RU177138U1

RU177138U1 - Arc Sensor

Info

Publication number: RU177138U1
Application number: RU2017127236U
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Васин; Денис Александрович Серов
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Меандр"
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2018-02-12

Abstract

Полезная модель относится к области электроэнергетики, а именно к датчикам электрической дуги, входящим в состав устройств дуговой защиты высоковольтных переключателей и комплектных распределительных устройств (КРУ) от дуговых замыканий. Сущность полезной модели заключается в том, что в датчике электрической дуги, содержащем первый и второй детекторы, предназначенные для обнаружения различных по физической природе сигналов, индуцируемых при возникновении электрической дуги, а также связанный с первым и вторым детекторами исполнительный орган, вырабатывающий выходной сигнал при наличии выходных сигналов первого и второго детекторов, обеспечивающий размыкание контролируемой датчиком токоведущей цепи, согласно полезной модели в качестве первого детектора использован детектор радиочастотного электромагнитного излучения, индуцируемого при возникновении электрической дуги, в качестве второго детектора использован детектор УЗ акустического излучения, индуцируемого при возникновении электрической дуги. Техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является создание нового датчика, с помощью которого достигается контроль возникновения электрической дуги, обеспечивающего повышение удобства его установки в зоне расположения контролируемого электрооборудования. 1 ил.The utility model relates to the field of electric power industry, namely to electric arc sensors, which are part of the arc protection devices of high-voltage switches and switchgear switchgears (CIRCU) from arc faults. The essence of the utility model is that in an electric arc sensor containing the first and second detectors designed to detect signals of a different physical nature that are induced when an electric arc occurs, as well as an actuator associated with the first and second detectors that generates an output signal in the presence of the output signals of the first and second detectors, providing the opening of the current-conducting circuit controlled by the sensor, according to the utility model, the first detector used a detector of radio frequency electromagnetic radiation induced when an electric arc occurs, as a second detector, a detector of ultrasonic ultrasonic radiation induced when an electric arc occurs. The technical result achieved by the implementation of the utility model is the creation of a new sensor, with which the control of the occurrence of an electric arc is achieved, which increases the convenience of its installation in the area of controlled electrical equipment. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области электроэнергетики, а именно к датчикам электрической дуги, входящим в состав устройств дуговой защиты высоковольтных переключателей и комплектных распределительных устройств (КРУ) от дуговых замыканий.The utility model relates to the field of electric power industry, namely to electric arc sensors, which are part of the arc protection devices of high-voltage switches and switchgear switchgears (CIRCU) from arc faults.

Датчик электрической дуги предназначен для обнаружения факта возникновения электрической дуги и выработки оперативного выходного сигнала на размыкание контролируемой датчиком токоведущей силовой цепи, на которой возникла электрическая дуга.The electric arc sensor is designed to detect the occurrence of an electric arc and generate an operative output signal for opening the current-conducting power circuit controlled by the sensor, on which the electric arc occurred.

Известны датчики электрической дуги, реагирующие на возрастание давления воздуха внутри шкафа КРУ в момент возникновения дуги, например, датчик, описанный в SU 1631655. Возрастание давления в указанном датчике приводит к механическому перемещению специальной заслонки, замыкающей контакты датчика, что обуславливает выработку его выходного сигнала, по которому происходит отключение контролируемой силовой цепи.Electric arc sensors are known that respond to an increase in air pressure inside the switchgear cabinet at the moment of arcing, for example, the sensor described in SU 1631655. An increase in pressure in the specified sensor leads to mechanical movement of a special damper that closes the sensor’s contacts, which causes its output signal to be generated, which shuts down the controlled power circuit.

Известны датчики электрической дуги, реагирующие на резкое возрастание тока в контролируемой высоковольтной цепи в момент возникновения дуги, например, датчик, описанный в RU 2513032. С помощью указанного датчика измеряются токи в фазах кабеля ячейки КРУ, которые сравниваются с первой эталонной величиной. Если эти токи, хотя бы в одной из фаз, больше первой эталонной величины, датчик вырабатывает выходной сигнал, управляющий отключением выключателя контролируемого кабеля. Дополнительно измеряются токи нулевой последовательности вблизи выводов выключателя и вблизи кабельной воронки со стороны кабеля и вычисляется разность между ними, которая сравнивается со второй эталонной величиной. Если эта разность больше второй эталонной величины, датчик также вырабатывает выходной сигнал на отключение выключателя кабеля.Electric arc sensors are known that respond to a sharp increase in current in a controlled high-voltage circuit at the time of arc occurrence, for example, the sensor described in RU 2513032. Using this sensor, currents are measured in the cable phases of the switchgear cell, which are compared with the first reference value. If these currents, at least in one of the phases, are greater than the first reference value, the sensor generates an output signal that controls the disconnection of the controlled cable switch. Additionally, zero sequence currents are measured near the terminals of the switch and near the cable funnel on the cable side and the difference between them is calculated, which is compared with the second reference value. If this difference is greater than the second reference value, the sensor also generates an output signal to turn off the cable switch.

Известен целый ряд оптических датчиков электрической дуги, которые реагируют на оптическое излучение, создаваемое электрической дугой.A number of optical sensors of an electric arc are known that respond to optical radiation generated by an electric arc.

Так, например, известен датчик, описанный в RU 2379811.So, for example, the sensor described in RU 2379811 is known.

Указанный датчик содержит чувствительный элемент, выполненный в виде световода со светопрозрачной оболочкой, расположенного в контролируемом шкафу КРУ, выход которого через фотоэлектронный преобразователь и пороговое устройство соединен с исполнительным органом, вырабатывающим при срабатывании чувствительного элемента сигнал, подаваемый в систему релейной защиты, по которому происходит отключение высоковольтного выключателя силовой цепи, к которой подключен контролируемый шкаф КРУ.The specified sensor contains a sensitive element, made in the form of a fiber with a translucent sheath, located in a controlled switchgear cabinet, the output of which through a photoelectronic converter and a threshold device is connected to an actuator that generates a signal when a sensor is triggered, which is supplied to the relay protection system, by which a shutdown occurs high-voltage circuit breaker of the power circuit to which the controlled switchgear cabinet is connected.

Недостатком рассмотренных датчиков, реагирующих только на один фактор, которым сопровождается возникновение электрической дуги, является возможность их ложного срабатывания от посторонних источников, индуцирующих сигнал той же природы, что и сигнал, контролируемый датчиком.The disadvantage of the considered sensors that respond only to one factor that accompanies the appearance of an electric arc is the possibility of their false operation from extraneous sources, inducing a signal of the same nature as the signal controlled by the sensor.

Большей надежностью контроля обладают датчики, реагирующие не на один, а на два фактора электрической дуги различной физической природы.Sensors that respond not to one but to two factors of an electric arc of various physical nature possess greater reliability of control.

Так, известен датчик электрической дуги, описанный в RU2419941, реагирующий на два фактора, которыми сопровождается возникновение дуги, - на световую вспышку, индуцирующую оптическое излучение, и на аварийное возрастание тока в контролируемой токопроводящей шине при возникновении дугового короткого замыкания. Указанный датчик выбран в качестве ближайшего аналога.For example, an electric arc sensor is described in RU2419941, which responds to two factors that accompany the occurrence of an arc, a light flash that induces optical radiation, and an abnormal increase in current in a controlled conductive bus when an arc short circuit occurs. The specified sensor is selected as the closest analogue.

Рассматриваемый датчик содержит первый детектор - детектор оптического излучения, в качестве которого использован волоконный световод со светопроницаемой оболочкой, располагаемый в шкафу КРУ. Выход световода подключен к оптическому входу оптического затвора Фарадея, оптический выход которого подключен к оптическому входу фотоприемника. Оптический затвор Фарадея надевается на контролируемую токопроводящую шину так, чтобы быть с ней магнитосвязанным. Он является нормально разомкнутым, и открывается при возрастании магнитного поля вокруг токопроводящей шины, обусловленном появлением тока дугового короткого замыкания. То есть световой сигнал через оптический затвор Фарадея не проходит в отсутствии аварийного возрастания тока в контролируемой шине. Таким образом, оптический затвор Фарадея выполняет роль второго детектора, реагирующего на аварийное возрастание тока. Фотоприемник служит в качестве исполнительного органа и вырабатывает выходной электрический сигнал при условии одновременного появления двух указанных факторов электрической дуги. Указанный сигнал является выходным сигналом датчика, управляющим отключением контролируемой датчиком шины. Он поступает в устройство релейной дуговой защиты на обмотку выключателя, который размыкает токоведущую цепь, в которой возникла дуга.The considered sensor contains the first detector - an optical radiation detector, which is used as a fiber optic fiber with a translucent sheath, located in the switchgear cabinet. The fiber output is connected to the optical input of the Faraday optical shutter, the optical output of which is connected to the optical input of the photodetector. The Faraday optical shutter is worn on a controlled conductive bus so as to be magnetically connected to it. It is normally open, and opens when the magnetic field around the conductive bus increases due to the appearance of an arc short circuit current. That is, the light signal through the Faraday optical shutter does not pass in the absence of an abnormal increase in current in the controlled bus. Thus, the Faraday optical shutter acts as a second detector that responds to an emergency increase in current. The photodetector serves as an executive body and generates an output electrical signal provided that the two indicated factors of the electric arc appear simultaneously. The specified signal is the output signal of the sensor that controls the shutdown of the bus controlled by the sensor. It enters the relay arc protection device to the switch winding, which opens the current-carrying circuit in which the arc appeared.

Однако в данном устройстве приходится интегрировать оборудование для контроля тока в схему высоковольтной электроустановки - закреплять оптический затвор Фарадея на контролируемом силовом кабеле, что снижает удобство установки датчика в зоне расположения контролируемого электрооборудования.However, in this device, it is necessary to integrate the equipment for monitoring current into the circuit of a high-voltage electrical installation - to fix the Faraday optical shutter on a controlled power cable, which reduces the convenience of installing the sensor in the area of the controlled electrical equipment.

Проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, является повышение удобства установки датчика электрической дуги в зоне расположения контролируемого электрооборудования.The problem, the solution of which is provided by the implementation of the utility model, is to increase the convenience of installing an electric arc sensor in the area of the controlled electrical equipment.

Сущность полезной модели заключается в том, что в датчике электрической дуги, содержащем первый и второй детекторы, предназначенные для обнаружения различных по физической природе сигналов, индуцируемых при возникновении электрической дуги, а также связанный с первым и вторым детекторами исполнительный орган, вырабатывающий выходной сигнал при наличии выходных сигналов первого и второго детекторов, обеспечивающий размыкание контролируемой датчиком токоведущей цепи, согласно полезной модели в качестве первого детектора использован детектор радиочастотного электромагнитного излучения, индуцируемого при возникновении электрической дуги, в качестве второго детектора использован детектор УЗ акустического излучения, индуцируемого при возникновении электрической дуги.The essence of the utility model is that in an electric arc sensor containing the first and second detectors designed to detect signals of a different physical nature that are induced when an electric arc occurs, as well as an actuator associated with the first and second detectors that generates an output signal in the presence of the output signals of the first and second detectors, providing the opening of the current-conducting circuit controlled by the sensor, according to the utility model, the first detector used a detector of radio frequency electromagnetic radiation induced when an electric arc occurs, as a second detector, a detector of ultrasonic ultrasonic radiation induced when an electric arc occurs.

Использование двух каналов детектирования минимизирует вероятность ложного срабатывания датчика, что обуславливает высокую надежность контроля возникновения дуги.The use of two detection channels minimizes the likelihood of false alarms of the sensor, which leads to high reliability of control of the occurrence of the arc.

Авторами разработана конструкция датчика дуги, в котором осуществляется контроль новой совокупности индуцируемых электрической дугой излучений -электромагнитного излучения РЧ диапазона частот и акустического излучения УЗ диапазона частот.The authors developed the design of the arc sensor, in which a new set of radiation induced by the electric arc is monitored — electromagnetic radiation of the RF frequency range and acoustic radiation of the ultrasonic frequency range.

Как показали исследования авторов, использование в конструкции датчика первого и второго детекторов, реагирующих соответственно на электромагнитный импульсный радиочастотный сигнал большой амплитуды и на звуковую волну УЗ диапазона частот, которыми сопровождается электрическая дуга, дает хорошие практические результаты для контроля возникновения дуги.As the studies of the authors showed, the use of the first and second detectors in the design of the sensor, which respond accordingly to a large-amplitude electromagnetic pulse radio frequency signal and to the sound wave of the ultrasonic frequency range that accompanies an electric arc, gives good practical results for controlling the occurrence of an arc.

В качестве первого и второго детектора использованы приемники соответственно радиочастотного электромагнитного излучения и акустического УЗ излучения. Для работы указанных детекторов не требуется обеспечивать их непосредственный контакт с контролируемыми силовыми цепями или осуществлять их интеграцию в контролируемое высоковольтное электрооборудование. При этом конструктивные элементы датчика могут быть объединены в единую конструкцию. Указанные факторы обеспечивают удобство размещения датчика в зоне расположения контролируемого электрооборудования.As the first and second detector, receivers of radio frequency electromagnetic radiation and acoustic ultrasonic radiation, respectively, were used. For the operation of these detectors, it is not necessary to ensure their direct contact with controlled power circuits or to integrate them into controlled high-voltage electrical equipment. In this case, the structural elements of the sensor can be combined into a single design. These factors provide the convenience of placing the sensor in the area of the controlled electrical equipment.

Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является создание нового датчика, с помощью которого достигается контроль возникновения электрической дуги, обеспечивающего повышение удобства его установки в зоне расположения контролируемого электрооборудования.Thus, the technical result achieved by the implementation of the utility model is the creation of a new sensor, with the help of which the occurrence of an electric arc is controlled, which increases the convenience of its installation in the area of controlled electrical equipment.

На фигуре представлен общий вид заявляемого устройства.The figure shows a General view of the claimed device.

Датчик содержит первый и второй каналы детектирования, при этом первый канал детектирования включает последовательно соединенные первый детектор 1 РЧ электромагнитного излучения, узел 2 усиления и обработки сигнала, вырабатываемого детектором 1, и узел 3 временной задержки, а второй канал детектирования включает последовательно соединенные второй детектор 4 УЗ акустического излучения, узел 5 усиления и обработки сигнала, вырабатываемого детектором 4, и узел 6 временной задержки.The sensor contains the first and second detection channels, while the first detection channel includes a series-connected first RF electromagnetic radiation detector 1, a signal amplification and processing unit 2 generated by the detector 1, and a time delay unit 3, and the second detection channel includes a second detector 4 connected in series Ultrasonic acoustic radiation, node 5 amplification and processing of the signal generated by the detector 4, and node 6 time delay.

В качестве первого детектора 1 использован приемник радиочастотного излучения, в частности, представляющий собой катушку индуктивности. В качестве второго детектора 4 использован в частности, микрофон с максимумом чувствительности в ультразвуковой области частот.As the first detector 1, a radio frequency radiation receiver is used, in particular, which is an inductor. In particular, a microphone with a maximum sensitivity in the ultrasonic frequency range is used as the second detector 4.

Выходы первого и второго каналов детектирования (узлов временной задержки 3 и 6) подключены к входу схемы совпадения 7.The outputs of the first and second detection channels (time delay nodes 3 and 6) are connected to the input of the matching circuit 7.

Датчик также содержит исполнительный орган 8, последовательно соединенный со схемой совпадения 7.The sensor also contains an actuator 8, connected in series with the matching circuit 7.

Выходной сигнал исполнительного органа 8 является выходным сигналом датчика и предназначен для управления размыканием контролируемой им токоведущей цепи.The output signal of the Executive body 8 is the output signal of the sensor and is designed to control the opening of the current-conducting circuit controlled by it.

В качестве исполнительного органа 8 использован, в частности, тиристор. Выходной сигнал тиристора 8, в частности, обеспечивает подачу напряжения на обмотку высоковольтного реле, входящего в состав внешнего по отношению к датчику устройства 9 релейной дуговой защиты и отключающего защищаемую датчиком силовую цепь.As the executive body 8 is used, in particular, the thyristor. The output signal of the thyristor 8, in particular, provides voltage to the winding of a high-voltage relay, which is part of the relay arc protection device 9 external to the sensor and disables the power circuit protected by the sensor.

Узлы 3 и 6 временной задержки служат для гарантированного приема двух видов излучения, имеющих несколько отличающиеся друг от друга скорости распространения, а также для того, чтобы успел сработать релейный механизм 9 отключения токоведущей цепи.Nodes 3 and 6 of the time delay are used for guaranteed reception of two types of radiation having propagation velocities slightly different from each other, and also in order to trigger the relay mechanism 9 for disconnecting the current-carrying circuit.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Датчик, выполненный в виде единой конструкции, размещают в зоне расположения защищаемого высоковольтного оборудования, в частности, устанавливают в шкафу распределительного устройства.The sensor, made in the form of a single design, is placed in the area of the protected high-voltage equipment, in particular, it is installed in the switchgear cabinet.

Возникновение электрической дуги в высоковольтной токоведущей сети (в кабеле) сопровождается появлением электромагнитного поля, индуцирующего электромагнитное импульсное излучение в РЧ диапазоне частот, а также появлением звуковой волны, индуцирующей акустическое импульсное излучение в УЗ диапазоне частот.The appearance of an electric arc in a high-voltage current-carrying network (in a cable) is accompanied by the appearance of an electromagnetic field inducing electromagnetic pulsed radiation in the RF frequency range, as well as the appearance of a sound wave inducing acoustic pulsed radiation in the ultrasonic frequency range.

При появлении каждого из двух указанных видов излучений срабатывают детекторы 1 и 4, выходные сигналы которых усиливаются в узлах соответственно 2 и 5 и преобразуются по амплитуде и длительности соответственно в узлах 3 и 6, а затем поступают на вход схемы совпадения 7.When each of the two indicated types of radiation appears, detectors 1 and 4 are triggered, the output signals of which are amplified at nodes 2 and 5, respectively, and are converted in amplitude and duration at nodes 3 and 6, respectively, and then fed to the input of matching circuit 7.

Выходной сигнал схемы совпадения 7, который вырабатывается только в случае поступления на его вход одновременно двух сигналов, формируемых двумя описанными выше каналами детектирования, поступает на вход исполнительного органа 8. Исполнительный орган 8 вырабатывает выходной сигнал, управляющий отключением контролируемой датчиком цепи, в которой возникла дуга. В частности, выходной сигнал от исполнительного органа 8 подается на обмотку реле устройства 9, с помощью которого осуществляется размыкание указанной цепи.The output signal of the matching circuit 7, which is generated only when two signals simultaneously generated by the two detection channels described above arrives at its input, is fed to the input of the actuator 8. The actuator 8 generates an output signal that controls the disconnection of the sensor-controlled circuit in which the arc . In particular, the output signal from the actuator 8 is fed to the relay coil of the device 9, with the help of which the said circuit is opened.

Claims

An electric arc sensor containing first and second detectors designed to detect signals of a different physical nature that are induced when an electric arc occurs, as well as an actuator connected to the first and second detectors that generates an output signal when the output signals of the first and second detectors provide opening controlled by a current-carrying circuit sensor, characterized in that a radio frequency electromagnetic radiation detector is used as a first detector Induced when an electric arc detector as a second detector used ultrasonic acoustic radiation induced when an electric arc.