本項目涉及到故障電弧檢測和故障電弧火災報警。

背景技術：

故障電弧引起的電氣火災與日俱增。電路老化引起故障電弧，從而造成的電氣火災在所有火災事故中占有最高的比例。因此，需要發(fā)明自動檢測出故障電弧從而進行火災報警的故障電弧火災報警檢測器，從而自動減少及避免電器火災的發(fā)生。故障電弧火災報警檢測器作為故障電弧火災報警器的通用關鍵器件，將用在任何需要檢測電弧的產(chǎn)品中?，F(xiàn)在的火災報警器還不具有電弧檢測功能，一般通過煙、光、溫度等傳感器在發(fā)生火災時進行檢測。故障電弧火災報警檢測器是通過放置在通電導體周圍的電磁傳感器檢測出電流的信息，通過判斷信號特征的方法，在剛發(fā)生電弧時，檢測出該信號，及時報警，或進一步切斷電源。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明的總體思路如下：在需要火災報警器的場所的供電電路上安裝火災報警檢測器，供電電路穿過故障電弧火災報警檢測器的檢測孔，報警器檢測器內置的環(huán)繞檢測孔從而環(huán)繞供電電路的檢測線圈檢測到供電導線周圍的磁場信號，該信號經(jīng)過處理，比較判斷信號內是否含有具有電弧信號特征的信號，如果檢測到含有電弧信號特征的信號，就輸出電弧報警信號。故障電弧火災報警檢測器具有小電弧報警和大電弧報警兩個信號輸出端，在剛發(fā)生電弧的短時間內，小電弧報警輸出報警信號，電弧持續(xù)一段時間后，大電弧報警輸出報警信號。如圖1所示，最上部分是故障電弧火災報警檢測器與被檢測的4根方形銅導線組合在一起工作的組合方式。圖中4根平行放置的長方體柱是通電銅柱導線，自左向右分別是A,B,C相火線和中線。4根銅柱導線穿過故障電弧火災報警檢測器的檢測孔。上圖右側的12根排線輸出信號，排線自上而下，每4根為一組，分為三組，分別對應著A,B,C三相。其中每組的前兩根線是持續(xù)時間短的小電弧報警信號輸出，后兩根是持續(xù)時間長的大電弧報警信號輸出。上圖左側的兩根線是220伏電源的輸入線。圖中中間部分的物體是故障電弧火災報警檢測器和通電銅柱導線的組合體的正視圖。圖中最下面的兩個圖是將故障電弧火災報警檢測器剖開后的內部結構，可以看到在A，B，C相銅柱導線穿過的檢測孔上，在檢測器的內部分別套著一個檢測線圈，該線圈相當于套在了銅柱導線上了，該線圈采用空心線圈。電路板放置在最里側，電路板的法線方向與4根銅柱導線平行。電流變化的帶電導體周圍產(chǎn)生磁場，當電路中產(chǎn)生無論是并聯(lián)還是串聯(lián)電弧時，導體中的電流都會快速的變化。這種變化迅速地反應在了周圍的磁場中。因此只要能夠準確的檢測帶電導體周圍的磁場及磁場的變化率就能夠得到電弧相關的信息。使用空心線圈來檢測載流導體周圍的磁場的變化率，空心線圈檢測出的信號與工作電流的微分呈線性關系，對信號特征提取可以采用兩種方式：第一種方式，使用硬件對信號進行特征提取，將信號與門限進行比較，從而檢測出電弧信號。空心線圈輸出信號，信號輸入給一個高通濾波器，這樣就將工作電流的微分的高頻特征提取出來了。將該信號輸入一個由運算放大器和阻容器件構成的放大電路。該信號輸出給由運算放大器構成的比較器1的一個輸入端，比較器1的另一個輸入端輸入固定電平，正常情況下，放大器的輸出信號超過比較門限的概率很低，或者幾乎不會超過比較門限，比較器1的信號輸出幾乎一直為低，這樣的信號在時間上的積分會很低。如果發(fā)生了電弧，會有大量的高于比較器1門限的信號輸入，這時比較器1的信號輸出會出現(xiàn)大量的高電平，這樣的信號在時間上的積分會很高。比較器1輸出信號給由運算放大器和阻容器件構成的有源積分電路，然后再將積分的結果輸出給另兩個由運放構成的比較器2和比較器3，比較器2和3輸出的信號經(jīng)過由晶體三極管構成的射極跟隨器，控制輸出信號繼電器1和2。比較器2和3 的不同點在于2 的比較門限電平會比3 的低很多。當電弧信號來時，首先比較器2以很大的概率輸出高電平，從而推動繼電器1吸合，輸出檢測到微弱電弧的報警信號。如果電弧持續(xù)的時間很長，這時比較器3 也會輸出高電平，推動繼電器2 輸出檢測到強電弧的報警信號。對信號特征提取可以采用的第二種方式如下：信號由檢測線圈輸出后分為兩路信號，一路經(jīng)過由運放及阻容元件組成的信號放大器，然后進入由運放組成的有源積分器，經(jīng)積分后進入CPU。另一路經(jīng)過高通濾波器，然后經(jīng)過運放及阻容元件構成的信號放大器，經(jīng)過放大后進入CPU。兩路放大都具有自動增益控制功能。CPU將第一路信號分別在時間域和頻率域與預先采樣的電弧信號的典型的時間域和頻率域的信號進行匹配，求相關函數(shù)，如果發(fā)現(xiàn)相關函數(shù)大于預先設定的閾值，就判斷為發(fā)現(xiàn)了電弧信號。CPU將第二路信號與一個事先設定好的閾值進行比較，如果大于該閾值，就進一步判定發(fā)現(xiàn)了電弧信號，輸出報警信號。在單相系統(tǒng)中，檢測孔改為兩個，一個是火線檢測孔，一個是零線檢測孔。檢測線圈可以是帶磁芯的線圈，也可以是霍爾器件。

附圖說明

圖1是故障電弧火災報警檢測器結構圖。

具體實施方式

矩形檢測孔是針對使用矩型導線的情況，如果使用圓形或其它形狀的導線時。穿導線的檢測孔可以改成與穿過的導線的截面積一致的形狀。也可以保持現(xiàn)有的形狀，只要導線能穿過就可以了。空心線圈具有動態(tài)范圍很大，非常不容易飽和，幾乎不存在磁滯現(xiàn)象，頻響范圍非常寬，線性度很好，溫度穩(wěn)定性非常好的特點。信號放大通道的帶寬要求大于50~100KHZ。放大倍數(shù)在2000~5000倍左右，并且具有大于40db的自動增益控制。輸出的繼電器的通過電流為5安培。外殼使用電磁波可以穿透的塑料制造，線路板調試完成后，進行裝配，然后整個產(chǎn)品由灌封膠封成一個整體。故障電弧火災報警檢測器可以安裝在供電電路的導線上，也可以安裝在樓宇的配電柜或配電間里。其中的一種實施方式是用在單相系統(tǒng)中的具有雙檢測孔的故障電弧火災報警檢測器。