电气装置中的防火系统和方法

电气装置中的防火系统和方法
【专利摘要】用于电气装置中的防火系统包括：一个或多个温度传感器，置于所述电气装置中被监测的位置内或者附近；一个或多个电磁信号发射器，连接至温度传感器；一个或者多个电磁信号读取器，适于与信号发射器进行通信和从该信号发射器接收信号；以及处理设备，连接至该信号读取器以处理这些信号并提供指示信号。
【专利说明】电气装置中的防火系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电气装置中的防火系统和方法。具体而言，本发明涉及配电板/电柜、保险丝盒等的温度监测。
【背景技术】
[0002]来自挪威民事保护及应急计划董事会(DSB)和保险公司的统计数据表明，电气装置起火是引起挪威楼宇发生火灾的主要原因之一。通常，起因是由于组件发生故障、未正确使用组件、未正确安装或者由于老化或者磨损发生故障而致使组件温度过高。
[0003]公司承担的重大后果就是业务中断，重大财务后果就是生产损失、设备流失以及宝贵数据的流失。
[0004]目前，为了确定装置是否处于令人满意的持续运行状态，法规条例(NEK400)制定了对所有电气装置进行定期检查的要求。定期检查的频率应根据对装置的风险评估而定。对于工业装置，通常一年检查一次。配电板也被纳入电气装置的检查范围之内。
[0005]目前，通常借助于热照相术对电气装置进行检查。IR照相机可以检测到由于，特别是由于连接不牢固以及组件损坏而异常生热的原因。这种异常生热表示出现了故障，而且在生热引起火灾之前，可以对这个故障进行矫正。
[0006]US2007/0103318描述了一种用于检测电线中过高温度的报警系统。这个系统包括:温度传感器，对温度进行检测；以及处理器，将已测量的温度与阀值进行比较。如果超过阀值，就会发出报警信号。
[0007]US2007/0273507描述了结合温度测量值的RFID技术的应用。
[0008]在许多国家，公司/财产所有者自己对他们的电气装置承担责任。这意味着当局和保险公司通过公司/财产所有者的内部审核制定了维护要求文件。
[0009]期待有更进一步的完善。如根据本发明的所述系统，通过使用基于无源RFID传感器对电气装置进行监测，以及让这些传感器与操作中心的个人计算机进行通信，可以获得许多益处。例如:
[0010]?通过对电气装置的连续监测，可以在早期对组件和电缆终端的过高温度发出警告，以便于及时对故障进行矫正。
[0011]?这种时间成本会低于使用热照相术的成本。
[0012]?提高用户的安全性。

【发明内容】

[0013]本发明的目的是提供一种用于阻碍电气装置过热以及防止电气装置中发生火灾的系统和方法，这种系统和方法可以弥补上述缺陷，而且具有所述益处。
[0014]通过电气装置中的防火系统就可以实现本发明的目的，该防火系统包括:
[0015]-一个或多个温度传感器，置于电气装置中被监测的位置内或者附近；
[0016]-一个或多个连接电磁信号发射器，连接至温度传感器；[0017]-一个或多个电磁信号读取器，适于与信号发射器进行通信并从所述信号发射器接收信号；以及-处理设备，连接至信号读取器以处理信号并提供指示信号。
[0018]本发明的目的还借助于一种电气装置的防火方法来实现，该防火方法包括:
[0019]-将一个或者多个温度传感器置于所述电气装置中进行监测的位置内或附近；
[0020]-借助于连接至温度传感器的一个或者多个信号发射器，不时地测量温度并发射电磁信号；
[0021]-借助于一个或多个信号读取器接收该电磁信号，该一个或者多个信号读取器适于与信号发射器进行通信并从该信号发射器接收信号；以及
[0022]-处理这些信号以提供指示信号。
[0023]本文中的电气装置包括配电板、变压器、继电器、变频器、旋转式机器以及低压/高压AC与DC装置等其他电气设备。本发明的所述系统与方法能够对电缆、炉排片，压缩式套管、终端插销以及组件等电气装置中的故障进行识别，从而避免发生火灾。
[0024]温度传感器放置的位置及温度传感器的数量取决于被监测的装置。在电缆的情况下，包含电缆的电路上增加的负载将会导致沿整个长度的电缆的温度升高，然而，故障位置的过渡电阻增大将会导致该故障位置的温度极大地升高，而且距离该故障位置越远的位置，该位置的温度升高的就越小。对于大型电气装置，母线经常替代断路器/保险丝之间配电板内的电缆使用。与电缆相同的原理将应用于母线。
[0025]例如，沿着电缆附接几个传感器，就可以沿着电缆检测到任何温度变化。温度传感器越多，监测就会越准确，但是由于故障通常发生在末端或者电缆连接点处，因此，使用三个传感器就足以检测到故障，例如，将一个传感器附接在电缆末端或者电缆终端、将另一个传感器附接至距离该电缆末端5-10厘米处以及将第三个传感器附接至距离该电缆末端20-30厘米处。
[0026]至于断路器/交换机、保险丝、过载保护设备以及接触器等组件，通常它们的温度与周围环境不会有太大的区别。为了发现这些组件中的故障，可以对每个组件设置传感器。可以使用几种选择方法来估测温度是否是导致故障发生的一个标志/迹象，并且由此引起火灾:
[0027]I)可将各个组件的温度与同一装置中的其他组件相比较，因为它们通常具有基本相同的温度。
[0028]2) 一个或者多个基准传感器可置于该装置内或附近其他位置，并且将组件的温度与这个/这些传感器的温度相比较。
[0029]3)随着时间推移可监测各个组件的温度，而且高于指定阀值的温度增加时则表明存在故障/火灾危险。
[0030]4)各个组件的温度变化可与该装置的功耗变化相比较，因为功耗增加会导致各个组件的温度升高。
[0031 ] 每一个温度传感器连接至用于发射电磁信号的发射装置，每个发射器可具有分配给它的单个传感器、或者几个传感器可连接至同一个发射器。这个发射器可以，例如，是RFID芯片(射频识别芯片)。RFID芯片包括天线，该天线使得该RFID芯片能够从RFID收发器接收和响应射频信号。该芯片至少回复其唯一的表示符，即ID号。有几种类型的RFID芯片。无源芯片回复弱无线信号，而且无需使用电源，而有源芯片发送较强的响应信号通过稍微长的距离，而且需要使用电源。第三种选择就是半-无源芯片，该半-无源芯片必须具有外部源，以便启动发射/响应，但是该半-无源芯片具有较强的发射能力和因此更广的范围。
[0032]可选择的信号发射器的实例是光学传输装置和基于SAW的发射器,例如,基于SAW的RFID芯片。
[0033]在实施方式中，温度传感器被集成到同一装置中作为电磁信号发射器。例如，已经对RFID芯片和温度传感器的几个组件或者其他类型的传感器做过描述。US7446660、US6712276和CA2383049即为其实例。英特尔调研机构开发了一种称为WISP的技术(无线识别和传感平台)，WISP具有RFID芯片属性，并且还支持传感器读取和计算。WISP可以通过RFID读取器/收发器被读取，并且可以执行诸如读取传感器数据和将传感器数据报告返回给RFID读取器等任务。其他类型的发射器也可以被集成到温度传感器中。
[0034]在实施方式中，温度传感器和/或电磁信号发射器包括用于存储数据的存储器/存储器设备。例如，温度测量值可以作为温度数据进行存储，以备于后期使用，或在间隔时间内被数次传输使用。传感器和/或发射器还可包括处理设备，在这种情况下，可存储更多的测量数据以便在处理过程中使用。
[0035]电磁信号读取器是能够从电磁信号发射器接收数据的设备。在一个实施方式中，该信号读取器还可以发射信号。在SAW芯片的情况下，例如RFID，收发器将射频信号发射至该芯片，该芯片转而回复温度信号及其识别信息。在RFID芯片的情况下，该收发器可以是标准RFID读取器。
[0036]系统中的处理设备对收发器接收到的信号进行处理。例如，该处理设备可以是个人计算机。举个例子，通接收的温度与阀值进行比较，得到异常高的温度/火灾风险提示并作为指示信号的基础。每个温度传感器或者信号传输装置、或者两者可具有分配给它的唯一 ID号。不同温度传感器的阀值可不同或者多个传感器的阈值可一致。各个温度传感器的阀值可被预编程并且与唯一的ID号相关联。还可以为每个温度传感器设置几个阀值，以便能够确定火灾风险的程度。举例来讲，第一阀值可以设置为仅高于所讨论的位置的自然温度变化值，而第二阀值设置为仅低于位于所讨论的位置的组件的最大允许范围的已知极限值。当超过第一阀值时，处理设备可以优先对这个传感器/位置进行监测。该处理设备还可包括有关于电气装置中温度传感器的位置的信息。该系统可包括用于对该处理设备编程的装置以及用于将数据提交到该处理设备的装置。
[0037]在实施方式中，电气装置还包括读取功耗的电表。这在大型电气装置中比较常见。当有更多电流通过组件时，温度自然就会升高。因此，该处理设备的另一中可能性就是将功耗与温度测量值进行比较，以便于对火灾风险进行估测。如果温度升高多于功耗，这就表明存在过热/火灾风险。该信息可以单独使用或者添加到其他信息中作为指示信号使用。
[0038]该处理设备还可适于检测故障和发射故障/故障信号指示。例如，故障可能是信号发射器不发射数据或者发射不正确的数据，以至于测量值不在测量范围之内等。
[0039]指示信号给出了用户有关系统中过热和火灾危险的信息。该指示信号可能以是可视的、可听的或者可触的的。该指示信号可以是表示火灾概率的百分比、可以直接显示温度的数字或者刻度、可以是指示已超过阀值的报警信号、或者可以是其他合适的指示器。该指示信号可以被读取或者以某其他方式被用户直接使用、或者可被用作启动警报或显示火灾危险的基础、或者作为触发防止或阻碍发生火灾动作的基础。
[0040]在实施方式中，该系统包括用于显示该指示信号或其衍生信息的显示装置。该系统还可包括警报器，当温度测量值超过预定义的阀值时就会触发该警报器。该警报器可包括几个警报等级。例如，不同的警报等级与不同的阀值相关联。
[0041]在实施方式中，防止发生火灾动作可以是自动或者手动中断电流/低负荷。例如，当超过温度阀值时，该处理设备可以被连接至电气装置或者向电气装置发射信号来中断电流。另一个动作可以是通过文本信息、电子邮件或电话向操作人员发出警报。该处理设备可以是多个电气装置的操作中心的一部分或连接至该操作中心。
【专利附图】

【附图说明】
[0042]现在将借助实例并且参考附图对本发明做更为详细的描述。
[0043]图1示出根据现有技术的温度记录影像实例。
[0044]图2示出根据本发明的系统的实施方式。
[0045]图3示出根据本发明的系统的另一个实施方式。
[0046]图4示出根据本发明系统的又一个实施方式。
【具体实施方式】
[0047]图1是一个温度记录影像原理的图示，位于开关13，14，15上的三个导电体10，11，12的温度有所不同。导电体右侧显示了这些导电体的不同温度实施例，而且导电体上的圆圈表示如何使用温度传感器来获取温度记录影像信息。上导电体10与下导电体12各自在25°C与27°C以及23°C与25°C之间保持相对恒温。然而，中间导电体11在最靠近开关14的末端具有一个约35°C高温度，而且在另一端温度逐渐降至29°C。这表明在导电体11与开关14之间的连接处存在故障，从而导致生热，而且需要注意是否需要防止火灾发生。这些导电体的温度记录影像在这一点会检测出生热原因，并且这个原因可以被消除，从而避免火灾。然而，这种热照相术通常应用的时间间隔比较长，而且在某些情况下，不会及时发现高温。为确保及时发现温度有所升高，必须在较短的时间间隔内进行监测。为了持续对这些导电体进行监测，根据本发明所述，例如，可以对每个导电体安装三个温度传感器，其中每个温度传感器连接至一个信号传输装置上，该信号传输装置将温度数据发送至一个中央设备，而该中央设备可以使用所述温度数据来防止火灾发生。在本图中，将通过导电体上代表温度传感器的三个圆圈来举例说明。上导电体和下导电体上传感器的温度不在引起原因的范围之内，但是中间导电体的温度有所升高。这表示本图中上导电体和下导电体的温度传感器不在警报范围之内，而中间导电体的温度传感器处于两个不同程度的警报等级。通过定义两个(或者多个)用于温度的警报等级或者阀值，如果温度升高，则可以在早期获知这种情况，而且不同的警报等级或者温度测量值可用于定位导致温度升高的故障来源。
[0048]图2至图4示出根据本发明的系统的实施方式的不同实例。在本实例中，电柜20是指需要被监测的电气装置。电柜包括几个组件、电缆和炉排片。所述电柜还可包括用于功耗的电表。组件、电缆以及它们之间的连接装置中的故障可以导致生热，从而可能导致发生火灾。
[0049]如图1中的实施方式，电气装置中的防火系统包括置于被监测的电气装置内或其附近位置的几个温度传感器21。这里的温度传感器21放置于诸如保险丝盒的有源组件上和电缆上。每个组件和电缆均有温度传感器置于其上，但是在其他实施方式中，所述装置中的每个组件/电缆/其他连接点可安置几个传感器。例如，温度传感器可置于电柜的上部与下部。
[0050]当在所述电气装置中安装该系统时，该装置的工程师将对温度传感器放置的位置进行记录，例如，在所述装置的图片上标记这些位置。例如，该记录可以是存储在计算机上的电子或非电子信息。每个温度传感器连接至至少一个电磁信号传输器上。如图2至图4的实施方式，我们将使用RFID芯片作为这种信号传输装置的实例。RFID芯片具有其唯一的ID号。这个ID号也会被记录，以便系统知道哪些ID号与不同的温度传感器相关联，以及他们代表了哪些位置。还可以记录与温度传感器相关联的其他信息，例如安装日期、所述电气装置技术人员的姓名等等。每一个RFID芯片与电磁收发器和发射器中的至少一个进行通信，此处以连接至读取器设备24的天线22的形式。该天线22能够从该RFID芯片接收信号，并且通过电缆23将这些信号传送到读取器设备24中。例如，所述读取器设备接收这些信号并且能够将他们解释为RFID芯片和温度读取器的ID号。所述读取器设备将该数据传送到处理设备中，在该实例中为计算机25 (PC)，用于处理该数据和提供指示信号。在其他实施方式中，读取器设备可以是该处理设备的一部分，以便于对这些信号的解释及其他处理在同一个设备中完成，例如，该同一个设备是计算机。在实施方式中，读取器设备还能够将信号传送至信号传输装置中并请求进行测量。
[0051]例如，计算机中的程序将接收的温度值与预定义的阀值进行比较。阀值基于不同温度传感器测量的电气装置中的设备设置。例如，如果已知导电体的温度最大允许极值为70度，则将阀值设置为45度。也可以对每一个传感器设置几不同等级的阀值，在超过所述的不同阀值的情况下，则启用该程序的不同动作/操作。该程序还可以将温度值与功耗的测量值进行比较，例如，在一个时期内将温度的变化值与同一时期内的功耗变化值进行比较。温度升高，而功耗没有变化可启用上述提及的程序中的动作。
[0052]计算机/程序还包括电气装置和传感器的不同方面的信息，例如与上述系统的装置有关已记录的信息。该信息可能包含在数据库中。
[0053]该信息与其他信息可以显示在连接至计算机25的屏幕26上。计算机25还可以连接至键盘27上，该键盘27允许操作人员对该计算机中的信息或软件进行修改。
[0054]例如，屏幕上显示的信息可以是相关组件的图像、具有重要组件的所述装置的图像、温度、RFID芯片ID号、警报提示、温度记录的表格、图形或者图表等等。
[0055]图3示出了如图2所示的系统的变型，并且举例说明计算机25距离读取器设备24比较远的情形。在这种情况下，读取器设备24包括能够通过长距离将数据例如无线地传送到该计算机上的通信装置。这种解决方案允许在位于所述电气装置中任何位置的操作中心来处理温度数据。例如，这种中心能够对地理位置分布在相当大的区域内的多个电气装置进行监测。在图3中，多个天线22、30和31还可设置在电气装置中，并且所有天线通过电缆连接到该读取器设备24上。每个天线均能够读取一个或者多个RFID芯片。
[0056]图4示出图3中系统的变型，其中计算机25将信息传送至手机40中。这种传输可以以文本或者图片信息或者电话呼叫的形式。例如，计算机可以被编程为当温度高于最大阀值(即，警报等级)时可以通过电话来进行通信。这种设置使得操作人员无须对操作中心进行持续维护，但是却使得操作人员可以防止火灾的发生。
[0057]实例:
[0058]接下来，将会对如本发明的系统中使用的计算机PC)编程的实例进行描述。这仅作为一个单独的实例而使用，而且还存在许多其他的实施方式。
[0059]程序可包括几种模式:数据录入(手动)、测试运行、监测(正常操作情形)、故障情形及警报情形。
[0060]程序可配备有定时锁，如果许可协议没有续延(一年一签)，则该时钟将停止。
[0061]数据录入
[0062]在这种模式下，屏幕图像被“分割”为两部分。左侧显示标记有RFID传感器的装置的图像。右侧显示库。
[0063]该库包含RFID传感器和用于评论框的下拉菜单，评论框链接至各个RFID传感器。
[0064]电气装置技术人员进入显示放置RFID传感器的位置的图像。该装置工程师对放置RFID传感器的所有图像位置进行标记。这项操作通过直接在图像上进行拖拽-释放的方法即可完成。当RFID传感器被放置到该屏幕图像中并且被记录在该程序中时，可通过双击放置该传感器的图像中的绿色圆圈来完成此操作。图像中的该位置将会示出传感器放置在目前电气装置中的什么位置。
[0065]程序能够读取和处理来自于RFID读取器设备的所有值。
[0066]监测(IH常操作情形)
[0067]主要参考三个不同的屏幕图像:
[0068]1.带有录入数据的所述装置的图像。
[0069]2.所有以表格形式接收的数据。
[0070]3.操作人员可以从菜单中选择的不同图表中图形显示的所有接收数据。
[0071]在这种模式下，屏幕图像被“分割”为三部分。左侧显示标记有RFID传感器的装置的图像。屏幕图像的右侧显示关于当前所述电气装置的接收的所有数据的表格以及数据的图表说明。这三个部分还可以在两个屏幕上进行显示，即左侧屏幕图像上显示装置的图像，同时在右侧屏幕图像上显示该表格和图表说明。当鼠标光标在该RFID传感器上移动时，已录入数据变为可见。
[0072]对于标记有RFID传感器的每个装置，下列数据将作为该表格的一部分被录入并且显示在屏幕图像上:
[0073]客户的姓名、地址、电话号码和电子邮件地址。
[0074]装置的地址、联系人姓名、电话号码以及该联系人的电子邮件地址。
[0075]客户编号
[0076]装置数据:分布系统、系统电压、接地、短路电流、进口布置、电路列表以及接地故障断路器。
[0077]持续记录的表格数据
[0078]下列数据将显示在该表格中:
[0079]1.时间
[0080]2.RFID传感器的ID号以及位置
[0081]3.已测量的温度[0082]4.功耗
[0083]5.警报以及导致发出警报的传感器
[0084]6.自开始测量时就已经存储的历史数据
[0085]7.传感器温度减去基准温度在一个单独的栏中显示
[0086]8.故障信息
[0087]9.电路明细表
[0088]该表格可以存储。
[0089]评论框(此处，写入评论的人必须登录，以便于随后能够看到有哪些人已经在评论框中给出评论)。
[0090]警报等级与警报情形
[0091]应当可以将警报等级分为两个:低等级，包括装置被放置于单独的中，离测试越来越近；以及警报等级。
[0092]有资格在监测列表中的RFID传感器以黄色显示。
[0093]当一个警报发出时，将从数据库中自动提取该装置。而导致引起该警报的RFID传感器的颜色变为红色并且亮度也会有所变化。同时还会听到一个声音信号。声音信号可以重设。
[0094]操作人员自己可以设置发出警报的温度等级。这可以通过从下拉菜单中选择一个数值来完成。还可以输入不同的数值，以便于传感器具有不同的警报等级。
[0095]故障信肩、
[0096]如果RFID传感器不传送数据、或者接收的数据不能够被读取或明显不在可测量范围之内，则将通过一个故障消息将这种情形报告给该操作人员。装置及该RFID传感器被识别。显示出现故障的该RFID传感器将改变其颜色为蓝色。
[0097]发送警报
[0098]操作人员可决定通过文本信息还是其他通信系统来发送警报。
[0099]屏幕图像
[0100]当装置包括屏幕所示的所述电气装置的多个不同图像时，可以对正讨论的图像进行浏览以便于找出所搜索的RFID传感器。通过触摸表格中的ID号，正确的图像就会出现在屏幕上。
[0101]图形显示
[0102]操作人员能够在表格中划分出他希望以图形显示的测量。
[0103]所示的各个图形应具有不同的颜色，以便于能够轻松地对它们进行区分。
[0104]印刷品
[0105]所有内容均是可以印刷。
_6] 将文件发送给客户
[0107]所有客户每月将会收到一份报告，这将通过自动生成的上个月的带有评论和警报的表格和图形来完成。然后将本文件发送到客户给出的电子邮件地址。这将通过自动完成。操作人员可以调整发送给每个客户的报告频率。
[0108]读取时间
[0109]操作人员能够决定该报告频率以及一天当中何时读取数据。
【权利要求】
1.一种电气装置中的防火系统，其特征在于，所述系统包括: -一个或多个温度传感器，置于所述电气装置中被监测的位置内或者附近； -一个或多个电磁信号发射器，连接至所述温度传感器，并适于能够不时地发射若干温度测量值； -一个或多个电磁信号读取器，适于与所述信号发射器进行通信并从所述信号发射器接收信号；以及 -处理设备，连接至所述信号读取器以处理所述信号并提供指示信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电磁信号发射器是无源RFID芯片。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电磁信号发射器是有源RFID芯片。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电磁信号发射器是半-无源RFID芯片。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个所述电磁信号发射器和所述温度传感器均被集成到同一设备中。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电磁信号发射器包括存储器并且能够存数数据。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括显示设备，用于显示指示信号或者其衍生信息。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括警报，当所述温度测量值超过预定义的阀值时，触发所述警报。
9.一种电气装置中的防火方法，其特征在于，所述方法包括: -将一个或者多个温度传感器置于所述电气装置中进行监测的位置内或附近； -借助于连接至所述温度传感器的一个或者多个信号发射器，不时地测量温度并发射电磁信号； -借助于一个或者多个信号读取器接收所述电磁信号，所述一个或者多个信号读取器适于与所述信号发射器进行通信并从所述信号发射器接收信号；以及-处理所述信号以提供指示信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述信号发射器中存储数据。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括显示所述指示信号或者其衍生信息。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当所述温度测量值超过预定义的阀值时，触发警报。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括两个警报等级。
【文档编号】G01K13/00GK103443834SQ201180057771
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2011年9月28日 优先权日:2010年9月30日
【发明者】谢尔·努普 申请人:甘特尔地产有限公司