串聯(lián)電弧故障檢測電路和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電氣檢測領(lǐng)域，具體涉及一種串聯(lián)電弧故障檢測電路和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電弧是指電通過絕緣介質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)光放電現(xiàn)象。電弧的特點是溫度很高，電流很小，持續(xù)時間短，一旦出現(xiàn)擊穿點則會頻繁出現(xiàn)。電弧放電時，會產(chǎn)生大量的熱，能引燃周圍的易燃易爆品，造成火災(zāi)甚至爆炸。由于交流電廣泛應(yīng)用于各類電氣設(shè)備，因此，交流電弧對于電器安全具有較大威脅。
[0003]在電器中，需要通過電弧故障檢測來防止電器電源線接觸不良、線路老化打火等電源故障，避免因發(fā)生線路打火引起的電氣火災(zāi)。
[0004]串聯(lián)電弧故障是指在同一電線上發(fā)生的電弧放電故障，其可以通過監(jiān)控電源電流來進(jìn)行檢測?，F(xiàn)有的串聯(lián)故障電弧檢測技術(shù)通常都是對電源線路的電流進(jìn)行檢測來實現(xiàn)。在發(fā)生電弧故障時，電源電流中會產(chǎn)生大量的高頻信號，通過對高頻信號幅值及數(shù)量的分析，從而確定是否產(chǎn)生故障電弧。
[0005]但是，現(xiàn)有的串聯(lián)電弧故障檢測電路和方法對電路要求較高，并且準(zhǔn)確性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供一種串聯(lián)電弧故障檢測電路和方法，以減少串聯(lián)電弧故障檢測中的電路負(fù)荷，并增加對于小功率負(fù)載或者純阻性負(fù)載產(chǎn)生的電弧故障進(jìn)行檢測的準(zhǔn)確性。
[0007]第一方面，提供一種串聯(lián)電弧故障檢測電路，包括:
[0008]電流檢測電路，設(shè)置于被檢測線路的火線上，用于檢測火線電流；
[0009]信號放大電路，用于對所述火電電流的檢測信號進(jìn)行放大，輸出模擬檢測信號；
[0010]過零檢測電路，與被檢測線路上的零線和火線連接，用于檢測被檢測線路的電壓過零點；
[0011]信號處理電路，與所述信號放大電路和所述過零檢測電路連接，用于在電壓過零后對所述模擬檢測信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并檢測采樣獲得的數(shù)字信號是否具有電弧特征。
[0012]優(yōu)選地，所述電流檢測電路包括電流互感器。
[0013]優(yōu)選地，所述電流檢測電路包括:
[0014]電流互感器，設(shè)置于所述被檢測線路的火線上；
[0015]轉(zhuǎn)換電阻，連接在所述電流互感器的二次側(cè)；
[0016]電壓抬升電路，與電流檢測電路的輸出端連接，用于將輸出電壓抬升預(yù)定值。
[0017]優(yōu)選地，所述過零檢測電路包括:
[0018]第一電阻網(wǎng)絡(luò)，與所述零線連接；
[0019]第二電阻網(wǎng)絡(luò)，與所述火線連接；
[0020]第一電容，連接在第一電阻網(wǎng)絡(luò)和第二電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端之間；
[0021]過零檢測光耦開關(guān)，輸入側(cè)與所述第一電容并聯(lián)，輸出側(cè)連接在上拉電壓端和控制輸出端之間，用于根據(jù)輸入側(cè)兩端電壓是否過零控制輸出側(cè)兩端導(dǎo)通或關(guān)斷；
[0022]開關(guān)電路，連接在所述上拉電壓端和接地端之間，控制端與所述控制輸出端連接，在過零檢測光耦開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷時輸出不同的電平。
[0023]優(yōu)選地，所述開關(guān)電路包括:
[0024]開關(guān)器件，具有第一端、第二端和控制端，其中所述第二端與接地端連接；
[0025]放電電阻和放電電容，并聯(lián)連接在所述控制端和接地端之間；
[0026]上拉電阻，連接在所述開關(guān)器件的第一端和上拉電壓端之間；
[0027]傳遞電阻，連接在開關(guān)電路的控制端和所述開關(guān)器件的控制端之間；
[0028]濾波電容，連接在所述開關(guān)器件的第一端和接地端之間。
[0029]優(yōu)選地，所述信號處理電路在檢測所述數(shù)字信號具有電弧特征時，輸出提示信號。
[0030]優(yōu)選地，所述信號處理電路用于在電壓過零點后按照預(yù)定的頻率對預(yù)定時長的所述模擬檢測信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并檢測所述數(shù)字信號是否具有電弧特征。
[0031]第二方面，提供一種串聯(lián)電弧故障檢測方法，包括:
[0032]檢測被檢測線路的火線電流以及電壓過零點；
[0033]在電壓過零后對表征所述火線電流的模擬檢測信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0034]檢測采樣獲得的數(shù)字信號是否具有電弧特征。
[0035]優(yōu)選地，所述方法還包括:
[0036]在采樣獲得的數(shù)字信號被檢測到具有電弧特征時，輸出提示信號。
[0037]優(yōu)選地，所述在電壓過零后對表征所述火線電流的模擬檢測信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換包括:
[0038]在電壓過零點后按照預(yù)定的頻率對預(yù)定時長的所述模擬檢測信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換獲取所述數(shù)字信號。
[0039]通過引入過零檢測電路，在被檢測線路的交流電壓過零點附近來進(jìn)行火線電流的檢測信號(或進(jìn)一步處理后的信號)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并基于模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得的數(shù)字信號檢測是否存在電弧特征。由此，僅需要對整個周期內(nèi)的一部分時間段的電流信號進(jìn)行檢測和模數(shù)轉(zhuǎn)換，降低了對于電流檢測電路以及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的要求，同時可以保證對于小功率負(fù)載或者純阻性負(fù)載的電弧故障檢測的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0040]通過以下參照附圖對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中:
[0041]圖1是本發(fā)明實施例的串聯(lián)電弧故障檢測電路的不意圖；
[0042]圖2是本發(fā)明實施例的一個優(yōu)選實施方式中的電流檢測電路和信號放大電路的電路圖；
[0043]圖3是本發(fā)明實施例的一個優(yōu)選實施方式中的過零檢測電路的電路圖；
[0044]圖4是本發(fā)明實施例的串聯(lián)電弧故障檢測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0045]以下基于實施例對本發(fā)明進(jìn)行描述，但是本發(fā)明并不僅僅限于這些實施例。在下文對本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。為了避免混淆本發(fā)明的實質(zhì)，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細(xì)敘述。
[0046]此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。
[0047]同時，應(yīng)當(dāng)理解，在以下的描述中，“電路”是指由至少一個元件或子電路通過電氣連接或電磁連接構(gòu)成的導(dǎo)電回路。當(dāng)稱元件或電路“連接到”另一元件或稱元件/電路“連接在”兩個節(jié)點之間時，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件之間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結(jié)合。相反，當(dāng)稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時，意味著兩者不存在中間元件。
[0048]除非上下文明確要求，否則整個說明書和權(quán)利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應(yīng)當(dāng)解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。
[0049]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0050]根據(jù)出現(xiàn)電弧的線路的電壓電流檢測可知，在發(fā)生串聯(lián)電弧故障時，交流電弧電壓十分特別，在半周期開始的時候，在電壓過零點附近，電流也處于過零點附近，在電流過零前會出現(xiàn)電流迅速下降，其下降速度大于正弦波，而且在電壓過零點附近電流會保持在一個較小的數(shù)值不變。因此，通過檢測在電壓過零點附近被檢測線路的交流電流是否出現(xiàn)預(yù)定的特性可以檢測到是否出現(xiàn)串聯(lián)電弧故障。
[0051]圖1是本發(fā)明實施例的串聯(lián)電弧故障檢測電路的不意圖。
[0052]如圖1所示，本實施例的串聯(lián)電弧故障檢測電路包括電流檢測電路1、信號放大電路2、過零檢測電路3和信號處理電路4。
[0053]其中，電流檢測電路1設(shè)置于被檢測線路的火線上，用于檢測火線電流。
[0054]優(yōu)選地，電流檢測電路1通過電流互感器來感應(yīng)火線上的電流，從而形成火線電流的檢測信號輸出。
[0055]圖2是本發(fā)明實施例的一個優(yōu)選實施方式中的電流檢測電路和信號放大電路的電路。如圖2所示，電流檢測電路1包括電流互感器11、轉(zhuǎn)換電阻R1和電壓抬升電路12。
[0056]其中，電流互感器11設(shè)置于所述被檢測線路的火線上。轉(zhuǎn)換電阻R1連接在所述電流互感器11的二次側(cè)，將其輸出的電流檢測信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。電壓抬升電路與電流檢測電路的第一輸出端01連接，用于將輸出電壓抬升預(yù)定值。
[0057]具體地，如圖2所示電壓抬升電路包括電阻R8、電阻R9、電容C4、電容C5組成的阻抗網(wǎng)絡(luò)，所述阻抗網(wǎng)絡(luò)連接在上拉電壓端S(在本實施例中，上拉電壓為3.3V)和接地端之間。在所述阻抗網(wǎng)絡(luò)中，電阻R8連接在上拉電壓端S和阻抗網(wǎng)絡(luò)的輸出端之間，電容C4連接在上拉電壓端S和接地端之間，電阻R9和電容C5并聯(lián)連接在阻抗網(wǎng)絡(luò)的輸出端和接地端之間。
[0058]電壓抬升電路12還包括運(yùn)算放大器U1，其同相輸入端與所述阻抗網(wǎng)絡(luò)的輸出端連接，其反相輸入端與輸出端連接，其電源端連接電源電壓P (在本實施例中為5V)。在電源端和接地端之間可以設(shè)置電容C6以提供保護(hù)。運(yùn)算放大器U1的輸出端與所述轉(zhuǎn)換電阻R1的一端連接，通過向電阻R4注入電流從而抬升輸出端ο的電壓。
[0059]電壓抬升電路還包括設(shè)置于轉(zhuǎn)換電阻R1的一端和電流檢測電路1的第一輸出端ol之間的抬升電阻R4。通過抬升電阻R4可以將抬升電路生成的抬升電壓附加在轉(zhuǎn)換電阻R1生成的電壓檢測信號，由此，可以將所述轉(zhuǎn)換電阻R1的輸出電壓抬高3.3*(R9/(R8+R9))V，可以使得電流檢測電路的輸出電壓幅值與后級電路相適配。
[0060]優(yōu)選地，電流檢測電路1還可以包括設(shè)置于轉(zhuǎn)換電阻R1的一端與接地端之間的電容C1、連接在轉(zhuǎn)換電阻R1的另一端和電流檢測電路1的第二輸出端02之間的電阻R2、連接在轉(zhuǎn)換電阻R1的一端以及電流檢測電路1的第二輸出端之間的電容C2。
[0061]電流檢測電路還可以在轉(zhuǎn)換電阻R1的一端以及第二輸出端o2之間設(shè)置雙向二極管D1和電阻R3的串聯(lián)電路，以提供保護(hù)。
[0062]信號放大電路2用于對所述檢測到的表征火電電流的檢測信號(為電壓信號)進(jìn)行放大輸出模擬檢測信號。
[0063]如圖2所示，信號放大電路2包括運(yùn)算放大器U2以及電阻R5。運(yùn)算放大器U2的反相輸入端和同相輸入端分別與電流檢測電路的第一輸出端和第二輸出端連接。電阻R5連接在運(yùn)算放大器U2的反相輸入端和輸出端之間。利用電流檢測電路1中的抬升電阻R4，信號放大電路2可以將輸入的電壓放大R5/R4倍。