抑制谐波式电气火灾监控装置论文和设计-王雷

全文摘要

本实用新型公开了一种抑制谐波式电气火灾监控装置，包括系统电源接口、电气谐波抑制模块、控制系统；系统电压互感器采集系统电压信号送给控制系统的系统电压采样端口；驱动电路连接在电气谐波抑制模块与控制系统的PWM输出端口之间；输出电流互感器采集电气谐波抑制模块的输出电流信号送给控制系统的输出电流采样端口；直流电压互感器采集电气谐波抑制模块的直流电压信号送给控制系统的直流电压采样端口；负载电流互感器采集用电负荷的电流信号送给控制系统的负载电流采样端口。本实用新型利用现代电力电子技术，通过对负载电流和系统电压的数据分析，分离出引起电气火灾的电气谐波因素并抑制，有效的防范了因谐波电流引起的电气火灾。

主设计要求

1.一种抑制谐波式电气火灾监控装置，包括含有A、B、C、N的系统电源接口(10)、电气谐波抑制模块(2)、控制系统(1)、声光报警(8)、通讯端口(9)；其特征在于：电气谐波抑制模块(2)与系统电源接口(10)之间连有系统电压互感器(3)，系统电压互感器(3)的输出端连接到控制系统(1)的系统电压采样端口；电气谐波抑制模块(2)与控制系统(1)之间连有驱动电路(4)，驱动电路(4)的输入端连接到控制系统(1)的PWM输出端口；用电负荷的电流通过负载电流互感器(7)监测，负载电流互感器(7)的输出端连到控制系统(1)的负载电流采样端口。

设计方案

2.根据权利要求1所述的抑制谐波式电气火灾监控装置，其特征在于：所述的电气谐波抑制模块(2)是由含有La、Lb、Lc、Ln的输出电抗器(11)、由绝缘栅双极型晶体管IGBT构成的三相全桥逆变单元(12)、由C1、C2组成的直流电容组(13)组成；在La、Lb、Lc输出电抗器和三相全桥逆变单元(12)之间穿接有含有CTA、CTB、CTC的输出电流互感器(5)，输出电流互感器(5)的输出端连接到控制系统(1)的输出电流采样端口；三相全桥逆变单元(12)的直流侧连接直流电容组(13)，直流电容组的中点通过电抗器Ln与零线N相连，直流电容组(13)的正负两端连接到直流电压互感器(6)，直流电压互感器(6)的输出端连接到控制系统(1)的直流电压采样端口。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种抑制谐波式电气火灾监控装置，尤其涉及一种基于有源逆变的抑制谐波式电气火灾监控装置。

背景技术

随着社会经济的飞速发展，各种电气设备广泛应用于民用和工业建筑，并随着社会电气化程度不断提高，电气火灾发生越来越频繁。综合数据统计显示电气火灾在火灾整体数量里占到30％以上，在特重大火灾中电气火灾占比高达70％。在发生的电气火灾中，主要原因有：短路、过流、谐波，另外还有：雷击、过载、局部过热、绝缘老化、放电火花、照明灯具电热器、过欠电压等。近年来，由于节能及生产的需要，电气行业大量运用变频调速装置、变流器等非线性负荷，其产生的谐波电流会引起中性线过载，并且功率因数低，导致线路过载，形成电气火灾隐患；形成串联或并联谐振回路，导致大电流、高电压；产生肌肤效应，使电缆温度升高加速绝缘层老化。由此可见，电气谐波是电气火灾的根源之一，对电气谐波的抑制可以在根源上消除电气火灾的隐患。

抑制谐波式电气火灾监控装置采用有源逆变的电力电子技术，首先通过对系统电压和负荷电流的采样数据进行数学分析、分解，通过傅里叶变换计算出各次谐波电流含量以及谐波电流总含量，根据电气谐波含量定值给与超标预警；其次利用现代电力电子器件的开关特性，通过抑制谐波控制算法，抑制系统的谐波电流。在电气火灾监控系统里与剩余电流式电气火灾监控探测器、测温式电气火灾监控探测器配合使用，通过抑制谐波电流达到减缓电气绝缘老化、降低电缆温升的作用，从而有效降低了电气火灾发生概率。为电气火灾监控领域提供了技防手段，填补了主动抑制电气火灾领域的空白。

抑制谐波式电气火灾监控装置采用谐波抑制手段，自发主动降低电气火灾安全隐患，技术先进，功效明显；同时起到电气火灾监控的作用，防范于未然；并且有效监测系统的全电量电气参数，从多方面监控电气火灾的发生；而且具有数据分析功能，方便事故原因。

发明内容

本实用新型的目的在于有效的监控电气火灾隐患，从技防措施入手，主动消除隐患；对用电负荷中存在的电气谐波起到预警及抑制作用，降低用电负荷中的电气谐波，减少因肌肤效应而导致的电缆发热、绝缘老化、系统谐振等电气火灾隐患。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

所述的抑制谐波式电气火灾监控装置，包括系统电源接口A、B、C、N、电气谐波抑制模块、控制系统、声光报警、通讯端口；

在电气谐波抑制模块与系统电源接口之间连有系统电压互感器，系统电压互感器的输出端连接到控制系统的系统电压采样端口；

在电气谐波抑制模块与控制系统之间连有驱动电路，驱动电路的输入端连接到控制系统的PWM输出端口；

用电负荷电流通过负载电流互感器监测，负载电流互感器的输出端连到控制系统的负载电流采样端口；

进一步的优选，所述的电气谐波抑制模块是由输出电抗器La、Lb、Lc、由绝缘栅双极型晶体管IGBT构成的三相全桥逆变单元、直流电容组C1、C2组成；在输出电抗器和三相全桥逆变单元之间穿接有输出电流互感器CTA、CTB、CTC，输出电流互感器的输出端连接到控制系统的输出电流采样端口；三相全桥逆变单元的直流侧连接直流电容组，直流电容组的中点通过电抗器Ln与零线N相连，直流电容组的正负两端连接到直流电压互感器，直流电压互感器的输出端连接到控制系统的直流电压采样端口。

本实用新型所具有的有益效果是：

本实用新型所述的一种抑制谐波式电气火灾监控装置，具有主动抑制电气谐波、防范电气火灾于未然的功能；利用现代电力电子技术，采用先进的控制算法为电气火灾的防治打开了一扇技防措施的大门；监控功能上具有全电气参量探测、分析、预警电气火灾。技防措施上抑制谐波电流，降低电缆温升、减缓绝缘老化、排除系统谐振而防治电气火灾。

附图说明

图1：本实用新型的系统电路。

图2：本实用新型的电气谐波抑制模块主电路。

图中：1、控制系统，2、电气谐波抑制模块，3、系统电压互感器，4、驱动电路，5、输出电流互感器，6、直流电压互感器，7、负载电流互感器，8、声光报警，9、通讯端口，10、系统电源接口，11、输出电抗器，12、三相全桥逆变单元，13、直流电容组。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施实例对本实用新型作进一步详细描述：本实施实例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了实施方式和操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

图1是本实用新型提出的抑制谐波式电气火灾监控装置的系统结构框图，包括系统电源接口10、电气谐波抑制模块2、控制系统1、声光报警8、通讯端口9；

本实施例中，电气谐波抑制模块2与系统电源接口10之间连有系统电压互感器3，系统电压互感器3的输出端连接到控制系统1的系统电压采样端口；

本实施例中，在电气谐波抑制模块2与控制系统1之间连有驱动电路4，驱动电路4的输入端连接到控制系统1的PWM输出端口；

本实施例中，用电负荷电流通过负载电流互感器7监测，负载电流互感器7的输出端连到控制系统1的负载电流采样端口；

所述的电气谐波抑制模块2(如图2所示)是由输出电抗器11、由绝缘栅双极型晶体管IGBT构成的三相全桥逆变单元12、直流电容组13组成；在输出电抗器11和三相全桥逆变单元12之间穿接有输出电流互感器5，输出电流互感器5的输出端连接到控制系统1的输出电流采样端口；三相全桥逆变单元12的直流侧连接直流电容组13，直流电容组13的中点通过电抗器Ln与零线N相连，直流电容组13的正负两端连接到直流电压互感器6，直流电压互感器6的输出端连接到控制系统1的直流电压采样端口。

本实用新型针对目前电气火灾事故频发的现状，提出一种抑制谐波式电气火灾监控装置，与电气火灾监控系统的剩余电流式电气火灾监控探测器、测温式电气火灾监控探测器配合使用，有效降低因电气谐波存在而引起的电缆温升过高、中线电流过大、绝缘老化快、电力系统谐波谐振、系统过压等现象，防止了谐波电流火灾事故的发生。

设计图

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