监测浪涌保护器交流泄漏电流的方法和装置、浪涌保护器

技术领域

本发明涉及电子检测领域，更具体地，本发明涉及一种监测浪涌保护器的交流泄漏电流的方法和装置，以及包括该装置的浪涌保护器。

背景技术

浪涌保护器(Surge Protection Device,SPD)被广泛应用于诸如雷电流防护等的领域。在使用过程中，SPD可能受到雷击或过电压的影响，发生性能劣化，导致保护功能降低甚至失效。因此，需要定期对SPD进行检查，以监控SPD的劣化状态。

通常采用测量SPD的泄漏电流以判断劣化状态。当SPD性能发生劣化，通过SPD的泄漏电流就会增加。如果测得泄漏电流值超过了特定的参考值，则可判定该SPD性能劣化超过正常水平，需要对其进行更换。

然而，目前测量SPD的泄漏电流通常采用离线手动检测，即将SPD断电或将SPD上的压敏电阻模块取出，使用SPD参数测试仪进行测量。这种测量方法需要定期在使用现场进行检测，使用和维护成本较高，而且测得的泄漏电流为直流泄漏电流，与SPD实际工作的交流工况存在差异。

发明内容

本发明的目的是提供一种监测浪涌保护器的交流泄漏电流的方法和装置，以及包括该装置的浪涌保护器。该方法基于测得的工作电压和/或工作温度来计算告警阈值，并比较交流泄漏电流和告警阈值，当交流泄漏电流大于告警阈值时发出告警信号。该方法可以动态地确定交流泄漏电流的告警阈值，该阈值随工作电压和/或工作温度动态变化，从而可以根据不同的交流工作电压和/或工作温度来确定合适的告警阈值，特别适用于浪涌保护器的在线监测装置和/或包括该装置的浪涌保护器，使用和维护成本较低，检测准确度和可靠度高。

本发明的实施例提供一种监测浪涌保护器交流泄漏电流的方法，所述方法包括：测量浪涌保护器的交流泄漏电流；测量浪涌保护器的工作电压和/或工作温度；基于测得的所述工作电压和/或工作温度，计算所述工作电压和/或工作温度下的告警阈值；以及比较所述交流泄漏电流和所述告警阈值，当所述交流泄漏电流大于所述告警阈值时，发出告警信号，和/或比较所述交流泄漏电流的平均值和所述告警阈值的平均值，当所述交流泄漏电流的平均值大于所述告警阈值的平均值时，发出告警信号。

在一些示例中，在测量所述工作电压的情况下，所述计算包括通过计算函数进行计算，所述计算函数表示在一定工作电压下的告警阈值大小。

在一些示例中，所述计算函数为：

当U

当U

其中，

U为测得的浪涌保护器的工作电压；

I

U

在一些示例中，在测量所述工作温度的情况下，所述计算包括通过计算函数进行计算，所述计算函数表示在一定工作温度下的告警阈值大小。

在一些示例中，所述计算函数为：

当T

当T

其中，

T为测得的浪涌保护器的工作温度；

I

T

在一些示例中，在测量所述工作电压和所述工作温度的情况下，所述计算包括通过计算函数进行计算，所述计算函数表示在一定工作温度下的告警阈值大小。

在一些示例中，所述计算函数为告警阈值关于工作电压和工作温度的拟合矩阵。

在一些示例中，所述计算函数为：

当U

当U

当U

当U

其中，

U为测得的浪涌保护器的工作电压，T为测得的浪涌保护器的工作温度；

I

U

T

在一些示例中，其中，在测量所述工作电压和所述工作温度的情况下，所述计算包括通过告警阈值列表进行双线性插值法计算，所述告警阈值列表存储于处理单元中并且包括在一定工作电压和工作温度下的告警阈值大小数值。

在一些示例中，所述测量浪涌保护器的交流泄漏电流包括测量浪涌保护器的交流泄漏电流的有效值和/或最大值。

本发明的实施例提供一种监测浪涌保护器交流泄漏电流的装置，所述装置包括：电流测量模块，测量浪涌保护器的交流泄漏电流；电压测量模块和/或温度测量模块，所述电压测量模块测量浪涌保护器的工作电压，所述温度测量模块测量浪涌保护器的工作温度；以及处理单元，配置为基于测得的所述工作电压和/或工作温度，计算所述工作电压和/或工作温度下的告警阈值，并且配置为比较所述交流泄漏电流和所述告警阈值，当所述交流泄漏电流大于所述告警阈值时，发出告警信号，和/或比较所述交流泄漏电流的平均值和所述告警阈值的平均值，当所述交流泄漏电流的平均值大于所述告警阈值的平均值时，发出告警信号。

在一些示例中，所述处理单元配置为通过计算函数进行计算，所述计算函数表示在一定工作电压和/或工作温度下的告警阈值大小。

在一些示例中，在所述装置包括电压测量模块和温度测量模块的情况下，所述处理单元配置为通过告警阈值列表进行双线性插值法计算，所述告警阈值列表存储于处理单元中并且包括在一定工作电压和工作温度下的告警阈值大小数值。

本发明的实施例还提供一种浪涌保护器，所述浪涌保护器包括上述装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1示出了根据本发明一实施例的监测浪涌保护器的交流泄漏电流的方法的流程图；

图2示出了根据本发明另一实施例的监测浪涌保护器的交流泄漏电流的方法的流程图；

图3示出了不同劣化程度的浪涌保护器的泄漏电流散点图；

图4示出了不同工作电压下的不同劣化程度的浪涌保护器的泄漏电流散点图；

图5示出了根据本发明一实施例的告警阈值-工作电压拟合曲线；

图6示出了图5所示的告警阈值拟合曲线与不同劣化程度的浪涌保护器的泄漏电流曲线对比图；

图7示出了根据本发明又一实施例的监测浪涌保护器的交流泄漏电流的方法的流程图；

图8示出了根据图7所示实施例的告警阈值-工作电压工作温度关系曲面。

具体实施方式

为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

浪涌保护器(Surge Protection Device,SPD)被广泛应用于诸如雷电流防护等的领域。在使用过程中，SPD可能受到雷击或过电压的影响，发生性能劣化，导致保护功能降低甚至失效。因此，需要定期对SPD进行检查，以监控SPD的劣化状态。

泄漏电流是指在施加电压的情况下，电气元件中相互绝缘的零件之间或带电零件与接地零件之间，通过其周围介质或绝缘表面所形成的电流。测量SPD的泄漏电流以判断劣化状态是业内通用的方法。当SPD性能发生劣化时，通过SPD的泄漏电流就会增加。如果测得泄漏电流值超过了特定的参考值，则可判定该SPD性能劣化超过正常水平，需要对其进行更换。

目前测量SPD的泄漏电流通常采用离线手动检测，即，将SPD断电或将SPD上的压敏电阻模块取出，使用SPD参数测试仪进行测量。这种测量方法需要定期在使用现场进行检测，使用和维护成本较高。该方法使用的SPD参数测试仪为直流检测设备，所测得的泄漏电流为直流泄漏电流，与SPD实际工作的交流工况存在差异。当直流泄漏电流超过一定的直流参考值，则需要对该SPD进行更换。

用于SPD的智能附属设备(Smart SPD)提供了一种自动的在线检测方法，可以远程监控SPD的泄漏电流。SPD应用在交流工频用电系统中，因此在线式测得的泄漏电流值是SPD实际使用中的交流泄漏电流。当泄漏电流超过预设的报警阈值时，Smart SPD会发出告警，提示用户对泄漏电流超标的SPD进行更换。

由于SPD是一种非线性压敏电阻，其阻值对电压很敏感。发明人在测试过程中发现，在施加不同的工作电压时，交流泄漏电流的测量值会出现明显变化。相反地，直流泄漏电流在不同工作电压下的变化范围较小。因此，不同于直流泄漏电流参考值，交流泄漏电流告警阈值是一个全新的参数，需要通过新的方法对其进行定义。

此外，工作温度也是交流泄漏电流值的影响因素。在实际测量时有时需要将其考虑在内。

需要说明的是，本发明所述的交流泄漏电流为交流泄漏电流的有效值和/或最大值。在下面实施例的描述中，均采用交流泄漏电流的有效值来表示交流泄漏电流值，但本发明并不以此为限，也可以采用交流泄漏电流的最大值，取决于电流测量模块的测量功能。

此外，本发明所述的工作温度可以指浪涌保护器所处的环境温度、浪涌保护器壳体温度或浪涌保护器内部温度等，但本发明并不以此为限。在下面实施例的描述中，均采用浪涌保护器壳体温度来表示浪涌保护器的工作温度。

本发明的实施例提供一种监测浪涌保护器的交流泄漏电流的方法，所述方法包括：测量浪涌保护器的交流泄漏电流；测量浪涌保护器的工作电压和/或工作温度；基于测得的所述工作电压和/或工作温度，计算所述工作电压和/或工作温度下的告警阈值；以及比较所述交流泄漏电流和所述告警阈值，当所述交流泄漏电流大于所述告警阈值时，发出告警信号，和/或比较所述交流泄漏电流的平均值和所述告警阈值的平均值，当所述交流泄漏电流的平均值大于所述告警阈值的平均值时，发出告警信号。

图1示出了根据本发明一实施例的监测浪涌保护器的交流泄漏电流的方法的流程图。如图1所示，该方法的步骤包括：

测量浪涌保护器的交流泄漏电流；

测量浪涌保护器的工作电压；

计算告警阈值；

比较所述交流泄漏电流和所述告警阈值，当所述交流泄漏电流大于所述告警阈值时，发出告警信号，当所述交流泄漏电流小于等于所述告警阈值时，重复测量浪涌保护器的工作电压及其后续步骤。

根据本发明一实施例，基于测得的所述工作电压，计算所述工作电压下的告警阈值。具体地，所述计算包括通过计算函数进行计算，计算函数表示在一定工作电压下的告警阈值大小。

以下将结合图3-6和表1-2具体描述计算函数的确定方法。图3示出了不同劣化程度的浪涌保护器的泄漏电流散点图，图4示出了不同工作电压下的不同劣化程度的浪涌保护器的泄漏电流散点图，图5示出了根据本发明一实施例的告警阈值-工作电压拟合曲线，图6示出了图5所示的告警阈值拟合曲线与不同劣化程度的浪涌保护器的泄漏电流曲线对比图。表1示出了直流电压和交流电压下不同劣化程度的浪涌保护器的泄漏电流值，表2示出了不同工作电压下的不同劣化程度的浪涌保护器的交流泄漏电流值。

首先，以现有的直流泄漏电流参考值为基础，通过测试数据，确定合适的交流泄漏电流告警阈值。可以在实验室中通过暂态过电压的方法，“制造”出一批劣化程度不同的SPD。

表1不同劣化程度的浪涌保护器的泄漏电流值

从表1可以看出，当SPD严重劣化时，其直流泄漏电流会明显增大，因此可以根据直流泄漏电流的大小来作为判断SPD劣化程度的参考。因此，由

表1可以确定编号为37、41、44的三个SPD为严重劣化的SPD，编号为36、25、8、19、29、14、42、5的七个SPD为初步劣化的SPD，而编号为A1、A2、A3的三个SPD为全新的SPD，可以认为其几乎没有劣化。

比照直流泄漏电流的变化规律，发明人发现交流泄漏电流也呈现与直流泄漏电流相似的变化规律，即随着劣化程度增加，交流泄漏电流值也增加。这说明可以参照直流泄漏电流所确定的参考值来确定交流泄漏电流的告警阈值。如图3所示，告警阈值可以确定为57μA。需要说明的是，告警阈值的确定是基于经验和实际情况，不限于本实施例的具体值，例如，告警阈值可以在55至60μA之间选择。

表2示出了在三种不同的交流工作电压(176V、220V和264V)下的不同劣化程度的浪涌保护器的交流泄漏电流值。结合表1-2发明人发现，交流泄漏电流的变化规律虽然与直流泄漏电流的变化规律相似，但是交流泄漏电流值的变化范围显著小于直流泄漏电流的变化范围，而且由于SPD是一种非线性压敏电阻，其阻值对电压很敏感。这就导致在不同的交流工作电压下需要不同大小的告警阈值，即176V工作电压的告警阈值为42μA，220V工作电压的告警阈值为57μA，264V工作电压的告警阈值为75μA。此外，采用单一的电流参考值也会导致误检或漏检。例如，如果选择告警阈值为42μA，则264V工作电压下的新SPD也会被视为严重劣化的SPD从而造成误检，或者如果选择告警阈值为75μA，则176V工作电压下的严重劣化的SPD也会被视为正常SPD从而造成漏检。

因此目前针对直流泄漏电流所确定的单一的电流参考值不能适用于交流泄漏电流。需要针对不同的交流工作电压确定相应的告警阈值。

表2不同交流工作电压下不同劣化程度的浪涌保护器的泄漏电流值

在本实施例中，计算函数采用线性插值的原理进行计算，具体地，计算函数表达式如下(在以下描述中，如未明确说明，“工作电压”特指交流工作电压)：

当U

当U

其中，U为测得的浪涌保护器的工作电压；

I

U

在本实施例中，U

图6示出了图5所示的告警阈值拟合曲线与不同劣化程度的浪涌保护器的泄漏电流曲线对比图，从图6可以看出，依据该拟合曲线计算的告警阈值可以较好地区分正常SPD(新的SPD或初步劣化的SPD)和严重劣化的SPD，且不会造成漏检和误检，具有较好的准确度和可靠度。

因此，将测得的浪涌保护器的工作电压带入上述计算函数中，即可得到该工作电压下的告警阈值。该步骤可以由处理单元完成。示例性地，处理单元可以是微控制单元(Micro Controller Unit,MCU)、现场可编程门阵列(FPGA)或数字信号处理器等本领域常见的处理单元。

进一步地，比较测得的交流泄漏电流和告警阈值，当交流泄漏电流大于告警阈值时，发出告警信号，以提示用户对该SPD进行更换。示例性地，告警信号可以是告警声音、显示在交互界面的告警图像或直接传输到用户终端的告警提示，本发明实施例不限于此，只要是能起到告警作用的信号即可。反之，当交流泄漏电流的平均值小于等于告警阈值的平均值时，重复测量浪涌保护器的实时工作电压及其后续步骤，即重复该循环。

根据本发明的变型实施例，该方法的步骤包括：

测量浪涌保护器的交流泄漏电流；

测量浪涌保护器的工作温度；

计算告警阈值；

比较所述交流泄漏电流和所述告警阈值，当所述交流泄漏电流大于所述告警阈值时，发出告警信号，当所述交流泄漏电流小于等于所述告警阈值时，重复测量浪涌保护器的工作电压及其后续步骤。

在测量工作温度的情况下，计算包括通过计算函数进行计算，计算函数表示在一定工作温度下的告警阈值大小。

例如，计算函数为：

当T

当T

其中，

T为测得的浪涌保护器的工作温度；

I

T

图2示出了根据本发明另一实施例的监测浪涌保护器的交流泄漏电流的方法的流程图。在本实施例中，该方法的步骤包括：

测量浪涌保护器的交流泄漏电流；

测量浪涌保护器的实时工作电压；

计算当前工作电压下的告警阈值；

取一定时间内的交流泄漏电流的平均值和告警阈值的平均值；

比较所述交流泄漏电流的平均值和所述告警阈值的平均值，当所述交流泄漏电流的平均值大于所述告警阈值的平均值时，发出告警信号，当所述交流泄漏电流的平均值小于等于所述告警阈值的平均值时，重复测量浪涌保护器的实时工作电压及其后续步骤。

本实施例所述的方法与上一实施例不同之处在于，取一定时间内的交流泄漏电流的平均值和告警阈值的平均值并将平均值用来比较。这样可以消除单次测量误差带来的误检或漏检，进一步提高准确度和可靠度。可选地，在本发明的变型实施例中，可以将测量浪涌保护器的实时工作电压改变为测量浪涌保护器的实时工作温度，其余步骤作出相应的修改。

图7示出了根据本发明又一实施例的监测浪涌保护器的交流泄漏电流的方法的流程图。在本实施例中，该方法的步骤包括：

测量浪涌保护器的交流泄漏电流；

测量浪涌保护器的实时工作电压；

测量浪涌保护器的实时工作温度；

计算当前工作电压和工作温度下的告警阈值；

取一定时间内的交流泄漏电流的平均值和告警阈值的平均值；

比较所述交流泄漏电流的平均值和所述告警阈值的平均值，当所述交流泄漏电流的平均值大于所述告警阈值的平均值时，发出告警信号，当所述交流泄漏电流的平均值小于等于所述告警阈值的平均值时，重复测量浪涌保护器的实时工作电压及其后续步骤。

本实施例所述的方法与上一实施例不同之处在于，同时测量两个变量(工作电压和工作温度)，对于告警阈值的线性拟合需要采用拟合矩阵来进行计算。具体地，所述计算函数为：

当U

当U

当U

当U

其中，

U为测得的浪涌保护器的工作电压，T为测得的浪涌保护器的工作温度；

I

U

T

图8示出了根据图7所示实施例的告警阈值-工作电压工作温度关系曲面。可以根据实际情况确定U

因此，将测得的浪涌保护器的实时工作电压和实时工作温度带入上述计算函数中，即可得到该工作电压和工作温度下的告警阈值。取一定时间内的交流泄漏电流的平均值和告警阈值的平均值。

进一步地，比较交流泄漏电流的平均值和告警阈值的平均值，当交流泄漏电流的平均值大于告警阈值的平均值时，发出告警信号。反之，当交流泄漏电流的平均值小于等于告警阈值的平均值时，重复测量浪涌保护器的实时工作电压及其后续步骤，即重复该循环。

可选地，测量工作电压的步骤可以与测量工作温度的步骤顺序互换，或者上述两个步骤可以同时进行。

可选地，本实施例的变型也可以参照图1所示实施例的方式，即比较交流泄漏电流和告警阈值而不是比较其平均值。

可选地，在本实施例的其他变型中，所述计算包括通过告警阈值列表进行双线性插值法计算，该告警阈值列表存储于处理单元中并且包括在一定工作电压和工作温度下的告警阈值大小数值。表3示例性地示出了告警阈值列表，由于篇幅有限仅列出部分数据。

表3告警阈值列表

例如，对于测得的浪涌保护器的工作电压U和测得的浪涌保护器的工作温度T而言，在表3中选择距该工作电压U和该工作温度T最接近的四组电压和温度组，以下表示为(U

由此可以计算得到该工作电压U和该工作温度T下的告警阈值I

综上所述，本发明实施例提供的方法可以动态地确定交流泄漏电流的告警阈值，该阈值随工作电压和/或工作温度动态变化，从而可以根据不同的交流工作电压和/或工作温度来确定合适的告警阈值，使用和维护成本较低，检测准确度和可靠度高，适用于实时在线监测。

本发明的实施例提供一种监测浪涌保护器交流泄漏电流的装置，所述装置包括：电流测量模块，测量浪涌保护器的交流泄漏电流；电压测量模块和/或温度测量模块，所述电压测量模块测量浪涌保护器的工作电压，所述温度测量模块测量浪涌保护器的工作温度；以及处理单元，配置为基于测得的所述工作电压和/或工作温度，计算所述工作电压和/或工作温度下的告警阈值，并且配置为比较所述交流泄漏电流和所述告警阈值，当所述交流泄漏电流大于所述告警阈值时，发出告警信号，和/或比较所述交流泄漏电流的平均值和所述告警阈值的平均值，当所述交流泄漏电流的平均值大于所述告警阈值的平均值时，发出告警信号。

示例性地，处理单元配置为通过计算函数进行计算，所述计算函数表示在一定工作电压和/或工作温度下的告警阈值大小。计算函数的表达式和计算方法可以参照前述方法实施例中的相关描述，在此不再赘述。

示例性地，在装置包括电压测量模块和温度测量模块的情况下，处理单元配置为通过告警阈值列表进行双线性插值法计算，告警阈值列表存储于处理单元中并且包括在一定工作电压和工作温度下的告警阈值大小数值。告警阈值列表和双线性插值法可以参照前述方法实施例中的相关描述，在此不再赘述。

本发明的实施例还提供一种浪涌保护器，该浪涌保护器包括上述装置。

示例性地，该装置可以电耦合到该浪涌保护器上，并且可以监测该浪涌保护电流的交流泄漏电流。

示例性地，该装置为用于SPD的智能附属设备(Smart SPD)，可以远程监控SPD的泄漏电流。

本发明实施例提供的监测浪涌保护器交流泄漏电流的装置和/或包括该装置的浪涌保护器，特别适用于浪涌保护器的在线监测，使用和维护成本较低。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内或者在本发明实施例揭露的思想下，可轻易想到变化、替换或组合，都应涵盖在本发明实施例的保护范围之内。