专利名称：低压供电系统中有害电弧的探测装置和方法
技术领域：
本发明涉及低压电气技术领域，尤其涉及一种低压供电系统有害电弧的探测装置和方法。
背景技术：
经过长期的实践和认真分析，发现低压供电系统内部的导线的接头、接线端子、接线盒等位置容易发生接触不良的故障，进而引起电弧，并由这些电弧最终可能引发电气火灾，所以这些电弧称为“有害电弧”，而电路中正常工作的带电刷的电动机、开关、插座等处也有电弧的发生，这些电弧不会引发电气火灾，因此称为“无害电弧”。我们就是要在供电线路中的这些关键点检出“有害电弧”，并及时定位和报警，消除电气火灾的隐患，而对无害电弧则不予反应。现有中国实用新型专利ZL200920352318. 0“电力系统有害电弧监测装置”，其原理仅依靠监测电压、电流的波动及电弧产生的广谱无线电波来测定电弧是否发生，其探测原理过于简单，无法区分有害和无害电弧，且无法准确地对电弧发生的位置进行定位，因此缺乏实用价值。有害电弧的主要危险是发生在低压配电系统内部，而且产生的位置一般都比较隐蔽，不容易被人发现，所以不能及时排除。当有害电弧逐渐增大，发展到某一时刻将可能引燃附近的可燃物，从而引发电气火灾。到目前为止，还没有发现在低压供电系统中对有害电弧及其发生的位置进行有效监测的方法，一般只能用简单的方法来判断在电力系统内部是否存在有害电弧，其方法都是通过测试导线中的电压或电流来进行间接测量。因此，在低压供电系统中对监测有害电弧的发生和准确的定位以及防止误报警等方面提供有效的解决方法和技术很有必要。

发明内容
本发明的目的是提供一种低压供电系统有害电弧的探测方法，以解决当前在低压供电系统内部探测有害电弧以及探测到但是无法准确对有害电弧定位的问题。本发明的目的是通过以下技术方案来实现
一种低压供电系统有害电弧的探测装置，包括安装在所述低压供电系统内部的导线接点、端子排和接线盒等位置的对电弧波长敏感的光传感器和非接触式温度传感器，以及具有判断、显示和报警功能的微处理器且所述微处理器存储有多种正常电弧电压波形，所述光传感器和非接触式温度传感器均与所述所述微处理器通信连接。所述光传感器和非接触式温度传感器均带有与其位置相对应的地址编码。一种低压供电系统有害电弧的探测方法，包括以下步骤
在低压供电系统内部的导线接点、端子排和接线盒等位置安装对电弧波长敏感的光传感器和非接触式温度传感器；
提供与所述光传感器和非接触式温度传感器通信连接的微处理器，所述微处理器存储有多种正常电弧电压波形并具有判断、显示和报警功能；设置与所述导线接点、端子排和接线盒等位置的所述光传感器和非接触式温感传感器的位置相对应的地址编码；
利用光传感器测量所述位置的弧光光谱和测量导线中的电压或电流变化，并利用非接触式温度传感器已经预先进行地址编码的各个导线接点、端子排和接线盒位置的温度进行监测；以及
当发现某一地址编码的位置的温度比周围温度平均升高20°C或以上且同时具备电压或电流变化条件表明产生了弧光信号时，把所述位置的电弧电压波形的参数发送到微处理器中，与所述数据库中存储的各种正常电弧电压波形数据进行比较，经判断确定为有害电弧以后，发出报警信息，同时显示有害电弧发生点的地址编码。所述正常电弧包括电刷电动机工作时的电弧、开关启闭时的电弧、电源插头插接时的电弧以及白炽灯旋入灯座时的电弧等等。所述非接触式温度传感器探测的温度范围为0-100°C，在温度为50°C时，其误差为士 l°c ’室温为0°C -50°c时，在基本密闭的IOOOcm3体积内可以探测20°C _50°C温升。所述光传感器对398-457nm波长的电弧弧光敏感，因为电弧的弧光具有固定的光谱和波长，据测定，其波长范围大约在398-457nm，同时在发生有害电弧的导线的负载两端电压具有极不稳定的特点，所以在监测位置利用光传感器测量监测位置的弧光光谱和测量负载导线两端的电压的变化就可以初步判断是否存在负载两端的有害电弧；通过在监测位置利用光传感器测量这一位置点的弧光光谱和测量导线中的电流变化规律就可以初步判断出串联在导线中的有害电弧。本发明的有益效果为本发明可以比较准确地判断电路中是否存在有害电弧，同时能对有害电弧发生点准确定位，能够引导技术人员及时排除有害电弧，就可以防止电气火灾的发生；可以有效地区分有害电弧与无害电弧，因为无害电弧都发生在电动机电刷、插座、开关触点等位置，而有害电弧一般都发生在导线接点、端子排、接线盒等位置，通过对以上特定位置的监测，同时在监测到电弧以后要与事先存储在电弧波形库中的无害电弧波形数据进行比对，可以判别、区分出有害和无害电弧，防止发生误报警。


下面根据附图对本发明作进一步详细说明。图1是本发明实施例所述低压供电系统有害电弧的探测装置结构框图； 图2是本发明实施例所述的低压供电系统有害电弧的探测装置工作原理框图； 图3是本发明实施例所述的低压供电系统有害电弧的探测方法的工作流程图。图2中1、电流互感器；2、交直流电流变换电路；3、交直流电压变换；4、光感器件；5、非接触式温感器件；6、放大和A/D变换电路；7、放大和A/D变换；8、光电转换；9、放大和A/D变换；10、放大和A/D变换；11、微处理电路(MCU);12、报警电路；13、报警地址显示电路；14、存储电路；15、电源；16、正常电弧波形数据库。
具体实施例方式如图1所示，本发明实施例所述低压供电系统有害电弧的探测装置包括电流测量电路、电压测量电路、带地址编码的光传感器及非接触式温感器件、用电负载、以及具有判断、显示和报警功能的微处理器等，所述微处理器存储有多种正常电弧电压波形，所述光传感器和非接触式温度传感器均与所述所述微处理器通信连接。在低压供电系统内可以安装多个探测装置以对低压供电系统内部的有害电弧进行监测，利用电弧发生时会产生高温的特点，采用非接触式高灵敏度感温器件组成的温感传感器对已经预先进行地址编码的各个导线接点、连接导线的端子排和接线盒等各监测点的温度进行监测，经过多次试验，在距离 5-10mm密闭环境内，比周围室温超出的温度称为温升，温升范围大约为20°C _50°C。给出温升范围主要是排除感温器件与电弧之间距离的不确定性所产生的误差。经过测温判断， 当发现某一编码地址的监测点的温度比周围温度平均升高20°C或以上时，同时具备电压或电流变化条件并产生了弧光信号，则把以上监测点的电弧电压波形的参数送到微处理器 (MCU)中，与数据库中存储的各种正常电弧电压波形数据进行比较，经判断确定为有害电弧以后，发出报警信息，同时显示有害电弧发生点的地址编码，提醒监控人员及时进行处理， 避免电气火灾的发生。如图2所示，测量串联电流由互感器1拾取电流值，经过交直流电流变换电路2变为直流电压信号，再经过放大及A/D变换6转换为数字信号送到MCU微处理器11中；电压信号经过交直流变换的3变为直流信号以后，再经过放大和A/D变换7成为数字信号送到 MCU微处理器11中；光传感器4把电弧弧光信号传导到光电转换8中，并把特定电弧波段的弧光信号转换为电信号，这个信号经过放大和A/D变换10变为数字信号以后送到MCU微处理器11中。为了使对电弧的监测更加准确和可靠，还设置有非接触式温感器件5对监测点的温度监测，因为电弧会使周围不大的空间内的温度升高，非接触式的温度探头把监测点的温度信号经过放大和A/D变换9变为数字信号以后传到MCU微处理器11中，如果线路中存在电弧，但是电弧发生点的温度还没有上升，可以认为暂时没有危险，继续进行下一个地址的电弧探测过程。如果电弧发生的条件都满足，同时监测点的温度也升高，就要把监测到的电弧的信息与正常电弧数据库16里面的正常电弧信息相比较，发现二者不相同时，可以确认监测到的电弧是有害电弧，马上发出报警；如果发现监测到的电弧与电弧波形库中的波形相同，说明是无害电弧，无须报警，这是区分有害和无害电弧的有效方法，也是本发明的又一特点。报警信息由微处理器驱动报警电路12报警，并在报警地址显示电路13显示报警具体位置，同时把报警信息储存在存储电路14中。电源15供给整机能量。如图3所示，电弧探测开始以后，监测地址设为0，地址加1，首先检查位于地址1 的感光器件有没有弧光信号，如果没有，则地址加1继续检查，进行循环，如果一直检查到末地址都没有，则返回地址0，继续循环，直至检查到发现弧光信号；然后检查有无电压波动信号，如果有，则进行下一步检查有无温度升高的信号，如果有，则与正常电弧数据库的波形做比对，如果波形相同，说明是无害电弧，自动把监测地址加1继续进行下一个监测点的检测，如果与正常的电弧波形不同，说明是有害电弧，显示有害电弧报警信号并显示地址编码表示发生有害电弧的具体位置，此后需要检查是否为末地址，如果是末地址则需要返回到地址0，从头开始下一个循环，如果不是末地址，则地址加1，继续下一个监测点的监测；如果没有电压波动信号，则检查有无电流波动信号，如果有电流波动信号，则进一步检查有无温度升高，如果有温度升高且温升超过20°c时，比对正常电弧波形，如果相同，不报警，如果不同，则显示地址并报警；如果也无电流波动，则地址加1，继续以上的循环过程。 当电弧的条件基本满足，但是温度还没有升高，不能确认有害电弧已经发生，需要地址加1继续下一个监测点的检测。 低压供电系统的导线中的接头、接线端子等位置，由于长时间工作，在接点处的接触电阻逐渐加大，使这一点的损耗同时加大，热量的增加会使氧化进一步加剧，恶性循环的结果，会在某一时刻在这一点产生接触不良导致电流的不稳定，断续的接通就会产生电弧。 把这些位置设为监测点，并对其进行地址编码，同时在这些监测点设置对电弧光谱敏感的感光器件，当有电弧发生时，可以探测到特定波段的电弧光的光谱。不稳定的电流和电弧弧光信号同时传输到探测电路中，再加上对这点的温度测量，增加了判断的准确性和可靠性， 这也是本发明的一个特点。
权利要求
1.一种低压供电系统有害电弧的探测装置，其特征在于，其包括安装在所述低压供电系统内部的导线接点、端子排和接线盒位置的对电弧波长敏感的光传感器和非接触式温度传感器，以及具有判断、显示和报警功能的微处理器且所述微处理器存储有多种正常电弧电压波形，所述光传感器和非接触式温度传感器均与所述所述微处理器通信连接。
2.如权利要求1所述的低压供电系统有害电弧的探测装置，其特征在于所述光传感器对398-457nm波长的电弧弧光敏感。
3.如权利要求2所述的低压供电系统有害电弧的探测装置，其特征在于所述光传感器和非接触式温度传感器均带有与其位置相对应的地址编码。
4.如权利要求1-3任一项所述的低压供电系统有害电弧的探测装置，其特征在于所述非接触式温度传感器探测的温度范围为0-100°C，在温度为50°C时，其误差为士 1°C ；室温为0°C _50°C时，在基本密闭的IOOOcm3体积内可以探测20°C _50°C温升。
5.如权利要求1-3任一项所述的低压供电系统有害电弧的探测装置，其特征在于，所述正常电弧包括电刷电动机工作时的电弧、开关启闭时的电弧、电源插头插接时的电弧以及白炽灯旋入灯座时的电弧。
6.一种低压供电系统有害电弧的探测方法，其特征在于，包括以下步骤在低压供电系统内部的导线接点、端子排和接线盒位置安装对电弧波长敏感的光传感器和非接触式温度传感器；提供与所述光传感器和非接触式温度传感器通信连接的微处理器，所述微处理器存储有多种正常电弧电压波形并具有判断、显示和报警功能；设置与所述导线接点、端子排和接线盒位置的所述光传感器和非接触式温感传感器的位置相对应的地址编码；利用光传感器测量所述位置的弧光光谱和测量导线中的电压或电流变化，并利用非接触式温度传感器已经预先进行地址编码的各个导线接点、端子排和接线盒位置的温度进行监测；以及当发现某一地址编码的位置的温度比周围温度平均升高20°C或以上且同时具备电压或电流变化条件表明产生了弧光信号时，把所述位置的电弧电压波形的参数发送到微处理器中，与所述数据库中存储的各种正常电弧电压波形数据进行比较，经判断确定为有害电弧以后，发出报警信息，同时显示有害电弧发生点的地址编码。
7.如权利要求6所述的低压供电系统有害电弧的探测方法，其特征在于，所述正常电弧包括电刷电动机工作时的电弧、开关启闭时的电弧、电源插头插接时的电弧以及白炽灯旋入灯座时的电弧。
8.如权利要求7所述的低压供电系统有害电弧的探测方法，其特征在于所述非接触式温度传感器探测的温度范围为0-100°C，在温度为50°C时，其误差为士 TC ；室温为 O0C _50°C时，在基本密闭的IOOOcm3体积内可以探测20°C _50°C温升。
9.如权利要求6-8任一项所述的低压供电系统有害电弧的探测方法，其特征在于所述光传感器对398-457nm波长的电弧弧光敏感。
全文摘要
本发明涉及一种低压供电系统有害电弧的探测装置，包括安装在所述低压供电系统内部的导线接点、端子排和接线盒位置的对电弧波长敏感的光传感器和非接触式温度传感器，以及具有判断、显示和报警功能的微处理器且所述微处理器存储有多种正常电弧电压波形，所述光传感器和非接触式温度传感器均与所述所述微处理器通信连接。本发明的有益效果为可以比较准确地判断电路中是否存在有害电弧，同时能对有害电弧发生点准确定位，能够引导技术人员及时排除有害电弧，就可以防止电气火灾的发生。
文档编号G01R31/02GK102288863SQ20111020684
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者张燕杰, 胡勇刚, 董卫国 申请人:北京海博智恒电气防火科技有限公司