CN212905254U - 故障电弧检测电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种故障电弧检测电路及装置，所述电路包括电流传感器、谐振电路、信号过滤模块及管理控制单元；电流传感器设置于交流线路上，电流传感器的输出端、谐振电路、信号过滤模块及管理控制单元依次连接；电流传感器，用于获取交流线路上的高频信号；谐振电路，用于对高频信号进行选频放大；信号过滤模块，用于根据高频信号的信号脉冲和信号幅值对高频信号中的干扰信号进行过滤，并根据过滤后的高频信号输出相应的脉冲信号；管理控制单元，用于根据接收到的脉冲信号的频率发送对应的告警信号。本实用新型能够从采集到的高频信号中筛选出干扰信号进行过滤，避免干扰信号造成故障电弧检测的误报警，提升故障电弧告警的准确率。

Description

故障电弧检测电路及装置

技术领域

本实用新型涉及电路电子领域，尤其涉及故障电弧检测电路及装置。

背景技术

目前，故障电弧的检测方式主要为：从交流市电的零线或火线上提取高频噪音信号，并通过谐振电路对主要频段的高频信号进行选频放大，以过滤其他频段上的干扰信号。

然而，在故障电弧的实际检测过程中，部分负载设备在工作时会产生与故障电弧相似的干扰信号，该干扰信号具有与故障电弧相似或相同的频率，能够通过谐振电路进入控制单元，从而使得控制单元在检测到干扰信号时发生误报警现象。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种故障电弧检测电路及装置，旨在解决现有的故障电弧检测无法过滤相同频率的干扰信号的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种故障电弧检测电路，电流传感器、谐振电路、信号过滤模块及管理控制单元；

所述电流传感器设置于交流线路上，所述电流传感器的输出端与所述谐振电路的输入端连接，所述谐振电路的输出端与所述信号过滤模块的输入端连接，所述信号过滤模块的输出端与所述管理控制单元连接；

所述电流传感器，用于获取所述交流线路上的高频信号；

所述谐振电路，用于对所述高频信号进行选频放大；

所述信号过滤模块，用于根据所述高频信号的信号脉冲和信号幅值对所述高频信号中的干扰信号进行过滤，并根据过滤后的高频信号输出相应的脉冲信号；

所述管理控制单元，用于根据接收到的脉冲信号的频率发送对应的告警信号。

可选地，所述信号过滤模块包括脉冲过滤模块和幅值过滤模块；

所述脉冲过滤模块的输入端与所述谐振电路的输出端连接，所述脉冲过滤模块的输入端与所述幅值过滤模块的输入端连接，所述幅值过滤模块的输出端与所述管理控制单元连接；

所述脉冲过滤模块，用于根据高频信号转换得到的信号脉冲对高频信号进行过滤；

所述幅值过滤模块，用于将信号幅值低于预设幅值阈值的高频信号进行过滤。

可选地，所述脉冲过滤模块包括模数转换模块、计数模块及第一逻辑电路；

所述模数转换电路的输入端与所述谐振电路的输出端连接，所述模数转换电路的输出端与所述计数模块的输入端连接，所述计数模块的输出端与所述第一逻辑电路的第一输入端连接，所述谐振电路的输出端还与所述第一逻辑电路的第二输入端连接，所述第一逻辑电路的输出端与所述幅值过滤模块的输入端连接；

所述模数转换电路，用于将所述高频信号转换为数字信号并输出至所述计数模块；

所述计数模块，用于根据预设过滤周期内的数字信号的脉冲数量输出相应的电平信号至所述第一逻辑电路，所述电平信号为高电平或低电平；

所述第一逻辑电路，用于在第一输入端接收到高电平时将第二输入端与输出端连接；在第一输入端接收到低电平时将第二输入端与输出端断开。

可选地，所述计数模块包括计数器及与所述计数器连接的时钟信号发生器，所述计数器的输入端与所述模数转换电路连接，所述计数器的输出端与所述第一逻辑电路连接；

所述计数器，用于根据所述时钟信号发生器发送的时钟信号生成预设过滤周期，并对每个预设过滤周期内的数字信号的脉冲数量进行计数，并根据计数值输出高电平或低电平。

可选地，所述模数转换模块为施密特触发器；

所述施密特触发器，用于将所述谐振电路输入的高频信号整形为方波信号。

可选地，所述幅值过滤模块包括第一比较器，所述第一比较器的第一输入端与所述脉冲过滤模块的输出端连接，所述第一比较器的第二输入端与第一阈值信号输入端连接，所述第一比较器的输出端与所述管理控制单元连接；

所述第一比较器，用于接收高频信号和第一阈值信号，并在高频信号的信号幅值高于第一阈值信号的信号幅值时，向所述管理控制单元输出第一脉冲信号。

可选地，所述管理控制单元包括积分电路、第二比较器以及管理控制芯片；

所述积分电路的输入端与所述第一比较器的输出端连接，所述积分电路的输出端与所述第二比较器的第一输入端连接，所述第二比较器的第二输入端与第二阈值信号输入端连接，所述第二比较器的输出端与所述管理控制芯片连接；

所述积分电路，用于对所述第一脉冲信号进行周期性积分运算，并将运算生成的每个周期的积分信号发送至所述第二比较器；

所述第二比较器，用于接收每个周期的积分信号和第二阈值信号，并在每个周期的积分信号的信号幅值高于第二阈值信号的信号幅值时，向所述管理控制芯片输出第二脉冲信号；

所述管理控制芯片，用于计算生成所述第二脉冲信号的脉冲频率，在所述脉冲频率高于预设报警频率时发出告警信号。

可选地，所述故障电弧检测电路还包括与所述管理控制芯片连接的报警模块；

所述报警模块，用于在接收所述告警信号时，发出声光提示信号。

此外，为实现上述目的，本实用新型还提供一种故障电弧检测装置，所述故障电弧检测装置包括与交流线路连接的故障电弧检测电路，所述故障电弧检测电路被配置为如上所述的故障电弧检测电路。

本实用新型通过设置谐振电路和信号过滤模块，能够对电流传感器采集到的高频信号进行过滤，谐振电路能够对谐振点以外的频段信号进行过滤，而信号过滤模块能够根据通过谐振电路的高频信号的信号脉冲和信号幅值对高频信号进行筛选，从而将通过谐振电路的高频信号分成干扰信号和故障电弧信号。信号过滤模块在将干扰信号进行过滤后，可以对过滤得到的故障电弧信号进行脉冲信号的对应输出，管理控制单元根据接收到的脉冲信号进行计数，即可确定是否需要向用户发出告警信号。通过对高频信号的频段、信号脉冲数量以及信号幅值对高频信号进行筛选，能够有效过滤高频信号中的干扰信号，避免干扰信号造成的误报警，提升故障电弧告警的准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型故障电弧检测电路一实施例的模块示意图；

图2为图1实施例中信号过滤模块和管理控制单元的电路结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	电流传感器	313	第一逻辑电路
20	谐振电路	32	幅值过滤模块
				30	信号过滤模块	P1	第一比较器
31	脉冲过滤模块	40	管理控制单元
				311	模数转换模块	41	积分电路
312	计数模块	P2	第二比较器
				3121	计数器	U1	管理控制芯片
3122	时钟信号发生器	50	报警模块

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型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，在本实用新型中涉及“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，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提供一种故障电弧检测电路，应用于故障电弧检测装置中，该故障电弧检测装置可以对交流线路上的故障电弧进行检测，在检测到故障电弧时能够及时进行报警提示。

参见图1，在一实施例中，故障电弧检测电路包括电流传感器10、谐振电路20、信号过滤模块30及管理控制单元40，电流传感器10设置于交流线路上，电流传感器10的输出端与谐振电路20的输入端连接，谐振电路20的输出端与信号过滤模块30的输入端连接，信号过滤模块30的输出端与管理控制单元40连接。

电流传感器10可以检测交流线路上的交流电流，在电流传感器10将检测到的交流信号发送至谐振电路20后，谐振电路20能够对输入的交流信号进行选频放大，从而将对应频段的交流高频信号进行放大输出。其中，电流传感器10可以为罗氏线圈，套设于市电交流线路的火线或零线上。电流传感器10也可以为锰铜电阻，串在市电线路的火线或零线上。电流传感器10还可以是电磁电流互感器。

可以理解的是，由于故障电弧信号的主要频率在10MHz左右，谐振电路20可以设置谐振点为10MHz，从而对交流信号中信号频段在10MHz附近的高频信号进行筛选和放大，而远离10MHz频段的其他频段的高频信号则无法通过谐振电路20。

需要说明的是，但电流传感器10采集到的交流信号中，位于10MHz频段附近的交流信号不仅有故障电弧信号，还有干扰信号。例如，手电钻运行时产生的信号。手电钻正常工作时，由于电刷与换向片的接触处产生火花，当火花超过限度时，形成电弧，随着电刷和换向器的磨损，火花会越来越明显，然而该电弧不能作为故障电弧信号，而是需要作为干扰信号进行过滤，并且该电弧举故障电弧信号具有相同的频率。即，10MHz频段的故障电弧信号和干扰信号均能够通过谐振电路20进行放大，谐振电路20仅能够对非10MHz频段的干扰信号和其他信号进行过滤。

信号过滤模块30在接收到谐振电路20选频放大后的高频信号后，可以根据高频信号的信号脉冲和信号幅值对高频信号进行进一步过滤，从而消除高频信号中的干扰信号。可以理解的是，通过谐振电路20的干扰信号虽然具有与故障电弧信号相同或相似的频率，但根据实际检测可以得知，干扰信号相比于故障电弧信号，具有信号衰减快、信号周期性短、信号不连续的特征。即，单位时间内干扰信号的信号脉冲数量低于故障电弧信号的信号脉冲数量，并且干扰信号的信号幅值低于故障电弧信号的信号幅值。通过对谐振电路20输出的高频信号的信号脉冲和信号幅值进行筛选，即可将高频信号中的干扰信号进行过滤，过滤后得到的高频信号即为故障电弧信号，通过在检测到故障电弧信号时输出相应的脉冲信号至管理控制单元40进行计数，即可在故障电弧信号发生增多时通过管理控制单元40发送相应的告警信号以提示用户。

在本实施例中，通过设置谐振电路20和信号过滤模块30，能够对电流传感器10采集到的高频信号进行过滤，谐振电路20能够对谐振点以外的频段信号进行过滤，而信号过滤模块30能够根据通过谐振电路20的高频信号的信号脉冲和信号幅值对高频信号进行筛选，从而将通过谐振电路20的高频信号分成干扰信号和故障电弧信号。信号过滤模块30在将干扰信号进行过滤后，可以对过滤得到的故障电弧信号进行脉冲信号的对应输出，管理控制单元40根据接收到的脉冲信号进行计数，即可确定是否需要向用户发出告警信号。通过对高频信号的频段、信号脉冲数量以及信号幅值对高频信号进行筛选，能够有效过滤高频信号中的干扰信号，避免干扰信号造成的误报警，提升故障电弧告警的准确率。

一并参照图1和图2，上述信号过滤电路可以包括脉冲过滤模块31和幅值过滤模块32。脉冲过滤模块31的输入端与谐振电路20的输出端连接，脉冲过滤模块31的输入端与幅值过滤模块32的输入端连接，幅值过滤模块32的输出端与管理控制单元40连接。

脉冲过滤模块31能够将高频信号转换为信号脉冲，并根据信号脉冲在单位时间内的数量确定该高频信号是否为干扰信号。若该信号脉冲在单位时间内的数量低于预设的脉冲阈值，则可以确定该高频信号为干扰信号，并将该干扰信号进行过滤；若该信号脉冲在单位时间内的数量高于预设的脉冲阈值，则可以确定该高频信号为故障电弧信号，并将该故障电弧信号输出至负值过滤电路进行幅值过滤。

幅值过滤模块32在接收到经过脉冲过滤后的高频信号时，可以对高频信号的幅值进行检测，对于信号幅值低于预设幅值阈值的高频信号进行过滤，对于信号幅值高于预设幅值阈值的高频信号则输出至管理控制单元40。可以理解的是，由于干扰信号相比故障电弧信号具有信号衰减快的特点，因此干扰信号在幅值过滤模块32中将会因信号幅值衰减快而被过滤，从而使得高频信号中的干扰信号能够被有效过滤。

进一步地，上述脉冲过滤模块31可以包括模数转换模块311、计数模块312及第一逻辑电路313。模数转换电路的输入端与谐振电路20的输出端连接，模数转换电路的输出端与计数模块312的输入端连接，计数模块312的输出端与第一逻辑电路313的第一输入端连接，谐振电路20的输出端还与第一逻辑电路313的第二输入端连接，第一逻辑电路313的输出端与幅值过滤模块32的输入端连接。

模数转换电路可以对谐振电路20输出的高频信号进行模数转换，将高频信号由正弦波信号整形为方波数字信号并输出至计数模块312。计数模块312对模数转换电路输出的方波数字信号按照预设过滤周期进行脉冲计数，即可得到过滤周期内的脉冲数量。在过滤周期内的脉冲数量高于预设脉冲阈值时，计数模块312可以向第一逻辑电路313输出高电平信号，而在过滤周期内的脉冲数量低于预设脉冲阈值时，计数模块312可以向第一逻辑电路313输出低电平信号。第一逻辑电路313在接收到高电平信号时，可以将第一逻辑电路313的第二输入端与输出端连接，以将谐振电路20输入的高频信号输出至幅值过滤模块32进行幅值过滤；第一逻辑电路313在接收到低电平信号时，可以将第一逻辑电路313的第二输入端与输出端断开，以将高频信号作为干扰信号进行过滤。

上述计数模块312可以包括计数器3121及与计数器3121连接的时钟信号发生器3122，计数器3121的输入端与模数转换电路连接，计数器3121的输出端与第一逻辑电路313连接。计数器3121可以对模数转换电路输出的脉冲进行计数，时钟信号发生器3122则每间隔预设过滤周期向计数器3121发送时钟信号，计数器3121在接收到时钟信号时根据计数值确定输出高电平或低电平，并对计数值进行清零后重新计数。可以理解的是，上述模数转换模块311可以为施密特触发器。

进一步地，上述幅值过滤模块32可以包括第一比较器P1，第一比较器P1的第一输入端与脉冲过滤模块31的输出端连接，第一比较器P1的第二输入端与第一阈值信号输入端连接，第一比较器P1的输出端与管理控制单元40连接。第一比较器P1的第二输入端可以接收第一阈值信号，第一输入端可以接收脉冲过滤模块31输出的高频信号，并将该高频信号与第一阈值信号进行幅值比较。在高频信号的信号幅值高于第一阈值信号的信号幅值时，第一比较器P1可以向管理控制单元40输出第一脉冲信号。而在第一比较器P1连续接收到幅值高于第一阈值信号的高频信号时，可以连续输出第一脉冲信号。

进一步地，上述管理控制单元40可以包括积分电路41、第二比较器P2以及管理控制芯片U1。积分电路41的输入端与第一比较器P1的输出端连接，积分电路41的输出端与第二比较器P2的第一输入端连接，第二比较器P2的第二输入端与第二阈值信号输入端连接，第二比较器P2的输出端与管理控制芯片U1连接。积分电路41能够接收第一比较器P1输出的第一脉冲信号，并对第一脉冲信号进行周期性积分运算，计算生成每个周期的积分信号后，可以将该积分信号发送至第二比较器P2。第二比较器P2可以通过第一输入端接收周期性发送的积分信号以及通过第二输入端接收第二阈值信号。在积分信号高于第二阈值信号时，则第二比较器P2可以向管理控制芯片U1输出第二脉冲信号。管理控制芯片U1通过检测第二脉冲信号的频率，即可在第二脉冲信号的脉冲频率高于预设报警频率时发出告警信号以提示用户检测到故障电弧。可以理解的是，管理控制芯片U1可以设置检测周期为一秒，在一秒内检测到超过14个第二内脉冲信号时，可以发出告警信号。

进一步地，上述故障电弧检测电路还可以包括与管理控制芯片U1连接的报警模块50。报警模块50在接收到管理控制芯片U1发出的告警信号时，可以发出声音报警提示或点亮故障电弧报警指示灯，从而发出声光提示信号。

本实用新型还提供一种故障电弧检测装置，该故障电弧检测装置包括与交流线路连接的故障电弧检测电路，该故障电弧检测电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的故障电弧检测装置采用了上述故障电弧检测电路的技术方案，因此该故障电弧检测装置具有上述故障电弧检测电路所有的有益效果。

以上仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种故障电弧检测电路，其特征在于，包括电流传感器、谐振电路、信号过滤模块及管理控制单元；

所述电流传感器设置于交流线路上，所述电流传感器的输出端与所述谐振电路的输入端连接，所述谐振电路的输出端与所述信号过滤模块的输入端连接，所述信号过滤模块的输出端与所述管理控制单元连接；

所述电流传感器，用于获取所述交流线路上的高频信号；

所述谐振电路，用于对所述高频信号进行选频放大；

所述信号过滤模块，用于根据所述高频信号的信号脉冲和信号幅值对所述高频信号中的干扰信号进行过滤，并根据过滤后的高频信号输出相应的脉冲信号；

所述管理控制单元，用于根据接收到的脉冲信号的频率发送对应的告警信号。

2.如权利要求1所述的故障电弧检测电路，其特征在于，所述信号过滤模块包括脉冲过滤模块和幅值过滤模块；

所述脉冲过滤模块的输入端与所述谐振电路的输出端连接，所述脉冲过滤模块的输入端与所述幅值过滤模块的输入端连接，所述幅值过滤模块的输出端与所述管理控制单元连接；

所述脉冲过滤模块，用于根据高频信号转换得到的信号脉冲对高频信号进行过滤；

所述幅值过滤模块，用于将信号幅值低于预设幅值阈值的高频信号进行过滤。

3.如权利要求2所述的故障电弧检测电路，其特征在于，所述脉冲过滤模块包括模数转换模块、计数模块及第一逻辑电路；

所述模数转换电路的输入端与所述谐振电路的输出端连接，所述模数转换电路的输出端与所述计数模块的输入端连接，所述计数模块的输出端与所述第一逻辑电路的第一输入端连接，所述谐振电路的输出端还与所述第一逻辑电路的第二输入端连接，所述第一逻辑电路的输出端与所述幅值过滤模块的输入端连接；

所述模数转换电路，用于将所述高频信号转换为数字信号并输出至所述计数模块；

所述计数模块，用于根据预设过滤周期内的数字信号的脉冲数量输出相应的电平信号至所述第一逻辑电路，所述电平信号为高电平或低电平；

所述第一逻辑电路，用于在第一输入端接收到高电平时将第二输入端与输出端连接；在第一输入端接收到低电平时将第二输入端与输出端断开。

4.如权利要求3所述的故障电弧检测电路，其特征在于，所述计数模块包括计数器及与所述计数器连接的时钟信号发生器，所述计数器的输入端与所述模数转换电路连接，所述计数器的输出端与所述第一逻辑电路连接；

所述计数器，用于根据所述时钟信号发生器发送的时钟信号生成预设过滤周期，并对每个预设过滤周期内的数字信号的脉冲数量进行计数，并根据计数值输出高电平或低电平。

5.如权利要求3所述的故障电弧检测电路，其特征在于，所述模数转换模块为施密特触发器；

所述施密特触发器，用于将所述谐振电路输入的高频信号整形为方波信号。

6.如权利要求2所述的故障电弧检测电路，其特征在于，所述幅值过滤模块包括第一比较器，所述第一比较器的第一输入端与所述脉冲过滤模块的输出端连接，所述第一比较器的第二输入端与第一阈值信号输入端连接，所述第一比较器的输出端与所述管理控制单元连接；

所述第一比较器，用于接收高频信号和第一阈值信号，并在高频信号的信号幅值高于第一阈值信号的信号幅值时，向所述管理控制单元输出第一脉冲信号。

7.如权利要求6所述的故障电弧检测电路，其特征在于，所述管理控制单元包括积分电路、第二比较器以及管理控制芯片；

所述积分电路的输入端与所述第一比较器的输出端连接，所述积分电路的输出端与所述第二比较器的第一输入端连接，所述第二比较器的第二输入端与第二阈值信号输入端连接，所述第二比较器的输出端与所述管理控制芯片连接；

所述积分电路，用于对所述第一脉冲信号进行周期性积分运算，并将运算生成的每个周期的积分信号发送至所述第二比较器；

所述第二比较器，用于接收每个周期的积分信号和第二阈值信号，并在每个周期的积分信号的信号幅值高于第二阈值信号的信号幅值时，向所述管理控制芯片输出第二脉冲信号；

所述管理控制芯片，用于计算生成所述第二脉冲信号的脉冲频率，在所述脉冲频率高于预设报警频率时发出告警信号。

8.如权利要求7所述的故障电弧检测电路，其特征在于，所述故障电弧检测电路还包括与所述管理控制芯片连接的报警模块；

所述报警模块，用于在接收所述告警信号时，发出声光提示信号。

9.一种故障电弧检测装置，其特征在于，所述故障电弧检测装置包括与交流线路连接的故障电弧检测电路，所述故障电弧检测电路被配置为如权利要求1～8任一项所述的故障电弧检测电路。

Images