RU166536U1 - Устройство для определения возникновения аварийного режима работы, вызванного большим переходным сопротивлением - Google Patents

Abstract

Устройство для определения возникновения аварийного режима работы, вызванного большим переходным сопротивлением, выполненное в корпусе коммутационной коробки, включающее коммутационную коробку с электропроводкой, датчик измерения температуры и плату управления сигналами устройства, расположенные внутри коммутационной коробки, световой и звуковой сигнализатор, расположенные на корпусе коммутационной коробки с электропроводкой, и элемент питания, расположенный на плате управления сигналами устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей и области применения устройства, дополнительно содержит второй датчик измерения температуры, расположенный снаружи коммутационной коробки, электрически соединенный с платой управления сигналами устройства, причем оба датчика измерения температуры выполнены в виде диодов, каждый из которых электрически связан с операционным усилителем, размещенным на плате управления сигналами устройства, который, в свою очередь, связан электрически со световым и звуковым сигнализаторами и элементом питания.

Description

Полезная модель относится к области пожарной безопасности и электроэнергетики, а именно к устройствам индикаторного типа, используемым для сигнализации возникновения аварийного режима работы коммутационных устройств и как следствие - предупреждения возникновения возгорания и пожара, вызванного большим переходным сопротивлением (БПС), в электрических сетях или электроустановках в помещениях, сооружениях, зданиях и на автомобильном транспорте, в частности для соединительных и ответвительных коробок электропроводки и электророзеток.

Согласно официальной статистике пожары, связанные с электрооборудованием по количеству до 80% и тяжести последствий, занимают второе место после неосторожного обращения с огнем.

В электрических сетях, электротехнических устройствах и аппаратах их неотъемлемой частью являются электрические контакты, от правильной работы которых зависит не только их нормальное функционирование, но и состояние пожарной безопасности. Нагрев электрических контактов, который может быть причиной пожара, обусловливается наличием переходного сопротивления между контактирующими элементами. Количество теплоты, выделяющейся в контактном соединении, зависит от состояния и конструкции его контактирующих элементов, надежности и прочности закрепления контактов. Интенсивное выделение теплоты в контактном соединении ведет к нагреву изоляции и деталей из пластмассы, а при достижении ими температуры самовоспламенения - к их воспламенению.

Пожарная опасность электрического соединения в режиме «плохого контакта» способна проявиться при номинальных значениях электрического тока или даже при значениях тока меньше номинального. В режиме «плохого контакта» переходное сопротивление и падение на нем напряжения в десятки и сотни раз превышают нормативные значения (падение напряжения составляет единицы вольт вместо долей милливольта, а рассеиваемая электрическая мощность - сотни ватт). Вероятными источниками возгорания при этом являются нагретые проводники, электрическая дуга, раскаленные или горящие частицы. В режиме БПС создаются поля повышенных температур и концентраций продуктов пиролиза полимерных материалов. Происходит оплавление деталей изоляции проводов и контакт-деталей [Веревкин В.Н. Смелков Г.И. Безопасность электрических контактных соединений// Промышленная энергетика. - 1988. - №4.].

БПС, или «плохим контактом», называют аварийный пожароопасный режим, возникающий при переходе электрического тока с одного проводника на другой (отсюда термин - переходное). Выделение тепла в контактных переходах электрических цепей является одной из причин возникновения аварийных режимов в электрооборудовании и технологических установках. Излом провода при сохранении контакта жила-жила, дефекты токопроводящих шин, жил проводов и кабелей, старение электрических контактных соединений, некачественная сборка контактных узлов способствует возникновению длительных устойчивых тепловых режимов, приводящих к разрушению изоляции и защитных оболочек, загораниям и другим отрицательным последствиям.

Чаще всего возникновение БПС остается незамеченным, т.к. оно не оказывает заметного влияния на работу токоприемников, не фиксируется электроизмерительными приборами. Даже правильно подобранные предохранители могут не предупредить возникновение пожара от БПС, т.к. ток в цепи может лишь незначительно отличаться от рабочего и главным образом в сторону уменьшения.

Такой аварийный режим работы электроустановок как БПС очень трудно выявить на начальных стадиях его возникновения, пока не начинают появляться внешние характерные признаки пожароопасных явлений происходящих в электроустановках (запах горелой изоляции или пластмассы корпусов коммутационных устройств, оплавление изоляции на концах проводов и т.д.).

Известен тепловой пожарный извещатель, который содержит светодиодный индикатор, анод которого через первый резистор соединен с первым выводом первого конденсатора и катодом первого диода, анод которого подключен к первой входной клемме, вторая входная клемма соединена с первыми выводами второго и третьего конденсаторов, база первого транзистора подключена через второй резистор к первому выводу теплового сенсора, второй вывод третьего конденсатора подключен к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора, которая соединена со вторым выводом второго конденсатора, а база второго транзистора подключена ко второму выводу первого конденсатора и к первому выводу четвертого резистора, второй вывод которого соединен с эмиттером второго транзистора, коллектор которого через пятый резистор подключен к аноду светодиодного индикатора, а через второй диод - ко второму выводу третьего конденсатора, отличающийся тем, что тепловой сенсор с нормально замкнутыми контактами своим вторым выводом подключен ко второй входной клемме, база второго транзистора соединена с коллектором первого транзистора, эмиттер которого через шестой резистор подключен ко второй входной клемме (Патент РФ №2386175, МПК G08B 17/00).

Указанный тепловой пожарный извещатель сигнализирует об изменении температуры в помещении, вызванного возгоранием, и не может быть использовано для обнаружения БПС в местах соединения проводов электрической сети, и как следствия предупреждения возникновения возгорания и пожара.

Известны способ и устройство сигнализации для определения превышения температуры в электропроводке жилого или офисного помещения, включающее соединительную коробку с электропроводкой, датчик измерения температуры, сигнал с которого через датчик сигнализации поступает в блок сравнения микропроцессора, где сравнивается с пороговым значением температуры и передается на дисплей, когда температура превышает пороговое значение. После чего блок управления микропроцессора, на который также поступают сигналы с датчиков температуры, выдает командный сигнал устройствам пожаротушения согласно данным, содержащим информацию о наименовании, номере помещения и соединительной коробке (Патент США №5654684, МПК G08B). Указанное устройство выбрано в качестве прототипа.

При правильной прокладке электропроводки, все контактные соединения, как правило, находятся в закрытых корпусах электрокоммутационных устройств и, следовательно, при возникновении БПС в месте контакта между проводниками возникает точечный источник тепла со значительным выделением тепла (на единицу площади). Данный источник тепла в закрытом корпусе нагревает воздух до температуры, отличающейся от температуры окружающего воздуха за пределами корпуса электроприбора. Указанный способ и устройство сигнализации для определения превышения температуры в электропроводке жилого или офисного помещения определяет только превышение указанной температуры внутри электрокоммутационного устройства, в следствии чего область его применения довольно узка, а применение данного способа связано с большим количеством предварительной работы по расчету порогового значения как для нового здания, так и для каждой комнаты этого здания отдельно.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в расширении области применения устройства для определения возникновения аварийного режима работы, вызванного большим переходным сопротивлением.

Технический эффект от использования заявленного технического решения заключается в возможности использования устройства для определения возникновения аварийного режима работы, вызванного большим переходным сопротивлением абсолютно в любых устройствах коммутации электрической сети без дополнительных настроек.

Указанная задача решается и технический результат достигается за счет того, что устройство для определения возникновения аварийного режима работы, вызванного большим переходным сопротивлением, выполненное в корпусе коммутационной коробки, включающее коммутационную коробку с электропроводкой, датчик измерения температуры и плату управления сигналами устройства, расположенные внутри коммутационной коробки, световой и звуковой сигнализатор, расположенные на корпусе коммутационной коробки с электропроводкой, и элемент питания, расположенный на плате управления сигналами устройства, дополнительно содержит второй датчик измерения температуры, расположенный снаружи коммутационной коробки, электрически соединенный с платой управления сигналами устройства, причем оба датчика измерения температуры выполнены в виде диодов, каждый из которых электрически связан с операционным усилителем, размещенным на плате управления сигналами устройства, который в свою очередь связан электрически со световым и звуковым сигнализаторами и элементом питания.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.

На фигуре 1 представлен условно внешний вид устройства.

На фиг. 1 принято следующее условное обозначение:

1 - коммутационная коробка;

2 - контролируемые контакты;

3 - датчик температуры внутри коммутационной коробки;

4 - датчик температуры снаружи коммутационной коробки;

5 - электрическая нагрузка;

6 - индикатор аварийного режима.

На фигуре 2 представлена электрическая принципиальная схема устройства.

Устройство для определения возникновения аварийного режима работы, вызванного большим переходным сопротивлением состоит из коммутационной коробки 1 (фиг.1) с электропроводкой к которой подключена нагрузка 5 (фиг. 1), плату управления сигналами устройства, размещенную внутри коммутационной коробки 1 (на фиг.1 не показано), датчик измерения температуры внутри коммутационной коробки 3 (фиг. 1), датчик измерения температуры снаружи коммутационной коробки 4 (фиг. 1), соединенные электрически с платой управления сигналами устройства и, например, световой индикатор 6.

Основным элементом устройства для определения возникновения аварийного режима работы, вызванного большим переходным сопротивлением является измеритель разности температур, который построен на диодах VD2, VD3 (фиг. 3) и резисторах R1-R3 (фиг. 3). В качестве диодов VD1-VD3 может быть использован, например, диод КД522Б. В качестве резисторов R1 и R3 (фиг. 3) могут быть использованы резисторы С2-33Н-0,125 100R, в качестве резистора R2 (фиг. 3) может быть использован переменный резистор СП 5-2 или СП4-1А. В качестве диода VD4 (фиг. 3) может быть использован светодиод 5013UGC или 5AYG4TC. В качестве элемента питания G1 (фиг. 3) может быть использован элемент питания 4R25 6V Camelion. В качестве операционного усилителя A1 (фиг. 3) может быть использован КР140УД1408(A).

БПС возникает, в частности, в случае недостаточной площади контакта между проводниками, в результате чего в месте соприкосновения происходит значительное выделение тепла. Данное тепловыделение приводит к деформации контактировавших поверхностей и к еще большему уменьшению площади соприкосновения контактов. В результате исследований [Лебедев К.Б. Чешко И.Д. Следы больших переходных сопротивлений в электротехнических устройствах и их экспертное исследование// Пожаровзрывобезопасность, - 2003. - №6.-с. 32-38.] было установлено, что в определенный момент времени данный процесс может привести к возникновению микроскопических дуговых разрядов между контактировавшими поверхностями. Данные электрические разряды значительно повышают температуру контактного узла и, следовательно, его пожарную опасность.

По результатам исследований температурных показателей внутри ответвительных коробок разных типов при моделировании возникновения БПС в одном контактном зажиме, проведенных ФГБУ СЭУ ФПС ИПЛ по Орловской области, было установлено, что при условиях комнатных температур внутри помещения, при минимальной нагрузке (одна лампа накаливания мощностью 0,075 кВт) в среднем, температура воздуха внутри корпусов коммутационных коробок при наличии БПС отличается от температуры воздуха с внешней стороны корпуса на 1°C.

Основной принципа работы заявленного устройства для определения возникновения аварийного режима работы, вызванного большим переходным сопротивлением является выявление и индикация (световая, звуковая или иная) возникновения БПС в местах коммутации электрических контактов проводов коммутационных коробок, до начала появления внешних характерных признаков пожароопасных явлений, по физическим параметрам - разности температуры воздуха внутри и снаружи корпуса коммутационной коробки. Разность данных температур будет являться основным параметром, указывающим на наличие БПС в контактах электрокоммутационных устройств.

Принцип действия измерителя разности температур основан на том, что внутреннее сопротивление диода уменьшается с ростом температуры снаружи корпуса диода.

Элемент питания G1 в схеме электрической принципиальной подключен таким образом, что оба диода пропускают прямой ток в температурном мосту. При изменении температуры какого-либо из диодов мост становится разбалансированным и разность напряжений попадает на неинвертирующий и инвертирующий входы операционного усилителя А1. Так как операционный усилитель является дифференциальным усилителем постоянного тока с двумя входами (инвертирующим и неинвертирующим) и одним выходом, то на его выходе получается усиленная разность потенциалов. Термин «дифференциальный» («different» переводится с английского как «разница», «различие», «разность») означает, что на выходной потенциал операционного усилителя влияет исключительно разность потенциалов между его входами, независимо от их абсолютного значения и полярности. То есть, контроль за разбалансировкой диодного моста осуществляет операционный усилитель А1. Появившаяся разность потенциалов на выходе операционного усилителя в случае разбалансировки моста питает светодиод VD4, сигнализирующий о появлении большого переходного сопротивления.

Диоды температурного моста VD2, VD3 используются в качестве датчиков температуры электронного прибора индикаторного типа для мониторинга возникновения аварийного режима работы, вызванного большим переходным сопротивлением. Располагаются они по одному внутри и снаружи корпуса контролируемого коммутационного устройства. В случае одинаковых температур воздуха снаружи и внутри контролируемого коммутационного устройства, на выходе операционного усилителя значения потенциала близки по значениям к нулю (светодиод не горит). В случае разбалансировки моста, когда происходит повышение температуры окружающего воздуха внутри корпуса контролируемого коммутационного устройства (в случае появления БПС) и проводимость диода VD3 изменяется, на выходе операционного усилителя A1 появляется потенциал, включающий светодиод VD4.

На фигуре 3 представлен алгоритм работы устройства.

Устройство для определения возникновения аварийного режима работы, вызванного большим переходным сопротивлением работает следующим образом: после включения устройства происходит измерение значений температуры внутри и снаружи коммутационной коробки, после получения указанных значений происходит постоянное вычисление разности этих величин, в случае превышения вычисляемого значения разности температур на 1°C подается соответствующий световой или звуковой сигнал при помощи соответствующего сигнализатора. Устройство для определения возникновения аварийного режима работы, вызванного большим переходным сопротивлением сигнализирует о возможном возгорании внутри коммутационной коробки до тех пор, пока разность температур внутри и снаружи коммутационной коробки не станет меньше установленного экспериментальным путем значения в 1°C.

Построенное таким образом Устройство для определения возникновения аварийного режима работы, вызванного большим переходным сопротивлением позволяет расширить его функциональные возможности и позволяет использовать устройство для обнаружения возможности возгорания в следствии появления БПС практически в любых устройствах коммутации электрической сети.

Claims (1)

1. Устройство для определения возникновения аварийного режима работы, вызванного большим переходным сопротивлением, выполненное в корпусе коммутационной коробки, включающее коммутационную коробку с электропроводкой, датчик измерения температуры и плату управления сигналами устройства, расположенные внутри коммутационной коробки, световой и звуковой сигнализатор, расположенные на корпусе коммутационной коробки с электропроводкой, и элемент питания, расположенный на плате управления сигналами устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей и области применения устройства, дополнительно содержит второй датчик измерения температуры, расположенный снаружи коммутационной коробки, электрически соединенный с платой управления сигналами устройства, причем оба датчика измерения температуры выполнены в виде диодов, каждый из которых электрически связан с операционным усилителем, размещенным на плате управления сигналами устройства, который, в свою очередь, связан электрически со световым и звуковым сигнализаторами и элементом питания.

   

Images