RU117734U1 - DEVICE FOR DYNAMIC DETECTION OF EMERGENCY ELECTRIC DISCHARGE - Google Patents

DEVICE FOR DYNAMIC DETECTION OF EMERGENCY ELECTRIC DISCHARGE Download PDF

Info

Publication number
RU117734U1
RU117734U1 RU2012105716/08U RU2012105716U RU117734U1 RU 117734 U1 RU117734 U1 RU 117734U1 RU 2012105716/08 U RU2012105716/08 U RU 2012105716/08U RU 2012105716 U RU2012105716 U RU 2012105716U RU 117734 U1 RU117734 U1 RU 117734U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
samples
values
load current
signal
time interval
Prior art date
Application number
RU2012105716/08U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Юрьевич Кудрявцев
Александр Владимирович Минченко
Антон Александрович Козырев
Original Assignee
Дмитрий Юрьевич Кудрявцев
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 Дмитрий Юрьевич Кудрявцев, Александр Владимирович Минченко, Антон Александрович Козырев filed Critical Дмитрий Юрьевич Кудрявцев
Priority to RU2012105716/08U priority Critical patent/RU117734U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU117734U1 publication Critical patent/RU117734U1/en

Links

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

1. Устройство динамического обнаружения аварийного электрического разряда, содержащее датчик тока нагрузки контролируемой сети с подключенным к выходу устройством защиты входа, сигнал с которого подают на широкополосный усилитель, с выхода которого он поступает на аналого-цифровой преобразователь, с использованием которого производят дискретное по времени считывание зарегистрированного сигнала i(t) тока нагрузки контролируемой сети, аналого-цифровой преобразователь подключен к функциональному модулю - цифровому логическому устройству, с помощью которого получают M отсчетов im за промежуток времени Tj, далее из полученного набора отсчетов поэлементно вычитают набор отсчетов, полученный за предыдущий промежуток времени Tj-1: ! , ! где im - m-й элемент набора отсчетов, полученного из дискретизированного сигнала тока нагрузки, считанного за временной промежуток Tj; ! M - количество отсчетов, получаемых за промежуток времени Tj; ! полученные наборы отсчетов усредняют, применяя оператор усреднения !, ! где S - фиксированное количество отсчетов, попадающих в радиус малой окрестности τ; ! и вычисляют норму полученного результата по формуле: ! ; ! для выделения высокочастотных составляющих к исходному набору отсчетов im применяют оператор усреднения согласно формуле: ! , ! для повышения достоверности оценки исключают медленно меняющиеся составляющие последовательности отсчетов нескольких периодов анализа: из исходного набора отсчетов im поэлементно вычитают im,3, после чего вычисляют норму полученного набора чисел: ! ; ! далее из полученных значений xn,1, xn,2 вычитают средние арифметические значения наборов отсчетов xm,k, п� 1. A device for dynamic detection of an emergency electrical discharge containing a load current sensor of the monitored network with an input protection device connected to the output, the signal from which is fed to a broadband amplifier, from the output of which it is fed to an analog-to-digital converter, using which a discrete time reading is performed of the registered signal i (t) of the load current of the monitored network, the analog-to-digital converter is connected to a functional module - a digital logic device, with the help of which M samples im are obtained for the time interval Tj, then the set of samples obtained for the previous period is subtracted from the obtained set of samples time Tj-1:! ,! where im is the m-th element of the sample set obtained from the sampled load current signal read over the time interval Tj; ! M is the number of readings obtained during the time interval Tj; ! the obtained sets of samples are averaged using the averaging operator!,! where S is a fixed number of samples falling into the radius of a small neighborhood of τ; ! and calculate the norm of the result obtained by the formula:! ; ! to isolate high-frequency components, the averaging operator is applied to the initial set of samples im according to the formula:! ,! To increase the reliability of the estimate, slowly changing components of the sequence of samples of several periods of analysis are excluded: im, 3 is subtracted from the initial set of samples im, and then the norm of the resulting set of numbers is calculated:! ; ! then from the obtained values xn, 1, xn, 2 subtract the arithmetic mean values of the sets of samples xm, k, n�

Description

Полезная модель - устройство динамического обнаружения аварийного электрического разряда - относится к устройствам защиты в области электроэнергетики и пожарной безопасности, осуществляющим автоматическое отключение и непосредственно реагирующим на недопустимое отклонение от нормальных электрических рабочих параметров с последующим восстановлением соединения или без такового, а именно, к устройствам динамического обнаружения аварийного электрического разряда.A utility model - a device for dynamic detection of emergency electric discharge - relates to protection devices in the field of electric power and fire safety, which automatically shut off and directly respond to an unacceptable deviation from normal electrical operating parameters with subsequent restoration of the connection or without it, namely, to dynamic detection devices emergency electrical discharge.

В электроустановках и кабельных линиях по причине механических, химических и температурных воздействий образуются повреждения изоляции, которые приводят к нарушению порядка функционирования электрической цепи, изменению соответствующей ей совокупности характеристик и возникновению аварийных режимов работы. Наибольшую сложность в обнаружении представляют аварийные режимы, при которых протекают физические процессы с электрическими разрядами.In electrical installations and cable lines, due to mechanical, chemical and temperature influences, insulation damage is formed, which leads to a violation of the functioning of the electrical circuit, a change in the set of characteristics corresponding to it and the emergence of emergency operating modes. The greatest difficulty in detection is emergency conditions, in which physical processes with electrical discharges occur.

Особенностью современных электроустановок является наличие в них устройств с однократными или периодически повторяющимися электрическими разрядами или устройств, генерирующих форму тока, сходную с током разряда, в штатном режиме работы. В связи с этим, при разработке устройства динамического обнаружения аварийного электрического разряда возникла необходимость его разграничения на два класса - штатный электрический разряд и аварийный электрический разряд.A feature of modern electrical installations is the presence in them of devices with single or periodically repeating electrical discharges or devices that generate a current shape similar to the discharge current in normal operation. In this regard, when developing a device for the dynamic detection of emergency electrical discharge, it became necessary to distinguish it into two classes - a regular electrical discharge and emergency electrical discharge.

Под штатным электрическим разрядом (ШЭР) будем понимать разряд любого вида - искровой, дуговой и др., присущий ряду электрических машин и устройств (коллекторные электродвигатели, выключатели, контакторы, реле, сварочные аппараты, газоразрядные лампы и т.д.). К штатному электрическому разряду также можно отнести электрические процессы, протекающие в контролируемой сети, которые обладают рядом характерных для разряда признаков - переходные и коммутационные процессы, сопровождающие работу импульсных источников питания и преобразователей напряжения, устройств частотного привода и т.п.By standard electric discharge (SER) we mean a discharge of any kind - spark, arc, etc., inherent in a number of electrical machines and devices (collector motors, switches, contactors, relays, welding machines, discharge lamps, etc.). The regular electrical discharge can also include electrical processes occurring in a controlled network, which have a number of characteristics characteristic of the discharge - transient and switching processes that accompany the operation of switching power supplies and voltage converters, frequency drive devices, etc.

Аварийным электрическим разрядом (АЭР) будем считать разряд любого вида - искровой, дуговой и др., не характерный для электроустановок, машин и устройств, находящихся в исправном состоянии, который может привести к возгоранию или воспламенению изоляционных материалов и окружающих предметов и веществ.An emergency electric discharge (AER) will be considered a discharge of any kind - spark, arc, etc., which is not typical for electrical installations, machines and devices in good condition, which can lead to ignition or ignition of insulating materials and surrounding objects and substances.

Аварийный электрический разряд, в свою очередь, целесообразно разделить по ряду признаков и особенностей детектирования на три вида: последовательный, параллельный и АЭР на землю.Emergency electrical discharge, in turn, it is advisable to divide according to a number of signs and features of detection into three types: serial, parallel and AER to earth.

Последовательный аварийный электрический разряд возникает при нарушении надежного электрического контакта в цепи с подключенной нагрузкой. Ток последовательного аварийного электрического разряда ограничивается номинальным током нагрузки.Serial emergency electrical discharge occurs when a reliable electrical contact is broken in the circuit with the connected load. The series emergency electrical discharge current is limited by the rated load current.

Параллельный аварийный электрический разряд возникает при дуговом или искровом разрядах между фазными и (или) нейтральным проводниками.A parallel emergency electrical discharge occurs during arc or spark discharges between phase and (or) neutral conductors.

Аварийный электрический разряд на землю является частным случаем параллельного аварийного электрического разряда и возникает при дуговом или искровом разрядах между фазными проводниками и заземленными частями электроустановки (проводник защитного заземления).Emergency electrical discharge to earth is a special case of parallel emergency electrical discharge and occurs during arc or spark discharges between phase conductors and grounded parts of the electrical installation (protective earth conductor).

При аварийной ситуации первоначально появляются одиночные искровые разряды, характеризующиеся крайне малым временем протекания разрядного тока. Выделяющаяся теплота при достаточной частоте появления искровых разрядов способствует обугливанию изоляционного материала и перетеканию аварийного электрического разряда в следующую, более устойчивую фазу - дуговой разряд. Аналогично процесс развивается при нарушении электрического контакта в клеммниках и других коммутационных изделиях.In an emergency, single spark discharges initially appear, characterized by an extremely short discharge current. The released heat at a sufficient frequency of occurrence of spark discharges contributes to carbonization of the insulating material and the flow of the emergency electric discharge into the next, more stable phase - the arc discharge. Similarly, the process develops when the electrical contact in the terminal blocks and other switching products is broken.

Доля пожаров, возникающих из-за ненадежного контакта и повреждений 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 устройства защиты от аварийного электрического разряда актуален и его следует применять на электроустановках всех категорий как промышленного, так и бытового назначения.The share of fires resulting from unreliable contact and damage to 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, devices for protection against emergency electrical discharge are relevant and should be used on electrical installations of all categories, both industrial and domestic.

Существующие устройства защиты с помощью автоматических выключателей (АВ) и устройств защитного отключения (УЗО) не позволяют произвести своевременное отключение поврежденной части электроустановки, поэтому для значительного повышения уровня безопасности электроустановок возникла необходимость в разработке новых устройств.Existing protection devices using circuit breakers (AB) and residual current circuit breakers (RCD) do not allow timely shutdown of the damaged part of the electrical installation, therefore, to significantly increase the level of safety of electrical installations, the need arose to develop new devices.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является устройство [заявка на патент США 2009/0059449 A1, опубл. 05.03.2009], в котором зарегистрированный сигнал тока контролируемой сети подается на два независимых канала; первый канал содержит фильтр высоких частот (ФВЧ), предназначенный для удаления из сигнала основной гармоники сети переменного тока, второй - фильтр низких частот (ФНЧ), служащий для подавления высокочастотных составляющих тока, возникающих, в частности, при искрении. Сигналы тока каждого из каналов после фильтрации оцифровываются и обрабатываются с помощью микропроцессора следующим образом. Сигнал первого канала анализируется для выявления одной или нескольких статистических характеристик. Сигнал второго канала служит для вычисления среднеквадратичного значения тока нагрузки. Статистические характеристики сигнала первого канала сравниваются с определенными диапазонами значений, зависящих от среднеквадратичного значения тока нагрузки. В случае если значения статистических характеристик попадают в заданные для определенного значения тока нагрузки пределы, значения логического счетчика увеличиваются. При достижении предельного значения формируется сигнал, приводящий к обесточиванию контролируемой сети.The closest in its technical essence and the achieved result to the claimed utility model is a device [application for US patent 2009/0059449 A1, publ. 03/05/2009], in which the registered current signal of the controlled network is supplied to two independent channels; the first channel contains a high-pass filter (HPF), designed to remove from the signal of the main harmonic of the AC network, the second - a low-pass filter (LPF), which serves to suppress the high-frequency components of the current arising, in particular, during sparking. The current signals of each channel after filtering are digitized and processed using a microprocessor as follows. The signal of the first channel is analyzed to identify one or more statistical characteristics. The signal of the second channel is used to calculate the rms value of the load current. The statistical characteristics of the signal of the first channel are compared with certain ranges of values depending on the rms value of the load current. If the values of statistical characteristics fall within the limits specified for a certain value of the load current, the values of the logical counter increase. When the limit value is reached, a signal is generated leading to a blackout of the controlled network.

Существенными недостатками данного технического решения являются: возможность ложного срабатывания устройства при нормальном функционировании нагрузок с большими пусковыми токами и высоким уровнем штатных электрических разрядов - коллекторных двигателей и импульсных источников питания, необеспечение пожарной безопасности при наличии аварийного электрического, в том числе дугового, разряда, являющегося одним из видов аварийного электрического разряда малой мощности, зависимость предельного уровня аварийного электрического разряда от тока нагрузки контролируемой сети, приводящая к недопустимому повышению его порогового значения, невозможность устойчивой регистрации кратковременных искровых разрядов.Significant disadvantages of this technical solution are: the possibility of false operation of the device during normal operation of loads with high inrush currents and a high level of regular electric discharges - collector motors and switching power supplies, failure to ensure fire safety in the presence of an emergency electric, including arc, discharge, which is one of types of emergency electrical discharge of low power, the dependence of the limit level of emergency electrical discharge Yes, from the load current of the controlled network, leading to an unacceptable increase in its threshold value, the impossibility of stable registration of short-term spark discharges.

Задачей полезной модели - устройства динамического обнаружения аварийного электрического разряда - является обеспечение устойчивого функционирования и отсутствия ложных срабатываний для всех видов нагрузок, в том числе при наличии штатных электрических разрядов и для пусковых токов любого уровня и, обеспечение стабильного и постоянного порогового уровня аварийного электрического разряда, основанного на экспериментальных данных по минимальной энергии разряда, необходимой для возгорания, регистрация как дуговых, так и искровых электрических разрядов.The objective of the utility model - the device for dynamic detection of emergency electrical discharges - is to ensure stable operation and the absence of false alarms for all types of loads, including the presence of standard electrical discharges and inrush currents of any level, and to ensure a stable and constant threshold level of emergency electrical discharges, based on experimental data on the minimum discharge energy required for ignition, registration of both arc and spark elec richesky discharges.

Для получения такого технического результата предлагается устройство динамического обнаружения аварийного электрического разряда, которое содержит датчик тока нагрузки контролируемой сети с подключенным к выходу устройством защиты входа, сигнал с которого подают на широкополосный усилитель, с выхода которого он поступает на аналого-цифровой преобразователь, с использованием которого производят дискретное по времени считывание зарегистрированного сигнала i(t) тока нагрузки контролируемой сети, аналого-цифровой преобразователь подключен к функциональному модулю - цифровому логическому устройству, с помощью которого получают M отсчетов im за промежуток времени Tj, далее из полученного набора отсчетов поэлементно вычитают набор отсчетов, полученный за предыдущий промежуток времени Tj-1:To obtain such a technical result, a dynamic emergency electrical discharge detection device is proposed that contains a load current sensor of a controlled network with an input protection device connected to the output, the signal from which is fed to a broadband amplifier, from the output of which it is fed to an analog-to-digital converter, using which produce a time-discrete reading of the registered signal i (t) of the load current of the controlled network, an analog-to-digital converter for Module function for prison - digital logic device, which is obtained using samples M i m in the interval of time T j, set further from the obtained set of subtracted samples elementwise samples obtained during the previous time interval T j-1:

, ,

где im - m-ый элемент набора отчетов, полученного из дискретизированного сигнала тока нагрузки, считанного за временной промежуток Tj;where i m is the m-th element of the set of reports obtained from the sampled signal of the load current, read over the time interval T j ;

M - количество отсчетов, получаемых за промежуток времени Tj; полученные наборы отсчетов усредняют, применяя оператор усредненияM is the number of samples obtained over a period of time T j ; the obtained sets of samples are averaged using the averaging operator

, ,

где S - фиксированное количество отсчетов, попадающих в радиус малой окрестности τ;where S is a fixed number of samples falling into the radius of a small neighborhood of τ;

и вычисляют норму полученного результата по формуле:and calculate the norm of the result by the formula:

; ;

для выделения высокочастотных составляющих к исходному набору отсчетов im применяют оператор усреднения согласно формуле:to select high-frequency components, the averaging operator is applied to the initial set of samples i m according to the formula:

, ,

для повышения достоверности оценки исключают медленно меняющиеся составляющие последовательности отсчетов нескольких периодов анализа: из исходного набора отсчетов im поэлементно вычитают im,3, после чего вычисляют норму полученного набора чисел:To increase the reliability of the estimates, slowly varying components of the sequence of samples of several analysis periods are excluded: from the initial set of samples i m, i m, 3 is subtracted elementwise, and then the norm of the obtained set of numbers is calculated:

; ;

далее из полученных значений xn,1, xn,2 вычитают средние арифметические значения наборов отсчетов xm,k, полученных за последние r промежутков времени Tj, и берут их абсолютные величины:then from the obtained values x n, 1 , x n, 2, the arithmetic mean values of the sets of samples x m, k obtained for the last r time intervals T j are subtracted and their absolute values are taken:

; ;

затем, применяя к каждой из последовательностей значений yn,1, yn,2 преобразование, эквивалентное двухступенчатой схеме фильтрации, состоящей из нелинейного фильтра подавления изолированных импульсов и линейного фильтра накопления:then, applying to each of the sequences of values of y n, 1 , y n, 2 a transformation equivalent to a two-stage filtering scheme consisting of a nonlinear filter for suppressing isolated pulses and a linear accumulation filter:

; ;

где ;Where ;

получают значения zn,1 и zn,2 и сравнивают их с заданными пороговыми значениями α и β, т.е. проверяют выполнение условия:get the values of z n, 1 and z n, 2 and compare them with the given threshold values α and β, i.e. check the fulfillment of the condition:

(zn,1>α)&(zn,2>β),(z n, 1 > α) & (z n, 2 > β),

в случае выполнения этого условия формируют сигнал для отключения электроустановки, который с выхода блока управления и анализа подают на индикатор, выход которого подключен к реле, приводящее в действие исполнительный механизм, воздействующий на контактную группу, с помощью которого осуществляют обесточивание контролируемой сети.if this condition is met, a signal is generated to turn off the electrical installation, which is fed from the output of the control and analysis unit to an indicator, the output of which is connected to a relay, which actuates the actuator acting on the contact group, by means of which the controlled network is de-energized.

Устройство конструктивно и функционально может быть объединено с устройством защитного отключения, и (или) с автоматическим выключателем защиты от перегрузок и сверхтоков.The device can be structurally and functionally combined with a residual current device, and / or with a circuit breaker for protection against overloads and overcurrents.

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

На фиг.1 изображена блок-схема устройства.Figure 1 shows a block diagram of a device.

На фиг.2 - алгоритм работы функционального модуля устройства.Figure 2 - algorithm of the functional module of the device.

На фиг.3 - временная диаграмма работы устройства.Figure 3 is a timing diagram of the operation of the device.

Устройство (фиг.1) содержит контактную группу 2, блок защиты от волновых перенапряжений 3, датчик тока нагрузки 4, блок питания 7, устройство защиты входа 9, усилитель 11, аналого-цифровой преобразователь 12, функциональный модуль 14, индикатор 13, реле 10, исполнительный механизм 8 и, в случае совмещения с устройством защиты, тепловой и электромагнитный расцепители, и датчик дифференциального тока 6.The device (Fig. 1) contains a contact group 2, a surge protection unit 3, a load current sensor 4, a power supply 7, an input protection device 9, an amplifier 11, an analog-to-digital converter 12, a functional module 14, an indicator 13, a relay 10 , an actuator 8 and, if combined with a protection device, thermal and electromagnetic releases, and a differential current sensor 6.

Устройство включается в контролируемую сеть последовательно с нагрузками и функционирует следующим образом.The device is connected to a controlled network in series with loads and 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 и на электронную схему устройства, на датчик тока нагрузки 4 и на выходные клеммы 5.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 and to the electronic circuit of the device, to the load current sensor 4 and to the output terminals 5.

Сигнал с датчика тока нагрузки 4 подают на устройство защиты входа 9, осуществляющее дополнительную защиту электронной схемы устройства при длительной перегрузке (в том случае, если в составе устройства не предусмотрен автоматический выключатель либо при его повреждении). Далее сигнал усиливается с помощью усилителя 11 и подается на аналого-цифровой преобразователь 12 для оцифровки и дальнейшей обработки с помощью функционального модуля 14.The signal from the load current sensor 4 is fed to the input protection device 9, which provides additional protection for the electronic circuitry of the device during prolonged overload (if the device does not include a circuit breaker or if it is damaged). Next, the signal is amplified by an amplifier 11 and fed to an analog-to-digital converter 12 for digitization and further processing using the functional module 14.

Функциональный модуль 14 содержит микроконтроллер или иное цифровое логическое устройство с дополнительными элементами, обеспечивающими требуемый режим работы. С его помощью осуществляют сбор, хранение и обработку оцифрованных данных сигнала тока, поступившего с датчика, формирование сигнала на индикатор 13 и команды на реле 10 для приведения в действие исполнительного механизма 8 с целью размыкания контактной группы 2 и обесточивания контролируемой сети при возникновении аварийной ситуации.Functional module 14 contains a microcontroller or other digital logic device with additional elements that provide the desired mode of operation. With its help, they collect, store and process the digitized data of the current signal received from the sensor, generate a signal to the indicator 13 and commands to the relay 10 to actuate the actuator 8 in order to open the contact group 2 and disconnect the controlled network when an emergency occurs.

Функциональный модуль 14 обрабатывает поступающие сигналы и выдает информационные сообщения или формирует команду на отключение контролируемой сети согласно алгоритму, представленному на фиг.2 и включает в себя процессор, буфер, счетчик, оперативное запоминающее устройство.Functional module 14 processes the incoming signals and issues information messages or generates a command to shut down the monitored network according to the algorithm presented in Fig. 2 and includes a processor, a buffer, a counter, and random access memory.

На фиг.3 изображена временная диаграмма, поясняющая последовательность выполняемых устройством действий.Figure 3 shows a timing chart explaining the sequence of actions performed by the device.

При включении устройства происходит инициализация, включающая обнуление счетчика времени и буфера, установку начальных параметров (параметров подавления и успокоения) и периода анализа T. Одновременно запускается счетчик, осуществляющий отсчет времени, начинается запись зарегистрированного и оцифрованного аналогово-цифровым преобразователем сигнала тока в виде кодов в буфер, причем их группировка происходит по кадрам.When the device is turned on, it initializes, including resetting the time counter and buffer, setting the initial parameters (suppression and quieting parameters) and the analysis period T. At the same time, the counter starts counting, the recording of the current signal registered and digitized by an analog-to-digital converter in the form of codes in buffer, and their grouping occurs in frames.

Счетчик времени осуществляет отсчет на протяжении всего кадра (КАДР 1 на фиг.3) до момента начала поступления данных кадра, следующего за текущим (КАДР 2).The time counter counts throughout the frame (FRAME 1 in FIG. 3) until the start of the receipt of frame data following the current frame (FRAME 2).

По окончании процесса инициализации процессор переходит в режим ожидания (запись данных в буфер и отсчет времени продолжаются).At the end of the initialization process, the processor goes into standby mode (writing data to the buffer and counting time continue).

В момент полного заполнения КАДРА 1 значение счетчика становится равным значению периода анализа T, затем данные из буфера передаются процессору для дальнейшей обработки, происходит обнуление буфера, счетчик обнуляется и продолжает отсчет времени до достижения значения, равного периоду анализа T (конец КАДРА 2).At the moment of the full filling of FRAME 1, the counter value becomes equal to the value of the analysis period T, then the data from the buffer is transmitted to the processor for further processing, the buffer is zeroed, the counter is reset to zero and the countdown continues until the value equal to the analysis period T is reached (end of FRAME 2).

После получения данных из буфера процессором инициируется обработка текущего кадра (КАДРА 1) в виде последовательных вычислений трех пар значений X1 и X2, Y1 и Y2, Z1 и Z2, причем после каждого вычисления пары их значения хранятся в ОЗУ для дальнейшего использования, т.к. вычисления каждой последующий пары значений, согласно алгоритму по фиг.2, происходят рекурсивно, через значения, полученные при обработке предыдущих кадров.After receiving data from the buffer, the processor initiates the processing of the current frame (FRAME 1) in the form of sequential calculations of three pairs of values of X 1 and X 2 , Y 1 and Y 2 , Z 1 and Z 2 , and after each calculation, the pairs of their values are stored in RAM for further use, as the calculation of each subsequent pair of values, according to the algorithm of FIG. 2, occurs recursively, through the values obtained during the processing of previous frames.

После вычисления последней за кадр пары значений Z1 и Z2, что соответствует окончанию обработки процессором данных, полученных за предыдущий кадр, осуществляется проверка условия (Z1, текущее>α)&(Z2, текущее>β) и процессор переходит в режим ожидания (процессором осуществляется хранение пар значений в ОЗУ, запись либо перезапись данных в буфер продолжается).After calculating the last pair of Z 1 and Z 2 values per frame, which corresponds to the end of the processing by the processor of the data received for the previous frame, the condition (Z 1, current > α) & (Z 2, current > β) is checked and the processor goes into mode waiting (the processor stores pairs of values in RAM, recording or overwriting data in the buffer continues).

При достижении счетчиком очередного значения, равного периоду анализа T (конец КАДРА 2), процесс повторяется аналогично обработке КАДРА 1: данные КАДРА 2 из буфера передаются процессору для обработки, буфер обнуляется либо получает разрешение на перезапись хранимых в нем данных, счетчик обнуляется и продолжает отсчет времени. После вычисления процессором очередных пар значений X1 и Х2, Y1 и Y2, Z1 и Z2, текущие пары записываются на место предыдущих значений, а ячейки памяти с текущими парами значений остаются в режиме хранения до следующей перезаписи либо общей команды сброса.When the counter reaches the next value equal to the analysis period T (end of FRAME 2), the process is repeated similarly to the processing of FRAME 1: the FRAME 2 data from the buffer are transferred to the processor for processing, the buffer is reset or receives permission to overwrite the data stored in it, the counter is reset and continues to count time. After the processor calculates the next pairs of values of X 1 and X 2 , Y 1 and Y 2 , Z 1 and Z 2 , the current pairs are written to the place of the previous values, and the memory cells with the current pairs of values remain in storage mode until the next overwriting or general reset command .

Процесс покадровой обработки непрерывно продолжается до тех пор, пока при проверке процессором условие (Z1, текущее>α)&(Z2, текущее>β) не станет истинным.The frame-by-frame processing process continues continuously until the condition (Z 1, current > α) & (Z 2, current > β), when verified by the processor , becomes true.

При возникновении аварийного электрического разряда в контролируемой сети (КАДР 3 и КАДР 4 на фиг.3 - наличие хаотичных резких пиков и провалов на осциллограмме тока) возрастает значение иррегулярной компоненты (ИК) сигнала, что вызывает рост значения Z2, одновременно с этим нарушается повторяемость формы сигнала, т.е. нарушение периодичности регулярной компоненты (РК), приводящее к росту значения Z1, оценивающего апериодичность РК. При достижении Z1 и Z2 установленных пороговых значений аир соответственно условие:When an emergency electric discharge occurs in the controlled network (Cadre 3 and Cadre 4 in Fig. 3 — the presence of random sharp peaks and dips on the current waveform), the value of the irregular component (IR) of the signal increases, which causes an increase in the value of Z 2 , while the repeatability is disturbed waveform i.e. violation of the periodicity of the regular component (RC), leading to an increase in the value of Z 1 evaluating the aperiodicity of the RC. Upon reaching Z 1 and Z 2 the established threshold values cal, respectively, the condition:

(Z1, текущее>α)&(Z2, текущее>β)(Z 1, current > α) & (Z 2, current > β)

принимает значение:takes the value:

(Z1, текущее>α)&(Z2, текущее>β)=ИСТИНА,(Z 1, current > α) & (Z 2, current > β) = TRUE,

процессор выдает сигнал тревоги (АВАРИЯ на фиг.3) и (или) формирует команду (в виде сигнала на исполнительный узел) для отключения контролируемой сети.the processor generates an alarm (ALARM in figure 3) and (or) generates a command (in the form of a signal to the executive node) to disable the monitored network.

В результате внедрения заявляемого устройства значительно повышается достоверность определения аварийного электрического разряда, исключаются ложные срабатывания при одновременной работе нагрузок различных видов (чисто активные, индуктивные, емкостные и смешанные). Отдельно следует указать на высокое быстродействие устройства и устойчивую регистрацию аварийной ситуации до зажигания стабильной электрической дуги, наиболее часто приводящей к пожару. Данное изобретение может применяться в сетях как переменного, так и постоянного тока.As a result of the implementation of the inventive device, the reliability of determining an emergency electric discharge is significantly increased, false alarms are excluded with the simultaneous operation of loads of various types (purely active, inductive, capacitive and mixed). Separately, it should be pointed out that the device is operating at a high speed and that emergency situations are recorded steadily before the ignition of a stable electric arc, most often leading to a fire. This invention can be applied in networks of both alternating and direct current.

Таким образом, внедрение предлагаемого устройства динамического обнаружения аварийного электрического разряда обеспечивает предупреждение пожара при неисправности в электрической сети или электроустановке, повышает степень защиты людей, жилых, производственных и др. объектов от поражающего действия пожаров.Thus, the implementation of the proposed device for dynamic detection of emergency electrical discharge provides a fire warning in case of a malfunction in the electrical network or electrical installation, increases the degree of protection of people, residential, industrial and other objects from the damaging effects of fires.

Claims (3)

1. Устройство динамического обнаружения аварийного электрического разряда, содержащее датчик тока нагрузки контролируемой сети с подключенным к выходу устройством защиты входа, сигнал с которого подают на широкополосный усилитель, с выхода которого он поступает на аналого-цифровой преобразователь, с использованием которого производят дискретное по времени считывание зарегистрированного сигнала i(t) тока нагрузки контролируемой сети, аналого-цифровой преобразователь подключен к функциональному модулю - цифровому логическому устройству, с помощью которого получают M отсчетов im за промежуток времени Tj, далее из полученного набора отсчетов поэлементно вычитают набор отсчетов, полученный за предыдущий промежуток времени Tj-1:1. A device for dynamic detection of an emergency electric discharge, comprising a load current sensor of a controlled network with an input protection device connected to the output, the signal from which is fed to a broadband amplifier, from the output of which it is fed to an analog-to-digital converter, using which a time-discrete reading is performed the registered signal i (t) of the load current of the monitored network, the analog-to-digital converter is connected to a functional module - a digital logic device count, by which is obtained i m M samples in the time interval T j, set further from the obtained set of subtracted samples elementwise samples obtained during the previous time interval T j-1:
Figure 00000001
,
Figure 00000001
,
где im - m-й элемент набора отсчетов, полученного из дискретизированного сигнала тока нагрузки, считанного за временной промежуток Tj;where i m is the mth element of the set of samples obtained from the discretized signal of the load current, read over the time interval T j ; M - количество отсчетов, получаемых за промежуток времени Tj;M is the number of samples obtained over a period of time T j ; полученные наборы отсчетов усредняют, применяя оператор усредненияthe obtained sets of samples are averaged using the averaging operator
Figure 00000002
,
Figure 00000002
,
где S - фиксированное количество отсчетов, попадающих в радиус малой окрестности τ;where S is a fixed number of samples falling into the radius of a small neighborhood of τ; и вычисляют норму полученного результата по формуле:and calculate the norm of the result by the formula:
Figure 00000003
;
Figure 00000003
;
для выделения высокочастотных составляющих к исходному набору отсчетов im применяют оператор усреднения согласно формуле:to select high-frequency components, the averaging operator is applied to the initial set of samples i m according to the formula:
Figure 00000004
,
Figure 00000004
,
для повышения достоверности оценки исключают медленно меняющиеся составляющие последовательности отсчетов нескольких периодов анализа: из исходного набора отсчетов im поэлементно вычитают im,3, после чего вычисляют норму полученного набора чисел:To increase the reliability of the estimates, slowly varying components of the sequence of samples of several analysis periods are excluded: from the initial set of samples i m, i m, 3 is subtracted elementwise, and then the norm of the obtained set of numbers is calculated:
Figure 00000005
;
Figure 00000005
;
далее из полученных значений xn,1, xn,2 вычитают средние арифметические значения наборов отсчетов xm,k, полученных за последние r промежутков времени Tj, и берут их абсолютные величины:then from the obtained values x n, 1 , x n, 2, the arithmetic mean values of the sets of samples x m, k obtained for the last r time intervals T j are subtracted and their absolute values are taken:
Figure 00000006
;
Figure 00000006
;
затем, применяя к каждой из последовательностей значений yn,1, yn,2 преобразование, эквивалентное двухступенчатой схеме фильтрации, состоящей из нелинейного фильтра подавления изолированных импульсов и линейного фильтра накопления:then, applying to each of the sequences of values of y n, 1 , y n, 2 a transformation equivalent to a two-stage filtering scheme consisting of a nonlinear filter for suppressing isolated pulses and a linear accumulation filter:
Figure 00000007
;
Figure 00000007
;
где
Figure 00000008
;
Where
Figure 00000008
;
получают значения zn,1 и zn,2 и сравнивают их с заданными пороговыми значениями α и β, т.е. проверяют выполнение условия:get the values of z n, 1 and z n, 2 and compare them with the given threshold values α and β, i.e. check the fulfillment of the condition: (zn,1>α)&(zn,2>β),(z n, 1 > α) & (z n, 2 > β), в случае выполнения этого условия формируют сигнал для отключения электроустановки, который с выхода блока управления и анализа подают на индикатор, выход которого подключен к реле, приводящему в действие исполнительный механизм, воздействующий на контактную группу, с помощью которого осуществляют обесточивание контролируемой сети.if this condition is met, a signal is generated to turn off the electrical installation, which is fed from the output of the control and analysis unit to an indicator, the output of which is connected to a relay, which actuates the actuator acting on the contact group, by means of which the controlled network is de-energized.
2. Устройство по п.1 конструктивно и функционально может быть объединено с устройством защитного отключения.2. The device according to claim 1 constructively and functionally can be combined with a residual current device. 3. Устройство по пп.1 и 2 конструктивно и функционально может быть объединено с автоматическим выключателем защиты от перегрузок и сверхтоков.
Figure 00000009
3. The device according to claims 1 and 2 can be structurally and functionally combined with a circuit breaker for protection against overloads and overcurrents.
Figure 00000009
RU2012105716/08U 2012-02-20 2012-02-20 DEVICE FOR DYNAMIC DETECTION OF EMERGENCY ELECTRIC DISCHARGE RU117734U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012105716/08U RU117734U1 (en) 2012-02-20 2012-02-20 DEVICE FOR DYNAMIC DETECTION OF EMERGENCY ELECTRIC DISCHARGE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012105716/08U RU117734U1 (en) 2012-02-20 2012-02-20 DEVICE FOR DYNAMIC DETECTION OF EMERGENCY ELECTRIC DISCHARGE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU117734U1 true RU117734U1 (en) 2012-06-27

Family

ID=46682531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012105716/08U RU117734U1 (en) 2012-02-20 2012-02-20 DEVICE FOR DYNAMIC DETECTION OF EMERGENCY ELECTRIC DISCHARGE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU117734U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2642467C2 (en) * 2013-06-27 2018-01-25 ШНЕЙДЕР ЭЛЕКТРИК ЮЭсЭй, ИНК. Buffer for decision making on disconnection in adaptive detection of short circuit through arc

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2642467C2 (en) * 2013-06-27 2018-01-25 ШНЕЙДЕР ЭЛЕКТРИК ЮЭсЭй, ИНК. Buffer for decision making on disconnection in adaptive detection of short circuit through arc
US10505359B2 (en) 2013-06-27 2019-12-10 Schneider Electric USA, Inc. Adaptive arc fault detection trip decision buffer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2739783C (en) Apparatus and method to detect a series arc fault of an electrical circuit
US7219023B2 (en) Method and device for the detection of fault current arcing in electric circuits
EP2482409B1 (en) DC Arc fault detection and protection
US9219360B2 (en) Safe quick disconnect leakage protector
JPH07236224A (en) Arc detector using current variation and its method
CN202676813U (en) Low-voltage arc fault detection apparatus
CA2641836C (en) Circuit interrupter and method of processor phase synchronization
CN110073562B (en) Overcurrent and short circuit detector
CN112305376B (en) Low-voltage distribution line fault arc detection and identification method
KR20100049216A (en) Method for detecting arc in power distribution system and system for alerting arc using the same method
Seo et al. Series arc fault detection method based on statistical analysis for dc microgrids
KR101570292B1 (en) Apparatus and method for detecting series arc fault in low voltage dc power distribution system
JP6509029B2 (en) Distribution board
RU117734U1 (en) DEVICE FOR DYNAMIC DETECTION OF EMERGENCY ELECTRIC DISCHARGE
KR101308003B1 (en) Mehthod of arc detection based on wavelet
WO2014168194A1 (en) Switch
RU117686U1 (en) ELECTRICAL INSTALLATION PROTECTION DEVICE WITH EMERGENCY ELECTRIC ARC DETECTION FUNCTION
RU2159468C1 (en) Method for prevention of fire upon failure in mains or electric equipment, and device which implements said method
RU2515996C2 (en) Method for dynamic detection of accidental electric discharge and device for its implementation
EP3021441B1 (en) Selective event reaction processing in power control
US8228103B2 (en) Circuit breaker
EP1482317B1 (en) Earth resistance measurement instrument by neutral-to-earth loop and measurement procedure
AU2019316053B2 (en) Downed conductor detection based on the difference between a filtered and an unfiltered current signal
CN213813746U (en) Residual current protection and data output circuit
CN215378426U (en) Zero ground wire malfunction protection device