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A R C M 系列电气火灾监控探测器的设计和应用

发布时间:2015-11-6 9:38:29  作者:力安科技

  A R C M 系列电气火灾监控探测器的设计和应用

  1.原理描述

  电气火灾监控系统中主要的元件为剩余电流式电气火灾监控探测器。 探测器通过剩余电流互感器实现对剩余电流信号的检测, 如图 1 所示。 根据基尔霍夫电流定律 ( KCL) 可知, 从电源端流出的电  流会等于流回的电流, 其公式

  ∑ i= ia+ ib+ ic+ in+ iΔ = 0

电气火灾监控系统中剩余电流检测1.jpg

  在图 1 中, 将三相导线及 N 线全部穿过剩余电流互感器,检测的电流为ia+ib+ ic+ in,而剩余电流为 i

  Δ , 即:- iΔ = ia+ ib+ ic+ in由于二次电流大小与一次电流 ( ia+ ib+ ic+in) 呈一定的比例关系, 就可以通过测量剩余电流互感器二次侧的电流来测量一次侧的剩余电流。 根据检测到的剩余电流大小, 探测器可通过预先设定的程序发出各种指令, 或切断电源, 或发出报警信号等。

  A R C M 2 0 0 /300 剩余电流式电气火灾探测器产品采用 32 位 MCU实现, 功能主要包括多路剩余电流和温度测量、 报警、 显示、 存储、 人机交互和通信等。 基本工作原理如图 2 所示。

电气火灾监控系统硬件原理图设??.jpg

  剩余电流互感器将感应出来的信号传输到剩余电流采集模块, 经过信号的转换滤波后 MCU 利用片内 AD 模块对各个通道的信号量进行 AD 采样, 并进行相应的数学运算, 完成信号的精确测量, 再按设置的保护参数, 进行报警保护处理。 同时 MCU 根据探测器的状态, 来控制 LED 数码管显示、 数据计算 /存储、 外部通信、 键盘菜单操作、 继电器开关动作、蜂鸣器报警等工作。

  2.算法描述

  传统的剩余电流检测方法为: 电流互感器为传感器件, 由它提取的剩余电流信号, 经放大、 AC/DC  变换、 A/D 变换以及 CPU 处理后, 送往报警器、 显示器、 信号输出。 该方法中, 实现对剩余电流的测量需要经过放大器, AC/DC 变换, 最后才到 A/D 采样测量, 转换复杂, 增加了故障节点, 同时也增加  了成本。

  ARCM200/300 探测器, 采用交流采样技术, 直接对互感器过来的剩余电流信号采样, 保持信号的真实性。 通过 MCU 对数据进行计算处理, 从而达到精确测量剩余电流信号的目的, 并通过特定程序算法, 保证了探测器及时、 准确和可靠进行报警保护。其运用的主要技术手段如下。

  1. 频率滤波

  现代用电设备中变频器及非线性负载越来越多, 电网谐波含量急剧增加, 在供电电缆中造成了高频泄漏电流, 这些泄漏电流可以达到几十到几百毫安。IEC60479 标准中说明了在50/60 Hz 时的保护最为关键。 故有必要将泄漏电流的高频成分滤除, 从而减少了谐波电流和瞬时电流引起的误动。

  A R C M 2 0 0 / 3 0 0 中利用数字信号处理技术中的数字滤波技术, 将采样得到的一系列数据进行滤波计算处理, 达到滤除信号中高频部分的目的。

  2. 测量真有效值(方均根值)

  在考虑频率滤波的情况下, 可准确测量剩余电流信号的 R M S 真有效值, 使动作的判据更加准确,

  减少不正常的拒报警。

剩余电流测量值公??.jpg

  3.实现功能及性能

  ARCM200/300 实现了以下功能:

  1)剩余电流/温度测量。可以实现同时监控1~4 路剩余电流, 其中 J1 型可以监测 3 路温度。 剩余

  电流正常测量范围在 10~ 3 000 mA, 精度可达到 1 级, 温度测量范围可从- 10~ 120 ℃之间, 精度± 1 ℃。

  2) 可编程报警设置。 动作电流和动作延时可灵 活调整,可根据现场环境的实际情况进行参数设定。

  并能非常容易地适用于分级保护的场合。 报警功能 的一些说明如下所示。

  额定动作电流值IΔ n设定范围: 20~ 1 000 mA,也可设为 OFF, 以关闭剩余电流保护 ; 预警电流为

  > 0.8IΔ n, 报警动作电流为> 0.95IΔ n。温度报警设定范围: 50~ 120 ℃, 也可设为OFF, 以关闭温度通道保护。

  动作时间可设定范围 :0.1~ 60.0 s 。

  3) 事件记录。 可记录最近 10 条事件记录, 发生报警时记录的报警发生的事件类型、 事件通道、报警设定值、 报警实际值及报警时间。

  4) RS - 485 通信接口, 采用兼容Modbus - RTU协议, 可将监测到的各种信息上传, 组建电气火灾监控系统


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