中低压开关柜弧光保护装置的制作方法

本发明属于电力设备领域，涉及中低压开关柜，尤其涉及一种中低压开关柜弧光保护装置。

背景技术：

近年来，伴随着经济的快速发展，国内的电力行业也在不断地发展，中低压幵关柜在输配电系统中应用也越来越广泛。与此同时，中低压开关柜在短路故障发生时，产生的弧光会对设备及人员造成不小的危害，甚至会演变成母线故障，造成严重的经济损失。对于及以下等级的中低压母线，目前并没有专门配置相应的保护装置，多是依靠上一级元件的后备过流保护，但是往往切除故障时间较长，损失严重。

开关柜出现弧光故障的原因的类型是多种多样的，如工作人员操作不当、载流体接触不良、绝缘老化和机械磨损、运行条件过于恶劣等。具体因素有开关柜中绝缘材料爬电距离不符合绝缘的标准，在恶劣的运行情况下，如潮湿、污秽、凝露条件下，容易受到腐蚀，从而引起放电、闪络等故障；设备材料绝缘老化；工具等外来物件因为操作人员的疏忽而落在设备里面；维护人员的失误，例如该接地的未接地，没有进行验电步骤等。

为了解决上述问题，人们提出了可以科杨的办法，例如，采用手段限制电弧能量，主要是限制电弧的燃烧时间和电流大小，前者是通过短路装置实现，后者是通过限流器实现；也可以采用手段从运行管理方面限制电弧产生，包括检查维护设备，检查接触连接部位，检查绝缘件等；还可以制定相关人员规范操作的规章制度等。但是这些举措只能从一定程度上防护故障电弧，治标不治本，无法从根本上防护故障电弧。

为了从根本上解决电弧的问题，人们经过潜心研究，提出了各种各样的技术方案，例如，国家知识产权局就公开了一种电弧光保护装置{申请号：201210208200.7}，包括主控单元、输入模块和输出控制模块，其特征在于：主控单元采用8核CPU，输入模块包括交流量采集单元、直流量采集单元、电弧传感单元和温度传感单元，其中电弧传感单元的输出端对应接直流量采集单元的TD1脚和TD2脚，交流量采集单元、直流量采集单元和温度传感单元的输出端对应接主控单元的输入端AX1脚、AX2脚、DX1脚、DX2脚、PD1脚和PD2脚，输出控制模块采用继电器，接主控单元的输出端PB1脚、PB2脚。

上述技术方案虽然在根本上解决了弧光的问题，但其扔存在设备应用范围低、适用范围不广且生产成本高，反应时间长、处理效果较慢等技术问题。

技术实现要素：

本发明针对上述的弧光保护存在的技术问题，提出一种设计合理、结构简单、成本低廉且适用范围广、反应迅速、处理效果好的中低压开关柜弧光保护装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供一种中低压开关柜弧光保护装置，包括用于安装在开关柜上的装置本体，所述装置本体上设置有若干个均匀分布排列的金属孔，所述装置本体上插有用于采集电流信号的电流采集模块、用于采集电弧信号的电弧采集模块、用于处理信号的处理模块、用于断开电流的控制模块、用于发送处理信息的传输模块以及用于整个装置提供电源的电源模块，所述电流采集模块、电弧采集模块、控制模块、传输模块、电源模块与处理模块之间通过连接导线电性连接。

作为优选，所述电流采集模块包括插在装置本体上的电流信号处理与放大集成块以及与电流信号处理与放大集成块电性连接的用于安装在三相线上的电流互感器，所述电流信号处理与放大集成块内集成有电流信号处理与放大电路。

作为优选，所述电流信号处理与放大集成块与电流互感器之间可拆卸连接，所述电流信号处理与放大集成块上设置有用于电性连接电流互感器的插孔。

作为优选，所述电弧采集模块包括插在装置本体上的隔离传输电路集成块以及与隔离传输电路集成块电性连接的弧光传感器，所述隔离传输电路集成块内集成有隔离传输电路。

作为优选，所述隔离传输电路集成块与弧光传感器之间可拆卸连接，所述隔离传输电路集成块上设置有用于电性连接弧光传感器的连接孔。

作为优选，所述处理模块包括插在装置本体上芯片集成块，所述芯片集成块包括用于实施运算的主控制芯片以及与主控芯片相配合的数字逻辑实现芯片，所述主控制芯片为DSP芯片，所述数字逻辑实现芯片为CPLD芯片。

作为优选，所述控制模块包括插在装置本体上的继电器线路集成块以及与继电器线路集成块电性连接的用于安装在三相线路上的断路器，所述继电器线路集成块内集成有继电器控制电路。

作为优选，所述继电器线路集成块与断路器之间可拆卸连接，所述继电器线路集成块设置有用于电性连接断路器的固定孔。

作为优选，所述电源模块包括插在装置本体上的变压电路集成块，所述变压电路集成块上设置有与220V电源连接的接孔，所述变压电路集成块内集成有变压电路。

作为优选，所述传输模块包括插在装置本体上的GPRS信号传输集成块，所述GPRS信号传输集成块内集成有GPRS信号传输电路。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，

1、本发明通过提供一种中低压开关柜弧光保护装置，利用插孔式的连接方式，使本发明的利用范围更广，利用电流信号采集和电弧信号采集两种手段，确保电弧信息采集的准确性，利用相互配合使用的主控制芯片和数字逻辑实现芯片使运算更加的灵活、快速，同时利用各个模块相互配合，进而实现中低压配电柜的电弧保护，确保了中低压配电柜的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1提供的中低压开关柜弧光保护装置的结构示意图；

图2为实施例1提供的中低压开关柜弧光保护装置的原理图；

图3为实施例1提供的电流信号处理与放大电路图；

图4为实施例1提供的隔离传输电路图；

图5为实施例1提供的继电器控制电路图；

以上各图中，1、装置本体；11、安装孔；2、电流信号处理与放大集成块；21、插孔；3、隔离传输电路集成块；31、连接孔；4、芯片集成块；5、继电器线路集成块；6、变压电路集成块；7、GPRS信号传输集成块；8、连接导线。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1，如图1、图2所示，众所周知，电弧在燃烧时，可以产生4种效应，分别是压力效应、燃烧效应、辐射效应以及声效应，其中，压力效应主要表现为电弧燃烧产生大量的热量，开关柜柜内的空气受热膨胀，膨胀产生的压力就会对开关柜设备内部构件及外壳造成很大的冲击；燃烧效应主要表现为燃烧的电弧会溶化电极材料，还会切开母线、导线等，将设备烧毁，甚至会引发建筑物火灾；辖射效应主要表现为电弧燃烧产生的剌眼的光可能会导致工作人员短暂性失明；爆炸声效应主要表现为声波可能会让工作人员休克。

目前，现有的弧光保护装置主要针对以上4种效应来进行研究，然后，这四种效应多为弧光造成一定危险后的效应，本实施例主要从弧光刚刚产生之初，来进行中低压配电柜的保护，以达到消除危险的目的，本发明的主题思路是进行三相线路的电流信号采集和易发生弧光地区的弧光采取，以使断路器断开，达到消灭弧光的目的。

为此本实施例提供一种中低压开关柜弧光保护装置，包括用于安装在开关柜上的装置本体，为了达到使用范围广、应用能力强的目的，本实施例所提供的装置本体的形状为方形，在装置本体的四周设置有安装孔，通过螺母即可将装置本体安装在开关柜的任何一个地方，同样，为了达到目的，本实施例采用模块化的组合插件式结构设计，具体的说，在装置本体上设置有若干个均匀分布排列的金属孔，金属孔的设置，主要是为了插入不同的模块，通过类似导线的连接导线与其他模块进行任意的组合安装，以达到目的，为了达到弧光保护的目的，在本实施例中，在装置本体上共插有用于采集电流信号的电流采集模块、用于采集电弧信号的电弧采集模块、用于处理信号的处理模块、用于断开电流的控制模块、用于发送处理信息的传输模块以及用于整个装置提供电源的电源模块，所述电流采集模块、电弧采集模块、控制模块、传输模块、电源模块与处理模块之间通过连接导线电性连接。

通过上述的设置，利用电流采集模块采集电流信号，利用弧光采集模块采集弧光信号，然后将采集的信号发送给处理模块，处理模块进行运算判断是否会出现危险，并将危险信号发送给控制模块以断开断路器，同时，将传输模块将危险信息发送给工作人员，以便工作人员来处理，电源模块则用于整个装置的供电。

为了使每个模块都能达到相应的目的，本实施例设计了相应的电路和设备。

如图3所示，本实施例所提供的电流采集模块包括插在装置本体上的电流信号处理与放大集成块以及与电流信号处理与放大集成块电性连接的用于安装在三相线上的电流互感器，其中，电流信号处理与放大集成块内集成有电流信号处理与放大电路，具体的说，就是将电流信号处理与放大集成块设置在电路板上，然后在将电路板放在电流信号处理与放大集成块内，在电流信号处理与放大集成块上设置引脚，用于与金属孔连接，这样，就实现了各个部件的集成化，在本实施例中，所有的模块均采用此类的方式，此技术也为现有技术，故在本实施例中，不加详细的描述。

电流信号处理与放大集成块与电流互感器之间可拆卸连接，电流信号处理与放大集成块上设置有用于电性连接电流互感器的插孔，这样的设置，使得本实施例的应用范围更广，在本实施例所设置的插孔的个数可以釆集两条进线的三相电流信号。

本实施例所提供的电流信号处理与放大电路主要由电流变换器和双运算放大器构成电流信号处理电路和信号放大电路，具体连接方式，由图3详细描述，本实施例中，不再详细描述，

电流互感器将采集的每相的电流转换后输送给电流变换器，电流变换器将电流信号做一定的转换，使之成为合适大小的电压量信号，电压量信号经滤波后接运放组成的放大电路对信号进行处理，处理完成后将信号送给处理模块进行分析处理。

如图4所示，电弧采集模块包括插在装置本体上的隔离传输电路集成块以及与隔离传输电路集成块电性连接的弧光传感器，隔离传输电路集成块内集成有隔离传输电路，具体的说，就是将隔离传输电路设置在电路板上，然后在将电路板放在隔离传输电路集成块内，隔离传输电路集成块上设置引脚，用于与金属孔连接，本实施例所提供，隔离传输电路集成块与弧光传感器之间可拆卸连接，具体的说，隔离传输电路集成块上设置有用于电性连接弧光传感器的连接孔，更为具体的说，在本实施例中，在隔离传输电路集成块共设置了12个连接孔，用于连接12个弧光传感器，本实施例所选用的弧光传感器背部可以强力磁性吸附，安装也极为方便，可以将其重点安装在脆弱易发故障的位置，给予有选择性的重点保护，安装时要保证其覆盖范围尽可能地大。

由于弧光传感器输出的电流信号存在一定的噪声干扰，这些干扰信号会影响测量精度，影响处理模块的分析，因此，为了减轻这些干扰因素对于准确性的影响，本实施例设置了隔离传输电路，隔离传输电路主要由电阻电路和隔离放大电路来组成，其中隔离放大电路由运放和光电賴合器组成，具体工作时，弧光传感器输出的电流，流过电阻电路后，变成一定比例关系的正极性电压信号，正极性电压信号经只由运用运放和光电賴合器组成隔离放大电路来处理后，发送给处理模块进行处理分析。

处理模块包括插在装置本体上芯片集成块，芯片集成块包括用于实施运算的主控制芯片以及与主控芯片相配合的数字逻辑实现芯片，其中，主控制芯片为DSP芯片，数字逻辑实现芯片为CPLD芯片，DSP芯片和CPLD芯片的结合可以兼顾速度与灵活性，而且容易改进和升级，DSP芯片芯片使用特殊的硬件和软件内部结构，特别适用于数字信号处理的场合，可以实时快速地实现算法，CPLD芯片全称是复杂可编程逻辑器件，主要用于系统的逻辑控制，通过将可能需要的控制和状态信号引入，具有大容量和现场可编程的优势，可以依据不同的开发需求灵活地现场修改。CPLD芯片也方便扩张其他电路，在本实施例中，为了使处理模块更好的应用，本实施例提供3种DSP芯片的外围电路，分别为电源电路、复位电路、接口电路，其中电源电路的主要作用是为DSP芯片提供3.3V电压的电源，为CPLD芯片提供1.9V的电压电源；复位电路的主要作用是通过检测DSP芯片运行情况，自动对DSP芯片出现故障的进行复位操作；接口电路则是便于设计人员需要对应用系统进行硬件仿真和在线调试；此三种电路为常见电路，故在本实施例中，不提供相关的附图。

处理模块采用DSP芯片和CPLD芯片配合的技术，优点如下：

1、高速，DSP芯片可以运行在最高160MHZ的主频，CPLD芯片的时钟延时可以达到纳秒级别，所以这种模式非常适合高速应用场合。

2、高可靠度和集成度，DSP芯片和CPLD芯片两者均有较高的可靠度和集成度。

3、便于设计幵发，DSP芯片指令丰富灵活，内部外设多，便于编程调试；CPLD芯片则可以通过软件实现硬件功能，两者结合便于设计开发。

控制模块包括插在装置本体上的继电器线路集成块以及与继电器线路集成块电性连接的用于安装在三相线路上的断路器，继电器线路集成块内集成有继电器控制电路，如图5所示，本实施例提供了继电器控制电路，该电路实现该逻辑主要靠光耦、三极管和继电器。其中光耦选用的是TLP521-1，TLP521-1是一种廉价实用的光电隔离器件；三极管选用的是PNP型三极管S8550和NPN型三极管S8050，继电器是一种应用于自动控制电路的器件，它具有输,回路和输出回路，电路中的角色相当于用较小的电流来控制较大的电流的“自动开关”，在电路中起到自动调节、安全保护和转换电路的作用。

当A、B、C三相中有任意一路输入高电平信号，都会使得光耦TLP521-1输出为低电平，此时三极管S8550导通，三极管S8550集电极输出高电平，给到继电器的VCC端，若第四路同时接收到弧光信号的高电平，其光耦TLP521-1的输出也为高电平，三极管S8050导通，三极管S8050集电极拉低为低电平，给到继电器的VSS端。此时，继电器可以输出断开控制，相应的断路器断开，完成跳闹。继电器控制电路和隔离传输电路一样，都是通过电路板集成在继电器线路集成块内，完成模块化设置，在本实施例中，继电器线路集成块与断路器之间可拆卸连接，所述继电器线路集成块设置有用于电性连接断路器的固定孔。

电源模块的主要作用是为整个设备提供电源，为了解决成本，在本实施例中，电源模块直接为220V电源，这样能够降低生产成本，因此，电源模块包括插在装置本体上的变压电路集成块，在变压电路集成块上设置有与220V电源连接的接孔，变压电路集成块内集成有变压电路，变压电路的主要作用是将220V电源转换为5V的电源，在本实施例中，电源模块输出的电压为5V，电流为880MA，变压电路为非常常见的电路，在本实施例中，不加详细的描述。

传输模块的主要作用是将危险信号传输给工作人员的手机内，因此，传输模块包括插在装置本体上的GPRS信号传输集成块，GPRS信号传输集成块内集成有GPRS信号传输电路，GPRS信号传输电路也为现有比较常见的电路，在本实施例，不再进行详细的描述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。