一种兼具故障电弧检测的漏电断路器的制作方法

1.本发明涉及配变设备故障电弧检测及漏电保护技术领域，特别涉及一种兼具故障电弧检测的漏电断路器。


背景技术：

2.目前具有漏电检测的断路器已经广泛应用，但是从防火安全的角度来看，大部分的火灾事故并非由用电设备的漏电造成，而是由故障电弧造成的。故障电弧是一种有别于正常电弧例如焊机电弧的一种非正常电弧，它是由用电设备的绝缘故障而产生的。例如：相间的绝缘击穿（非短路），此种绝缘击穿所产生的故障电弧称为并联故障电弧，而另一种称为串联故障电弧是发生在电路的节点之间，当此节点出现似通非通的情况下所产生的故障电弧则被称作串联故障电弧。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种兼具故障电弧检测的漏电断路器，它能将配变设备的漏电检测及保护、故障电弧检测及保护有机地结合为一体，成为一种既具漏电保护又具故障电弧保护的断路器。
4.本发明所提出的技术解决方案是这样的：一种兼具故障电弧检测的漏电断路器，所述漏电断路器包括第1调理模块、第2调理模块、带通滤波器、第2交直流转换电路、第1微型控制单元mcu1、报警器、低通滤波器、第1交直流转换电路、第3调理模块、第2微型控制单元mcu2、脱扣器以及漏电电路互感器zct和电流互感器ct；电源的相线电流与零线电流通过漏电电流互感器zct采集到的漏电电流信号i
△
经第3调理模块放大、整流后输入至第2微型控制单元mcu2的cn5端口，并与预存在第2微型控制单元mcu2内的漏电电流基准值进行比较，如等于或大于漏电电流基准值就通过cn6端口输出驱动信号令脱扣器动作脱扣；电源的相线电流通过电流互感器ct采集到的电流信号ia经电阻r
1x
、电阻r
2x
分压为第1电压信号u
1x
和第2电压信号u
2x
，形成两路电路：第1路电路主要由第1调理模块、低通滤波器、第1交直流转换电路和第1微型控制单元mcu1组成，第1电压信号u
1x
依次经第1调理模块放大、低通滤波器滤去高频干扰波取出50hz基波信号、再经第1交直流转换电路转换成50hz全波直流电压信号输入第1微型控制单元mcu1的cn3端口，经模数转换为0～1024的数字信号，每10us采集1个数字信号，在10ms内将采集到的100个数字信号求平均值，将求得的数字信号平均值存入mcu1的内存并命名为a1，在1秒内连续求数字信号平均值获得an=a1、a2、a3…a100
，其中，n=1、2、3
…
100，当an≥a
n-1
+a
n+1
时将an的值赋给b并存入mcu1的内存，若1秒内100个an中有14个或以上的b就是一个故障电弧的判据；第2路电路主要由第2调理模块、带通滤波器、第2交直流转换电路和第1微型控制单元mcu1组成，第2电压信号u
2x
经第2调理模块放大，经带通滤波器滤波后将2k～20khz的波形经第2交直流转换电路转换为全波直流电压信号输入第1微型控制单元mcu1的cn1端口，经模数转换为0～1024的数字信号，每10us采集一个数字信号，在10ms内将采集到的100个数字信号求平均值，将求
得的100个数字信号平均值中的最大值存入mcu1的内存并命名为c1，在1秒内连续求数字信号平均值的最大值获得cn=c1、c2、c3…cn
，当cn≥c
n-1
+c
n+1
时将cn的值赋给d并存入mcu1的内存，若1秒内100个数字信号平均值的最大值cn中有14个或以上的d就是一个故障电弧的判据；当第1路信号流和第2路信号流在1秒内都同时获得一个故障电弧的判据，就判断为出现故障电弧波形，mcu1将高电平输到cn1端口和cn4端口，cn2端口输出高电平驱动报警器报警，cn4端口的高电平输入到mcu2的cn7端口并通过mcu2的cn6端口输出高电平驱动脱扣器脱扣。
5.与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：本发明一种兼具故障电弧检测与保护的漏电断路器能将配变设备的漏电检测及保护与故障电弧检测及保护有机地结合为一体。其故障电弧检测部分是通过电流互感器ct采集到电流信号，若发生故障电弧，必然会在该电流信号中蕴含有故障电弧信号，借助于后续的调理、滤波、交直流变换及第1微型控制单元mcu1的运作可将故障电弧信号从所述电流信号中分离出来，根据国标gb14287.4-2014的规定，当被探测线路在1s内发生14个及其以上半周期的故障电弧时，探测器应在30s内发出报警信号，故此时再通过第1微型控制单元mcu1的计算可识别与确认故障电弧信号的存在，并发出报警信号及借助于第2微型控制单元mcu2驱动脱扣器脱扣。可见本断路器既具漏电保护又兼具故障电弧保护。本断路器的第1微型控制单元mcu1、第2微型控制单元mcu2均采用高性能、低功耗、高可靠性的处理器。
附图说明
6.图1是本发明一种兼具故障电弧检测的漏电断路器的电原理框图。
具体实施方式
7.通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。
8.参见图1所示，一种兼具故障电弧检测的漏电断路器，所述漏电断路器包括第1调理模块1、第2调理模块2、带通滤波器3、第2交直流转换电路4、第1微型控制单元mcu15、报警器6、低通滤波器7、第1交直流转换电路8、第3调理模块9、第2微型控制单元mcu210、脱扣器11以及漏电电路互感器zct和电流互感器ct；电源的相线电流与零线电流通过漏电电流互感器zct采集到的漏电电流信号i
△
经第3调理模块9放大、整流后输入至第2微型控制单元mcu210的cn5端口，并与预存在第2微型控制单元mcu210内的漏电电流基准值进行比较，如等于或大于漏电电流基准值就通过cn6端口输出驱动信号令脱扣器11动作脱扣；电源的相线电流通过电流互感器ct采集到的电流信号ia经电阻r
1x
、电阻r
2x
分压为第1电压信号u
1x
和第2电压信号u
2x
，形成两路电路：第1路电路主要由第1调理模块1、低通滤波器7、第1交直流转换电路8和第1微型控制单元mcu15组成，第1电压信号u
1x
依次经第1调理模块1放大、低通滤波器7滤去高频干扰波取出50hz基波信号、再经第1交直流转换电路8转换成50hz全波直流电压信号输入第1微型控制单元mcu15的cn3端口，经模数转换为0～1024的数字信号，每10us采集1个数字信号，在10ms内将采集到的100个数字信号求平均值，将求得的数字信号平均值存入mcu15的内存并命名为a1，在1秒内连续求数字信号平均值获得an=a1、a2、a3…a100
，其中，n=1、2、3
…
100，当an≥a
n-1
+a
n+1
时将an的值赋给b并存入mcu15的内存，若1秒内100个an中有14个或以上的b就是一个故障电弧的判据；第2路电路主要由第2调理模块2、带通滤波器3、第2交直流转换电路4和第1微型控制单元mcu15组成，第2电压信号u
2x
经第2调理模块2放
大，经带通滤波器3滤波后将2k～20khz的波形经第2交直流转换电路4转换为全波直流电压信号输入第1微型控制单元mcu15的cn1端口，经模数转换为0～1024的数字信号，每10us采集一个数字信号，在10ms内将采集到的100个数字信号求平均值，将求得的100个数字信号平均值中的最大值存入mcu15的内存并命名为c1，在1秒内连续求数字信号平均值的最大值获得cn=c1、c2、c3…cn
，当cn≥c
n-1
+c
n+1
时将cn的值赋给d并存入mcu15的内存，若1秒内100个数字信号平均值的最大值cn中有14个或以上的d就是一个故障电弧的判据；当第1路信号流和第2路信号流在1秒内都同时获得一个故障电弧的判据，就判断为出现故障电弧波形，mcu15将高电平输到cn1端口和cn4端口，cn2端口输出高电平驱动报警器7报警，cn4端口的高电平输入到mcu210的cn7端口并通过mcu210的cn6端口输出高电平驱动脱扣器11脱扣。
9.本断路器的第1微型控制单元mcu15采用pic24f256ga006处理器、第2微型控制单元mcu210采用pic16f1704处理器，它们均具有高性能、低功耗和高可靠性。
10.报警器6可发出声、光报警。

技术特征：
1.一种兼具故障电弧检测的漏电断路器，其特征在于：所述漏电断路器包括第1调理模块（1）、第2调理模块（2）、带通滤波器（3）、第2交直流转换电路（4）、第1微型控制单元mcu1（5）、报警器（6）、低通滤波器（7）、第1交直流转换电路（8）、第3调理模块（9）、第2微型控制单元mcu2（10）、脱扣器（11）以及漏电电路互感器zct和电流互感器ct；电源的相线电流与零线电流通过漏电电流互感器zct采集到的漏电电流信号i
△
经第3调理模块（9）放大、整流后输入至第2微型控制单元mcu2（10）的cn5端口，并与预存在第2微型控制单元mcu2（10）内的漏电电流基准值进行比较，如等于或大于漏电电流基准值就通过cn6端口输出驱动信号令脱扣器（11）动作脱扣；电源的相线电流通过电流互感器ct采集到的电流信号ia经电阻r
1x
、电阻r
2x
分压为第1电压信号u
1x
和第2电压信号u
2x
，形成两路电路：第1路电路主要由第1调理模块（1）、低通滤波器（7）、第1交直流转换电路（8）和第1微型控制单元mcu1（5）组成，第1电压信号u
1x
依次经第1调理模块（1）放大、低通滤波器（7）滤去高频干扰波取出50hz基波信号、再经第1交直流转换电路（8）转换成50hz全波直流电压信号输入第1微型控制单元mcu1（5）的cn3端口，经模数转换为0～1024的数字信号，每10us采集1个数字信号，在10ms内将采集到的100个数字信号求平均值，将求得的数字信号平均值存入mcu1（5）的内存并命名为a1，在1秒内连续求数字信号平均值获得a
n
=a1、a2、a3…
a
100
，其中，n=1、2、3
…
100，当a
n
≥a
n-1
+a
n+1
时将a
n
的值赋给b并存入mcu1（5）的内存，若1秒内100个a
n
中有14个或以上的b就是一个故障电弧的判据；第2路电路主要由第2调理模块（2）、带通滤波器（3）、第2交直流转换电路（4）和第1微型控制单元mcu1（5）组成，第2电压信号u
2x
经第2调理模块（2）放大，经带通滤波器（3）滤波后将2k～20khz的波形经第2交直流转换电路（4）转换为全波直流电压信号输入第1微型控制单元mcu1（5）的cn1端口，经模数转换为0～1024的数字信号，每10us采集一个数字信号，在10ms内将采集到的100个数字信号求平均值，将求得的100个数字信号平均值中的最大值存入mcu1（5）的内存并命名为c1，在1秒内连续求数字信号平均值的最大值获得c
n
=c1、c2、c3…
c
n
，当c
n
≥c
n-1
+c
n+1
时将c
n
的值赋给d并存入mcu1（5）的内存，若1秒内100个数字信号平均值的最大值c
n
中有14个或以上的d就是一个故障电弧的判据；当第1路信号流和第2路信号流在1秒内都同时获得一个故障电弧的判据，就判断为出现故障电弧波形，mcu1（5）将高电平输到cn1端口和cn4端口，cn2端口输出高电平驱动报警器（7）报警，cn4端口的高电平输入到mcu2（10）的cn7端口并通过mcu2（10）的cn6端口输出高电平驱动脱扣器（11）脱扣。2.根据权利要求1所述的兼具故障电弧检测的漏电断路器，其特征在于：所述第1微型控制单元mcu1（5）采用pic24f256ga006处理器。3.根据权利要求1所述的兼具故障电弧检测的漏电断路器，其特征在于：所述第2微型控制单元mcu2（10）采用pic16f1704处理器。

技术总结
一种兼具故障电弧检测的漏电断路器，电源相、零线电流通过漏电电流互感器采集到的漏电电流信号经放大整流后输入MCU2，经比较、判断输出驱动信号令脱扣器脱扣；电源相线电流通过电流互感器采集到的电流信号经分压为两个电压信号，一路的电压信号经放大、低通滤波、交直流转换输入MCU1，经模数转换、计算、比较、判断获得一个故障电弧判据；另一路的电压信号经放大、带通滤波、交直流转换输入MCU1，经模数转换、计算、比较、判断获得另一个故障电弧判据；当在1秒内同时出现上述两个故障电弧判据时就确认为故障电弧波形，MCU1输出高电平驱动报警器报警，同时也输出高电平到MCU2，并通过MCU2驱动脱扣器脱扣。驱动脱扣器脱扣。驱动脱扣器脱扣。


技术研发人员：郭晨 王兰军 冼兴泉
受保护的技术使用者：广东佛电电器有限公司
技术研发日：2021.12.01
技术公布日：2022/3/8