[发明专利]一种故障电弧及电流检测的复合检测电路装置

说明书

本发明公开了一种故障电弧领域的复合检测电路，该电路复用了断路器脱扣装置的电感线圈，可以完成电弧信号检测、旁路串扰信号检测、低频电流检测以及自检信号检测等多种功能。该电路主要由Y型采样电路，单端转差分电路，可编程增益放大器，巴特沃斯滤波器，RC抗混叠滤波器，AD采样电路以及DSP等模块组成。单端转差分运放将采样的单端信号转为差分信号，PGA对采样信号进行放大。巴特沃斯滤波器将200MHZ以上的频率分量滤除，抗混叠滤波滤除15KHZ以上的频率分量。本发明中采用了过采样技术，高频电流信号通道采样频率1GSPS，低频电流信号通道采样频率50KSPS。DSP用于电弧特征值计算以及计量电流统计，并根据信号幅度平均值调整PGA增益，输出PWM波用于系统自检。

技术领域

本发明属于故障电弧检测领域，主要涉及一种故障电弧和电流检测信号以及系统自检信号的复合检测电路装置。

背景技术

电气火灾在当今社会中的火灾事故中占有很高的比例，而电弧故障是导致电气火灾的重要原因之一。故障电弧通常是由于线路、设备绝缘老化和破损，或不良的电气连接造成的，当发生故障电弧时，电弧的发生会释放高温，极其容易引起火灾。发生的电弧依据其故障类型可以分为串联故障电弧和并联故障电弧，由于并联故障电弧发生时的电流比较大，现有的过流保护装置和短路保护装置可以起到保护作用。而串联电弧发生时，电流虽然有异常，但是电流值低于保护阈值，导致现有的过流保护其不能有效检测故障电弧和保护电路。

故障电弧的检测和发现有赖于对电弧信号的采样，实际操作中，有利用电弧发生时的弧光、温度等物理现象进行采样和监测的手段，但是在家庭环境中该方案并不适合。现有的方案中一般通过对电路中电压或电流信号的检测来实现，目前市场上常见的检测方案均是通过电流互感器实现火线上电流的采样，然后通过后续模块的处理来判断是否发生了电弧信号。

发生故障电弧时，线路中的电信号会发生较为明显的畸变，富含高频成分。电流互感器在对电弧进行采样时会受限于其本身的工作频率范围，一般其工作频率在几十KHz到数百KHz之内，而电弧中含有的频率分量可以达到数MHz 以上，传统采用电流互感器的采样方式会对高频范围内的频率分量造成衰减。同时，采用电流互感器增加了产品的体积和整体成本。

本发明中提出的采样方案复用了脱扣装置中的电感线圈，降低了额外的成本，减小了体积。和电流互感器采样方案相比，工作频率范围更宽。同时，本方案复用该电感线圈对低频电流进行采样，可以用于计算计量电量和低频电弧的分析，避免使用传统方案中的热双金属进行电流过流检测和保护。

当发生旁路串扰电弧时，本发明中的采样电路可以在电感和电阻两路采样信号中引入相位差，在两路采样电阻电压信号上引入幅值差异，辅助识别本地打弧和旁路串扰。

为了测试采样信号通道是否正常工作，通过DSP输出PWM波进行信号注入，复用高频信号采样通道，通过DSP是否检测到该自检信号决定采样通道是否处于正常状态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、高效的复合检测电路装置，该电路复用了断路器中脱扣装置的电感线圈，能够对故障电弧、旁路串扰电弧、低频电流以及系统自检信号等进行采样和预处理。

为达到上述目的，在本发明中提供的电弧信号采样电路结构如图1所示，主要包括：连接在火线和零线之间的电阻R₁、R₂以及电容C组成的Y型电路结构，串联在火线上且连接在R₁、R₂之间电阻R₃和电感L，其中电阻R₃和电感L 以并联形式连接在R₁和R₂之间。

为方便分析，将所述采样信号的处理分为低频电流采样通道，高频电流采样通道以及系统自检信号检测通道。