RU117686U1 - ELECTRICAL INSTALLATION PROTECTION DEVICE WITH EMERGENCY ELECTRIC ARC DETECTION FUNCTION - Google Patents

ELECTRICAL INSTALLATION PROTECTION DEVICE WITH EMERGENCY ELECTRIC ARC DETECTION FUNCTION Download PDF

Info

Publication number
RU117686U1
RU117686U1 RU2011132158/08U RU2011132158U RU117686U1 RU 117686 U1 RU117686 U1 RU 117686U1 RU 2011132158/08 U RU2011132158/08 U RU 2011132158/08U RU 2011132158 U RU2011132158 U RU 2011132158U RU 117686 U1 RU117686 U1 RU 117686U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
output
electrical installation
voltage
arc
Prior art date
Application number
RU2011132158/08U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Константинович Монаков
Александр Владимирович Минченко
Антон Александрович Козырев
Сергей Викторович Фролов
Original Assignee
Владимир Константинович Монаков
Александр Владимирович Минченко
Антон Александрович Козырев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Константинович Монаков, Александр Владимирович Минченко, Антон Александрович Козырев filed Critical Владимир Константинович Монаков
Priority to RU2011132158/08U priority Critical patent/RU117686U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU117686U1 publication Critical patent/RU117686U1/en

Links

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Заявляемая полезная модель относится к устройствам в области электроэнергетики и пожарной безопасности и предназначена для предотвращения возгораний и повреждений кабельных линий и элементов электроустановок, возникающих при перегрузках, коротких замыканиях, токах утечки и зажигании электрической дуги путем обесточивания потребителей. Технической задачей предлагаемого устройства является повышение достоверности определения процесса горения последовательной, параллельной электрической дуги и дуги на землю в электроустановке, снижение ложных обнаружений дуги при работе с нерезистивными нагрузками, в особенности с коллекторными двигателями, нагрузками с импульсными источниками и устройствами с большими кратностями пусковых токов по отношению к номинальным, а также возможность работы в сети с изменяющимся составом нагрузок. Для решения технической задачи в устройство, содержащее датчик тока нагрузки, к выходу которого подключен фильтр, сигнал с которого подают на усилитель с двухполупериодным выпрямителем, выходом подключенный к интегрирующему элементу, на вход которого также подают сигнал отрицательной обратной связи, после чего сигнал на выходе интегрирующего элемента сравнивают с пороговым с помощью компаратора и, в случае превышения, подают сигнал отключения электроустановки на исполнительный узел, вводят датчик напряжения, выходом подключенный к фильтру, сигнал с которого подают на усилитель, с выхода которого - на аналого-цифровой преобразователь, выходом подключенный к блоку управления и анализа; сигнал датчика тока нагрузки с выхода усилителя с двухполупериодным выпрямителем преобразуют в напряжение и подают на аналого-цифровой преобразователь, выходом подключенный также к блоку управления и анализа, который представляет собой цифровое логическое устройство, с помощью которого производят интегрирование сигналов, пропорциональных значениям перепадов тока, анализируют группы сигналов соседних импульсов перепадов тока, измеряют мгновенные значения напряжения сети в моменты возникновения импульсов перепадов тока и исключают импульсы, не соответствующие условиям зажигания электрической дуги, затем из полученного значения напряжения, пропорционального импульсам перепадов тока, вычитают напряжение смещения, пропорциональное регулярной и периодической составляющей сигнала перепадов тока, полученный результат сравнивают с пороговым значением, характерным для пожароопасной ситуации при горении дуги и, в случае его превышения формируют сигналы на отключение электроустановки, который с выхода блока управления и анализа подают на индикатор, а также на усилитель, выход которого подключен к реле, которое приводит в действие исполнительный механизм, воздействующий на контактную группу, с помощью которого осуществляют обесточивание контролируемой электроустановки. Устройство может быть конструктивно и функционально объединено с АВ, при этом изменяют алгоритм работы устройства, и встроенная функция защиты от сверхтоков и коротких замыканий деактивируется. Устройство может быть конструктивно и функционально объединено с УЗО, при этом изменяют алгоритм работы устройства, и встроенная функция защиты от токов утечки деактивируется. Из устройства может быть исключен исполнительный узел, в этом случае сигнал управления подают на катушку контактора, пускателя или иного внешнего устройства коммутации. Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами фиг.1-3. На фиг.1 представлена схема включения устройства в сеть. На фиг.2 - структурная схема устройства. На фиг.3 - алгоритмы работы блока управления и анализа устройства. Устройство может размещаться во вводном или распределительном щитах (фиг.1), конструктивно объединяться со штепсельными розетками и вилками нагрузок (потребителей электроэнергии), выполняться в отдельном корпусе. Устройство обеспечивает обнаружение электрической дуги, перегрузки и тока утечки в сетях и нагрузках, подключенных к его выходным клеммам. На фиг.1, а, б, в обозначены нагрузки с электрической дугой на землю, параллельной и последовательной дугой соответственно. Устройство содержит блок защиты от волновых перенапряжений 3, датчики тока нагрузки 4, дифференциального тока 6 и напряжения 5, блок питания 24, блок обработки сигнала Б, исполнительный узел А и включается в сеть последовательно с контролируемой частью электроустановки. Устройство функционирует следующим образом. Напряжение сети подают на входные клеммы 1, которое затем поступает на контактную группу 2, используемую для отключения нагрузки в случае аварийной ситуации, блок защиты от волновых перенапряжений 3, препятствующий прохождению кратковременных импульсных перенапряжений в контролируемую электроустановку, на группу датчиков 4-6 и на выходные клеммы 7. Сигнал с датчика тока нагрузки 4 подают на фильтр 9, выделяющий характерные для процесса горения дуги перепады тока, усиливают с помощью усилителя 13 и суммируют с сигналом усилителя напряжения смещения 17, после чего подают на АЦП 18 для оцифровки и дальнейшей обработки блоком управления и анализа 22. Сигналы датчиков напряжения 5 и тока утечки 6 обрабатываются аналогично, за исключением суммирования с напряжением смещения. Блок управления и анализа 22 представляет собой микроконтроллер или иное цифровое логическое устройство, с помощью которого осуществляют сбор, анализ сигналов с датчиков, подачу сигналов индикации аварийной ситуации 21 и на размыкание контактной группы 2 с помощью исполнительного механизма 8. Предварительно сигнал усиливают усилителем 16 до уровня, достаточного для срабатывания реле 12 привода исполнительного механизма 8. Работа блока управления и анализа 22 осуществляется по определенным алгоритмам (фиг.3). Предлагаемое техническое решение отличается от известных тем, что оно дополнительно содержит в себе операции сравнения перепадов тока с областью допустимых для зажигания дуги напряжений и алгоритм корректировки времени накопления перепадов для регистрации нестабильной дуги или дуги малой мощности. The inventive utility model relates to devices in the field of electric power and fire safety and is intended to prevent fire and damage to cable lines and electrical components that occur during overloads, short circuits, leakage currents and ignition of an electric arc by de-energizing consumers. The technical task of the proposed device is to increase the reliability of determining the combustion process of a sequential, parallel electric arc and an arc to the ground in an electrical installation, to reduce false arc detections when working with non-resistive loads, in particular with collector motors, loads with pulsed sources and devices with high multiples of starting currents in relative to the nominal, as well as the ability to work in a network with a changing composition of the loads. To solve the technical problem, a device containing a load current sensor is connected to the output of the filter, the signal from which is fed to an amplifier with a half-wave rectifier, the output is connected to an integrating element, the input of which also receives a negative feedback signal, after which the signal at the output of the integrating the element is compared with the threshold using a comparator and, in case of exceeding, they send a signal to turn off the electrical installation to the actuating unit, a voltage sensor is introduced, connected to the fi to the liter, the signal from which is fed to the amplifier, the output of which is to an analog-to-digital converter, connected to the control and analysis unit by output; the signal of the load current sensor from the output of the amplifier with a half-wave rectifier is converted into voltage and fed to an analog-to-digital converter, the output also connected to a control and analysis unit, which is a digital logic device, by which the integration of signals proportional to the values of the current drops is analyzed groups of signals of adjacent impulses of current drops, measure the instantaneous voltage values of the network at the moments of occurrence of pulses of current drops and exclude pulses that do not correspond to the conditions of ignition of the electric arc, then the bias voltage proportional to the regular and periodic components of the signal of the current drops is subtracted from the obtained voltage value proportional to the current differential pulses, the obtained result is compared with the threshold value characteristic of a fire hazard situation during arc burning and, in if it is exceeded, they generate signals to turn off the electrical installation, which from the output of the control and analysis unit is fed to the indicator, as well as to the force the output of which is connected to a relay that drives the actuator acting on the contact group, by means of which the controlled electrical installation is de-energized. The device can be structurally and functionally combined with AB, while changing the algorithm of the device, and the built-in function of protection against overcurrents and short circuits is deactivated. The device can be structurally and functionally combined with an RCD, while changing the algorithm of the device, and the built-in function of protection against leakage currents is deactivated. An actuating unit can be excluded from the device, in this case, the control signal is supplied to the coil of the contactor, starter, or other external switching device. The proposed utility model is illustrated by the drawings of figures 1-3. Figure 1 presents a diagram of the inclusion of the device in the network. Figure 2 - structural diagram of the device. Figure 3 - algorithms of the control unit and analysis of the device. The device can be placed in the inlet or distribution boards (Fig. 1), structurally combined with plug sockets and load plugs (power consumers), performed in a separate housing. The device provides detection of an electric arc, overload and leakage current in networks and loads connected to its output terminals. Figure 1, a, b, c shows the load with an electric arc on the ground, parallel and sequential arc, respectively. The device comprises a surge protection unit 3, load current sensors 4, differential current 6 and voltage 5, a power supply 24, a signal processing unit B, an actuation unit A and is connected to the network in series with the controlled part of the electrical installation. The device operates as follows. The mains voltage is supplied to the input terminals 1, which then goes to the contact group 2, used to disconnect the load in case of an emergency, the surge protection unit 3, which prevents the passage of short-term surge surges to a controlled electrical installation, to a group of sensors 4-6 and to the output terminals 7. The signal from the load current sensor 4 is fed to a filter 9, which distinguishes the current differences characteristic of the arc burning process, is amplified by an amplifier 13 and summed with a signal from a voltage amplifier with escheniya 17, then fed to the ADC 18 for digitizing and further processing and analysis by the control unit 22. Signals voltage sensors 5 and 6, leakage current is processed similarly, except summing the bias voltage. The control and analysis unit 22 is a microcontroller or other digital logic device, with the help of which they collect, analyze signals from sensors, send alarm indication signals 21 and open contact group 2 using an actuator 8. The signal is preliminarily amplified by amplifier 16 to a level sufficient to operate the relay 12 of the actuator actuator 8. The operation of the control unit and analysis 22 is carried out according to certain algorithms (figure 3). The proposed technical solution differs from the known ones in that it additionally contains operations for comparing current drops with the range of voltage acceptable for ignition of the arc and an algorithm for adjusting the accumulation time of the differences for recording an unstable or low power arc.

Description

Заявляемая полезная модель относится к устройствам в области электроэнергетики и пожарной безопасности и предназначена для предотвращения возгораний и повреждений кабельных линий и элементов электроустановок, возникающих при перегрузках, коротких замыканиях, токах утечки и зажигании электрической дуги путем обесточивания потребителей.The inventive utility model relates to devices in the field of electric power and fire safety and is intended to prevent fire and damage to cable lines and electrical components that occur during overloads, short circuits, leakage currents and ignition of an electric arc by de-energizing consumers.

В электроустановках и кабельных линиях бытовых и производственных объектов из-за некачественных монтажных работ, под влиянием температурных перепадов, повышенной влажности, механических воздействий происходит постепенная деградация изоляционных материалов кабелей и контактных групп устройств коммутации - контакторов, реле, выключателей и подключения нагрузки - штепсельных розеток, патронов ламп и т.д.), приводящая к возможности возникновения коротких замыканий, токов утечки на землю и зажигания электрической дуги, выделению тепловой энергии и, как следствие, к увеличению температуры поврежденных элементов, что во многих случаях приводит к возгоранию.In electrical installations and cable lines of domestic and industrial facilities, due to poor-quality installation work, under the influence of temperature extremes, high humidity, and mechanical influences, insulating materials of cables and contact groups of switching devices — contactors, relays, switches and load sockets — are gradually degraded, lampholders, etc.), leading to the possibility of short circuits, leakage currents to the ground and ignition of the electric arc, the release of heat energy and, as a consequence, to increase the temperature of damaged elements, which in many cases leads to fire.

Устройства защиты от сверхтоков, коротких замыканий - автоматические выключатели (АВ) и от превышения токами утечки безопасных значений - устройства защитного отключения (УЗО) - широко известны и повсеместно применяются в электроэнергетике. Указанные устройства не позволяют обнаружить и (или) отключить электроустановку при появлении электрической дуги.Protection devices against overcurrents, short circuits - circuit breakers (AB) and against leakage currents exceeding safe values - residual current devices (RCDs) - are widely known and are widely used in the electric power industry. These devices do not allow to detect and (or) turn off the electrical installation when an electric arc appears.

Доля пожаров, возникающих из-за ненадежного контакта элементов электроустановок, которые не приводят к коротким замыканиями и перегрузкам, достигает 80% [Павлов Д.Д. Исследование и разработка интеллектуального устройства искробезопасности для систем автоматики: дис. канд. техн. наук: 05.13.05 Владимир, 2006 РГБ ОД, 61:06-5/3843, стр.12], поэтому применение устройства защиты электроустановки с функцией детектирования аварийной электрической дуги целесообразно на промышленных предприятиях, в особенности на объектах добычи, хранения и транспортировки нефтепродуктов и газа, горнодобывающей промышленности, эксплуатации ядовитых и взрывоопасных веществ, мукомольных производств, элеваторах, других пожаро- и взрывоопасных объектах специального, военного и гражданского назначения и в быту.The proportion of fires arising from unreliable contact of electrical components that do not lead to short circuits and overloads reaches 80% [D. Pavlov Research and development of an intelligent intrinsic safety device for automation systems: dis. Cand. tech. Sciences: 05.13.05 Vladimir, 2006 RSL OD, 61: 06-5 / 3843, p. 12], therefore, the use of an electrical installation protection device with the function of detecting an emergency electric arc is advisable at industrial enterprises, especially at oil production, storage and transportation facilities and gas, mining, the operation of toxic and explosive substances, flour mills, elevators, other fire and explosive facilities for special, military and civil purposes and in everyday life.

Явление возникновения электрической дуги объясняется образованием ионизированного участка проводимости в местах некачественного контакта. Горение дуги на переменном токе происходит с периодическим повторением циклов зажигания и гашения.The phenomenon of the appearance of an electric arc is explained by the formation of an ionized conduction site in places of poor contact. Arc burning on alternating current occurs with a periodic repetition of the ignition and extinguishing cycles.

Различают три вида дуги: последовательную, параллельную и дугу на землю.There are three types of arc: sequential, parallel and an arc to the ground.

Последовательная электрическая дуга возникает при нарушении надежного контакта в цепи с подключенной нагрузкой. Ток последовательной дуги ограничивается номинальным током нагрузки.A sequential electric arc occurs when a reliable contact in the circuit with the connected load is broken. The series current is limited by the rated load current.

Параллельная электрическая дуга возникает при дуговом коротком замыкании между фазными и (или) нейтральным проводниками.A parallel electric arc occurs during an arc short circuit between phase and (or) neutral conductors.

Дуга на землю является частным случаем параллельной дуги и возникает при дуговом коротком замыкании между фазными проводниками и заземленными частями электроустановки (проводник защитного заземления).An arc to earth is a special case of a parallel arc and occurs during an arc short circuit between phase conductors and grounded parts of the electrical installation (protective earth conductor).

При стабильном горении параллельная дуга может привести к срабатыванию автоматического выключателя защиты от сверхтоков, а дуга на землю - к срабатыванию УЗО.With stable combustion, a parallel arc can cause the overcurrent protection circuit breaker to trip, and an arc to the ground can cause an RCD to trip.

Однако, в большинстве случаев процесс горения дуги нестабилен, что затрудняет ее регистрацию обычными средствами защиты сети. В частности, последовательную дугу штатными средствами защиты (АВ, УЗО) обнаружить невозможно. Для этой цели необходимы устройства нового поколения.However, in most cases, the arc burning process is unstable, which makes it difficult to register with conventional network protection tools. In particular, it is impossible to detect a sequential arc with standard protective equipment (AB, RCD). For this purpose, a new generation of devices is needed.

Известно устройство [патент России RU 2159468 С1 7 G08B 17/ 06, G08B 25/10, опубл. 20.06.2005], в соответствии с которым на вводе электрической сети измеряют суммарный электрический ток. Из измеренного суммарного тока путем фильтрации выделяют сигнал высоких гармоник, определяемый переходным сопротивлением. Сформированный сигнал усиливают, выпрямляют и накапливают в течение установленного времени. В процессе накопления сравнивают величину суммарного сигнала с заданным уровнем сравнения. Каждый уровень сравнения выбирается для соответствующей степени пожарной опасности сети. В зависимости от величины накопленного сигнала, соответствующего достигнутому уровню сравнения, формируют сигнал предупреждения или команду на отключение электрической сети.A device is known [Russian patent RU 2159468 C1 7 G08B 17/06, G08B 25/10, publ. 06/20/2005], according to which the total electric current is measured at the input of the electric network. From the measured total current by filtering, a high harmonics signal is determined, determined by the transition resistance. The generated signal is amplified, rectified and accumulated over a set time. During the accumulation process, the value of the total signal is compared with a given level of comparison. Each comparison level is selected for the corresponding degree of fire hazard of the network. Depending on the magnitude of the accumulated signal corresponding to the achieved comparison level, a warning signal or a command to turn off the electrical network is generated.

Недостатками данного устройства являются низкая достоверность детектирования последовательной электрической дуги при использовании в электрических сетях с большой частотой коммутации нагрузок, так как в качестве информативного показателя используется сигнал высоких гармоник, появляющийся также при коммутации нагрузок и работе коллекторных двигателей; невозможность полного соответствия жестко заданных пределов степеней пожарной опасности реальным условиям функционирования электроустановки.The disadvantages of this device are the low reliability of detecting a sequential electric arc when used in electrical networks with a high switching frequency of loads, since a high harmonics signal is used as an informative indicator, which also appears when switching loads and the operation of collector motors; the impossibility of full compliance with the strictly specified limits of the degrees of fire hazard to the actual operating conditions of the electrical installation.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является устройство [патент США 5,691,869, опубл. 25.12.1997], содержащее датчик тока, блок обработки сигнала и исполнительный узел, совмещенный с контактной группой автоматического выключателя; при этом схема обработки сигнала включает фильтры низких и высоких частот, двухполупериодный выпрямитель, интегрирующий элемент, а также схему, формирующую напряжение смещения для снижения вероятности ложных срабатываний, которая содержит датчик тока утечки. Устройство реагирует на увеличение перепада тока, сопровождающего каждое зажигание дуги, и периодичность перепадов; абсолютные значения амплитуд суммируются в течение установленного интервала времени, и, в случае превышения порогового значения, устройство отключает электроустановку. Устройство также реагирует на перегрузку, короткое замыкание в сети и на превышение током утечки допустимого значения.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed utility model is a device [US patent 5,691,869, publ. 12/25/1997], comprising a current sensor, a signal processing unit and an actuating unit combined with a contact group of a circuit breaker; wherein the signal processing circuit includes low and high frequency filters, a half-wave rectifier, an integrating element, and a circuit that generates a bias voltage to reduce the likelihood of false alarms, which contains a leakage current sensor. The device responds to an increase in the current drop that accompanies each ignition of the arc, and the frequency of the drops; the absolute values of the amplitudes are summed over the set time interval, and, in case of exceeding the threshold value, the device turns off the electrical installation. The device also responds to overload, a short circuit in the network and to excess current leakage acceptable value.

Данное устройство принято за прототип.This device is taken as a prototype.

Существенными недостатками прототипа являются возможность ложного детектирования дуги при нормальном функционировании нагрузок с большими пусковыми токами, необеспечение пожарной безопасности при наличии электрической дуги малой мощности, ошибочное обнаружение дуги и отключение нагрузки при работе коллекторных двигателей и импульсных источников питания, отсутствие регистрации горения электрической дуги при подключенных индуктивных нагрузках.Significant disadvantages of the prototype are the possibility of false arc detection during normal operation of loads with high inrush currents, inadequate fire safety in the presence of a low-power electric arc, erroneous detection of the arc and disconnection of the load during the operation of collector motors and switching power supplies, lack of registration of burning of the electric arc when connected inductive loads.

Технической задачей предлагаемого устройства является повышение достоверности определения процесса горения последовательной, параллельной электрической дуги и дуги на землю в электроустановке, снижение ложных обнаружений дуги при работе с нерезистивными нагрузками, в особенности с коллекторными двигателями, нагрузками с импульсными источниками и устройствами с большими кратностями пусковых токов по отношению к номинальным, а также возможность работы в сети с изменяющимся составом нагрузок.The technical task of the proposed device is to increase the reliability of determining the combustion process of a sequential, parallel electric arc and an arc to the ground in an electrical installation, to reduce false arc detections when working with non-resistive loads, in particular with collector motors, loads with pulsed sources and devices with high multiples of starting currents in relative to the nominal, as well as the ability to work in a network with a changing composition of the loads.

Для решения технической задачи в устройство, содержащее датчик тока нагрузки, к выходу которого подключен фильтр, сигнал с которого подают на усилитель с двухполупериодным выпрямителем, выходом подключенный к интегрирующему элементу, на вход которого также подают сигнал отрицательной обратной связи, после чего сигнал на выходе интегрирующего элемента сравнивают с пороговым с помощью компаратора и, в случае превышения, подают сигнал отключения электроустановки на исполнительный узел, вводят датчик напряжения, выходом подключенный к фильтру, сигнал с которого подают на усилитель, с выхода которого - на аналого-цифровой преобразователь, выходом подключенный к блоку управления и анализа; сигнал датчика тока нагрузки с выхода усилителя с двухполупериодным выпрямителем преобразуют в напряжение и подают на аналого-цифровой преобразователь, выходом подключенный также к блоку управления и анализа, который представляет собой цифровое логическое устройство, с помощью которого производят интегрирование сигналов, пропорциональных значениям перепадов тока, анализируют группы сигналов соседних импульсов перепадов тока, измеряют мгновенные значения напряжения сети в моменты возникновения импульсов перепадов тока и исключают импульсы, не соответствующие условиям зажигания электрической дуги, затем из полученного значения напряжения, пропорционального импульсам перепадов тока, вычитают напряжение смещения, пропорциональное регулярной и периодической составляющей сигнала перепадов тока, полученный результат сравнивают с пороговым значением, характерным для пожароопасной ситуации при горении дуги и, в случае его превышения формируют сигналы на отключение электроустановки, который с выхода блока управления и анализа подают на индикатор, а также на усилитель, выход которого подключен к реле, которое приводит в действие исполнительный механизм, воздействующий на контактную группу, с помощью которого осуществляют обесточивание контролируемой электроустановки.To solve the technical problem, a device containing a load current sensor is connected to the output of the filter, the signal from which is fed to an amplifier with a half-wave rectifier, the output is connected to an integrating element, the input of which also receives a negative feedback signal, after which the signal at the output of the integrating the element is compared with the threshold using a comparator and, in case of exceeding, they send a signal to turn off the electrical installation to the actuating unit, a voltage sensor is introduced, connected to the fi to the liter, the signal from which is fed to the amplifier, the output of which is to an analog-to-digital converter, connected to the control and analysis unit by output; the signal of the load current sensor from the output of the amplifier with a half-wave rectifier is converted to voltage and fed to an analog-to-digital converter, the output also connected to a control and analysis unit, which is a digital logic device, by which the integration of signals proportional to the values of the current drops is analyzed groups of signals of adjacent impulses of current drops, measure the instantaneous voltage values of the network at the moments of occurrence of pulses of current drops and exclude pulses that do not correspond to the conditions of ignition of the electric arc, then the bias voltage proportional to the regular and periodic components of the signal of the current drops is subtracted from the obtained voltage value proportional to the current differential pulses, the result is compared with a threshold value characteristic of a fire hazard situation during arc burning and, in if it is exceeded, they generate signals to turn off the electrical installation, which from the output of the control and analysis unit is fed to the indicator, as well as to the force the output of which is connected to a relay that drives the actuator acting on the contact group, by means of which the controlled electrical installation is de-energized.

Устройство может быть конструктивно и функционально объединено с АВ, при этом изменяют алгоритм работы устройства, и встроенная функция защиты от сверхтоков и коротких замыканий деактивируется.The device can be structurally and functionally combined with AB, while changing the algorithm of the device, and the built-in function of protection against overcurrents and short circuits is deactivated.

Устройство может быть конструктивно и функционально объединено с УЗО, при этом изменяют алгоритм работы устройства, и встроенная функция защиты от токов утечки деактивируется.The device can be structurally and functionally combined with an RCD, while changing the algorithm of the device, and the built-in function of protection against leakage currents is deactivated.

Из устройства может быть исключен исполнительный узел, в этом случае сигнал управления подают на катушку контактора, пускателя или иного внешнего устройства коммутации.An actuating unit can be excluded from the device, in this case, the control signal is supplied to the coil of the contactor, starter, or other external switching device.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами фиг.1-3.The proposed utility model is illustrated by the drawings of figures 1-3.

На фиг.1 представлена схема включения устройства в сеть.Figure 1 presents a diagram of the inclusion of the device in the network.

На фиг.2 - структурная схема устройства.Figure 2 - structural diagram of the device.

На фиг.3 - алгоритмы работы блока управления и анализа устройства.Figure 3 - algorithms of the control unit and analysis of the device.

Устройство может размещаться во вводном или распределительном щитах (фиг.1), конструктивно объединяться со штепсельными розетками и вилками нагрузок (потребителей электроэнергии), выполняться в отдельном корпусе. Устройство обеспечивает обнаружение электрической дуги, перегрузки и тока утечки в сетях и нагрузках, подключенных к его выходным клеммам.The device can be placed in the inlet or distribution boards (Fig. 1), structurally combined with plug sockets and load plugs (power consumers), performed in a separate housing. The device provides detection of an electric arc, overload and leakage current in networks and loads connected to its output terminals.

На фиг.1, а, б, в обозначены нагрузки с электрической дугой на землю, параллельной и последовательной дугой соответственно.Figure 1, a, b, c shows the load with an electric arc on the ground, parallel and sequential arc, respectively.

Устройство содержит блок защиты от волновых перенапряжений 3, датчики тока нагрузки 4, тока утечки 6 и напряжения 5, блок питания 24, блок обработки сигнала Б, исполнительный узел А и включается в сеть последовательно с контролируемой частью электроустановки.The device comprises a surge protection unit 3, load current sensors 4, leakage current 6 and voltage 5, a power supply 24, a signal processing unit B, an actuation unit A and is connected to the network in series with the controlled part of the electrical installation.

Устройство функционирует следующим образом.The device operates as follows.

Напряжение сети подают на входные клеммы 1, которое затем поступает на контактную группу 2, используемую для отключения нагрузки в случае аварийной ситуации, блок защиты от волновых перенапряжений 3, препятствующий прохождению кратковременных импульсных перенапряжений в контролируемую электроустановку, на группу датчиков 4-6 и на выходные клеммы 7.The mains voltage is supplied to the input terminals 1, which then goes to the contact group 2, used to disconnect the load in case of emergency, the surge protection unit 3, which prevents the passage of short-term surge surges to a controlled electrical installation, to a group of sensors 4-6 and to the output terminals 7.

Сигнал с датчика тока нагрузки 4 подают на фильтр 9, выделяющий характерные для процесса горения дуги перепады тока, усиливают и выпрямляют с помощью усилителя с двухполупериодным выпрямителем 13 и суммируют с сигналом усилителя напряжения смещения 17, после чего подают на АЦП 18 для оцифровки и дальнейшей обработки блоком управления и анализа 22. Сигналы датчиков напряжения 5 и тока утечки 6 обрабатываются аналогично, за исключением суммирования с напряжением смещения.The signal from the load current sensor 4 is fed to a filter 9, which distinguishes the current differences characteristic of the arc burning process, amplified and rectified using an amplifier with a half-wave rectifier 13 and summed with a signal from a bias voltage amplifier 17, after which it is fed to the ADC 18 for digitization and further processing the control and analysis unit 22. The signals of the voltage sensors 5 and the leakage current 6 are processed similarly, with the exception of summing with the bias voltage.

Блок управления и анализа 22 представляет собой микроконтроллер или иное цифровое логическое устройство, с помощью которого осуществляют сбор, анализ сигналов с датчиков, подачу сигналов индикации аварийной ситуации 21 и на размыкание контактной группы 2 с помощью исполнительного механизма 8. Предварительно сигнал усиливают усилителем 16 до уровня, достаточного для срабатывания реле 12 привода исполнительного механизма 8.The control and analysis unit 22 is a microcontroller or other digital logic device, with the help of which they collect, analyze signals from sensors, provide signals for indicating an emergency situation 21 and open contact group 2 using an actuator 8. The signal is preliminarily amplified by an amplifier 16 to a level sufficient to operate the relay 12 of the actuator actuator 8.

Работа блока управления и анализа 22 осуществляется по следующим алгоритмам (фиг.3, а, б, в).The operation of the control unit and analysis 22 is carried out according to the following algorithms (Fig.3, a, b, c).

Алгоритм детектирования электрической дуги представлен в виде структурной схемы на фиг.3, а.The algorithm for detecting an electric arc is presented in the form of a structural diagram in figure 3, a.

После инициализации переменных и сброса счетчиков с датчиков тока нагрузки 4 (фиг.2) и напряжения 5 после фильтрации и усиления поступают сигналы, пропорциональные току нагрузки и напряжению сети. Далее вычисляется текущий перепад тока как абсолютное значение приращения сигнала между двумя соседними отсчетами.After the variables are initialized and the counters are reset from the load current sensors 4 (FIG. 2) and voltage 5, after filtering and amplification, signals proportional to the load current and the network voltage are received. Next, the current current difference is calculated as the absolute value of the signal increment between two adjacent samples.

Текущий.Перепад=|Тек.Отсчет-Предыд.Отсчет.|Current. Delta = | Current. Report-Previous. Report. |

Перепад проверяют на принадлежность к области анализа, ограниченную значениями напряжения сети и временем зажигания (гашения) аварийной электрической дуги. В случае выхода за границы области анализа значение перепада не учитывается. За одну область анализа запоминается один максимальный перепад. Затем производится усреднение перепадов за несколько областей анализа. Перепады, значительно отличающиеся от среднего значения, не учитываются. Перепады суммируются в течение времени накопления и образуют величину накопления, которая сравнивается с установленным при инициализации предельным значением. При превышении предельного значения вырабатывается команда на отключение электроустановки. Если значение ниже предельного, то проверяется условие на превышение временем анализа установленного значения, и в случае превышения происходит сдвиг окна анализа по временной шкале, а величина накопления за предыдущий интервал времени накопления учитывается при последующем анализе и обнуляется. Сигнал смещения пропорционален регулярной и периодической составляющей тока электрической дуги. Вычитанием сигнала смещения из сигнала последующих перепадов с датчика тока нагрузки после его фильтрации и усиления производится компенсация влияния нагрузок со штатной электрической дугой - коллекторных двигателей - путем корректировки величины накопления. В зависимости от условий анализа величина накопления обнуляется, сохраняется либо изменяется. При достаточно низкой частоте возникновения перепадов сигнала время накопления увеличивается.The difference is checked for belonging to the field of analysis, limited by the values of the mains voltage and the ignition (extinction) time of the emergency electric arc. In the case of going beyond the boundaries of the analysis area, the value of the differential is not taken into account. For one area of analysis, one maximum differential is remembered. Then, the differences are averaged over several areas of analysis. Differences that differ significantly from the average are not taken into account. The differences are summed over the accumulation time and form the accumulation value, which is compared with the limit value set during initialization. If the limit value is exceeded, a command is issued to turn off the electrical installation. If the value is lower than the limit, then the condition is checked for the analysis time exceeding the set value, and in case of exceeding, the analysis window is shifted along the time scale, and the accumulation value for the previous accumulation time interval is taken into account during the subsequent analysis and is reset. The bias signal is proportional to the regular and periodic component of the arc current. Subtracting the bias signal from the signal of subsequent drops from the load current sensor after filtering and amplifying it compensates for the effect of loads with a standard electric arc - collector motors - by adjusting the accumulation value. Depending on the conditions of the analysis, the accumulation value is reset, stored or changed. With a sufficiently low frequency of occurrence of signal drops, the accumulation time increases.

Алгоритм детектирования превышения максимально допустимого значения тока утечки представлен в виде структурной схемы на фиг.3, б.The detection algorithm for exceeding the maximum allowable value of the leakage current is presented in the form of a structural diagram in figure 3, b.

С датчика тока утечки 6 (фиг.2) после фильтрации и усиления поступает сигнал, пропорциональный току утечки. После обработки сигнал, эквивалентный действующему значению тока утечки, сравнивается с предельным и, в случае превышения, подается команда на отключение.From the leakage current sensor 6 (figure 2) after filtering and amplification, a signal is proportional to the leakage current. After processing, the signal equivalent to the effective value of the leakage current is compared with the limit and, in case of excess, a trip command is issued.

Алгоритм детектирования превышения током нагрузки максимального значения представлен в виде структурной схемы на фиг.3, в.The algorithm for detecting excess current load maximum value is presented in the form of a structural diagram in figure 3, c.

С датчика тока нагрузки 4 (фиг.2) после фильтрации и усиления поступает сигнал, пропорциональный току нагрузки. После обработки сигнал, эквивалентный действующему значению тока утечки, сравнивается с предельным и, в случае превышения и отработки временной задержки в зависимости от кратности превышения и установленной характеристики выключателя (В, С, D согласно ГОСТ Р 50345-99) подается команда на отключение.From the load current sensor 4 (figure 2) after filtering and amplification, a signal is proportional to the load current. After processing, the signal equivalent to the effective value of the leakage current is compared with the limit one and, in case of exceeding and working out the time delay, depending on the excess frequency and the set circuit breaker characteristic (B, C, D according to GOST R 50345-99), a trip command is given.

Устройство детектирования аварийной электрической дуги применяют как в виде отдельного узла, так и совмещенным с АВ, УЗО или контактором (пускателем, реле) в различных сочетаниях.The device for detecting an emergency electric arc is used both as a separate unit, and combined with an AB, RCD or contactor (starter, relay) in various combinations.

При объединении с АВ исключают функцию мониторинга действующего значения тока нагрузки и исполнительный узел (используются тепловой и электромагнитный расцепители АВ 23), при объединении с УЗО - функцию мониторинга действующего значения тока утечки, датчик 6 тока утечки, фильтр 11, усилитель 15, АЦП 20 и исполнительный узел, при использовании контактора или иного коммутатора тока нагрузки (пускателя, реле) исключают реле 12, исполнительный механизм 8 и контактную группу 2 исполнительного узла, а сигнал управления с усилителя 16 подают на вход внешнего коммутатора.When combined with AB, the function of monitoring the effective value of the load current and the actuating unit (using thermal and electromagnetic releases AB 23 are used), when combined with RCDs, the function of monitoring the effective value of the leakage current, leakage current sensor 6, filter 11, amplifier 15, ADC 20 and actuating unit, when using a contactor or other switch of the load current (starter, relay) exclude relay 12, actuator 8 and contact group 2 of the actuating unit, and the control signal from amplifier 16 is fed to the input outside his switch.

Возможно применение устройства в отдельном функциональном исполнении в качестве дополнительного элемента электробезопасности при наличии АВ и УЗО в последовательном включении.It is possible to use the device in a separate functional design as an additional element of electrical safety in the presence of AB and RCD in series connection.

Предлагаемое техническое решение отличается от известных тем, что оно дополнительно содержит в себе операции сравнения перепадов тока с областью допустимых для зажигания дуги напряжений и алгоритм корректировки времени накопления перепадов для регистрации нестабильной дуги или дуги малой мощности, что приводит к существенному возрастанию достоверности детектирования дуги.The proposed technical solution differs from the known ones in that it additionally contains operations for comparing current drops with the range of voltage acceptable for ignition of the arc and an algorithm for adjusting the accumulation time of the differences for recording an unstable arc or low-power arc, which leads to a significant increase in the reliability of arc detection.

Claims (4)

1. Устройство защиты электроустановки с функцией детектирования аварийной электрической дуги, содержащее датчик тока нагрузки, к выходу которого подключен фильтр, сигнал с которого подают на усилитель с двухполупериодным выпрямителем, выходом подключенный к интегрирующему элементу, на вход которого также подают сигнал отрицательной обратной связи, после чего сигнал на выходе интегрирующего элемента сравнивают с пороговым с помощью компаратора и, в случае превышения, подают сигнал отключения электроустановки на исполнительный узел, отличающееся тем, что в устройстве дополнительно установлен датчик напряжения, выходом подключенный к фильтру, сигнал с которого подают на усилитель, с выхода которого - на аналого-цифровой преобразователь, выходом подключенный к блоку управления и анализа; сигнал датчика тока нагрузки с выхода усилителя с двухполупериодным выпрямителем преобразуют в напряжение и подают на аналого-цифровой преобразователь, выходом подключенный также к блоку управления и анализа, который представляет собой цифровое логическое устройство, с помощью которого производят интегрирование сигналов, пропорциональных значениям перепадов тока, анализируют группы сигналов соседних импульсов перепадов тока, измеряют мгновенные значения напряжения сети в моменты возникновения импульсов перепадов тока и исключают импульсы, не соответствующие условиям зажигания электрической дуги, затем из полученного значения напряжения, пропорционального импульсам перепадов тока, вычитают напряжение смещения, пропорциональное регулярной и периодической составляющей сигнала перепадов тока, полученный результат сравнивают с пороговым значением, характерным для пожароопасной ситуации при горении дуги, и в случае его превышения формируют сигналы на отключение электроустановки, который с выхода блока управления и анализа подают на индикатор, а также на усилитель, выход которого подключен к реле, которое приводит в действие исполнительный механизм, воздействующий на контактную группу, с помощью которого осуществляют обесточивание контролируемой электроустановки.1. An electrical installation protection device with an emergency arc detection function, comprising a load current sensor, to the output of which a filter is connected, the signal from which is fed to an amplifier with a half-wave rectifier, connected to an integrating element, the input of which also receives a negative feedback signal, after why the signal at the output of the integrating element is compared with a threshold using a comparator and, in case of exceeding, a shutdown signal of the electrical installation is fed to the actuator Leach in that the device is further installed a voltage sensor connected to the filter output signal from which is fed to an amplifier, the output of which - to an analog-digital converter, the output connected to the control and analysis unit; the signal of the load current sensor from the output of the amplifier with a half-wave rectifier is converted to voltage and fed to an analog-to-digital converter, the output also connected to a control and analysis unit, which is a digital logic device, by which the integration of signals proportional to the values of the current drops is analyzed groups of signals of adjacent impulses of current drops, measure the instantaneous voltage values of the network at the moments of occurrence of pulses of current drops and exclude pulses that do not correspond to the conditions of ignition of the electric arc, then the bias voltage proportional to the regular and periodic components of the signal of the current drops is subtracted from the obtained voltage value proportional to the current differential pulses, the result is compared with the threshold value characteristic of a fire hazard situation during arc burning, and if it is exceeded, they generate signals to turn off the electrical installation, which from the output of the control and analysis unit is fed to the indicator, as well as to the force the output of which is connected to a relay that drives the actuator acting on the contact group, by means of which the controlled electrical installation is de-energized. 2. Устройство защиты электроустановки с функцией детектирования аварийной электрической дуги по п.1 конструктивно и функционально объединяют с автоматическим выключателем защиты от сверхтоков (АВ).2. The electrical installation protection device with the emergency arc detection function according to claim 1 is structurally and functionally combined with an overcurrent protection circuit breaker (AB). 3. Устройство защиты электроустановки с функцией детектирования аварийной электрической дуги по п.1 конструктивно и функционально объединяют с устройством защитного отключения (УЗО).3. The electrical installation protection device with the emergency arc detection function according to claim 1 is structurally and functionally combined with a residual current device (RCD). 4. Устройство защиты электроустановки с функцией детектирования аварийной электрической дуги по п.1 конструктивно и функционально объединяют с контактором (пускателем, реле).
Figure 00000001
4. The electrical installation protection device with the emergency arc detection function according to claim 1 is structurally and functionally combined with a contactor (starter, relay).
Figure 00000001
RU2011132158/08U 2011-08-01 2011-08-01 ELECTRICAL INSTALLATION PROTECTION DEVICE WITH EMERGENCY ELECTRIC ARC DETECTION FUNCTION RU117686U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011132158/08U RU117686U1 (en) 2011-08-01 2011-08-01 ELECTRICAL INSTALLATION PROTECTION DEVICE WITH EMERGENCY ELECTRIC ARC DETECTION FUNCTION

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011132158/08U RU117686U1 (en) 2011-08-01 2011-08-01 ELECTRICAL INSTALLATION PROTECTION DEVICE WITH EMERGENCY ELECTRIC ARC DETECTION FUNCTION

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU117686U1 true RU117686U1 (en) 2012-06-27

Family

ID=46682483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011132158/08U RU117686U1 (en) 2011-08-01 2011-08-01 ELECTRICAL INSTALLATION PROTECTION DEVICE WITH EMERGENCY ELECTRIC ARC DETECTION FUNCTION

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU117686U1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2576629C2 (en) * 2013-05-01 2016-03-10 ЭЛСТЕР СОЛЮШНЗ, ЭлЭлСи Detection of high temperature in socket of electric-measuring instrument
RU2633518C2 (en) * 2013-06-21 2017-10-13 ШНЕЙДЕР ЭЛЕКТРИК ЮЭсЭй, ИНК. Method for detecting arc short circuits with application of switched elements in socket
RU2644564C2 (en) * 2013-07-01 2018-02-13 ШНЕЙДЕР ЭЛЕКТРИК ЮЭсЭй, ИНК. Method for protecting socket device from parallel arc fault upstream

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2576629C2 (en) * 2013-05-01 2016-03-10 ЭЛСТЕР СОЛЮШНЗ, ЭлЭлСи Detection of high temperature in socket of electric-measuring instrument
RU2633518C2 (en) * 2013-06-21 2017-10-13 ШНЕЙДЕР ЭЛЕКТРИК ЮЭсЭй, ИНК. Method for detecting arc short circuits with application of switched elements in socket
US10114057B2 (en) 2013-06-21 2018-10-30 Schneider Electric USA, Inc. Method to detect arcing faults using switched elements at outlet
RU2644564C2 (en) * 2013-07-01 2018-02-13 ШНЕЙДЕР ЭЛЕКТРИК ЮЭсЭй, ИНК. Method for protecting socket device from parallel arc fault upstream
US10084304B2 (en) 2013-07-01 2018-09-25 Schneider Electric USA, Inc. Upstream parallel arc fault outlet protection method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9978553B2 (en) Apparatus, system and method for total protection from electrical faults
CA2739783C (en) Apparatus and method to detect a series arc fault of an electrical circuit
CA2623718C (en) A ground-fault circuit-interrupter system for three-phase electrical power systems
KR101454203B1 (en) Low current arc detecting system
US9219360B2 (en) Safe quick disconnect leakage protector
EP2424059A2 (en) Methods, systems, and apparatus for detecting arc flash events using current and voltage
WO2016105551A1 (en) Apparatus, system and method for total protection from electrical faults
CN102749533A (en) Low-voltage arc fault detection method
KR101708005B1 (en) Dc overload and combined arc interruption device
CA2527086A1 (en) Method and device for the detection of fault current arcing in electric circuits
CN202676813U (en) Low-voltage arc fault detection apparatus
RU117686U1 (en) ELECTRICAL INSTALLATION PROTECTION DEVICE WITH EMERGENCY ELECTRIC ARC DETECTION FUNCTION
JP6509029B2 (en) Distribution board
Abd Azzis et al. Automated electrical protection system for domestic application
KR101464246B1 (en) Arc detection breaker using ZCT
RU2479866C1 (en) Method for emergency electric arc detection and device for its realisation
CN211554134U (en) Device for judging small current variable by apparent power
Por et al. A study of arc fault current in low voltage switchboard
RU2159468C1 (en) Method for prevention of fire upon failure in mains or electric equipment, and device which implements said method
AU2018101001A4 (en) Apparatus, system and method for alarm triggered electrical supply disconnection
RU2515996C2 (en) Method for dynamic detection of accidental electric discharge and device for its implementation
RU117734U1 (en) DEVICE FOR DYNAMIC DETECTION OF EMERGENCY ELECTRIC DISCHARGE
Kaiser et al. A Comprehensive Approach for Safety in DC-Microgrids
CN210924832U (en) Intelligent multifunctional power consumption measuring and controlling device
CN102117994A (en) All-round leakage protection plug for monitoring live detectability of ground wire

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20130802