RU2479866C1 - Способ детектирования аварийной электрической дуги и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ детектирования аварийной электрической дуги и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2479866C1
RU2479866C1 RU2011132153/07A RU2011132153A RU2479866C1 RU 2479866 C1 RU2479866 C1 RU 2479866C1 RU 2011132153/07 A RU2011132153/07 A RU 2011132153/07A RU 2011132153 A RU2011132153 A RU 2011132153A RU 2479866 C1 RU2479866 C1 RU 2479866C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulses
voltage
current
output
arc
Prior art date
Application number
RU2011132153/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011132153A (ru
Inventor
Владимир Константинович Монаков
Александр Владимирович Минченко
Антон Александрович Козырев
Сергей Викторович Фролов
Original Assignee
Владимир Константинович Монаков
Александр Владимирович Минченко
Антон Александрович Козырев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Константинович Монаков, Александр Владимирович Минченко, Антон Александрович Козырев filed Critical Владимир Константинович Монаков
Priority to RU2011132153/07A priority Critical patent/RU2479866C1/ru
Publication of RU2011132153A publication Critical patent/RU2011132153A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2479866C1 publication Critical patent/RU2479866C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Согласно способу детектирования измеряют мгновенное значение тока электроустановки, с помощью фильтров выделяют импульсы перепадов тока, характерные для горения дуги, преобразуют их в напряжение, которое усиливают, выпрямляют и интегрируют в течение интервала времени, достаточного для установления факта горения аварийной дуги. Из полученного напряжения вычитают напряжение смещения, компенсирующее воздействие нагрузок со штатной электрической дугой. Полученный результат сравнивают с пороговым значением, характерным для пожароопасной ситуации. При его превышении формируют сигналы о пожароопасной ситуации и на отключение электроустановки. Измеряют мгновенное значение напряжения сети, анализируют группы соседних импульсов перепадов тока для исключения резко отличающихся от средней амплитуды перепадов. Измеряют мгновенные значения напряжения сети в моменты возникновения импульсов перепадов тока и исключают импульсы, не соответствующие условиям зажигания дуги. Интервал суммирования импульсов перепадов тока увеличивают при регистрации одиночных импульсов и уменьшают при регистрации последовательности, обеспечивая возможность регистрации слабых и нестабильных дуг. Технический результат - расширение функциональных возможностей, повышение достоверности определения процесса горения дуги и снижение ложных обнаружений дуги. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к области электроэнергетики и пожарной безопасности и предназначено для предотвращения возгораний и повреждений кабельных линий и элементов электроустановки, возникающих при зажигании электрической дуги путем обесточивания потребителей.
В электроустановках и кабельных линиях по причине механических и температурных воздействий образуются повреждения изоляции, которые приводят к возникновению аварийной электрической дуги. Доля пожаров, возникающих из-за ненадежного контакта и повреждений элементов электроустановок, которые не приводят к коротким замыканиями и перегрузкам, достигает 80% [Павлов Д.Д. Исследование и разработка интеллектуального устройства искробезопасности для систем автоматики. Дис. канд. техн. наук: 05.13.05. Владимир, 2006. РГБ ОД, 61:06-5/3843, стр.12], поэтому способ защиты от аварийной электрической дуги актуален и его следует применять на электроустановках всех категорий как промышленного, так и бытового назначения.
Существующие способы защиты с помощью автоматических выключателей (АВ) и устройств защитного отключения (УЗО) не позволяют выявить горение электрической дуги и произвести отключение поврежденной части электроустановки, поэтому необходимо применять дополнительные способы защиты.
Известно техническое решение [патент России RU 2159468 C1 7, G08B 17/06, G08B 25/10, опубл. 20.06.2005], согласно которому на вводе электрической сети измеряют суммарный электрический ток. Из измеренного суммарного тока путем фильтрации выделяют сигнал высоких гармоник, появляющихся при искрении и горении электрической дуги. Сформированный сигнал усиливают, выпрямляют и накапливают в течение установленного времени. В процессе накопления сравнивают величину суммарного сигнала с заданным уровнем сравнения, который выбирается для соответствующей степени пожарной опасности сети. В зависимости от величины накопленного сигнала, соответствующего достигнутому уровню, формируют сигнал предупреждения или команду на отключение электрической сети.
Недостатками данного технического решения является низкая достоверность детектирования электрической дуги при использовании в электрических сетях с изменяющейся нагрузкой и высокой частотой коммутаций, так как в качестве информативного показателя используется ток нагрузки, изменяющийся при ее включении и отключении, а также несоответствие заданных пределов степеней пожарной опасности реальным условиям функционирования электроустановок.
Наиболее близким по своей сущности к заявляемому изобретению является техническое решение [патент США 5,691,869, опубл. 25.12.1997], в котором анализируется значение перепадов тока, сопровождающих моменты зажигания и гашения электрической дуги, и их периодичность, абсолютные значения амплитуд суммируются в течение установленного интервала времени и в случае превышения порогового значения электроустановка отключается.
Существенными недостатками данного технического решения являются возможность ложного детектирования дуги при нормальном функционировании нагрузок с большими пусковыми токами, необеспечение пожарной безопасности при наличии электрической дуги малой мощности, ошибочное обнаружение дуги при работе нагрузок со штатной электрической дугой - коллекторных двигателей и импульсных источников питания, отсутствие регистрации горения электрической дуги при подключенных индуктивных нагрузках.
Технической задачей предлагаемого способа детектирования аварийной электрической дуги является расширение его функциональных возможностей, повышение достоверности определения процесса горения электрической дуги, снижение ложных обнаружений дуги при работе с нерезистивными нагрузками, в особенности с коллекторными двигателями, нагрузками с импульсными источниками и устройствами с большими кратностями пусковых токов по отношению к номинальным, а также возможность работы в сети с изменяющимся составом нагрузок.
Для достижения технического результата предлагается способ, по которому производят измерения мгновенного значения электрического тока контролируемой электроустановки, с помощью комбинации фильтров выделяют импульсы перепадов тока, характерные для горения электрической дуги, преобразуют их в напряжение, усиливают, выпрямляют и интегрируют в течение интервала времени, достаточного для установления факта горения аварийной дуги, затем производят вычисление - из полученного напряжения вычитают напряжение смещения, компенсирующее воздействие нагрузок со штатной электрической дугой, полученный результат сравнивают с пороговым значением, характерным для пожароопасной ситуации при горении дуги, в случае его превышения формируются сигналы о пожароопасной ситуации и на отключение электроустановки, отличающийся тем, что дополнительно производят измерение мгновенного значения напряжения сети, анализируют группы соседних импульсов перепадов тока для исключения резко отличающихся от средней амплитуды перепадов, а также измеряют мгновенные значения напряжения сети в моменты возникновения импульсов перепадов тока и исключают импульсы, не соответствующие условиям зажигания электрической дуги; интервал суммирования импульсов перепадов тока увеличивают при регистрации одиночных импульсов и уменьшают при регистрации их последовательности, обеспечивая возможность детектирования слабых и нестабильных дуг.
Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами фиг.1-4.
На фиг.1 представлена схема включения устройства в сеть.
На фиг.2 в полярных координатах показана область анализа, ограниченная амплитудой и фазой напряжения сети, соответствующая условиям зажигания и гашения электрической дуги. Перепады, не попадающие в заштрихованные области, не учитываются при детектировании.
На фиг.3 представлена временная диаграмма процесса интегрирования перепадов тока и изменения времени накопления. Компенсация воздействия нагрузок со штатной электрической дугой заключается в вычитании из значения величины накопления напряжения смещения, пропорционального идентичным периодически повторяющимся перепадам тока.
На фиг.4 изображена структурная схема устройства детектирования аварийной электрической дуги.
Способ осуществляется следующим образом (фиг.1): первоначально производят измерения мгновенных значений тока нагрузки и напряжения сети.
Далее вычисляется текущий перепад тока как абсолютное значение приращения сигнала между двумя соседними отсчетами:
Текущий.перепад=|Тек.отсчет-Предыд.отсчет.)
Перепад проверяют на принадлежность к области анализа (фиг.2), ограниченную значениями напряжения сети и фазы, характерными для момента зажигания (гашения) аварийной электрической дуги. В случае выхода за границы области анализа значение перепада не учитывается. За одну область анализа запоминается один максимальный перепад. Затем производится усреднение перепадов за несколько областей анализа. Перепады, значительно отличающиеся от среднего значения, не учитываются. Перепады суммируются в течение времени накопления и образуют величину накопления, которая сравнивается с установленным при инициализации ее предельным значением. При превышении предельного значения вырабатывается команда на отключение электроустановки. Если значение ниже предельного, то проверяется условие на превышение временем анализа установленного значения, и в случае превышения происходит сдвиг окна анализа по временной шкале, а величина накопления за предыдущий интервал времени накопления учитывается при последующем анализе и обнуляется. Сигнал смещения пропорционален регулярной и периодической составляющей тока электрической дуги. Вычитанием сигнала смещения из сигнала последующих перепадов с датчика тока нагрузки после его фильтрации и усиления производится компенсация влияния нагрузок со штатной электрической дугой - коллекторных двигателей - путем корректировки величины накопления. В зависимости от условий анализа величина накопления обнуляется, сохраняется либо изменяется. При достаточно низкой частоте возникновения перепадов сигнала время накопления увеличивается.
Данный способ может быть реализован с помощью устройства, прототип которого описан в патенте США 5,691,869. Прототип по причинам, изложенным ранее при описании известного способа, не обеспечивает необходимой достоверности детектирования дуги и низкой вероятности ложных срабатываний.
Предлагаемое устройство для осуществления способа по п.1 содержит датчик тока нагрузки, к выходу которого подключен фильтр, сигнал с которого подают на усилитель с двухполупериодным выпрямителем, выходом подключенный к интегрирующему элементу, на вход которого также подают сигнал отрицательной обратной связи, после чего сигнал на выходе интегрирующего элемента сравнивают с пороговым с помощью компаратора и в случае превышения подают сигнал отключения электроустановки на исполнительный узел. В устройстве дополнительно установлен датчик напряжения, выходом подключенный к фильтру, сигнал с которого подают на усилитель, с выхода которого - на аналого-цифровой преобразователь, выходом подключенный к блоку управления и анализа; сигнал датчика тока нагрузки с выхода усилителя с двухполупериодным выпрямителем преобразуют в напряжение и подают на аналого-цифровой преобразователь, выходом подключенный также к блоку управления и анализа, который представляет собой цифровое логическое устройство. С помощью блока производят интегрирование сигналов, пропорциональных значениям перепадов тока, анализируют группы сигналов соседних импульсов перепадов тока, измеряют мгновенные значения напряжения сети в моменты возникновения импульсов перепадов тока и исключают импульсы, не соответствующие условиям зажигания электрической дуги, затем из полученного значения напряжения, пропорционального импульсам перепадов тока, вычитают напряжение смещения, пропорциональное регулярной и периодической составляющей сигнала перепадов тока, полученный результат сравнивают с пороговым значением, характерным для пожароопасной ситуации при горении дуги, и в случае его превышения формируют сигналы на отключение электроустановки, которые с выхода блока управления и анализа подают на индикатор, а также на усилитель, выход которого подключен к реле, которое приводит в действие исполнительный механизм, воздействующий на контактную группу, с помощью которого осуществляют обесточивание контролируемой электроустановки.
Устройство (фиг.4) содержит блок защиты от волновых перенапряжений 3, датчики тока нагрузки 4, дифференциального тока 6 и напряжения 5, блок питания 24, блок обработки сигнала Б, исполнительный узел А. Устройство включается в сеть последовательно с контролируемой частью электроустановки.
Устройство функционирует следующим образом.
Напряжение сети подают на входные клеммы 1, затем оно поступает на контактную группу 2, используемую для отключения нагрузки в случае аварийной ситуации, блок защиты от волновых перенапряжений 3, препятствующий прохождению кратковременных импульсных перенапряжений в контролируемую электроустановку, на группу датчиков 4-6 и на выходные клеммы 7.
Сигнал с датчика тока нагрузки 4 подают на фильтр 9, выделяющий характерные для процесса горения дуги перепады тока, усиливают и выпрямляют с помощью усилителя с двухполупериодным выпрямителем 13 и суммируют с сигналом усилителя напряжения смещения 17, после чего подают на АЦП 18 для оцифровки и дальнейшей обработки блоком управления и анализа 22. Сигналы датчиков напряжения 5 и тока утечки 6 обрабатываются аналогично за исключением суммирования с напряжением смещения.
Блок управления и анализа 22 представляет собой микроконтроллер или иное цифровое логическое устройство, с помощью которого осуществляют сбор, анализ сигналов с датчиков, подачу сигналов индикации аварийной ситуации 21 на размыкание контактной группы 2 с помощью исполнительного механизма 8. Предварительно сигнал усиливают усилителем 16 до уровня, достаточного для срабатывания реле 12 привода исполнительного механизма 8.
В результате внедрения данного изобретения значительно повышается достоверность определения процесса горения электрической дуги, происходит снижение количества ложных обнаружений дуги при работе с нерезистивными нагрузками, в особенности с коллекторными двигателями, нагрузками с импульсными источниками и устройствами с большими кратностями пусковых токов по отношению к номинальным, а также возрастает эффективность работы в сети с изменяющимся составом нагрузок.
Таким образом, внедрение предлагаемого способа и устройства детектирования аварийной электрической дуги обеспечивает предупреждение пожара при неисправности в электрической сети или электроустановке, повышает степень защиты людей, жилых, производственных и др. объектов от поражающего действия пожаров.

Claims (2)

1. Способ детектирования аварийной электрической дуги, характеризующийся тем, что производят измерения мгновенного значения электрического тока контролируемой электроустановки, с помощью комбинации фильтров выделяют импульсы перепадов тока, характерные для горения электрической дуги, преобразуют их в напряжение, усиливают, выпрямляют и интегрируют в течение интервала времени, достаточного для установления факта горения аварийной дуги, затем производят вычисление - из полученного напряжения вычитают напряжение смещения, компенсирующее воздействие нагрузок со штатной электрической дугой, полученный результат сравнивают с пороговым значением, характерным для пожароопасной ситуации при горении дуги, в случае его превышения формируются сигналы о пожароопасной ситуации и на отключение электроустановки, отличающийся тем, что дополнительно проводят измерение мгновенного значения напряжения сети, анализируют группы соседних импульсов перепадов тока для исключения резко отличающихся от средней амплитуды перепадов, а также измеряют мгновенные значения напряжения сети в моменты возникновения импульсов перепадов тока и исключают импульсы, не соответствующие условиям зажигания электрической дуги; интервал суммирования импульсов перепадов тока увеличивают при регистрации одиночных импульсов и уменьшают при регистрации последовательности, обеспечивая возможность регистрации слабых и нестабильных дуг.
2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее датчик тока нагрузки, к выходу которого подключен фильтр, сигнал с которого подают на усилитель с двухполупериодным выпрямителем, выходом подключенный к интегрирующему элементу, на вход которого также подают сигнал отрицательной обратной связи, после чего сигнал на выходе интегрирующего элемента сравнивают с пороговым с помощью компаратора и, в случае превышения, подают сигнал отключения электроустановки на исполнительный узел, отличающееся тем, что в устройстве дополнительно установлен датчик напряжения, выходом подключенный к фильтру, сигнал с которого подают на усилитель, с выхода которого - на аналого-цифровой преобразователь, выходом подключенный к блоку управления и анализа; сигнал датчика тока нагрузки с выхода усилителя с двухполупериодным выпрямителем преобразуют в напряжение и подают на аналого-цифровой преобразователь, выходом подключенный также к блоку управления и анализа, который представляет собой цифровое логическое устройство, с помощью которого производят интегрирование сигналов, пропорциональных значениям перепадов тока, анализируют группы сигналов соседних импульсов перепадов тока, измеряют мгновенные значения напряжения сети в моменты возникновения импульсов перепадов тока и исключают импульсы, не соответствующие условиям зажигания электрической дуги, затем из полученного значения напряжения, пропорционального импульсам перепадов тока, вычитают напряжение смещения, пропорциональное регулярной и периодической составляющей сигнала перепадов тока, полученный результат сравнивают с пороговым значением, характерным для пожароопасной ситуации при горении дуги, и в случае его превышения формируют сигналы на отключение электроустановки, который с выхода блока управления и анализа подают на индикатор, а также на усилитель, выход которого подключен к реле, которое приводит в действие исполнительный механизм, воздействующий на контактную группу, с помощью которого осуществляют обесточивание контролируемой электроустановки.
RU2011132153/07A 2011-08-01 2011-08-01 Способ детектирования аварийной электрической дуги и устройство для его осуществления RU2479866C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011132153/07A RU2479866C1 (ru) 2011-08-01 2011-08-01 Способ детектирования аварийной электрической дуги и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011132153/07A RU2479866C1 (ru) 2011-08-01 2011-08-01 Способ детектирования аварийной электрической дуги и устройство для его осуществления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011132153A RU2011132153A (ru) 2013-02-10
RU2479866C1 true RU2479866C1 (ru) 2013-04-20

Family

ID=49119445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011132153/07A RU2479866C1 (ru) 2011-08-01 2011-08-01 Способ детектирования аварийной электрической дуги и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2479866C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2580011C1 (ru) * 2014-10-09 2016-04-10 Александр Сергеевич Мкртумов Способ для автоматизированного предупреждения пожара от больших переходных сопротивлений в электрических сетях или электроустановках и устройство для его реализации

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3515943A (en) * 1966-09-29 1970-06-02 English Electric Co Ltd Electrical fault detector
US4376243A (en) * 1981-01-26 1983-03-08 General Motors Corporation Arc detector for electric rod furnace
US5691869A (en) * 1995-06-06 1997-11-25 Eaton Corporation Low cost apparatus for detecting arcing faults and circuit breaker incorporating same
RU2159468C1 (ru) * 2000-01-12 2000-11-20 КОРОЛЕВ Игорь Сергеевич Способ предупреждения пожара при неисправности в электрической сети или электроустановке (варианты) и устройство для его осуществления

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3515943A (en) * 1966-09-29 1970-06-02 English Electric Co Ltd Electrical fault detector
US4376243A (en) * 1981-01-26 1983-03-08 General Motors Corporation Arc detector for electric rod furnace
US5691869A (en) * 1995-06-06 1997-11-25 Eaton Corporation Low cost apparatus for detecting arcing faults and circuit breaker incorporating same
RU2159468C1 (ru) * 2000-01-12 2000-11-20 КОРОЛЕВ Игорь Сергеевич Способ предупреждения пожара при неисправности в электрической сети или электроустановке (варианты) и устройство для его осуществления

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2580011C1 (ru) * 2014-10-09 2016-04-10 Александр Сергеевич Мкртумов Способ для автоматизированного предупреждения пожара от больших переходных сопротивлений в электрических сетях или электроустановках и устройство для его реализации

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011132153A (ru) 2013-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11831139B2 (en) Processor-based circuit interrupting devices
CN102749533A (zh) 一种低压电弧故障检测方法
US7282924B1 (en) Computerized electricity system having an arc fault detecting sub-system
US10432139B2 (en) Electric arc detection in photovoltaic installations
EP3072198B1 (en) Method for detecting electrical faults in a circuit
US20080123226A1 (en) Ground Fault Detector Interrupter
GB2546553A (en) Circuit and method for detecting arc faults
US20140095086A1 (en) Direct current arc fault detector and circuit interrupter, and method of detecting an arc in a direct current power circuit
JP6000193B2 (ja) Dcアーク検知装置
CN103592550A (zh) 一种电弧故障检测方法及保护装置
US9502885B2 (en) Home run arc detection at the photovoltaic string level using multiple current sensors
CN201805222U (zh) 使用小波熵的串联故障电弧检测装置
US9634479B2 (en) Noise propagation immunity of a multi-string arc fault detection device
AU2007302649A1 (en) Apparatus, systems and methods for reliably detecting faults within a power distribution system
RU2479866C1 (ru) Способ детектирования аварийной электрической дуги и устройство для его осуществления
RU117686U1 (ru) Устройство защиты электроустановки с функцией детектирования аварийной электрической дуги
RU2528137C2 (ru) Способ для автоматизированного предупреждения пожара от искрения в электрических сетях или электроустановках и устройство для его реализации
EP1695248A2 (en) High level arc fault detector
KR101464246B1 (ko) Zct를 이용한 아크 검출 차단기
CN116565816A (zh) 一种高压直流线路电弧故障的保护方法及保护系统
US8228103B2 (en) Circuit breaker
CN111025102A (zh) 基于电压波形分析的低压电弧故障检测方法及装置
JP2001289900A (ja) 絶縁劣化検出回路と該回路を用いた装置
WO2014168194A1 (ja) 開閉器
RU2159468C1 (ru) Способ предупреждения пожара при неисправности в электрической сети или электроустановке (варианты) и устройство для его осуществления

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130802