CN114188918A - 一种spd劣化智能监测保护装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种SPD劣化智能监测保护装置及方法，装置包括电源，用于向装置各模块供电；开关联动件，用于控制SPD接入或断开；微电流采集电路，用于对漏电流进行采集并上传；旁路放电间隙并联于微电流采集电路外，接入开关联动件与SPD之间，雷击时将微电流采集电路短路；SPD劣化漏电流计算模块，对漏电流标定识别，若识别为SPD劣化漏电流，则将SPD劣化漏电流分离成基波电流和谐波电流，将谐波电流上传；MCU处理模块用于对谐波电流进行处理和存储，并发送执行命令控制开关联动件动作。能够识别雷击电流和SPD劣化漏流、短路电流；同时也仅采用谐波电流作为SPD漏流或短路监测信号；仅仅与SPD本身的通流参数相关与主路的开关容量无关，降低了选型的难度。
Description
技术领域
本发明属于雷电防护领域，具体涉及一种SPD劣化智能监测保护装置及方法。
背景技术
SPD即电源防雷器，又名浪涌保护器、避雷器等等，在信息时代的今天，电脑网络和通讯设备越来越精密，其工作环境的要求也越来越高，为了防止雷击或者浪涌冲击，需要在设备的供电线路加装电源防雷器（SPD）进行保护措施，防止设备不被雷电流入侵损坏，以免造成不必要的安全隐患。目前防雷器（SPD）主要采用氧化锌压敏电阻（MOV）元件，经验表明：压敏电阻出厂时的初始泄漏电流与压敏电阻的寿命特性和安全性都有较为密切的关系，漏电流过大通常会造成压敏电阻发热，发热又会引起压敏电压的下降和漏电流的进一步上升，如此恶性循环，最终导致压敏电阻因温度过高而起火燃烧，造成很大的安全隐患。
所以，国标（GB50057-2010）中规定，在电源防雷器安装时在其前端应串联普通空气保护开关或熔断丝，防止此类事故发生。但给电源防雷器（SPD）串联保护开关装置（熔丝或断路器）选型是一件麻烦的技术活，熔丝或断路器容量选择过大时电源防雷器老化发生短路，断路器或熔丝不动作，导致供电主路空开先动作，供电受到影响；容量选择过小则可能出现发生雷击时经常使熔丝（或断路器开路），会造成因防雷保护缺失而造成的二次雷击事故。总的来说，电源防雷器前端保护开关装置的选择要满足电源防雷器本身的标称通流容量参数要求，同时还要结合供电系统中的开关容量，防止电源防雷器发生老化短路的断电事故，这就导致了在选择保护开关装置时的矛盾的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够识别雷击且与主路的开关容量无关，能将SPD阻性漏电波实时发送到监测平台的SPD劣化智能监测保护装置及方法。
本发明提供的这种SPD劣化智能监测保护装置，包括
电源，用于向装置各模块供电；
开关联动件，用于控制SPD接入或断开；
微电流采集电路，用于对漏电流进行采集并上传；
旁路放电间隙并联于微电流采集电路外，接入开关联动件与SPD之间，雷击时将微电流采集电路短路；
SPD劣化漏电流计算模块，对SPD劣化漏电或短路电流标定识别，
若识别为SPD劣化漏电流，则将SPD劣化漏电流分离成基波电流和谐波电流，将谐波电流上传；
MCU处理模块用于对谐波电流进行处理和存储，并发送执行命令控制开关联动件动作。
所述微电流采集电路包括电感线圈、分压电阻、采样电阻及电路防护器件，电感线圈一端与开关联动件接入相线端相连、另一端与分压电阻相连，分压电阻的另一端与采样电阻相连，采样电阻的另一端与SPD相连，电路防护器件并联于采样电阻外，正常情况，SPD劣化漏电流从微电流采集电路通过；当浪涌或雷电流入侵时，电感线圈和分压电阻对突变电流起到阻隔作用，迫使浪涌或雷电流击穿放电间隙，从放电间隙过流，从而保护微电流采集电路。
所述旁路放电间隙接收电压高于放电间隙击穿电压时被击穿过流，与串联在后的SPD形成对地通路。
所述SPD劣化漏电流计算模块将100mA~150mA的电流作为开关联动件动作阀值，且此电流维持时间为1~2s作为开关断开动作信号。
所述MCU处理模块，根据SPD劣化漏电流计算模块的阻性电流即SPD老化漏电流进行实时传送到监控主机，将漏电流20μA作为SPD老化提醒、30μA 作为SPD老化警示、50μA作为SPD模块更换提醒、100mA~150mA作为开关断开动作信号 。
在一个具体实施例中，该装置还包括开关脱扣电磁线圈和电磁线圈驱动模块；开关脱扣电磁线圈用于给开关联动件提供推力，电磁线圈驱动模块用于向电磁线圈提供驱动电能。
进一步的，该装置还包括通信模块，通信模块用于将MCU处理模块处理的信息发送至监测软件平台。
进一步的，该装置还包括试验旁路，试验旁路包括试验电阻和试验开关按钮，试验电阻的一端与所述电源相连、另一端通过试验开关按钮与所述线圈驱动模块相连；用以检测所述开关联动件是否正常。
本发明还提供了一种SPD劣化智能监测保护方法，包括如下步骤：
S.1、采集电流；
S.2、将电流分类，根据不同电流类型选择不同电路；
S.2.1、如果为雷电流，则由旁路放电间隙导入SPD并对大地泄放；
S.2.2、如果为SPD劣化漏电流，则将SPD劣化漏电流分离成基波电流和谐波电流，并将谐波电流上传，通过谐波电流判断SPD劣化程度以及是否短路；
S.3、根据SPD劣化程度以及是否短路控制SPD脱离电网并发出开关断开信号；
所述S.2中对采集电流进行分类时， SPD劣化漏电流计算模块将100mA~150mA的电流作为开关动作阀值，且此电流维持时间为1~2s作为开关断开动作信号。
本发明在投入使用后当发生雷击时，旁路放电间隙被击穿，微电流采集电路短路，雷电流传递至SPD后接地，当漏电流被微电流采集电路采集后由SPD劣化漏电流计算模块标定并判断是否为SPD劣化漏电流，若为SPD劣化漏电流则分离成基波电流和谐波电流，上传谐波电流，通过谐波电流作为分析SPD的参数，控制开关联动件动作。能识别雷击电流和SPD劣化或短路电流，且只有在发现SPD短路或较大漏流时断开保护开关防止SPD因漏流引起的爆炸或自燃事故。一方面能够识别雷击电流和SPD劣化、短路电流，另一方面也仅采用谐波电流作为监测信号，仅仅与SPD本身的通流参数相关与主路的开关容量无关，降低了选型的难度。
附图说明
图1为本发明优选实施例一的示意图。
图2为本优选实施例中微电流采集电路的放大示意图。
具体实施方式
显然，下面所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。
关于SPD劣化漏电流监测，目前现有的防雷器监测保护开关装置主要采用全电流作为监测信号，在SPD没有发生深度老化和劣化短路情况下， SPD阻性电流公仅点全电流的0~5%，所以全电流对SPD劣化泄漏电流中的阻性成分的增加的灵敏度不高，很难由此判断SPD老化。另外，考虑到系统电压的正常变化，它也影响全电流的平均值和峰值，很明显，此种方法对于确定防雷器（SPD）的状况肯定是不确切的。本发明是根据“由于ZnO压敏电阻器的非线性电阻特性，当避雷器用正弦电压供电时，泄漏电流中会含有谐波，由于谐波电流的大小随阻性泄漏电流增加而增加”实践与理论，实现基波与谐波电流分类，利用谐波电流用作分析避雷器劣化状况的参数来表征的装置与方法。
因此，设计一种与供电系统中的开关容量无关，只与防雷器本身的通流参数有关，且能实时监测SPD劣化漏电流的保护开关装置尤为重要。
如图1所示，本实施例提供的这种SPD劣化智能监测保护装置，包括微电流采集电路1、旁路放电间隙2、SPD模块劣化漏电流计算模块3、电磁线圈驱动模块4、开关脱扣电磁线圈5、MCU处理模块6、通信模块7、试验按钮8、实验电阻9、电源10和开关联动件11。开关联动件的一端与火线相连，另一端与微电流采集电路相连，微电流采集电路的另一端与SPD相连，SPD接地。旁路放电间隙并联于微电流采集电路外。SPD模块劣化漏电流计算模块的一端与微电流采集电路相连，另一端与电源相连，电源的另一端与市电线相连。MCU处理模块与SPD模块劣化漏电流计算模块相连，并通过通信模块与外部的监测软件平台相连。电磁线圈驱动模块的输入端与MCU处理模块相连，输出端与电磁线圈相连，电磁线圈与开关联动件相连。
如图2所示，微电流采集1电路包括电感线圈a、分压电阻b、采样电阻c及电路防护器件d。电感线圈选用防高频浪涌电流或雷电流突变的电感线圈，分压电阻选用高功率大电阻。电感线圈一端与开关联动件相连、另一端与分压电阻相连，分压电阻的另一端与采样电阻相连，采样电阻的另一端与SPD相连，电路防护器件并联于采样电阻外，正常情况，SPD劣化漏电流从微电流采集电路通过；当浪涌或雷电流入侵时，电感线圈和分压电阻对突变电流起到阻隔作用，迫使浪涌或雷电流击穿放电间隙，从放电间隙过流，从而保护微电流采集电路。用来对SPD模块漏电流采集，将电流采集信号传送到SPD模块劣化漏电流计算模块，且它具有抵抗突变电流流入措施。
如图1所示，旁路放电间隙并联于微电流采集电路外，接入开关联动件与SPD之间，雷击时将微电流采集电路短路。旁路放电间隙接收电压高于放电间隙击穿电压时被击穿过流，与串联在后面的SPD形成对地通路。本实施例中将击穿条件设计为电压在1kv以上。旁路放电间隙在没有雷电高电位时，SPD模块漏电流从微电流采集电路流过，当有雷电流入侵时，微电流采集电路的防电流突变电流通过，雷击电流全部从间隙通过，从而保护微电流采集电路，同时不影响开关联动件及SPD的通流能力。
SPD模块劣化漏电流计算模块将微电流采集电路采集的全电流信号经MCU标定。SPD劣化漏电流计算模块将100mA~150mA的电流作为开关动作阀值，且此电流维持时间为1~2s作为开关断开动作信号。当电流小于开关动作阀值，时间小于时间阀值时认为雷击过电流，电磁线圈驱动模块不触发，当时间较长时（大于2秒）则认为SPD劣化漏流或短路，电磁线圈驱动模块进行触发，另外将采集的全电流信号进行分离，分离成基波电流和谐波电流，将谐波电流上传到MCU进行处理。
MCU处理模块，根据SPD劣化漏电流计算模块的谐波电流（阻性电流）即SPD老化漏电流进行实时传送到监控主机，将漏电流20μA作为SPD老化提醒、30μA 作为SPD老化警示、50μA作为SPD模块更换提醒、100mA~150mA作为开关断开动作信号 。
通信模块是将MCU处理信息发往监测软件平台。
试验按钮与试验电阻构成试验旁路，试验旁路包括试验电阻和试验开关按钮，试验电阻的一端与电源相连、另一端通过试验开关按钮与线圈驱动模块相连；用以检测所述开关联动件是否正常。
本实施例还提供了一种SPD劣化智能监测保护方法，包括如下步骤：
S.1、采集电流；
S.2、将电流分类，根据不同电流类型选择不同电路，对采集电流进行分类时，如果时间小于2秒则判断为雷电流，如果时间不小于2秒则判定为漏电流；
S.2.1、如果为雷电流，则由旁路放电间隙导入SPD并接地，
S.2.2、如果为漏电流，则将漏电流分离成基波电流和谐波电流，并将谐波电流上传，通过谐波电流判断SPD劣化程度以及是否短路；
S.3、根据SPD劣化程度以及是否短路控制SPD接入或断开。
本实施例在投入使用后当发生雷击时，旁路放电间隙被击穿，微电流采集电路短路，雷电流传递至SPD后接地，当漏电流被微电流采集电路采集后由SPD劣化漏电流计算模块标定并判断是否为SPD劣化漏电流，若为SPD劣化漏电流则分离成基波电流和谐波电流，上传谐波电流，通过谐波电流作为分析SPD的参数，控制开关联动件动作。能识别雷击电流和SPD劣化或短路，且只有在发现SPD短路或较大漏流时断开保护开关防止SPD因漏流引起的爆炸或自燃事故。一方面能够识别雷击漏电和SPD劣化、短路电流，另一方面采用谐波电流作为监测信号，仅仅与SPD本身的通流参数相关与主路的开关容量无关，降低了保护开关选型的难度。
由于SPD产生爆炸与自燃原因是SPD主要采用氧化锌压敏电阻（MOV）元件，压敏电阻出厂时都有一定的阻性漏电流，它与压敏电阻的寿命特性和安全性都有较为密切的关系。阻性电流可以反应SPD的质量好坏或运行劣化程度。防雷器SPD在接入运行过程中，阻性电流过大通常会造成压敏电阻发热，发热又会引起压敏电压的下降和阻性电流的进一步上升，如此循环往复，最终压敏电阻就会因温度过高而起火燃烧。由于氧化锌压敏电阻器的非线性电阻特性，当避雷器用正弦电压供电时，泄漏电流中会含有谐波，由于谐波电流的大小随阻性泄漏电流增加而增加，谐波电流与避雷器非线性电阻产生谐波电流典型值在同一个数量级上，因此谐波电流亦可用作分析避雷器状况的参数。本实施例仅采集谐波电流进行监测分析，能够更好的对SPD实际情况进行监测。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种SPD劣化智能监测保护装置，其特征在于：该装置包括
电源，用于向装置各模块供电；
开关联动件，用于控制SPD接入或断开；
微电流采集电路，用于对漏电流进行采集并上传；
旁路放电间隙并联于微电流采集电路外，接入开关联动件与SPD之间，雷击时将微电流采集电路短路；
SPD劣化漏电流计算模块，对SPD劣化漏电或短路电流标定识别，
若识别为SPD劣化漏电流，则将SPD劣化漏电流分离成基波电流和谐波电流，将谐波电流上传；
MCU处理模块用于对谐波电流进行处理和存储，并发送执行命令控制开关联动件动作。
2.如权利要求1所述的一种SPD劣化智能监测保护装置，其特征在于：所述微电流采集电路包括电感线圈、分压电阻、采样电阻及电路防护器件，电感线圈一端与开关联动件接入相线端相连、另一端与分压电阻相连，分压电阻的另一端与采样电阻相连，采样电阻的另一端与SPD相连，电路防护器件并联于采样电阻外，正常情况，SPD劣化漏电流从微电流采集电路通过；当浪涌或雷电流入侵时，电感线圈和分压电阻对突变电流起到阻隔作用，迫使浪涌或雷电流击穿放电间隙，从放电间隙过流，从而保护微电流采集电路。
3.如权利要求1所述的一种SPD劣化智能监测保护装置，其特征在于：所述旁路放电间隙接收电压高于放电间隙击穿电压时被击穿过流，与串联在后的SPD形成对地通路。
4.如权利要求1所述的一种SPD劣化智能监测保护装置，其特征在于：所述SPD劣化漏电流计算模块将100mA~150mA的电流作为开关动作阀值，且此电流维持时间为1~2s作为开关联动件断开动作信号。
5.如权利要求1所述的一种SPD劣化智能监测保护装置，其特征在于：所述MCU处理模块，根据SPD劣化漏电流计算模块的阻性电流即SPD老化漏电流进行实时传送到监控主机，将漏电流20μA作为SPD老化提醒、30μA 作为SPD老化警示、50μA作为SPD模块更换提醒、100mA~150mA作为开关断开动作信号 。
6.如权利要求1所述的一种SPD劣化智能监测保护装置，其特征在于：该装置还包括开关脱扣电磁线圈和电磁线圈驱动模块；开关脱扣电磁线圈用于给开关联动件提供推力，电磁线圈驱动模块用于向电磁线圈提供驱动电能。
7.如权利要求1所述的一种SPD劣化智能监测保护装置，其特征在于：该装置还包括通信模块，通信模块用于将MCU处理模块处理的信息发送至监测软件平台。
8.如权利要求6所述的一种SPD劣化智能监测保护装置，其特征在于：该装置还包括试验旁路，试验旁路包括试验电阻和试验开关按钮，试验电阻的一端与所述电源相连、另一端通过试验开关按钮与所述线圈驱动模块相连；用以检测所述开关联动件是否正常。
9.一种SPD劣化智能监测保护方法，其特征在于，包括如下步骤：
S.1、采集电流；
S.2、将电流分类，根据不同电流类型选择不同电路；
S.2.1、如果为雷电流，则由旁路放电间隙导入SPD并对大地泄放；
S.2.2、如果为SPD劣化漏电流，则将SPD劣化漏电流分离成基波电流和谐波电流，并将谐波电流上传，通过谐波电流判断SPD劣化程度以及是否短路；
S.3、根据SPD劣化程度以及是否短路控制SPD脱离电网并发出开关断开信号。
10.如权利要求9所述的一种SPD劣化智能监测保护方法，其特征在于：
所述S.2中对采集电流进行分类时， SPD劣化漏电流计算模块将100mA~150mA的电流作为开关动作阀值，且此电流维持时间为1~2s作为开关断开动作信号。
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