RU2249827C2 - Electric arc tracking method and device - Google Patents
Electric arc tracking method and device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2249827C2 RU2249827C2 RU2002134364/09A RU2002134364A RU2249827C2 RU 2249827 C2 RU2249827 C2 RU 2249827C2 RU 2002134364/09 A RU2002134364/09 A RU 2002134364/09A RU 2002134364 A RU2002134364 A RU 2002134364A RU 2249827 C2 RU2249827 C2 RU 2249827C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- current
- arc
- cable
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Relating To Insulation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу обнаружения аварийных электрических дуг в кабеле, в частности в кабеле бортовой сети воздушного или космического летательного аппарата. Оно относится также к устройству для осуществления способа. Под аварийной электрической дугой понимают при этом, в частности, так называемый Arc Tracking.The invention relates to a method for detecting emergency electric arcs in a cable, in particular in an on-board network cable of an air or spacecraft. It also relates to a device for implementing the method. In this case, an emergency electric arc is understood, in particular, the so-called Arc Tracking.
Проблема так называемого "Cable Arc Tracking" уже давно известна, в частности, в бортовых сетях воздушных и/или космических летательных аппаратов. При этом Arc Tracking в кабельном пучке между двумя проходящими рядом друг с другом кабелями из-за, например, более ранних повреждений и/или загрязнений (Wet Arc Tracking) или за счет трения по металлической кромке (Dry Arc Tracking) возникает проводящее соединение. Это соединение может быть сначала высокоомным (Wet Arc Tracking) или непосредственно низкоомным (Dry Arc Tracking). Wet Arc Tracking обозначает при этом созданное электролитом, например чистящей жидкостью, и воздействующее на изоляцию кабеля проводящее соединение между двумя повреждениями изоляции. Следствием при образовании электрической дуги является зачастую тепловое разрушение всего кабельного пучка на определенной длине. В противоположность этому при Dry Arc Tracking металлический проводник создает относительно низкоомное проводящее соединение, и дуга возникает практически сразу же. Также и это может привести к тепловому разрушению кабельного пучка.The problem of the so-called "Cable Arc Tracking" has long been known, in particular, in the on-board networks of air and / or spacecraft. In this case, Arc Tracking in the cable bundle between two cables passing next to each other due to, for example, earlier damage and / or pollution (Wet Arc Tracking) or due to friction along the metal edge (Dry Arc Tracking), a conductive connection occurs. This compound can be first high resistance (Wet Arc Tracking) or directly low resistance (Dry Arc Tracking). In this case, Wet Arc Tracking refers to a conductive connection between two insulation faults created by an electrolyte, such as cleaning fluid, and acting on the cable insulation. The result of the formation of an electric arc is often the thermal destruction of the entire cable bundle at a certain length. In contrast, with Dry Arc Tracking, a metal conductor creates a relatively low-impedance conductive connection, and an arc occurs almost immediately. Also, this can lead to thermal destruction of the cable bundle.
Проблемой при этом является не только разрушение самого кабельного пучка. Критическими являются вытекающие из этого последующие разрушения, возникающие в результате загорания окружающего материала. Вытекающие из подобных загораний кабелей также взрывоподобные последующие повреждения могут, в свою очередь, стать причиной катастрофы воздушного или космического летательного аппарата.The problem with this is not only the destruction of the cable bundle itself. The subsequent damage resulting from this resulting from the burning of the surrounding material is critical. Explosion-like subsequent damage resulting from such cable fires can, in turn, cause a catastrophe in an air or spacecraft.
При изучении причин возникновения аварийных электрических дуг или Arc Tracking в кабелях подобных бортовых сетей удалось доказать, что, с одной стороны, сопротивляемость изоляций кабелей к Arc Tracking зависит исключительно от конструкции применяемых в оболочке кабелей материалов. С другой стороны, применявшийся до сих пор материал полиимид отличается очень высоким водопоглощением, что способствует предварительному разрушению из-за трещинообразования в изоляции, особенно при частых сменах температур, возникающих в режиме полета. Кроме того, при тепловом разрушении, начиная примерно с 800°С, образуется карбонизирующий налет, способствующий возникновению, т.е. перемещению дуги вдоль кабельной разделки. В противоположность этому такие материалы, как политетрафторэтилен (ПТФЭ), обладают относительной сопротивляемостью к Arc Tracking.When studying the causes of emergency electric arcs or Arc Tracking in cables of such on-board networks, it was possible to prove that, on the one hand, the resistance of cable insulation to Arc Tracking depends solely on the design of the materials used in the cable sheath. On the other hand, the polyimide material used so far is characterized by very high water absorption, which contributes to preliminary failure due to cracking in the insulation, especially with frequent temperature changes that occur during flight mode. In addition, with thermal destruction, starting at about 800 ° C, a carbonizing coating forms, which contributes to the occurrence, i.e. moving the arc along the cable cut. In contrast, materials such as polytetrafluoroethylene (PTFE) are relatively resistant to Arc Tracking.
Поскольку у применяемых в воздухоплавании типов кабелей изоляция состоит из полиимидной пленки, целью всех предпринятых в этой области усилий является разработка тестов, позволяющих как можно более однозначно классифицировать кабели по их сопротивляемости к Arc Tracking. При этом полиимид в качестве составной части оболочек кабелей из-за своих прекрасных диэлектрических показателей и своей высокой температурной прочности до сих пор не заменялся. Однако, несмотря на оптимизацию процессов и максимальную тщательность при изготовлении и прокладке кабельных пучков, не удавалось полностью предотвратить аварии из-за Cable Arc Tracking. К тому же было обнаружено, что в штепсельных соединителях под влиянием влаги и из-за загрязнения могут возникать пробои, которые в самом неблагоприятном случае приводят к воспламенению соседних деталей.Since the insulation used for aeronautical cable types consists of a polyimide film, the goal of all efforts made in this field is to develop tests to classify cables as uniquely as possible according to their resistance to Arc Tracking. At the same time, polyimide as an integral part of cable sheaths has not yet been replaced due to its excellent dielectric properties and its high temperature strength. However, despite the optimization of processes and the utmost care in the manufacture and installation of cable bundles, it was not possible to completely prevent accidents due to Cable Arc Tracking. In addition, it was found that in plug connectors, under the influence of moisture and contamination, breakdowns can occur, which in the worst case lead to ignition of neighboring parts.
При установке защитных аппаратов еще более затрудняющим обстоятельством является то, что амплитуда тока, протекающего в процессе Arc Tracking, в частности при Wet Arc Tracking, может лежать заметно ниже номинального тока обычно установленных аппаратов защиты от тока перегрузки, вследствие чего они не срабатывают. В противоположность этому амплитудные значения при Dry Arc Tracking, как известно, выше. Они возникают, однако, обычно периодически, так что преобразованной энергии зачастую недостаточно для срабатывания установленных аппаратов защиты.When installing protective devices, an even more difficult circumstance is that the amplitude of the current flowing during the Arc Tracking process, in particular during Wet Arc Tracking, can lie significantly lower than the rated current of the normally installed overload protection devices, as a result of which they do not work. In contrast, the amplitude values for Dry Arc Tracking are known to be higher. They arise, however, usually periodically, so the converted energy is often not enough to operate the installed protection devices.
Для решения описанной проблемы поэтому желательно предусмотреть в дополнение к уже имеющейся традиционной защите от тока перегрузки в бортовой сети подобного летательного аппарата защиту от аварийных электрических дуг, с тем чтобы максимально надежно защитить имеющееся бортовое оборудование.To solve the described problem, it is therefore desirable to provide, in addition to the existing traditional protection against overload current in the on-board network of such an aircraft, protection from emergency electric arcs in order to protect the available on-board equipment as reliably as possible.
В основе изобретения лежит поэтому задача разработки особенно подходящего способа обнаружения аварийных электрических дуг в кабеле, в частности кабеле бортовой сети воздушного или космического летательного аппарата. Кроме того, должно быть создано пригодное для осуществления способа устройство, которое простым и, в частности, компактным образом обеспечивало бы особенно надежную защиту кабеля или кабельного пучка и/или питаемого через него потребителя также от аварийных электрических дуг (Arc Tracking).The invention is therefore based on the task of developing a particularly suitable method for detecting emergency electric arcs in a cable, in particular an onboard network cable of an air or spacecraft. In addition, a device suitable for implementing the method must be created, which in a simple and in particular compact way would provide particularly reliable protection of the cable or cable bundle and / or the consumer fed through it also from emergency electric arcs (Arc Tracking).
В отношении способа эта задача решается согласно изобретению посредством признаков п.1 формулы. Предпочтительные усовершенствования являются предметом подчиненных ему зависимых пунктов.In relation to the method, this problem is solved according to the invention by the features of claim 1 of the formula. Preferred improvements are the subject of subordinate dependent clauses.
Для этой цели полученный сигнал переменного тока снимают дискретно по времени и посредством интерполяции преимущественно лишь небольшого числа считанных значений определяют угловую функцию, которая моделирует характеристику переменного тока и из которой выводят действительную частоту переменного тока. Путем сравнения действительной частоты переменного тока с эталонной или заданной частотой делают затем вывод о возникновении аварийной электрической дуги и, при необходимости, вырабатывают сигнал оповещения. Эталонная или заданная частота является при этом выработанной частотой переменного тока, т.е. в предпочтительном случае применения частотой бортовой сети или половиной частоты бортовой сети. Можно также задавать выведенную из заданной частоты критическую частоту. Она является, например, более чем 10%-ным превышением выработанной частоты переменного тока.For this purpose, the obtained ac signal is recorded discretely in time, and by interpolating a predominantly small number of read values, an angular function is determined that models the ac characteristic and from which the actual ac frequency is derived. By comparing the actual frequency of the alternating current with a reference or predetermined frequency, a conclusion is then made about the occurrence of an emergency electric arc and, if necessary, an alert signal is generated. The reference or predetermined frequency is the generated frequency of the alternating current, i.e. in the preferred case, the use of the frequency of the onboard network or half the frequency of the onboard network. You can also set the critical frequency derived from a given frequency. It is, for example, more than 10% excess of the generated AC frequency.
Изобретение основано на том факте, что при возникновении электрической дуги или Arc Tracking соответствующий сигнал помехи накладывается на проходящий по питающему проводу внутри кабельного пучка сигнал, т.е. на синусо- или косинусоидальный сигнал переменного тока, причем вследствие прерываний сигнала за счет непрерывного гашения и повторного зажигания электрической дуги каждая полуволна сигнала имеет характеристическую частотную составляющую, выше той номинальной частоты, с которой работает бортовая сеть. Сигнал Arc Tracking содержится в полученном измерительном сигнале в виде максимумов сигнала или пиков, которые могут возникнуть в разных местах положительной и/или отрицательной полуволны измерительного сигнала, описанного ниже как косинусоидальный сигнал. Поскольку подобные наложения или помехи вследствие Arc Tracking обнаруживаются в основном в сигнале тока и в меньшей степени в сигнале напряжения, целесообразным является регистрация сигнала тока путем измерений.The invention is based on the fact that when an electric arc or Arc Tracking occurs, the corresponding interference signal is superimposed on the signal passing through the supply wire inside the cable bundle, i.e. to a sine or cosine AC signal, and due to interruptions of the signal due to continuous quenching and reignition of the electric arc, each half-wave of the signal has a characteristic frequency component, higher than the rated frequency with which the on-board network operates. The Arc Tracking signal is contained in the received measurement signal in the form of signal peaks or peaks that can occur in different places of the positive and / or negative half-wave of the measurement signal, described below as a cosine signal. Since such interference or interference due to Arc Tracking is detected mainly in the current signal and to a lesser extent in the voltage signal, it is advisable to record the current signal by measurement.
Изобретение исходит из того, что непрерывный измерительный сигнал, характеристику которого снимают дискретно по времени посредством аналого-цифрового преобразователя, моделируют только по немногим значениям или считанным значениям согласно формулам:The invention proceeds from the fact that a continuous measuring signal, the characteristic of which is recorded discretely in time by means of an analog-to-digital converter, is modeled only by a few values or read values according to the formulas:
и на этой основе можно с высокой точностью оценить действительную частоту фактической характеристики тока согласно отношению:and on this basis, you can accurately evaluate the actual frequency of the actual current characteristics according to the ratio:
После этого предпочтительно лишь по трем считанным значениям осуществляют интерполяцию принятой в качестве предпочтительной угловой функции функции косинуса, а именно по максимальному значению (уmаx) и лежащим слева и справа рядом с ним считанным значениям (y(tl, r)). На основе лишь сравнительно небольшого обрабатываемого количества данных требуется особенно короткое время обработки. Способ отличается таким образом, в частности, высокой скоростью обработки. Вместо функции косинуса можно в качестве условия привлечь, в принципе, также функцию синуса.After that, it is preferable only for the three read values to carry out the interpolation of the cosine function accepted as the preferred angular function, namely, the maximum value (max) and the read values (y (t l, r )) lying to the left and right next to it. Based on only a relatively small processing amount of data, a particularly short processing time is required. The method is thus distinguished, in particular, by a high processing speed. Instead of the cosine function, it is possible, as a condition, to involve the sine function as a condition.
Оба считанные значения, лежащие по времени перед или за максимальным значением, имеют предпочтительно одинаковое значение ординаты или значение амплитуды. Это обеспечивают, целесообразно, за счет использования заданного порогового значения: во время считывания соответствующее (левое) считанное значение как раз выше него, а соответствующее (правое) считанное значение как раз ниже него. Для дальнейшей обработки привлекают относящиеся к этим обоим считанным значениям значения абсциссы и тем самым соответствующие временные такты, т.е. пороговому значению придают соответствующий критерий или соответствующее значение этих обоих значений отсчета.Both read values lying in time in front of or behind the maximum value preferably have the same ordinate value or amplitude value. This is ensured, expediently, by using a predetermined threshold value: during reading, the corresponding (left) read value is just above it, and the corresponding (right) read value is just below it. For further processing, the abscissa values related to these two read values are used, and thus the corresponding time steps, i.e. the threshold value is given the appropriate criterion or appropriate the value of both of these reference values.
В отношении устройства названная задача решается согласно изобретению посредством признаков п.12. Предпочтительные варианты являются объектом подчиненных ему зависимых пунктов.With regard to the device, the named task is solved according to the invention by means of the features of
Достигаемые изобретением преимущества состоят, в частности, в том, что посредством соответствующего алгоритма путем интерполяции, целесообразно, лишь трех считанных значений снимаемого дискретно по времени сигнала переменного тока оценивают действительную частоту переменного тока, а при ее отклонении от заданной частоты или частоты бортовой сети надежным и особенно эффективным образом можно определить возникновение Arc Tracking в кабеле бортовой сети. За счет привлечения уменьшенного преимущественно на коэффициент 10 дискретного сигнала тока, который по сравнению с характеристикой сигнала, интерполированной для оценки частоты только по очень малому количеству считанных значений, сравнительно полностью получает содержащуюся в зарегистрированном сигнале переменного тока информацию, упрощается вся обработка данных и оценка сигнала. Для этого алгоритм содержит преимущественно два параллельных маршрута программы, причем на предусмотренном для оценки частоты (первом) маршруте программы из скорости считывания, намеренно высокой для нужного высокого разрешения сигнала переменного тока, обрабатывают практически только три считанных значения. Для собственно цепи сигнала или (второго) маршрута программы было бы достаточно без заметной потери информации сравнительно малой скорости считывания, так что обрабатываемая скорость считывания, целесообразно, уменьшается за счет уменьшения количества считанных значений дискретного сигнала тока.The advantages achieved by the invention consist, in particular, in that, by means of an appropriate algorithm, by interpolating, it is advisable that only the three read values of the AC signal taken discretely in time evaluate the actual AC frequency, and if it deviates from the given frequency or the frequency of the on-board network, it is reliable and In a particularly effective way, the occurrence of Arc Tracking in the on-board network cable can be detected. By attracting a discrete current signal reduced predominantly by a factor of 10, which, compared with the signal characteristic, interpolated to estimate the frequency using only a very small number of read values, receives the information contained in the registered AC signal relatively completely, all data processing and signal estimation are simplified. To this end, the algorithm contains mainly two parallel program routes, and on the (first) program route for estimating the frequency, from the read speed, which is intentionally high for the desired high resolution of the AC signal, practically only three read values are processed. For the signal circuit itself or the (second) route of the program, it would be sufficient without noticeable loss of information of a relatively low read speed, so that the processed read speed, it is advisable, is reduced by reducing the number of read values of the discrete current signal.
Работающее по этому способу устройство предпочтительно интегрировано в защитный выключатель бортовой сети воздушного летательного аппарата, так что он простым и компактным образом служит для обнаружения и отключения возникающих в кабеле бортовой сети аварийных электрических дуг. Для этого соответствующий алгоритм, целесообразно, реализуют в виде так называемой ASIC (Application Specific Integrated Circuit) (специализированная ИС), которая из-за своей малой конструктивной величины может быть помещена в обычный для такого применения защитный выключатель с особенно малыми в соответствии с требованиями габаритами.The device operating in accordance with this method is preferably integrated into a safety switch of the on-board network of the aircraft, so that it serves in a simple and compact way to detect and disconnect emergency electric arcs that occur in the cable of the on-board network. For this purpose, the corresponding algorithm, it is advisable, is implemented in the form of the so-called ASIC (Application Specific Integrated Circuit) (specialized IC), which, due to its small design value, can be placed in a circuit breaker, which is usual for such an application, with especially small dimensions in accordance with the requirements .
Устройство пригодно поэтому, в частности, для обнаружения вызванных повреждениями электрических дуг, возникающих при пробоях напряжения вследствие дефектов изоляции. Устройство, прочно установленное, целесообразно, в бортовой сети подобного воздушного летательного аппарата, или дополненный этой защитной функцией защитный выключатель указывает, таким образом, дуговые повреждения и, при необходимости, селективно отключает их. За счет этого, по меньшей мере, продолжительность горения возникшей дуги сокращается таким образом, что предотвращаются последующие повреждения. Дополненный этой защитной функцией защитный выключатель пригоден тем самым, в частности, также для дооснащения уже изготовленных и/или используемых по назначению воздушных летательных аппаратов или самолетов, в которых применена традиционная изоляция кабелей. Подобное дооснащение особенно целесообразно, в частности, по экономическим соображениям, поскольку обычный срок службы самолетов составляет в настоящее время 15-20 лет.The device is therefore suitable, in particular, for the detection of electric arcs caused by damage arising from voltage breakdowns due to insulation defects. A device that is firmly installed, it is advisable, in the on-board network of such an airborne aircraft, or a safety switch supplemented by this protective function, thus indicates arc faults and, if necessary, selectively trips them. Due to this, at least the burning time of the arcing arises is reduced so that subsequent damage is prevented. The safety switch supplemented with this protective function is therefore suitable, in particular, also for retrofitting already manufactured and / or intended airborne vehicles or aircraft in which traditional cable insulation is used. Such retrofitting is especially advisable, in particular, for economic reasons, since the usual service life of aircraft is currently 15-20 years.
Ниже примеры выполнения изобретения более подробно поясняются с помощью чертежей, на которых изображены:Below examples of the invention are explained in more detail using the drawings, which depict:
- фиг.1: блок-схема протекания способа обнаружения электрических дуг в кабеле бортовой сети;- figure 1: flow chart of a method for detecting electric arcs in an onboard network cable;
- фиг.2: схематичная диаграмма для объяснения принципа измерения и обработки;- figure 2: a schematic diagram for explaining the principle of measurement and processing;
- фиг.3: характеристика группы Arc-сигналов и единичного Arc-сигнала;- figure 3: characteristic group of Arc signals and a single Arc signal;
- фиг.4: типичная характеристика сигнала вследствие отключения;- figure 4: a typical characteristic of the signal due to disconnection;
- фиг.5: блок-схема защитного выключателя, в котором реализован алгоритм для осуществления способа;- figure 5: block diagram of a protective switch, which implements an algorithm for implementing the method;
- фиг.6: в перспективе общий вид защитного выключателя.- 6: in perspective, a General view of the protective switch.
Соответствующие друг другу детали обозначены на всех фигурах одинаковыми ссылочными позициями.Corresponding to each other details are indicated on all figures by the same reference position.
Используемое в бортовой сети воздушного летательного аппарата или самолета напряжение Ub составляет обычно 115 В при номинальной частоте f 400 Гц. Соответствующий постоянный по времени или аналоговый сигнал переменного тока с той же частотой 400 Гц может быть, таким образом, описан по теореме косинусов в общем и ненарушенном виде, т.е. без наложенных помех, формулой:The voltage Ub used in the on-board network of an aircraft or aircraft is usually 115 V at a
При этом обозначает амплитуду, φ - фазу сигнала тока, а ω - круговую частоту, где f=ω/2π обозначает частоту сети или переменного тока.Wherein denotes the amplitude, φ is the phase of the current signal, and ω is the circular frequency, where f = ω / 2π denotes the frequency of the network or AC.
Исходя из этой теоремы, на фиг.1 ток I(t) в питающей линии 2 бортовой сети или кабеля 1 бортовой сети регистрируют посредством датчика или преобразователя 3 тока. Зарегистрированный сигнал I(t) тока содержит при этом дополнительно к другим помехам в качестве наложения также возникший вследствие электрической дуги Arc-сигнал. Зарегистрированный сигнал I(t) тока считывают посредством аналого-цифрового преобразователя 4 с тактовой частотой f=1/T, например, 50 кГц. Аналого-цифровой преобразователь 4 имеет при этом разрешение, по меньшей мере, 12 бит, преимущественно 16 бит. При подобной тактовой частоте f 50 кГц каждые 0,02 мс считывают значения тока (значения I(t)), причемBased on this theorem, in figure 1, the current I (t) in the
Этот сигнал, преобразованный из зарегистрированного непрерывного сигнала I (t) тока посредством аналого-цифрового преобразователя 4 в дискретный по времени сигнал I(k·T), обрабатывают или оценивают с помощью изображенного на фиг.1 алгоритма. Для этого сигнал I(k·T) на первом шаге 102 первого маршрута программы путем образования абсолютной величины согласно отношениюThis signal, converted from a registered continuous current signal I (t) by means of an analog-to-
почти выпрямляют, т.е. отрицательная полуволна представляется положительной полуволной.almost straighten, i.e. a negative half-wave appears to be a positive half-wave.
На следующем шаге 103 программы происходит сглаживание сигнала I'(k) посредством операции цифровой фильтрации с помощью передаточной функцииIn the next step 103 of the program, the signal I '(k) is smoothed out using the digital filtering operation using the transfer function
и возникает реакция на импульсное воздействиеand there is a reaction to impulse exposure
При этом обработка сигнала I'(k) в соответствии с операцией свертки или фильтрации приводит кMoreover, the processing of the signal I '(k) in accordance with the operation of convolution or filtering leads to
При этом N=9, если соответствующее среднее значение образуют из 10 считанных значений. N обозначает, таким образом, соответствующую ширину окна цифрового фильтра. Кроме того, k соответствует действительному моменту времени, тогда как i обозначает отстоящие по времени назад значения. Цифровой фильтр или операция цифровой фильтрации работает, тем самым, в прошлое, т.е. в причинном направлении.Moreover, N = 9, if the corresponding average value is formed from 10 read values. N thus denotes the corresponding window width of the digital filter. In addition, k corresponds to the actual moment of time, while i denotes values backward in time. A digital filter or digital filtering operation thus works in the past, i.e. in a causal direction.
На втором параллельном маршруте программы дискретный по времени сигнал I(k) проходит на первом шаге 201 программы через фильтр нижних частот, причем число считанных значений после фильтрации уменьшено, например, на коэффициент R=10 согласно отношениюOn the second parallel route of the program, the time-discrete signal I (k) passes at the first step 201 of the program through a low-pass filter, and the number of read values after filtering is reduced, for example, by a coefficient R = 10 according to the relation
На следующих шагах 202 и 203 программы этого маршрута программы снова аналогично шагам 102 и 103 программы происходит сначала образование абсолютной величины уменьшенного сигнала IR(k) с результатом I'R(k), причемIn the next program steps 202 and 203 of this program route, again similarly to program steps 102 and 103, the absolute value of the reduced signal I R (k) is first formed with the result I ' R (k), moreover
Затем снова происходит сглаживание сигнала I'R(k) согласно отношениям 4а-4с с выходным сигналом:Then again smoothing of the signal I ' R (k) according to the relations 4a-4c with the output signal:
Этот сигнал IR’’(k) подают к модулю или шагу 301 программы для оценки единичного Arc-сигнала или импульса ISA(k) дуги, а также к шагу 302 программы для оценки числа или группы IGA(k) Arc-сигналов или сигналов дуги.This signal I R '' (k) is supplied to the program module or step 301 for evaluating a single Arc signal or arc pulse I SA (k), as well as to program step 302 for estimating the number or group I GA (k) of Arc signals or arc signals.
На первом маршруте программы в шаге 104 действительную частоту сигнала I''(k) определяют по общему отношению:On the first route of the program in step 104, the actual frequency of the signal I '' (k) is determined by the general ratio:
или по полному отношению:or in full ratio:
гдеWhere
причем y(k) соответствует выходному сигналу I''(k).where y (k) corresponds to the output signal I '' (k).
Согласно этому отношению (9) на основе заданного и, тем самым, известного времени Т считывания или скорости f=1/Т считывания по значениям y(kl), y(kr) и y(kmax) или I''(kl), I''(kr) и I''(kmax) в соответствующих местах считывания или в соответствующие такты времени kr, kl, kmax можно определить действительную частоту ω(k) дискретного по времени сигнала I(k·T) и, тем самым, измеренной характеристики I(t) тока. Для этого осуществляют интерполяцию функции косинуса по трем точкам или считанным значениям, как это более подробно поясняется ниже с помощью фиг.2.According to this relation (9), based on a given and, therefore, known reading time T or reading speed f = 1 / T, according to the values of y (k l ), y (k r ) and y (k max ) or I '' ( k l ), I '' (k r ) and I '' (k max ) in the respective places of reading or at the corresponding time steps k r , k l , k max , the actual frequency ω (k) of the time-discrete signal I ( k · T) and, thus, the measured current characteristic I (t). For this, the cosine function is interpolated by three points or read values, as is explained in more detail below using FIG. 2.
При положенном в основу времени считывания 0,02 мс и частоте бортовой сети 400 Гц получается 125 считанных значений или пар (k, y(k)) значений на период сигнала. Действительный сигнал I(k) можно, таким образом, описать через:With a reading time of 0.02 ms and an on-board network frequency of 400 Hz, 125 read values or pairs (k, y (k)) of values are obtained for the signal period. The actual signal I (k) can thus be described in terms of:
причем ω обозначает действительную частоту. Оценка действительной частоты ω происходит с помощью лишь трех точек:where ω denotes the actual frequency. The actual frequency ω is estimated using only three points:
При использовании менее трех точек пришлось бы требуемую для полного описания функции (1) косинуса величину, т.е. амплитуду i(t) или фазу φ, выводить из другой операции.If less than three points are used, the value required for a complete description of the function (1) of the cosine would have to be, i.e. amplitude i (t) or phase φ, deduce from another operation.
Для определения точек Рl и Рr предпочтительно задают пороговое значение А, при превышении которого и при смещенном по времени переходе за нижний предельный уровень которого используют соответствующее значение времени или k-значение kl, kr соответственно следующего считанного значения, тогда как в качестве соответствующего значения амплитуды или у-значения y(kl), y(kr) используют соответствующее пороговое значение А, так что справедливо:To determine the points P l and P r, it is preferable to set a threshold value A, above which and when shifted to a lower threshold level, the corresponding time value or k-value k l , k r, respectively, of the next read value is used, whereas as the corresponding amplitude value or the y-value y (k l ), y (k r ) use the corresponding threshold value A, so that is true:
Пороговое значение А можно при этом согласовать с максимальным током Imаx(t), когда пороговое значение А на соответствующем шаге программы автоматически устанавливают, например, на 10-70% максимального тока I(t) и, тем самым, на номинальный ток, обычно контролируемый защитным выключателем в зависимости от сечения провода. Целесообразно также распознавание частоты на соответствующем шаге программы, в частности, когда частота переменного тока или бортовой сети является переменной. Распознавание действительной частоты ω может происходить, например, перед первым шагом 102 программы и до или после считывания измерительного сигнала или сигнала I(t) тока посредством PLL (Phase Locked Loop) (система фазовой подстройки частоты).In this case, the threshold value A can be matched with the maximum current I max (t), when the threshold value A is automatically set, for example, at 10-70% of the maximum current I (t) and, thus, at the rated current, usually controlled by a safety switch depending on the cross-section of the wire. It is also advisable to recognize the frequency at the corresponding step of the program, in particular, when the frequency of the alternating current or the on-board network is variable. The recognition of the actual frequency ω can occur, for example, before the first step 102 of the program and before or after reading the measuring signal or current signal I (t) by means of PLL (Phase Locked Loop) (phase-locked loop).
На шаге 105 программы эту действительную частоту ω(k), полученную из дискретного по времени сигнала I(k) тока, сравнивают с пороговым значением Δωcrit, представляющим критическую частоту ω'(k), например, 50 Гц, причем справедливо:At step 105 of the program, this actual frequency ω (k) obtained from the time-discrete current signal I (k) is compared with a threshold value Δω crit representing the critical frequency ω '(k), for example, 50 Hz, and it is true:
Частота ω(k) представляет при этом половину частоты переменного тока или бортовой сети (f/2=200 Гц). Если Δω≥Δωcrit, то на шаге 105 программы вырабатывают Arc-флаг в виде сигнала Sz состояния, который направляют дальше как к шагу 301 программы, так и к шагу 302 программы. Сигнал Sz состояния при этом высокий (Sz=1), если частота ω(k), полученная из фактически зарегистрированной характеристики I(k) тока превышает пороговое значение. В противном случае сигнал Sz состояния низкий (Sz=0).The frequency ω (k) represents in this case half the frequency of the alternating current or the on-board network (f / 2 = 200 Hz). If Δω≥Δω crit , then in step 105 of the program, an Arc flag is generated in the form of a state signal S z , which is sent further to both step 301 of the program and step 302 of the program. The state signal S z is high (S z = 1) if the frequency ω (k) obtained from the actually recorded current characteristic I (k) exceeds the threshold value. Otherwise, the state signal S z is low (S z = 0).
В то время как на втором маршруте программы с ее шагами или функциональными модулями 201-203 с уменьшенным дискретным сигналом IR(k) тока почти вся информация об обработанном сигнале I(k) сохранена, на первом маршруте программы с ее шагами или функциональными модулями 102-105 используют лишь ту информацию о сигнале I(k), которая требуется для оценки частоты. За счет этого обрабатываемой на первом маршруте программы частотой повторения импульсов особенно просто управлять. Обработкой уменьшенной частоты повторения импульсов на втором маршруте программы по сравнению с первоначальным дискретным сигналом I(k) тока также сравнительно просто управлять, причем этот маршрут программы или цепь передачи сигнала обеспечивает к тому же достаточно точную оценку содержащейся в полном сигнале согласно (11) информации, в частности, в отношении нескольких амплитуд y(kmax) сигнала.While on the second route of the program with its steps or function modules 201-203 with a reduced discrete current signal I R (k) almost all information about the processed signal I (k) is stored, on the first route of the program with its steps or function modules 102 -105 use only the information about the signal I (k), which is required to estimate the frequency. Due to this, the pulse repetition rate processed on the first route of the program is especially simple to control. It is also relatively simple to control the processing of the reduced pulse repetition rate on the second path of the program compared to the original discrete current signal I (k), and this program path or signal transmission circuit also provides a fairly accurate estimate of the information contained in the complete signal according to (11), in particular with respect to several amplitudes y (k max ) of the signal.
На шаге 301 программы определяют и анализируют лишь единичные Arc-сигналы ISA(k), тогда как на шаге 302 определяют и анализируют группу IGA(k) Arc-сигналов. На фиг.3 изображена типичная характеристика Arc-сигнала группы IGA(k) (слева) и единичного Arc-сигнала ISA(k) (справа).In step 301, programs determine and analyze only single Arc-signals I SA (k), while in step 302, a group I GA (k) of Arc-signals is determined and analyzed. Figure 3 shows a typical characteristic of the Arc signal of group I GA (k) (left) and a single Arc signal I SA (k) (right).
На шаге 301 программы с помощью уменьшенного по скорости считывания сигнала I’’R(k) на шаге 203 и сигнала Sz состояния на шаге 105 программы исследуют, лежит ли, по меньшей мере, L полуволн сигнала I’’R(k) в пределах задаваемого отрезка времени. Для этого образуют выведение сигнала I’’R(k), т.е. его возрастание определяют по соотношениюIn step 301 of the program, using the signal I ' R R (k), reduced in read speed, in step 203 and the state signal S z , in step 105 of the program, it is examined whether at least L half-waves of signal I' R (k) lie in the limits of the specified period of time. For this, the signal I '' R (k) is formed, i.e. its increase is determined by the ratio
Если Sz=1, a grad(k)>gradmax, т.е. значение grad(k) превышает пороговое значение, то соответствующую полуволну сигнала I’’R(k) рассматривают как потенциальный Arc-сигнал и повышается показание счетчика. Если показание счетчика лежит в пределах отрезка времени выше L, то на шаге 301 программы вырабатывается представляющий регистрацию дуги сигнал оповещения, например высокий или 1. Этот сигнал подают для выполнения логической операции ИЛИ (шаг 303) или к логическому элементу 5 ИЛИ, подающему сигнал Sаrс оповещения к индикаторному элементу 6, например, в виде светодиода (LED).If S z = 1, a grad (k)> grad max , i.e. If grad (k) exceeds the threshold value, then the corresponding half-wave of the signal I '' R (k) is considered as a potential Arc signal and the counter reading is increased. If the counter reading lies within the time interval above L, then at step 301 of the program, a notification signal representing the arc registration is generated, for example, high or 1. This signal is supplied to perform a logical OR operation (step 303) or to an OR logic element 5 supplying a signal S ARC alerts to the indicator element 6, for example, in the form of a light emitting diode (LED).
На шаге 302 программы группу IGA(k) Arc-сигналов сравнивают с возможно (одновременно) возникающей характеристикой сигнала помехи вследствие произошедшего со стороны потребителя отключения, типичная характеристика ISE сигнала которого изображена на фиг.4. Правда, подобный сигнал Isa помехи вследствие включения или выключения присоединенного через этот бортовой кабель 1 потребителя или нагрузки имеет схожую с Arc-сигналами IGA(k) характеристику. Однако подобный сигнал ISA помехи, как известно, затухает по экспоненциальной функции, чего не происходит у типичной группы IGA(k) Arc-сигналов.In step 302 of the program, the group I GA (k) of Arc signals is compared with a possibly (simultaneously) occurring characteristic of the interference signal due to a disconnection from the consumer side, a typical signal characteristic I SE of which is shown in FIG. 4. True, a similar interference signal I sa due to switching on or off a consumer or load connected via this on-board cable 1 has a characteristic similar to Arc signals I GA (k). However, such a signal I SA of interference is known to decay by an exponential function, which does not occur with a typical group of I GA (k) Arc signals.
С помощью или на основе этого характера затухания можно поэтому вследствие отключений отличить подобный сигнал помехи от типичной группы IGA(k) Arc-сигналов. Для этого осуществляют сначала определение максимумов всех полуволн Arc-сигналов группы IGA(k), частота ω которых лежит выше критической частоты ω'. Затем осуществляют суммирование значений М следующих друг за другом максимумов, а также определение максимума значений М и образование среднего значения. По достижении задаваемой доли среднего значения, например, 90% обнаруживается Arc-Tracking, и на шаге 302 вырабатывается представляющий регистрацию дуги сигнал оповещения, например высокий или 1. Этот сигнал подают для выполнения логической операции ИЛИ (шаг 303), в результате выполнения которой вырабатывается сигнал Sаrс оповещения для индикаторного элемента 6 или для срабатывания защитного выключателя (фиг.5).Using or based on this nature of the attenuation, it is therefore possible, due to disconnections, to distinguish a similar interference signal from a typical group I GA (k) of Arc signals. To do this, first determine the maxima of all the half-waves of the Arc signals of group I GA (k), the frequency ω of which lies above the critical frequency ω '. Then carry out the summation of the values of M following one after the other maxima, as well as determining the maximum values of M and the formation of the average value. Upon reaching the set fraction of the average value, for example, 90%, Arc-Tracking is detected, and at step 302 a warning signal representing the arc registration is generated, for example, high or 1. This signal is sent to perform a logical OR operation (step 303), as a result of which it is generated alert signal S ac for indicator element 6 or for operation of the protective switch (figure 5).
Вся функция программы преимущественно интегрирована в ASIC (Application Specific Integrated Circuit) (специализированная ИС), которая, в свою очередь, в качестве неотъемлемой составной части помещена в защитный выключатель 7 (фиг.6), обычно предусмотренный в воздушном или космическом летательном аппарате. Габариты защитного выключателя 7 согласованы в этом случае применения с требованиями, обычно предъявляемыми к воздушным и космическим летательным аппаратам, и составляют примерно а=50 мм, h=40 мм и b=20 мм.The entire function of the program is predominantly integrated into the ASIC (Application Specific Integrated Circuit) (specialized IC), which, in turn, is placed as an integral part of the protective switch 7 (Fig.6), usually provided in an air or spacecraft. The dimensions of the
На фиг.5 изображены функциональные модули такого защитного выключателя 7 со встроенным аналого-цифровым преобразователем 4 и функциональным модулем ASIC 8, в который жестко запрограммирован изображенный на фиг.1 и работающий согласно описанному здесь способу алгоритм. Сетевая часть 9 вырабатывает питающий ток или питающее напряжение для функционального модуля 8 и предвключенного ему аналого-цифрового преобразователя 4, а также для также встроенного датчика 3 тока и модуля 10 дистанционного срабатывания в виде, например, катушки срабатывания. Последняя связана с функцией 11 защитного выключателя, в частности, по меньшей мере, одним расцепителем, замком и коммутирующим контактом 12. Коммутирующий контакт 12 включен между LINE-выводом АLn и LOAD-выводом ALd защитного выключателя 7, содержащего дополнительно заземляющий вывод AG.Figure 5 shows the functional modules of such a
При присоединении защитного выключателя 7 к питающему проводу 2 бортовой сети или бортового кабеля 1 датчик 3 тока регистрирует сигнал I(t) тока, идущий при замкнутом коммутирующем контакте 12 через функцию 11 защитного выключателя к исполнительному механизму, датчику и, тем самым, к потребителю бортовой сети или вообще к нагрузке 13 бортовой сети 1. Его обработка для регистрации Arc-сигналов (Arc Tracking) вследствие возникающей вдоль кабеля 1 бортовой сети дуги происходит внутри защитного выключателя 7 посредством аналого-цифрового преобразователя 4 и модуля FPGA 8 (матрица логических элементов, программируемая пользователем). Последний вырабатывает в случае описанного обнаружения Arc Tracking сигнал Sаrс оповещения, направляемый к индикатору 6 и/или модулю 10 дистанционного срабатывания. Последний подает сигнал SA срабатывания к действующей, в частности, в качестве защиты линии функции 11 защитного выключателя, которая размыкает коммутирующий контакт 12 и отделяет, таким образом, соответствующую нагрузку 13 от питающей линии 2 и, тем самым, от бортовой сети 1.When the
Защитный выключатель 7 обеспечивает, таким образом, дополнительно к традиционной защите от тока перегрузки в бортовой сети подобного воздушного летательного аппарата расширенную защиту также от аварийных электрических дуг, так что имеющееся бортовое оборудование надежно защищено.The
Перечень ссылочных позицийList of Reference Items
1 - бортовая сеть1 - on-board network
2 - питающая линия2 - supply line
3 - датчик тока3 - current sensor
4 - аналого-цифровой преобразователь4 - analog-to-digital converter
5 - логический элемент ИЛИ/логическая операция ИЛИ5 - logical element OR / logical operation OR
6 - индикаторный элемент6 - indicator element
7 - защитный выключатель7 - safety switch
8 - функциональный модуль ASIC8 - ASIC function module
9 - сетевая часть9 - network part
10 - модуль дистанционного срабатывания10 - remote operation module
11 - функция автоматического выключателя11 - circuit breaker function
12 - коммутирующий контакт12 - switching contact
13 - нагрузка13 - load
102-303 - шаги программы102-303 - program steps
I(t) - сигнал переменного токаI (t) - AC signal
I(k) - дискретный по времени сигнал токаI (k) - time discrete current signal
ISA - (единичный) Arc-сигналI SA - (single) Arc signal
IGA - группа Arc-сигналовI GA - Arc Signal Group
ISE - характеристика сигнала помехиI SE - interference signal characteristic
Sаrс - сигнал оповещенияS arc - alert
Sz - сигнал состоянияS z - status signal
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002134364/09A RU2249827C2 (en) | 2000-05-20 | 2000-05-20 | Electric arc tracking method and device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002134364/09A RU2249827C2 (en) | 2000-05-20 | 2000-05-20 | Electric arc tracking method and device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002134364A RU2002134364A (en) | 2004-04-27 |
RU2249827C2 true RU2249827C2 (en) | 2005-04-10 |
Family
ID=35612049
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002134364/09A RU2249827C2 (en) | 2000-05-20 | 2000-05-20 | Electric arc tracking method and device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2249827C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU176013U1 (en) * | 2017-08-16 | 2017-12-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "МЕТРОСПЕЦТЕХНИКА" | ELECTRICAL EQUIPMENT DETECTOR SENSOR |
RU2665063C2 (en) * | 2013-06-21 | 2018-08-28 | Шнейдер Электрик Эндюстри Сас | Method and device for detecting electric arc |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2876187B1 (en) * | 2004-10-01 | 2006-12-15 | Airbus France Sas | METHOD AND DEVICE FOR DETECTING AN ELECTRIC ARC PHENOMENON ON AT LEAST ONE ELECTRICAL CABLE |
-
2000
- 2000-05-20 RU RU2002134364/09A patent/RU2249827C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2665063C2 (en) * | 2013-06-21 | 2018-08-28 | Шнейдер Электрик Эндюстри Сас | Method and device for detecting electric arc |
RU176013U1 (en) * | 2017-08-16 | 2017-12-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "МЕТРОСПЕЦТЕХНИКА" | ELECTRICAL EQUIPMENT DETECTOR SENSOR |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10830808B2 (en) | Circuit and method for detecting arc faults | |
US7219023B2 (en) | Method and device for the detection of fault current arcing in electric circuits | |
EP2999969B1 (en) | Arc fault detection system and method | |
JP5476060B2 (en) | Arc detection using discrete wavelet transform | |
US9478968B2 (en) | Fast distance protection for energy supply networks | |
US7366622B1 (en) | Arc fault identification using model reference estimation | |
EP2999970B1 (en) | Sub-harmonic arc fault detection method | |
KR20100080453A (en) | Parallel arc detection using discrete wavelet transforms | |
KR20120036804A (en) | Method and system for transient and intermittent earth fault detection and direction determination in a three phase median voltage electric power distribution system | |
CN103503262B (en) | For monitoring the method and apparatus of current transformer in differential protective system | |
CN109596956B (en) | DC series arc detection method and device | |
CN108474819A (en) | The method and apparatus of short circuit monitoring for threephase load | |
EP3048684B1 (en) | Systems and methods for arc detection | |
US20110098951A1 (en) | Arrangement and method for generating a fault signal | |
CA1338513C (en) | Methods, systems and apparatus for detecting changes in variables | |
US10228406B2 (en) | Detecting a fault, in particular a transient fault, in an electrical network | |
RU2249827C2 (en) | Electric arc tracking method and device | |
CA2409511C (en) | Method and device for detecting accidental arcs | |
JP7072982B2 (en) | Discharge accident detection structure | |
US8228103B2 (en) | Circuit breaker | |
RU2807681C1 (en) | METHOD FOR DIAGNOSING CONDITION OF 0.4 kV SUPPLY LINE | |
US20240110955A1 (en) | Arc-fault detection apparatus and method and electrical installation | |
JPH0522851A (en) | Method and apparatus for determining grounding section of distribution line |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130521 |