Deteksjon av serielysbue ved bruk av digital signalbehandling i Easee-ladere

Abstract

Serielysbuer kan oppstå i en krets ved feil installert, skadet eller aldrende elektrisk utstyr. Det er den vanligste elektriske årsaken til brann, og realisering av serielysbue deteksjon kan forbedre sikkerheten til kretsen. I denne oppgaven er det utviklet en algoritme som detekterer serielysbue basert på strømmålinger ved å benytte digital signalbehandling. Den garanterer reléutkobling innen 120 ms fra når lysbuer oppstår. Algoritmen er spesifikt utviklet for Easee-ladere til å bli implementert på dens innebygde mikrokontroller, ved å bruke dens tilgjengelige ressurser og målinger, uten å endre maskinvaren. På denne måten kan deteksjonen implementeres som en innebygd funksjon både på nye og eksisterende ladere i felt gjennom trådløse programvareoppdateringer. Selv om den er designet for Easee-ladere, kan prinsippet muligens også overføres til andre typer elektrisk utstyr eller målesystemer. Egenskapsuttrekking er den essensielle delen av algoritmen, og fem metoder er utviklet og sammenlignet. Den valgte metoden er basert på høypassfiltrering, men alle metodene viser lovende resultater og kan brukes i fremtidig utvikling. Et datasett med målinger tatt av laderen ble samlet inn av normale- og lysbuesignaler ved bruk av en lysbuegenerator. Algoritmen er testet på datasettet og klarer å detektere alle lysbuesignalene uten noen falske positive. Datasettet er imidlertid for lite til å konkludere med at algoritmen fungerer tilstrekkelig, men det indikerer svært lovende resultater. Det er fortsatt mer arbeid som gjenstår før algoritmen kan realiseres. Denne oppgaven danner et grunnlag for videre utvikling og er et steg nærmere realisering av innebygd serielysbue deteksjon i Easee-ladere.

Series electric arcs can occur in a circuit by wrongly installed, damaged or ageing electrical equipment. It is the most common electrical cause of fires, and realizing series electric arc detection can improve the safety of the circuit. In this thesis an algorithm is developed that detects series electric arcs based on current measurements by utilizing digital signal processing. It guaranties a relay release within 120 ms from when arcing starts. The algorithm is specifically developed for Easee chargers to be implemented on its embedded microcontroller, by using its available resources and measurements, without changing its hardware. In this way, the detection can be implemented as a built-in function on both new and existing chargers in the field through over-the-air updates. Ever though it is designed for Easee chargers, the principle may be converted to other electrical equipment or measuring systems as well. Feature extraction is the essential part of the algorithm, and five methods are developed and compared. The chosen method is based on high-pass filtering, but all the methods shows promising results and can be used in future development. A dataset of measurements taken by the charger was collected of normal and arcing signals using an electric arc generator. The algorithm is tested using the dataset and manages to detect all the arcing signals without any false positives. However, the dataset is too small to conclude that the algorithm works sufficiently, but it indicates very promising results. There is still more work to be done before the algorithm can be realized. This thesis forms a basis for further development and is a step towards realizing built-in series electric arc detection in Easee chargers.