CN108899869A - 故障电弧保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种故障电弧保护电路，包括检测电路以及控制电路；所述控制电路与所述检测电路电连接；所述检测电路包括电阻R3、电阻R4以及调理电路；所述电阻R3、电阻R4依次串联在目标电路对应的火线与零线之间，所述电阻R3及所述电阻R4之间的连接处与所述调理电路电连接；所述调理电路用于对采集到的所述连接处的电压信号进行调理，并将调理后的所述电压信号传输至所述控制电路；所述控制电路用于对调理后的所述电压信号进行分析处理，以确定所述目标电路当前是否存在故障电弧。本发明可通过该电压信号准确的检测该目标电路当前是否存在故障电弧，与检测电流的方式相比，不存在误判的情况，进而提高了故障电弧检测的准确性。

Description

故障电弧保护电路
技术领域
本发明涉及电路技术领域，特别涉及一种故障电弧保护电路。
背景技术
电弧是一种气体游离放电现象，也是一种等离子体。电弧中的电流从微观上看是电子及正离子在电场作用下移动的结果，其中电子的移动构成电流的主要部分。电弧的特点是温度很高，电流很小，持续时间短，一旦出现击穿点则会频繁出现。电弧放电时，会产生大量的热，能引燃周围的易燃易爆品，造成火灾甚至爆炸。线路上的电弧可分为两种，一种是正常的操作弧，称“好弧”；另一种是故障电弧，称“坏弧”。“好弧”是指电机旋转(如电钻、吸尘器等)产生的电弧。当然，人们开关电器、插拔电器时产生的弧也属于“好弧”。“坏弧”即故障电弧，产生的原因包括线路接触不良，绝缘层老化等。理论上故障电弧主要分为三种：串联电弧、并联电弧和接地电弧。故障电弧的介质主要分为空气和碳化绝缘体两种。不同的电弧种类、电弧介质产生的电弧在电流电压信号的表现上有很大的不同。
目前，在故障电弧进行检测时，主要是通过电流互感器检测电路中的电流，通过电流的波形变化判断是否有故障电弧存在。但是，由于电流波形与负载相关，有的负载正常工作时的电流波形与故障电弧波形相似，进而可能由于负载的正常电流波形而判断有故障电弧存在时，造成故障电弧的误判，导致故障电弧的检测不准确。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种故障电弧保护电路，旨在解决现有通过检测电流的方式检测故障电弧时存在误判而导致检测不准确的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种故障电弧保护电路，其特征在于，包括检测电路以及控制电路；所述控制电路与所述检测电路电连接；
所述检测电路包括电阻R3、电阻R4以及调理电路；所述电阻R3、电阻R4依次串联在目标电路对应的火线与零线之间，所述电阻R3及所述电阻R4之间的连接处与所述调理电路电连接；
所述调理电路用于对采集到的所述连接处的电压信号进行调理，并将调理后的所述电压信号传输至所述控制电路；
所述控制电路用于对调理后的所述电压信号进行分析处理，以确定所述目标电路当前是否存在故障电弧。
进一步地，在一实施方式中，所述调理电路与所述控制电路的AD采样引脚电连接；
所述控制电路还用于通过所述AD采样引脚对调理后的所述电压进行采样，以得到预设周期的数字信号，计算所述数字信号对应的高频系数，并基于所述高频系数确定所述目标电路当前是否存在故障电弧。
进一步地，在一实施方式中，所述控制电路还用于分别基于所述高频系数确定所述预设周期中，每个周期对应的高频系数大于每个周期对应的预设系数的次数；并计算每个周期对应的次数大于每个周期对应的预设次数的周期个数；在所述周期个数大于预设值时，确定所述目标电路当前存在故障电弧。
进一步地，在一实施方式中，所述故障电弧保护电路还包括与所述控制电路电连接的脱扣驱动电路；
所述控制电路还用于在确定所述目标电路当前存在故障电弧时，发送脱扣控制信号至所述脱扣驱动电路；所述脱扣驱动电路用于根据接收到的脱扣控制信号所述脱扣驱动电路的脱扣机构执行脱扣操作。
进一步地，在一实施方式中，所述脱扣驱动电路包括：电阻R5、电阻R7、电容C1、可控硅Q1以及与所述目标电路电连接的脱扣机构RY；
所述电阻R5的一端与所述控制电路的输出端电连接，另一端与所述可控硅Q1的控制级电连接；
所述电阻R7与所述电容C1并联后，一端与所述控制级电连接，另一端接地；
所述可控硅Q1的阴极接地，所述脱扣机构RY的脱扣线圈的一端与所述可控硅Q1的阳极电连接，另一端与所述火线电连接。
进一步地，在一实施方式中，所述脱扣驱动电路还包括与所述脱扣机构RY连接的复位按键。
进一步地，在一实施方式中，所述脱扣驱动电路还包括测试开关、电阻R6及与用于为所述测试开关供电的测试电源；所述电阻R6的一端与所述控制级电连接，另一端与所述测试开关电连接。
进一步地，在一实施方式中，所述脱扣驱动电路还包括与所述可控硅Q1并接的压敏电阻ZR2。
进一步地，在一实施方式中，所述故障电弧保护电路还包括压敏电阻ZR1，所述压敏电阻ZR1连接在所述火线与零线之间。
进一步地，在一实施方式中，所述故障电弧保护电路还包括电源电路，所述电源电路的输入端与所述火线电连接，输出端与所述控制电路电连接
本发明技术方案通过调理电路采集设置在火线与零线之间的电阻R3及电阻R4的连接处的电压信号，控制电路根据该电压信号判断目标电路当前是否存在故障电弧，由于火线与零线之间的电压与目标电路的负载无关，在负载正常工作时，该电压的波形相对稳定，而在目标电路中存在故障电弧时，该电压的波形中会存在高频噪声，因此可通过该电压信号准确的检测该目标电路当前是否存在故障电弧，与检测电流的方式相比，不存在误判的情况，进而提高了故障电弧检测的准确性。
附图说明
图1为本发明故障电弧保护电路一实施例的结构示意图；
图2为本发明故障电弧保护电路另一实施例的结构示意图。
附图标号说明：
检测电路10 控制电路20 脱扣驱动电路30 电源电路40
调理电路50 电阻R1 电阻R2 电阻R3
电阻R4 电阻R5 电阻R6 电阻R7
压敏电阻ZR1 压敏电阻ZR2 电容C1 可控硅Q1
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种故障电弧保护电。
参照图1至2，图1为本发明故障电弧保护电一实施例的结构示意图；图2为本发明故障电弧保护电另一实施例的结构示意图。
在本发明实施例中，该故障电弧保护电包括检测电路10以及控制电路20；控制电路20与检测电路10电连接。
该检测电路10包括电阻R3、电阻R4以及调理电路11；电阻R3、电阻R4依次串联在目标电路对应的火线与零线之间，电阻R3及第二电路之间的连接处与调理电路11电连接。
本实施例中，由于火零线(L-N线)即火线与零线之间的电压仅与目标电路的电网有关、而与目标电路的负载无关，在目标电路正常运行时，该火线与零线之间电压的波形保持相对稳定的正弦波形，在目标电路发生故障电弧时，该电压的波形中会有高频噪声出现。因此，将电阻R3与电阻R4串接在目标电路对应的火线与零线之间，通过调理电路11采集电阻R3与电阻R4之间的连接处的电压，以通过该电压确定当前该目标电路是否存在故障电弧，其中，该目标电路对应的火线与零线为该目标电路电网的火线与零线。
调理电路11用于对采集到的连接处的电压信号进行调理，并将调理后的电压信号传输至所述控制电路20；控制电路20用于对调理后的所述电压信号进行分析处理，以确定所述目标电路当前是否存在故障电弧。
调理电路11可实时采集电阻R3及所述电阻R4之间的连接处的电压，并对采集到的电压信号进行调理，具体地，该调理电路11可对该电压信号进行稳压、滤波等操作，若调理电路11输出的调理后的电压信号与控制电路20所需要的信号的电压不符，则该调理电路11还可对该电压信号进行功率放大等操作，例如，调理电路11可将该电压信号调理成-1.65V—+1.65V的电压信号，以满足控制电路20的需求。
控制电路20在接收到调理后的电压信号时，对该电压信号进行分析处理，已根据分析结果确定目标电路当前是否存在故障电弧。
其中，零(N)线接地。电阻R3与电阻R4均为高压无感电阻，且电阻R3的电阻值及电阻R4的电阻值根据目标电路的电网及调理电路11进行合理设置。需要说明的是，参照图2，还可在该电阻R3与电阻R4的串联电路中串接其他电阻，例如，串接电阻R1与电阻R2，即将电阻R1、电阻R2、电阻R3与电阻R4串联在目标电路的火线与零线之间，电阻R1、电阻R2、电阻R3与电阻R4的电阻值根据目标电路的电网及调理电路11进行合理设置。
在一实施例中，该故障电弧保护电路还包括电源电路40，该电源电路40的输入端与火线电连接，输出端与控制电路20电连接。
该电源电路40用于为该控制电路20供电，该电源电路40的接地端可以与零线电连接。在其他实施例中，还可以采用与该控制电路20匹配的蓄电池等为该控制电路20供电。
需要说明的是，为防止雷击产生浪涌电流损坏电子元器件，故障电弧保护电路还包括压敏电阻ZR1，所述压敏电阻ZR1连接在所述火线与零线之间。具体地，该压敏电阻ZR1为高能型压敏电阻，该压敏电阻ZR1设置在火线与零线形成的电网中检测电路10以及电源电路40之前，以防止雷击产生浪涌电流损坏检测电路10以及电源电路40等电路的电子元器件。
本实施例中，控制电路20由单片机及其外围电路包括串口通信、烧录接口等组成。为增强解决电路的电磁干扰的能力，还可在合适的位置加入电容、电感等器件。
本发明技术方案通过调理电路11采集设置在火线与零线之间的电阻R3及电阻R4的连接处的电压信号，控制电路20根据该电压信号判断目标电路当前是否存在故障电弧，由于火线与零线之间的电压与目标电路的负载无关，在负载正常工作时，该电压的波形相对稳定，而在目标电路中存在故障电弧时，该电压的波形中会存在高频噪声，因此可通过该电压信号准确的检测该目标电路当前是否存在故障电弧，与检测电流的方式相比，本实施例的检测方式不存在误判的情况，进而提高了故障电弧检测的准确性。
参照图1至2，优选地，在一实施例中，调理电路11与所述控制电路20的AD采样引脚电连接；控制电路20还用于通过AD采样引脚对调理后的电压进行采样，以得到预设周期的数字信号，计算所述数字信号对应的高频系数，并基于所述高频系数确定所述目标电路当前是否存在故障电弧。
在本实施例中，控制电路20设有AD采样引脚，调理电路11通过该AD采样引脚与控制电路20电连接，控制电路20通过该AD采样引脚对调理电路11发送的调理后的电压进行采样，并进行AD转换，以得到预设周期的数字信号，在获取到数字信号时，控制电路20计算该数字信号对应的高频系数，而后根据高频系数确定所述目标电路当前是否存在故障电弧。具体地，可通过小波变换等方式得到该数字信号的高频系数。
其中，该周期为火线与零线之间交流信号的周期，即该数字信号的周期为预设个周期，该数字信号的周期的个数可以根据需求进行合理设置，以在准确判断当前是否存在故障电弧，降低控制电路20的数据处理量，提高处理效率。
参照图1至2，进一步地，在一实施例中，该控制电路20还用于分别基于所述高频系数确定所述预设周期中，每个周期对应的高频系数大于每个周期对应的预设系数的次数；并计算每个周期对应的次数大于每个周期对应的预设次数的周期个数；在所述周期个数大于预设值时，确定所述目标电路当前存在故障电弧。
在本实施例中，为每个周期设定对应的预设系数以及预设次数，各个周期可设置不同的预设系数及预设次数。并将预设系数以及预设次数关联存储在控制电路20的存储器中，控制电路20确定每个周期对应的高频系数，计算每个周期的高频系数中大于该周期对应的预设系数的高频系数的次数，并确定该次数是否大于该周期对应的预设次数，进而得到每个周期对应的次数大于每个周期对应的预设次数的周期个数，并在周期个数大于预设值时，确定所述目标电路当前存在故障电弧。
在其他实施例中，还可以为每个周期设置相同的预设系数以及预设次数，控制电路20确定每个周期对应的高频系数后，计算每个周期的高频系数中大于预设系数的高频系数的次数，并确定该次数是否大于该预设次数，进而得到每个周期对应的次数大于预设次数的周期个数，并在周期个数大于预设值时，确定所述目标电路当前存在故障电弧。或者，可直接设置预设周期对应的预设系数以及预设次数，在得到数字信号对应的高频系数时，控制电路20直接确定高频系数中大于预设系数的次数，在次数大于预设次数时，确定所述目标电路当前存在故障电弧。
进一步地，又一实施例中，参照图1至2，故障电弧保护电路还包括与所述控制电路20电连接的脱扣驱动电路30；
控制电路20还用于在确定所述目标电路当前存在故障电弧时，发送脱扣控制信号至所述脱扣驱动电路30；所述脱扣驱动电路30用于根据接收到的脱扣控制信号所述脱扣驱动电路30的脱扣机构执行脱扣操作。
本实施例中，脱扣驱动电路30的脱扣机构由脱扣线圈、复位机构、弹片、动静触点、弹簧等构成，火线/零线中设置动静触点，以形成火线/零线中的开关。脱扣驱动电路30根据接收到的脱扣控制信号所述脱扣驱动电路30的脱扣机构执行脱扣操作，即控制动静触点形成的开关断开，以断开火线/零线与目标电路之间的电连接，进而有效保护目标电路。
优选地，脱扣驱动电路30包括：电阻R5、电阻R7、电容C1、可控硅Q1以及与所述目标电路电连接的脱扣机构RY；电阻R5的一端与所述控制电路20的输出端电连接，另一端与所述可控硅Q1的控制级电连接；所述电阻R7与所述电容C1并联后，一端与所述控制级电连接，另一端接地；所述可控硅Q1的阳极与所述脱扣机构RY电连接，所述可控硅Q1的阴极接地。
该脱扣驱动电路30在接收到控制电路20发送的脱扣控制信号时，通过电阻R5、电阻R7，在电阻R7上产生正向压降信号，使得可控硅Q1导通，使得火线-脱扣机构RY的脱扣线圈-可控硅Q1-零线(零线接地)之间形成电流回路，使得脱扣机构RY供电后执行脱扣操作，以断开火线/零线与目标电路之间的电连接，进而有效保护目标电路。
需要说明的是，该脱扣驱动电路30还包括与所述脱扣机构RY连接的复位按键。
该复位按键与脱扣机构RY的动静触点电连接，通过按下该复位按键可是脱扣机构RY的动静触点复位。
参照图1至2，进一步地，在一实施例中，脱扣驱动电路30还包括测试开关、电阻R6及与用于为所述测试开关供电的测试电源；所述电阻R6的一端与所述控制级电连接，另一端与所述测试开关电连接。
需要说明的是，还可设置于该测试开关电连接的测试按键TEST，手动按下测试按键TEST时，该测试开关导通，测试电源将在分压电阻(R7)上产生正向压降信号，使可控硅Q1导通，使得火线-脱扣机构RY的脱扣线圈-可控硅Q1-零线(零线接地)之间形成电流回路，使得脱扣机构RY供电后执行脱扣操作，以断开火线/零线与目标电路之间的电连接，达到检测脱扣机构是否能正常脱扣动作的目的。
优选地，脱扣驱动电路30还包括与所述可控硅Q1并接的压敏电阻ZR2。该压敏电阻ZR2能够防止雷击产生浪涌使可控硅Q1导通，避免在无故障电弧时断开目标电路与火零线之间的电连接。
应当说明的是，本发明的各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域的技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种故障电弧保护电路，其特征在于，包括检测电路以及控制电路；所述控制电路与所述检测电路电连接；
所述检测电路包括电阻R3、电阻R4以及调理电路；所述电阻R3、电阻R4依次串联在目标电路对应的火线与零线之间，所述电阻R3及所述电阻R4之间的连接处与所述调理电路电连接；
所述调理电路用于对采集到的所述连接处的电压信号进行调理，并将调理后的所述电压信号传输至所述控制电路；
所述控制电路用于对调理后的所述电压信号进行分析处理，以确定所述目标电路当前是否存在故障电弧。
2.如权利要求1所述的故障电弧保护电路，其特征在于，所述调理电路与所述控制电路的AD采样引脚电连接；
所述控制电路还用于通过所述AD采样引脚对调理后的所述电压进行采样，以得到预设周期的数字信号，计算所述数字信号对应的高频系数，并基于所述高频系数确定所述目标电路当前是否存在故障电弧。
3.如权利要求2所述的故障电弧保护电路，其特征在于，所述控制电路还用于分别基于所述高频系数确定所述预设周期中，每个周期对应的高频系数大于每个周期对应的预设系数的次数；并计算每个周期对应的次数大于每个周期对应的预设次数的周期个数；在所述周期个数大于预设值时，确定所述目标电路当前存在故障电弧。
4.如权利要求1至3任一项中所述的故障电弧保护电路，其特征在于，所述故障电弧保护电路还包括与所述控制电路电连接的脱扣驱动电路；
所述控制电路还用于在确定所述目标电路当前存在故障电弧时，发送脱扣控制信号至所述脱扣驱动电路；所述脱扣驱动电路用于根据接收到的脱扣控制信号所述脱扣驱动电路的脱扣机构执行脱扣操作。
5.如权利要求4所述的故障电弧保护电路，其特征在于，所述脱扣驱动电路包括：电阻R5、电阻R7、电容C1、可控硅Q1以及与所述目标电路电连接的脱扣机构RY；
所述电阻R5的一端与所述控制电路的输出端电连接，另一端与所述可控硅Q1的控制级电连接；
所述电阻R7与所述电容C1并联后，一端与所述控制级电连接，另一端接地；
所述可控硅Q1的阴极接地，所述脱扣机构RY的脱扣线圈的一端与所述可控硅Q1的阳极电连接，另一端与所述火线电连接。
6.如权利要求5所述的故障电弧保护电路，其特征在于，所述脱扣驱动电路还包括与所述脱扣机构RY连接的复位按键。
7.如权利要求5所述的故障电弧保护电路，其特征在于，所述脱扣驱动电路还包括测试开关、电阻R6及与用于为所述测试开关供电的测试电源；所述电阻R6的一端与所述控制级电连接，另一端与所述测试开关电连接。
8.如权利要求5所述的故障电弧保护电路，其特征在于，所述脱扣驱动电路还包括与所述可控硅Q1并接的压敏电阻ZR2。
9.如权利要求1所述的故障电弧保护电路，其特征在于，所述故障电弧保护电路还包括压敏电阻ZR1，所述压敏电阻ZR1连接在所述火线与零线之间。
10.如权利要求1所述的故障电弧保护电路，其特征在于，所述故障电弧保护电路还包括电源电路，所述电源电路的输入端与所述火线电连接，输出端与所述控制电路电连接。
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