一種故障電弧檢測裝置的制作方法

本實用新型涉及的是一種故障電弧檢測裝置。

背景技術：

隨著社會經濟的飛速發展以及電氣化程度不斷提高，用電量也在不斷的增加。電氣火災事件的發生越來越頻繁，給人身及財產造成巨大的損失。電弧故障是近些年被意識到的一種導致電氣火災的原因，在發生故障電弧時，故障點具有很高的溫度，能夠迅速引燃周圍的可燃物。

故障電弧可分為兩大類，一是串聯電弧，二是并聯電弧。串聯電弧發生時，具有較小的電流，一般低于額定工作電流。并聯電弧發生時，由于受線路阻抗和電弧阻抗的影響，其電流大小小于短路電流。因此，傳統的保護裝置不能有效預防故障電弧引起的電氣火災。因此，開發一種預防電弧故障引發火災的裝置尤為重要。

現有技術中，一種方法是通過對電流波形信號進行采集，利用小波變換分解信號的離散小波系數，計算小波系數的和，并與閾值進行比較，如果大于閾值，則判定為并聯電弧。但是，配電系統電源以及負載正常工作時本身具有較大諧波含量，在進行故障識別時，閾值難于選取，并且，計算過程較為復雜，成本高。

現有技術中，另一種方法是利用電流波形的特征進行識別，如電流的過零點長度，電流周波有效值變化等。但是，由于負載的多樣性，不同負載的電流波形差異較大，并且某些特征與正常工作負載類似，因此，在靈敏度和誤動作上具有一定的局限性。

技術實現要素：

為克服上述不足，有效避免由于串擾等引起的故障電弧的誤判，本實用新型提出一種故障電弧檢測裝置，其包括二總線電路、羅氏線圈、采樣電阻、信號處理電路、測試電路、微處理器、聲光報警電路和按鍵；其中二總線電路為所述裝置提供供電電源，羅氏線圈檢測被保護線路的電流信號，并通過采樣電阻將電流信號轉換為電壓信號，信號處理電路從所述電壓信號分離出高頻信號和工頻信號，最后輸出高頻信號的包絡線和工頻電流波形至微處理器，通過微處理器處理進行故障電弧識別。當微處理器判斷為故障電弧時，則聲光報警電路產生聲光報警，并將報警狀態通過二總線電路上傳，并且按鍵和微處理器連接，測試電路連接在羅氏線圈和微處理器之間。

本實用新型的有益效果是能夠有效避免由于串擾等引起的故障電弧的誤判。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。

圖1為本發明實施例故障電弧檢測裝置硬件電路系統示意圖。

圖2為正常工作時的波形分離得到的高頻信號波形。

圖3為正常工作時的波形分離得到的工頻電流波形。

圖4為發生電弧時的波形信號分離得到的高頻信號波形。

圖5為發生電弧時的波形信號分離得到的工頻電流波形。

具體實施方式

為了更好的理解本實用新型的技術方案，下面結合附圖詳細描述本實用新型提供的實施例。

一種低壓電弧故障檢測裝置，包括二總線電路、羅氏線圈、采樣電阻、信號處理電路、測試電路、微處理器、聲光報警電路和按鍵，其中二總線電路可以是POWERBUS二總線電路。

POWERBUS二總線電路包括了通訊電路以及DC-DC電路。通訊電路用于提取POWERBUS二總線中的通訊信號，轉換為RS232接口信號并與微處理器的串行口相接，實現主機與檢測裝置的通訊。POWERBUS二總線的電壓為36V，通過DC-DC轉換成3.3V為微處理器及運放等集成電路供電。

羅氏線圈檢測被保護線路的電流信號，并通過采樣電阻將電流信號轉換為電壓信號。通過信號處理電路分離出高頻信號和工頻（50Hz）信號，最后輸出高頻信號的包絡線和工頻(50Hz)電流波形。其中信號處理電路包括高通濾波電路、高頻運算放大電路、檢波電路、低通濾波電路、和差分運算放大電路，其中高通濾波電路和低通濾波電路與所述羅氏線圈輸出端連接，差分運算放大電路和低通濾波電路輸出端連接，高頻運算放大電路輸入端和高通濾波電路輸出端連接，高頻運算放大電路輸出端和檢波電路輸入端連接。

信號處理電路輸出的高頻信號的包絡線和工頻電流波形，通過微處理器處理進行故障電弧識別。進一步，為了避免發生不必要的誤判，當判斷為故障電弧時，確認工頻電流發生變化的時間是否與高頻信號發生的時間一致。若一致，則聲光報警電路將產生聲光報警，并將報警狀態通過POWERBUS二總線電路上傳。

故障電弧探測器含有復位、消音和測試按鍵，其中復位按鍵用于在報警后消除報警狀態。消音按鍵用于故障電弧發生時，關閉聲音報警，保存光報警。測試按鍵，用于發出模擬電弧故障信號，該信號通過測試電路耦合到羅氏線圈，并經過所述的信號處理電路，最終輸入至微處理器采集端口，微處理器采集到模擬電弧故障信號，能夠進行故障報警，則表明該探測器正常。該功能用于在安裝時或者定期測試故障電弧探測器是否正常運行。

以下以阻性負載舉例說明，正常工作和發生故障電弧時的電流波形和對應的高頻信號。圖2和圖3分別為阻性負載正常工作時，通過分離羅氏線圈輸出信號得到的工頻電流波形和高頻信號。從圖中可以看出，阻性負載在正常工作時，電流波形信號為正弦波波形，沒有明顯的高頻信號。

圖4和圖5分別為阻性負載發生電弧時，分離羅氏線圈輸出信號得到的高頻信號和工頻電流波形。從圖中可以看出，在發生電弧時，有明顯的高頻信號，并且高頻信號的輪廓為馬鞍型。同時，高頻信號的分布與電流的周期性一致。高頻在電流過零點附近最大，隨著電流逐漸上升高頻幅值減小。當電流幅值下降時，高頻信號幅值逐漸上升，至電流過零點達到最大值。因此，高頻信號作為判別故障電弧的一個主要依據，將高頻信號的馬鞍形分布的高頻信號作為故障電弧識別的主要特征。

以上實施例是本實用新型較優選具體實施方式的一種，本領域技術人員在本技術方案范圍內進行的通常變化和替換應包含在本實用新型的保護范圍內。