CN1841074A - 故障电弧检测方法及其保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种故障电弧检测方法及其保护电路，该方法能通过保护电路检测到危险电弧，属于电子领域。该方法为：通过信号采样装置实时对电流信号进行采样，并将采样数据提供给信号处理模块，信号处理模块处理完电流信号后，将结果传递给电弧检测控制装置进行检测，电弧检测控制装置在检测到电弧时产生电弧标志，发出切断电路的控制信号，达到对负载的保护。本发明的优点在于：在使用电器线路产生断续电弧时，该方法能及时检测到电弧并依靠保护电路切断电源，有效地防止电弧火灾的发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种故障电弧检测方法及其保护电路，特别涉及一种能检测到危险电弧并自动切断电源的故障电弧保护电路。
背景技术
近年来，随着家用电器的普及，电气火灾呈上升趋势，其中故障电弧(电弧、电火花)是引起电气火灾的主要原因。故障电弧可以分短路电弧和接触不良电弧。
短路电弧是由电路相线之间、相线零线之间、相线地线之间短路引起的大电流产生的电弧。其中短路电弧又可分为持续短路电弧、断续短路电弧。持续短路电弧引起火灾的特点是短路电弧能在瞬间产生高温，引起周围易燃物瞬间燃烧；断续短路电弧引起火灾的特点是断续短路电弧持续的时间短，但是能在一段时间内持续产生电弧，引起周围温度持续升高，从而引起周围易燃物燃烧。
接触不良电弧是由于负载设备的接线端子松动等引起的接触不良产生的电弧。接触不良电弧引起火灾的特点是接触不良电弧能在一段时间内，持续产生电弧，引起周围温度持续升高，从而引起周围易燃物燃烧。
目前，电气线路的过流、漏电、过压保护只能对持续短路电弧起到保护作用，而对其他的电弧不一定能起到保护作用。
当前已有的故障电弧保护装置，主要针对电力线路中出现的故障电弧，其特征是瞬间产生的大电流持续放电产生的电弧。对于电器线路中出现的故障电弧，如接触不良、小电流短路产生的断续的故障电弧，还没有可靠的保护。因此对于断续故障电弧引起的电气火灾的保护还存在很大的缺陷。
发明内容
本发明提供了一种当被保护线路中出现断续电弧时能检测到危险电弧并自动切断电路的故障电弧检测方法及其保护电路。当在被保护的线路中出现断续故障电弧时，该方法能及时检测到电弧并在其引起电气火灾前切断电源，从而避免火灾或重大事件的发生，达到对电器的保护。
实现本发明的技术方案：
故障电弧检测方法，该方法能通过故障电弧保护电路检测到危险电弧，其特征在于包括步骤：
通过信号采样装置实时对电流信号进行采样，并将采样数据提供给信号处理模块；
信号处理模块处理完电流信号，将结果传递给电弧检测控制装置进行检测，当电弧检测控制装置检测到电弧时，产生电弧标志。
其中：
所述的信号采样装置采样的信号为电流波形；
所述的信号处理模块对电流波形进行处理；
所述的电弧检测控制装置对处理后的电流波形进行判断、检测。
故障电弧保护电路，包括电源部分，其特征在于：所述的故障电弧保护器还包括信号采样装置、信号处理模块、电弧检测控制装置和切断电源模块。
所述的信号采样装置为带铁芯的电流互感器；所述的信号处理模块依次连接了全波二极管整流桥、分压电阻R1和R3；所述的电弧检测控制装置为单片机；所述的切断电源模块依次连接了三极管和执行机构部分。
所述的执行机构部分为常闭触点继电器。
所述的执行机构部分为常开触点继电器。
所述的执行机构部分为上电脱扣器。
所述的执行机构部分为断电脱扣器。
所述的执行机构部分为可控硅。
本发明的优点是：在电器上使用的时候，线路产生断续电弧时，能及时检测到电弧并切断电源，有效地防止电弧火灾的发生。
附图说明
图1是本发明执行机构部分为常闭触点继电器和上电脱扣器的电路原理图。
图2是本发明执行机构部分为常开触点继电器和断电脱扣器的电路原理图。
图3是本发明执行机构部分为可控硅电路原理图。
图4是单片机对处理的电流波形进行判断、检测的流程图。
图5、图6是单片机程序中断的流程图。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，被保护的电路由AC220V输入端8输入220V交流电压，经故障电弧保护电路的常闭触点继电器9，由AC220V输出端11输出。被保护线路连接该故障电弧保护电路，直流电源VCC为故障电弧保护电路提供电源。电路正常时，电流互感器2检测到的波形为连续的负载电流波形；当电路有电弧产生时，由于电流互感器2的特性，使电流互感器2检测到的电流波形有移位。电流互感器2检测穿过其的被保护线路中的交流电流信号，然后将检测到的电流波形信号由全波整流桥3整流，并且由电阻R14和R35分压后变为直流信号，然后将该直流信号输入到单片机7，单片机7通过比较前后采样电流的AD值，AD值是指模拟信号转为数字信号对应的数值，来判断电流波形是否有移位现象，从而判断是否有故障电弧。当没有检测到故障电弧时，单片机7发出低电平信号，三极管10是截止的，电源通过常闭触点继电器9为被保护的电器提供工作电压；当检测到被保护电路中有故障电弧产生时，单片机7发出高电平控制信号，使得三极管10导通，此时位于集电极的常闭触点继电器9断开，实现切断电源，达到对电路的保护，避免电气火灾的发生。当故障电弧排除后，电源通过电阻R26重新对故障保护电路通电复位，单片机重新开始工作。
如图4、图5、图6所示，单片机的工作流程如下：
(1)单片机进行上电复位，单片机上电后，电源VCC经过电阻R2，至单片机引脚使单片机复位。然后到步骤2；
(2)单片机程序初始化，此时所有标志位为0，模拟信号转换为数字信号对应的数值AD为AD0，AD信号采样从单片机的一个引脚输入，AD控制信号由单片机的另一个引脚输出，然后到步骤3；
(3)单片机判断AD转换是否完成，当没有新AD值产生时，AD转换完成标志为0，并继续判断是否新的AD值产生；当有新的AD值产生时，AD转换完成标志为1，并记下新的AD值AD1，然后到步骤4；
(4)单片机清零AD转换完成标志，并且比较AD1值和AD0值，不相等则到步骤5，相等则到步骤8；
(5)单片机自动更新AD值，用当前AD值AD1替换已有的AD值AD0，然后到步骤6；
(6)单片机检测电弧标志，当电弧标志为0时，转到步骤14；当电弧标志为1时，到步骤7；
(7)单片机发出切断电源的控制信号；
(8)单片机检测发现电弧标志，当发现电弧标志为0时转到步骤9，当发现电弧标志为1时转到步骤10；
(9)保存此刻时间，记为T1，置位发现电弧标志，即发现电弧标志为1，然后到步骤10；
(10)单片机检测电弧标志，当电弧标志为0时到步骤11，当电弧标志为1时转到步骤13；
(11)第一次时间判断，用当前时间T2减去电流波形移位开始时间T1，得时间差TS1，当TS1大于设定值T设1时转到步骤12，小于设定值T设1时转到步骤3；
(12)置位电弧标志，即电弧标志为1，然后到步骤13；
(13)第二次时间判断，用当前时问T3减去电流波形移位开始时间T1，得一时间差TS2，当TS2大于设定值T设2时转到步骤(14)，小于设定值T设2时转到步骤3；
(14)将所有的标志清零，并转到步骤3；
单片机是定时采样，当以下两种方式中有一种出现时，单片机中断工作，执行中断程序，然后再继续从中断的地方继续工作。
(1)定时中断，设置一时间段T，每隔时间T，程序就会自动定时中断，中断后再重新计时；
(2)AD转换完成中断，保存电流值，置位AD转换完成标志，即AD转换完成标志为1。
实施例2：
本实施例与实施例1最大的不同在于：执行机构部分为常开触点继电器。当判断无电弧故障时，单片机7控制输出引脚置为高电平使三极管10导通，位于集电极的常开继电器9吸合，电源通过闭合的继电器给电路供电，保护电路正常运行；当判断出有故障电弧时，单片机7会发出低电平控制信号，使得三极管10截止，此时常开触点继电器9断开，实现切断电源，达到对电路的保护。
实施例3：
本实施例与实施例1最大的不同在于：执行机构部分为上电脱扣器。当判断无电弧故障时，单片机7控制输出引脚置为低电平，三极管10截止，位于三极管集电极的上电脱扣器9闭合，电源通过闭合的脱扣器供电，电路正常运行；当判断出有故障电弧时，单片机7会发出高电平控制信号，使得三极管10导通，此时上电脱扣器9断开，实现切断电源，达到对电路的保护。
实施例4：
本实施例与实施例1最大的不同在于：执行机构部分为断电脱扣器。当判断无电弧故障时，单片机7控制输出引脚置为高电平使三极管10导通，位于集电极的断电脱扣器9闭合，电源通过闭合的脱扣器给电路供电，保护电路正常运行；当判断出有故障电弧时，单片机会7发出低电平控制信号，使得三极管10截止，此时断电脱扣器9断开，实现切断电源，达到对电路的保护。
实施例5：
本实施例与实施例1最大的不同在于：执行机构部分为可控硅。当判断无电弧故障时，单片机7控制输出引脚置为低电平，使得三极管10截止，光耦13和光耦16导通，可控硅9和可控硅17导通，电源通过导通的可控硅给电路供电，电路正常运行；当判断出有故障电弧时，单片机7会发出高电平控制信号，三极管10导通，使得光耦13和光耦16截止，可控硅9和可控硅17断开，实现切断电源，达到对电路的保护。
Claims (14)
1、故障电弧检测方法，该方法能通过故障电弧保护电路检测到危险电弧，其特征在于包括步骤：
通过信号采样装置(2)实时对电流信号进行采样，并将采样数据提供给信号处理模块；
信号处理模块处理完电流信号，将结果传递给电弧检测控制装置(7)进行检测，当电弧检测控制装置(7)检测到电弧时，产生电弧标志。
2、根据权利要求1所述的故障电弧检测方法，其特征在于：信号采样装置(2)采样的信号为电流波形。
3、根据权利要求1所述的故障电弧检测方法，其特征在于：信号处理模块对电流波形进行处理。
4、根据权利要求1所述的故障电弧检测方法，其特征在于：电弧检测控制装置(7)对处理的电流波形进行判断、检测。
5、根据权利要求1所述的故障电弧检测方法，其特征在于：电弧检测控制装置(7)为单片机，其判断、检测电流波形的程序流程如下：
(1)单片机进行上电复位，然后到步骤2；
(2)单片机程序初始化，此时所有标志位为0，模拟信号转换为数字信号对应的数值AD为AD0，AD信号采样从单片机的一个引脚输入，AD控制信号由单片机的另一个引脚输出，然后到步骤3；
(3)单片机判断AD转换是否完成，当没有新AD值产生时，AD转换完成标志为0，并继续判断是否新的AD值产生；当有新的AD值产生时，AD转换完成标志为1，并记下新的AD值AD1，然后到步骤4；
(4)单片机清零AD转换完成标志，并且比较AD1值和AD0值，不相等到步骤5，相等则到步骤8；
(5)单片机自动更新AD值，用当前AD值AD1替换已有的AD值AD0，然后到步骤6；
(6)单片机检测电弧标志，当电弧标志为0时，转到步骤14；当电弧标志为1时，到步骤7；
(7)单片机发出切断电源的控制信号；
(8)单片机检测发现电弧标志，当发现电弧标志为0时转到步骤9，当发现电弧标志为1时转到步骤10；
(9)保存此刻时间，记为T1，置位发现电弧标志，即发现电弧标志为1，然后到步骤10；
(10)单片机检测电弧标志，当电弧标志为0时到步骤11，当电弧标志为1时转到步骤13；
(11)第一次时间判断，用当前时间T2减去电流波形移位开始时间T1，得时间差TS1，当TS1大于设定值T设1时转到步骤12，小于设定值T设1时转到步骤3；
(12)置位电弧标志，即电弧标志为1，然后到步骤13；
(13)第二次时间判断，用当前时间T3减去电流波形移位开始时间T1，得一时间差TS2，当TS2大于设定值T设2时转到步骤14，小于设定值T设2时转到步骤3；
(14)将所有的标志清零，并转到步骤3。
6、根据权利要求5所述的故障电弧检测方法，其特征在于：单片机(7)检测、判断电流波形的程序包括中断程序：设置一时间段T，每隔时间T，程序就会自动定时中断，中断后重新计时。
7、根据权利要求5所述的故障电弧检测方法，其特征在于：单片机(7)检测、判断电流波形的程序包括中断程序：AD转换完成中断，单片机保存电流值，置位AD转换完成标志。
8、故障电弧保护电路，包括电源部分，其特征在于：所述的故障电弧保护器还包括信号采样装置(2)、信号处理模块、电弧检测控制装置(7)和切断电源模块。
9、根据权利要求8所述的故障电弧保护电路，其特征在于：所述的信号采样装置(2)为带铁芯的电流互感器；所述的信号处理模块依次连接了全波二极管整流桥(3)、分压电阻R1(4)和R3(5)；所述的电弧检测控制装置(7)为单片机；所述的切断电源模块依次连接了三极管(10)和执行机构部分(9)。
10、根据权利要求9所述的故障电弧保护器，其特征在于：所述的执行机构部分(9)为常闭触点继电器。
11、根据权利要求9所述的故障电弧保护器，其特征在于：所述的执行机构部分(9)为常开触点继电器。
12、根据权利要求9所述的故障电弧保护器，其特征在于：所述的执行机构部分(9)为上电脱扣器。
13、根据权利要求9所述的故障电弧保护器，其特征在于：所述的执行机构部分(9)为断电脱扣器。
14、根据权利要求9所述的故障电弧保护器，其特征在于：所述的执行机构部分(9)为可控硅。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: GREE ELECTRIC (MAANSHAN) Co.,Ltd. Assignor: GREE ELECTRIC APPLIANCES,Inc.OF ZHUHAI Contract record no.: 2011440000672 Denomination of invention: Fault arc detection method and protection circuit thereof Granted publication date: 20081112 License type: Exclusive License Open date: 20061004 Record date: 20110711 |