智能用电安全预警监控器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种智能用电安全预警监控器，包括单片机单元及分别与单片机单元相连的液晶屏显示单元、三相电流检测单元、剩余电流检测单元、温度检测单元、报警单元、断路器状态采集单元、断路器控制单元、通讯单元和故障电弧检测单元，故障电弧检测单元包括依次相连的带通滤波单元、故障电弧信号提取单元、脉冲整形处理单元和相位处理单元，带通滤波单元的输入端通过耦合采样电容和交流220V线路相连，相位处理单元的输出端和单片机单元相连。本实用新型专利技术所采用的故障电弧检测电路，完全不需要使用电流互感器，直接采用电容耦合采样，克服了受电流采样互感器量程和变比的制约，不再仅限于额定电流小于63A线路中使用，提高监测的可靠性。

Intelligent safety warning monitor for electric power consumption

The utility model relates to an intelligent electric safety warning monitor, including the microcontroller unit and LCD display unit are respectively connected with the microcontroller unit, three-phase current detection unit, the residual current detection unit, temperature detecting unit, alarm unit, circuit breaker status acquisition unit, circuit breaker control unit, communication unit and fault arc detection unit. Arc fault detection unit comprises a filter unit, the arc fault signal extraction unit, pulse shaping processing unit and a processing unit connected phase band-pass, band pass filter unit through the input sampling capacitor and AC coupled 220V circuit connected phase output processing unit and microcontroller unit which is connected with the end. Arc fault detection circuit of the utility model is used, don't need to use direct current transformer with capacitance coupling sampling, overcomes the restriction of current transformer and the ratio of the sampling range, is no longer limited to the rated current less than the use of 63A line, improve the reliability of monitoring.

【技术实现步骤摘要】
智能用电安全预警监控器
本技术涉及供电线路监控设备，尤其涉及一种智能用电安全预警监控器。
技术介绍
供电线路及设备由于某种原因，如安装使用不当、线路老化或机械损伤等原因，其绝缘性能下降，导致供电线路及设备与大地之间有不正常的电流流过，这就是漏电。漏电使部分电流流入大地，造成能源浪费；人体接触故障电压引起电击，危及生命安全；绝缘破损可能发生接地故障而引起电气火灾。所谓接地故障指的是带电导体与地面的短路。电气线路及装置因绝缘破损有接地故障时，在漏电故障点和导电不良连接处将引起电弧、电火花，这种电弧称作接地故障电弧，具有很大阻抗和电压降，它限制了故障电流，使过电流保护器不能动作或不能及时动作来切断电源，而几百毫安的故障电弧产生的局部高温达2000℃以上，足以引燃周围的可燃物而引起电气火灾。另外，故障电弧发生时，会导致线路电压的波动以及线路电流的突变，这些原因也很容易导致用电设备工作不稳定或设备故障。对电气火灾而言，接地故障比线路短路具有更大的危害性，事实上故障电弧是电气火灾发生的主要原因。现有的各种电气火灾监控系统，基本都仅是检测剩余电流、导线温度和负载电流，有些还能够对回路断路器的脱扣进行控制。而许多严重的火灾事故是由线路中低于额定电流或预期短路电流的故障电弧引起的，故现有的各种电气火灾监控系统无法对故障电弧进行监测。这些危险的电弧可能发生在设计不合理的或者老化的供电线路上、电器插头以及家用电器的电源线、内部线束或零部件绝缘上。当故障电弧发生时，线路上的漏电、过流和短路等保护装置，可能无法检测到故障电弧或者无法迅速动作切断电源，极易引发火灾。因此，很有必要在现有的电气火灾监控系统中再增加“故障电弧探测装置”，以减少或避免误报或者漏报警、提高预警准确率和报警可靠性，避免对供配电系统的误动干扰。故障电弧探测器是一种可以随时监控并探测到故障电弧、可以做到识别故障电弧和正常电弧、同时还能及时切断相关电源防止起火的一种电气线路保护装置。目前在探索的故障电弧检测技术是通过电流互感器来监测线路上的负载电流变化信号，以此来探测是否有故障电弧的发生。要实现快速探测出故障电弧有三条前提：1.准确的电弧检测：在短时间内检测出电弧的产生，这种检测包括对负载运转所产生的正常电弧检测以及负载在非正常状态所产生的故障电弧检测。2.快速的电弧特性分析：在检测到电弧产生后运用高效而准确的算法，得到负载的相位角状态，判断出负载的类型，从而判断电弧的产生属于正常或异常。3.丰富的负载电弧特征曲线储备：应包括尽可能多的负载电弧特征，这需要大量的实验基础，对绝大多数的负载电弧特征曲线进行分析并将其存储以供曲线比对之用。技术问题一：经过对大量电弧波形的实验发现，电弧的电流和电压波形一般不是简单的正弦波形，电弧具有概率特性、不是持续不变的。正因为故障电弧波形具有非正弦性和随机性，并且在某些负荷设备环境下，启动和正常工作状况的电流波形与电弧波形具有某些相似性，而目前又没有一种故障电弧数学模型可以精确地仿真各种工作状况下的电弧波形。所以，通过大量的试验采集各种负荷下故障电弧和正常工作状态的电流数据，研究出故障电弧与正常工作的特性差异，建立故障电弧数据库就成了研发故障电弧探测装置的难点。技术问题二：由于目前在探索的故障电弧检测方法普遍是采用电流互感器来监测线路上的负载电流变化实现的，而线路上的最大负载电流通常是比较大的，这就要求电流互感器要有足够的量程和变比。这样就难免顾此失彼，电流互感器量程和变比一大，肯定会影响到对故障电弧和正常工作状态的电流波形的精细观察，很难找出故障电弧与正常工作的特性差异，建立故障电弧数据库就无从谈起。因此，现在市场上仅有的几款故障电弧探测器都限于单相220V额定电流小于63A线路中使用，主要监控末端供电线路及用电负载。
技术实现思路
本技术主要解决原有电气火灾监控系统无法监测故障电弧，现有的故障电弧探测器普遍采用电流互感器进行监测，而线路上的最大负载电流通常是比较大的，这就要求电流互感器要有足够的量程和变比，电流互感器量程和变比一大，肯定会影响到对故障电弧和正常工作状态的电流波形的精细观察，很难找出故障电弧与正常工作的特性差异，影响故障电弧监测的精确性的技术问题；提供一种智能用电安全预警监控器，其能监测故障电弧，采用新颖的故障电弧检测电路，完全不需要使用电流互感器，直接采用电容耦合采样，克服了受电流采样互感器量程和变比的制约，不再仅限于额定电流小于63A线路中使用，提高监测的可靠性。本技术另一目的是提供一种智能用电安全预警监控器，其除了能采集剩余电流、线路温度和负载电流及控制断路器之外，还能对三相电压进行采集，将“三相电压”与“三相电流”的采集数据共同作为判断电气火灾前兆的辅助判据，提高用电安全预警监测的可靠性。本技术还有一个目的是提供一种智能用电安全预警监控器，其具有全面完善的通讯模式，组网方便，可以很方便地与其他报警器或监控主机联合组成火灾监控系统，或者单独组网构建城市级“智慧型用电安全预警监管系统”。本技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本技术包括单片机单元及分别与单片机单元相连的液晶屏显示单元、三相电流检测单元、剩余电流检测单元、温度检测单元、报警单元、断路器状态采集单元、断路器控制单元和通讯单元，其特征在于包括故障电弧检测单元，故障电弧检测单元包括依次相连的带通滤波单元、故障电弧信号提取单元、脉冲整形处理单元和相位处理单元，带通滤波单元的输入端通过耦合采样电容和交流220V线路相连，相位处理单元的输出端和所述的单片机单元相连。本技术方案保留了原有电气火灾监控系统所具备的剩余电流、线路温度、负载电流监测功能及断路器控制功能，并增加了故障电弧检测功能。经过对大量电弧波形的分析发现电弧具有一些共同的普遍特性：电压和电流的波形包含有高频噪声；电弧通常是散布于正常电流之间零星闪波；电弧电流的每一个半周期波都在正常电流的过零点前熄灭，再过零点后复燃；沿电弧有电压降。针对上述电弧数据分析结果，本技术方案中的故障电弧检测单元将电容耦合采样的电流变化信号，首先经过10kHz～250kHz的带通滤波单元，接着按“零星闪波”和“过零点前熄灭，再过零点后复燃”的发现来可靠提取故障电弧信号。由于受到各种复杂的负荷设备环境影响，必须对提取到的故障电弧信号进行脉冲整形处理，然后根据电压和电流在沿电弧有电压降的关系来进行相位处理，最后经A/D采样进入单片机单元进行处理。单片机单元依据脉冲计数、脉宽计时和相位角变化三要素结合来剔除干扰误信号，防止误报、杜绝误动，具有检测灵敏可靠、能在秒级时间内检测到线路上故障电弧的发生，能够在导线绝缘层和周围可燃物尚未燃烧前发出报警信号，能有效降低由于接触不良、绝缘老化、机械外力等因素导致的电气火灾发生几率，避免电气火灾发生，并且成功地避免了需要大量的实验为基础来建立故障电弧数据库以供曲线比对的研发严重瓶颈。当被保护线路中的剩余电流互感器探测到的剩余电流超过了预设定值，或故障电弧检测单元探测到被保护线路中发生了异常的故障电弧，或者温度传感器探测到的温度超出了预设定值时，单片机单元经分析、确认后发出控制信号给报警单元启动报警信号或发出控制信号给回路断路器以切断电源。通过液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能用电安全预警监控器，包括单片机单元(1)及分别与单片机单元(1)相连的液晶屏显示单元(2)、三相电流检测单元(3)、剩余电流检测单元(4)、温度检测单元、报警单元、断路器状态采集单元(5)、断路器控制单元(6)和通讯单元，其特征在于包括故障电弧检测单元(7)，故障电弧检测单元(7)包括依次相连的带通滤波单元(71)、故障电弧信号提取单元(72)、脉冲整形处理单元(73)和相位处理单元(74)，带通滤波单元(71)的输入端通过耦合采样电容和交流220V线路相连，相位处理单元(74)的输出端和所述的单片机单元(1)相连。

【技术特征摘要】
1.一种智能用电安全预警监控器，包括单片机单元(1)及分别与单片机单元(1)相连的液晶屏显示单元(2)、三相电流检测单元(3)、剩余电流检测单元(4)、温度检测单元、报警单元、断路器状态采集单元(5)、断路器控制单元(6)和通讯单元，其特征在于包括故障电弧检测单元(7)，故障电弧检测单元(7)包括依次相连的带通滤波单元(71)、故障电弧信号提取单元(72)、脉冲整形处理单元(73)和相位处理单元(74)，带通滤波单元(71)的输入端通过耦合采样电容和交流220V线路相连，相位处理单元(74)的输出端和所述的单片机单元(1)相连。2.根据权利要求1所述的智能用电安全预警监控器，其特征在于所述的带通滤波单元(71)包括电容C14、电容C26、电容C22、电阻R8、电阻R18、电阻R23和电感L2、电感L3，电容C14和电容C26就是所述的耦合采样电容；所述的故障电弧信号提取单元(72)包括电阻R9、电阻R14、电阻R20、电阻R24、电容C18、电容C24和二极管D6、二极管D7、稳压管V1；电容C14、电容C26的一端分别和交流220V线路相连；电容C14的另一端和电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端，一路经电感L2接地，另一路经电阻R9和二极管D6的正极相连，二极管D6的负极经电阻R14接地，二极管D6的正极又经电容C18接地；电容C26的另一端和电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端，一路经电感L3接地，另一路经电阻R24和二极管D7的正极相连，二极管D7的负极经电阻R20接地，二极管D7的正极又经电容C24接地；电容C22的一端和交流220V的地线相连，电容C22的另一端经电阻R18接地，稳压管V1的两端分别和二极管D6的负极及二极管D7的负极相连，并且二极管D6的负极及二极管D7的负极分别和所述的脉冲整形处理单元(73)的输入端相连。3.根据权利要求1或2所述的智能用电安全预警监控器，其特征在于所述的脉冲整形处理单元(73)包括电阻R12、电阻R16、电阻R17、电阻R19、电阻R21、电阻R22、电容C15、电容C21、电容C23、电容C25和运放U7、运放U8；所述的故障电弧信号提取单元(72)的一个输出端既和电阻R12的一端相连又和电容C15的一端相连，电阻R12的另一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：史李杨，王运正，程金，胡欣，
申请(专利权)人：杭州四方博瑞科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33