一種過載保護方法和裝置的製作方法

2023-05-18 23:44:46 1

專利名稱：一種過載保護方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電氣安全領域，特別是關於一種過載保護方法和裝置。
背景技術：
電氣線路中允許連續通過而不至於使電線過熱的電流量，稱為安全載流量或安全 電流。如導線流過的電流超過了安全載流量，就叫導線過載。一股導線最高允許工作溫度 為65°C，過載時，溫度超過該溫度，會使絕緣迅速老化甚至於線路燃燒。造成過載的原因有 很多，例如導線截面選擇不當，實際負載已超過了導線的安全電流；再例如在線路中接入了 過多的大功率設備，超過了配電線路的負載能力。在重要的物資倉庫、居住場所和公共建築 物中的照明線路，有可能引起導線或電纜長時間過載的動力線路，以及採用有延燒性護套 的絕緣導線敷設在可燃或難燒建築構件上時，都應採取過載保護線路。現有過載保護的技術的核心是通過保護裝置自身的發熱來達到檢測和限制過載。 其基本原理是當電流流過導體時，因導體存在一定的電阻，所以導體將會發熱。且發熱量 遵循如下公式Q = O. 24I2RT其中Q是發熱量，0. 24是一個常數，I是流過導體的電流，R是導體的電阻，T是電 流流過導體的時間。目前採用上述原理的過載保護裝置有一次性保險絲、多次使用保險絲或者彈簧 /脫扣/滑塊/拉杆分離式保護裝置。上述過載保護裝置基本上都是利用電流很大時造成保險絲的溫度升高，當熔斷時 實現斷路從而達到防止線路溫度繼續升高的目的。而對於不同的線路來說，需要針對特定的使用而專門定製，其一次性的使用特性 也會給實際應用帶來不便，並且基於發熱產生熔斷/變形來過載保護的裝置中，熱熔斷/變 形部件為熱敏部件，一些外界環境的溫度因素也往往會對金屬絲熔斷或金屬片變形的閾值 門限產生較大影響。

發明內容
本發明實施例提供一種過載保護方法和裝置，用於解決現有技術中過載保護只是 利用溫度器件，過載保護動作滯後，並且判斷不夠準確的問題。本發明實施例為了解決現有技術中的問題，提供了一種過載保護方法，包括，獲取供電迴路中實時的電流、電壓數據；將所述電流、電壓數據轉換為離散數值；根據所述電流、電壓的離散數值計算出供電迴路輸出的瞬時功率和平均功率；如果所述瞬時功率超過預先設定的瞬時峰值功率門限或者平均功率在一段時間 內連續超過預先設定的平均功率門限則切斷供電迴路。根據本發明實施例所述方法的一個進一步的方面，所述瞬時功率是指將所述電流的離散數值和電壓的離散數值相乘，在第一預定時間內累積運算(例如20mS)，以所述瞬時 功率；所述平均功率是指將所述電流的離散數值和電壓的離散數值相乘，在第二預定時間 內累積運算(例如10S)，以獲得平均功率。根據本發明實施例所述方法的再一個進一步的方面，在所述如果所述瞬時功率超 過預先設定的瞬時峰值功率門限或者平均功率超過預先設定的平均功率門限則切斷供電 迴路中還包括，如果所述瞬時功率超過預先設定的瞬時峰值功率報警門限或者平均功率超 過預先設定的平均功率報警門限則輸出用戶提示信息。根據本發明實施例所述方法的另一個進一步的方面，在所述如果所述瞬時功率超 過預先設定的瞬時峰值功率門限或者平均功率超過預先設定的平均功率門限則切斷供電 迴路中還包括，當所述瞬時功率超過所述平均功率門限且小於所述瞬時功率門限時，則輸 出用戶提示信息。根據本發明實施例所述方法的另一個進一步的方面，在所述如果所述瞬時功率超 過預先設定的瞬時峰值功率門限或者平均功率超過預先設定的平均功率門限則切斷供電 迴路中還包括，統計所述瞬時功率或平均功率的近門限時間，如果所述瞬時功率或平均功 率近門限時間超過時間門限，則輸出用戶提示信息。根據本發明實施例所述方法的另一個進一步的方面，在所述如果所述瞬時功率超 過預先設定的瞬時峰值功率門限或者平均功率超過預先設定的平均功率門限則切斷供電 迴路中還包括，當所述瞬時功率在第一預定範圍內超過瞬時峰值功率門限，或者平均功率 在第二預定範圍內超過平均功率門限時，延遲一預定時間輸出用戶提示信息。根據本發明實施例所述方法的另一個進一步的方面，還包括接收遠程設備的配置 參數和控制信息，並將所述獲得的電流數據、電壓數據、瞬時功率、平均功率中的至少一種 傳送給所述遠程設備。本發明實施例為了解決現有技術中的問題，還提供了一種過載保護裝置，包括採集單元，用於獲取供電迴路中實時的電流、電壓數據；轉換單元，用於將所述電流、電壓數據轉換為離散數值；計算單元，用於根據所述電流、電壓的離散數值計算出供電迴路輸出的瞬時功率 和平均功率；判決單元，用於判斷如果所述瞬時功率超過預先設定的瞬時峰值功率門限或者平 均功率在一段時間內連續超過預先設定的平均功率門限則發出斷路控制信號；執行單元，用於根據所述斷路控制信號切斷供電迴路。根據本發明實施例所述裝置的一個進一步的方面，所述判斷單元還用於判斷如果 所述瞬時功率超過預先設定的瞬時峰值功率報警門限或者平均功率超過預先設定的平均 功率報警門限則輸出用戶提示信息；或者，所述判斷單元還用於判斷當所述瞬時功率超過所述平均功率門限且小於所 述瞬時功率門限時，則輸出用戶提示信息；或者，所述判斷單元還用於統計所述瞬時功率或平均功率的近門限時間，如果所 述瞬時功率或平均功率近門限時間超過時間門限，則輸出用戶提示信息；或者，所述判斷單元還用於當所述瞬時功率在第一預定範圍內超過瞬時峰值功率 門限，或者平均功率在第二預定範圍內超過平均功率門限時，延遲一預定時間輸出用戶提
5/J^fn 息。根據本發明實施例所述裝置的再一個進一步的方面，還包括提示報警結構，用於 根據所述判斷單元輸出的用戶提示信息產生音頻或者視頻的報警信號，以提示用戶。根據本發明實施例所述裝置的另一個進一步的方面，還包括通信單元，用於接收 並解調遠程設備發送的配置參數或其它控制命令，向所述遠程設備調製並發送該過載保護 裝置的數據。通過本發明實施例，通過對瞬時功率和平均功率能夠更加準確的控制供電迴路的 斷路，保護迴路用電設備和電力線纜的安全。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1所示為本發明實施例一種過載保護方法的流程圖；圖2所示為本發明實施例一種過載保護裝置的結構示意圖；圖3所示為本發明過載保護裝置的具體實施例結構圖；圖4所示為本發明過載保護裝置另一實施例結構示意圖；圖5所示為本發明過載保護裝置的網絡結構示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬於本發明保護的範圍。如圖1所示為本發明實施例一種過載保護方法的流程圖。步驟101，獲取供電迴路中實時的電流、電壓數據。步驟102，將所述電流、電壓數據轉換為離散數值。步驟103，根據所述電流、電壓的離散數值計算出供電迴路輸出的瞬時功率和平均功率。步驟104，如果所述瞬時功率超過預先設定的瞬時峰值功率門限或者平均功率在 一段時間內(例如3秒)連續超過預先設定的平均功率門限則切斷供電迴路。在所述步驟103中計算瞬時功率時，將所述電流的離散數值和電壓的離散數值相 乘，在第一預定時間內累積運算獲得瞬時功率，例如在20mS內累加20次乘積的結果，其中每 ImS獲取一次離散數值的電流和電壓；計算平均功率時，將所述電流的離散數值和電壓的離 散數值，在第二預定時間內累積運算，獲得平均功率，例如在IOS內累加10000次乘積的結果。在步驟104中，如果所述瞬時功率超過預先設定的瞬時峰值功率報警門限或者平 均功率超過預先設定的平均功率報警門限則輸出用戶提示信息。在所述步驟104中，當所述瞬時功率超過所述平均功率門限且小於所述瞬時功率門限時，則輸出用戶提示信息。在所述步驟104中還包括，統計所述瞬時功率或平均功率的近門限時間，如果所 述瞬時功率或平均功率近門限時間超過時間門限，則輸出用戶提示信息。其中，所述近門限 時間是指所述瞬時功率在一預定的範圍內小於瞬時峰值功率門限，上述狀態的統計時間， 例如小於瞬時峰值功率門限5%以內的統計時間達到整個統計時間的90%，則近門限時間 超過所述時間門限；或者所述近門限時間是指所述平均功率在一預定的範圍內小於平均功 率門限，上述狀態的統計時間，例如小於平均功率門限5%以內的統計時間達到整個統計時 間的90 %，則近門限時間超過所述時間門限。在所述步驟104中還包括，當所述瞬時功率在第一預定範圍內超過瞬時峰值功率 門限，或者平均功率在第二預定範圍內超過平均功率門限時，可以延遲一預定時間輸出用 戶提示信息，所述第一預定範圍可以大於瞬時峰值功率門限5%以內，或者所述第二預定範 圍可以大於平均功率門限5%以內，這樣可以保證供電迴路不會在出現可容忍範圍內過載 現象時就進行斷電保護，保證了供電迴路的穩定性和可靠性。通過預先設置的多個報警門限可以更加精確的報告當前用電迴路的狀況，可以使 得供電迴路更加安全。作為優選的實施例，所述提示信息包括聲音報警，或者燈光報警，或者通過顯示屏 顯示文字的報警信息。本發明實施例的方法還包括，接收遠端設備的配置參數和控制信息，以設置所述 瞬時峰值功率門限、平均功率門限、瞬時峰值功率報警門限、平均功率報警門限和/或時間 門限等參數。還包括將所述實時電流數據、電壓數據、瞬時功率、平均功率和/或所述近門限時 間傳送給遠端控制設備。本發明實施例區分開了瞬時功率和平均功率可以分辨供電迴路中大功率用電設 備啟動造成的瞬時功率增大(短時間超過瞬時峰值功率門限)，此時根據對平均功率的分 析(平均功率小於平均功率門限)可以保證用電迴路不會被切斷，如果出現短路造成的瞬 時功率急劇增大，同時伴隨迴路輸出電壓的大幅度跌落，可以在很短的時間內(例如20mS 內)迅速識別出短路故障，快速切斷供電迴路。如圖2所示為本發明實施例一種過載保護裝置的結構示意圖。包括，採集單元201，用於獲取供電迴路中實時的電流、電壓數據。轉換單元202，用於將所述電流、電壓數據轉換為離散數值。計算單元203，用於根據所述電流、電壓的離散數值計算出供電迴路輸出的瞬時功 率和平均功率。判決單元204，用於判斷如果所述瞬時功率超過預先設定的瞬時峰值功率門限或 者平均功率超過預先設定的平均功率門限則發出斷路控制信號。執行單元205，用於根據所述斷路控制信號切斷供電迴路。其中所述計算單元203計算瞬時功率時，將所述電流的離散數值和電壓的離散數 值相乘，在第一預定時間內累積運算，以瞬時功率；計算平均功率時，將所述電流的離散數 值和電壓的離散數值相乘，在第二預定時間內累積運算，以獲得平均功率。所述判斷單元204還用於判斷如果所述瞬時功率超過預先設定的瞬時峰值功率
7報警門限或者平均功率超過預先設定的平均功率報警門限則輸出用戶提示信息。所述判斷單元204還用於判斷當所述瞬時功率超過所述平均功率門限且小於所 述瞬時功率門限時，則輸出用戶提示信息。所述判斷單元204還用於統計所述瞬時功率或平均功率的近門限時間，如果所述 瞬時功率或平均功率近門限時間超過時間門限，則輸出用戶提示信息。所述判斷單元204還用於當所述瞬時功率在第一預定範圍內超過瞬時峰值功率 門限，或者平均功率在第二預定範圍內超過平均功率門限時，可以延遲一預定時間輸出用 戶提示信息。還包括提示報警結構206，用於根據所述判斷單元輸出的用戶提示信息產生音頻 或者視頻的報警信號，以提示用戶。其中該提示報警機構206可以包括例如為，音頻報警單 元，用於根據所述判斷單元204輸出的用戶提示信息產生音頻報警信號，以提示用戶。還可 以包括視頻報警單元，用於根據所述判斷單元204輸出的用戶提示信息產生燈光報警信號 或者將所述用戶提示信息進行顯示，以提示用戶。通過上述實施例，可以通過瞬時功率和平均功率對供電迴路進行更加準確的斷電 控制，不會產生由於大功率用電設備啟動造成斷路保護的誤操作，避免了傳統以溫度控制 供電迴路的延遲現象，並且避免了傳統保險絲安裝、匹配的複雜性。如圖3所示為本發明過載保護裝置的具體實施例結構圖。包括傳感器301，用於採集供電迴路中的電流和電壓數據。模擬/數字(AD)轉換器302，用於將濾波後的電流和電壓數據的模擬信號轉換為 數字的離散數值。低通濾波器303，用於將所述經過轉換的數位訊號進行濾波，以消除幹擾信號，例 如用於消除高於50Hz/60Hz的高頻諧波幹擾信號。積分器304，用於根據所述電流和電壓的離散數值計算出瞬時功率和平均功率。判決電路305，用於判斷如果所述瞬時功率超過預先設定的瞬時峰值功率門限或 者平均功率超過預先設定的平均功率門限則發出斷路控制信號。該判決電路305還可以根 據預先設定的動作時間向斷路執行機構發出斷路控制信號，例如當所述瞬時功率超過預先 設定的瞬時峰值功率門限或者平均功率超過預先設定的平均功率門限後延遲0.5秒向斷 路執行機構發出斷路控制信號，在這種情況中可以對過載保護進行延遲，以達到控制斷路 靈敏度，提高供電迴路的可靠性。並且，該判決電路305還對瞬時功率或平均功率是否超過各自的報警門限進行判 斷，如果超出了各自的報警門限則輸出提示信息到提示報警機構306向用戶進行提示，還 可以判斷瞬時功率或平均功率是否在某個採樣時間段內(即時間門限)接近瞬時峰值功率 門限或者平均功率門限，例如瞬時功率小於瞬時峰值功率門限5%以內的時間佔整個採樣 時間段時間的90%，則判決電路305輸出用戶提示信息，以提醒用戶注意當前供電迴路可 能出現問題。提示報警機構306，用於根據判決電路305輸出的用戶提示信息告知用戶。其中， 提示報警機構306可以由發聲裝置、光閃爍裝置、即時通信裝置等組成，可使用單一或(和) 組合構成，根據用戶提示信息發出告警。並且，還可以根據需要，添加IXD顯示單元，即時顯 示瞬時功率與平均功率。
斷路執行機構307串接在供電迴路上，受判決電路305的輸出控制，負責開啟/斷 開供電迴路。瞬時峰值功率門限是指供電迴路所能提供或負載所需的最大峰值功率；平均功率 門限是指略大於正常工作狀態下用電設備的功率門限，預設的平均功率門限可參考用電設 備的額定功率或供電迴路帶載能力，以略大於所述用電設備的平均功率或供電迴路帶載能 力為宜，並可以同時預設保護動作的延遲時間門限。對於單相(或單路)供電迴路傳感器301由一個電流互感器和一個電壓互感器組 成；對於三相供電迴路，需要三個電流互感器和三個電壓互感器(三相四線)或兩個電壓互 感器(三相三線)；對於多路獨立供電迴路，傳感器301由一個電壓互感器和多路電流互感 器組成。如圖4所示為本發明過載保護裝置另一實施例結構示意圖。包括傳感器401，低通濾波器402，AD轉換器403，微處理器404，提示報警機構 405，斷路執行機構406。在本實施例中將圖3實施例中的積分器和判決電路使用微處理器404實現其功 能，在本實施例中還包括通信單元407，用於接收並解調遠程設備發送的配置參數(包括各 種門限值的設定等)或其它控制命令(例如讀取內部數據的命令)，向所述遠程設備調製並 發送該過載保護裝置的數據，例如檢測的電流、電壓數據、瞬時功率和平均功率，近門限時 間等。所述微處理器404還可以根據所述通信單元407接收到的控制命令進行相關動作。如圖5所示為本發明過載保護裝置的網絡結構示意圖。圖5中每個節點501都是一個本發明圖4中所述的過載保護裝置，在本實施例中 每個節點都具有通信功能，可以通過無線方式或者電力載波方式與遠程設備通信，該遠程 設備可以是負責管理某個區域過載保護裝置的計算機，也可以是作為中繼節點的過載保護 裝置，在本例中遠程設備為計算機502。所述節點501還具有中繼功能，可以作為下級節點和遠程設備之間的中繼節點， 用於傳送下級節點與遠程設備之間的數據。通過本發明實施例可以實現對任意區域內的過載保護裝置進行遠程控制，完成區 域智能配電線路的過載監控。本發明實施例只需採用相同的標準模塊(如單相、三相)獲得電流和電壓數據，靈 活組合，自由設置保護門限和動作時間，即可完成各種要求的負載保護任務，且使用全數字 化方式，動態適應範圍廣、精確度高、動作響應速度快。因為能夠分別計算瞬時功率與平均 功率，有助於合理地設置超載保護門限，能夠更有效保護供電迴路和用電設備，科學地消除 電氣火災隱患。由於可以設置多組門限閾值和動作時間，有助於建立多級別的智能過載控 制和監測預警系統。相對於保護裝置發熱原理，還可以在保證安全的前提下，科學、適度地 選擇不同應用情況下(如工業、民用)供電迴路及用電設備所需的耐熱材料和線纜內芯，且 無需使用發熱斷通零件，對節約資源、保護環境具有實際的意義。以上所述的具體實施方式
，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步 詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式
而已，並不用於限定本發明 的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含 在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種過載保護方法，其特徵在於包括，獲取供電迴路中實時的電流、電壓數據；將所述電流、電壓數據轉換為離散數值；根據所述電流、電壓的離散數值計算出供電迴路輸出的瞬時功率和平均功率；如果所述瞬時功率超過預先設定的瞬時峰值功率門限或者平均功率在一段時間內連續超過預先設定的平均功率門限則切斷供電迴路。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述瞬時功率是指將所述電流的離散數 值和電壓的離散數值相乘，在第一預定時間內累積運算以獲得所述瞬時功率；所述平均功 率是指將所述電流的離散數值和電壓的離散數值相乘，在第二預定時間內累積運算，以獲 得平均功率。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述如果所述瞬時功率超過預先設定 的瞬時峰值功率門限或者平均功率在一段時間內連續超過預先設定的平均功率門限則切 斷供電迴路中還包括，如果所述瞬時功率超過預先設定的瞬時峰值功率報警門限或者平均 功率超過預先設定的平均功率報警門限則輸出用戶提示信息。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述如果所述瞬時功率超過預先設定 的瞬時峰值功率門限或者平均功率在一段時間內連續超過預先設定的平均功率門限則切 斷供電迴路中還包括，當所述瞬時功率超過所述平均功率門限且小於所述瞬時功率門限 時，則輸出用戶提示信息。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述如果所述瞬時功率超過預先設定 的瞬時峰值功率門限或者平均功率在一段時間內連續超過預先設定的平均功率門限則切 斷供電迴路中還包括，統計所述瞬時功率或平均功率的近門限時間，如果所述瞬時功率或 平均功率近門限時間超過時間門限，則輸出用戶提示信息。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述如果所述瞬時功率超過預先設定 的瞬時峰值功率門限或者平均功率在一段時間內連續超過預先設定的平均功率門限則切 斷供電迴路中還包括，當所述瞬時功率在第一預定範圍內超過瞬時峰值功率門限，或者平 均功率在第二預定範圍內超過平均功率門限時，延遲一預定時間輸出用戶提示信息。
7.根據權利要求1至5任意一項所述的方法，其特徵在於，還包括接收遠程設備的配置 參數和控制信息，並將所述獲得的電流數據、電壓數據、瞬時功率、平均功率中的至少一種 傳送給所述遠程設備。
8.—種過載保護裝置，其特徵在於包括採集單元，用於獲取供電迴路中實時的電流、電壓數據；轉換單元，用於將所述電流、電壓數據轉換為離散數值；計算單元，用於根據所述電流、電壓的離散數值計算出供電迴路輸出的瞬時功率和平 均功率；判決單元，用於判斷如果所述瞬時功率超過預先設定的瞬時峰值功率門限或者平均功 率在一段時間內連續超過預先設定的平均功率門限則發出斷路控制信號；執行單元，用於根據所述斷路控制信號切斷供電迴路。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述判斷單元還用於判斷如果所述瞬時 功率超過預先設定的瞬時峰值功率報警門限或者平均功率在一段時間內連續超過預先設定的平均功率報警門限則輸出用戶提示信息；或者，所述判斷單元還用於判斷當所述瞬時功率超過所述平均功率門限且小於所述瞬 時功率門限時，則輸出用戶提示信息；或者，所述判斷單元還用於統計所述瞬時功率或平均功率的近門限時間，如果所述瞬 時功率或平均功率近門限時間超過時間門限，則輸出用戶提示信息；或者，所述判斷單元還用於當所述瞬時功率在第一預定範圍內超過瞬時峰值功率門 限，或者平均功率在第二預定範圍內超過平均功率門限時，延遲一預定時間輸出用戶提示 fn息ο
10.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，還包括提示報警機構，用於根據所述判 斷單元輸出的用戶提示信息產生音頻或者視頻的報警信號，以提示用戶。
全文摘要
本發明涉及電氣安全領域，用於解決現有技術中過載保護不準確，保護動作滯後的問題，提供了一種過載保護方法和裝置，其中方法包括獲取供電迴路中實時的電流、電壓數據；將所述電流、電壓數據轉換為離散數值；根據所述電流、電壓的離散數值計算出供電迴路輸出的瞬時功率和平均功率；如果所述瞬時功率超過預先設定的瞬時峰值功率門限或者平均功率超過預先設定的平均功率門限則切斷供電迴路。本發明實施例的有益效果在於，通過對瞬時功率和平均功率過載的區別對待，以及設備大電流啟動和線路短路特徵的準確識別，能夠實現對供電迴路更加精準的保護控制，在保障迴路用電設備和電力線纜安全的前提下有效降低保護裝置誤動作的概率。
文檔編號H02H3/42GK101976816SQ20101051031
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月18日 優先權日2010年10月18日
發明者呂紀文 申請人:呂紀文