CN110716110A - 电气安全检测装置、检测方法及智能插座 - Google Patents

电气安全检测装置、检测方法及智能插座 Download PDF

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CN110716110A CN201910965489.9A CN201910965489A CN110716110A CN 110716110 A CN110716110 A CN 110716110A CN 201910965489 A CN201910965489 A CN 201910965489A CN 110716110 A CN110716110 A CN 110716110A
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Abstract

本发明公开了一种电气安全检测装置、检测方法及智能插座。本发明通过过零检测电路对输入的电流信号进行过零检测，获得过零信号；微控制器根据过零信号确定采样周期；电流检测电路在采样周期内从电流信号中分别获取低频信号和高频信号，并对应发送至模数转换器和计数器；模数转换器对低频信号进行电流变化率检测，计数器对高频信号进行脉冲数检测，微控制器根据电流变化率检测结果设置低频特征标志位，根据脉冲数检测结果设置高频特征标志位，并根据低频特征标志位及高频特征标志位判定是否有故障电弧。其中，通过在充电过程中持续收集和分析电流特征，能够对充电线路中的故障电弧进行准确检测，避免了插座充电时因故障电弧导致的充电安全隐患。

Description

电气安全检测装置、检测方法及智能插座
技术领域
本发明涉及智能插座技术领域，尤其涉及一种电气安全检测装置、检测方法及智能插座。
背景技术
电弧是一种气体游离放电现象，也是一种等离子体。电弧中的电流从微观上看是电子及正离子在电场作用下移动的结果，其中电子的移动构成电流的主要部分。电弧的特点是温度很高，电流很小，持续时间短。在电路中线路绝缘老化与接触不良容易引发故障电弧，而故障电弧仅需要几个安培大小的电弧电流就能产生2000-4000℃的局部高温，引燃周边易燃物，引发大面积的火灾事故。
传统的电气保护装置，例如熔断器、断路器、剩余电流动作保护器等，只能检测出过载、短路和接地故障电流，并对电路进行保护，当前的充电插座由于仅预装有上述电气保护装置，因此对故障电弧检测无能无力，存在充电安全隐患。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电气安全检测装置、检测方法及智能插座，旨在解决现有技术中插座充电时因故障电弧导致充电安全隐患的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种电气安全检测装置，所述装置包括故障检测模块及管理模块；所述故障检测模块包括电流检测电路及过零检测电路，所述管理模块包括模数转换器、计数器及微控制器；所述过零检测电路与火线及所述微控制器分别连接，所述电流检测电路与所述火线、所述模数转换器及所述计数器分别连接，所述模数转换器及所述计数器还分别与所述微控制器连接；其中，
所述故障检测模块，用于通过过零检测电路对输入的电流信号进行过零检测，获得过零信号并发送所述过零信号至所述管理模块；
所述管理模块，用于根据所述过零信号确定采样周期；
所述故障检测模块，还用于在所述采样周期内通过电流检测电路从所述电流信号中获取频率小于第一预设阈值的低频信号后发送所述低频信号至模数转换器，并从所述电流信号中获取频率不小于第一预设阈值的高频信号后发送所述高频信号至计数器；
所述管理模块，还用于通过所述模数转换器对所述低频信号进行电流变化率检测，以使通过所述微控制器根据电流变化率检测结果设置低频特征标志位；
所述管理模块，还用于通过所述计数器对所述高频信号进行脉冲数检测，以通过使所述微控制器根据脉冲数检测结果设置高频特征标志位；
所述管理模块，还用于通过所述微控制器根据所述低频特征标志位及所述高频特征标志位判定是否有故障电弧。
优选地，所述电流检测电路包括电流采样单元、第一信号调理单元、低通滤波器、放大器、高通滤波器、第一比较器；所述电流采样单元穿射于与火线，所述电流采样单元还与所述第一信号调理单元连接，所述第一信号调理单元与所述低通滤波器及所述高通滤波器分别连接，所述低通滤波器与所述放大器连接，所述放大器与所述模数转换器连接，所述高通滤波器与所述第一比较器连接，所述第一比较器与所述计数器连接。
优选地，所述电流检测电路还包括模拟开关及第二信号调理单元；所述第二信号调理单元与所述微控制器的第一IO端口及所述模拟开关连接，所述模拟开关与所述微控制器的第二IO端口、所述电流采样单元及所述第一信号调理单元分别连接。
优选地，所述过零检测电路包括电压检测单元、第三信号调理单元及第二比较器；所述电压检测单元与所述火线及所述第三信号调理单元分别连接，所述第三信号调理单元与所述第二比较器连接，所述第二比较器与所述微控制器的第三IO端口连接。
本发明还提出一种电气安全检测方法，所述电气安全检测方法包括以下步骤：
对输入的电流信号进行过零检测，获取采样周期；
在采样周期内对所述电流信号中频率小于第一预设阈值的低频信号进行电流变化率检测，并根据电流变化率检测结果设置低频特征标志位；
在采样周期内对所述电流信号中频率不小于第一预设阈值的高频信号进行脉冲数检测，并根据脉冲数检测结果设置高频特征标志位；
根据所述低频特征标志位及所述高频特征标志位确定是否有故障电弧。
优选地，所述在采样周期内对所述电流信号中频率小于第一预设阈值的低频信号进行电流变化率检测，并根据电流变化率检测结果设置低频特征标志位的步骤，包括：
在采样周期内对所述电流信号中频率小于第一预设阈值的低频信号进行电流变化率检测，获得电流变化率数组；
获取所述电流变化率数组中电流变化率大于预设电流变化率最大值的数值个数；
当所述数值个数大于第二预设阈值时，设置低频识别单元标志为第一数值，并统计预设时间窗口内所有低频识别单元标志为第一数值的个数；
当预设时间窗口内所有低频识别单元标志为第一数值的个数大于第三预设阈值时，设置低频特征标志位为故障位。
优选地，所述在采样周期内对所述电流信号中频率不小于第一预设阈值的高频信号进行脉冲数检测，并根据脉冲数检测结果设置高频特征标志位的步骤，包括：
在采样周期内对所述电流信号中频率不小于第一预设阈值的高频信号进行脉冲数检测；
在所述脉冲数大于第四预设阈值时，设置高频识别单元标志为第二数值，并统计预设时间窗口内所有高频识别单元标志为第二数值的个数；
当预设时间窗口内所有高频识别单元标志为第二数值的个数大于所述第五预设阈值时，设置高频特征标志位为故障位。
优选地，所述对输入的电流信号进行过零检测，获取采样周期的步骤之前，所述方法还包括：
当接收到自检指令时，输出自检电流信号；
在所述自检电流信号中有故障电弧时，输出自检结果。
优选地，所述根据所述低频特征标志位及所述高频特征标志位确定是否有故障电弧的步骤之后，所述方法还包括：
对所述电流信号进行漏电检测及过载检测，对应获得漏电检测结果及过载检测结果；
根据所述漏电检测结果、所述过载检测结果、所述低频特征标志、所述高频特征标志及预设线路健康状态评估表对线路的充电状态进行评估。
本发明还提出一种智能插座，所述智能插座包括如上所述的电气安全检测装置，或者所述智能插座应用如上所述的电气安全检测方法。
本发明通过过零检测电路对输入的电流信号进行过零检测，获得过零信号；微控制器根据过零信号确定采样周期；电流检测电路在采样周期内从电流信号中分别获取低频信号和高频信号，并对应发送至模数转换器和计数器；模数转换器对低频信号进行电流变化率检测，计数器对高频信号进行脉冲数检测，微控制器根据电流变化率检测结果设置低频特征标志位，根据脉冲数检测结果设置高频特征标志位，并根据低频特征标志位及高频特征标志位判定是否有故障电弧。其中，通过在充电过程中持续收集和分析电流特征，能够对充电线路中的故障电弧进行准确检测，避免了插座充电时因故障电弧导致的充电安全隐患。
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示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明一种电气安全检测装置第一实施例的功能模块图；
图2是本发明一种电气安全检测装置第二实施例的结构示意图；
图3是本发明一种电气安全检测装置的应用场景图；
图4是本发明一种电气安全检测方法第一实施例的流程示意图；
图5是本发明一种电气安全检测方法第二实施例的流程示意图。
附图标号说明：
Figure BDA0002229399790000051
本发明目的的实现、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
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的一部分实施例，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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示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。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“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，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种电气安全检测装置。
参照图1，在第一实施例中，所述装置包括故障检测模块10及管理模块20；所述故障检测模块10包括电流检测电路110及过零检测电路120，所述管理模块20包括模数转换器、计数器及微控制器；所述过零检测电路120与火线(即L线)及所述微控制器分别连接，所述电流检测电路110与所述火线L、所述模数转换器及所述计数器分别连接，所述模数转换器及所述计数器还分别与所述微控制器连接；其中，所述故障检测模块10，用于通过过零检测电路120对输入的电流信号进行过零检测，获得过零信号并发送所述过零信号至所述管理模块20；所述管理模块20，用于根据所述过零信号确定采样周期；所述故障检测模块10，还用于在所述采样周期内通过电流检测电路110从所述电流信号中获取频率小于第一预设阈值的低频信号后发送所述低频信号至模数转换器，并从所述电流信号中获取频率不小于第一预设阈值的高频信号后发送所述高频信号至计数器；所述管理模块20，还用于通过所述模数转换器对所述低频信号进行电流变化率检测，以使通过所述微控制器根据电流变化率检测结果设置低频特征标志位；所述管理模块20，还用于通过所述计数器对所述高频信号进行脉冲数检测，以通过使所述微控制器根据脉冲数检测结果设置高频特征标志位；所述管理模块20，还用于通过所述微控制器根据所述低频特征标志位及所述高频特征标志位判定是否有故障电弧。
需要说明的是，故障电弧按类型可以分为并联电弧和串联电弧，现有熔断器、断路器、剩余电流动作保护器由于各自的特性最多只能在出现并联电弧时起保护作用，而串联电弧发生时电流一般小于额定电流，上述保护装置几乎不可能起保护作用，因此，依靠上述保护装置相应原理制作的智能插座无法准确地检测出故障电弧。本实施例采用充电电流的电流变化率大小以及高频脉冲数两个特征量作为判断依据，在充电过程中持续收集和分析电流特征量，能够对充电线路中的故障电弧进行准确检测。
可理解的是，所述低频信号指电流信号中频率小于第一预设阈值的信号，所述高频信号指电流信号中频率不小于第一预设阈值的信号，根据插座的不同应用场景，可以对第一预设阈值进行自定义设置。
在具体实现中，首先通过过零检测电路120对电网输入的电流信号进行过零检测，确定电网频率，以便确定采样周期。作为一实施例，对于频率为50Hz的电网，针对电流检测电路110中的低频通路，模数转换器以不低于10kHz的采样频率对电流进行采样，采样时间为半个周波，即10ms。电流检测电路110中的高频通路截止频率为10kHz，滤除低频信号的同时将信号放大后送入比较器，由计数器统计脉冲数。最后通过微控制器根据电流变化率及脉冲数判定是否有故障电弧。
本实施例通过过零检测电路对输入的电流信号进行过零检测，获得过零信号；微控制器根据过零信号确定采样周期；电流检测电路在采样周期内从电流信号中分别获取低频信号和高频信号，并对应发送至模数转换器和计数器；模数转换器对低频信号进行电流变化率检测，计数器对高频信号进行脉冲数检测，微控制器根据电流变化率检测结果设置低频特征标志位，根据脉冲数检测结果设置高频特征标志位，并根据低频特征标志位及高频特征标志位判定是否有故障电弧。其中，通过在充电过程中持续收集和分析电流特征，能够对充电线路中的故障电弧进行准确检测，避免了插座充电时因故障电弧导致的充电安全隐患。
请一并参照图1和图2，图中各元器件虽未标号，但从图1和图2中可以准确且毫无疑义地确定各元器件的连接关系。所述电流检测电路110包括电流采样单元、第一信号调理单元、低通滤波器、放大器、高通滤波器、第一比较器；所述电流采样单元穿射于与火线，所述电流采样单元还与所述第一信号调理单元连接，所述第一信号调理单元与所述低通滤波器及所述高通滤波器分别连接，所述低通滤波器与所述放大器连接，所述放大器与所述模数转换器连接，所述高通滤波器与所述第一比较器连接，所述第一比较器与所述计数器连接。
应当理解的是，其中电流采样单元可以为电流互感器、分流器及罗氏线圈等。本实施例中优选最大工作频率为200kHz的电流互感器作为电流采样单元，穿射于火线上，对电流进行采样，获取电流信号。
所述第一信号调理单元用于将电流采样单元输出的交流小信号(约±155mvpeak)进行电压抬升、放大，抬升电压优选+1.6V，放大倍数优选10倍。
在具体实现中，考虑到实时电流信号分析对处理器及内存资源的压力；将后续检测通路设计为低频、高频两部分；低频滤波器的截止频率可根据电网频率自定义设置，优选设置为10kHz，模数转换器优选采用速度较快的12位逐次比较型模数转换器，当低频滤波器的截止频率为10kHz时，模数转换器的采样率应不低于20kHz；高频滤波器对应地提取10kHz及以上信号，经过放大后与第一比较器中阈值K1进行比较，由微控制器统计脉冲个数。如此处理10kHz以上的高频信号，不用通过复杂的FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)环节对频谱进行分析，降低了处理器压力。
进一步地，所述电流检测电路110还包括模拟开关及第二信号调理单元；所述第二信号调理单元与所述微控制器的第一IO端口及所述模拟开关连接，所述模拟开关与所述微控制器的第二IO端口、所述电流采样单元及所述第一信号调理单元分别连接。
应当理解的是，模拟开关主要是完成信号链路中的信号切换功能，采用MOS管的开关方式实现了对信号链路关断或者打开。通过模拟开关和第二信号调理单元组成自检通路，自检通路由外部(如插座面板上的测试按键)触发，微控制器产生一个PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)信号，该信号通过第一IO端口输出至第二信号调理单元，第二信号调理单元将PWM信号转换为自检信号，此时切换模拟开关，将自检信号送入第一信号调理单元，检验故障电弧检测装置功能的有效性。
进一步地，所述过零检测电路120包括电压检测单元、第三信号调理单元及第二比较器；所述电压检测单元与所述火线及所述第三信号调理单元分别连接，所述第三信号调理单元与所述第二比较器连接，所述第二比较器与所述微控制器的第三IO端口连接。
应当理解的是，由于故障电弧产生后，电流畸变严重，无法通过电流数据识别电网频率变化，为了识别电网频率，本实施例设计了一个过零检测电路；通过该电路不仅可以识别电网频率是50Hz还是60Hz，还可以识别电网频率的变化如49Hz-51Hz的变化；通过这个频率，可以调整模数转换器的采样频率和电流半波采样持续时间，保证后续对电流中的高频特征和低频特征进行识别的识别单元为一个完整的电流半波。
其中，所述电压检测单元用于对电网电压进行检测，并向第三信号调理单元输出电压，同时，还可以对线路进行过载检测，获得过载检测结果。所述第三信号调理单元用于将电压检测单元的输出电压进行升压后发送至第二比较器中。
进一步地，电气安全检测装置还可以包括电源模块，电源模块与火线、零线连接，从线路取电，依次通过AC-DC整流电路、DC-DC电压转换电路为系统供电。优选地，所述电源模块采用非隔离式电源供电方案取电，与隔离方案相比节省体积，效率更高。
进一步地，电气安全检测装置还可以包括漏电检测模块，所述漏电检测模块，用于对线路进行漏电检测，获得漏电检测结果。如此，微控制器可以根据漏电检测模块的漏电检测结果、电压检测单元的过载检测结果及电流检测电路110中的高频特征、低频特征进行充电线路的健康状态评估。
进一步地，电气安全检测装置还可以包括计量模块和通讯模块，计量模块与管理模块20通过串行通信接口UART1连接，可采用专用电能计量芯片，优选地采用RN8209G；通讯模块与管理模块20通过串行通信接口UART2连接，可以为Wi-Fi单元、GPRS单元或4G单元等，优选地采用Wi-Fi单元。
进一步地，电气安全检测装置还可以包括面板模块，面板模块包括常规插孔、故障复位按钮及测试按钮，如此可以将电气安全检测装置集成于智能插座中，将故障电弧检测功能与电动车充电插座深度融合，节省成本。
如图3所示，图3为电气安全检测装置的应用场景图，具备故障电弧检测功能的充电插座与手机APP、云服务器搭配使用，插座面板上贴有二维码ID，通过手机APP扫描该二维码，即可与插座建立连接，插座通过无线通讯方式将用电量及充电状态信息上传至云端，完成费控及结算功能。
应当理解的是，通过无线通讯方式连接云端，将充电电流监控参数传输到云服务器，可以进行模型重建及参数升级，优化误报率和漏报率。
本实施例通过电气安全检测装置的具体模块设计，通过将电流检测电路设计为低频和高频两部分，降低了实时电流信号分析对处理器及内存资源的压力，通过模数转换器获得电流变化率，计数器获得脉冲数，根据电流变化率和脉冲数两个特征进行故障电弧检测，提高了检测准确率。
基于上述硬件结构，提出本发明电气安全检测方法实施例。
参照图4，图4为本发明电气安全检测方法第一实施例的流程示意图。
在第一实施例中，所述电气安全检测方法包括以下步骤：
S10：对输入的电流信号进行过零检测，获取采样周期；
可以理解的是，通过对电网输入的电流信号进行过零检测，可以确定电网频率，继而根据电网频率确定采样周期。作为一实施例，对于频率为50Hz的电网，采样频率可以设置为10kHz，相应地，采样周期为10ms，即半个周波。
S20：在采样周期内对所述电流信号中频率小于第一预设阈值的低频信号进行电流变化率检测，并根据电流变化率检测结果设置低频特征标志位；
具体地，在采样周期内对所述电流信号中频率小于第一预设阈值的低频信号进行电流变化率检测，获得电流变化率数组；获取所述电流变化率数组中电流变化率大于预设电流变化率最大值的数值个数；当所述数值个数大于第二预设阈值时，设置低频识别单元标志为第一数值，并统计预设时间窗口内所有低频识别单元标志为第一数值的个数；当预设时间窗口内所有低频识别单元标志为第一数值的个数大于第三预设阈值时，设置低频特征标志位为故障位。
应当理解的是，当采样周期为10ms时，低频通路主要检测频率小于10kHz的电流特征；由模数转换器以不低于10kHz的采样频率对电流进行采样，采样时间为半个周波。
由于电动车充电为一插一车，正常充电过程中电流突变较小、持续周期较短；当开关电源的负载为电动车时，故障电弧在电流过零点附近由于稳定燃烧通道不能迅速建立，电弧电流变化非常剧烈，高频毛刺较多。针对上述特性，低频通路采用电流变化率大小作为特征量，即：
η＝|di(t)/dt|；
其中，η为电流变化率，t为采样周期，i为时间t内的电流值。
特征量η以一个电流的半波为计算单元，可以预先通过搜集不同品牌、不同充电阶段的电流变化率数据，采用统计学方式归纳出电流变化率最大值ηnormal_max。在优选采样频率(如10kHz)下，根据半周波的采样点数(如N＝100)及半周波内的电流变化率的值，得到数组η＝[N-1]，再与预设电流变化率最大值ηnormal_max进行比较，得出电流变化率超过ηnormal_max的数值个数ncount，如果ncount大于第二预设阈值，该低频识别单元标志设置为第一数值，如将低频识别单元标志置1。当在预设时间窗口(如1S)内，电流半波中低频识别标志个数大于第三预设阈值(优选值14)时，低频通路检测到疑似故障电弧，同时设置低频特征标志位为故障位，如将低频特征标志位FlagL置1。
S30：在采样周期内对所述电流信号中频率不小于第一预设阈值的高频信号进行脉冲数检测，并根据脉冲数检测结果设置高频特征标志位。
具体地，在采样周期内对所述电流信号中频率不小于第一预设阈值的高频信号进行脉冲数检测；在所述脉冲数大于第四预设阈值时，设置高频识别单元标志为第二数值，并统计预设时间窗口内所有高频识别单元标志为第二数值的个数；当预设时间窗口内所有高频识别单元标志为第二数值的个数大于所述第五预设阈值时，设置高频特征标志位为故障位。
其中，故障位表示电流中有疑似故障电弧，故障位的数值可以自定义设置，如0、1等。
应当理解的是，高频通路主要检测10kHz以上的电流特征；由计数器端口统计脉冲数，计数器中的数值每个采样周期更新一次。高频计数周期与低频采样周期同步进行，每一个周期开始时，清空计数器重新开始计数；当一个电流半波结束时，读取脉冲数nfcount并与第四预设阈值nfref比较，当nfcount>nfref时，设置高频识别单元标志为第二数值，如将高频识别单元标志置1；当在预设时间窗口(如1S)内，电流半波中高频识别单元标志个数大于第五预设阈值(优选值14)时，高频通路检测到疑似故障电弧，同时设置高频特征标志位为故障位，如将高频特征标志位FlagH置1。
S40：根据所述低频特征标志位及所述高频特征标志位确定是否有故障电弧。
本实施例中，根据低频通路和高频通路的检测结果进行故障电弧判定，判定标准可以根据实际应用场景进行不同设置。如可以当检测到两条路径的特征标志位FlagL和FlagH均为1时，判定有故障电弧，当有任一一条路径的特征标志位为1时，发出报警提示。
需要说明的是，在对输入的电流信号进行过零检测，获取采样周期的步骤之前，还可以对电路进行自检，具体地，当接收到自检指令时，输出自检电流信号；在所述自检电流信号中有故障电弧时，输出自检结果。
应当理解的是，当充电器与插座连接完毕，准备充电时，插座内部的微控制器控制继电器合闸，开启自检，获得电流特征，将该特征与预设数据库中的故障状态特征进行比对，并在预设自检时间(如3秒内)内完成自检，输出自检结果。上述获得电流特征的过程可以参照上述步骤S10至S40，在此不再赘述。在充电开始时做一次自检，能够发现充电线路及充电设备老化或接触不良问题，提醒用户检查线路和充电设备，排除隐患。
本实施例通过对输入的电流信号进行过零检测，获取采样周期；在采样周期内对所述电流信号中频率小于第一预设阈值的低频信号进行电流变化率检测，并根据电流变化率检测结果设置低频特征标志位；在采样周期内对所述电流信号中频率不小于第一预设阈值的高频信号进行脉冲数检测，并根据脉冲数检测结果设置高频特征标志位；根据所述低频特征标志位及所述高频特征标志位确定是否有故障电弧。其中，通过在充电过程中持续收集和分析电流特征，能够对充电线路中的故障电弧进行准确检测，避免了插座充电时因故障电弧导致的充电安全隐患。
进一步地，请参照图5，图5为本发明电气安全检测方法第二实施例的流程示意图。
在第二实施例中，步骤S40之后所述方法还包括：
S50：对所述电流信号进行漏电检测及过载检测，对应获得漏电检测结果及过载检测结果；
S60：根据所述漏电检测结果、所述过载检测结果、所述低频特征标志、所述高频特征标志及预设线路健康状态评估表对线路的充电状态进行评估。
应当理解的是，通过实时电流特征提取，并对充电状态打分，在充电结束后，可以为用户提供充电状态评价及建议。预设线路健康状态评估表的等级划分可以根据实际需要进行设置，例如如下表一所示，该评价总分为100分，分成四个等级：
Figure BDA0002229399790000131
表一
预设线路健康状态评估表针对如下特征量，采用扣分方式，总分100分，扣完为止。
预设线路健康状态评估表的扣分规则如下表二所示，其中，电流半波不对称指正负半波差异值大于设定阈值γ：
特征量 评分
Flag<sub>L</sub>累计持续时间t1(min) -t1
Flag<sub>H</sub>累计持续时间t2(min) -t2
电流半波不对称持续时间t3(min) -t3
Flag<sub>H</sub>&amp;Flag<sub>L</sub>＝1 -75
漏电保护触发 -75
过流保护触发 -75
表二
线路健康状态评估的具体示例如下表三所示：
Figure BDA0002229399790000132
Figure BDA0002229399790000141
表三
本实施例通过给用户展示评分等级，提醒用户检查充电线路、充电器是否存在接触不良和老化，降低了充电安全隐患。
本发明还提出一种智能插座，所述智能插座包括如上所述的电气安全检测装置或应用如上所述的电气安全检测方法，所述智能插座的电气安全检测装置的电路结构可参照上述实施例，在此不再赘述；可以理解的是，由于本实施例的智能插座采用了上述电气安全检测装置或电气安全检测方法的技术方案，因此所述智能插座具有上述所有的有益效果。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电气安全检测装置，其特征在于，包括故障检测模块及管理模块；所述故障检测模块包括电流检测电路及过零检测电路，所述管理模块包括模数转换器、计数器及微控制器；所述过零检测电路与火线及所述微控制器分别连接，所述电流检测电路与所述火线、所述模数转换器及所述计数器分别连接，所述模数转换器及所述计数器还分别与所述微控制器连接；其中，
所述故障检测模块，用于通过过零检测电路对输入的电流信号进行过零检测，获得过零信号并发送所述过零信号至所述管理模块；
所述管理模块，用于根据所述过零信号确定采样周期；
所述故障检测模块，还用于在所述采样周期内通过电流检测电路从所述电流信号中获取频率小于第一预设阈值的低频信号后发送所述低频信号至模数转换器，并从所述电流信号中获取频率不小于第一预设阈值的高频信号后发送所述高频信号至计数器；
所述管理模块，还用于通过所述模数转换器对所述低频信号进行电流变化率检测，以通过所述微控制器根据电流变化率检测结果设置低频特征标志位；
所述管理模块，还用于通过所述计数器对所述高频信号进行脉冲数检测，以通过所述微控制器根据脉冲数检测结果设置高频特征标志位；
所述管理模块，还用于通过所述微控制器根据所述低频特征标志位及所述高频特征标志位判定是否有故障电弧。
2.如权利要求1所述的电气安全检测装置，其特征在于，所述电流检测电路包括电流采样单元、第一信号调理单元、低通滤波器、放大器、高通滤波器、第一比较器；所述电流采样单元穿射于火线，所述电流采样单元还与所述第一信号调理单元连接，所述第一信号调理单元与所述低通滤波器及所述高通滤波器分别连接，所述低通滤波器与所述放大器连接，所述放大器与所述模数转换器连接，所述高通滤波器与所述第一比较器连接，所述第一比较器与所述计数器连接。
3.如权利要求2所述的电气安全检测装置，其特征在于，所述电流检测电路还包括模拟开关及第二信号调理单元；所述第二信号调理单元与所述微控制器的第一IO端口及所述模拟开关连接，所述模拟开关与所述微控制器的第二IO端口、所述电流采样单元及所述第一信号调理单元分别连接。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电气安全检测装置，其特征在于，所述过零检测电路包括电压检测单元、第三信号调理单元及第二比较器；所述电压检测单元与所述火线及所述第三信号调理单元分别连接，所述第三信号调理单元与所述第二比较器连接，所述第二比较器与所述微控制器的第三IO端口连接。
5.一种电气安全检测方法，其特征在于，所述电气安全检测方法包括以下步骤：
对输入的电流信号进行过零检测，获取采样周期；
在采样周期内对所述电流信号中频率小于第一预设阈值的低频信号进行电流变化率检测，并根据电流变化率检测结果设置低频特征标志位；
在采样周期内对所述电流信号中频率不小于第一预设阈值的高频信号进行脉冲数检测，并根据脉冲数检测结果设置高频特征标志位；
根据所述低频特征标志位及所述高频特征标志位确定是否有故障电弧。
6.如权利要求5所述的电气安全检测方法，其特征在于，所述在采样周期内对所述电流信号中频率小于第一预设阈值的低频信号进行电流变化率检测，并根据电流变化率检测结果设置低频特征标志位的步骤，包括：
在采样周期内对所述电流信号中频率小于第一预设阈值的低频信号进行电流变化率检测，获得电流变化率数组；
获取所述电流变化率数组中电流变化率大于预设电流变化率最大值的数值个数；
当所述数值个数大于第二预设阈值时，设置低频识别单元标志为第一数值，并统计预设时间窗口内所有低频识别单元标志为第一数值的个数；
当预设时间窗口内所有低频识别单元标志为第一数值的个数大于第三预设阈值时，设置低频特征标志位为故障位。
7.如权利要求5所述的电气安全检测方法，其特征在于，所述在采样周期内对所述电流信号中频率不小于第一预设阈值的高频信号进行脉冲数检测，并根据脉冲数检测结果设置高频特征标志位的步骤，包括：
在采样周期内对所述电流信号中频率不小于第一预设阈值的高频信号进行脉冲数检测；
在所述脉冲数大于第四预设阈值时，设置高频识别单元标志为第二数值，并统计预设时间窗口内所有高频识别单元标志为第二数值的个数；
当预设时间窗口内所有高频识别单元标志为第二数值的个数大于所述第五预设阈值时，设置高频特征标志位为故障位。
8.如权利要求5至7中任一项所述的电气安全检测方法，其特征在于，所述对输入的电流信号进行过零检测，获取采样周期的步骤之前，所述方法还包括：
当接收到自检指令时，输出自检电流信号；
在所述自检电流信号中有故障电弧时，输出自检结果。
9.如权利要求5至7中任一项所述的电气安全检测方法，其特征在于，所述根据所述低频特征标志位及所述高频特征标志位确定是否有故障电弧的步骤之后，所述方法还包括：
对所述电流信号进行漏电检测及过载检测，对应获得漏电检测结果及过载检测结果；
根据所述漏电检测结果、所述过载检测结果、所述低频特征标志、所述高频特征标志及预设线路健康状态评估表对线路的充电状态进行评估。
10.一种智能插座，其特征在于，所述智能插座包括如权利要求1-4所述的电气安全检测装置，或者所述智能插座应用权利要求5-9所述的电气安全检测方法。
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