CN101976816A - 一种过载保护方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电气安全领域，用于解决现有技术中过载保护不准确，保护动作滞后的问题，提供了一种过载保护方法和装置，其中方法包括获取供电回路中实时的电流、电压数据；将所述电流、电压数据转换为离散数值；根据所述电流、电压的离散数值计算出供电回路输出的瞬时功率和平均功率；如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率超过预先设定的平均功率门限则切断供电回路。本发明实施例的有益效果在于，通过对瞬时功率和平均功率过载的区别对待，以及设备大电流启动和线路短路特征的准确识别，能够实现对供电回路更加精准的保护控制，在保障回路用电设备和电力线缆安全的前提下有效降低保护装置误动作的概率。
Description
技术领域
本发明涉及电气安全领域，特别是关于一种过载保护方法和装置。
背景技术
电气线路中允许连续通过而不至于使电线过热的电流量，称为安全载流量或安全电流。如导线流过的电流超过了安全载流量，就叫导线过载。一股导线最高允许工作温度为65℃，过载时，温度超过该温度，会使绝缘迅速老化甚至于线路燃烧。造成过载的原因有很多，例如导线截面选择不当，实际负载已超过了导线的安全电流；再例如在线路中接入了过多的大功率设备，超过了配电线路的负载能力。在重要的物资仓库、居住场所和公共建筑物中的照明线路，有可能引起导线或电缆长时间过载的动力线路，以及采用有延烧性护套的绝缘导线敷设在可燃或难烧建筑构件上时，都应采取过载保护线路。
现有过载保护的技术的核心是通过保护装置自身的发热来达到检测和限制过载。其基本原理是：当电流流过导体时，因导体存在一定的电阻，所以导体将会发热。且发热量遵循如下公式：
Q＝0.24I2RT
其中Q是发热量，0.24是一个常数，I是流过导体的电流，R是导体的电阻，T是电流流过导体的时间。
目前采用上述原理的过载保护装置有：一次性保险丝、多次使用保险丝或者弹簧/脱扣/滑块/拉杆分离式保护装置。
上述过载保护装置基本上都是利用电流很大时造成保险丝的温度升高，当熔断时实现断路从而达到防止线路温度继续升高的目的。
而对于不同的线路来说，需要针对特定的使用而专门定制，其一次性的使用特性也会给实际应用带来不便，并且基于发热产生熔断/变形来过载保护的装置中，热熔断/变形部件为热敏部件，一些外界环境的温度因素也往往会对金属丝熔断或金属片变形的阈值门限产生较大影响。
发明内容
本发明实施例提供一种过载保护方法和装置，用于解决现有技术中过载保护只是利用温度器件，过载保护动作滞后，并且判断不够准确的问题。
本发明实施例为了解决现有技术中的问题，提供了一种过载保护方法，包括，
获取供电回路中实时的电流、电压数据；
将所述电流、电压数据转换为离散数值；
根据所述电流、电压的离散数值计算出供电回路输出的瞬时功率和平均功率；
如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率在一段时间内连续超过预先设定的平均功率门限则切断供电回路。
根据本发明实施例所述方法的一个进一步的方面，所述瞬时功率是指将所述电流的离散数值和电压的离散数值相乘，在第一预定时间内累积运算(例如20mS)，以所述瞬时功率；所述平均功率是指将所述电流的离散数值和电压的离散数值相乘，在第二预定时间内累积运算(例如10S)，以获得平均功率。
根据本发明实施例所述方法的再一个进一步的方面，在所述如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率超过预先设定的平均功率门限则切断供电回路中还包括，如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率报警门限或者平均功率超过预先设定的平均功率报警门限则输出用户提示信息。
根据本发明实施例所述方法的另一个进一步的方面，在所述如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率超过预先设定的平均功率门限则切断供电回路中还包括，当所述瞬时功率超过所述平均功率门限且小于所述瞬时功率门限时，则输出用户提示信息。
根据本发明实施例所述方法的另一个进一步的方面，在所述如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率超过预先设定的平均功率门限则切断供电回路中还包括，统计所述瞬时功率或平均功率的近门限时间，如果所述瞬时功率或平均功率近门限时间超过时间门限，则输出用户提示信息。
根据本发明实施例所述方法的另一个进一步的方面，在所述如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率超过预先设定的平均功率门限则切断供电回路中还包括，当所述瞬时功率在第一预定范围内超过瞬时峰值功率门限，或者平均功率在第二预定范围内超过平均功率门限时，延迟一预定时间输出用户提示信息。
根据本发明实施例所述方法的另一个进一步的方面，还包括接收远程设备的配置参数和控制信息，并将所述获得的电流数据、电压数据、瞬时功率、平均功率中的至少一种传送给所述远程设备。
本发明实施例为了解决现有技术中的问题，还提供了一种过载保护装置，包括：
采集单元，用于获取供电回路中实时的电流、电压数据；
转换单元，用于将所述电流、电压数据转换为离散数值；
计算单元，用于根据所述电流、电压的离散数值计算出供电回路输出的瞬时功率和平均功率；
判决单元，用于判断如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率在一段时间内连续超过预先设定的平均功率门限则发出断路控制信号；
执行单元，用于根据所述断路控制信号切断供电回路。
根据本发明实施例所述装置的一个进一步的方面，所述判断单元还用于判断如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率报警门限或者平均功率超过预先设定的平均功率报警门限则输出用户提示信息；
或者，所述判断单元还用于判断当所述瞬时功率超过所述平均功率门限且小于所述瞬时功率门限时，则输出用户提示信息；
或者，所述判断单元还用于统计所述瞬时功率或平均功率的近门限时间，如果所述瞬时功率或平均功率近门限时间超过时间门限，则输出用户提示信息；
或者，所述判断单元还用于当所述瞬时功率在第一预定范围内超过瞬时峰值功率门限，或者平均功率在第二预定范围内超过平均功率门限时，延迟一预定时间输出用户提示信息。
根据本发明实施例所述装置的再一个进一步的方面，还包括提示报警结构，用于根据所述判断单元输出的用户提示信息产生音频或者视频的报警信号，以提示用户。
根据本发明实施例所述装置的另一个进一步的方面，还包括通信单元，用于接收并解调远程设备发送的配置参数或其它控制命令，向所述远程设备调制并发送该过载保护装置的数据。
通过本发明实施例，通过对瞬时功率和平均功率能够更加准确的控制供电回路的断路，保护回路用电设备和电力线缆的安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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获得其他的附图。
图1所示为本发明实施例一种过载保护方法的流程图；
图2所示为本发明实施例一种过载保护装置的结构示意图；
图3所示为本发明过载保护装置的具体实施例结构图；
图4所示为本发明过载保护装置另一实施例结构示意图；
图5所示为本发明过载保护装置的网络结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示为本发明实施例一种过载保护方法的流程图。
步骤101，获取供电回路中实时的电流、电压数据。
步骤102，将所述电流、电压数据转换为离散数值。
步骤103，根据所述电流、电压的离散数值计算出供电回路输出的瞬时功率和平均功率。
步骤104，如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率在一段时间内(例如3秒)连续超过预先设定的平均功率门限则切断供电回路。
在所述步骤103中计算瞬时功率时，将所述电流的离散数值和电压的离散数值相乘，在第一预定时间内累积运算获得瞬时功率，例如在20mS内累加20次乘积的结果，其中每1mS获取一次离散数值的电流和电压；计算平均功率时，将所述电流的离散数值和电压的离散数值，在第二预定时间内累积运算，获得平均功率，例如在10S内累加10000次乘积的结果。
在步骤104中，如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率报警门限或者平均功率超过预先设定的平均功率报警门限则输出用户提示信息。
在所述步骤104中，当所述瞬时功率超过所述平均功率门限且小于所述瞬时功率门限时，则输出用户提示信息。
在所述步骤104中还包括，统计所述瞬时功率或平均功率的近门限时间，如果所述瞬时功率或平均功率近门限时间超过时间门限，则输出用户提示信息。其中，所述近门限时间是指所述瞬时功率在一预定的范围内小于瞬时峰值功率门限，上述状态的统计时间，例如小于瞬时峰值功率门限5％以内的统计时间达到整个统计时间的90％，则近门限时间超过所述时间门限；或者所述近门限时间是指所述平均功率在一预定的范围内小于平均功率门限，上述状态的统计时间，例如小于平均功率门限5％以内的统计时间达到整个统计时间的90％，则近门限时间超过所述时间门限。
在所述步骤104中还包括，当所述瞬时功率在第一预定范围内超过瞬时峰值功率门限，或者平均功率在第二预定范围内超过平均功率门限时，可以延迟一预定时间输出用户提示信息，所述第一预定范围可以大于瞬时峰值功率门限5％以内，或者所述第二预定范围可以大于平均功率门限5％以内，这样可以保证供电回路不会在出现可容忍范围内过载现象时就进行断电保护，保证了供电回路的稳定性和可靠性。
通过预先设置的多个报警门限可以更加精确的报告当前用电回路的状况，可以使得供电回路更加安全。
作为优选的实施例，所述提示信息包括声音报警，或者灯光报警，或者通过显示屏显示文字的报警信息。
本发明实施例的方法还包括，接收远端设备的配置参数和控制信息，以设置所述瞬时峰值功率门限、平均功率门限、瞬时峰值功率报警门限、平均功率报警门限和/或时间门限等参数。
还包括将所述实时电流数据、电压数据、瞬时功率、平均功率和/或所述近门限时间传送给远端控制设备。
本发明实施例区分开了瞬时功率和平均功率可以分辨供电回路中大功率用电设备启动造成的瞬时功率增大(短时间超过瞬时峰值功率门限)，此时根据对平均功率的分析(平均功率小于平均功率门限)可以保证用电回路不会被切断，如果出现短路造成的瞬时功率急剧增大，同时伴随回路输出电压的大幅度跌落，可以在很短的时间内(例如20mS内)迅速识别出短路故障，快速切断供电回路。
如图2所示为本发明实施例一种过载保护装置的结构示意图。
包括，采集单元201，用于获取供电回路中实时的电流、电压数据。
转换单元202，用于将所述电流、电压数据转换为离散数值。
计算单元203，用于根据所述电流、电压的离散数值计算出供电回路输出的瞬时功率和平均功率。
判决单元204，用于判断如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率超过预先设定的平均功率门限则发出断路控制信号。
执行单元205，用于根据所述断路控制信号切断供电回路。
其中所述计算单元203计算瞬时功率时，将所述电流的离散数值和电压的离散数值相乘，在第一预定时间内累积运算，以瞬时功率；计算平均功率时，将所述电流的离散数值和电压的离散数值相乘，在第二预定时间内累积运算，以获得平均功率。
所述判断单元204还用于判断如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率报警门限或者平均功率超过预先设定的平均功率报警门限则输出用户提示信息。
所述判断单元204还用于判断当所述瞬时功率超过所述平均功率门限且小于所述瞬时功率门限时，则输出用户提示信息。
所述判断单元204还用于统计所述瞬时功率或平均功率的近门限时间，如果所述瞬时功率或平均功率近门限时间超过时间门限，则输出用户提示信息。
所述判断单元204还用于当所述瞬时功率在第一预定范围内超过瞬时峰值功率门限，或者平均功率在第二预定范围内超过平均功率门限时，可以延迟一预定时间输出用户提示信息。
还包括提示报警结构206，用于根据所述判断单元输出的用户提示信息产生音频或者视频的报警信号，以提示用户。其中该提示报警机构206可以包括例如为，音频报警单元，用于根据所述判断单元204输出的用户提示信息产生音频报警信号，以提示用户。还可以包括视频报警单元，用于根据所述判断单元204输出的用户提示信息产生灯光报警信号或者将所述用户提示信息进行显示，以提示用户。
通过上述实施例，可以通过瞬时功率和平均功率对供电回路进行更加准确的断电控制，不会产生由于大功率用电设备启动造成断路保护的误操作，避免了传统以温度控制供电回路的延迟现象，并且避免了传统保险丝安装、匹配的复杂性。
如图3所示为本发明过载保护装置的具体实施例结构图。
包括传感器301，用于采集供电回路中的电流和电压数据。
模拟/数字(AD)转换器302，用于将滤波后的电流和电压数据的模拟信号转换为数字的离散数值。
低通滤波器303，用于将所述经过转换的数字信号进行滤波，以消除干扰信号，例如用于消除高于50Hz/60Hz的高频谐波干扰信号。
积分器304，用于根据所述电流和电压的离散数值计算出瞬时功率和平均功率。
判决电路305，用于判断如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率超过预先设定的平均功率门限则发出断路控制信号。该判决电路305还可以根据预先设定的动作时间向断路执行机构发出断路控制信号，例如当所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率超过预先设定的平均功率门限后延迟0.5秒向断路执行机构发出断路控制信号，在这种情况中可以对过载保护进行延迟，以达到控制断路灵敏度，提高供电回路的可靠性。
并且，该判决电路305还对瞬时功率或平均功率是否超过各自的报警门限进行判断，如果超出了各自的报警门限则输出提示信息到提示报警机构306向用户进行提示，还可以判断瞬时功率或平均功率是否在某个采样时间段内(即时间门限)接近瞬时峰值功率门限或者平均功率门限，例如瞬时功率小于瞬时峰值功率门限5％以内的时间占整个采样时间段时间的90％，则判决电路305输出用户提示信息，以提醒用户注意当前供电回路可能出现问题。
提示报警机构306，用于根据判决电路305输出的用户提示信息告知用户。其中，提示报警机构306可以由发声装置、光闪烁装置、即时通信装置等组成，可使用单一或(和)组合构成，根据用户提示信息发出告警。并且，还可以根据需要，添加LCD显示单元，即时显示瞬时功率与平均功率。
断路执行机构307串接在供电回路上，受判决电路305的输出控制，负责开启/断开供电回路。
瞬时峰值功率门限是指供电回路所能提供或负载所需的最大峰值功率；平均功率门限是指略大于正常工作状态下用电设备的功率门限，预设的平均功率门限可参考用电设备的额定功率或供电回路带载能力，以略大于所述用电设备的平均功率或供电回路带载能力为宜，并可以同时预设保护动作的延迟时间门限。
对于单相(或单路)供电回路传感器301由一个电流互感器和一个电压互感器组成；对于三相供电回路，需要三个电流互感器和三个电压互感器(三相四线)或两个电压互感器(三相三线)；对于多路独立供电回路，传感器301由一个电压互感器和多路电流互感器组成。
如图4所示为本发明过载保护装置另一实施例结构示意图。
包括传感器401，低通滤波器402，AD转换器403，微处理器404，提示报警机构405，断路执行机构406。
在本实施例中将图3实施例中的积分器和判决电路使用微处理器404实现其功能，在本实施例中还包括通信单元407，用于接收并解调远程设备发送的配置参数(包括各种门限值的设定等)或其它控制命令(例如读取内部数据的命令)，向所述远程设备调制并发送该过载保护装置的数据，例如检测的电流、电压数据、瞬时功率和平均功率，近门限时间等。所述微处理器404还可以根据所述通信单元407接收到的控制命令进行相关动作。
如图5所示为本发明过载保护装置的网络结构示意图。
图5中每个节点501都是一个本发明图4中所述的过载保护装置，在本实施例中每个节点都具有通信功能，可以通过无线方式或者电力载波方式与远程设备通信，该远程设备可以是负责管理某个区域过载保护装置的计算机，也可以是作为中继节点的过载保护装置，在本例中远程设备为计算机502。
所述节点501还具有中继功能，可以作为下级节点和远程设备之间的中继节点，用于传送下级节点与远程设备之间的数据。
通过本发明实施例可以实现对任意区域内的过载保护装置进行远程控制，完成区域智能配电线路的过载监控。
本发明实施例只需采用相同的标准模块(如单相、三相)获得电流和电压数据，灵活组合，自由设置保护门限和动作时间，即可完成各种要求的负载保护任务，且使用全数字化方式，动态适应范围广、精确度高、动作响应速度快。因为能够分别计算瞬时功率与平均功率，有助于合理地设置超载保护门限，能够更有效保护供电回路和用电设备，科学地消除电气火灾隐患。由于可以设置多组门限阈值和动作时间，有助于建立多级别的智能过载控制和监测预警系统。相对于保护装置发热原理，还可以在保证安全的前提下，科学、适度地选择不同应用情况下(如工业、民用)供电回路及用电设备所需的耐热材料和线缆内芯，且无需使用发热断通零件，对节约资源、保护环境具有实际的意义。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种过载保护方法，其特征在于包括，
获取供电回路中实时的电流、电压数据；
将所述电流、电压数据转换为离散数值；
根据所述电流、电压的离散数值计算出供电回路输出的瞬时功率和平均功率；
如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率在一段时间内连续超过预先设定的平均功率门限则切断供电回路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述瞬时功率是指将所述电流的离散数值和电压的离散数值相乘，在第一预定时间内累积运算以获得所述瞬时功率；所述平均功率是指将所述电流的离散数值和电压的离散数值相乘，在第二预定时间内累积运算，以获得平均功率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率在一段时间内连续超过预先设定的平均功率门限则切断供电回路中还包括，如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率报警门限或者平均功率超过预先设定的平均功率报警门限则输出用户提示信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率在一段时间内连续超过预先设定的平均功率门限则切断供电回路中还包括，当所述瞬时功率超过所述平均功率门限且小于所述瞬时功率门限时，则输出用户提示信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率在一段时间内连续超过预先设定的平均功率门限则切断供电回路中还包括，统计所述瞬时功率或平均功率的近门限时间，如果所述瞬时功率或平均功率近门限时间超过时间门限，则输出用户提示信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率在一段时间内连续超过预先设定的平均功率门限则切断供电回路中还包括，当所述瞬时功率在第一预定范围内超过瞬时峰值功率门限，或者平均功率在第二预定范围内超过平均功率门限时，延迟一预定时间输出用户提示信息。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的方法，其特征在于，还包括接收远程设备的配置参数和控制信息，并将所述获得的电流数据、电压数据、瞬时功率、平均功率中的至少一种传送给所述远程设备。
8.一种过载保护装置，其特征在于包括：
采集单元，用于获取供电回路中实时的电流、电压数据；
转换单元，用于将所述电流、电压数据转换为离散数值；
计算单元，用于根据所述电流、电压的离散数值计算出供电回路输出的瞬时功率和平均功率；
判决单元，用于判断如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率在一段时间内连续超过预先设定的平均功率门限则发出断路控制信号；
执行单元，用于根据所述断路控制信号切断供电回路。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述判断单元还用于判断如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率报警门限或者平均功率在一段时间内连续超过预先设定的平均功率报警门限则输出用户提示信息；
或者，所述判断单元还用于判断当所述瞬时功率超过所述平均功率门限且小于所述瞬时功率门限时，则输出用户提示信息；
或者，所述判断单元还用于统计所述瞬时功率或平均功率的近门限时间，如果所述瞬时功率或平均功率近门限时间超过时间门限，则输出用户提示信息；
或者，所述判断单元还用于当所述瞬时功率在第一预定范围内超过瞬时峰值功率门限，或者平均功率在第二预定范围内超过平均功率门限时，延迟一预定时间输出用户提示信息。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括提示报警机构，用于根据所述判断单元输出的用户提示信息产生音频或者视频的报警信号，以提示用户。
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