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谈一种终端型电气火灾监控探测器的设计与应用

发布于:2015-08-03 13:47:03 来自:电气工程/供配电技术 [复制转发]
1 前言


  电气火灾监控探测器是作为一种预防电气火灾发生的保护类产品被纳入消防产品类别。该类产品经过近十年的发展与市场考验得到了进一步充实与发展,如今电气火灾监控系统涵盖六类探测器产品及其系统组网平台即电气火灾监控设备组成[1](图1),同时该类产品被正式公告列入第二批实施强制性产品认证的消防类产品,将于2013年1月1日起纳入国家CCC认证产品目录,可以预见这将为规范此类产品质量及市场发挥积极作用。


  任何产品的发展源于市场价值的推动,电气火灾监控系统主要以电子及软件技术为基础,作为软件电子产品具备快速升级的应用优势,伴随着电子科学技术的发展及软件开发人员技术水平的不断提升,使得产品功能越来越强大,应用价值更高。当前我们国家用电气保护产品主要以漏电、过载、短路保护功能为主,如(RCBO)小型漏电断路器产品,国产型号有DZ47LE系列等,其执行标准为《家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路器》GB 16917.1。近几年,一种具有过欠压保护功能,特点是当电网电压失常,出现过压或是欠压达到设定值时其控制电力继电器作为通断元件的“自复式过欠压 保护器”,其中继电器多采用磁保持技术,具有节能的显著特点,额定电流达80A的通载能力满足当前家用过欠压保护需要,其自复特性即构成自动重合闸开关,该类产品在我国新疆等地区应用极为广泛。同时近几年一种以电弧为诊测对象的电气保护产品开始得到极大关注—AFCI即电弧故障断路器[2],随着电弧检测技术的成熟及其标准的制定实施,作为一种针对现象判断故障的技术,其电弧现象拥有电气故障发生的广泛特性,可见该技术具有显著的实用价值,未来该性能的产品将有望与小型漏电断路器并驾齐驱成为我国主要家用电气保护类产品得到普及应用。


  综合以上产品概述,电气保护型产品结合电子技术研发具备小型化、综合功能特性将是未来电子电器(机电一体化)产品的发展趋势,该类产品即符合“高新技术改造传统产业—电力系统信息化与自动化技术—采用数字化、信息化技术,提高设备性能及自动化水平的技术”范畴。


2 一种终端型电气火灾监控探测器


2.1 功能特点


  针对家用、结合高分段小型断路器而设计的小型化电气火灾监控探测器产品,具有过载短路保护、漏电、温度、过压、欠压保护等功能并应用磁保持继电器进行自恢复工作,同时提供消防联动、通讯组网、预设电弧故障检测模块接口等多种特性。


2.2 结构方案


  一般电气火灾监控探测器在实际使用中通常是将电气火灾监控探测器连接断路器作为执行机构的形式,这种应用方式的缺点是体积较为庞大、接线复杂,且不适宜家用照明配电箱安装使用。该设计利用小型断路器作为执行机构与控制部分组合结构模式(图2),其内置检测元件、35mm标准U型导轨安装卡槽等实用设计,使用方便,适用于民用安装。


2.3 硬件设计


  系统结构及功能(见图3),该设计方案的电气火灾监控探测器的功能有:LCD液晶显示、故障自动巡检、温度检测、漏电检测、电流检测、电压检测、声光自检、数据可编程、实时通讯、故障记录和查询等。


  对数据采样、显示、控制、电源等硬件电路采用模块型隔离设计方式,保证了信号和产品体积达到技术与应用要求。该系统还针对日常电网供电电压不稳定等情况,应用内置磁保持继电器在过欠压时进行保护,电网电压或供电电压恢复正常时,主电路按时自动恢复供电。


  系统分别由数据采样模块、显示控制模块,数据传输模块、工作保护模块以及电源模块共五个模块构成。


  首先数据采集模块对电压,电流、漏电流,温度进行采样,通过对信号滤波、放大调整后接入单片机A/D采样口,通过I2C通讯协议,将A/D转换后的电压值进行处理和存储。同时,信号超出用户设定值会进行四种不同的报警模式,并把数据处理的结果和报警信号上传给上位机。该系统应用相应设计的字段式LCD,具有体积小、显示信息全面、经济适用等特点。


  温度传感器部分:采用铂电阻传感器,该传感器测温电阻适用于中性和氧化性介质,具有电阻温度系数分散性小、精度高、稳定性好、线性好、可靠性强、产品寿命长等优点,适用于自动化测量及各种实验仪器仪表。系统采用三线制接法,保证了测量信号的准确性以及测量精度。


  电压采样电路如图4所示,采用隔离检测的方式,有效提高了抗电磁干扰能力。以电压检测为例,从信号端读取信号,经过电压放大送A/D口。


2.4 软件设计


  程序功能设计:软件流程图见图5,该系统软件主要执行功能分为三部分,第一部分为循环显示界面,其主要承担系统的监测以及报警辅助功能,为系统的主运行程序。该部分为自主运行,并分别对检测数据进行监控,通过获取用户事先进行的编程设置,可以达到智能巡检,可控延时保护以及自恢复等功能。第二部分为人机对话界面,主要承担用户对系统的编程控制,该部分为用户自主设置,包含出厂设置,漏电和温度设置(报警动作值,延迟动作时间,动作方式),过欠压设置,过流设置,通讯地址设置,声光自检等功能。第三部分为故障界面,主要承担系统的报警动作以及故障记录,根据用户设置好的数据,在监控数据异常状态下进行动作。包括报警显示,监测数据报警动作自调整,报警信息记录和查询等功能。


  系统在正常上电后,预先对正常开机的初始条件(初始电压大于100V等)进行判断,在初始化过程中,读取相关监控量数据,系统开始进行数据采集,通过滤波处理后,对监控采集的数据进行过零率等计算处理,将监控量的数据与用户设置的数值进行比较判断,当监测数据达到设定报警条件,系统将执行报警动作(报警动作的方式仍为用户事先设置的数值)。该系统采用单片机自带EPROM作为用户进行设置保存的数据库。


3 结束语


  随着我国智能电网的发展,目前保护预防性电气火灾监控产品也将不仅仅应用在高层楼宇设计之中,它必将融入家用电气安防领域。本文研究的一种终端型电气火灾监控探测器,是以民用电气安全为设计出发点,在保证软件稳定性前提下,除检测电路外,尽量简化电路,达到功能与成本最优化设计,避免了电气火灾监控产品价格昂贵的劣势。此外,该系统设有通讯功能,应用上位机软件,可对多个火灾探测器进行组网,为电气火灾监控系统普及到家庭提供了可能。 &
这个家伙什么也没有留下。。。

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