短路的检测电路和短路保护装置的制作方法

1.本实用新型涉及数据记录领域，具体涉及一种短路的检测电路和短路保护装置。


背景技术：

2.电气控制线路中的电器或配线绝缘遭到损坏、负载短路、接线错误时，都将产生短路故障。短路时产生的瞬时故障电流是额定电流的十几至几十倍。电气设备或配电线路因短路电流产生的强大电动力可能损坏、产生电弧，甚至引起火灾。短路保护要求在短路故障产生后的极短时间内切断电源，常用方法是在线路中串接熔断器和空气开关。但是，在实际的短路场景中，空气开关的内部的过流脱扣器的脱扣时间比较长，一般在几十毫秒到数百毫秒，且空气开关会对空气开关下其他分回路正常用电造成影响。


技术实现要素：

3.本实用新型提供了一种短路的检测电路和短路保护装置，旨在解决短路故障判定耗时过长的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了一种短路的检测电路，所述短路的检测电路包括采样电路，控制器和存储模块；
5.所述采样电路包括电流采样单元，所述电流采样单元用于采集负载电流模拟信号，并将所述电流模拟信号发送至控制器；
6.所述控制器与所述采样电路电连接，用于将所述电流模拟信号转换为负载电流采样值，并将所述负载电流采样值发送至存储模块，根据所述存储模块中的负载采样电流值的平方和判断所述负载是否存在短路；
7.所述存储模块与所述控制器电连接，所述存储模块用于接收并存储所述控制器发送的负载采样电流值。
8.可选的，所述控制器包括模数转换器，所述模数转换器用于将所述电流模拟信号转换为负载电流采样值。
9.可选的，所述控制器包括第一判断单元，所述第一判断单元用于计算所述存储模块中负载电流采样值的平方和，并根据所述负载电流采样值的数量判断是否生成短路判断指令。
10.可选的，所述控制器包括第二判断单元，所述第二判断单元用于在接收到短路判断指令之后，比较所述存储模块内负载电流采样值的平方和和预设短路电流对应的平方和阈值，若所述平方和大于预设短路电流对应的平方和阈值，则生成短路保护指令。
11.可选的，所述短路的检测电路还包括电子开关，所述电子开关与所述控制器电连接，当接收到所述控制器发送的短路保护指令时，所述电子开关断开。
12.可选的，所述控制器还包括存储控制单元，所述存储控制单元与存储模块电连接，用于判断存储模块中负载电流采样值的数量是否等于预设周期采样数，若所述存储队列中负载电流采样值的数量不等于预设周期采样数，则控制所述负载电流采样值存入所述存储
队列中第一个空置的存储位置。
13.可选的，所述存储控制单元还用于，在所述存储队列中负载电流采样值的数量等于预设周期采样数时，则控制所述负载电流采样值覆盖最早数据。
14.可选的，所述采样电路还包括电压采样单元，用于采集负载电压模拟信号，并将所述电压模拟信号发送至控制器。
15.可选的，所述控制器还包括第三判断单元，所述第三判断单元用于根据所述电压模拟信号判断所述检测电路是否存在异常，若所述检测电路存在异常，则生成警示信号。
16.为实现上述目的，本技术还提出一种短路保护装置，所述短路保护装置包括上述短路的检测电路和与短路的检测电路连接的负载。
17.本实用新型技术方案中，通过将模拟电信号转换为具有确定取值的负载电流采样值，又将负载电流采样值平方和同预设短路电流对应的平方和阈值进行比较，根据比较结果判断是否发生短路，由于信号采集和比较的频次较高，这种短路判断方式几乎不会产生延迟，且不会影响其他分回路正常用电。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
19.图1为本实用新型一实施例的短路的检测电路的结构模块图；
20.图2位图1中控制器的结构模块图；
21.图3为图1中采样电路的结构模块图。
22.附图标号说明：
23.标号名称标号名称1短路的检测电路123第二判断单元11采样电路124存储控制单元12控制器125第三判断单元13存储模块111电流采样单元121模数转换器112电压采样单元122第一判断单元
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24.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
25.下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.需要说明，本实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定
姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
27.另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
28.如图1所示，本实用新型提出一种短路的检测电路1，所述短路的检测电路1包括采样电路11，控制器12和存储模块13；所述采样电路11包括电流采样单元111，所述电流采样单元111用于采集负载电流模拟信号，并将所述电流模拟信号发送至控制器12；所述控制器12与所述采样电路11电连接，用于将所述电流模拟信号转换为负载电流采样值，并将所述负载电流采样值发送至存储模块13，根据所述存储模块13中的负载采样电流值的平方和判断所述负载是否存在短路；所述存储模块13与所述控制器12电连接，所述存储模块13用于接收并存储所述控制器12发送的负载采样电流值。
29.本实施例中，在每个采样时刻均采集一个通过负载电流模拟信号，然后将负载电流模拟信号输入至控制器12中，控制器12可以将电流模拟信号转换为负载电流采样值，并将电流采样值存入存储模块13中，且在每次存储的过程中，都会根据存储模块13中的所有负载采样电流值的平方和判断所述负载是否存在短路，由于信号采集、计算平方和以及根据平方和判断短路的频次较高，通常设置为每个采样周期采样72次或144次，具体地，每秒有50个全波。若定义一个采样周期为半个周波，则每个采样周期采样72次；若定义一个采样周期为一个全波，则每个采样周期采样144次。相应地，每秒采样7200次。因此这种短路判断方式几乎不会产生延迟，能够在短路发生之后的极短时间内就发现电路产生短路，并在发现短路后将短路事件上报给控制器12，控制器12在接收到短路信息之后，会迅速控制电子开关电路断开负载回路，以防止电气火灾或人员伤亡事件的发生。
30.进一步地，所述控制器12包括模数转换器121，所述模数转换器121用于将所述电流模拟信号转换为负载电流采样值。由于电流采样单元111采集的负载电流模拟信号为模拟信号，模拟信号的幅值随时间连续变化，无法直接存储计算，而转换后的负载电流采样值为离散的数字信号，有具体的值且可以进行多种运算，因此将负载电流模拟信号转换为负载电流采样值可以方便后续的存储和运算。
31.具体地，所述控制器12包括第一判断单元122，所述第一判断单元122用于计算所述存储模块13中负载电流采样值的平方和，并根据所述负载电流采样值的数量判断是否生成短路判断指令。本实施例中，若负载电流采样值的数量等于预设周期采样数，即存储模块13存满时，则生成短路判断指令去判断电路是否存在短路；若负载电流采样值的数量小于预设周期采样数，即存储模块13未存满时，则不生成短路判断指令，即在存储模块13未存满时无需判断电路是否存在短路。通过这种方式，即在上电前的很短一段时间内，由于数据量不足，无需判断是否短路，减少了控制器12的运算量。
32.另外，所述控制器12包括第二判断单元123，所述第二判断单元123用于在接收到短路判断指令之后，比较所述存储模块13内负载电流采样值的平方和和预设短路电流对应的平方和阈值，若所述平方和大于预设短路电流对应的平方和阈值，则生成短路保护指令。
33.本实施例中，若平方和小于预设短路电流对应的平方和阈值，则不生成短路保护指令。其中，预设短路电流对应的平方和阈值为本领域技术人员根据电流短路的规则预先设置的阈值，由于短路时电路中产生的瞬时故障电流是额定电流的十几乃至几十倍。因此在电路正常的情况下，存储模块13中的负载电流值的平方和小于或等于预设短路电流对应的平方和阈值。因此若周期采样数内的负载电流值的平方和小于或等于预设短路电流对应的平方和阈值，则判定不存在短路；若周期采样数内的负载电流值的平方和大于预设短路电流对应的平方和阈值，则判定发生短路，此时需要采取措施，以避免电路中的电器遭到损坏，甚至发生火灾，造成人员伤亡。根据短路电流较大这一特性来判断电路是否发生短路，几乎不会产生延迟。
34.进一步地，所述短路的检测电路1还包括电子开关，所述电子开关与所述控制器12电连接，当接收到所述控制器12发送的短路保护指令时，所述电子开关断开。本方案中的电子开关为快速电子开关，在电路正常的情况下，电子开关为闭合状态，但当接收到控制器12发送的短路保护指令之后，电子开关迅速断开，以保护电路的安全。
35.另外，所述控制器12还包括存储控制单元124，所述存储控制单元124与存储模块13电连接，用于判断存储模块13中负载电流采样值的数量是否等于预设周期采样数，若所述存储队列中负载电流采样值的数量不等于预设周期采样数，则控制所述负载电流采样值存入所述存储队列中第一个空置的存储位置。
36.存储模块13中的存储空间有限，一般情况下，存储模块13仅可容纳一个周期的负载电流采样值。因此在电路上电之后，存储模块13中只可能出现两种情况，即存储模块13被存满或未被存满。且本实施例中存储模块13中存在存储队列。在面对存储模块13被存满或未被存满两种状态时，负载电流采样值的存储方式并不相同，因此在将新的负载电流采样值存入存储队列之前，需先判断存储队列中采样数据的总个数是否等于预设周期采样数，若采样数据的总个数不等于预设周期采样数，则意味着此时存储模块13未被存满，只需将新的负载电流采样值存入存储模块13的存储队列中最新数据的下一个存储位置即可。这样按顺序依次存储能够简化存储这一步骤。
37.具体地，所述存储控制单元124还用于，在所述存储队列中负载电流采样值的数量等于预设周期采样数时，则控制所述负载电流采样值覆盖最早数据。若采样数据的总个数等于预设周期采样数，则意味着此时存储模块13已被存满，此时需用新的负载电流采样值覆盖掉存储模块13中最早存入的负载电流采样值，这样可以保证存储模块13中的数据一直为最新的一组数据，从而保证对短路的判断具有准确性和实时性。
38.另外，所述采样电路11还包括电压采样单元112，用于采集负载电压模拟信号，并将所述电压模拟信号发送至控制器12。电压采样采集的是供电电压，主要采集电压的幅值和频率值，然后根据电压采样可以计算出功率，功率因数等，并通过这些参数判断电路是否存在异常。
39.进一步地，所述控制器12还包括第三判断单元125，所述第三判断单元125用于根据所述电压模拟信号判断所述检测电路是否存在异常，若所述检测电路存在异常，则生成警示信号。根据电压模拟信号和电流模拟信号，可判断电路是否存在异常，若存在异常则生成警示信号，以提示工作人员对电路进行排查，避免产生问题。
40.此外，本实用新型还提供了一种短路保护装置，短路保护装置包括上述的短路的
检测电路1和与短路的检测电路1连接的负载。该短路保护装置的具体结构参照上述实施例，由于短路保护装置采用了上述实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
41.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。