EA046497B1

EA046497B1 - METHOD FOR PROTECTING THE NETWORK FROM SEQUENTIAL ARC FAILURE AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE DECLARED METHOD

Info

Publication number: EA046497B1
Application number: EA202390298
Authority: EA
Inventors: Иван Иванович Овчарик; Тарас Николаевич Павелко; Антон Андреевич Гаврилов; Константин Анатолиевич Ходаков
Original assignee: Аджакс Системс Кипр Холдингс Лтд
Priority date: 2022-07-04
Filing date: 2023-02-09
Publication date: 2024-03-21

Description

Область техникиField of technology

Изобретение относится к области электричества, а именно к аварийным защитным системам, предназначенным для обнаружения последовательного дугового пробоя, который возникает в электрической цепи, способу защиты от него и устройству для реализации заявленного способа.The invention relates to the field of electricity, namely to emergency protective systems designed to detect a sequential arc breakdown that occurs in an electrical circuit, a method of protection against it, and a device for implementing the claimed method.

Уровень техникиState of the art

Дуговой пробой представляет собой спонтанное возникновение последовательной или параллельной электрической дуги между проводниками, которое вызывает их опасный локальный перегрев и воспламенение изоляции и близлежащих конструкций и является одной из главных причин бытовых пожаров из-за неисправности электрической проводки. Примером параллельного дугового пробоя, возникающего между двумя проводниками, то есть фазным и нулевым проводником или фазным проводником и проводником заземления, является повреждение изоляции силового кабеля или шнура, что позволяет электрическому току переходить между указанными проводниками через поврежденную изоляцию. Параллельный дуговой пробой обычно переходит в короткое замыкание, при котором срабатывает защита от чрезмерного тока с помощью традиционных предохранителей, автоматических выключателей (АВ), устройств дифференциального тока или их комбинации. Последовательный дуговой пробой возникает между концами разрыва электрической цепи единичного проводника. Типичными причинами его возникновения являются длительный перегрев проводов недостаточного сечения, старение изоляционных материалов, локальные повреждения проводов, например, грызунами, мебелью или вследствие несовершенного монтажа, ослабленные контакты розеток, выключателей и патронов для электроламп. Изоляция может также повреждаться вследствие высокой влажности в помещении или длительного воздействия ультрафиолетового излучения (Ерашова Ю.Н., Ившин И.В., Ившин И.И., Тюрин А.Н. Испытания устройства защиты от дугового пробоя и искровых промежутков на срабатывание// Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23. № 3. С. 168-180. doi:10.30724/1998-9903-2021-23-3168-180.2AO ТАТЭЛЕКТРОМОНТАЖ, г. Казань, Россия// https://www.energvret.ru/iour/article/view/1852/764). Последовательный дуговой пробой является более опасным по сравнению с параллельным дуговым пробоем, поскольку он не детектируется в цепи нагрузки ни автоматическими выключателями, ни устройствами дифференциального тока, ни их комбинацией вследствие того, что ток, протекающий в цепи при последовательном дуговом пробое, меньше тока, который протекает в исправной цепи.An arc flash is the spontaneous occurrence of a series or parallel electrical arc between conductors, which causes dangerous local overheating and ignition of the insulation and nearby structures and is one of the main causes of household fires due to faulty electrical wiring. An example of a parallel arc fault occurring between two conductors, that is, a phase and a neutral conductor or a phase conductor and a ground conductor, is when the insulation of a power cable or cord is damaged, which allows electric current to pass between said conductors through the damaged insulation. A parallel arc fault typically develops into a short circuit that triggers overcurrent protection using conventional fuses, circuit breakers (CBs), residual current devices, or a combination thereof. A sequential arc breakdown occurs between the ends of a single conductor electrical circuit break. Typical causes of its occurrence are prolonged overheating of wires of insufficient cross-section, aging of insulating materials, local damage to wires, for example, by rodents, furniture or due to imperfect installation, loose contacts of sockets, switches and lamp sockets. Insulation can also be damaged due to high humidity in the room or prolonged exposure to ultraviolet radiation (Erashova Yu.N., Ivshin I.V., Ivshin I.I., Tyurin A.N. Testing of a protection device against arc breakdown and spark gaps for operation/ / News of higher educational institutions. Problems of energy. 2021. T. 23. No. 3. P. 168-180. doi:10.30724/1998-9903-2021-23-3168-180.2AO TATELEKTROMONTAZH, Kazan, Russia // https ://www.energvret.ru/iour/article/view/1852/764). A series arc fault is more dangerous than a parallel arc fault because it is not detected in the load circuit by either circuit breakers, residual current devices, or a combination thereof due to the fact that the current flowing in the circuit during a series arc fault is less than the current that flows in a good circuit.

В последние десятилетия, благодаря развитию электроники и возможности широкого применения относительно недорогих микроконтроллеров, для обнаружения дугового пробоя и снижения его отрицательных эффектов путем разъединения цепи, начали использовать электронные устройства защиты от дугового пробоя (УЗДП), которые с помощью микроконтроллера отслеживают и анализируют высокочастотные составляющие тока путем цифровой обработки сигналов. Основной сферой использования УЗДП являются бытовые низковольтные сети, а главной задачей - предупреждение пожара, обусловленного дуговым пробоем неисправной проводки.In recent decades, thanks to the development of electronics and the possibility of widespread use of relatively inexpensive microcontrollers, electronic arc flash protection devices (AFPDs) have begun to be used to detect arc faults and reduce its negative effects by disconnecting the circuit, which, using a microcontroller, monitor and analyze high-frequency components of the current. by digital signal processing. The main area of use of AFDDs is household low-voltage networks, and the main task is to prevent fire caused by arc breakdown of faulty wiring.

Из уровня техники известно большое количество устройств и способов защиты от последовательного дугового пробоя, среди которых заявителем отобрано несколько технических решений, которые по совокупности существенных признаков являются ближайшими к предложенному изобретению.A large number of devices and methods of protection against sequential arc breakdown are known from the state of the art, among which the applicant has selected several technical solutions that, in terms of their essential features, are closest to the proposed invention.

Так, из патента US 10060964 B2 от 28.08.2018г. известны система и способ обнаружения дугового пробоя, включающие компонент измерения тока, который определяет, соответствует ли частота тока целевой частоте, по меньшей мере один сверхрегенеративный высокочастотный приемник, настроенный на целевую частоту и выполненный с возможностью приема тока от компонента измерения тока на целевой частоте, передачи тока в накопительную цепь по меньшей мере одного высокочастотного приемника, определение периода времени для колебаний внутри по меньшей мере одного высокочастотного приемника, который соответствует последовательному появлению тока, достигающего напряжения гашения для накопительной цепи, и по меньшей мере один микроконтроллер, связанный с по меньшей мере одним высокочастотным приемником, предназначенный для определения амплитуды тока на основе периода времени и обнаружения того, произошло ли дуговое замыкание, по крайней мере частично, на основе амплитуды тока с последующим формированием и отправкой сигнала отключения на механизм отключения для гашения дугового замыкания. При этом высокочастотный приемник содержит связанные между собой в рабочем состоянии катушку индуктивности и конденсатор, которые образуют резонансный контур, а также генератор, детектор и амплитудный детектор. Недостатком предложенного технического решения является то, что высокочастотный приемник, используемый в электронной схеме в соответствии с заявленным изобретением, характеризуется сложностью производства и установки в автоматических выключателях и/или центрах распределения электроэнергии. Кроме того, решение не предусматривает анализ сигналов о возникновении токов низких частот в сети и использование сетевых фильтров высоких частот, задачей которых является ослабление высокочастотных помех, что значительно снижает чувствительность системы при обнаружении дугового пробоя в сети с одновременным увеличением случаев ложных срабатываний.Thus, from patent US 10060964 B2 dated August 28, 2018. A system and method for detecting an arc fault are known, including a current sensing component that determines whether the frequency of the current corresponds to a target frequency, at least one super-regenerative high-frequency receiver tuned to the target frequency and configured to receive current from the current sensing component at the target frequency, transmitting current into a storage circuit of the at least one high-frequency receiver, determining a period of time for oscillations within the at least one high-frequency receiver that corresponds to the sequential occurrence of a current reaching a damping voltage for the storage circuit, and at least one microcontroller coupled to the at least one a high-frequency receiver designed to determine the amplitude of the current based on a period of time and detect whether an arc fault has occurred, at least in part, based on the amplitude of the current, and then generate and send a trip signal to the trip mechanism to extinguish the arc fault. In this case, the high-frequency receiver contains an inductor and a capacitor connected to each other in the operating state, which form a resonant circuit, as well as a generator, a detector and an amplitude detector. The disadvantage of the proposed technical solution is that the high-frequency receiver used in the electronic circuit in accordance with the claimed invention is characterized by the complexity of production and installation in circuit breakers and/or power distribution centers. In addition, the solution does not provide for the analysis of signals about the occurrence of low-frequency currents in the network and the use of high-frequency network filters, the task of which is to attenuate high-frequency interference, which significantly reduces the sensitivity of the system when detecting an arc fault in the network, while simultaneously increasing the incidence of false alarms.

В патенте на изобретение US 10078105 B2 от 18.09.2018 г. раскрыта электрическая система с обнаружением дугового пробоя, содержащая первый электрический компонент; второй электрический комInvention patent US 10078105 B2 dated September 18, 2018 discloses an arc fault detection electrical system comprising a first electrical component; second electric com

- 1 046497 понент; проводник, электрически соединяющий между собой первый и второй электрические компоненты; датчик, предназначенный для обнаружения мощности потока переменного тока в проводнике и формирования сигнала переменного тока, пропорционального мощности потока переменного тока; полосовой фильтр, электрически связанный с датчиком и предназначенный для приема и фильтрации сигнала переменного тока, при этом полосовой фильтр предназначен для пропуска сигналов переменного тока на частотах, связанных с дуговым разрядом, и задержки сигналов переменного тока на других частотах, а также для генерирования напряжения переменного тока, пропорционального сигналам переменного тока, пропущенным полосовым фильтром; контроллер, электрически связанный с полосовым фильтром, который принимает и измеряет напряжение переменного тока от полосового фильтра и сконфигурирован для добавления последовательных значений напряжения переменного тока, полученных от полосового фильтра, за определенный период времени. В соответствии с предложенным техническим решением, определение факта появления дугового пробоя происходит на основе просуммированных значений напряжения переменного тока, при этом контроллер сконфигурирован для осуществления взвешенного подсчета, значение которого увеличивается в случае превышения порогового значения суммарным напряжением переменного тока и уменьшается в случае, когда суммарные значения напряжения переменного тока не превышают установленный порог и сигнализирует о факте появления дугового пробоя при превышении напряжением пороговых значений. Недостатком предложенного технического решения является то, что в качестве полосовых фильтров используются преимущественно три фильтра Саллена-Ки шестого порядка с тремя операционными усилителями, которые характеризуются сложностью строения, относительно высокой параметрической чувствительностью к паразитным параметрам операционного усилителя, а также тем, что температурные коэффициенты пассивных RC элементов фильтра не позволяют компенсировать обусловленные действием операционного усилителя изменения не только амплитудночастотных, но и фазово-частотных характеристик в полосе пропускания.- 1 046497 components; a conductor electrically connecting the first and second electrical components to each other; a sensor designed to detect the power of an alternating current flow in a conductor and generate an alternating current signal proportional to the power of the alternating current flow; a bandpass filter electrically coupled to the sensor and designed to receive and filter an AC signal, the bandpass filter being designed to pass AC signals at frequencies associated with arcing and delay AC signals at other frequencies, and to generate an AC voltage current proportional to the AC signals passed through the bandpass filter; a controller electrically coupled to the bandpass filter that receives and measures an AC voltage from the bandpass filter and is configured to add successive AC voltage values received from the bandpass filter over a specified period of time. In accordance with the proposed technical solution, the determination of the occurrence of an arc fault occurs on the basis of the summed values of the AC voltage, while the controller is configured to perform a weighted count, the value of which increases if the total AC voltage exceeds a threshold value and decreases if the total values AC voltages do not exceed the set threshold and signals the occurrence of an arc breakdown when the voltage exceeds the threshold values. The disadvantage of the proposed technical solution is that mainly three sixth-order Sallen-Key filters with three operational amplifiers are used as bandpass filters, which are characterized by structural complexity, relatively high parametric sensitivity to the parasitic parameters of the operational amplifier, and also by the fact that the temperature coefficients of passive RC filter elements do not allow one to compensate for changes in not only amplitude-frequency, but also phase-frequency characteristics in the passband caused by the action of the operational amplifier.

В патенте US 8373570 B2 от 12.02.2013 г. раскрыт способ и устройство, которые могут использоваться для обнаружения как параллельного, так и последовательного дуговых пробоев. В соответствии с предложенным техническим решением, ток нагрузки от электрической цепи питания контролируют таким образом, чтобы сигналы как высоких, так и низких частот измерялись в течение определенных периодов времени. При этом, согласно с заявленным изобретением, под сигналами низких частот понимают сигналы на уровне 60 Гц, а под сигналами высоких частот - сигналы на уровне 10 - 100 кГц. Сигналы высоких частот вычисляют интегральным способом, например, путем добавления многих взятых выборок, а для идентификации возникновения дугового события требуется определенное количество высокочастотной энергии в течение полупериода, при этом на наличие дуги указывает присутствие определенного количества таких дуговых событий за полупериод в течение определенного отрезка времени. Среднеквадратическое значение (RMS) низкочастотного компонента энергии используется для определения серьезности дуги. Чем выше сила тока нагрузки, тем быстрее УЗДП будет реагировать, отключая нагрузку от источника переменного тока и тем меньшее количество дуговых событий, вычисленных на основе сигналов высоких частот, требуется для срабатывания УЗДП. Сигналы низких и высоких частот вычисляют с помощью устройства смешанных сигналов преимущественно в виде микроконтроллера, содержащего цифровой процессор сигналов, логические схемы и схемы управления, аналого-цифровой преобразователь и генератор широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Недостатком предложенного технического решения является то, что оно предусматривает обработку сигналов в относительно узком частотном диапазоне в пределах до 100 кГц и не рассчитано на обнаружение дугового пробоя на более высоких частотах, что приводит к существенному снижению чувствительности заявленных способа и устройства, ведь характерной особенностью тока дугового пробоя является достаточно широкий спектр распределения частот, достигающий значений до 1 ГГц.Patent US 8373570 B2 dated 02/12/2013 discloses a method and device that can be used to detect both parallel and sequential arc faults. According to the proposed technical solution, the load current from the electrical supply circuit is controlled so that both high and low frequency signals are measured for certain periods of time. In this case, according to the claimed invention, low frequency signals are understood to be signals at a level of 60 Hz, and high frequency signals are understood to be signals at a level of 10 - 100 kHz. High frequency signals are calculated in an integral manner, for example by adding many samples taken, and identifying the occurrence of an arc event requires a certain amount of high frequency energy per half cycle, and the presence of an arc is indicated by the presence of a certain number of such arc events per half cycle for a certain period of time. The root mean square (RMS) value of the low frequency component of the energy is used to determine the severity of the arc. The higher the load current, the faster the AFDD will respond to disconnect the load from the AC source and the fewer arc events calculated from the high frequency signals are required to trigger the AFDD. The low and high frequency signals are calculated using a mixed signal device, primarily in the form of a microcontroller containing a digital signal processor, logic and control circuits, an analog-to-digital converter, and a pulse width modulation (PWM) generator. The disadvantage of the proposed technical solution is that it provides for signal processing in a relatively narrow frequency range up to 100 kHz and is not designed to detect arc breakdown at higher frequencies, which leads to a significant decrease in the sensitivity of the claimed method and device, because a characteristic feature of the arc current breakdown is a fairly wide spectrum of frequency distribution, reaching values up to 1 GHz.

За ближайший аналог изобретения принято устройство и способ защиты от последовательного дугового пробоя по патенту US 11105864 B2 от 31.08.2021 г., предусматривающие наличие первой и второй линии электропередачи; низкочастотного датчика, через который проходит первая линия электропередачи; высокочастотного датчика, через который проходят первая и вторая линии электропередачи; микропроцессора; схемы прерывания, сконфигурированной для прерывания одной или нескольких из первой и второй линий электропередачи в ответ на сигнал прерывания, полученный от микропроцессора. Согласно изобретению, микропроцессор выполнен с возможностью обработки исходных данных низкочастотного и высокочастотного датчиков с целью обнаружения факта дугового пробоя, при этом обработка основывается на множестве измерений величины тока низкочастотным датчиком или множестве измерений величины тока высокочастотным датчиком и включает в себя вычисления по меньшей мере одного скачка тока, среднего тока и максимального среднего тока, после чего микропроцессор передает сигнал прерывания на цепь прерывания в случае обнаружения факта дугового пробоя. При этом скачок тока представляет собой разность значений тока между двумя последовательными измерениями тока из множества измерений, средний ток представляет собой среднее значение множества измерений тока, а максимальный средний ток представляет собой максимальное значение множества средних токов множества измерений тока. В соответствии с предложенным техническим решением, высокочастотный датчик представляет собой трансформатор, содержащий катушку, намотанную на воздушный сердечник илиThe closest analogue of the invention is a device and method for protection against sequential arc flashover according to patent US 11105864 B2 dated August 31, 2021, which provides for the presence of a first and second power transmission line; a low-frequency sensor through which the first power line passes; a high-frequency sensor through which the first and second power lines pass; microprocessor; an interrupt circuit configured to interrupt one or more of the first and second power lines in response to an interrupt signal received from the microprocessor. According to the invention, the microprocessor is configured to process the initial data of the low-frequency and high-frequency sensors in order to detect the fact of an arc breakdown, wherein the processing is based on a plurality of current measurements by a low-frequency sensor or a plurality of current measurements by a high-frequency sensor and includes calculations of at least one current jump , average current and maximum average current, after which the microprocessor transmits an interrupt signal to the interrupt circuit if an arc fault is detected. Here, the current surge represents the difference in current values between two consecutive current measurements from a plurality of measurements, the average current represents the average value of a plurality of current measurements, and the maximum average current represents the maximum value of a plurality of average currents of a plurality of current measurements. In accordance with the proposed technical solution, the high-frequency sensor is a transformer containing a coil wound on an air core or

- 2 046497 магнитный сердечник с высокой магнитной проводимостью, а низкочастотный датчик является обычным датчиком тока или трансформатором тока, при этом датчики настроены для обнаружения дуговых пробоев в заданном диапазоне частот. В различных примерах исполнения диапазоны высоких частот соответствуют значениям выше частоты линии электропередачи, то есть выше 1 МГ ц или составляют более 2 МГц или более 4 МГц, а диапазоны низких частот соответствуют частоте линии электропередачи или составляют 0-2 МГц или 0-4 МГц соответственно. Недостатком предложенного технического решения является сложный алгоритм его реализации, а также то, что для уменьшения отрицательного влияния посторонних шумов, возникающих, например, под воздействием напряжения, кроме использования фильтров высоких частот, используются также различные комбинации взаимного расположения датчиков, например, низкочастотный датчик может располагаться внутри высокочастотного датчика или наоборот, что является недостаточно эффективным, увеличивает риск ложных срабатываний и, соответственно, отрицательно влияет на эффективность работы заявленного устройства, а также существенно усложняет его конструкцию и требует корпус больших размеров.- 2 046497 magnetic core with high magnetic conductivity, and the low frequency sensor is a conventional current sensor or current transformer, and the sensors are configured to detect arc faults in a given frequency range. In various embodiments, the high frequency ranges correspond to values above the power line frequency, that is, above 1 MHz or greater than 2 MHz or greater than 4 MHz, and the low frequency ranges correspond to the power line frequency or are 0-2 MHz or 0-4 MHz, respectively. . The disadvantage of the proposed technical solution is the complex algorithm for its implementation, and also the fact that in order to reduce the negative influence of extraneous noise arising, for example, under the influence of voltage, in addition to using high-pass filters, various combinations of relative positions of sensors are also used, for example, a low-frequency sensor can be located inside a high-frequency sensor or vice versa, which is not efficient enough, increases the risk of false alarms and, accordingly, negatively affects the efficiency of the claimed device, and also significantly complicates its design and requires a large housing.

Суть изобретенияThe essence of the invention

В основу изобретения поставлена задача создать надежный и алгоритмически простой способ защиты сети от последовательного дугового пробоя и простое по конструкции, легкое в производстве и установке устройство для его реализации, которые позволяют достичь технического результата, заключающегося в обеспечении высокой чувствительности обнаружения последовательного дугового пробоя с одновременной минимизацией чувствительности к сигналам, возникающим в сети при работе определенных устройств, таких как коллекторные двигатели, импульсные блоки питания и другие, и, как следствие, существенному уменьшению ложных срабатываний за счет выделения и анализа высокочастотного и низкочастотного сигналов, которые являются признаками наличия пробоя, и сравнение этих сигналов на компараторе с динамическими опорными сигналами, уровень которых формируется в зависимости от фазы сетевой синусоиды.The basis of the invention is the task of creating a reliable and algorithmically simple method of protecting a network from sequential arc faults and a simple design, easy to manufacture and install device for its implementation, which allow achieving the technical result of providing high sensitivity for detecting sequential arc faults while simultaneously minimizing sensitivity to signals arising in the network during the operation of certain devices, such as commutator motors, switching power supplies and others, and, as a result, a significant reduction in false alarms due to the isolation and analysis of high-frequency and low-frequency signals, which are signs of a breakdown, and comparison these signals on a comparator with dynamic reference signals, the level of which is formed depending on the phase of the network sinusoid.

Поставленная задача решается тем, что способ защиты сети от последовательного дугового пробоя заключается в следующем:The problem is solved by the fact that the method of protecting the network from sequential arc breakdown is as follows:

с выхода трансформатора тока 1 с полосой пропускания не более 5,0 МГц через пассивный фильтр 2 с частотой пропускания не менее 1,8 МГц выделяют высокочастотный сигнал и подают его на первый вход компаратора 3 канала ошибок высокой частоты 4. В процессе многих испытаний было установлено, что ограничение нижнего порога частоты до по меньшей мере 1,8 МГц существенно уменьшает уровень сигналов, возникающих в сети во время работы определенных устройств и, как следствие, вероятность восприятия таких сигналов в качестве признаков пробоя;from the output of current transformer 1 with a bandwidth of no more than 5.0 MHz through a passive filter 2 with a transmission frequency of at least 1.8 MHz, a high-frequency signal is isolated and fed to the first input of the comparator 3, high-frequency error channel 4. During many tests, it was established that limiting the lower frequency threshold to at least 1.8 MHz significantly reduces the level of signals occurring in the network during operation of certain devices and, as a consequence, the likelihood of such signals being perceived as signs of a breakdown;

одновременно с этим, через интегратор 5, превращающий ШИМ сигнал в аналоговый сигнал, на второй вход компаратора 3 канала ошибок высокой частоты 4 подают динамический опорный сигнал, который формируют модулем генератора опорного ШИМ-сигнала 6 для канала ошибок высокой частоты 4 в виде потока прямоугольных импульсов частотой 100,0 кГц, причем коэффициент заполнения ШИМсигнала формируют в зависимости от фазы основной синусоиды сети, а именно: начиная от точки перехода сетевой синусоиды через ноль к концу первой 1/8 ее периода коэффициент заполнения ШИМсигнала устанавливают в пределах 33 - 39%, с начала и до конца второй 1/8 ее периода - в пределах 0 6%, с начала третьей 1/8 ее периода и до конца пятой 1/8 ее периода - в пределах 60 - 67%, с начала и до конца шестой 1/8 ее периода - в пределах 94 - 100%, с начала седьмой 1/8 ее периода и до конца периода - в пределах 33 - 39%. В процессе проведения многих испытаний было установлено, что сигналы, схожие с сигналами от пробоя, но которые генерируются в сети определенными устройствами, по своему уровню коррелируют с фазой сетевой синусоиды. Сигналы, возникающие во время пробоя, не имеют похожей зависимости от фазы сетевой синусоиды. Изобретателями было доказано, что установление уровня заполнения опорного ШИМ сигнала в течение каждой 1/8 периода сетевой синусоиды именно в указанных пределах существенно уменьшает вероятность восприятия сигналов от устройств, которые по своему принципу работы могут генерировать высокочастотные сигналы, схожие с сигналами, возникающими при возникновении пробоя;at the same time, through the integrator 5, which converts the PWM signal into an analog signal, a dynamic reference signal is supplied to the second input of the comparator 3 of the high-frequency error channel 4, which is generated by the module of the reference PWM signal generator 6 for the high-frequency error channel 4 in the form of a stream of rectangular pulses frequency 100.0 kHz, and the duty cycle of the PWM signal is formed depending on the phase of the main sinusoid of the network, namely: starting from the point of transition of the network sinusoid through zero to the end of the first 1/8 of its period, the duty cycle of the PWM signal is set in the range of 33 - 39%, with the beginning and until the end of the second 1/8 of its period - within 0 6%, from the beginning of the third 1/8 of its period and until the end of the fifth 1/8 of its period - within 60 - 67%, from the beginning to the end of the sixth 1/ 8 of its period - within 94 - 100%, from the beginning of the seventh 1/8 of its period and until the end of the period - within 33 - 39%. In the course of many tests, it was found that signals similar to signals from a breakdown, but which are generated in the network by certain devices, correlate in their level with the phase of the network sinusoid. Signals arising during a breakdown do not have a similar dependence on the phase of the network sinusoid. The inventors have proven that setting the filling level of the reference PWM signal during each 1/8 period of the network sinusoid within the specified limits significantly reduces the likelihood of perceiving signals from devices that, by their operating principle, can generate high-frequency signals similar to the signals that arise when a breakdown occurs ;

при превышении уровня сигнала в канале ошибок высокой частоты 4 над опорным сигналом более чем на 1 мВ, формируют сигнал да, который подают и хранят в модуле накопителя ошибок 9 канала ошибок высокой частоты 4 контроллера 10;when the signal level in the high-frequency error channel 4 exceeds the reference signal by more than 1 mV, a yes signal is generated, which is supplied and stored in the error accumulator module 9 of the high-frequency error channel 4 of the controller 10;

выделяют низкочастотный сигнал с выхода трансформатора тока 1 через пассивный фильтр 11 с частотой не более 5 кГц и подают его через усилитель переменной составляющей 12 с коэффициентом усиления 20 ± 10% на первый вход компаратора 13 канала ошибок низкой частоты 14. Поскольку сигналы низкой частоты зачастую слабее похожих сигналов определенных устройств, то такое усиление существенно повышает вероятность обнаружения именно сигнала, возникающего в результате пробоя. Сравнительные опыты показали, что именно такой коэффициент усиления является оптимальным для отсеивания нежелательных сигналов низкой частоты, источником которых не является пробой.a low-frequency signal is isolated from the output of current transformer 1 through a passive filter 11 with a frequency of no more than 5 kHz and fed through a variable component amplifier 12 with a gain of 20 ± 10% to the first input of the comparator 13 of the low-frequency error channel 14. Since low-frequency signals are often weaker similar signals from certain devices, then such amplification significantly increases the likelihood of detecting the signal resulting from a breakdown. Comparative experiments have shown that this particular gain is optimal for filtering out unwanted low-frequency signals, the source of which is not a breakdown.

Одновременно с этим, через интегратор 15, превращающий ШИМ-сигнал в аналоговый сигнал, на второй вход компаратора 13 канала ошибок низкой частоты 14 подают динамический опорный сигнал, который формируют модулем генератора опорного ШИМ-сигнала 16 для канала ошибок низкой частотыAt the same time, through the integrator 15, which converts the PWM signal into an analog signal, a dynamic reference signal is supplied to the second input of the comparator 13 of the low-frequency error channel 14, which is generated by the reference PWM signal generator module 16 for the low-frequency error channel

- 3 046497 в виде потока прямоугольных импульсов частотой 100,0 кГц, причем коэффициент заполнения ШИМсигнала формируют в зависимости от фазы основной сетевой синусоиды, начиная с точки ее перехода через ноль, а именно: начиная от точки перехода сетевой синусоиды через ноль к концу первой 1/8 ее периода коэффициент заполнения устанавливают в пределах 54 - 60%, с начала и до конца второй 1/8 ее периода - в пределах 70 - 76%, с начала третьей 1/8 ее периода и до конца пятой 1/8 ее периода - в пределах 40 - 46%, с начала и до конца шестой 1/8 ее периода - в пределах 24 - 30%, с начала седьмой 1/8 ее периода и до конца периода - в пределах 54 - 60%.- 3 046497 in the form of a stream of rectangular pulses with a frequency of 100.0 kHz, and the duty cycle of the PWM signal is formed depending on the phase of the main network sinusoid, starting from the point of its transition through zero, namely: starting from the point of transition of the network sinusoid through zero to the end of the first 1 /8 of its period, the fill rate is set within 54 - 60%, from the beginning to the end of the second 1/8 of its period - within 70 - 76%, from the beginning of the third 1/8 of its period to the end of the fifth 1/8 of its period - within 40 - 46%, from the beginning to the end of the sixth 1/8 of its period - within 24 - 30%, from the beginning of the seventh 1/8 of its period to the end of the period - within 54 - 60%.

Было установлено, что сигналы низкой частоты, сходные с аналогичными сигналами от пробоя, но которые генерируются определенными потребителями, имеют зависимость от фазы сетевой синусоиды, отличной от корреляции сигнала именно от пробоя. Было проведено большое количество испытаний и статистически установлено, что формирование динамического опорного сигнала, уровень которого зависит от фазы сетевой синусоиды, уменьшает вероятность восприятия нежелательных сигналов в качестве сигналов от пробоя. Моделирование ситуации, когда в сети гарантированно нет пробоя, но подключен потребитель, такой как коллекторный двигатель или импульсный блок питания, генерирующий похожие сигналы, показало, что именно указанные выше уровни заполнения опорного ШИМ сигнала в течение периода сетевой синусоиды существенно уменьшают вероятность восприятия похожих сигналов в качестве сигналов от пробоя. Опорные ШИМ сигналы через интегратор формируют переменные аналоговые сигналы, уровень которых зависит от коэффициента заполнения ШИМ сигналов, которые, одновременно с выделенными в каналах сигналами, подаются на входы компараторов.It was found that low-frequency signals, similar to similar signals from a breakdown, but which are generated by certain consumers, have a dependence on the phase of the network sinusoid, which is different from the correlation of the signal specifically from a breakdown. A large number of tests have been carried out and it has been statistically established that the formation of a dynamic reference signal, the level of which depends on the phase of the network sinusoid, reduces the likelihood of unwanted signals being perceived as breakdown signals. Simulation of a situation where there is guaranteed to be no breakdown in the network, but a consumer is connected, such as a commutator motor or a switching power supply generating similar signals, showed that it is the above levels of filling the reference PWM signal during the period of the network sinusoid that significantly reduce the probability of perceiving similar signals in as signals from a breakdown. The reference PWM signals through the integrator generate variable analog signals, the level of which depends on the duty cycle of the PWM signals, which, simultaneously with the signals allocated in the channels, are supplied to the inputs of the comparators.

При превышении уровня сигнала канала ошибок низкой частоты 14 над опорным сигналом более чем на 1 мВ формируют сигнал да, который подают и хранят в модуле накопителя ошибок 17 канала ошибок низкой частоты 14 контроллера 10;When the signal level of the low-frequency error channel 14 exceeds the reference signal by more than 1 mV, a yes signal is generated, which is supplied and stored in the error accumulator module 17 of the low-frequency error channel 14 of the controller 10;

после накопления по меньшей мере четырех сигналов да с канала ошибок высокой частоты 4 и по меньшей мере трех сигналов да с канала ошибок низкой частоты 14 в течение по меньшей мере трех периодов сетевой синусоиды, модуль 18 проверки достижения условия обнаружения дугового пробоя контроллера 10 формирует и подает команду размыкания сети на реле 19.after accumulating at least four yes signals from the high-frequency error channel 4 and at least three yes signals from the low-frequency error channel 14 for at least three periods of the network sinusoid, module 18 checks for achieving the arc breakdown detection condition of controller 10 and generates command to open the network on relay 19.

При этом, в соответствии с вариантом исполнения изобретения по п.2 формулы, низкочастотный сигнал с выхода усилителя переменной составляющей 12 подают на компаратор 13 канала ошибок низкой частоты 14 через дополнительный фильтр 20 с полосой пропускания не более 3,0 кГц, функцией которого является сужение полосы пропускания усиленного сигнала до необходимой в канале ошибок низкой частоты с целью повышения вероятности отсеивания сигналов низкой частоты, которые генерируются определенными потребителями, с одновременным сохранением чувствительности к сигналам, возникающим именно от пробоя. В процессе проведения многих опытов было установлено, что сужение полосы сигнала низкой частоты именно после его усиления дополнительно уменьшает вероятность восприятия нежелательных сигналов в качестве сигналов о пробое и, вместе с формированием динамического опорного сигнала, делает вероятность ошибочного определения пробоя очень низкой.In this case, in accordance with the embodiment of the invention according to claim 2 of the formula, the low-frequency signal from the output of the amplifier of the variable component 12 is supplied to the comparator 13 of the low-frequency error channel 14 through an additional filter 20 with a bandwidth of no more than 3.0 kHz, the function of which is to narrow passband of the amplified signal to the low-frequency error channel required in order to increase the likelihood of screening out low-frequency signals that are generated by certain consumers, while maintaining sensitivity to signals arising specifically from breakdown. In the process of conducting many experiments, it was found that narrowing the bandwidth of a low-frequency signal precisely after its amplification further reduces the likelihood of unwanted signals being perceived as signals of a breakdown and, together with the formation of a dynamic reference signal, makes the likelihood of erroneous determination of a breakdown very low.

Вторым изобретением является устройство для защиты сети от последовательного дугового пробоя, содержащее высокочастотный трансформатор тока 1, который соединен с входом компаратора 3 через пассивный фильтр 2 с полосой пропускания не менее 1,8 МГц, образуя канал ошибок высокой частоты 4, и со входом компаратора 13 через пассивный фильтр 11 с полосой пропускания не более 5 кГц и через усилитель переменной составляющей 12, образуя канал ошибок низкой частоты 14. Устройство также содержит контроллер 10, соединенный с реле размыкания сети 19, с датчиком перехода сетевой синусоиды через ноль 8, с выходом компаратора 3 и через интегратор 5 с входом компаратора 3, с выходом компаратора 13 и через интегратор 15 с входом компаратора 13, и содержит таймер 7, программный модуль накопителя ошибок высокой частоты 9, программный модуль накопителя ошибок низкой частоты 17, программный модуль генератора опорного ШИМ-сигнала 6 для компаратора 3, программный модуль генератора опорного ШИМ-сигнала 16 для компаратора 13, программный модуль проверки достижения условия обнаружения дугового пробоя 18, соединенный с реле размыкания сети 19.The second invention is a device for protecting a network from serial arc breakdown, containing a high-frequency current transformer 1, which is connected to the input of the comparator 3 through a passive filter 2 with a bandwidth of at least 1.8 MHz, forming a high-frequency error channel 4, and to the input of the comparator 13 through a passive filter 11 with a bandwidth of no more than 5 kHz and through an amplifier of the variable component 12, forming a low-frequency error channel 14. The device also contains a controller 10 connected to a network opening relay 19, with a network sinusoid zero crossing sensor 8, with a comparator output 3 and through the integrator 5 with the input of the comparator 3, with the output of the comparator 13 and through the integrator 15 with the input of the comparator 13, and contains a timer 7, a software module for a high-frequency error accumulator 9, a software module for a low-frequency error accumulator 17, a software module for a reference PWM generator. signal 6 for comparator 3, software module for reference PWM signal generator 16 for comparator 13, software module for checking whether the arc fault detection condition has been achieved 18, connected to the network opening relay 19.

При этом, в соответствии с вариантом исполнения изобретения по п.4 формулы, в канале ошибок низкой частоты 14 между выходом усилителя переменной составляющей 12 и входом компаратора 13 установлен дополнительный фильтр 20 с полосой пропускания не более 3 кГц, функцией которого является сужение полосы пропускания усиленного сигнала до необходимой в канале ошибок низкой частоты с целью повышения вероятности отсеивания сигналов низкой частоты, которые генерируются определенными потребителями, с одновременным сохранением чувствительности к сигналам, возникающим именно от пробоя.In this case, in accordance with the embodiment of the invention according to claim 4 of the formula, in the low frequency error channel 14 between the output of the amplifier of the variable component 12 and the input of the comparator 13, an additional filter 20 with a bandwidth of no more than 3 kHz is installed, the function of which is to narrow the bandwidth of the amplified signal to the low frequency required in the error channel in order to increase the likelihood of screening out low frequency signals that are generated by certain consumers, while maintaining sensitivity to signals arising specifically from a breakdown.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Возможность реализации изобретения проиллюстрирована графическими материалами, на которых изображено следующее.The possibility of implementing the invention is illustrated by graphic materials that show the following.

Фиг. 1 представляет собой блок-схему предпочтительного варианта реализации способа защиты сети от последовательного дугового пробоя по пункту 1 формулы.Fig. 1 is a block diagram of a preferred embodiment of a method for protecting a network from a sequential arc fault according to claim 1 of the formula.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему варианта реализации способа защиты сети от последовательного дугового пробоя по п.2 формулы.Fig. 2 is a block diagram of an embodiment of a method for protecting a network from a sequential arc fault according to claim 2 of the formula.

- 4 046497- 4 046497

Фиг. 3 представляет собой графическое изображение изменения напряжения U сети со временем t в форме основной сетевой синусоиды, начиная с точки ее перехода через ноль, в течение одного периода.Fig. 3 is a graphical representation of the change in network voltage U with time t in the form of a main network sinusoid, starting from its zero crossing point, during one period.

Фиг. 4 представляет собой общий вид корпуса устройства, содержащего в своем составе интегрированный модуль защиты сети от последовательного дугового пробоя.Fig. 4 is a general view of the device housing, which contains an integrated network protection module against sequential arc fault.

Фиг. 5 представляет собой графическое изображение печатной платы с расположенным на ней трансформатором тока и микроконтроллером.Fig. 5 is a graphical representation of a printed circuit board with a current transformer and a microcontroller located on it.

Изобразительные материалы, поясняющие заявленное изобретение, а также приведенные примеры конкретного исполнения, никоим образом не ограничивают объем прав, изложенных в формуле, а только объясняют суть изобретения.Visual materials explaining the claimed invention, as well as the given examples of specific execution, in no way limit the scope of the rights set forth in the formula, but only explain the essence of the invention.

Реализация изобретенияImplementation of the invention

На фиг. 1 представлена блок-схема предпочтительного варианта реализации способа защиты сети от последовательного дугового пробоя по п. 1 формулы, согласно которой с выхода трансформатора тока 1 с полосой пропускания не более 5,0 МГц через пассивный фильтр 2 с частотой пропускания не менее 1,8 МГц выделяют высокочастотный сигнал и подают его на первый вход компаратора 3 канала ошибок высокой частоты 4. Одновременно с этим, через интегратор 5 на второй вход компаратора 3 канала ошибок высокой частоты 4 подают динамический опорный сигнал (MCU_0), который формируют модулем генератора опорного ШИМ-сигнала 6 для канала ошибок высокой частоты 4 в виде потока прямоугольных импульсов частотой 100 кГц, причем коэффициент заполнение ШИМ сигнала формируют с помощью таймера 7 и датчика перехода сетевой синусоиды через ноль 8 в зависимости от фазы основной синусоиды сети, начиная от точки перехода сетевой синусоиды через ноль, а именно: начиная от точки перехода сетевой синусоиды через ноль к концу первой 1/8 ее периода коэффициент заполнения ШИМсигнала устанавливают в пределах 33 - 39%, с начала и до конца второй 1/8 ее периода - в пределах 0 6%, с начала третьей 1/8 ее периода и до конца пятой 1/8 ее периода - в пределах 60 - 67%, с начала и до конца шестой 1/8 ее периода - в пределах 94 - 100%, с начала седьмой 1/8 ее периода и до конца периода - в пределах 33 - 39%. При превышении уровня сигнала в канале ошибок высокой частоты 4 над опорным сигналом (MCU_0) более чем на 1 мВ, формируют сигнал да, который подают и хранят в модуле накопителя ошибок 9 канала ошибок высокой частоты 4 контроллера 10.In fig. 1 shows a block diagram of the preferred embodiment of the method of protecting the network from sequential arc breakdown according to claim 1 of the formula, according to which from the output of current transformer 1 with a bandwidth of no more than 5.0 MHz through a passive filter 2 with a transmission frequency of at least 1.8 MHz a high-frequency signal is isolated and supplied to the first input of the comparator 3 of the high-frequency error channel 4. At the same time, through the integrator 5, a dynamic reference signal (MCU_0) is supplied to the second input of the comparator 3 of the high-frequency error channel 4, which is generated by the reference PWM signal generator module 6 for high frequency error channel 4 in the form of a stream of rectangular pulses with a frequency of 100 kHz, and the duty cycle of the PWM signal is formed using a timer 7 and a network sinusoid zero crossing sensor 8 depending on the phase of the main network sinusoid, starting from the zero crossing point of the network sinusoid , namely: starting from the point of transition of the network sinusoid through zero to the end of the first 1/8 of its period, the duty cycle of the PWM signal is set within 33 - 39%, from the beginning to the end of the second 1/8 of its period - within 0 6%, s the beginning of the third 1/8 of its period and until the end of the fifth 1/8 of its period - within 60 - 67%, from the beginning to the end of the sixth 1/8 of its period - within 94 - 100%, from the beginning of the seventh 1/8 of its period and until the end of the period - within 33 - 39%. When the signal level in the high-frequency error channel 4 exceeds the reference signal (MCU_0) by more than 1 mV, a yes signal is generated, which is supplied and stored in the error accumulator module 9 of the high-frequency error channel 4 of the controller 10.

Согласно предложенной блок-схеме, выделяют также низкочастотный сигнал с выхода трансформатора тока 1 через пассивный фильтр 11 с частотой не более 5 кГц и подают его через усилитель переменной составляющей 12 с коэффициентом усиления 20 ± 10% на первый вход компаратора 13 канала ошибок низкой частоты 14. При этом, в предложенном варианте реализации изобретения, пассивный фильтр 11 представляет собой пассивный фильтр низких частот второго порядка, хотя любой другой фильтр может быть использован без отступления от принципов настоящего изобретения, что является очевидным для специалиста в данной области. Одновременно с этим, через интегратор 15 во второй вход компаратора 13 канала ошибок низкой частоты 14 подают динамический опорный сигнал MCU_1, который формируют модулем генератора опорного ШИМ-сигнала 16 для канала ошибок низкой частоты 14 в виде потока прямоугольных импульсов частотой 100 кГц, причем коэффициент заполнения ШИМ сигнала формируют в зависимости от фазы основной сетевой синусоиды, начиная с точки ее перехода через ноль, а именно: начиная от точки перехода сетевой синусоиды через ноль к концу первой 1/8 ее периода коэффициент заполнения устанавливают в пределах 54 - 60%, с начала и до конца второй 1/8 ее периода в пределах 70 - 76%, с начала третьей 1/8 ее периода и до конца пятой 1/8 ее периода - в пределах 40 46%, с начала и до конца шестой 1/8 ее периода - в пределах 24 - 30%, с начала седьмой 1/8 ее периода и до конца периода - в пределах 54 - 60%. При превышении уровня сигнала канала ошибок низкой частоты 14 над опорным сигналом MCU_1 более чем на 1 мВ, формируют сигнал да, который подают и хранят в модуле накопителя ошибок 17 канала ошибок низкой частоты 14 контроллера 10.According to the proposed block diagram, a low-frequency signal is also isolated from the output of current transformer 1 through a passive filter 11 with a frequency of no more than 5 kHz and fed through a variable component amplifier 12 with a gain of 20 ± 10% to the first input of the comparator 13 of the low-frequency error channel 14 However, in the proposed embodiment of the invention, the passive filter 11 is a second-order passive low-pass filter, although any other filter can be used without departing from the principles of the present invention, which is obvious to a person skilled in the art. At the same time, through the integrator 15, a dynamic reference signal MCU_1 is supplied to the second input of the comparator 13 of the low-frequency error channel 14, which is generated by the module of the reference PWM signal generator 16 for the low-frequency error channel 14 in the form of a stream of rectangular pulses with a frequency of 100 kHz, with a duty cycle The PWM signal is formed depending on the phase of the main network sinusoid, starting from the point of its transition through zero, namely: starting from the point of transition of the network sinusoid through zero to the end of the first 1/8 of its period, the duty cycle is set in the range of 54 - 60%, from the beginning and until the end of the second 1/8 of its period within 70 - 76%, from the beginning of the third 1/8 of its period and until the end of the fifth 1/8 of its period - within 40 46%, from the beginning to the end of the sixth 1/8 of its period - within 24 - 30%, from the beginning of the seventh 1/8 of its period and until the end of the period - within 54 - 60%. When the signal level of the low frequency error channel 14 exceeds the reference signal MCU_1 by more than 1 mV, a yes signal is generated, which is supplied and stored in the error accumulator module 17 of the low frequency error channel 14 of the controller 10.

После накопления по меньшей мере четырех сигналов да с канала ошибок высокой частоты 4 и по меньшей мере трех сигналов да с канала ошибок низкой частоты 14 в течение по меньшей мере трех периодов сетевой синусоиды, модуль 18 проверки достижения условия обнаружения дугового пробоя контроллера 10 формирует и подает команду размыкания сети на реле 19.After accumulating at least four yes signals from the high-frequency error channel 4 and at least three yes signals from the low-frequency error channel 14 for at least three periods of the network sinusoid, module 18 checks for achieving the arc fault detection condition of controller 10 and generates command to open the network on relay 19.

На фиг. 2 представлена блок-схема варианта реализации способа защиты сети от последовательного дугового пробоя по п.2 формулы, согласно которой с выхода трансформатора тока 1 с полосой пропускания не более 5,0 МГц через пассивный фильтр 2 с частотой пропускания не менее 1,8 МГц выделяют высокочастотный сигнал и подают его на первый вход компаратора 3 канала ошибок высокой частоты 4. Одновременно с этим, через интегратор 5 на второй вход компаратора 3 канала ошибок высокой частоты 4 подают динамический опорный сигнал (MCU_0), который формируют модулем генератора опорного ШИМ-сигнала 6 для канала ошибок высокой частоты 4 в виде потока прямоугольных импульсов частотой 100,0 кГц, причем коэффициент заполнения ШИМ-сигнала формируют с помощью таймера 7 и датчика перехода сетевой синусоиды через ноль 8 в зависимости от фазы основной синусоиды сети, начиная от точки перехода сетевой синусоиды через ноль, а именно: начиная от точки перехода сетевой синусоиды через ноль к концу первой 1/8 ее периода коэффициент заполнения ШИМ-сигнала устанавливают в пределах 33 - 39%, с начала и до конца второй 1/8 ее периода - в пределах 0 - 6%, с начала третьей 1/8 ее периода и до конца пятой 1/8 ее периода - в пределах 60 - 67%, с начала и до конца шестой 1/8 ее периодаIn fig. 2 shows a block diagram of an embodiment of a method for protecting a network from sequential arc breakdown according to claim 2 of the formula, according to which from the output of current transformer 1 with a bandwidth of no more than 5.0 MHz through a passive filter 2 with a transmission frequency of at least 1.8 MHz high-frequency signal and feed it to the first input of the comparator 3 of the high-frequency error channel 4. At the same time, through the integrator 5, a dynamic reference signal (MCU_0) is supplied to the second input of the comparator 3 of the high-frequency error channel 4, which is generated by the reference PWM signal generator module 6 for high frequency error channel 4 in the form of a stream of rectangular pulses with a frequency of 100.0 kHz, and the duty cycle of the PWM signal is formed using a timer 7 and a network sinusoid zero crossing sensor 8 depending on the phase of the main network sinusoid, starting from the network sinusoid transition point through zero, namely: starting from the point of transition of the network sinusoid through zero to the end of the first 1/8 of its period, the duty cycle of the PWM signal is set within 33 - 39%, from the beginning to the end of the second 1/8 of its period - within 0 - 6%, from the beginning of the third 1/8 of its period to the end of the fifth 1/8 of its period - within 60 - 67%, from the beginning to the end of the sixth 1/8 of its period

- 5 046497- 5 046497

- в пределах 94 - 100%, с начала седьмой 1/8 ее периода и до конца периода - в пределах 33 - 39%. При превышении уровня сигнала в канале ошибок высокой частоты 4 над опорным сигналом (MCU_0) более чем на 1 мВ, формируют сигнал да, который подают и хранят в модуле накопителя ошибок 9 канала ошибок высокой частоты 4 контроллера 10.- within 94 - 100%, from the beginning of the seventh 1/8 of its period and until the end of the period - within 33 - 39%. When the signal level in the high-frequency error channel 4 exceeds the reference signal (MCU_0) by more than 1 mV, a yes signal is generated, which is supplied and stored in the error accumulator module 9 of the high-frequency error channel 4 of the controller 10.

Согласно предложенной блок-схеме выделяют также низкочастотный сигнал с выхода трансформатора тока 1 через пассивный фильтр 11 с частотой не более 5 кГц и подают его через усилитель переменной составляющей 12 с коэффициентом усиления 20 ± 10% на первый вход компаратора 13 канала ошибок низкой частоты 14. При этом, в предложенном варианте реализации изобретения, пассивный фильтр 11 представляет собой пассивный фильтр низких частот второго порядка, хотя любой другой фильтр может быть использован без отступления от принципов настоящего изобретения, что является очевидным для специалиста в данной области. В канале ошибок низкой частоты 14 между выходом усилителя переменной составляющей 12 и входом компаратора 13 установлен также дополнительный фильтр низких частот Саллена-Ки 20 с полосой пропускания не более 3 кГц, функцией которого является сужение полосы пропускания усиленного сигнала до необходимой в канале ошибок низкой частоты с целью повышения вероятности отсеивания сигналов низкой частоты, которые генерируются определенными потребителями, с одновременным сохранением чувствительности к сигналам, возникающим именно от пробоя. Одновременно с этим, через интегратор 15 на второй вход компаратора 13 канала ошибок низкой частоты 14 подают динамический опорный сигнал MCU_1, который формируют модулем генератора опорного ШИМ-сигнала 16 для канала ошибок низкой частоты 14 в виде потока прямоугольных импульсов частотой 100,0 кГц, причем коэффициент заполнения ШИМ сигнала формируют в зависимости от фазы основной сетевой синусоиды, начиная с точки ее перехода через ноль, а именно: начиная от точки перехода сетевой синусоиды через ноль к концу первой 1/8 ее периода коэффициент заполнения устанавливают в пределах 54 - 60%, с начала и до конца второй 1/8 ее периода - в пределах 70 - 76%, с начала третьей 1/8 ее периода и до конца пятой 1/8 ее периода - в пределах 40 - 46%, с начала и до конца шестой 1/8 ее периода - в пределах 24 - 30%, с начала седьмой 1/8 ее периода и до конца периода - в пределах 54 - 60%. При превышении уровня сигнала канала ошибок низкой частоты 14 над опорным сигналом MCU_1 более чем на 1 мВ, формируют сигнал да, который подают и хранят в модуле накопителя ошибок 17 канала ошибок низкой частоты 14 контроллера 10.According to the proposed block diagram, a low-frequency signal is also isolated from the output of current transformer 1 through a passive filter 11 with a frequency of no more than 5 kHz and fed through a variable component amplifier 12 with a gain of 20 ± 10% to the first input of the comparator 13 of the low-frequency error channel 14. However, in the proposed embodiment, the passive filter 11 is a second-order passive low-pass filter, although any other filter can be used without departing from the principles of the present invention, which is obvious to a person skilled in the art. In the low-frequency error channel 14, between the output of the variable component amplifier 12 and the input of the comparator 13, an additional Sallen-Key low-pass filter 20 with a bandwidth of no more than 3 kHz is installed, the function of which is to narrow the bandwidth of the amplified signal to the one required in the low-frequency error channel with the purpose of increasing the likelihood of screening out low-frequency signals that are generated by certain consumers, while maintaining sensitivity to signals arising specifically from a breakdown. At the same time, through the integrator 15, a dynamic reference signal MCU_1 is supplied to the second input of the comparator 13 of the low-frequency error channel 14, which is generated by the module of the reference PWM signal generator 16 for the low-frequency error channel 14 in the form of a stream of rectangular pulses with a frequency of 100.0 kHz, and The duty cycle of the PWM signal is formed depending on the phase of the main network sinusoid, starting from the point of its transition through zero, namely: starting from the point of transition of the network sinusoid through zero to the end of the first 1/8 of its period, the duty cycle is set in the range of 54 - 60%, from the beginning to the end of the second 1/8 of its period - within 70 - 76%, from the beginning of the third 1/8 of its period to the end of the fifth 1/8 of its period - within 40 - 46%, from the beginning to the end of the sixth 1/8 of its period - within 24 - 30%, from the beginning of the seventh 1/8 of its period and until the end of the period - within 54 - 60%. When the signal level of the low frequency error channel 14 exceeds the reference signal MCU_1 by more than 1 mV, a yes signal is generated, which is supplied and stored in the error accumulator module 17 of the low frequency error channel 14 of the controller 10.

На фиг. 3 представлено графическое изображение изменения напряжения U сети со временем t в форме основной сетевой синусоиды, начиная с точки ее перехода через ноль, в течение одного периода. При этом период условно делят на восемь частей: 1/8 - первая 1/8 периода, 2/8 - вторая 1/8 периода, 3/8 третья 1/8 периода, 4/8 - четвертая 1/8 периода, 5/8 - пятая 1/8 периода, 6/8 - шестая 1/8 периода, 7/8 седьмая 1/8 периода, 8/8 - конец периода, в пределах которых устанавливают соответствующие коэффициенты заполнения ШИМ сигнала по п.1 формулы данного изобретения.In fig. Figure 3 shows a graphical representation of the change in network voltage U with time t in the form of the main network sinusoid, starting from the point of its zero crossing, during one period. In this case, the period is conventionally divided into eight parts: 1/8 - the first 1/8 of the period, 2/8 - the second 1/8 of the period, 3/8 the third 1/8 of the period, 4/8 - the fourth 1/8 of the period, 5/ 8 - fifth 1/8 period, 6/8 - sixth 1/8 period, 7/8 seventh 1/8 period, 8/8 - end of the period, within which the corresponding duty cycles of the PWM signal are set according to claim 1 of the formula of this invention .

На фиг. 4 представлен общий вид корпуса 21 устройства, которое содержит в своем составе интегрированный модуль защиты сети от последовательного дугового пробоя, работающий по одной из блоксхем, представленных на фиг. 1 или на фиг. 2. Передняя поверхность 22 корпуса 21 содержит отверстия 23, сконфигурированные для оснащения заглушками. Внутри корпуса 21 размещены торцевые контакты и клеммы, предназначенные для подачи питания на вилки бытовых устройств, вставляемых в отверстия 23. Задняя поверхность 24 корпуса 21 содержит контакты 25, которые вставляются в отверстия розетки. Представленное на фиг. 4 устройство представляет собой умную розетку, или смарт розетку, представляющую собой отдельный модуль, который вставляется в розетку, а в него, в свою очередь, вставляются обычные бытовые устройства. Данный изобразительный материал используется исключительно в качестве иллюстрации одного из примеров исполнения изобретения и никоим образом не ограничивает объем прав, изложенных в формуле. Следует понимать, что модуль защиты сети от последовательного дугового пробоя может быть установлен, например, в установочную коробку, представляющую собой монтажную коробку для установки механизмов розеток в стену таким образом, что снаружи розетка остается в неизменном виде, без отступления от принципов настоящего изобретения.In fig. 4 shows a general view of the housing 21 of the device, which contains an integrated network protection module against sequential arc fault, operating according to one of the block diagrams shown in FIG. 1 or FIG. 2. The front surface 22 of the housing 21 includes openings 23 configured to be provided with plugs. Inside the housing 21 there are end contacts and terminals designed to supply power to the plugs of household devices inserted into the holes 23. The rear surface 24 of the housing 21 contains contacts 25, which are inserted into the holes of the socket. Shown in FIG. 4, the device is a smart socket, or smart socket, which is a separate module that is inserted into the socket, and ordinary household devices are, in turn, inserted into it. This graphic material is used solely as an illustration of one of the examples of the invention and does not in any way limit the scope of the rights set forth in the formula. It should be understood that the network arc fault protection module can be installed, for example, in an installation box, which is a mounting box for installing receptacle mechanisms into a wall in such a way that the external appearance of the receptacle remains unchanged, without deviating from the principles of the present invention.

На фиг. 5 представлено графическое изображение печатной платы 26 с расположенным на ней трансформатором тока 1 и микроконтроллером 10. При этом компоновка печатной платы может осуществляться с использованием известных элементов. Так, в одном из примеров реализации изобретения изобретателями были использованы микроконтроллер от компании Texas Instruments модели СС1310 и трансформатор тока собственной конструкции, построенный в виде планарного трансформатора с использованием феррита от компании TDK модели B65525J0000R049. Следует понимать, что любые другие микроконтроллеры и трансформаторы любых других производителей, а также варианты конфигураций компоновки печатной платы могут быть реализованы без отступления от принципов данного изобретения.In fig. Figure 5 shows a graphical representation of a printed circuit board 26 with a current transformer 1 and a microcontroller 10 located on it. In this case, the layout of the printed circuit board can be carried out using known elements. Thus, in one of the examples of implementation of the invention, the inventors used a microcontroller from Texas Instruments model CC1310 and a current transformer of their own design, built in the form of a planar transformer using ferrite from TDK model B65525J0000R049. It should be understood that any other microcontrollers and transformers from any other manufacturers, as well as variations in printed circuit board layout configurations, may be implemented without departing from the principles of this invention.

Следует понимать, что описанные выше формы реализации изобретения должны использоватьсяIt should be understood that the embodiments of the invention described above should be used

- 6 046497 только в качестве иллюстрации и не должны ограничивать их объем. Очевидные модификации вариантов осуществления изобретения могут быть легко сделаны специалистами в данной области без отклонения от их сути.- 6 046497 are for illustrative purposes only and are not intended to limit their scope. Obvious modifications to the embodiments of the invention can be easily made by those skilled in the art without departing from their spirit.

Claims

1. A method of protecting a network from sequential arc faults, according to which:

from the output of current transformer 1 with a bandwidth of no more than 5.0 MHz, a high-frequency signal is isolated through a passive filter 2 with a transmission frequency of at least 1.8 MHz and fed to the first input of comparator 3, high-frequency error channel 4;

at the same time, through the integrator 5, a dynamic reference signal is supplied to the second input of the comparator 3 of the high-frequency error channel 4, which is generated by the pulse-width modulation (PWM) reference signal generator module 6 for the high-frequency error channel 4 in the form of a stream of rectangular pulses with a frequency 100.0 kHz, and the duty cycle of the PWM signal is formed depending on the phase of the main sinusoid of the network, namely: starting from the point of transition of the network sinusoid through zero to the end of the first 1/8 of its period, the duty cycle of the PWM signal is set in the range of 33 - 39 %, from the beginning to the end of the second 1/8 of its period - within 0 - 6%, from the beginning of the third 1/8 of its period to the end of the fifth 1/8 of its period - within 60 - 67%, from the beginning to the end of the sixth 1/8 of its period - within 94 - 100%, from the beginning of the seventh 1/8 of its period and until the end of the period - within 33 - 39%;

when the signal level in the high-frequency error channel 4 exceeds the reference signal by more than 1 mV, a yes signal is generated, which is supplied and stored in the error accumulator module 9 of the high-frequency error channel 4 of the controller 10;

a low-frequency signal is isolated from the output of current transformer 1 through a passive filter 11 with a frequency of no more than 5 kHz and fed through an amplifier of the variable component 12 with a gain of 20 ± 10% to the first input of the comparator 13 of the low-frequency error channel 14;

at the same time, through the integrator 15, a dynamic reference signal is supplied to the second input of the comparator 13 of the low-frequency error channel 14, which is generated by the module of the reference PWM signal generator 16 for the low-frequency error channel 14 in the form of a stream of rectangular pulses with a frequency of 100.0 kHz, and the coefficient the filling of the PWM signal is formed depending on the phase of the main network sinusoid, starting from the point of its transition through zero, namely: starting from the point of transition of the network sinusoid through zero to the end of the first 1/8 of its period, the fill factor is set in the range of 54 - 60%, from the beginning to the end of the second 1/8 of its period - within 70 - 76%, from the beginning of the third 1/8 of its period to the end of the fifth 1/8 of its period - within 40 - 46%, from the beginning to the end of the sixth 1/8 of its period - within 24 - 30%, from the beginning of the seventh 1/8 of its period and until the end of the period - within 54 - 60%;

when the signal level of the low-frequency error channel 14 exceeds the reference signal by more than 1 mV, a yes signal is generated, which is supplied and stored in the error accumulator module 17 of the low-frequency error channel 14 of the controller 10;

after accumulating at least four yes signals from the high-frequency error channel 4 and at least three yes signals from the low-frequency error channel 14 for at least three periods of the network sinusoid, module 18 checks for achieving the arc breakdown detection condition of controller 10 and generates command to open the network on relay 19.

2. The method of protecting the network from sequential arc breakdown according to claim 1, characterized in that the low-frequency signal from the output of the amplifier of the variable component 12 is supplied to the comparator 13 of the low-frequency error channel 14 through an additional filter 20 with a bandwidth of no more than 3.0 kHz.

3. A device for protecting the network from sequential arc breakdown using the method according to claim 1, containing a high-frequency current transformer 1, which is connected to the input of the comparator 3 through a passive filter 2 with a bandwidth of at least 1.8 MHz, forming a high-frequency error channel 4, and with the input of the comparator 13 through a passive filter 11 with a bandwidth of no more than 5 kHz and through an amplifier of the variable component 12, forming a low-frequency error channel 14; controller 10, which is connected to the network opening relay 19, to the network sinusoid zero crossing sensor 8, to the output of the comparator 3 and through the integrator 5 to the input of the comparator 3, to the output of the comparator 13 and through the integrator 15 to the input of the comparator 13 and contains a timer 7, high frequency error accumulator software module 9, low frequency error accumulator software module 17, reference PWM signal generator software module 6 for comparator 3, reference PWM signal generator software module 16 for comparator 13, arc fault detection condition verification software module 18, connected to mains opening relay 19.

4. A network protection device against sequential arc breakdown according to claim 3, characterized in that an additional filter 20 with a bandwidth of no more than 3 kHz is installed in the low-frequency error channel 14 between the output of the variable component amplifier 12 and the input of the comparator 13.