边，用于提供绝缘，同时防止热量散发，更容易形成碳化路径，再在其表面裹上医用棉花，当电源线切口产生电弧时，医用棉花着火。

本发明的检验电弧故障断路器的装置，首先闭合第一继电器1和第二继电器2，由火线、第一继电器1、变压器7、电源线切口8、负载9和第二继电器2依次电连接，且电弧故障断路器6与第一继电器1电连接后接火线，电弧故障断路器6与第二继电器2电连接后接零线，第二继电器2和负载9之间通过变压器7电连接，形成的第一通路产生的高压(15KV)施加在电源线的L-N(火线-零线)和L-G(火线-地线)之间，使变压器产生的30mA的输出电流流经电源线切口8，使电源线切口8出现碳化；然后断开第一继电器1和第二继电器2，闭合第三继电器3、第四继电器4和第五继电器5，由火线、第三继电器3，电源线切口8、负载9、第四继电器4依次电连接，且电弧故障断路器6与第三继电器3电连接后接火线，电弧故障断路器6与第四继电器4电连接后接零线，第五继电器5将电源线切口8和负载9接地，形成的第二通路产生的市电电压(220V)施加在L-N之间，使电源线正常导通。电源线切口8和负载9通过第五继电器5接地，避免因其漏电带来的触电安全事故。其中，第一继电器1、第二继电器2、第三继电器3、第四继电器4和第五继电器5都与MCU(Micro ControlUnit，微控制单元或微型计算机)10电连接，由MCU实时检测其状态并控制其状态。本发明的检验电弧故障断路器的装置通过高压使电源线切口碳化，低压使电源线导通，进而产生串联(或并联)电弧，来检验AFCI的可靠性，相比传统技术，其电路结构简单且成本较低。

作为一种可实施方式，还包括显示电弧故障断路器6断开时间的数码管11；数码管11与MCU10电连接。

高压碳化、低压导通，使电源线切口8处产生碳化路径，从而产生串联(或并联)电弧，当产生电弧时，若电弧故障断路器6及时断开，则MCU计算AFCI断开时刻的断开时间T，断开时间T根据公式T＝Z(10+0.02)+0.001X计算得到，其中X表示第一计时器计时次数，Z表示第二计时器计时次数；计算断开时间T后通过数码管11显示。

作为一种可实施方式，MCU包括第一计时器、第二计时器和第三计时器；第一计时器，用于计时第一时间；第二计时器，用于计时第二时间；第三计时器，用于计时继电器的延时时间。

第一计时器计时第一时间，第一时间设定为1ms，用于检测电弧持续存在的时间；第二计时器计时第二时间，第二时间设定为10s，用于控制高压或者常压电流流经电源线切口的时间；第三计时器计时继电器的延时时间，该延时时间设定为20ms，避免因继电器的延时时间导致继电器闭合或断开不一致，影响整个装置的试验。

作为一种可实施方式，还包括第四计时器，用于计时装置的检验时间。

第四计时器可以设置在MCU中，由MCU控制，也可以为独立的计时器，如秒表，第四计时器设定的时间为5min，当电弧故障断路器6在检验时间(5min)中内没有断开，第四计时器计时达到5min时，MCU控制装置停止试验，保证电路设备不被损坏。

作为一种可实施方式，负载9为变阻箱。

负载9为变阻箱，可以通过调节变阻箱，改变输出电流，对不同线径的电源线进行试验。且采用变阻箱，在不拆装负载的情况下，可调节负载的大小，避免了拆装带来的不便。

作为一种可实施方式，5个继电器相同。

5个继电器相同，可以为常见的电路开关，使得检验电弧故障断路器的装置的电路结构简单，成本较低。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种检验电弧故障断路器的方法，由于此方法解决问题的原理与前述一种检验故障断路器的装置相似，因此该方法的实施可以参见前述装置的实施，重复之处不再赘述。

本发明实施例提供的检验电弧故障断路器的方法，参见图2所示，包括以下步骤：

S100，MCU控制第一继电器和第二继电器闭合，通过变压器给电源线切口施加高压。

S200，施加高压第二时间后，断开所述第一继电器和所述第二继电器；

S300，经过延时时间后，MCU控制第三继电器、第四继电器和第五继电器闭合，给负载提供市电电压，导通所述电源线切口，提供市电电压的时间为第二时间。

S400，当所述电源线切口产生碳化路径时，检验电弧故障断路器是否及时断开。

本发明的检验电弧故障断路器的方法，MCU10控制第一继电器1和第二继电器2闭合，进而闭合第一通路，第一通路为电源线提供高压(15KV)，使产生的高压电流流经电源线切口8，使其产生碳化，当第一通路对电源线施加高压第二时间后，断开第一继电器1和第二继电器2，第三计时器计时延时时间后，MCU控制第三继电器3、第四继电器4和第五继电器5闭合，第二通路闭合，为电源线提供市电常压(220V)，使电源线导通，通过正常电流，若此时产生了碳化路径，即出现了串联(或并联)电弧，判断AFCI是否及时断开，从而检验AFCI的可靠性；若此时仍未出现碳化路径，即AFCI没有断开，则在第二计时器计时第二时间后，断开第三继电器3、第四继电器4和第五继电器5，待第三计时器计时延时时间后，闭合第一继电器1和第二继电器，重复上述步骤直至电源线切口8碳化产生电弧。在此过程中，第二计时器每计时一次，第二计时器的计时次数加1。采用该方法检验电弧故障断路器的可靠性，操作方便，步骤简单，且为该方法提供的检验装置电路结构简单，成本较低。

作为一种可实施方式，MCU10控制第一继电器1和第二继电器2闭合，通过变压器7给电源线切口8施加高压之前，包括以下步骤：

S010，接通电源。

S020，检测所述第三继电器、所述第四继电器和所述第五继电器的状态；

若第三继电器、第四继电器和第五继电器为断开状态，则闭合第一继电器和第二继电器；

否则，断开第三继电器、第四继电器和第五继电器，经过所述延时时间后，继续检测其状态。

接通电源，为电路供电，首先MCU10检测第三继电器3、第四继电器4和第五继电器5的状态，判断它们是否属于断开状态，若是，则可进行步骤S100，否则，断开第三继电器3、第四继电器4和第五继电器5，待第三计时器计时延时时间后，返回步骤S020。

作为一种可实施方式，当电源线切口8产生碳化路径时，检验电弧故障断路器6是否及时断开，包括如下步骤：

判断电弧故障断路器6是否断开；

S410，若是，采集计数控制参数，计算电弧故障断路器的断开时间；

S420，若否，判断第二计时器计时是否达到第二时间，达到第二时间后又经过延时时间后，闭合第一继电器1和第二继电器2。

当电弧故障断路器断开时，表示有电弧产生，MCU采集第一计时器的计时次数X，并根据第二计时器的计时次数Z，第三计时器的计时次数比第二计时器的计时次数多一次，因此可以用同一个计数控制参数，减少参数变量。计算AFCI断开时所用的断开时间，断开时间T＝Z(10+0.02)+0.001X，并通过数码管11显示出来；当电弧故障断路器没有断开时，重复步骤S100至S300。

作为一种可实施方式，还包括以下步骤：

当所述电弧故障断路器达到检验时间仍没有断开时，控制检验过程停止。

第四计时器计时装置的检验时间，在该实施例中，检验时间为5min，其可设置在MCU中，由MCU控制，也可为独立的计时器，如秒表。若电弧故障断路器6在第四计时器计时时间内仍未断开时，MCU控制检验过程停止，防止试验时间过长，电器被损坏。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种检验电弧故障断路器的装置，用于与电弧故障断路器电连接，检验所述电弧故障断路器，其特征在于，包括变压器，继电器，电源线切口，负载和MCU；

所述继电器的数量为5个，分别为第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器和第五继电器；

所述第一继电器、所述变压器、所述电源线切口、所述负载和所述第二继电器依次电连接，且所述第一继电器和所述第二继电器与所述电弧故障断路器电连接，形成第一通路；

所述第三继电器，所述电源线切口、所述负载和所述第四继电器依次电连接，且所述第三继电器和所述第四继电器与所述电弧故障断路器电连接，所述第五继电器与所述电源线切口和所述负载电连接后接地，形成第二通路；

5个所述继电器分别与所述MCU电连接。

2.根据权利要求1所述的检验电弧故障断路器的装置，其特征在于，还包括显示电弧故障断路器断开时间的数码管；

所述数码管与所述MCU电连接。

3.根据权利要求1所述的检验电弧故障断路器的装置，其特征在于：

所述MCU包括第一计时器、第二计时器和第三计时器；

所述第一计时器，用于计时第一时间；

所述第二计时器，用于计时第二时间；

所述第三计时器，用于计时所述继电器的延时时间。

4.根据权利要求3所述的检验电弧故障断路器的装置，其特征在于，还包括第四计时器，用于计时所述装置的检验时间。

5.根据权利要求1至4任一项所述的检验电弧故障断路器的装置，其特征在于，所述负载为变阻箱。

6.根据权利要求5所述的检验电弧故障断路器的装置，其特征在于，5个所述继电器相同。

7.一种检验电弧故障断路器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

MCU控制第一继电器和第二继电器闭合，通过变压器给电源线切口施加高压；

施加高压第二时间后，断开所述第一继电器和所述第二继电器；

经过延时时间后，MCU控制第三继电器、第四继电器和第五继电器闭合，给负载提供市电电压，导通所述电源线切口，提供市电电压的时间为第二时间；

当所述电源线切口产生碳化路径时，检验电弧故障断路器是否及时断开。

8.根据权利要求7所述的检验电弧故障断路器的方法，其特征在于，所述MCU控制第一继电器和第二继电器闭合，通过变压器给电源线切口施加高压之前，包括以下步骤：

检测所述第三继电器、所述第四继电器和所述第五继电器的状态；

若所述第三继电器、所述第四继电器和所述第五继电器为断开状态，则闭合所述第一继电器和所述第二继电器；

否则，断开所述第三继电器、所述第四继电器和所述第五继电器，经过所述延时时间后，继续检测其状态。

9.根据权利要求7所述的检验电弧故障断路器的方法，其特征在于，所述当所述电源线切口产生碳化路径时，检验电弧故障断路器是否及时断开，包括如下步骤：

判断电弧故障断路器是否断开；

若是，采集计数控制参数，计算电弧故障断路器的断开时间；

若否，经过第二时间和延时时间后，闭合所述第一继电器和所述第二继电器。

10.根据权利要求7至9任一项所述的检验电弧故障断路器的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当所述电弧故障断路器达到检验时间仍没有断开时，控制检验过程停止。