CN211912506U - 智能防火配电柜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为一种智能防火配电柜，来实现对配电柜内部起火的情况的预防、报警以及即时灭火。它包括单片机控制模块、温度传感器、烟雾传感器、明火感应器、输入电路模块、电源模块、输出电路模块和灭火模块，温度传感器用于采集并监测配电柜内的温度数据，烟雾传感器用于采集并监测配电柜内的烟雾浓度，明火感应器用于感应是否有明火，并分别将数据输入到输入电路模块，当单片机检测到起火时，立即通过输出电路模块控制灭火模块进行灭火，由此实现对配电柜起火的报警与灭火。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能防火的配电柜，属于电气领域。
背景技术
配电柜作为配电室的主要构成,直接影响了供配电系统及电力用户用电安全,对供配电系统中的供配电设备也起到监视、控制、测量及通断保护等作用。随着社会生产及人们生活用电需求的增加,人们对配电柜安全性的要求也日益增加。并且配电柜常常安装在在有导电性粉尘或产生易燃易爆气体的危险作业场所，一旦配电柜起火，将造成无法挽回的后果。
配电柜起火的原因一般有漏电起火：漏电发生时，漏泄的电流在流入大地途中，如遇电阻较大的部位时，会产生局部高温，致使附近的可燃物着火，从而引起火灾。此外，在漏电点产生的漏电火花，同样也会引起火灾；短路起火：短路时电阻突然减少，电流突然增大，其瞬间的发热量也很大，大大超过了线路正常工作时的发热量，并在短路点易产生强烈的火花和电弧，不仅能使绝缘层迅速燃烧，而且能使金属熔化，引起附近的易燃可燃物燃烧，造成火灾；过负荷起火：导线过负荷时，加快了导线绝缘层老化变质。当严重过负荷时，导线的温度会不断升高，甚至会引起导线的绝缘发生燃烧，并能引燃导线附近的可燃物，从而造成火灾；接触电阻过大起火：有较大电流通过的电气线路上，如果在某处出现接触电阻过大这种现象时，就会在接触电阻过大的局部范围内产生极大的热量，使金属变色甚至熔化，引起导线的绝缘层发生燃烧，并引燃烧附近的可燃物或导线上积落的粉尘、纤维等，从而造成火灾。
因此，配电柜会因为种种原因起火造成损失，需要一种智能防火配电柜，当配电柜内环境温度异常时可以即时报警，当已经发生火灾时可以自动灭火。
实用新型内容
本实用新型的目的是在配电柜内温度过高时报警，防止火灾的发生；在配电柜内已经发生火灾时自动灭火，防止火灾蔓延造成更大的损失。
本实用新型所述的智能防火配电柜包括单片机控制模块、温度传感器、烟雾传感器、明火感应器、输入电路模块、电源模块、输出电路模块以及灭火模块。
温度传感器用于采集并监测配电柜内的温度数据，并将温度数据通过输入电路模块实时传输给单片机控制模块，当单片机检测到温度高于正常值时，立即通过输出电路模块中的无线信息传输模块向上位机发出报警信号；
烟雾传感器用于采集并监测配电柜内的烟雾浓度，并将数据通过输入电路模块将数据传入单片机控制模块；
明火感应器用于感应是否有明火，并将数据输入到输入电路模块；
当单片机检测到起火时，立即通过输出电路模块控制灭火模块进行灭火；
电源模块为系统的各个模块供电。其中的蓄电池模块正常情况下为充电状态，在配电柜起火引起断电时，由蓄电池模块为系统供电。
进一步地，所述温度传感器和烟雾传感器，输出4-20mA电流，输出的电流通过输入电路模块转换成能被单片机控制模块读入的电压。
进一步地，所述明火感应器直接输出开关信号，此电流信号经过输入电路模块转换成高低电平的电压信号。
进一步地，所述输入电路模块包括电流转电压电路和放大电路，将输入的电流信号转换成单片机能读入的稳定的电压信号。
进一步地，所述输出电路模块包括继电器模块和无线信息传输模块，由单片机控制继电器模块，进而控制灭火模块的电磁阀，单片机可以通过无线信息传输模块向上位机发送报警信号。
进一步地，所述灭火模块其特点为包括电磁阀和灭火器，由继电器模块控制。
本实用新型的优点：本实用新型针对配电箱安全意义重大，又容易起火的问题，从火灾发生前即时发现温度异常，和火灾发生后自动灭火两方面出发，避免配电柜起火或者减小配电柜起火造成的损失。并且温度传感器和烟雾传感器会实时监测配电箱内的环境，并将采集的数据通过无线信息传输模块传输到上位机，可以及时发现电路绝缘层老化导致的绝缘层融化、温度升高，或者配电柜内粉尘、纤维积聚过多等情况，从源头处避免火灾的发生。除此之外本实用新型还包括蓄电池模块，以实现断电后对整个系统的供电。
附图说明
图1是本实用新型所述的智能防火配电柜结构框图；
图2是数据传输流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。
具体实施方式一：下面结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述智能防火配电柜，它包括单片机控制模块1、温度传感器2、烟雾传感器3、明火感应器4、输入电路模块5、电源模块6、输出电路模块7、灭火模块8；其结构框图如图1所示，温度传感器2、烟雾传感器3、明火感应器4输出的数据经过输入电路模块5的转换后，由单片机控制模块1读入，并将读入的数据通过GSM无线信息传输模块发送至上位机，单片机通过读入的数据来决定是否进行报警或灭火。灭火模块8由导轨和滑块固定在配电柜内部，各种传感器固定在配电柜内合适位置，系统的其他模块放置在配电柜外部。在配电柜壁上开一个小孔，传感器输出线路通过小孔与配电柜外部的系统其它模块连接，防止起火时系统受到影响。
当温度过高时，电线的绝缘层会融化，有可能导致电路短路引发起火。不同的电线绝缘层熔化温度不同，比如PVC绝缘层耐温70℃，交联聚乙烯绝缘层耐温90℃，硅橡胶绝缘层耐温180℃，聚四氟乙烯绝缘层耐温260℃；因此需要选择一种最大温度感为260℃左右的温度传感器2；可以选择的型号为pt100温度传感器2，这种传感器输出4-20mA电流，温度感知范围是0-300℃，并且体积小，安装方便；其输出的4-20mA电流经输入电路转换后可以输出0-3.3V电压，以便被单片机读入。
烟雾传感器3可以感知配电柜内粉尘或二氧化碳的浓度。当配电柜内有烟尘产生但没有起明火时，烟雾传感器3输出的信号发生变化，同时单片机读入信号，控制灭火模块8进行灭火；若配电箱内存在大量灰尘或纤维，也会引发配电柜起火；因此当灰尘浓度过高导致烟雾传感器3的输出大于一定阈值时，单片机会通过GSM无线信息传输模块向上位机发出警告信息，让工作人员及时清理配电箱，防止由于灰尘过多引发配电柜起火；烟雾传感器3可选的型号有MQ-2烟雾传感器3，这种传感器可以输出4-20mA电流信号，并且具有体积小、响应时间短、价格便宜的优点。
明火感应器4通过感知火焰产生的紫外线来感知明火；可以选择CF6002型明火感应器4；这种探测器内置单片机，采用智能算法，既可以实现快速报警，又可以降低误报率，探测器采用继电器型输出方式（常开，常闭可选），可直接控制其它设备，传感器选用高性能进口紫外光敏管，具有灵敏度高，性能可靠，抗粉尘污染、抗潮湿及抗腐蚀能力强等优点；这种明火感应器静态电流小于100uA，报警时电流为30mA左右；明火感应器的电流输出经过输入电路模块5转换后可以作为数字信号的高低电平输入到单片机，当单片机检测到高电平时，即控制灭火模块8进行灭火。
输入电路模块5包括电流电压转换电路和电压放大电路，为由运算放大器和电阻、电容、二极管组成的电压电流转换电路，选择合适的电阻，即可将输入的电流转化成电压，再经过放大电路，可将电压转化成0-3.3V以便单片机读入；放大电路也可以保证输入电路具有较强的负载能力。
采用STM32作为单片机控制模块1的主控芯片。STM32具有高性能、低成本、低功耗的优点；其GPIO引脚可以作为输入引脚来读取前级电路传来的数据；当温度传感器2或烟雾传感器3传入的信号数值大于一定阈值时，STM32通过GSM无线信息传输模块向上位机发送报警信号；当烟雾传感器3检测到配电柜内二氧化碳浓度和烟尘浓度过高时，或者明火感应器4检测到有明火发生时，STM32会通过输出电路控制灭火模块8进行灭火；同时，STM32会将读到的数据通过GSM无线信息传输模块实时传入到上位机，以实现对配电柜内环境的实时监测。
输出电路模块7包括由单片机控制的继电器模块和GSM无线信息传输模块；当需要灭火时，继电器输出高电平，然后灭火模块8的电磁阀打开，干粉灭火器开始灭火。
灭火模块8由电磁阀和干粉灭火器构成。由于配电柜起火是电起火，需要用干粉灭火器灭火；在配电柜柜体上装有导轨，在导轨的合适位置设置有滑块，滑块上设置有消防喷头；消防喷头由电磁阀控制。
下面是数据传输的流程：
如图2所示，若温度传感器2、烟雾传感器3的输出小于阈值，则传感器输出的数据通过单片机，用GSM无线信息传输模块发送给上位机；若温度传感器2的输出数据大于阈值，则单片机向上位机发送报警信号；若烟雾传感器3的数据大于阈值但温度传感器2的数据小于阈值，则发出报警信号，提醒工作人员清理配电柜；若温度传感器2、烟雾传感器3的输出均大于阈值，或者明火感应器4感应到有明火产生，则立即通过灭火模块8对配电柜进行灭火，并向上位机发送发生火灾的信号。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本实用新型整体构思下的不同实现方式，而且本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种智能防火配电柜，它包括单片机控制模块（1）、温度传感器（2）、烟雾传感器（3）、明火感应器（4）、输入电路模块（5）、电源模块（6）、输出电路模块（7）和灭火模块（8），
温度传感器（2）用于采集并监测配电柜内的温度数据，并将温度数据通过输入电路模块（5）实时传输给单片机控制模块（1）；
烟雾传感器（3）用于采集并监测配电柜内的烟雾浓度，并将数据通过输入电路模块（5）将数据传入单片机控制模块（1）；
明火感应器（4）用于感应是否有明火，并将数据通过输入电路模块（5）输入到单片机控制模块（1）；
单片机控制模块（1）通过输出电路模块（7）控制灭火模块（8）；
电源模块（6）为系统的各个模块供电。
2.根据权利要求1所述的智能防火配电柜，其特征在于，所述温度传感器（2）和烟雾传感器（3），输出4-20mA电流，输出的电流通过输入电路模块（5）转换成能被单片机控制模块（1）读入的电压。
3.根据权利要求1所述的智能防火配电柜，其特征在于，所述明火感应器（4）直接输出开关信号，此电流信号经过输入电路模块（5）转换成高低电平的电压信号。
4.根据权利要求2或3所述的智能防火配电柜，其特征在于，所述输入电路模块（5）包括电流转电压电路和放大电路，将输入的电流信号转换成单片机能读入的稳定的电压信号。
5.根据权利要求1所述的智能防火配电柜，其特征在于，所述输出电路模块（7）包括继电器模块和无线信息传输模块，由单片机控制继电器模块，进而控制灭火模块（8）的电磁阀，单片机可以通过无线信息传输模块向上位机发送报警信号。
6.根据权利要求5所述的智能防火配电柜，其特征在于，所述灭火模块（8）其特点为包括电磁阀和灭火器，由继电器模块控制。
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2019
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