[实用新型]一种故障电弧保护装置

说明书

技术领域

本实用新型属于电路保护设备领域，特别是涉及一种用于配电终端系统中检测故障电弧的保护装置。

背景技术

住宅内电气线路和设备，如：电气布线、插座、家用电器内部的电线或电器的电源线等，由于长时间的过负荷运行，或者存在不良的电气连接等情况，使电线的绝缘层出现老化，绝缘效果降低，或者绝缘层发生破损，都可能发生故障电弧。电弧火花引燃线路会造成火灾的发生。现在常用的电路保护装置熔断器和接地故障断路器还不能有效的检测故障电弧并形成断路保护。AFCI(ArcFault Circuit Interrupter)技术是一项最新的电路保护技术，能够提供故障电弧保护，其主要作用是为了在发生故障电弧时及时分断电路，避免负荷损坏，并降低火灾的可能性。

目前，国内外专家提出了一些可行的AFCI检测方法和保护电路，但是针对50Hz交流电路的设备较少，同时设备的误动率较高，主要体现在无法有效地将故障电弧电流与启动时的冲击电流分开。

典型家用负荷启动电流波形如图5所示，启动电流的波形陡峭，而正常电流波形稳定；典型家用负荷故障电弧电流波形如图6所示，故障电弧电流波形存在幅值降低、正负半周不对称、平肩部和波形陡峭等特征。现在大多数AFCI检测方法和保护电路都是通过判断电流波形的导数(di/dt，即波形陡峭程度)是否超过阀值并且累积电弧周期是否超过阀值来识别故障电弧电流，但是，启动电流和故障电弧电流均存在波形陡峭的特征，所以，该种AFCI检测方法和保护电路较难分辨启动电流和故障电弧电流，容易产生识别错误和误动作。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本实用新型的目的是提供一种故障电弧保护装置，可以有效的识别故障电弧，通过复合判别逻辑可以减少设备的误动率。

为了达到上述的目的，本实用新型采用了以下的技术方案：

一种故障电弧保护装置，包括电源电路，电流互感器TR1，电流互感器TR1两端并联有信号负载电阻R11，电流互感器TR1一端依次连接有电压跟随电路、信号调理放大电路、A/D采样电路、微处理器和脱扣驱动电路及其控制脱扣组件，其中，电流互感器TR1产生的电压信号通过电压跟随电路传递至调理放大电路转换为适合于A/D采样的电流信号，A/D采样电路对该电流信号进行采样，微处理器对A/D采样的信号进行电弧特性判别，在该电流信号满足幅值小于正常电流的幅值或者波形在过零点处有平肩部现象，并且满足波形正负半周不对称或者波形陡峭的情况下，微处理器产生脱扣信号给脱扣驱动电路，脱扣驱动电路控制脱扣组件。

微处理器采集每个周期的电流波形，通过至少两个波形特征来识别确认故障电弧周期，通过判断是否存在多个连续故障电弧周期来确认故障电弧；如果，其波形在满足幅值小于正常电流的幅值或者在过零点处有平肩部现象的条件下，还满足正负半周波形不对称或者di/dt在某一时刻过大，则判定该周期为故障电弧周期，如果连续多个周期为故障电弧周期则判定存在故障电弧。

上述电压跟随电路由电阻R2、电阻R3和运放U5A组成，运放U5A的同相输入端接电阻R2，电阻R2接信号负载电阻R11，运放U5A的反向输入端和输出端之间接电阻R3。

上述信号调理放大电路由变阻器VR2、电阻R12和运放U5B组成，运放U5B的同相输入端接电压跟随电路的输出端，运放U5B的反向相输入端接电阻R12，运放U5B的反向输入端和输出端之间接变阻器VR2，运放U5B输出端连接由电阻R4和电阻R10组成的上拉电路，上拉电路的接出端连接A/D采样电路。

上述微处理器可以为自带A/D采样电路的微处理器。

上述脱扣驱动电路由相串联的电阻R1和光耦01组成。

上述脱扣组件为连接光耦01的脱扣器K1。

本实用新型由于采用了以上的技术方案，通过电流互感器对电流信号进行采集，经过信号调理放大电路，送入A/D转换芯片，微处理器对电流波形进行分析，通过分析电流是否具有幅值较小、正负半周波形不对称、平肩部现象和di/dt过大等特性，来判断是否发生故障电弧；脱扣组件会在检测到故障电弧的情况下动作，切断电源，达到对负载的保护，避免火灾的发生。本实用新型能在正常供电时检测故障电弧，在极短的时间内自动切断电源，同时可将故障电弧电流与启动时的冲击电流分辨出，减少误动率。

附图说明

图1是本实用新型装置的电路原理图。

图2是本实用新型装置的原理框图。

图3是本实用新型装置中微处理器的流程图。

图4是图3中电弧判别子程序的流程图。

图5是典型家用负荷启动电流波形图。