CN208780777U - 电弧光检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电弧光检测装置，包括弧光检测探头和光电探测器；光电探测器包括封装外壳，封装外壳内设有连通的对接端口和光电探测腔，光电探测腔内相对设有两个凸透镜，两凸透镜之间设有分光镜，封装外壳内还设有补光口和补光灯，光电探测腔内远离对接端口的一端设有光电二极管和电信号输送导线；当由于电力故障出现电弧光时，弧光检测探头首先检测到弧光信号并通过光纤输送至光电探测器，由光电探测器快速转换成电信号并输送至与之配合使用的上位机，通过上位机产生断电信号至执行机构，由执行机构进行断电，本装置具有体积小、灵敏度高、反应速度快、抗干扰能力强、寿命长等优点，而且成本较低，易于大规模部署形成监控网络。

Description

电弧光检测装置

技术领域

本实用新型涉及开关柜电弧检测技术领域，尤其涉及一种检测电弧光的装置。

背景技术

短路是电网中尤为常见的电路故障之一，电路产生短路时会产生电弧，电弧发出的光称之为弧光，弧光的光度很强，且会产生非常高的能量，受控的弧光应用广泛，如照明、电气焊、炼钢、应用于卫星引擎等。然而当弧光不受控时就非常危险，而在电路短路过程中产生的弧光则为不受控弧光，具有极大的危害性。

另外，电弧温度极高(可达13000K以上)，在产生电弧时，电弧周围的气体会产生电离现象，被电离的气体会迅速扩张，气体被电离的扩张速度，可以参照电焊弧形成时的气体扩张速度数据，迅速扩张的气体能汽化其所遇到的一切物体，如果在开关柜内产生电弧，安装在开关柜内部的所有电力部件都会遭到严重的破坏，造成重大损失，且开关柜事故后恢复供电时间长，如果开关柜处于封闭状态，产生电弧时其内部短时间内产生的高温气体还会使开关柜发生爆炸，对工作人员的人身安全、企业的财产安全等都形成了严重威胁。

因此，研制一种能够在极短时间内检测到电弧的传感器就非常必要，这种传感器再配合其它控制、执行单元可在检测到电弧之后迅速切断电源，进而避免造成更大的破坏。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够有效提高弧光信号信噪比的电弧光检测装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：电弧光检测装置，包括弧光检测探头，所述弧光检测探头通过信号连接有光电探测器；所述光电探测器包括封装外壳，所述封装外壳一端设有对接端口，所述封装外壳内设有与所述对接端口连通的光电探测腔，所述光电探测腔内相对封堵有两个凸透镜，两所述凸透镜之间的所述光电探测腔内封堵有倾斜设置的分光镜，所述封装外壳上还设有与所述光电探测腔连通设置的补光口，所述补光口内嵌装有补光灯，所述补光灯与所述分光镜相对设置，所述光电探测腔内远离所述对接端口的一端与所述凸透镜相对设有光电二极管，所述光电二极管与所述补光灯串联设置且连接至供电电源，所述光电二极管还连接有电信号输送导线。

作为优选的技术方案，所述弧光检测探头通过光纤连接至所述光电探测器，所述光纤端部与所述对接端口之间设有光纤接头。

作为优选的技术方案，所述光纤接头包括固定的在所述光纤外侧的对接插头，所述对接插头与所述对接端口插接配合，所述对接插头外侧套装有卡簧对接盘，所述卡簧对接盘通过螺栓可拆卸连接至所述封装外壳。

作为优选的技术方案，所述对接端口与所述光电探测腔同轴设置。

作为优选的技术方案，所述封装外壳设置为铝合金壳体，所述铝合金壳体外表面设有氧化处理后的黑色避光层。

作为优选的技术方案，所述弧光检测探头包括安装座，所述安装座一侧固定罩扣有透明的集光罩，所述集光罩内套装有内衬罩，所述集光罩与所述内衬罩之间形成有集光腔，所述集光腔内围绕所述内衬罩螺旋盘设有光纤缆芯，所述光纤缆芯连接至位于所述集光罩外侧的所述光纤，所述集光腔内还填充有荧光层。

作为优选的技术方案，贯穿所述安装座设有透光孔，所述内衬罩与所述透光孔同轴设置，且所述内衬罩设置为透明罩体。

作为对上述技术方案的改进，所述荧光层包括荧光粉与水晶滴胶。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：电弧光检测装置安装在开关柜内，当由于电力故障出现电弧光时，弧光检测探头首先检测到弧光信号并通过光纤输送至光电探测器，由光电探测器快速转换成电信号并输送至与之配合使用的上位机，上位机产生断电信号至执行机构，由执行机构进行断电，本装置具有体积小、灵敏度高、反应速度快、抗干扰能力强、寿命长等优点，而且成本较低，易于大规模部署形成监控网络。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是本实用新型实施例弧光检测探头的结构示意图；

图3是本实用新型信号处理电路原理图；

图4是本实用新型信号处理电路工作过程中使用的各种电位生成电路的原理图；

图中：1-弧光检测探头；11-安装座；12-集光罩；13-内衬罩；14-光纤缆芯；15-荧光层；16-透光孔；2-光电探测器；21-封装外壳；22-对接端口；23-光电探测腔；24-凸透镜；25-分光镜；26-补光口；27-补光灯；28-光电二极管；29-电信号输送导线；3-光纤；4-对接插头；5-卡簧对接盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，电弧光检测装置，可以安装于开关柜内，包括弧光检测探头1，所述弧光检测探头1通过光纤信号连接有光电探测器2。当出现电弧时，所述弧光检测探头1受到电弧光的激发，产生特定波长的荧光，再经过所述光纤3传输到所述光电探测器2表面，产生电信号至信号处理电路，所述光电探测器2产生的电信号一般为电流信号，所述信号处理电路将信号转化放大为电压信号，随后对电压信号进行A/D转换处理，然后以USB接口形式或RS-485总线形式再接到上位机，由所述上位机对故障点的保护执行机构发出控制指令。图3所示为所述信号处理电路内用于处理电信号的相关电路及芯片，而图4所示为在电流信号处理过程中使用到的电位生成电路。

如图1所示，所述光电探测器2包括封装外壳21，所述封装外壳21一端设有对接端口22，所述封装外壳21内设有与所述对接端口22连通的光电探测腔23，所述光电探测腔23内相对封堵有两个凸透镜24，两所述凸透镜24之间的所述光电探测腔23内封堵有倾斜设置的分光镜25，所述封装外壳21上还设有与所述光电探测腔23连通设置的补光口26，所述补光口26内嵌装有补光灯27，所述补光灯27与所述分光镜25相对设置，所述光电探测腔23内远离所述对接端口22的一端与所述凸透镜24相对设有光电二极管28，所述光电二极管28与所述补光灯27串联设置且连接至供电电源，所述光电二极管28还连接有电信号输送导线29。

所述弧光检测探头1受到电弧光的激发产生光信号时，光信号通过所述光纤3输送至所述光电探测腔23内，通过两所述凸透镜24和所述分光镜25的处理后，激发所述光电二极管28工作，使所述补光灯27启动进行补光以增强光信号，进而增强所述光电探测器2输出端的电信号，以保证所述上位机能够获取到并进行处理，最终产生断电信号至执行机构，由执行机构进行电路切断，以保护开关柜内的其他电子部件。

本实施例中，所述对接端口22与所述光电探测腔23同轴设置，所述补光灯27为LED灯，LED灯启动电压小，亮度强，能够确保所述光电探测器2能够获取足够的光形成电信号。两所述凸透镜24和所述分光镜25分别通过紫外固化胶固定在所述光电探测腔23内，固定牢固，防止光由各镜体的周边扩散，避免光信号损失。而所述封装外壳21设置为铝合金壳体，所述铝合金壳体外表面设有氧化处理后的黑色避光层，两个所述凸透镜24和所述分光镜25都封闭在黑色壳体内，所述光纤3的对接端与所述分光镜25距离及两所述凸透镜24的位置，均由成像公式计算获得，但要保证所述凸透镜24的大小要与所述光纤3的散射角匹配，防止引起光的损失，上述安排布置可以减少光路的光噪声，提高接收光信号的信噪比。

所述弧光检测探头1通过光纤3连接至所述光电探测器2，所述光纤3端部与所述对接端口22之间设有光纤接头，所述光纤接头包括固定的在所述光纤3外侧的对接插头4，所述对接插头4与所述对接端口22插接配合，所述对接插头4外侧套装有卡簧对接盘5，所述卡簧对接盘5通过螺栓可拆卸连接至所述封装外壳21。所述光纤接头也可以设置为FC接口，所述光纤3为POF光纤，所述光电探测器2与所述光纤接头的连接简单、快捷、方便、可操作性高，实用性强，成本较低。

如图2所示，所述弧光检测探头1包括安装座11，所述安装座11上布置有安装孔，便于探头的安装固定，所述安装座11一侧固定罩扣有透明的集光罩12，所述集光罩12内套装有内衬罩13，所述集光罩12与所述内衬罩13之间形成有集光腔，所述集光腔内围绕所述内衬罩13螺旋盘设有光纤缆芯14，所述光纤缆芯14连接至位于所述集光罩12外侧的所述光纤3，所述光纤缆芯14用于吸收光信号，并传递至位于所述集光罩12外侧的所述光纤3内，由所述光纤3将光信号传递至所述光电探测器2进行进一步处理。所述集光罩12和所述内衬罩13的端面为U形结构，可以最有效的接收弧光。所述集光腔内还填充有荧光层15，所述荧光层15包括荧光粉与水晶滴胶，所述荧光粉与所述水晶滴胶按照一定质量比混合固化后，填充在所述集光腔内，形成弧光探测物质。所述荧光粉可以选择对紫外线敏感的氮化物红粉，其发射峰值波长为650nm。

贯穿所述安装座11设有透光孔16，所述内衬罩13与所述透光孔16同轴设置，且所述内衬罩13设置为透明罩体，使产生的弧光能够通过所述透光孔16进入至所述内衬罩13内，便于从所述弧光检测探头1内部形成荧光，以保证所述光纤缆芯14能够采集到足够的光束，以提高控制信号的产生速度。

本实用新型一般安装在开关柜、电器柜等控制设备内距离断路器等电力设备较近的位置，当由于电力故障出现电弧光时，弧光检测探头1首先检测到弧光信号并通过光纤3输送至光电探测器2，由光电探测器2快速转换成电信号并输送至与之配合使用的上位机，通过上位机产生断电信号至执行机构，由执行机构进行断电，以免故障进一步扩大，本装置具有体积小、灵敏度高、反应速度快、抗干扰能力强、寿命长等优点，而且成本较低，易于大规模部署形成监控网络。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.电弧光检测装置，包括弧光检测探头，其特征在于：所述弧光检测探头通过信号连接有光电探测器；

所述光电探测器包括封装外壳，所述封装外壳一端设有对接端口，所述封装外壳内设有与所述对接端口连通的光电探测腔，所述光电探测腔内相对封堵有两个凸透镜，两所述凸透镜之间的所述光电探测腔内封堵有倾斜设置的分光镜，所述封装外壳上还设有与所述光电探测腔连通设置的补光口，所述补光口内嵌装有补光灯，所述补光灯与所述分光镜相对设置，所述光电探测腔内远离所述对接端口的一端与所述凸透镜相对设有光电二极管，所述光电二极管与所述补光灯串联设置且连接至供电电源，所述光电二极管还连接有电信号输送导线。

2.如权利要求1所述的电弧光检测装置，其特征在于：所述弧光检测探头通过光纤连接至所述光电探测器，所述光纤端部与所述对接端口之间设有光纤接头。

3.如权利要求2所述的电弧光检测装置，其特征在于：所述光纤接头包括固定的在所述光纤外侧的对接插头，所述对接插头与所述对接端口插接配合，所述对接插头外侧套装有卡簧对接盘，所述卡簧对接盘通过螺栓可拆卸连接至所述封装外壳。

4.如权利要求1所述的电弧光检测装置，其特征在于：所述对接端口与所述光电探测腔同轴设置。

5.如权利要求1所述的电弧光检测装置，其特征在于：所述封装外壳设置为铝合金壳体，所述铝合金壳体外表面设有氧化处理后的黑色避光层。

6.如权利要求2至5任一权利要求所述的电弧光检测装置，其特征在于：所述弧光检测探头包括安装座，所述安装座一侧固定罩扣有透明的集光罩，所述集光罩内套装有内衬罩，所述集光罩与所述内衬罩之间形成有集光腔，所述集光腔内围绕所述内衬罩螺旋盘设有光纤缆芯，所述光纤缆芯连接至位于所述集光罩外侧的所述光纤，所述集光腔内还填充有荧光层。

7.如权利要求6所述的电弧光检测装置，其特征在于：贯穿所述安装座设有透光孔，所述内衬罩与所述透光孔同轴设置，且所述内衬罩设置为透明罩体。

8.如权利要求6所述的电弧光检测装置，其特征在于：所述荧光层包括荧光粉与水晶滴胶。