一种电气柜防火装置和方法

技术领域

本发明专利属于电气安全技术领域， 具体涉及一种电气柜防火装置和方法。

背景技术

电气柜火灾事故很多是由线路中低于额定电流或预期短路电流的故障电弧引起的。这些危险的电弧可能发生在设计不合理或者老化的供电线路、电器插头以及家用电器的电源线、内部线束或零部件绝缘。当故障电弧发生时，线路上的漏电、过流和短路等保护装置，可能无法检测到或者无法迅速动作切断电源，极易引发火灾。

故障电弧的最主要危害是引发火灾，当故障电弧产生时，其中心温度高达3000℃-4000℃，并且伴有金属熔化物喷溅出来。故障电弧产生的高温高热，极易引燃线路绝缘层导致线路起火，如果在故障点附近存在有可燃物时，也极易引燃可燃物而导致火灾的发生。

工业生产、国防工业和高速列车等领域对电气安全尤为重视。以高速列车为例，列车能够跑起来依靠的是牵引供电系统给高速列车提供电力；高速列车的每节车厢内均设有电气柜，高速列车上的工作人员每隔一定时间就要打开电气柜进行检查。

发明内容

为了能使电气安全维护人员及时得到用电安全预警，同时减少工作人员的工作量，研发了一种电气柜防火装置和方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种电气柜防火装置，包括电气柜，所述电气柜包括柜体和柜门，所述柜体内安装有电气元件，还包括电弧光传感器、超声波传感器、单片机和显示器，所述超声波传感器的数量至少为三个；

所述电弧光传感器和多个超声波传感器的输出端分别与单片机I/O引脚连接；

所述电弧光传感器和多个超声波传感器均安装在柜体内靠近柜门侧且均朝向柜体内的电气元件；多个所述超声波传感器两两之间间隔预设距离；

所述单片机内安装有电弧定位计算软件；所述显示器的输入端与单片机I/O引脚连接。

作为优选，多个所述超声波传感器处于一个竖直平面内。

作为优选，所述超声波传感器的数量为四个，分别为超声波传感器一、超声波传感器二、超声波传感器三和超声波传感器四；所述超声波传感器一、超声波传感器二、超声波传感器三和超声波传感器四分别安装在柜体的顶板、底板和左右侧板上。

作为优选，所述电弧定位计算包括建立以每个超声波传感器的探头为球心的半球面方程、建立两个半球面交线方程和两个不同的交线的交点的计算。

作为优选，所述半球面的半径等于超声波传感器和电弧光传感器向单片机反馈信号的时间差与超声波在空气中传播速度的乘积。

作为优选，所述电弧光传感器的数量为两个，两个所述电弧光传感器分别安装在柜体的顶板和底板上。

作为优选，所述柜体内还安装有烟雾传感器和气味传感器，所述烟雾传感器和气味传感器输出端与单片机I/O引脚连接。

作为优选，还包括报警器，所述报警器输入端与单片机I/O引脚连接。

基于所述电气柜防火装置的一种电气柜防火方法，包括以下步骤：

步骤一 当电气柜内发生电弧，电弧发出电弧光和超声波；由于光速远大于超声波在空气中的传播速度，所以电弧光传感器先于超声波传感器检测到电弧发生；多个超声波传感器与电弧发生点之间的距离不同，多个超声波传感器先后检测到电弧发出的超声波；

步骤二 电弧光传感器和多个超声波传感器先后将检测信号反馈到单片机；

步骤三 电弧定位计算软件采集超声波传感器和电弧光传感器向单片机反馈信号的时间，然后建立三个以每个超声波传感器的探头为球心的半球面方程、再建立两个半球面交线方程和最后计算不同的交线的交点；

步骤四 显示器显示出不同的交线的交点即电弧发生点，检修人员根据显示器显示进行针对性的检修；

步骤五 当烟雾传感器和/或气味传感器向单片机反馈烟雾和/或烧焦气味的检测信号，单片机控制报警器发生警报声。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：(1)电气柜防火装置中包含电弧光传感器、超声波传感器、单片机和显示器，单片机内安装有电弧定位计算软件，通过以上硬件和软件的结合，使得电气安全维护人员能够及时得到电弧发生信息，并且通过显示器获得电弧发生的位置进行针对性的检修，从而消除绝缘故障、接触不良等产生电弧的不利因素；

(2)电弧定位计算包括建立以每个超声波传感器的探头为球心的半球面方程、建立两个半球面交线方程和两个不同的交线的交点的计算；半球面的半径等于超声波传感器和电弧光传感器向单片机反馈信号的时间差与超声波在空气中传播速度的乘积；通过以上方法，可以实现对电弧发生点的定位；

(3)电气柜防火装置中还包括烟雾传感器和气温传感器，如果在尚未进行检修处理时电弧就引发火灾，烟雾传感器和气温传感器会检测到电气柜内起火并反馈单片机，单片机控制报警器报警并切断电路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍：

图1为实施例一提供的电气柜防火装置立体图，

图2为实施例一提供的电气柜防火装置中电弧光传感器和超声波传感器示意图,

图3为电弧定位计算软件计算电弧发生点示意图一，

图4为电弧定位计算软件计算电弧发生点示意图二，

图5为电弧定位计算软件建立的以超声波传感器探头为球心的球面示意图，

图6为实施例一中电气柜防火装置运行原理示意图。

附图说明：

1—电气柜，2—电弧光传感器；

3—超声波传感器，31—超声波传感器一，32—超声波传感器，33—超声波传感器三，34—超声波传感器四。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1

下面结合图1-6具体说明电气柜防火装置，一种电气柜防火装置，如图1和6所示，包括电气柜1，电气柜1包括柜体和柜门，柜体内安装有电气元件，还包括电弧光传感器2、超声波传感器3、单片机和显示器，超声波传感器3的数量至少为三个。

如图6所示，电弧光传感器2和多个超声波传感器3的输出端分别与单片机I/O引脚连接。

如图1和2所示，电弧光传感器2和多个超声波传感器3均安装在柜体内靠近柜门侧且均朝向柜体内的电气元件；多个超声波传感器3两两之间间隔预设距离(多个超声波传感器3的位置坐标为已知)。

单片机内安装有电弧定位计算软件；如图6所示，显示器的输入端与单片机I/O引脚连接。

如图1所示，多个超声波传感器3处于一个竖直平面内。

如图1所示，超声波传感器3的数量为四个，分别为超声波传感器一31、超声波传感器二32、超声波传感器三33和超声波传感器四34；超声波传感器一31、超声波传感器二32、超声波传感器三33和超声波传感器四34分别安装在柜体的顶板、底板和左右侧板上。

电弧定位计算包括建立以每个超声波传感器3的探头为球心的半球面方程(如图5所示,半球面处于超声波传感器3远离柜门侧)、建立两个半球面交线方程和两个不同的交线的交点的计算(如图3和4所示)。

半球面的半径等于超声波传感器3和电弧光传感器2向单片机反馈信号的时间差(精确到微秒)与超声波在空气中传播速度(340米/秒)的乘积。

如图1所示，电弧光传感器2的数量为两个，两个电弧光传感器2分别安装在柜体的顶板和底板上。

柜体内还安装有烟雾传感器和气味传感器，烟雾传感器和气味传感器输出端与单片机I/O引脚连接，如图6所示。

还包括报警器，报警器输入端与单片机I/O引脚连接。

实施例2

本实施例与实施例1的区别是：超声波传感器3的数量为三个，分别为超声波传感器一31、超声波传感器二32、超声波传感器三33。

基于电气柜防火装置的一种电气柜防火方法，包括以下步骤：

步骤一 当电气柜1内发生电弧，电弧发出电弧光和超声波；由于光速远大于超声波在空气中的传播速度，所以电弧光传感器2先于超声波传感器3检测到电弧发生；多个超声波传感器3与电弧发生点之间的距离不同，多个超声波传感器3先后检测到电弧发出的超声波；

步骤二 电弧光传感器2和多个超声波传感器3先后将检测信号反馈到单片机；

步骤三 电弧定位计算软件采集超声波传感器3和电弧光传感器2向单片机反馈信号的时间，然后建立三个以每个超声波传感器3的探头为球心的半球面方程、再建立两个半球面交线方程和最后计算不同的交线的交点A；

步骤四 显示器显示出不同的交线的交点A即电弧发生点，检修人员根据显示器显示进行针对性的检修；

步骤五 当烟雾传感器和/或气味传感器向单片机反馈烟雾和/或烧焦气味的检测信号，单片机控制报警器发生警报声。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，仍属于本发明技术方案的保护范围。