CN104577976A - 电弧故障保护装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电弧故障保护装置，脉冲波形检测电路用于采样流经被保护电路的电流信号，其输出端和处理器的第一输入端连接；高频谐波分量检测电路用于采样被保护电路的电流信号中的高频谐波分量，其输出端与处理器的第二输入端连接；处理器获取流经被保护电路的电流信号和电流信号中的高频谐波分量，判断被保护电路是否发生电弧故障，当确定发生电弧故障时，处理器输出断路控制信号至保护电路；保护电路在接收到处理器输出的断路控制信号后，断开被保护电路；电源电路为处理器供电。本发明公开的电弧故障检测装置，提高了电弧故障检测的准确性，从而为被保护电路提供更加准确的安全保护。本发明还公开了电弧故障保护装置的控制方法。

Description

电弧故障保护装置及其控制方法

技术领域

本发明属于电气保护技术领域，尤其涉及电弧故障保护装置及其控制方法。

背景技术

故障电弧通常是由于电线绝缘层的磨损或者不良的电气连接导致的。故障电弧可能发生在家庭用的布线上、插头和插座连接时、家用电器内部的线束上或者电器的电源线上。

专利号为200510036783.X的发明专利公开了一种故障电弧保护电路，其原理是利用高导磁率的电流互感器来辩识电流的正弦波上是否出现短暂的相等值，如果互感器输出电路在半个周期内可采样到各有一定幅值的、一低一高，且之间有间隔的两个脉冲波形，则确定发生电弧故障，如果互感器输出电路在半个周期内只能采样到一个具有一定幅值的脉冲波形，则确定无电弧。

但是，现有技术中判断是否出现电弧的条件单一，准确性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电弧故障保护装置，检测电弧故障的准确度更高，可以为被保护电路提供更准确的保护。本发明还提供应用于电弧故障保护装置的控制方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开了一种电弧故障保护装置，包括脉冲波形检测电路、高频谐波分量检测电路、处理器、保护电路和电源电路；

所述脉冲波形检测电路用于采样流经被保护电路的电流信号，所述脉冲波形检测电路的输出端和所述处理器的第一输入端连接；

所述高频谐波分量检测电路用于采样所述被保护电路的电流信号中的高频谐波分量，所述高频谐波分量检测电路的输出端与所述处理器的第二输入端连接；

所述处理器获取流经所述被保护电路的电流信号和所述电流信号中的高频谐波分量，判断所述被保护电路是否发生电弧故障，当确定发生电弧故障时，所述处理器输出断路控制信号至所述保护电路；

所述保护电路与所述处理器连接，在接收到所述处理器输出的断路控制信号后，断开所述被保护电路；

所述电源电路与所述处理器连接，为所述处理器供电。

优选的，在上述电弧故障保护装置中，所述脉冲波形检测电路包括第一电流互感器、第一电阻、第二电阻、第一整流电路和第一电容；

所述被保护电路中的火线穿过所述第一电流互感器的中心孔，所述第一电流互感器的二次线圈的第一输出引脚接地，所述第一电流互感器的二次线圈的第二输出引脚连接至所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接至所述第一整流电路的输入端，所述第一整流电路的输出端连接至所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端接地，同时所述第二电阻的第一端连接至所述处理器的第一输入端，所述第一电容的一端连接至所述第二电阻的第一端、另一端接地。

优选的，在上述电弧故障保护装置中，所述脉冲波形检测电路还包括第三电阻和第四电阻；

所述第二电阻的第一端连接至所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接至所述处理器的第一输入端，同时，所述第三电阻的第二端通过所述第四电阻接地。

优选的，在上述电弧故障保护装置中，所述高频谐波分量检测电路包括第二电容、第三电容、第二整流电路和第五电阻；

所述第二电容的一端连接至所述第一电流互感器的二次线圈的第二输出引脚，所述第二电容的另一端连接至所述第二整流电路的输入端，所述第二整流电路的输出端连接至所述第五电阻的第一端，所述第五电阻的第二端接地，所述第三电容并联在所述第五电阻的两端；

所述第五电阻的第一端作为所述高频谐波分量检测电路的输出端连接至所述处理器的第二输入端。

优选的，在上述电弧故障保护装置中，所述保护电路包括脱扣器、第六电阻、第一开关管和第三二极管；

所述脱扣器的动作机构串联在所述被保护电路的火线上，所述第一开关管的控制端通过所述第六电阻连接至所述处理器的输出端，所述第一开关管的输出端接地，所述第一开关管的输入端连接至所述脱扣器的跳闸线圈的一端，所述脱扣器的跳闸线圈的另一端连接至所述第三二极管的阴极，所述第三二极管的阳极连接至所述火线。

优选的，上述电弧故障保护装置还包括漏电保护检测电路，所述漏电保护检测电路用于检测所述被保护电路中零线和火线之间的不平衡电流值；所述处理器在确定发生漏电时，输出断路控制信号至所述保护电路。

优选的，在上述电弧故障保护装置中，所述漏电保护检测电路包括第二电流互感器、第一电解电容、信号放大电路、第五电容、第二电解电容、第七电阻、第四二极管、第七电容和第八电阻；

所述被保护电路的零线和火线穿过所述第二电流互感器的中心孔，所述第二电流互感器的二次线圈的第一输出引脚接地，所述第二电流互感器的二次线圈的第二输出引脚连接至所述第一电解电容的负极，所述第一电解电容的正极连接至所述信号放大电路的输入端，所述信号放大电路的输出端通过所述第五电容接地，同时所述信号放大电路的输出端连接至所述第二电解电容的正极，所述第二电解电容的负极连接至所述第四二极管的阳极，所述第四二极管的阴极通过所述第八电阻接地，所述第七电容并联在所述第八电阻的两端，所述第七电阻的一端连接至所述第四二极管的阳极、另一端接地；

所述第八电阻和所述第四二极管的公共端作为所述漏电保护检测电路的输出端连接至所述处理器的第三输入端。

优选的，在上述电弧故障保护装置中，所述信号放大电路包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻和NPN型三极管；

所述NPN型三极管的基极通过所述第十电阻连接至所述第一电解电容的正极，同时所述NPN型三极管的基极通过所述第九电阻连接至直流电源，所述NPN型三极管的集电极通过所述第十一电阻连接至所述直流电源，所述NPN型三极管的发射极接地。

优选的，在上述电弧故障保护装置中，所述电源电路包括第一级电源转换电路和第二级电源转换电路；

所述第一级电源转换电路的输入端与所述被保护电路中的火线和零线连接、输出端与所述漏电保护检测电路连接，所述第一级电源转换电路将市电转换为与所述漏电保护检测电路适配的第一电源信号；

所述第二级电源转换电路的输入端与所述第一级电源转换电路的输出端连接、输出端与所述处理器电路连接，所述第二级电源转换电路将所述第一电源信号转换为与所述处理器适配的第二电源信号。

优选的，上述电弧故障保护装置还包括测试电路，所述测试电路能够在所述被保护电路中生成测试电流，以确定所述被保护电路发生漏电时，所述保护电路是否断开所述被保护电路。

优选的，在上述电弧故障保护装置中，所述测试电路包括：开关和第九电阻；

所述第九电阻的一端通过所述开关连接至所述被保护电路的零线，所述第九电阻的另一端通过电缆连接至所述被保护电路的火线，所述电缆以穿过所述第二电流互感器的中心孔的方式，环绕所述中心孔预设圈数。

另一方面，本发明还公开了一种电弧故障保护装置的控制方法，应用于上述第一种电弧故障保护装置，所述方法包括：

所述处理器获取所述脉冲波形检测电路和所述高频谐波分量检测电路的输出信号；

所述处理器在确定所述高频谐波分量检测电路在第一预设时间内输出高频谐波分量的次数达到第一次数，并且所述脉冲波形检测电路输出的信号在第一预设时间内出现故障脉冲波形的次数达到第二次数时，确定被保护电路发生电弧故障，输出断路控制信号至保护电路，以控制所述保护电路断开被保护电路。

优选的，当所述电弧故障保护装置还包括漏电保护检测电路时，上述控制方法还包括：

所述处理器以预设时间间隔获取所述漏电保护检测电路输出的漏电压；

所述处理器计算在第二预设时间内获取到的漏电压的电压均值；

所述处理器比较所述电压均值和漏电设定值，当所述电压均值大于所述漏电设定值时，确定所述被保护电路发生漏电，输出断路控制信号至所述保护电路。

由此可见，本发明的有益效果为：本发明公开的电弧故障保护装置及其控制方法，同时检测被保护电路中的电流信号和该电流信号中的高频谐波分量，在第一预设时间内，当电流信号中出现至少N次高频谐波分量，并且电流信号出现至少T次故障脉冲波形时，确定被保护电路出现电弧故障，从而控制保护电路断开被保护电路，而不仅仅依据电流信号的波形进行电弧故障判断，提高了电弧故障检测的准确性，从而为被保护电路提供更加准确的安全保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的一种电弧故障保护装置的结构示意图；

图2为本发明公开的另一种电弧故障保护装置的结构示意图；

图3为本发明公开的另一种电弧故障保护装置的结构示意图；

图4为为本发明公开的另一种电弧故障保护装置的结构示意图；

图5为本发明公开的电弧故障保护装置中的电源电路的结构示意图；

图6为本发明公开的一种电弧故障保护装置的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明公开一种电弧故障保护装置，检测电弧故障的准确度更高，可以为被保护电路提供更准确的安全保护。需要说明是，本发明公开的电弧故障保护装置可以连接至各种电器设备的供电线上，为该电器设备提供安全保护，也可以连接在建筑物的总的供电线路上，为整个建筑提供安全保护。

参见图1，图1为本发明公开的一种电弧故障保护装置的结构示意图。该电弧故障保护装置包括脉冲波形检测电路100、高频谐波分量检测电路200、处理器300、保护电路400和电源电路500。

其中：

脉冲波形检测电路100的输出端与处理器300的第一输入端连接，用于采样流经被保护电路的电流信号，并将采样到的电流信号传输至处理器300。

高频谐波分量检测电路200的输出端与处理器300的第二输入端连接，用于采样该被保护电路的电流信号中的高频谐波分量，并将采样到的高频谐波分量传输至处理器300。

电源电路500与处理器300连接，为处理器300供电。

处理器300的输出端与保护电路400的控制端连接。处理器300获取由脉冲波形检测电路100采样到的电流信号，以及由高频谐波分量检测电路200采样到的高频谐波分量，据此判断被保护电路是否发生电弧故障，当确定被保护电路发生电弧故障时，向保护电路400输出断路控制信号。保护电路400在接收到处理器300输出的断路控制信号后，断开被保护电路，从而避免发生安全隐患。

其中，处理器300判断被保护电路是否发生电弧故障的过程包括：在第一预设时间内，从高频谐波分量检测电路200获取到至少N次高频谐波分量，并且确定脉冲波形检测电路100输出的电流信号至少出现T次故障脉冲波形。故障脉冲波形是指，在一个周期内出现两个幅值超过幅度阈值的直流脉冲信号。当被保护电路未出现电弧故障时，在一个周期内仅出现一个幅值超过幅度阈值的直流脉冲信号。

其中，第一预设时间可以为8个半周期或者7个周期，1个周期为1/50秒，当脉冲波形检测电路100内部采用半波整流时，T可设置为3，N可设置为9，当脉冲波形检测电路100内部采用全波整流时，T可设置为7，N可设置为16。

这里需要说明的是，被保护电路中出现的高频谐波分量不一定是由故障电弧引起的，也可能是好的电弧或其他谐波源引起的，只有当同时检测到高频谐波分量和故障脉冲波形时，才确定出现电弧故障。

本发明公开的电弧故障保护装置，同时检测被保护电路中的电流信号和该电流信号中的高频谐波分量，在第一预设时间内，当电流信号中出现至少N次高频谐波分量，并且电流信号出现至少T次故障脉冲波形时，确定被保护电路出现电弧故障，从而控制保护电路断开被保护电路，而不仅仅依据电流信号的波形进行电弧故障判断，提高了电弧故障检测的准确性，从而为被保护电路提供更加准确的安全保护。

实施中，脉冲波形检测电路100、高频谐波分量检测电路200和保护电路400可以采用多种结构实现，本发明对其中一种进行详细说明。

参见图2，图2为本发明公开的另一种电弧故障保护装置的结构示意图。该电弧故障保护装置包括脉冲波形检测电路100、高频谐波分量检测电路200、处理器300、保护电路400和电源电路500。

其中：

脉冲波形检测电路100包括第一电流互感器101、第一电阻R1、第二电阻R2、第一整流电路和第一电容C1。

被保护电路中的火线L穿过第一电流互感器101的中心孔，第一电流互感器的二次线圈的第一输出引脚接地，第一电流互感器101的二次线圈的第二输出引脚连接至第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端连接至第一整流电路的输入端，第一整流电路的输出端连接至第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端接地，同时第二电阻R2的第一端连接至处理器300的第一输入端。第一电容C1的一端连接至第二电阻R2的第一端，另一端接地。

在本方案中，第一整流电路采用第一二极管D1，也就是第一电阻R1的第二端连接至第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接至第二电阻R2的第一端。当然，第一整流电路还可以采用其他现有的整流电路，这里不再一一进行说明。

其中，第一电阻R1和第二电阻R2构成第一电流互感器101的输出信号源的工作负载，可以避免处理器300不采集信号时，该电路处于悬空状态，从而避免在处理器300的第一输入端产生高电压。第一整流电路（这里具体为第一二极管D1）用于将交流信号整形为直流信号。第一电容C1的作用是滤除直流信号中包含的高频信号。

作为优选方案，脉冲波形检测电路100还可以包括第三电阻R3和第四电阻R4。具体的：第二电阻R2的第一端连接至第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端连接至处理器300的第一输入端，也就是第二电阻R2通过第三电阻R3连接至处理器300的第一输入端，同时，第三电阻R3的第二端通过第四电阻R4接地。

第三电阻R3和第四电阻R4构成脉冲波形检测电路100的匹配电阻，第三电阻起到限流和分压的作用，第四电阻R4起到分压和下拉的作用。

另外，还可以在脉冲波形检测电路100中设置第一稳压管DB1，第一稳压管DB1的阴极连接至第三电阻R3和第四电阻R4的公共端、阳极接地。通过设置第一稳压管DB1，可以避免采样电压超出处理器300的承受范围而造成处理器300的损坏。

需要说明的是，第一电流互感器101的二次线圈输出的是与流经被保护电路的火线L的电流成预设比例的电流信号，而传输至处理器300的第一输入端的信号是与该电流信号成线性关系的电压信号。也就是说，流经被保护电路的火线L的电流的波形是以电压值来描述的。

高频谐波分量检测电路200包括第二电容C2、第三电容C3、第二整流电路和第五电阻R5。

第二电容C2的一端连接至第一电流互感器101的二次线圈的第二输出引脚，第二电容C2的另一端连接至第二整流电路的输入端，第二整流电路的输出端连接至第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端接地，第三电容C3并联在第五电阻R5的两端。第五电阻R5的第一端作为高频谐波分量检测电路200的输出端连接至处理器300的第二输入端。

在本方案中，第二整流电路采用第二二极管D2，也就是第二电容C2的另一端连接至第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极连接至第五电阻R5的第一端。当然，第二整流电路还可以采用其他现有的整流电路，这里不再一一进行说明。

其中，第二电容C2的作用是通高频电流、阻低频电流，第二整流电路（这里具体为第二二极管D2）具有整流作用，第三电容C3将不需要的高频信号接地滤除，第五电阻R5具有分压和下拉的作用。

需要说明的是，第一电流互感器101的二次线圈输出的电流信号中，仅有中高频信号可以通过第二电容C2，传输至处理器300的第二输入端的信号为与中高频信号的电流值成线性关系的电压信号。

实施中，第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3可以采用瓷片电容，独石电容或者片状电容。由于片状电容具有体积小、成本低的优势，因此第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3优选使用片状电容。

保护电路400包括脱扣器（图2中仅示出脱扣器的跳闸线圈TKQ）、第六电阻R6、第一开关管Q1和第三二极管D3。

脱扣器的动作机构串联在被保护电路的火线L上，第一开关管Q1的控制端通过第六电阻R6连接至处理器300的输出端，第一开关管Q1的输出端接地，第一开关管Q1的输入端连接至脱扣器的跳闸线圈TKQ的一端，脱扣器的跳闸线圈TKQ的另一端连接至第三二极管D3的阴极，第三二极管D3的阳极连接至火线L。

处理器300可以采用单片机。当处理器300输出断路控制信号后，经过第六电阻R6给第一开关管Q1的控制端提供触发脉冲，控制第一开关管Q1导通，此时脱扣器的跳闸线圈TKQ所在的回路被接通，有直流电流流过跳闸线圈TKQ，脱扣器的动作机构动作，断开被保护电路。

需要说明的是，图2中的第一开关管Q1具体为可控硅，因此第一开关管Q1的控制端为可控硅的控制极、输入端为可控硅的阳极、输出端为可控硅的阴极。当然，实施过程中第一开关管Q还可以采用三极管和场效应管。

实施中，可以在图1所示电弧故障保护装置中进一步设置漏电保护检测电路，该漏电保护检测电路的输出端与处理器300的第三输入端连接，漏电保护检测电路用于检测被保护电路中零线N和火线L之间的不平衡电流值。处理器300在确定被保护电路发生漏电时，输出断路控制信号至保护电路400。下面结合图3对漏电保护检测电路的结构进行说明。

参见图3，图3为本发明公开的另一种电弧故障保护装置的结构示意图。该电弧故障保护装置包括脉冲波形检测电路100、高频谐波分量检测电路200、处理器300、保护电路400、电源电路500和漏电保护检测电路600。其中，脉冲波形检测电路100、高频谐波分量检测电路200和保护电路400的结构与图2中一致，请参见前文描述，在此不再赘述。

漏电保护检测电路600包括第二电流互感器601、第一电解电容C4、信号放大电路602、第五电容C5、第二电解电容C6、第七电阻R7、第四二极管D4、第七电容C7和第八电阻R8。

被保护电路的零线N和火线L穿过第二电流互感器601的中心孔，第二电流互感器601的二次线圈的第一输出引脚接地，第二电流互感器601的二次线圈的第二输出引脚连接至第一电解电容C4的负极，第一电解电容C4的正极连接至信号放大电路602的输入端，信号放大电路602的输出端通过第五电容C5接地，同时信号放大电路602的输出端连接至第二电解电容C6的正极，第二电解电容C6的负极连接至第四二极管D4的阳极，第四二极管D4的阴极通过第八电阻R8接地，第七电容C7并联在第八电阻R8的两端，第七电阻R7的一端连接至第四二极管D4的阳极、另一端接地。第八电阻R8和第四二极管D4的公共端作为漏电保护检测电路600的输出端连接至处理器300的第三输入端。

信号放大电路602的一种结构如图3中所示，包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11和NPN型三极管Q2。其中，NPN型三极管Q2的基极通过第十电阻R10连接至第一电解电容C4的正极，同时NPN型三极管Q2的基极通过第九电阻R9连接至直流电源（图3中以+12V标示），NPN型三极管Q2的集电极通过第十一电阻R11连接至直流电源，NPN型三极管Q2的发射极接地。

第一电解电容C4具有通交流阻直流的作用。第九电阻R9和第十电阻R10具有限流和分压的作用，可以为NPN型三极管Q2提供静态工作点，保证采样信号输出在三极管的放大区域。第五电容C5具有除高频干扰的作用，第二电解电容C6具有隔直流通交流的作用，第七电阻R7具有储能作用，第四二极管D4具有整流作用，第七电容C7具有滤波、续流和除干扰的作用，第八电阻R8具有分压和下拉的作用。作为优选方案，漏电保护检测电路600中还可以设置第二稳压管DB2，第二稳压管DB2的阴极连接至第四二极管D4的阴极，第二稳压管DB2的阳极接地，第二稳压管DB2可以起到稳压作用。

需要说明的是，第二电流互感器601的二次线圈输出的是被保护电路中零线和火线之间的不平衡电流值，传输至处理器300的第三输入端的信号为与该不平衡电流值成线性关系的电压信号，该电压信号可以看作漏电压。

处理器300以预设时间间隔采集漏电保护检测电路600输出的漏电压，确定第二预设时间内采集到多个的漏电压的电压均值，之后比较该电压均值和漏电设定值，当电压均值大于漏电设定值时，确定被保护电路出现漏电现象，之后向保护电路400输出断路控制信号，以控制保护电路400断开被保护电路，避免出现安全事故。

本发明图3示出的电弧故障保护装置，不仅可以检测被保护电路是否出现故障电弧，还可以检测被保护电路是否发生漏电现象，当处理器300确定被保护电路出现故障电弧或者漏电现象时，控制保护电路400断开被保护电路，从而避免发生安全事故。

实施中，还可以在电弧故障保护装置中进一步设置测试电路，该测试电路能够在被保护电路中生成测试电流，该测试电流处于启动漏电保护的电流阈值范围内（该电流阈值范围为15毫安至30毫安），以确定被保护电路发生漏电时，保护电路400是否断开被保护电路。下面结合图4对测试电路的结构进行说明。

参见图4，图4为本发明公开的另一种电弧故障保护装置的结构示意图。该电弧故障保护装置包括脉冲波形检测电路100、高频谐波分量检测电路200、处理器300、保护电路400、电源电路500、漏电保护检测电路600和测试电路700。其中，脉冲波形检测电路100、高频谐波分量检测电路200、保护电路400和漏电保护检测电路600的结构与图3中一致，请参见前文描述，在此不再赘述，这里仅就与图3的区别之处进行说明。

测试电路700包括开关S1和第九电阻R9。第九电阻R9的一端通过开关S1连接至被保护电路的零线N，第九电阻R9的另一端通过电缆连接至被保护电路的火线L，并且电缆以穿过第二电流互感器602的中心孔的方式，环绕第二电流互感器602的中心孔预设圈数。

测试电路700要在被保护电路中产生处于启动漏电保护的电流阈值范围内的测试电流，该测试电流处于15毫安至30毫安之间。实施中，可以通过调整第九电阻R9的电阻值和连接第九电阻R9的线缆在第二电流互感器602的中心孔的环绕圈数，实现对测试电流的调整。

以一个实例进行说明。假定测试电路700要在被保护电路中产生30毫安的测试电流，可以调整第九电阻R9的电阻值，使得流经第九电阻R9的电流达到10毫安，同时，将连接第九电阻R9和火线L的线缆以穿过中心孔的方式，环绕第二电流互感器602的中心孔三圈，此时，测试电路700在被保护电路中产生30毫安的测试电流。

在电弧故障保护装置运行过程中，操作人员可以按下开关S1，之后观察保护电路400是否及时断开被保护电路，若保护电路400在预设时间内断开被保护电路，则确定电弧故障保护装置的漏电保护功能正常，若保护电路400未断开被保护电路，则确定电弧故障保护装置的漏电保护功能出现异常。

图4所示的电弧故障保护装置与图3所示电弧故障保护装置相比，可以进一步测试，在被保护电路发生漏电时，保护电路400是否及时断开被保护电路。

处理器300和漏电保护检测电路600都需要电源进行供电，实施中，处理器300和漏电保护检测电路600可以采用不同的供电装置进行供电，本发明公开电源电路500的一种结构。

参见图5，图5为本发明公开的电弧故障保护装置中的电源电路的结构示意图。该电源电路包括第一级电源转换电路和第二级电源转换电路。

其中，

第一级电源转换电路的输入端与被保护电路中的火线L和零线N连接、输出端与漏电保护检测电路600连接，第一级电源转换电路将市电转换为与漏电保护检测电路600适配的第一电源信号。第二级电源转换电路的输入端与第一级电源转换电路的输出端连接、输出端与处理器电路300连接，第二级电源转换电路将第一电源信号转换为与处理器300适配的第二电源信号。

具体的，第一级电源转换电路包括压敏电阻Z1、第八电容C8、第十二电阻R12、整流桥502、第三电解电容C9、第十三电阻R13和第三稳压管DB3。

其中，压敏电阻Z1的第一端连接至被保护电路的火线L、第二端连接至被保护电路的零线N，第八电容C8并联在压敏电阻Z1的两端。整流桥502的第一交流输入端（整流桥502中标示1处）通过第十二电阻R12连接至压敏电阻Z1的第一端，整流桥502的第二交流输入端（整流桥502中标示3处）连接至压敏电阻Z1的第二端，整流桥502的正输出端（整流桥502中标示2处）通过第十三电阻R13接地，整流桥502的负输出端（整流桥502中标示4处）接地。第三电解电容C9的正极连接至整流桥502的正输出端、阴极接地。第三稳压管DB3的阳极接地、阴极连接至底十三电阻R13的非接地端。

第十三电阻R13的非接地端作为第一级电源转换电路的输出端，输出与漏电保护检测电路600适配的第一电源信号，本发明中具体为输出+12V电源信号。

第二级电源转换电路包括第十四电阻R14、第十电容C10和第四电解电容C11。

其中，第十四电阻R14的一端连接至第一级电源转换电路的输出端，也就是第十四电阻R14的一端连接至第十三电阻R13的非接地端，第十四电阻R14的另一端通过第十电容C10接地，第四电解电容C11的正极连接至第十四电阻R14和第十电容C10的公共端，第四电解电容C11的阴极接地。

第十四电阻R14和第十电容C10的公共端作为第二级电源转换电路的输出端连接至处理器。

实施中，还可以在电源电路中进一步设置指示电路，如图5所示。该指示电路包括第十五电阻R15和发光二极管D5。发光二极管D5的阴极接地，阳极通过第十五电阻R15连接至第一级电源转换电路的输出端，也就是连接至第十三电阻R13的非接地端。当电源电路处于运行状态时，发光二极管D5发光，指示电源电路正常运行。

本发明上述公开了多种电弧故障保护装置，下面对其控制方法进行说明。参见图6，图6为本发明公开的一种电弧故障保护装置的控制方法的流程图。该控制方法应用于本发明图1所示的电弧故障保护装置，包括：

步骤S1：处理器获取脉冲波形检测电路和高频谐波分量检测电路的输出信号。

步骤S2：处理器在确定高频谐波分量检测电路在第一预设时间内输出高频谐波分量的次数达到第一次数，并且脉冲波形检测电路输出的信号在第一预设时间内出现故障脉冲波形的次数达到第二次数时，输出断路控制信号至保护电路。

处理器实时获取脉冲波形检测电路输出的电流信号，以及高频谐波分量检测电路输出的高频谐波分量。其中，脉冲波形检测电路输出的电流信号是对流经保护电路的电流信号进行采样得到的。另外，当被保护电路出现电弧故障时，高频谐波分量检测电路输出高频谐波分量，但高频谐波分量检测电路输出高频谐波分量时，被保护电路不一定出现电弧故障，该高频谐波分量可能是由好的电弧或其他谐波源引起的。

如果在第一预设时间内，高频谐波分量检测电路输出高频谐波分量的次数达到了第一次数，并且脉冲波形检测电路输出的信号出现故障脉冲波形的次数达到第二次数，则处理器确定被保护电路出现电弧故障，之后输出断路控制信号至保护电路，以控制保护电路断开被保护电路。

在图6所示的控制方法中，控制器获取脉冲波形检测电路输出的电流信号，以及高频谐波分量检测电路输出的高频谐波分量，在第一预设时间内，当高频谐波分量检测电路输出高频谐波分量的次数达到了第一次数，并且脉冲波形检测电路输出的信号出现故障脉冲波形的次数达到第二次数时，确定被保护电路出现电弧故障，从而控制保护电路断开被保护电路，而不仅仅依据电流信号的波形进行电弧故障判断，提高了电弧故障检测的准确性，从而为被保护电路提供更加准确的安全保护。

实施中，该第一预设时间可以为8个半周期或者7个周期，1个周期为1/50秒。当脉冲波形检测电路内部采用半波整流时，第一次数可设置为9，第二次数可设置为3，当脉冲波形检测电路内部采用全波整流时，第一次数可设置为16，第二次数可设置为7。

另外，当电弧故障保护装置还包括漏电保护检测电路（如图3和图4所示）时，该电弧故障保护装置的控制方法还包括：

处理器以预设时间间隔获取漏电保护检测电路输出的漏电压；

处理器计算在第二预设时间内获取到的漏电压的电压均值；

处理器比较电压均值和漏电设定值，当电压均值大于漏电设定值时，确定被保护电路发生漏电，输出断路控制信号至保护电路。

依据上述步骤可以判断被保护电路是否出现漏电现象，如果控制器确定被保护电路出现漏电现象，则输出断路控制信号至保护电路，以控制保护电路断开被保护电路。

在具体实施过程中，控制器可以先判断被保护电路是否出现电弧故障，若确定出现电弧故障，则输出断路控制信号至保护电路，若确定未出现电弧故障，再判断被保护电路是否出现漏电现象，在确定出现漏电现象时，输出短路控制信号至保护电路，在确定未出现漏电现象时，被保护电路继续运行。

控制器也可以先判断被保护电路是否出现漏电现象，若确定出现漏电现象，则输出断路控制信号至保护电路，若确定未出现漏电现象，再判断被保护电路是否出现电弧故障，在确定出现电弧故障时，输出断路控制信号至保护电路，在确定未出现电弧故障时，被保护电路继续运行。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (13)

1.一种电弧故障保护装置，其特征在于，包括脉冲波形检测电路、高频谐波分量检测电路、处理器、保护电路和电源电路；

所述脉冲波形检测电路用于采样流经被保护电路的电流信号，所述脉冲波形检测电路的输出端和所述处理器的第一输入端连接；

所述高频谐波分量检测电路用于采样所述被保护电路的电流信号中的高频谐波分量，所述高频谐波分量检测电路的输出端与所述处理器的第二输入端连接；

所述处理器获取流经所述被保护电路的电流信号和所述电流信号中的高频谐波分量，判断所述被保护电路是否发生电弧故障，当确定发生电弧故障时，所述处理器输出断路控制信号至所述保护电路；

所述保护电路与所述处理器连接，在接收到所述处理器输出的断路控制信号后，断开所述被保护电路；

所述电源电路与所述处理器连接，为所述处理器供电。

2.根据权利要求1所述的电弧故障保护装置，其特征在于，所述脉冲波形检测电路包括第一电流互感器、第一电阻、第二电阻、第一整流电路和第一电容；

所述被保护电路中的火线穿过所述第一电流互感器的中心孔，所述第一电流互感器的二次线圈的第一输出引脚接地，所述第一电流互感器的二次线圈的第二输出引脚连接至所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接至所述第一整流电路的输入端，所述第一整流电路的输出端连接至所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端接地，同时所述第二电阻的第一端连接至所述处理器的第一输入端，所述第一电容的一端连接至所述第二电阻的第一端、另一端接地。

3.根据权利要求2所述的电弧故障保护装置，其特征在于，所述脉冲波形检测电路还包括第三电阻和第四电阻；

所述第二电阻的第一端连接至所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接至所述处理器的第一输入端，同时，所述第三电阻的第二端通过所述第四电阻接地。

4.根据权利要求2或3所述的电弧故障保护装置，其特征在于，所述高频谐波分量检测电路包括第二电容、第三电容、第二整流电路和第五电阻；

所述第二电容的一端连接至所述第一电流互感器的二次线圈的第二输出引脚，所述第二电容的另一端连接至所述第二整流电路的输入端，所述第二整流电路的输出端连接至所述第五电阻的第一端，所述第五电阻的第二端接地，所述第三电容并联在所述第五电阻的两端；

所述第五电阻的第一端作为所述高频谐波分量检测电路的输出端连接至所述处理器的第二输入端。

5.根据权利要求4所述的电弧故障保护装置，其特征在于，所述保护电路包括脱扣器、第六电阻、第一开关管和第三二极管；

所述脱扣器的动作机构串联在所述被保护电路的火线上，所述第一开关管的控制端通过所述第六电阻连接至所述处理器的输出端，所述第一开关管的输出端接地，所述第一开关管的输入端连接至所述脱扣器的跳闸线圈的一端，所述脱扣器的跳闸线圈的另一端连接至所述第三二极管的阴极，所述第三二极管的阳极连接至所述火线。

6.根据权利要求1所述的电弧故障保护装置，其特征在于，还包括漏电保护检测电路，所述漏电保护检测电路用于检测所述被保护电路中零线和火线之间的不平衡电流值；所述处理器在确定发生漏电时，输出断路控制信号至所述保护电路。

7.根据权利要求6所述的电弧故障保护装置，其特征在于，所述漏电保护检测电路包括第二电流互感器、第一电解电容、信号放大电路、第五电容、第二电解电容、第七电阻、第四二极管、第七电容和第八电阻；

所述被保护电路的零线和火线穿过所述第二电流互感器的中心孔，所述第二电流互感器的二次线圈的第一输出引脚接地，所述第二电流互感器的二次线圈的第二输出引脚连接至所述第一电解电容的负极，所述第一电解电容的正极连接至所述信号放大电路的输入端，所述信号放大电路的输出端通过所述第五电容接地，同时所述信号放大电路的输出端连接至所述第二电解电容的正极，所述第二电解电容的负极连接至所述第四二极管的阳极，所述第四二极管的阴极通过所述第八电阻接地，所述第七电容并联在所述第八电阻的两端，所述第七电阻的一端连接至所述第四二极管的阳极、另一端接地；

所述第八电阻和所述第四二极管的公共端作为所述漏电保护检测电路的输出端连接至所述处理器的第三输入端。

8.根据权利要求7所述的电弧故障保护装置，其特征在于，所述信号放大电路包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻和NPN型三极管；

所述NPN型三极管的基极通过所述第十电阻连接至所述第一电解电容的正极，同时所述NPN型三极管的基极通过所述第九电阻连接至直流电源，所述NPN型三极管的集电极通过所述第十一电阻连接至所述直流电源，所述NPN型三极管的发射极接地。

9.根据权利要求8所述的电弧故障保护装置，其特征在于，所述电源电路包括第一级电源转换电路和第二级电源转换电路；

所述第一级电源转换电路的输入端与所述被保护电路中的火线和零线连接、输出端与所述漏电保护检测电路连接，所述第一级电源转换电路将市电转换为与所述漏电保护检测电路适配的第一电源信号；

所述第二级电源转换电路的输入端与所述第一级电源转换电路的输出端连接、输出端与所述处理器电路连接，所述第二级电源转换电路将所述第一电源信号转换为与所述处理器适配的第二电源信号。

10.根据权利要求7或8所述的电弧故障保护装置，其特征在于，还包括测试电路，所述测试电路能够在所述被保护电路中生成测试电流，以确定所述被保护电路发生漏电时，所述保护电路是否断开所述被保护电路。

11.根据权利要求10所述的电弧故障保护装置，其特征在于，所述测试电路包括：开关和第九电阻；

所述第九电阻的一端通过所述开关连接至所述被保护电路的零线，所述第九电阻的另一端通过电缆连接至所述被保护电路的火线，所述电缆以穿过所述第二电流互感器的中心孔的方式，环绕所述中心孔预设圈数。

12.一种电弧故障保护装置的控制方法，应用于权利要求1所述的电弧故障保护装置，其特征在于，所述方法包括：

所述处理器获取所述脉冲波形检测电路和所述高频谐波分量检测电路的输出信号；

所述处理器在确定所述高频谐波分量检测电路在第一预设时间内输出高频谐波分量的次数达到第一次数，并且所述脉冲波形检测电路输出的信号在第一预设时间内出现故障脉冲波形的次数达到第二次数时，确定被保护电路发生电弧故障，输出断路控制信号至保护电路，以控制所述保护电路断开被保护电路。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，当所述电弧故障保护装置还包括漏电保护检测电路时，所述方法还包括：

所述处理器以预设时间间隔获取所述漏电保护检测电路输出的漏电压；

所述处理器计算在第二预设时间内获取到的漏电压的电压均值；

所述处理器比较所述电压均值和漏电设定值，当所述电压均值大于所述漏电设定值时，确定所述被保护电路发生漏电，输出断路控制信号至所述保护电路。