CN117269619A - 基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测装置及方法，其装置包括：接地测试线，连接至电气设备接地铜排；阻容充放电模块，固定安装在电气设备的二次舱室；主控模块，安装在对应间隔的二次舱，由电气设备供电回路供电，用于控制阻容充放电模块充放电，实时测量阻容电压并判断接地电阻是否异常；所述接地测试线和阻容充放电模块均与主控模块连接；通讯模块，与主控模块相接，用于将正常数据或异常数据上送给监控平台。本发明能够实现定时监测电气设备本体接地电阻大小及接地电阻发展趋势，解决人工定期巡检难点，同时可根据实际情况计划性解决接地问题，避免其失效后发生设备、人身伤害。
Description
技术领域
本发明属于电气设备接地监测技术领域，具体涉及一种基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测装置及方法。
背景技术
电气设备的接地是保证电气设备安全运行必不可少的一环。为了防止因其他原因导致的故障而对设备和工作人员造成伤害，需要对其进行可靠的接地。因此电气设备在安装时在其基础底座设计有一圈接地扁铁，电气设备外壳通过接地扁铁接地。
投运后，最初安装时接地电阻值较低，随着时间的流逝，长时间高水分含量，高盐含量和高温的腐蚀性土壤使得接地扁铁连接退化，使得接地电阻会有上升趋势，虽然这是个长时间的过程，但是为了保证其可靠接地，目前检测手段主要依附于人工定期巡检，至少每年检查所有接地和接地连接。在这些计划的检查期间，有可能遭受腐蚀的接地扁铁断裂造成接地电阻上升，使得电气设备在接地失效的情况下变为带电体，对设备对人生都有伤害，因此，在实时监测电气设备本体接地电阻，可及时发现接地电阻发展趋势，计划性解决接地问题，避免其失效后发生人身伤害，具有十分重要的意义。
目前，一些电气安装施工人员在安装电气设备时，往往不注意安装质量，在应该采用接地扁铁固定式接地时，往往因为接地扁铁不好弯曲而直接点焊接地；这种点焊的会有虚焊、脱焊风险（接地不彻底同样会增加设备内部电压差，引发设备故障），当长时间投运后部分脱焊后使得接接地电阻升高，甚至地线路损坏会导致接地电阻变大，导致接地失效；电气设备接地电阻过大时，会增加电气设备内部与外部的电压差，进而引发电流泄漏和设备故障，造成难以估量的损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测装置，其设计合理，监测实时性好，能够降低对维护人员数量和质量方面的要求，避免不必要的人员定期检测电气设备的接地电阻情况，防患于未然。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测装置，包括：
接地测试线，连接至电气设备接地铜排；
阻容充放电模块，固定安装在电气设备的二次舱室；
主控模块，安装在对应间隔的二次舱，由电气设备供电回路供电，用于控制阻容充放电模块充放电，实时测量阻容电压并判断接地电阻是否异常；所述接地测试线和阻容充放电模块均与主控模块连接；
通讯模块，与主控模块相接，用于将正常数据或异常数据上送给监控平台。
上述的基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测装置，所述主控模块包括微控制器模块，所述微控制器模块的输入端接有实时测量阻容电压的电压检测电路模块，所述微控制器模块的输出端接有用于控制阻容充放电模块充电的充电开关电路模块，用于控制阻容充放电模块与接地测试线和电气设备本体接地形成放电回路的放电回路开关电路模块，以及用于异常告警的异常告警电路模块。
上述的基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测装置，所述异常告警电路模块为指示灯电路模块。
上述的基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测装置，所述通讯模块包括RS485通讯电路模块和5G通讯模块。
本发明还公开了一种基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测方法，其通过对接地体与大地某一范围之内产生的电压、时间计算出电气设备实时的接地电阻分析，捕捉电气设备运行中的异常，可以定时监测电气设备接地电阻大小及发展趋势，获得的早期异常征兆，提醒运维管理人员采取有效措施处理接地不良或接地电阻升高的情况发生，预防设备、人身伤害，该方法包括以下步骤：
步骤一、由电气设备供电回路给主控模块供电，主控模块启动运行，开始监测阻容充放电模块电量情况，当电量不足时，控制阻容充放电模块充电充电，当电量充足时截止；当阻容充放电模块无法充电或损坏时，上传异常告警信号；
步骤二、当达到预设定的时间时，主控模块断开阻容充放电模块与接地测试线和电气设备本体接地形成放电回路进行放电；
步骤三、阻容充放电模块放电时，主控模块实时测量阻容电压并存储；
步骤四、主控模块根据实时测量的阻容电压逻辑上判定当前接地电阻是否异常，异常时发出告警信号；
步骤五、主控模块通过通讯模块将正常数据或异常数据上送给监控平台。
上述的基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测方法，所述主控模块包括微控制器模块，所述微控制器模块的输入端接有实时测量阻容电压的电压检测电路模块，所述微控制器模块的输出端接有用于控制阻容充放电模块充电的充电开关电路模块，用于控制阻容充放电模块与接地测试线和电气设备本体接地形成放电回路的放电回路开关电路模块，以及用于异常告警的异常告警电路模块；
步骤一中所述控制阻容充放电模块充电，当电量充足时截止，是微控制器模块通过充电开关电路模块控制阻容充放电模块充电，当电量充足时，通过充电开关电路模块控制阻容充放电模块停止充电；
步骤二中所述主控模块控制阻容充放电模块与接地测试线和电气设备本体接地形成放电回路进行放电，是微控制器模块通过放电回路开关电路模块控制阻容充放电模块与接地测试线和电气设备本体接地形成放电回路进行放电。
上述的基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测方法，步骤四中所述主控模块根据实时测量的阻容电压逻辑上判定当前接地电阻是否异常时，是先根据实时测量的阻容电压计算出电气设备实时的接地电阻值，再判断接地电阻值是否异常来进行的；根据实时测量的阻容电压计算出电气设备实时的接地电阻值时，采用放电回路的阻容电压变化规律公式Uc=U0·exp（-t/RC）计算接地电阻R，其中，Uc为阻容的实时电压，U0为阻容的初始电压，t为放电时间，C为阻容充放电模块的阻容量。
上述的基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测方法，步骤四中所述主控模块根据实时测量的阻容电压逻辑上判定当前接地电阻是否异常时，是直接根据实时测量的阻容电压是否超过预先自主学习获得的阻容电压范围来判定当前接地电阻是否异常的；预先自主学习获得阻容电压范围时，采用的阻容电压变化规律公式为Uc=U0·exp（-t/RC），其中，Uc为阻容的实时电压，U0为阻容的初始电压，t为放电时间，C为阻容充放电模块的阻容量。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明利用阻容放电原理在线监测技术，通过对接地体与大地某一范围之内产生的电压、时间计算出电气设备实时的接地电阻分析，捕捉电气设备运行中的异常，可以定时监测电气设备接地电阻大小及发展趋势，获得的早期异常征兆，提醒运维管理人员采取有效措施处理接地不良或接地电阻升高的情况发生，预防设备、人身伤害。
2、本发明安装快捷方便，采用阻容放电的接地电阻测量在线监测装置，可以降低对维护人员数量和质量方面的要求，避免不必要的人员定期检测电气设备的接地电阻情况，防患于未然。
3、本发明根据定时监测的电气设备接地电阻大小及接地电阻发展趋势发生时间，合理安排接点电阻监测及电气设备扁铁接地情况探测周期，对提高电气设备的设备使用效率，降低对电气设备接点电阻周期性监测的不必要费用的支出，可以产生安全及经济上的效益。
4、本发明通过电气设备状态监测，随时了解、掌握电气设备的接地电阻状态，还可以促进维修方式的改变,使维修方式从传统的“事故维修”和“定期维修”向“预测维修”转变。
5、本发明具有方案设计合理、监测实时性好、实现费用少等优点。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测装置的工作原理图；
图2为本发明主控模块的电路原理框图；
图3为本发明基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测方法的电压变化曲线图。
附图标记说明
1、接地测试线；2、阻容充放电模块；3、主控模块；3-1、微控制器模块；3-2、电压检测电路模块；3-3、开关电路模块；3-4、异常告警电路模块；3-5、放电回路开关电路模块；4、通讯模块。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例的基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测装置，包括：
接地测试线1，连接至电气设备接地铜排；
阻容充放电模块2，固定安装在电气设备的二次舱室；
主控模块3，安装在对应间隔的二次舱，由电气设备供电回路供电，用于控制阻容充放电模块2充放电，实时测量阻容电压并判断接地电阻是否异常；所述接地测试线1和阻容充放电模块2均与主控模块3连接；
通讯模块4，与主控模块3相接，用于将正常数据或异常数据上送给监控平台。
本实施例中，如图2所示，所述主控模块3包括微控制器模块3-1，所述微控制器模块3-1的输入端接有实时测量阻容电压的电压检测电路模块3-2，所述微控制器模块3-1的输出端接有用于控制阻容充放电模块2充电的充电开关电路模块3-3，用于控制阻容充放电模块2与接地测试线1和电气设备本体接地形成放电回路的放电回路开关电路模块3-5，以及用于异常告警的异常告警电路模块3-4。
本实施例中，所述异常告警电路模块3-4为指示灯电路模块。
本实施例中，所述通讯模块4包括RS485通讯电路模块和5G通讯模块。
具体实施时，根据实际情况采用不同的通讯模块4来满足现场需求，在不需要自主上报的时候可通过RS485有线将数据传送给配网自动化的电气设备，由其进行远传，在需要自主上报时可通过5G进行远传，不同的通讯方式适配不同的模块满足现场实际安装需求。同时，一个工厂、一条线路、一个园区可根据需求配置数据汇聚接点，将所有电气设备的接地电阻进行汇总，汇总后再通过5G通讯模块进行远传。
实施例2
本实施例的基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测方法，包括以下步骤：
步骤一、由电气设备供电回路给主控模块3供电，主控模块3启动运行，开始监测阻容充放电模块2电量情况，当电量不足时，控制阻容充放电模块2充电充电，当电量充足时截止；当阻容充放电模块2无法充电或损坏时，上传异常告警信号；
步骤二、当达到预设定的时间时，主控模块3断开阻容充放电模块2与接地测试线1和电气设备本体接地形成放电回路进行放电；
步骤三、阻容充放电模块2放电时，主控模块3实时测量阻容电压并存储；
步骤四、主控模块3根据实时测量的阻容电压逻辑上判定当前接地电阻是否异常，异常时发出告警信号；
步骤五、主控模块3通过通讯模块4将正常数据或异常数据上送给监控平台，实现了对电气设备本体接地电阻的在线监测。
具体实施时，监控平台通过对接地电阻在线监测装置上送的信息进行汇总处理，可调出整个接地电阻的发展趋势，及时排查安全隐患，可根据监测系统的反馈信息安排巡查计划，节省巡查的人力物力支出。
本实施例中，所述主控模块3包括微控制器模块3-1，所述微控制器模块3-1的输入端接有实时测量阻容电压的电压检测电路模块3-2，所述微控制器模块3-1的输出端接有用于控制阻容充放电模块2充电的充电开关电路模块3-3，用于控制阻容充放电模块2与接地测试线1和电气设备本体接地形成放电回路的放电回路开关电路模块3-5，以及用于异常告警的异常告警电路模块3-4；
步骤一中所述控制阻容充放电模块2充电，当电量充足时截止，是微控制器模块3-1通过充电开关电路模块3-3控制阻容充放电模块2充电，当电量充足时，通过充电开关电路模块3-3控制阻容充放电模块2停止充电；
示意在图1中，就是微控制器模块3-1通过接通开关S1和开关S2，控制阻容充放电模块2充电，微控制器模块3-1通过断开开关S1和开关S2，控制阻容充放电模块2停止充电；
步骤二中所述主控模块3控制阻容充放电模块2与接地测试线1和电气设备本体接地形成放电回路进行放电，是微控制器模块3-1通过放电回路开关电路模块3-5控制阻容充放电模块2与接地测试线1和电气设备本体接地形成放电回路进行放电。
示意在图1中，就是微控制器模块3-1通过接通开关S3和开关S4，控制阻容充放电模块2与接地测试线1和电气设备本体接地形成放电回路进行放电；
本实施例中，步骤四中所述主控模块3根据实时测量的阻容电压逻辑上判定当前接地电阻是否异常时，是先根据实时测量的阻容电压计算出电气设备实时的接地电阻值，再判断接地电阻值是否异常来进行的；根据实时测量的阻容电压计算出电气设备实时的接地电阻值时，采用放电回路的阻容电压变化规律公式Uc=U0·exp（-t/RC）计算接地电阻R，其中，Uc为阻容的实时电压，U0为阻容的初始电压，t为放电时间，C为阻容充放电模块2的阻容量。
实施例3
本实施例的基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测方法，与实施例2不同的是，步骤四中所述主控模块3根据实时测量的阻容电压逻辑上判定当前接地电阻是否异常时，是直接根据实时测量的阻容电压是否超过预先自主学习获得的阻容电压范围来判定当前接地电阻是否异常的；预先自主学习获得阻容电压范围时，采用的阻容电压变化规律公式为Uc=U0·exp（-t/RC），其中，Uc为阻容的实时电压，U0为阻容的初始电压，t为放电时间，C为阻容充放电模块2的阻容量。其余方法均与实施例2相同。
例如，接地电阻为4欧姆，回路串接的保护电阻为1欧姆，总的电阻为5欧姆，阻容量为1000uf，初始电压为10V，电压变化曲线如图3所示，当实时测量的阻容电压未超过阻容电压曲线中对应时间点的电压值（即在图示曲线下方）时，接地电阻合格；当实时测量的阻容电压超过阻容电压曲线中对应时间点的电压值（即在图示曲线上方）时，接地电阻不合格。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测装置，其特征在于，包括：
接地测试线（1），连接至电气设备接地铜排；
阻容充放电模块（2），固定安装在电气设备的二次舱室；
主控模块（3），安装在对应间隔的二次舱，由电气设备供电回路供电，用于控制阻容充放电模块（2）充放电，实时测量阻容电压并判断接地电阻是否异常；所述接地测试线（1）和阻容充放电模块（2）均与主控模块（3）连接；
通讯模块（4），与主控模块（3）相接，用于将正常数据或异常数据上送给监控平台。
2.按照权利要求1所述的基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测装置，其特征在于：所述主控模块（3）包括微控制器模块（3-1），所述微控制器模块（3-1）的输入端接有实时测量阻容电压的电压检测电路模块（3-2），所述微控制器模块（3-1）的输出端接有用于控制阻容充放电模块（2）充电的充电开关电路模块（3-3），用于控制阻容充放电模块（2）与接地测试线（1）和电气设备本体接地形成放电回路的放电回路开关电路模块（3-5），以及用于异常告警的异常告警电路模块（3-4）。
3.按照权利要求2所述的基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测装置，其特征在于：所述异常告警电路模块（3-4）为指示灯电路模块。
4.按照权利要求1、2或3所述的基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测装置，其特征在于：所述通讯模块（4）包括RS485通讯电路模块和5G通讯模块。
5.一种采用如权利要求1所述接地电阻在线监测装置的基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、由电气设备供电回路给主控模块（3）供电，主控模块（3）启动运行，开始监测阻容充放电模块（2）电量情况，当电量不足时，控制阻容充放电模块（2）充电，当电量充足时截止；当阻容充放电模块（2）无法充电或损坏时，上传异常告警信号；
步骤二、当达到预设定的时间时，主控模块（3）控制阻容充放电模块（2）与接地测试线（1）和电气设备本体接地形成放电回路进行放电；
步骤三、阻容充放电模块（2）放电时，主控模块（3）实时测量阻容电压并存储；
步骤四、主控模块（3）根据实时测量的阻容电压逻辑上判定当前接地电阻是否异常，异常时发出告警信号；
步骤五、主控模块（3）通过通讯模块（4）将正常数据或异常数据上送给监控平台。
6.按照权利要求5所述的基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测方法，其特征在于：所述主控模块（3）包括微控制器模块（3-1），所述微控制器模块（3-1）的输入端接有实时测量阻容电压的电压检测电路模块（3-2），所述微控制器模块（3-1）的输出端接有用于控制阻容充放电模块（2）充电的充电开关电路模块（3-3），用于控制阻容充放电模块（2）与接地测试线（1）和电气设备本体接地形成放电回路的放电回路开关电路模块（3-5），以及用于异常告警的异常告警电路模块（3-4）；
步骤一中所述控制阻容充放电模块（2）充电，当电量充足时截止，是微控制器模块（3-1）通过充电开关电路模块（3-3）控制阻容充放电模块（2）充电，当电量充足时，通过充电开关电路模块（3-3）控制阻容充放电模块（2）停止充电；
步骤二中所述主控模块（3）控制阻容充放电模块（2）与接地测试线（1）和电气设备本体接地形成放电回路进行放电，是微控制器模块（3-1）通过放电回路开关电路模块（3-5）控制阻容充放电模块（2）与接地测试线（1）和电气设备本体接地形成放电回路进行放电。
7.按照权利要求5所述的基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测方法，其特征在于：步骤四中所述主控模块（3）根据实时测量的阻容电压逻辑上判定当前接地电阻是否异常时，是先根据实时测量的阻容电压计算出电气设备实时的接地电阻值，再判断接地电阻值是否异常来进行的；根据实时测量的阻容电压计算出电气设备实时的接地电阻值时，采用放电回路的阻容电压变化规律公式Uc=U0·exp（-t/RC）计算接地电阻R，其中，Uc为阻容的实时电压，U0为阻容的初始电压，t为放电时间，C为阻容充放电模块（2）的阻容量。
8.按照权利要求5所述的基于阻容回路充放电特性的接地电阻在线监测方法，其特征在于：步骤四中所述主控模块（3）根据实时测量的阻容电压逻辑上判定当前接地电阻是否异常时，是直接根据实时测量的阻容电压是否超过预先自主学习获得的阻容电压范围来判定当前接地电阻是否异常的；预先自主学习获得阻容电压范围时，采用的阻容电压变化规律公式为Uc=U0·exp（-t/RC），其中，Uc为阻容的实时电压，U0为阻容的初始电压，t为放电时间，C为阻容充放电模块（2）的阻容量。
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- 2023-09-29 CN CN202311276050.8A patent/CN117269619A/zh active Pending
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