CN201051651Y - 一种故障电弧保护断路器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种故障电弧保护断路器，当电路中任何部分发生电弧时，能线性采集电流信号，有利于对信号作出正确判断。其技术方案为：该断路器包括安装在用电设备端的内部设有采样单元的信号采样模块、微机控制单元、安装在电网进线端的触点开关，该信号采样模块利用该采样单元采集电路中的信号送入该微机控制单元处理，该微机控制单元控制该触点开关的开闭，其中该采样单元的电流信号采样变压器采用空心电感。本实用新型应用于用电故障安全保护装置。

Description

一种故障电弧保护断路器
技术领域
本实用新型涉及一种用电故障安全保护装置，尤其涉及一种对故障电弧进行保护的断路器。
背景技术
现有的用电故障保护装置，分为接地故障断路器(Ground-fault CircuitInterrupter)，漏电流检测断路器(Leakage Current Detector Interrupter)和故障电弧断路保护器(Arc-Fault Circuit Interrupter)等。
接地故障断路器(GFCI)主要用来保护接地故障，当电器中火线或零线对地有电流流过时，GFCI会发生动作，切断电源。该保护器主要用于防止人在使用电器时发生如有触电现象发生，及时断开电源防止人体触电。
漏电流检测断路器(LCDI)主要用来防止所接电源线上发生电弧引起的火灾，当电源线上发生电弧时，由于导线上的特殊防护装置，会使断路器断开，防止电弧引起火灾。
故障电弧断路保护器(AFCI)主要用于电弧故障的检测，不仅可以对导线上的错误电弧检测，而且当导线以外的电器部分发生电弧时，AFCI通过对电路里电流信号的检测，判断识别错误电弧和正常电弧，当有可能引起火灾的故障电弧在电路中发生时，AFCI及时切断电路，防止火灾发生。
图1示出了现有技术中故障电弧保护断路器一个实施例的功能模块。请参见图1所示，该断路器主要由触点开关1、微机控制单元2和信号采样模块3组成。其中触点开关1设置在电源线5的电网一端，用于控制电源线5的导通和关断，信号采样模块3设置在电源线5的用电设备一端。当电路中有电弧出现时信号采样模块3采集相关信号，并送至微机控制单元2处理，当电弧是故障电弧时微机控制单元2发出触发信号给触点开关1以使其断开。该触点开关1可以是电磁触发式的触点开关。
在信号采样模块3内部依次串接采样单元31、带通滤波单元32、放大单元33和积分单元34。其中采样单元31连接在电源线5的用电设备一端，积分单元34的输出端连接微机控制单元2。采样单元31采集电源线5中的高频电流信号，采集到的高频电流信号经带通滤波单元32后成为系统所需要的频段的信号，该频段信号经过放大单元33放大后成为系统可以利用的理想幅值的信号，积分单元34将该信号做积分处理后输入微机控制单元2。经过上述的处理，微机控制单元2可以实时检测电源线路的运行状况，当有异常状态出现时，微机控制单元2根据信号的特点予以判断所出现的异常状态是正常电弧还是故障电弧。如果是故障电弧，则微机控制单元2发出触发信号，通过电磁触发器使触点开关断开，从而避免故障电弧引起火灾等危害。
图2示出了现有技术中故障电弧保护断路器另一实施例的功能模块。如图2所示，本实施例与图1实施例基本相同，唯一不同之处在于，放大单元33’和带通滤波单元32’处理信号的顺序对调，即先利用放大单元33’对采集到的电流信号进行放大，再利用带通滤波单元32’对放大后的信号转换成系统所需要的频段信号。这样的模块结构同样可以实现上述功能。
AFCI对电流信号检测时，需要采集发生电弧时特有频段的电流信号。而现有技术采用导磁性材料做磁芯的电流传感器。这种电流采集方式因磁性材料的饱和特性导致信号的非线性，不利于信号的正确判断。此外，现有技术中没有采用电流检测模块，微机控制系统判断依据相对较少，开关动作模式单一。
发明内容
本实用新型的目的在于解决上述问题，提供了一种故障电弧保护断路器，当电路中任何部分发生电弧时，能线性采集电流信号，有利于对信号作出正确判断。而且采用电流检测模块，微机控制系统根据回路中电流的不同，使断路器采取不同的保护时间动作。提高效率，实现断路器的智能识别动作功能。
本实用新型的技术方案为：本实用新型提出了一种故障电弧保护断路器，包括安装在用电设备端的内部设有采样单元的信号采样模块、微机控制单元、安装在电网进线端的触点开关，所述信号采样模块利用所述采样单元采集电路中的信号送入所述微机控制单元处理，其特征在于，所述断路器还包括一连接在用电设备端的电流检测模块，检测流经所述采样单元的电流信号，将处理后的信号送入所述微机控制单元，所述微机控制单元根据所述信号采样模块和所述电流检测模块送来的信号控制触点开关的开闭。
上述的故障电弧保护断路器，其中，所述电流检测模块进一步包括：
一交流信号滤波单元，将所述采样单元上的电流信号滤波为微小的交流信号；
一放大单元，连接所述交流信号滤波单元，将所述微小的交流信号放大为所述微机控制单元可识别的电流信号。
上述的故障电弧保护断路器，其中，所述采样单元的电流信号采样变压器采用空心电感。
上述的故障电弧保护断路器，其中，所述信号采样模块进一步包括与所述采样单元依次串接的带通滤波单元、放大单元以及积分单元，所述带通滤波单元将采集到的电流信号转换成系统所需的频段信号，所述放大单元对所述频段信号进行放大，所述积分单元对放大后的频段信号做积分处理后输入所述微机控制单元。
上述的故障电弧保护断路器，其中，所述信号采样模块进一步包括与所述采样单元依次串接的放大单元、带通滤波单元以及积分单元，所述放大单元对采集到的电流信号进行放大，所述带通滤波单元将放大后的电流信号转换成系统所需的频段信号，所述积分单元对放大后的频段信号做积分处理后输入所述微机控制单元。
上述的故障电弧保护断路器，其中，所述触点开关是电磁控制的触点开关。
上述的故障电弧保护断路器，其中，所述空心电感中，其骨架采用非磁性材料，骨架内不加磁芯。
上述的故障电弧保护断路器，其中，所述空心电感中，其骨架采用非磁性材料，且该骨架的中空部分装有采用非磁性材料的磁芯。
上述的故障电弧保护断路器，其中，所述电感范围为0.01微亨到500微亨。
本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型的断路器通过插头或插座的形式，接在用电设备和电网之间。当用电设备因为电线老化等原因发生可能引起火灾的故障电弧时，该断路器通过非磁性材料骨架的空心电感的电流信号采样变压器去采集流经用电设备的电压或电流，并通过电流检测模块将电流信号采样变压器采集到的电流经滤波放大后输出至微机控制单元，微机控制单元探测到故障电弧，并触发触电开关使电路断路，从而及时熄灭故障电弧，防止火灾等故障发生。
附图说明
图1是现有技术的故障电弧保护断路器一个实施例的功能模块图。
图2是现有技术的故障电弧保护断路器另一实施例的功能模块图。
图3是本实用新型的故障电弧保护断路器的一个实施例的功能模块图。
图4是本实用新型的故障电弧保护断路器的另一实施例的功能模块图。
图5是本实用新型故障电弧保护断路器中的采样单元变压器的空心电感一较佳实施例的立体结构图。
图6是图5所示实施例的剖视图。
图7是本实用新型故障电弧保护断路器中的采样单元变压器的空心电感另一较佳实施例的立体结构图。
图8是图7所示实施例的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
图3示出了本实用新型的一个较佳实施例的原理。请参见图3，本实施例在图1所示的现有的故障电弧保护断路器的基础上，增加了一个电流检测模块4。也即，故障电弧保护断路器包括：触点开关1、信号采样模块3、电流检测模块4以及微机控制单元2。信号采样模块3的内部结构以及模块的工作原理同现有技术是相同的，因此不再赘述。电流检测模块4检测流经采样单元31的电流信号，处理后送至微机控制单元2。微机控制单元2根据信号采样模块3和电流检测模块4送来的信号，实时检测电源线路的运行状况，当有异常状态出现时，微机控制单元2根据信号的特点(例如电流信号突然大于预设值等)予以判断所出现的异常状态是正常电弧还是故障电弧。如果是故障电弧，则微机控制单元2发出触发信号，通过电磁触发器使触点开关1断开，从而避免故障电弧引起火灾等危害。
电流检测模块4内部包括交流信号滤波单元41和与之连接的放大单元42。采样单元31的原边线圈串接在电源线5中，当电源线5中有电流经过，采样单元31的原边线圈上的电流信号经过交流信号滤波单元41滤波为微小的交流信号。该微小的交流信号经过放大单元42放大成微机控制单元2可识别的电流信号后输入至微机控制单元2。微机控制单元2据此判断出电源线5中的电流大小，根据这个电流大小和积分单元34的信号，触发触点开关，采取不同的保护时间动作，电流越大则保护时间越短。其中积分单元34是高频电弧信号采集回路，只有当微机控制单元2接收到积分单元34发送来的电弧信号时，电源线5中的电流过大才会加快保护时间。如果积分单元34没有产生电弧信号，即使电流再大也不会产生保护。
图4示出了本实用新型的另一较佳实施例的原理。请参见图4，图4实施例与图3实施例的区别在于：在信号采样模块3内部，图3实施例是先将采样单元采集的信号进行带通滤波，再放大、积分；而本实施例是先将采样单元采集的信号通过放大单元33’进行放大处理，再经带通滤波单元32’滤波后进行积分。其余模块或单元的连接方式、工作原理均与图3实施例相同，因此不再赘述。
上述两个实施例中，采样单元31的电流信号采样变压器所采用的可以是传统的电感，也可为空心电感。采样变压器的原边5-10扎铜线绕在副边的采样电感上，较佳地应采用空心电感。
通常的电感中，其线圈缠绕在骨架上，骨架中空，其内装有磁芯，其中磁芯采用磁性材料制成。图5示出了本实用新型的采样单元中电流信号采样电感一个实施例的结构。图6是图5的剖视图。如图5和图6所示，电感由线圈51、骨架52、和磁芯53组成，较之传统电感，其骨架52和磁芯53均采用非磁性材料，例如木块、塑料等。
图7示出了本实用新型的采样单元中电流信号采样电感另一实施例的结构。图8是图7的剖视图。如图7和图8所示，电感由线圈61和骨架62组成，较之传统电感，其骨架62采用非磁性材料，且其中不装磁芯。
上述两个实施例的结构均可使电感值足够小，使电感范围达到0.01微亨到500微亨。因为只有在电感值足够小的情况下，才能保证采集到电路中细微的高频信号，保证线性采集电流信号，从而便于处理和检测电路中的异常状态。应理解，本实用新型的发明点在于采用了电流检测模块检测处理电流大小，以此作为电弧故障的判断依据，实施例仅用于示例。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的普通技术人员可在不脱离本实用新型的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (9)

1.一种故障电弧保护断路器，包括安装在用电设备端的内部设有采样单元的信号采样模块、微机控制单元、安装在电网进线端的触点开关，所述信号采样模块利用所述采样单元采集电路中的信号送入所述微机控制单元处理，其特征在于，所述断路器还包括一连接在用电设备端的电流检测模块，检测流经所述采样单元的电流信号，将处理后的信号送入所述微机控制单元，所述微机控制单元根据所述信号采样模块和所述电流检测模块送来的信号控制触点开关的开闭。
2.根据权利要求1所述的故障电弧保护断路器，其特征在于，所述电流检测模块进一步包括：
一交流信号滤波单元，将所述采样单元上的电流信号滤波为微小的交流信号；
一放大单元，连接所述交流信号滤波单元，将所述微小的交流信号放大为所述微机控制单元可识别的电流信号。
3.根据权利要求1所述的故障电弧保护断路器，其特征在于，所述采样单元的电流信号采样变压器采用空心电感。
4.根据权利要求1或3所述的故障电弧保护断路器，其特征在于，所述信号采样模块进一步包括与所述采样单元依次串接的带通滤波单元、放大单元以及积分单元，所述带通滤波单元将采集到的电流信号转换成系统所需的频段信号，所述放大单元对所述频段信号进行放大，所述积分单元对放大后的频段信号做积分处理后输入所述微机控制单元。
5.根据权利要求1或3所述的故障电弧保护断路器，其特征在于，所述信号采样模块进一步包括与所述采样单元依次串接的放大单元、带通滤波单元以及积分单元，所述放大单元对采集到的电流信号进行放大，所述带通滤波单元将放大后的电流信号转换成系统所需的频段信号，所述积分单元对放大后的频段信号做积分处理后输入所述微机控制单元。
6.根据权利要求1或3所述的故障电弧保护断路器，其特征在于，所述触点开关是电磁控制的触点开关。
7.根据权利要求1或3所述的故障电弧保护断路器，其特征在于，所述空心电感中，其骨架采用非磁性材料，骨架内不加磁芯。
8.根据权利要求1或3所述的故障电弧保护断路器，其特征在于，所述空心电感中，其骨架采用非磁性材料，且该骨架的中空部分装有采用非磁性材料的磁芯。
9.根据权利要求1或3所述的故障电弧保护断路器，其特征在于，所述电感范围为0.01微亨到500微亨。
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