[實用新型]一種故障電弧保護裝置

無效

• 申請號: 200720184393.1
• 申請日: 2007-10-19
• 公開（公告）號: CN201113388Y
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 吳為麟;李智勇
• 申請（專利權）人: 吳為麟
• 主分類號: H02H3/50
• 分類號: H02H3/50;G01R31/08
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務所有限公司
• 代理人: 王曉峰

技術領域

本實用新型屬于電路保護設備領域，特別是涉及一種用于配電終端系統中檢測故障電弧的保護裝置。

背景技術

住宅內電氣線路和設備，如：電氣布線、插座、家用電器內部的電線或電器的電源線等，由于長時間的過負荷運行，或者存在不良的電氣連接等情況，使電線的絕緣層出現老化，絕緣效果降低，或者絕緣層發生破損，都可能發生故障電弧。電弧火花引燃線路會造成火災的發生。現在常用的電路保護裝置熔斷器和接地故障斷路器還不能有效的檢測故障電弧并形成斷路保護。AFCI(ArcFault?Circuit?Interrupter)技術是一項最新的電路保護技術，能夠提供故障電弧保護，其主要作用是為了在發生故障電弧時及時分斷電路，避免負荷損壞，并降低火災的可能性。

目前，國內外專家提出了一些可行的AFCI檢測方法和保護電路，但是針對50Hz交流電路的設備較少，同時設備的誤動率較高，主要體現在無法有效地將故障電弧電流與啟動時的沖擊電流分開。

典型家用負荷啟動電流波形如圖5所示，啟動電流的波形陡峭，而正常電流波形穩定；典型家用負荷故障電弧電流波形如圖6所示，故障電弧電流波形存在幅值降低、正負半周不對稱、平肩部和波形陡峭等特征。現在大多數AFCI檢測方法和保護電路都是通過判斷電流波形的導數(di/dt，即波形陡峭程度)是否超過閥值并且累積電弧周期是否超過閥值來識別故障電弧電流，但是，啟動電流和故障電弧電流均存在波形陡峭的特征，所以，該種AFCI檢測方法和保護電路較難分辨啟動電流和故障電弧電流，容易產生識別錯誤和誤動作。

發明內容

為了解決上述的技術問題，本實用新型的目的是提供一種故障電弧保護裝置，可以有效的識別故障電弧，通過復合判別邏輯可以減少設備的誤動率。

為了達到上述的目的，本實用新型采用了以下的技術方案：

一種故障電弧保護裝置，包括電源電路，電流互感器TR1，電流互感器TR1兩端并聯有信號負載電阻R11，電流互感器TR1一端依次連接有電壓跟隨電路、信號調理放大電路、A/D采樣電路、微處理器和脫扣驅動電路及其控制脫扣組件，其中，電流互感器TR1產生的電壓信號通過電壓跟隨電路傳遞至調理放大電路轉換為適合于A/D采樣的電流信號，A/D采樣電路對該電流信號進行采樣，微處理器對A/D采樣的信號進行電弧特性判別，在該電流信號滿足幅值小于正常電流的幅值或者波形在過零點處有平肩部現象，并且滿足波形正負半周不對稱或者波形陡峭的情況下，微處理器產生脫扣信號給脫扣驅動電路，脫扣驅動電路控制脫扣組件。

微處理器采集每個周期的電流波形，通過至少兩個波形特征來識別確認故障電弧周期，通過判斷是否存在多個連續故障電弧周期來確認故障電弧；如果，其波形在滿足幅值小于正常電流的幅值或者在過零點處有平肩部現象的條件下，還滿足正負半周波形不對稱或者di/dt在某一時刻過大，則判定該周期為故障電弧周期，如果連續多個周期為故障電弧周期則判定存在故障電弧。

上述電壓跟隨電路由電阻R2、電阻R3和運放U5A組成，運放U5A的同相輸入端接電阻R2，電阻R2接信號負載電阻R11，運放U5A的反向輸入端和輸出端之間接電阻R3。

上述信號調理放大電路由變阻器VR2、電阻R12和運放U5B組成，運放U5B的同相輸入端接電壓跟隨電路的輸出端，運放U5B的反向相輸入端接電阻R12，運放U5B的反向輸入端和輸出端之間接變阻器VR2，運放U5B輸出端連接由電阻R4和電阻R10組成的上拉電路，上拉電路的接出端連接A/D采樣電路。

上述微處理器可以為自帶A/D采樣電路的微處理器。

上述脫扣驅動電路由相串聯的電阻R1和光耦01組成。

上述脫扣組件為連接光耦01的脫扣器K1。

本實用新型由于采用了以上的技術方案，通過電流互感器對電流信號進行采集，經過信號調理放大電路，送入A/D轉換芯片，微處理器對電流波形進行分析，通過分析電流是否具有幅值較小、正負半周波形不對稱、平肩部現象和di/dt過大等特性，來判斷是否發生故障電弧；脫扣組件會在檢測到故障電弧的情況下動作，切斷電源，達到對負載的保護，避免火災的發生。本實用新型能在正常供電時檢測故障電弧，在極短的時間內自動切斷電源，同時可將故障電弧電流與啟動時的沖擊電流分辨出，減少誤動率。

附圖說明

圖1是本實用新型裝置的電路原理圖。

圖2是本實用新型裝置的原理框圖。

圖3是本實用新型裝置中微處理器的流程圖。

圖4是圖3中電弧判別子程序的流程圖。

圖5是典型家用負荷啟動電流波形圖。