CN108110736B - 一种电弧光保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电弧光保护装置，包括：弧光探头，用于收集母线接头短路放电时产生的弧光并进一步激发为荧光用以输出，或者用以探测环境漏光所产生的可见光并用以输出；光纤，其通过连接器与弧光探头连接，用以传输弧光探头输出的荧光和/或可见光；控制端，其通过连接器与光纤连通，该光纤传输的所述荧光和/或可见光输入该控制端，经该控制端识别为由母线接头短路放电时产生或由环境漏光导致，从而分别切断电源保护母线或者发出保护系统故障的报警信号。本发明的装置具备了传统弧光保护系统的所有功能，保留了传统装置的所有优点，并提高了弧光保护装置的稳定性，使其更适用于电力系统。

Description

一种电弧光保护装置
技术领域
本发明属于电弧光保护系统技术领域，具体涉及一种电弧光保护装置。
背景技术
智能电弧光保护系统基于开关柜发生短路后会产生弧光放电的原理，将光纤连接着的弧光探头对着母线接头处安装，一旦发生短路现象，探头感知弧光放电，并通过光纤将相应的光信号传递至控制端，系统最快能在母线短路几毫秒后就切断电源，从而确保人员安全，降低设备损失。除了反应速度快，电弧光保护系统的光学探头与控制端之间采用的是绝缘光纤连接，母线短路时的强电磁干扰难以影响到保护系统的控制端，系统的抗电磁干扰能力强。
电弧光保护系统为了保证判别有效，防止误拉电闸，需要屏蔽掉太阳光、常用白光手电筒的干扰。根据有关研究，弧光放电中含有一些300～400nm波长的紫外光成分，而自然光、常用手电筒中仅有微量紫外成分，因此，出现紫外波段的强光信号是产生了弧光放电的特征。然而，紫外光在常规的玻璃、塑料光纤中衰减严重，价格昂贵的石英光纤才能有效传输紫外光；通常型号的光电探测器PIN管、硅光电池也无响应测紫外光能量。环境中的可见光会被滤光片吸收，不会对控制端中的探测器造成干扰。
然而在电弧光保护系统的使用过程中，由于接头松动、老化，老鼠咬断光纤，人员操作失误等原因，可能导致光纤接头、光纤端面暴露在外，环境光线很有可能进入探测器，引起误判，造成损失。因此需要更加可靠的电弧光保护系统，防止这类误判。专利文献CN201210063216.3提供了一种弧光保护方案，其通过设置一个具有自检触发光源和光探测器的光学分束器，通过自检触发光源发光激发荧光粉，光探测器探测该荧光，完成对整个光路的检查。该方案对光路的自检是主动式的，不可能做到对光路的实时监测，另外，其是自检与弧光探测无法同时进行。
发明内容
本发明的目的是针对目前存在的上述问题，提出一种弧光保护装置，其通过优化的结构设计，使得其不仅具备传统弧光保护系统的所有功能，还能够在系统出现漏光时报警，防止误拉电闸。
为实现上述目的，按照本发明的方案，提供一种电弧光保护装置，包括：
弧光探头，用于收集母线接头短路放电时产生的弧光并进一步激发为荧光用以输出，或者用以探测环境漏光所产生的可见光并用以输出；
光纤，其通过连接器与所述弧光探头连接，用以传输弧光探头输出的荧光和/或可见光；
控制端，其通过连接器与所述光纤连通，该光纤传输的所述荧光和/或可见光输入该控制端，经该控制端识别为由母线接头短路放电时产生或由环境漏光导致，从而分别切断电源保护母线或者发出保护系统故障的报警信号。
其中，所述控制端包括分光器、由包括第一光电探测器与可透过荧光而吸收其他可见光的第一滤光片的第一光路、以及由包括第二光电探测器与可吸收荧光而透过其他可见光的第二滤光片的第二光路，其中，所述分光器通过连接器与光纤连接，其用于将其输入的荧光和/或可见光分光为两路以分别输入所述第一光路和第二光路，经相应波段的所述第一光电探测器或第二光电探测器的响应，从而可识别出母线接头短路放电或环境漏光。
作为本发明的改进，所述探测器的电路中设置有延时器，以对探测器的响应相对所述探测器适当延时，从而保证准确探测漏光故障，且及时发出漏光报警信号。
作为本发明的改进，所述弧光探头包括沿光轴依次安装的透镜、紫外透过滤光片和荧光涂料，其中所述透镜和紫外透过滤光片用于吸收可见光以透过紫外光，排除环境光的干扰，所述荧光涂料由紫外光激发可见光的荧光粉调配而成，以用于产生荧光。
作为本发明的改进，所述控制端接收两路探测器的响应并进行判断的具体过程为：(1)假如两路探测器均无响应，则系统等待；(2)假如第一探测器出现响应，并且第二探测器不响应，表明出现弧光放电现象，应立即切断电源，保护母线；(3)假如第二探测器出现响应，则表明系统出现漏光现象，进行报警。
作为本发明的改进，所述滤光片优选为光学绿玻璃或绿色窄带滤波片。
作为本发明的改进，所述滤光片优选为光学红玻璃或红色窄带滤波片。
作为本发明的改进，所述光纤优选为塑料光纤。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
(1)本发明所述电弧光保护装置在光纤折断、接头松动等故障发生时出现误报的可能性最小，具有最高的可靠性，采用了两路探测器实时被动监测，在装置破损出现环境光泄露的瞬间，两路探测器都会出现响应，系统会正确的发出报警信号。
(2)本发明所述装置具备了传统弧光保护系统的所有功能，保留了传统装置的所有优点，并提高了弧光保护装置的稳定性，使其更适用于电力系统。
附图说明
图1为本发明一个实施例的弧光保护装置的控制端示意图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本实施例的保护装置包括弧光探头、光纤2、控制端3，其中光纤2通过连接器21、连接器22分别与弧光探头、控制端3相连接。
弧光探头可以为传统的弧光保护系统的探头，沿光轴依次安装透镜，紫外透过滤光片，荧光涂料，光纤连接器。其中，透镜；紫外透过滤光片用于吸收可见光，排除环境光的干扰；荧光涂料为专用胶水与紫外光激发可见光的荧光粉调配而成，为方便说明，本实施例中采用发绿光的荧光粉；光纤连接器可采用常规型号，本实施例中优选采用FC母头。
光纤2本实施例中优选直径2mm左右的塑料光纤。塑料光纤纤芯直径大，可传输可见光，便于弧光探头将荧光耦合进光纤，价格低廉，益于采用。常规的玻璃光纤口径为几十微米，耦合难度较大，大口径的特种玻璃光纤售价很高，不益采用。石英光纤虽然可以传输紫外光，但口径小，并且价格昂贵，同样长度的石英光纤价格约为塑料光纤的几百倍，不益于大规模采用。本实施例中塑料光纤两端安装FC公头。
控制端3如图1所示，沿光轴依次安装FC母头30，分光器，滤光片33，滤光片34，光电探测器35，光电探测器36，信号处理电路37。
分光器作用是将塑料光纤中传入的光分为两路，可按如下方法制作。在FC母头中塞入4根直径较小的塑料光纤的一端，使小口径塑料光纤的端面通过FC连接器与大口径塑料光纤端面耦合，4根较小口径塑料光纤的另一端分为两路(图1中31、32)，每一路的两根光纤出光端用套筒固定。
滤光片33采用能够透过荧光，吸收其他波段可见光的材料，本实施例中优选可选用光学绿玻璃或绿色窄带滤波片。
滤光片34采用吸收荧光，但可透过其他某种可见光的材料，本实施例中优选可选用光学红玻璃或红色窄带滤波片。
本实施例中，探测器35、探测器36优选PIN管，PIN管对可见光信号的灵敏度很高，但也可采用其他类型的探测器。
信号处理电路37包括有探测器35、探测器36各自对应的信号放大器、比较器，比较器输出高电平表明其前端探测器接收到光信号，比较器输出低电平表明前端探测器没有接收到光信号。探测器35的电路中设置了延时器，是因为当系统出现漏光时，探测器35、探测器36都会响应，而两路探测电路的工作速度不可能完全相同，根据本发明的判决机制，为了保证在漏光现象出现的一瞬间能够给出报警信号，防止误判，应当优先让探测器36响应，所以对探测器35的响应适当延时，在本实施例中延时设置为1ms。两路信号进入逻辑电路，根据本发明的判别机制，判断是否输出漏光报警信号或切断电源信号。
需要指出的是，探测器36对应的放大电路应具备较高的信号放大倍数，即使有微弱的环境光线进入探测器36就应发出报警信号，这样可以使得漏光现象出现的一瞬间就立刻发出报警；探测器35的信号放大倍数应根据实际情况调整，需要有足够强的紫外光照射至弧光探头探测器35才做出响应。
本发明的电弧光智能识别方法，具备了传统弧光保护系统的所有功能，还能够在系统出现漏光时报警，具体如下：
(1)弧光系统完好时。假如母线接头发生短路，弧光探头接收放电产生的弧光，探头中的滤光片吸收可见光成分，紫外成分透过滤光片激发荧光粉，发出荧光，荧光通过玻璃或塑料光纤后，被分光装置分为两路，一路通过滤光片到达探测器A，另一路被滤光片吸收无法到达探测器B。探测器A响应而探测器B不响应，经过所述判别机制，表明探测器的响应是弧光引起的，将切断电源保护母线。
(2)弧光探头、光纤、光纤接头等部位发生破损时。当上述任一部位被破坏后，阳光、灯光、手电筒光等环境光线能够进入分光装置，由于上述光源通常为宽谱白色光，因此既有能通过探测器A前端滤光片的光，也有能通过探测器B前端滤光片的光。探测器A和探测器B都出现响应，经过所述判别机制，表明探测器的响应是由环境光引起的，系统报警，提醒工作人员检查弧光装置。
上述实施例仅是说明性的，并不构成是对本发明的限定。例如，某些特殊型号的PIN管已经集成了窄带滤波片，使其只对特定波长的光有响应，因此使用该类PIN管时无需在探测器前端安装滤光片。类似这种根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电弧光保护装置，其可在电力系统故障时及时切断供电保护母线，且可避免由环境漏光导致的误切断，从而实现对电力系统的保护，其特征在于，该装置包括：
弧光探头，用于收集母线接头短路放电时产生的弧光并进一步激发为荧光用以输出，或者用以探测环境漏光所产生的可见光并用以输出；
光纤，其通过连接器与所述弧光探头连接，用以传输弧光探头输出的荧光和/或可见光；
控制端，其通过连接器与所述光纤连通，该光纤传输的所述荧光和/或可见光输入该控制端，经该控制端识别为由母线接头短路放电时产生或由环境漏光导致，从而分别切断电源保护母线或者发出保护系统故障的报警信号；
其中，所述控制端包括分光器、第一光路、以及第二光路，其中，第一光路包括第一光电探测器与可透过荧光而吸收其他可见光的第一滤光片，第二光路包括第二光电探测器与可吸收荧光而透过其他可见光的第二滤光片，所述分光器通过连接器与光纤连接，其用于将其输入的荧光和/或可见光分光为两路以分别输入所述第一光路和第二光路，经相应波段的所述第一光电探测器或第二光电探测器的响应，从而可识别出母线接头短路放电或环境漏光；
所述控制端接收两路探测器的响应并进行判断的具体过程为：(1)假如两路探测器均无响应，则系统等待；(2)假如第一探测器出现响应，并且第二探测器不响应，表明出现弧光放电现象，应立即切断电源，保护母线；(3)假如第二探测器出现响应，则表明系统出现漏光现象，进行报警。
2.根据权利要求1所述的一种电弧光保护装置，其特征在于，所述探测器的电路中设置有延时器，以对探测器的响应相对所述探测器适当延时，从而保证准确探测漏光故障，且及时发出漏光报警信号。
3.根据权利要求1所述的一种电弧光保护装置，其特征在于，所述弧光探头包括沿光轴依次安装的透镜、紫外透过滤光片和荧光涂料，其中所述透镜和紫外透过滤光片用于吸收可见光以透过紫外光，排除环境光的干扰，所述荧光涂料由紫外光激发可见光的荧光粉调配而成，以用于产生荧光。
4.根据权利要求1-3之一所述的一种电弧光保护装置，其特征在于，所述第一滤光片为光学绿玻璃或绿色窄带滤波片。
5.根据权利要求1-3之一所述的一种电弧光保护装置，其特征在于，所述第二滤光片为光学红玻璃或红色窄带滤波片。
6.根据权利要求1-3之一所述的一种电弧光保护装置，其特征在于，所述光纤为塑料光纤。
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