專利名稱：一種故障電弧保護(hù)斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用電故障安全保護(hù)裝置，尤其涉及一種對故障電弧進(jìn)行 保護(hù)的斷路器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的用電故障保護(hù)裝置，分為接地故障斷路器(Ground-fault Circuit Interrupter)， 漏電流檢測斷路器(Leakage Current Detector Interrupter) 和故障電弧斷路保護(hù)器(Arc-Fault Circuit Interrupter)等。接地故障斷路器(GFCI)主要用來保護(hù)接地故障，當(dāng)電器中火線或零線對地 有電流流過時(shí)，GFCI會(huì)發(fā)生動(dòng)作，切斷電源。該保護(hù)器主要用于防止人在使用電 器時(shí)發(fā)生如有觸電現(xiàn)象發(fā)生，及時(shí)斷開電源防止人體觸電。漏電流檢測斷路器(LCDI )主要用來防止所接電源線上發(fā)生電弧引起的火突， 當(dāng)電源線上發(fā)生電弧時(shí)，由于導(dǎo)線上的特殊防護(hù)裝置，會(huì)使斷路器斷開，防止電弧 引起火災(zāi)。故障電弧斷路保護(hù)器(AFCI)主要用于電弧故障的檢測，不僅可以對導(dǎo)線上 的錯(cuò)誤電弧檢測，而且當(dāng)導(dǎo)線以外的電器部分發(fā)生電弧時(shí)，AFCI通過對電路里電 流信號的檢測，判斷識別錯(cuò)誤電弧和正常電弧，當(dāng)有可能引起火災(zāi)的故障電弧在電 路中發(fā)生時(shí)，AFCI及時(shí)切斷電路，防止火災(zāi)發(fā)生。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中故障電弧保護(hù)斷路器一個(gè)實(shí)施例的功能模塊。請參見 圖1所示，該斷路器主要由觸點(diǎn)開關(guān)1、微機(jī)控制單元2和信號采樣模塊3組成。 其中觸點(diǎn)開關(guān)1設(shè)置在電源線5的電網(wǎng)一端，用于控制電源線5的導(dǎo)通和關(guān)斷，信 號采樣模塊3設(shè)置在電源線5的用電設(shè)備一端。當(dāng)電路中有電弧出現(xiàn)時(shí)信號采樣模 塊3采集相關(guān)信號，并送至微機(jī)控制單元2處理，當(dāng)電弧是故障電弧時(shí)微機(jī)控制單 元2發(fā)出觸發(fā)信號給觸點(diǎn)開關(guān)1以使其斷開。該觸點(diǎn)開關(guān)1可以是電磁觸發(fā)式的觸 點(diǎn)開關(guān)。 在信號采樣模塊3內(nèi)部依次串接采樣單元31、帶通濾波單元32、放大單元33 和積分單元34。其中采樣單元31連接在電源線5的用電設(shè)備一端，積分單元34 的輸出端連接微機(jī)控制單元2。采樣單元31采集電源線5中的高頻電流信號，采 集到的高頻電流信號經(jīng)帶通濾波單元32后成為系統(tǒng)所需要的頻段的信號，該頻段 信號經(jīng)過放大單元33放大后成為系統(tǒng)可以利用的理想幅值的信號，積分單元34 將該信號做積分處理后輸入微機(jī)控制單元2。經(jīng)過上述的處理，微機(jī)控制單元2可 以實(shí)時(shí)檢測電源線路的運(yùn)行狀況，當(dāng)有異常狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)，微機(jī)控制單元2根據(jù)信號 的特點(diǎn)予以判斷所出現(xiàn)的異常狀態(tài)是正常電弧還是故障電弧。如果是故障電弧，則 微機(jī)控制單元2發(fā)出觸發(fā)信號，通過電磁觸發(fā)器使觸點(diǎn)開關(guān)斷開，從而避免故障電 弧引起火災(zāi)等危害。圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中故障電弧保護(hù)斷路器另一實(shí)施例的功能模塊。如圖2 所示，本實(shí)施例與圖1實(shí)施例基本相同，唯一不同之處在于，放大單元33，和帶通 濾波單元32，處理信號的順序?qū)φ{(diào)，即先利用放大單元33，對采集到的電流信號進(jìn) 行放大，再利用帶通濾波單元32，對放大后的信號轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需要的頻段信號。 這樣的模塊結(jié)構(gòu)同樣可以實(shí)現(xiàn)上述功能。AFCI對電流信號檢測時(shí)，需要采集發(fā)生電弧時(shí)特有頻段的電流信號。而現(xiàn)有 技術(shù)采用導(dǎo)磁性材料做磁芯的電流傳感器。這種電流采集方式因磁性材料的飽和特 性導(dǎo)致信號的非線性，不利于信號的正確判斷。此外，現(xiàn)有技術(shù)中沒有采用電流檢 測模塊，微機(jī)控制系統(tǒng)判斷依據(jù)相對較少，開關(guān)動(dòng)作模式單一。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于解決上述問題，提供了一種故障電弧保護(hù)斷路器，當(dāng) 電路中任何部分發(fā)生電弧時(shí)，能線性采集電流信號，有利于對信號作出正確判斷。 而且采用電流檢測模塊，微機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)回路中電流的不同，使斷路器采取不同 的保護(hù)時(shí)間動(dòng)作。提高效率，實(shí)現(xiàn)斷路器的智能識別動(dòng)作功能。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為本實(shí)用新型提出了一種故障電弧保護(hù)斷路器，包 括安裝在用電設(shè)備端的內(nèi)部設(shè)有采樣單元的信號采樣模塊、微機(jī)控制單元、安裝在 電網(wǎng)進(jìn)線端的觸點(diǎn)開關(guān)，所述信號采樣模塊利用所述采樣單元采集電路中的信號送 入所述微機(jī)控制單元處理，其特征在于，所述斷路器還包括一連接在用電設(shè)備端的
電流檢測模塊，檢測流經(jīng)所述采樣單元的電流信號，將處理后的信號送入所述微機(jī)控制單元，所述微機(jī)控制單元根據(jù)所述信號采樣模塊和所述電流檢測模塊送來的信號控制觸點(diǎn)開關(guān)的開閉。上述的故障電弧保護(hù)斷路器，其中，所述電流檢測模塊進(jìn)一步包括 一交流信號濾波單元，將所述采樣單元上的電流信號濾波為微小的交流信號； 一放大單元，連接所述交流信號濾波單元，將所述微小的交流信號放大為所述微機(jī)控制單元可識別的電流信號。上述的故障電弧保護(hù)斷路器，其中，所述采樣單元的電流信號采樣變壓器采用空心電感。上述的故障電弧保護(hù)斷路器，其中，所述信號采樣模塊進(jìn)一步包括與所述采 樣單元依次串接的帶通濾波單元、放大單元以及積分單元，所述帶通濾波單元將采 集到的電流信號轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需的頻段信號，所述放大單元對所述頻段信號進(jìn)行放 大，所述積分單元對放大后的頻段信號做積分處理后輸入所述微機(jī)控制單元。上述的故障電弧保護(hù)斷路器，其中，所述信號采樣模塊進(jìn)一步包括與所述采 樣單元依次串接的放大單元、帶通濾波單元以及積分單元，所述放大單元對采集到 的電流信號進(jìn)行放大，所述帶通濾波單元將放大后的電流信號轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需的頻 段信號，所述積分單元對放大后的頻段信號做積分處理后輸入所述微機(jī)控制單元。上述的故障電弧保護(hù)斷路器，其中，所述觸點(diǎn)開關(guān)是電磁控制的觸點(diǎn)開關(guān)。上述的故障電弧保護(hù)斷路器，其中，所述空心電感中，其骨架采用非磁性材 料，骨架內(nèi)不加H芯。上述的故障電弧保護(hù)斷路器，其中，所述空心電感中，其骨架采用非磁性材 料，且該骨架的中空部分裝有采用非磁性材料的磁芯。上述的故障電弧保護(hù)斷路器，其中，所述電感范圍為0.01微亨到500微亨。本實(shí)用新型對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果本實(shí)用新型的斷路器通過插頭 或插座的形式，接在用電設(shè)備和電網(wǎng)之間。當(dāng)用電設(shè)備因?yàn)殡娋€老化等原因發(fā)生可 能引起火災(zāi)的故障電弧時(shí)，該斷路器通過非磁性材料骨架的空心電感的電流信號采 樣變壓器去采集流經(jīng)用電設(shè)備的電壓或電流，并通過電流檢測模塊將電流信號采樣 變壓器采集到的電流經(jīng)濾波放大后輸出至微機(jī)控制單元，微機(jī)控制單元探測到故障 電弧，并觸發(fā)觸電開關(guān)使電路斷路，從而及時(shí)熄滅故障電弧，防止火突等故障發(fā)生。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的故障電弧保護(hù)斷路器一個(gè)實(shí)施例的功能模塊圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的故障電弧保護(hù)斷路器另一實(shí)施例的功能模塊圖。 圖3是本實(shí)用新型的故障電弧保護(hù)斷路器的一個(gè)實(shí)施例的功能模塊圖。 圖4是本實(shí)用新型的故障電弧保護(hù)斷路器的另一實(shí)施例的功能模塊圖。 圖5是本實(shí)用新型故障電弧保護(hù)斷路器中的采樣單元變壓器的空心電感一較 佳實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)圖。圖6是圖5所示實(shí)施例的剖視圖。圖7是本實(shí)用新型故障電弧保護(hù)斷路器中的采樣單元變壓器的空心電感另一 較佳實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)圖。圖8是圖7所示實(shí)施例的剖視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。圖3示出了本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例的原理。請參見圖3,本實(shí)施例在圖 1所示的現(xiàn)有的故障電弧保護(hù)斷路器的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)電流檢測模塊4。也即， 故障電弧保護(hù)斷路器包括觸點(diǎn)開關(guān)l、信號采樣模塊3、電流檢測模塊4以及微 機(jī)控制單元2。信號采樣模塊3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及模塊的工作原理同現(xiàn)有技術(shù)是相同 的，因此不再贅述。電流檢測模塊4檢測流經(jīng)采樣單元31的電流信號，處理后送 至微機(jī)控制單元2。微機(jī)控制單元2根據(jù)信號采樣模塊3和電流檢測模塊4送來的 信號，實(shí)時(shí)檢測電源線路的運(yùn)行狀況，當(dāng)有異常狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)，微機(jī)控制單元2根據(jù) 信號的特點(diǎn)(例如電流信號突然大于預(yù)設(shè)值等)予以判斷所出現(xiàn)的異常狀態(tài)是正常 電弧還是故障電弧。如果是故障電弧，則微機(jī)控制單元2發(fā)出觸發(fā)信號，通過電磁 觸發(fā)器使觸點(diǎn)開關(guān)1斷開，從而避免故障電弧引起火災(zāi)等危害。電流檢測模塊4內(nèi)部包括交流信號濾波單元41和與之連接的放大單元42。采 樣單元31的原邊線圏串接在電源線5中，當(dāng)電源線5中有電流經(jīng)過，采樣單元31 的原邊線圏上的電流信號經(jīng)過交流信號濾波單元41濾波為微小的交流信號。該微 小的交流信號經(jīng)過放大單元42放大成微機(jī)控制單元2可識別的電流信號后輸入至
微機(jī)控制單元2。微機(jī)控制單元2據(jù)此判斷出電源線5中的電流大小，根據(jù)這個(gè)電 流大小和積分單元34的信號，觸發(fā)觸點(diǎn)開關(guān)，采取不同的保護(hù)時(shí)間動(dòng)作，電流越 大則保護(hù)時(shí)間越短。其中積分單元34是高頻電弧信號釆集回路，只有當(dāng)微機(jī)控制 單元2接收到積分單元34發(fā)送來的電弧信號時(shí)，電源線5中的電流過大才會(huì)加快 保護(hù)時(shí)間。如果積分單元34沒有產(chǎn)生電弧信號，即使電流再大也不會(huì)產(chǎn)生保護(hù)。圖4示出了本實(shí)用新型的另一較佳實(shí)施例的原理。請參見圖4，圖4實(shí)施例與 圖3實(shí)施例的區(qū)別在于在信號采樣模塊3內(nèi)部，圖3實(shí)施例是先將采樣單元采集 的信號進(jìn)行帶通濾波，再放大、積分；而本實(shí)施例是先將釆樣單元采集的信號通過 放大單元33，進(jìn)行放大處理，再經(jīng)帶通濾波單元32，濾波后進(jìn)行積分。其余模塊或 單元的連接方式、工作原理均與圖3實(shí)施例相同，因此不再贅述。上述兩個(gè)實(shí)施例中，采樣單元31的電流信號采樣變壓器所采用的可以是傳統(tǒng) 的電感，也可為空心電感。采樣變壓器的原邊5-IO扎銅線繞在副邊的采樣電感上， 較佳地應(yīng)采用空心電感。通常的電感中，其線圏纏繞在骨架上，骨架中空，其內(nèi)裝有磁芯，其中磁芯 采用磁性材料制成。圖5示出了本實(shí)用新型的采樣單元中電流信號采樣電感一個(gè)實(shí) 施例的結(jié)構(gòu)。圖6是圖5的剖碎見圖。如圖5和圖6所示，電感由線團(tuán)51、骨架52、 和磁芯53組成，較之傳統(tǒng)電感，其骨架52和磁芯53均采用非磁性材料，例如木 塊、塑料等。圖7示出了本實(shí)用新型的采樣單元中電流信號采樣電感另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。 圖8是圖7的剖^L圖。如圖7和圖8所示，電感由線圖61和骨架62組成，較之傳 統(tǒng)電感，其骨架62釆用非磁性材料，且其中不裝磁芯。上述兩個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)均可使電感值足夠小，使電感范圍達(dá)到0.01微亨到500 微亨。因?yàn)橹挥性陔姼兄底銐蛐〉那闆r下，才能保證采集到電路中細(xì)微的高頻信號， 保證線性采集電流信號，從而便于處理和檢測電路中的異常狀態(tài)。應(yīng)理解，本實(shí)用 新型的發(fā)明點(diǎn)在于采用了電流檢測模塊檢測處理電流大小，以此作為電弧故障的判 斷依據(jù)，實(shí)施例僅用于示例。上述實(shí)施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來實(shí)現(xiàn)或使用本實(shí)用新型的，熟悉 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可在不脫離本實(shí)用新型的發(fā)明思想的情況下，對上述實(shí)施例 做出種種修改或變化，因而本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不被上述實(shí)施例所限，而應(yīng)該
是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求1一種故障電弧保護(hù)斷路器，包括安裝在用電設(shè)備端的內(nèi)部設(shè)有采樣單元的信號采樣模塊、微機(jī)控制單元、安裝在電網(wǎng)進(jìn)線端的觸點(diǎn)開關(guān)，所述信號采樣模塊利用所述采樣單元采集電路中的信號送入所述微機(jī)控制單元處理，其特征在于，所述斷路器還包括一連接在用電設(shè)備端的電流檢測模塊，檢測流經(jīng)所述采樣單元的電流信號，將處理后的信號送入所述微機(jī)控制單元，所述微機(jī)控制單元根據(jù)所述信號采樣模塊和所述電流檢測模塊送來的信號控制觸點(diǎn)開關(guān)的開閉。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種故障電弧保護(hù)斷路器，當(dāng)電路中任何部分發(fā)生電弧時(shí)，能線性采集電流信號，有利于對信號作出正確判斷。其技術(shù)方案為該斷路器包括安裝在用電設(shè)備端的內(nèi)部設(shè)有采樣單元的信號采樣模塊、微機(jī)控制單元、安裝在電網(wǎng)進(jìn)線端的觸點(diǎn)開關(guān)，該信號采樣模塊利用該采樣單元采集電路中的信號送入該微機(jī)控制單元處理，該微機(jī)控制單元控制該觸點(diǎn)開關(guān)的開閉，其中該采樣單元的電流信號采樣變壓器采用空心電感。本實(shí)用新型應(yīng)用于用電故障安全保護(hù)裝置。
文檔編號H02H3/08GK201051651SQ20072007121
公開日2008年4月23日 申請日期2007年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月18日
發(fā)明者原乃武, 剛 邢 申請人:邢 剛;原乃武