[实用新型]实现故障电弧探测功能的智能电能表

说明书

本实用新型为一种实现故障电弧探测功能的智能电能表，由电压、电流采样通道对用户负载电路进行实时采样，并由专业计量模块进行电量、电费计量，同时将采样通道数据共享进行故障电弧的电压电流检测，增加了故障电弧特征频率检测模块，可对并联故障电弧、串联故障电弧及对地故障电弧进行可靠检测，并且在不增加较大硬件成本，不改动原有家庭布线基础上，可通过电能表集抄系统进行故障电弧事件主动上报，实现了低成本高效率的故障电弧检测及预警功能。

技术领域

本发明涉及故障电弧检测技术，特别是涉及一种可实现故障电弧探测功能的智能电能表。

背景技术

电弧俗称‘电火花’，又叫‘打火’，本质是一种绝缘体被电压击穿后，由不导电变得导电，且发光发热的自然现象。电弧可分为三类：好弧、类似弧和故障电弧。好弧：日光灯，电弧焊，机械开关的分断等人为制造产生，或正常操作而产生的电弧。类似弧：某些设备的启动或工作导致的电流、电压的畸变，与电弧的电流电压某些特性类似。故障电弧：故障电弧是由于电气线路或设备中绝缘老化破损、电气连接松动、空气潮湿、电压电流急剧升高等原因引起空气击穿所导致的气体游离放电现象。（摘自GB14287.4-2014）故障电弧是引起电气火灾的重要原因之一，同时故障电弧产生的压力、辐射、弧根效应不仅对电气设备容易造成损害，甚至还会造成人身伤亡事故和重大的经济、财产损失。故障电弧分为三类：串联电弧、并联电弧和对地电弧。串联电弧：电弧电流流过被保护终端电路负载的一种故障电弧。并联电弧：电弧电流流过导体之间并与负载并联的一种故障电弧。对地电弧：电弧电流从带电导体流入大地的一种故障电弧。

现有防止故障电弧导致事故的方案主要有断路器、剩余电流探测器、测温式电气火灾探测器和专门的故障电流探测器。1）断路器主要采用电磁原理进行过电流保护，其保护触发原理一般为设备或线路短路导致的短时大电流，触发阈值一般会达到额定电流的5至7倍，或者火线电流和零线电流不等，差额达到一定阈值（一般小于30mA）启动漏电保护，对部分电流较大的并联电弧和对地电弧有一定的保护作用，而对于电弧电流小于触发阈值的并联电弧和串联电弧则起不到保护作用。2）剩余电流探测器类似于漏电保护的断路器，其一般采用互感器来检测火线和零线的剩余电流，检测精度达到1mA，高于漏电保护断路器，但其主要对对地电弧可以起到保护作用。3）测温式电气火灾探测器采用温度传感器对被监测区域温度进行采样，温度高于阈值判断为电气火灾事故，其主要保护已经发生电气火灾后报警或切断电路防止事故进一步扩散，该方式不能直接对故障电弧进行检测和判断。4）故障电弧探测器是专门针对并联电弧、串联电弧以及对地电弧的检测设备，其采用检测电压电流有效值及电流中含有的电弧特有的2kHz至200kHz高次谐波分量来判断是否有故障电弧产生。该方法基本可以对各类型故障电弧进行保护，但其需要单独安装在入户总开关处，如果本地进行判断，一旦出现误判会导致总开关被切断，家庭断电；如果采用接入火灾或其它保护系统，则系统成本较高，需要独立维护，客户接受度不高。现有的智能电能表也还不具备故障电弧检测功能。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型提供了一种实现故障电弧探测功能的智能电能表。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种实现故障电弧探测功能的智能电能表，其包括：处理模块，与处理模块电连接的电能计量模块，故障电弧特征频率检测模块，显示，按键，通讯模块，检测接口，数据存储，与电能计量模块连接的电压采样和电流采样模块，以及给各个模块供电的电源管理；所述的电流采样模块与故障电弧特征频率检测模块电连接，所述的电源管理包括工作电源和时钟电池。

作为优选，所的故障电弧特征频率检测模块包括电流信号放大电路、多通道带通滤波器和信号处理电路，所述的电流信号放大电路包括：电阻R1，R2，R3，R4和运放U1；所述的多通道带通滤波器为针对故障电弧选择的至少2路带通滤波器，将不同频点的高频谐波分量进行处理；所述的信号处理电路采用高速开关对带通滤波后的高次谐波信号整形为数字脉冲信号，输入处理模块的CPU数字IO口。