一种电气火灾监测的物联网总线系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电气火灾监测的物联网总线系统及控制方法，该系统包括：断路器、电流传感器、温度传感器、MCU模块、继电器回路、电力载波模块、环境温度传感器；该控制方法包括：温度监测电气火灾和电流监测电气火灾。本发明专利技术充分结合导线电流图谱特征、电流过负荷、接头监测区域温度图谱特征等信息，既可以可靠监测过负荷等常规电气火灾引发隐患，又能监测漏电、接触不良等引发的电气火花等具有紊乱电流特征的电气火灾引发隐患，以及不具有紊乱电流特征的绝缘持续破坏等电气火灾隐患，同时历史图谱的记忆可以减少一些特异性设备的电流特性导致的误动作，可以成为智能插座、开关的主要物联网模块，具有广泛的市场价值。具有广泛的市场价值。具有广泛的市场价值。

【技术实现步骤摘要】
一种电气火灾监测的物联网总线系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及电气火灾监测
，尤其涉及一种电气火灾监测的物联网 总线系统及控制方法。

技术介绍

[0002]电气火灾引发的因素有很多，其中主要是由于电气线路及其相关设备土壤 释放大量热量而产生的，当线路的表面具备了燃烧条件，电气线路和周围的易 燃性物体就有可能被引燃，从而造成严重的火灾现象。电气火灾除了雷电和强 静电等自然现象之外，主要还有线路短路、接触电阻过大、超载、漏电等现象 引起的。目前针对电气火灾防范还是以绝缘监测等预防措施为主，在线监测电 气火灾的成熟产品相对较少。线路的短路、漏电当超过一定的限值时，断路器 过流保护或漏电保护都可以良好动作，但造成电气火灾的多数在动作限值以内， 而较小的限值会导致线路的负载能力较弱，较大的限值又难以准确地隔离线路 短路、接触电阻过大、超载、漏电等局部事故。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种电气火灾 监测的物联网总线系统及控制方法。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005]本专利技术提供一种电气火灾监测的物联网总线系统，该系统包括：断路器、 电流传感器、温度传感器、MCU模块、继电器、电力载波模块、环境温度传 感器；其中：
[0006]MCU模块为中心控制器，配置了4个具有0～5V电压采集通道，4个TTL 接口和8个5V开关量输出接口；电流传感器、温度传感器为0～5V电压输出， 电力载波模块为TTL输出；环境温度传感器、电流传感器、温度传感器分别 与MCU模块的0～5V电压采集通道相连，用于采集环境温度、导线电流和导 线温度；继电器与MCU模块的5V开关量输出相连；断路器由继电器的常开 节点接入220V交流电源，用于控制通断，电力载波模块和MCU模块通过TTL 端口相连；MCU模块根据采集到的数据进行火灾判断，判断方法包括温度监 测电气火灾和电流监测电气火灾。
[0007]本专利技术提供一种电气火灾监测的物联网总线系统的控制方法，该方法包括 温度监测电气火灾和电流监测电气火灾，其中：
[0008]温度监测电气火灾包括以下步骤：
[0009]步骤A1、导线表面温度采集：将温度传感器固定在所需监测的导线表面， 设置一定的采样频率，实时采集温度传感器所监测的导线表面温度，形成温度 采集时间序列，并计算温度的每秒实时有效值；
[0010]步骤A2、导线表面温度分析与存储：按温度采集时间序列和每秒实时有 效值，形成导线表面温度图谱，按时间序列形成导线表面温度温升序列；
[0011]步骤A3、动作判据生成：根据导线表面温度图谱和导线表面温度温升序 列，计算
导线表面温度温升判据和导线表面温度超温判据，并采集环境温度测 量值，若导线表面温度温升判据和导线表面温度超温判据均大于一定阈值，或 环境温度测量值大于一定阈值，则判定疑似电气火灾；
[0012]步骤A4、若不满足温度监测电气火灾判定条件，则进一步判定是否满足 电流监测电气火灾；
[0013]电流监测电气火灾包括以下步骤：
[0014]步骤B1、导线电流采集：将电流传感器固定在所需监测的导线中，设置 一定的采样频率，实时采集监测导线的瞬态电流，形成电流采集时间序列，并 计算电流的每周波实时有效值；
[0015]步骤B2、导线电流分析与存储：按电流采集时间序列，形成导线电流图 谱，按电流的每周波实时有效值形成导线电流变化序列；
[0016]步骤B3、挂载负载判断：进行挂载负荷判断与负荷曲线记忆；
[0017]步骤B4、紊乱曲线判断：读取电流图谱历史数据，通过相似度计算Sim 判断该电流紊乱是否存在误动作紊乱曲线或者动作紊乱曲线；
[0018]步骤B5、负荷三角波的判别：当出现绝缘破坏，未发生显著的放电现象， 从绝缘破坏到接触急剧升温起火之间有段绝缘持续恶化的现象，此时曲线呈现 出三角波特征，表明该现象非设备启动运行引起；
[0019]步骤B6、传统的过流与过负荷判断：通过对过流趋势设定一定阈值，判 断为短路引起还是负荷过流。
[0020]进一步地，本专利技术的所述步骤A1包括：
[0021]采样频率为50HZ，实时采集温度传感器所监测的导线表面温度为Td，形 成温度采集时间序列为Td(1),...,Td(n)；温度的每秒实时有效值为T
do
(n)的计算 为：
[0022][0023]其中，k、n表示自然数。
[0024]进一步地，本专利技术的所述步骤A2包括：
[0025]图谱每秒存储成1个长字符串，每1小时形成一个图谱，按以下格式方式 保存：
[0026]TStr(n)＝TStr(n
‑
1)+','+String(T
d0
(n))
[0027]导线表面温度温升序列为：
[0028]T
ro
(n)＝T
do
(n)
‑
T
do
(n
‑
1)。
[0029]进一步地，本专利技术的所述步骤A3包括：
[0030]动作判据的生成：
[0031][0032][0033]其中，Ξ(n)为导线表面温度温升判据，Λ(n)为导线表面温度超温判据；其 中Ξ(n)判据用于判断短路或者电气火灾，Λ(n)用于判断过载或者绝缘下降等特 征；T
e
(n)为环境温度测量值，由环境温度传感器采集；
[0034]如果Ξ(n)>0.5且Λ(n)>0.2，或者T
e
(n)>60，则判定疑似电气火灾。
[0035]进一步地，本专利技术的所述步骤B1包括：
[0036]采样频率为4000HZ，实时采集所监测的导线瞬态电流为Id，形成电流采 集时间序列Id(1),...,Id(n)；电流的每周波实时有效值I
do
(n)的计算为：
[0037][0038]其中，k、n表示自然数。
[0039]进一步地，本专利技术的所述步骤B2包括：
[0040]图谱每秒存储成1个长字符串，每1小时形成一个图谱，按以下格式方式 保存：
[0041]IStr(n)＝Istr(n
‑
1)+
′
,
′
+String(I
d0
(n))
[0042]其中，String表示将数字字符串化。
[0043]导线电流变化序列为：
[0044]I
ro
(n)＝I
do
(n)
‑
I
do
(n
‑
1)。
[0045]进一步地，本专利技术的所述步骤B3包括：
[0046]挂载负荷判断，取每1S的I
ro
(n)、I
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电气火灾监测的物联网总线系统，其特征在于，该系统包括：断路器、电流传感器、温度传感器、MCU模块、继电器、电力载波模块、环境温度传感器；其中：MCU模块为中心控制器，配置了4个具有0～5V电压采集通道，4个TTL接口和8个5V开关量输出接口；电流传感器、温度传感器为0～5V电压输出，电力载波模块为TTL输出；环境温度传感器、电流传感器、温度传感器分别与MCU模块的0～5V电压采集通道相连，用于采集环境温度、导线电流和导线温度；继电器与MCU模块的5V开关量输出相连；断路器由继电器的常开节点接入220V交流电源，用于控制通断，电力载波模块和MCU模块通过TTL端口相连；MCU模块根据采集到的数据进行火灾判断，判断方法包括温度监测电气火灾和电流监测电气火灾。2.一种电气火灾监测的物联网总线系统的控制方法，其特征在于，该方法包括温度监测电气火灾和电流监测电气火灾，其中：温度监测电气火灾包括以下步骤：步骤A1、导线表面温度采集：将温度传感器固定在所需监测的导线表面，设置一定的采样频率，实时采集温度传感器所监测的导线表面温度，形成温度采集时间序列，并计算温度的每秒实时有效值；步骤A2、导线表面温度分析与存储：按温度采集时间序列和每秒实时有效值，形成导线表面温度图谱，按时间序列形成导线表面温度温升序列；步骤A3、动作判据生成：根据导线表面温度图谱和导线表面温度温升序列，计算导线表面温度温升判据和导线表面温度超温判据，并采集环境温度测量值，若导线表面温度温升判据和导线表面温度超温判据均大于一定阈值，或环境温度测量值大于一定阈值，则判定疑似电气火灾；步骤A4、若不满足温度监测电气火灾判定条件，则进一步判定是否满足电流监测电气火灾；电流监测电气火灾包括以下步骤：步骤B1、导线电流采集：将电流传感器固定在所需监测的导线中，设置一定的采样频率，实时采集监测导线的瞬态电流，形成电流采集时间序列，并计算电流的每周波实时有效值；步骤B2、导线电流分析与存储：按电流采集时间序列，形成导线电流图谱，按电流的每周波实时有效值形成导线电流变化序列；步骤B3、挂载负载判断：进行挂载负荷判断与负荷曲线记忆；步骤B4、紊乱曲线判断：读取电流图谱历史数据，通过相似度计算Sim判断该电流紊乱是否存在误动作紊乱曲线或者动作紊乱曲线；步骤B5、负荷三角波特征的判别：当出现绝缘破坏，未发生显著的放电现象，从绝缘破坏到接触急剧升温起火之间有段绝缘持续恶化的现象，此时曲线呈现出三角波特征，表明该现象非设备启动运行引起；步骤B6、传统的过流与过负荷判断：通过对过流趋势设定一定阈值，判断为短路引起还是负荷过流。3.根据权利要求2所述的电气火灾监测的物联网总线系统的控制方法，其特征在于，所述步骤A1包括：
采样频率为50HZ，实时采集温度传感器所监测的导线表面温度为Td，形成温度采集时间序列为Td(1),...,Td(n)；温度的每秒实时有效值为T
do
(n)的计算为：其中，k、n表示自然数。4.根据权利要求3所述的电气火灾监测的物联网总线系统的控制方法，其特征在于，所述步骤A2包括：图谱每秒存储成1个长字符串，每1小时形成一个图谱，按以下格式方式保存：TStr(n)＝TStr(n
‑
1)+','+String(T
d0
(n))导线表面温度温升序列为：T
ro
(n)＝T
do
(n)
‑
T
do
(n
‑
1)。5.根据权利要求4所述的电气火灾监测的物联网总线系统的控制方法，其特征在于，所述步骤A3包括：动作判据的生成：动作判据的生成：其中，Ξ(n)为导线表面温度温升判据，Λ(n)为导线表面温度超温判据；其中Ξ(n)判据用于判断短路或者电气火灾，Λ(n)用于判断过载或者绝缘下降等特征；T
e
(n)为环境温度测量值，由环境温度传感器采集；如果Ξ(n)>0.5且Λ(n)>0.2，或者T
e
(n)>60，则判定疑似电气火灾。6.根据权利要求2所述的电气火灾监测的物联网总线系统的控制方法，其特征在于，所述步骤B1包括：采样频率为4000HZ，实时采集所监测的导线瞬态电流为Id，形成电流采集时间序列Id(1),...,Id(n)；电流的每周波实时有效值I
do
(n)的计算为：其中，k、n表示自然数。7.根据权利要求6所述的电气火灾监测的物联网总线系统的控制方法，其特征在于，所述步骤B2包括：图谱每秒存储成1个长字符串，每1小时形成一个图谱，按以下格式方式保存：IStr(n)＝Istr(n
‑
1)+
′
,
′
+String(...

【专利技术属性】
技术研发人员：严方，潘汪杰，刘斌，文群英，冯祥，
申请(专利权)人：武汉电力职业技术学院，
类型：发明
国别省市：