CN1157926A - 一种检测消防设备中不间断电源故障的方法 - Google Patents

一种检测消防设备中不间断电源故障的方法 Download PDF

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本发明公开了一种利用电池的电容特性，检测用于消防报警控制设备中不间断电源的主电源与电池间连接导线是否发生断路及短路故障的方法，在主电源与电池间采用限压限流脉动充电，充电脉动电压的波形下跳沿电位U′A在接入电池前小于电压比较器N5的阈值电位UB，在接入电池充电开始后，由于电池的容性滤波特性，使脉动电压U″A大于UB，一旦ab段线路发生短路、断路故障，电池电容滤波作用消失，脉动充电电压恢复原状态，下跳沿电位UA小于UB，发出故障信号。

Description

一种检测消防设备中不间断电源故障的方法
本发明涉及一种检测用于消防报警控制设备中的不间断电源，其主电源充电器与电池间连接导线发生短路、断路故障的方法。
在消防报警控制设备所适用的国标《GB4717-93》中，要求检测主电源(含充电器)与备用电源(电池)间连接导线的断路及短路故障，并报警以提示工作人员及时接好备用电源。根据上述要求，在检测主电与备电间连线是否接好的方法中可用于判断的常规信号仅有二种；即电压信号和电流信号。
1.检测电流信号：
目前，消防报警控制设备中大部分设备采用检测电流信号的方式完成此项检测功能。当主电工作时，一方面向负载供电；另一方面对其备电充电(见图1)。随着备电中储存能量的增加，充电电流逐渐减小(适用于恒压充电法)，最终达到一个最小维持电流(实测到最小电流为1.2mA)。然而，当备电放电时，最大放电电流又可达到十几个安培，检测变化范围如此之大的电流值是很困难的，出现判断错误也就在所难免。
2.检测电压信号
备电与主电(含充电通道)的连接方式有两种，一种是在线式并联接法(见图1)，其间没有任何隔离器件。另一种是主电与充电器分离，或主电道与充电道分离，主电道与充电道电压不同充电道直接与电池连接，而电池放电道不能与主供回路直接相连，其间需求隔离器件分离两种电压，必要时才接入主供回路(见图2)。无论哪种连接方式，都需检测到电池端电压是否存在，才能判断其电池的有无，并进一步判断“断、短”故障的有无。而由于充电器(道)与电池直接相连，检测器件是无法选择出充电电压和电池自身故有电压的，也不可能只为检测到电池故有电压而不停的断开充电器(道)。所以检测电压信号实现起来也很困难。
本发明的目的是提供一种利用电池的电容特性，变直流恒压充电为限压(相对恒压)限流脉动充电，并使输入电池的脉动电压有效值及脉动幅值在接入电池前后发生特征性变化来判断电池与充电器(道)间导线是否发生“断、短”路故障。
为实现上述发明目的，本发明采取的方法如下：
1.检测概要
(1)第一步实现对电池接入充电道(器)的检测，由于电池自身具有电压V，当电池正确接入主电充电端口时，可由主电检测电路判断出V在存在。并加以导通锁定，同时接通充电道对其充电。
(2)充电方式选择为相对恒定，具有脉动波形的电压对电池充电，其目的在于利用电池接入前后充电脉动波形电压幅值T变化进行“断、短”路功能的检测，即主电充电道要产生一个脉动波形对电池进行充电，在这里波动很小的直流电是无法使用的。
(3)利用电池具有容性负载特性，对其输入的脉动波形具有滤波效应，使其波形振幅大幅度衰减，导至充电脉动电压在输入电池前后，波形发生特征性变化(见图3)。注：充电道未接电池时的波形下跳沿电位U＜UB，充电道已接电池时的波形下跳沿电位U＞UB，UB为比较器阈值电位，U、U为波形下跳沿电位。
(4)电池的容性负载特性与电池储能多少是有一定关系的，但电池的盈亏对其脉动充电波形振幅的衰减的大小影响不大，不会导至检测结果的错误。
2.核心电路的工作原理(见图4)
电阻R36与R37是脉动充电电压的分压电阻，为电压比较器N5提供一个适合的比较电位，R38与R39是用于设定N5阈值电位的分压电阻，电容C15是偶合电容器，N6-7为一非门。脉动充电电压经C15联接于N5的A点，DC经R38与R39的分压，联结于N5的B点，N5的C点电位经N6-7控制J2的动作。ab段线路正常时，N5的B点电位UB设定为小于UA，此时C点电位UC为高电位，经非门N6-7，UD为低电位，保证J2可靠吸合。ab段发生短路、断路故障时，UB大于UA，UC由高电位降为低电位，发出故障信号。
在C点接有对N5输出信号进行滤波的电容C17和支持N5工作的上拉电阻R40。在A点接有保护N5的稳压管VW18。
上述方法中所产生的用于报警的电信号，由于它只与电池的容性特性有关，与电池储能多少无关，所以这就使本方法具有很高的可靠性，另外实现本方法的电路也非常简单、可靠，制造成本合理。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步阐述。
图1：不间断电源在线式并联接法。
图2：不间断电源非在线式联接方法。
图3：脉动充电电压接入电池前后的波形变化。
图4：实现本发明的电路图。
图5：本发明实施例
     N5：LM393电压比较器。
     R38、R39：设定阈值电位的分压电阻。
     R40：支持N5工作的上拉电阻。
     R36、R37：脉动充电电压的分压电阻。
     C17：对N5的输出信号滤波。
     C15：偶合电容器。
     J1、J2：控制用继电器。
     N6…7：非门，协助J2动作。
     VW18：18V稳压管，用于保护N5。
     DC24V端为直流稳压输出端，为外设提供供电。
     BATTERY端为电池(备电)正极接入端。
      28V端为充电道(28V脉动)。
参见实施例(图5)，该电路中核心元件是N5，一支LM393电压比较器。用于比较脉动充电电压下跳沿在充电道接入电池前后与阈值电位UB的大小，从而给出状态信号。其中电阻R38与R39是用于设定阈值电位的分压电阻。R40是支持N5工作的上拉电阻。DC24V为N5提供电能。电容C17的作用是对N5输出状态信号进行滤波，电阻R36和R37是脉动充电电压的分压电阻，作用是为N5提供一个适合的比较电位。电容C15是偶合电容器。J1、J2分别为控制用继电器，作用分别是J1用于主备电切换，J2用于判断充放电道故障。N6-7为一非门，作用是协助J2动作。VW18是一支18V稳压管，用于保护电压比较器N5。
该电路开始工作后，首先要判断电池是否接入充(放)电电路。在电池没接入前，此时J1、J2均处于开路状态，故UA＜UB(UA＝0)，N5输出电压UC为低电位则UD为高电位，故J2不吸合，导至备电不能接入，脉动充电电压也不对外充电道输出。
当接入备电后，UA＞UB。比较器输出电位信号为高，即UC为高电位则UD为低电位。继电器J2吸合，脉动充电电压28V经J2施加于电池两端，向电池充电。
充电开始后，由于电池的容性滤波特性，使脉动充电波形发生了变化，波形幅值减小，波形的低电位U＞UB(见图3)经非门N6-7作用使J2继续可靠吸合。
一旦充(放)电线路故障(即ab段发生断路或电池正、负端短路)电池的电容滤波作用消失，脉动充电电压的幅值恢复到原状态，其下跳沿UA＜UB(见图3)。并经闭合的J2继电器触点和偶合电容C15直接输入N5，使得N5输出的电压UC变化，由高电位降为低电位。至此完成了电池是否接入充(放)电通道和充电通道故障所导致的判断信号的输出不同。有了这个电信号就可以用于声光报警。

Claims (6)

1.本发明公开了一种利用电池的电容特性，检测用于消防报警控制设备中不间断电源的主电源与电池间连接导线是否发生断路及短路故障的方法，其特征在于：主电源与电池间，采用限压限流脉动充电，充电脉动电压的波形下跳沿电位U在接入电池前小于电压比较器N5的阈值电位UB，在接入电池充电开始后，由于电池的容性滤波特性，使脉动电压U大于UB，一旦ab段线路发生短路、断路故障，电池电容滤波作用消失，脉动充电电压恢复原状态，下跳沿电位UA小于UB，发出故障信号。
2.一种实现权利要求1所述方法的电路，电阻R36与R37是脉动充电电压的分压电阻，为电压比较器N5提供一个适合的比较电位，R38与R39是用于设定N5阈值电位的分压电阻，电容C15是偶合电容器，N6-7为一非门，其特征在于：脉动充电电压经C15联接于N5的A点，DC经R38与R39的分压，联结于N5的B点，N5的C点电位经N6-7控制J2的动作。
3.根据权利要求2所述，其特征在于：ab段线路正常时，N5的B点电位UB设定为小于UA，此时C点电位UC为高电位，经非门N6-7，UD为低电位，保证J2可靠吸合。
4.根据权利要求2所述，其特征在于：ab段发生短路、断路故障时，UB大于UA，UC由高电位降为低电位，发出故障信号。
5.根据权利要求2所述，其特征在于：在C点接有对N5输出信号进行滤波的电容C17和支持N5工作的上拉电阻R40。
6.根据权利要求2所述，其特征在于：在A点接有保护N5的稳压管VW18。
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