RU2515996C2 - Method for dynamic detection of accidental electric discharge and device for its implementation - Google Patents

Method for dynamic detection of accidental electric discharge and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2515996C2
RU2515996C2 RU2012105715/07A RU2012105715A RU2515996C2 RU 2515996 C2 RU2515996 C2 RU 2515996C2 RU 2012105715/07 A RU2012105715/07 A RU 2012105715/07A RU 2012105715 A RU2012105715 A RU 2012105715A RU 2515996 C2 RU2515996 C2 RU 2515996C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
values
stage
current
channel
Prior art date
Application number
RU2012105715/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012105715A (en
Inventor
Дмитрий Юрьевич Кудрявцев
Александр Владимирович Минченко
Антон Александрович Козырев
Original Assignee
Дмитрий Юрьевич Кудрявцев
Александр Владимирович Минченко
Антон Александрович Козырев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дмитрий Юрьевич Кудрявцев, Александр Владимирович Минченко, Антон Александрович Козырев filed Critical Дмитрий Юрьевич Кудрявцев
Priority to RU2012105715/07A priority Critical patent/RU2515996C2/en
Publication of RU2012105715A publication Critical patent/RU2012105715A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2515996C2 publication Critical patent/RU2515996C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Testing Relating To Insulation (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: application: in the field of electric engineering. According to the method a recorded signal i(t) of load current is supplied into two channels, each channel has three processing steps, at that at the first step of the first channel deviation of current signal from the periodic function is assessed, a regular component being the determinate part of the source signal is then defined by means of the source signal averaging in a short period of time - more than ten times less than the reporting period T and its mean-square value is calculated; at the second step high frequency components are defined excluding signal components slowly varying during several reporting periods T; at the third step the signal is filtered in order to exclude influence of certain pulses with large amplitude and history of its previous values is considered for the long-term period of time with reduction of each value contribution into the result depending on its time limitation; at that at the first step of the second channel an irregular component is defined by means of a regular component deduction from the signal i(t) and its mean-square value is calculated; at the second step high frequency components are defined and at the third step the signal is filtered, signal levels obtained at the outputs of the first and second channels are compared with the preset threshold values and when they exceed these values an alarm command is generated in order to cut off the controlled mains.
EFFECT: improving reliability.
8 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к схемам защиты в области электроэнергетики и пожарной безопасности, осуществляющим автоматическое отключение и непосредственно реагирующим на недопустимое отклонение от нормальных электрических рабочих параметров с последующим восстановлением соединения или без такового, а именно, к способам динамического обнаружения аварийного электрического разряда.The invention relates to protection schemes in the field of electric power and fire safety, performing automatic shutdown and directly responding to an unacceptable deviation from normal electrical operating parameters with subsequent restoration of the connection or without it, namely, to methods for the dynamic detection of emergency electrical discharge.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Доля пожаров, возникающих из-за ненадежного контакта и повреждений элементов электроустановок, которые не приводят к коротким замыканиями и перегрузкам, достигает 80% [Павлов Д.Д. Исследование и разработка интеллектуального устройства искробезопасности для систем автоматики: дис. канд. техн. наук: 05.13.05 Владимир, 2006 РГБ ОД, 61:06-5/3843, стр.12], поэтому способ защиты от аварийного электрического разряда актуален и его следует применять на электроустановках всех категорий как промышленного, так и бытового назначения.The share of fires resulting from unreliable contact and damage to electrical components that do not lead to short circuits and overloads reaches 80% [D. Pavlov Research and development of an intelligent intrinsic safety device for automation systems: dis. Cand. tech. Sciences: 05.13.05 Vladimir, 2006 RSL OD, 61: 06-5 / 3843, p. 12], therefore, the method of protection against emergency electrical discharge is relevant and should be used on electrical installations of all categories, both industrial and domestic.

Существующие способы защиты с помощью автоматических выключателей (АВ) и устройств защитного отключения (УЗО) не позволяют выявить наличие аварийного электрического разряда и произвести своевременное отключение поврежденной части электроустановки, поэтому для значительного повышения уровня безопасности электроустановок возникла необходимость в разработке новых способов защиты.Existing protection methods using circuit breakers (AB) and residual current circuit breakers (RCDs) do not allow detecting an emergency electrical discharge and timely shutting down the damaged part of the electrical installation, therefore, to significantly increase the safety level of electrical installations, it was necessary to develop new protection methods.

Известно техническое решение [патент России 2254615 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, содержащий высшие гармоники, появляющиеся 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, который выбирается для соответствующей степени пожарной опасности сети. В зависимости от величины накопленного сигнала, соответствующего достигнутому уровню, формируют сигнал предупреждения и (или) команду на отключение электрической сети.A technical solution is known [Russian patent 2254615 G08B 17/06, G08B 25/10, publ. 06/20/2005], according to which the total electric current is measured at the input of the electric network. From the measured total current by filtering, a signal is isolated that contains higher harmonics that appear during sparking and burning of an electric arc. The generated signal is amplified, rectified and accumulated over a set time. During the accumulation process, the value of the total signal is compared with a given level, which is selected for the corresponding degree of fire hazard of the network. Depending on the value of the accumulated signal corresponding to the achieved level, a warning signal and (or) a command to turn off the electric network are generated.

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, меняющийся при ее включении и отключении, а также несоответствие заданных пределов степеней пожарной опасности реальным условиям функционирования электроустановок.The disadvantages of this technical solution is the low reliability of the detection of the electric arc when used in electric networks with a changing load and a high switching frequency, since the load current that changes when it is turned on and off, as well as the mismatch of the specified limits of the degrees of fire hazard to real conditions, are used as an informative indicator functioning of electrical installations.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ [заявка на патент США 2009/0059449 А1, опубл. 05.03.2009], в котором зарегистрированный сигнал тока контролируемой сети подается на два независимых канала; первый канал содержит фильтр высоких частот (ФВЧ), предназначенный для удаления из сигнала основной гармоники сети переменного тока, второй - фильтр низких частот (ФНЧ), служащий для подавления высокочастотных составляющих тока, возникающих, в частности, при искрении. Сигналы тока каждого из каналов после фильтрации оцифровываются и обрабатываются с помощью микропроцессора следующим образом. Сигнал первого канала анализируется для выявления одной или нескольких статистических характеристик. Сигнал второго канала служит для вычисления среднеквадратичного значения тока нагрузки. Статистические характеристики сигнала первого канала сравниваются с определенными диапазонами значений, зависящих от среднеквадратичного значения тока нагрузки. В случае, если значения статистических характеристик попадают в заданные для определенного значения тока нагрузки пределы, значения логического счетчика увеличиваются. При достижении предельного значения формируется сигнал, приводящий к обесточиванию контролируемой сети.The closest in its technical essence and the achieved result to the claimed invention is a method [application for US patent 2009/0059449 A1, publ. 03/05/2009], in which the registered current signal of the controlled network is supplied to two independent channels; the first channel contains a high-pass filter (HPF), designed to remove from the signal of the main harmonic of the AC network, the second - a low-pass filter (LPF), which serves to suppress the high-frequency components of the current arising, in particular, during sparking. The current signals of each channel after filtering are digitized and processed using a microprocessor as follows. The signal of the first channel is analyzed to identify one or more statistical characteristics. The signal of the second channel is used to calculate the rms value of the load current. The statistical characteristics of the signal of the first channel are compared with certain ranges of values depending on the rms value of the load current. If the values of the statistical characteristics fall within the limits set for a certain value of the load current, the values of the logical counter increase. When the limit value is reached, a signal is generated leading to a blackout of the controlled network.

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

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

Задача решается таким образом, что в способе динамического обнаружения аварийного электрического разряда, характеризующемся тем, что зарегистрированный сигнал i(t) тока нагрузки контролируемой сети подается на два канала, в каждом из которых проходит три ступени обработки, при этом в первом канале на первой ступени оценивают отклонения зарегистрированного сигнала тока от периодической функции, выделяют регулярную компоненту, являющуюся детерминированной частью исходного сигнала, путем усреднения исходного сигнала по малому промежутку времени (более, чем в десять раз меньшим периода анализа Т, и берут ее среднеквадратичное значение, на второй ступени для повышения достоверности обнаружения аварийного электрического разряда выделяют высокочастотные составляющие, исключая медленно меняющиеся компоненты сигнала за несколько периодов анализа Т, на третьей ступени сигнал фильтруют для исключения влияния отдельных импульсов большой амплитуды и учитывают историю предыдущих его значений за длительный временной промежуток со снижением вклада каждого значения в результат в зависимости от его давности; во втором канале на первой ступени выделяют иррегулярную компоненту, являющуюся стохастической частью исходного сигнала, путем вычитания регулярной компоненты из зарегистрированного сигнала i(t) и берут ее среднеквадратичное значение; на второй ступени выделяют высокочастотные составляющие, исключая медленно меняющиеся отклонения сигнала за несколько периодов анализа, а на третьей ступени сигнал фильтруют для исключения влияния отдельных импульсов большой амплитуды и учитывают историю предыдущих его значений за длительный временной промежуток, равный трем и более периодам анализа, со снижением вклада каждого значения в результат в зависимости от его давности, затем полученные на выходах первого и второго каналов уровни сигнала сравнивают с заданными пороговыми значениями и, в случае их превышения, формируют команду тревоги, приводящую к обесточиванию контролируемой сети.The problem is solved in such a way that in the method for the dynamic detection of an emergency electric discharge, characterized in that the registered signal i (t) of the load current of the monitored network is supplied to two channels, each of which undergoes three processing stages, while in the first channel at the first stage the deviations of the recorded current signal from the periodic function are estimated, the regular component, which is the deterministic part of the initial signal, is isolated by averaging the initial signal over a small interval at time (more than ten times smaller than the analysis period T, and take its rms value, in the second stage, to increase the reliability of detection of an emergency electric discharge, high-frequency components are excluded, excluding slowly changing signal components over several periods of analysis of T, the signal is filtered at the third stage to exclude the influence of individual pulses of large amplitude and take into account the history of its previous values over a long time period with a decrease in the contribution of each value to the result m depending on the prescription; in the second channel, at the first stage, an irregular component is selected, which is the stochastic part of the original signal, by subtracting the regular component from the registered signal i (t) and taking its rms value; at the second stage, high-frequency components are isolated, excluding slowly changing signal deviations for several periods of analysis, and at the third stage, the signal is filtered to exclude the influence of individual pulses of large amplitude and take into account the history of its previous values for a long time period equal to three or more analysis periods, with a decrease the contribution of each value to the result, depending on its prescription, then the signal levels obtained at the outputs of the first and second channels are compared with predetermined threshold values and Achen, if they are exceeded, an alarm command is formed, leading to a controllable network blackout.

По заявляемому способу на первой ступени для определения отклонения зарегистрированного сигнала тока от периодической функции из значений сигнала за текущий период анализа вычитают значения за предыдущий период анализа и рассчитывают среднеквадратичное значение x1(t), являющееся оценкой апериодичности сигнала тока, по формуле:According to the inventive method in the first stage to determine the deviation of the registered current signal from the periodic function from the signal values for the current analysis period, the values for the previous analysis period are subtracted and the rms value x 1 (t) is calculated, which is an estimate of the aperiodicity of the current signal by the formula:

x 1 ( t ) = 1 2 τ T t T t ( ρ τ ρ + τ ( i ( θ ) i ( θ T ) d θ ) ) 2 d ρ

Figure 00000001
, x one ( t ) = one 2 τ T t - T t ( ρ - τ ρ + τ ( i ( θ ) - i ( θ - T ) d θ ) ) 2 d ρ
Figure 00000001
,

где i(t) - зарегистрированный сигнал тока;where i (t) is the registered current signal;

Т - период анализа - фиксированный временной промежуток, для переменного тока и постоянного тока, определяемый временем срабатывания защитных устройств - автоматического выключателя или устройства защитного отключения, установленных совместно и обеспечивающих дополнительную защиту электроустановки;T - analysis period - a fixed time period for alternating current and direct current, determined by the response time of the protective devices - circuit breaker or residual current circuit breaker, installed together and providing additional protection for the electrical installation;

t - момент поступления зарегистрированного сигнала в каналы для обработки;t is the moment of arrival of the registered signal in the channels for processing;

τ - радиус малой окрестности t;τ is the radius of a small neighborhood of t;

ρ- моменты времени, лежащие на отрезке [t-T;t], по которым происходит усреднение;ρ - time moments lying on the interval [t-T; t] over which averaging occurs;

θ - момент преобразования сигнала.θ is the moment of signal conversion.

По заявляемому способу для выделения иррегулярной компоненты на первой ступени из значений зарегистрированного сигнала тока вычитают значения регулярной компоненты, затем вычисляют среднеквадратичное значение x2(t), по формуле:According to the claimed method for isolating the irregular component in the first stage, the values of the regular component are subtracted from the values of the registered current signal, then the root mean square value x 2 (t) is calculated by the formula:

x 2 ( t ) = 1 T t T t ( i ( ρ ) 1 2 τ ρ τ ρ + τ i ( θ ) d θ ) 2 d ρ

Figure 00000002
. x 2 ( t ) = one T t - T t ( i ( ρ ) - one 2 τ ρ - τ ρ + τ i ( θ ) d θ ) 2 d ρ
Figure 00000002
.

По заявляемому способу на второй ступени в каждом из каналов для повышения достоверности определения аварийного электрического разряда выделяют высокочастотные составляющие, исключая медленно меняющиеся компоненты сигналов за несколько периодов анализа, и берут их абсолютные значения, рассчитывая по формуле:According to the claimed method, at the second stage in each channel, to increase the reliability of determining the emergency electric discharge, high-frequency components are isolated, excluding slowly changing signal components for several periods of analysis, and their absolute values are taken, calculated by the formula:

y k ( t ) = | x k ( t ) 1 r T t T t x k ( ρ ) d ρ |

Figure 00000003
; k∈{1,2} y k ( t ) = | | | x k ( t ) - one r T t - T t x k ( ρ ) d ρ | | |
Figure 00000003
; k∈ {1,2}

где r - число периодов анализа, по которым происходит усреднение.where r is the number of analysis periods over which averaging occurs.

k=1 - для первого канала, k=2 - для второго канала.k = 1 - for the first channel, k = 2 - for the second channel.

По способу на третьей ступени сигналы, полученные на выходах второй ступени в каждом из каналов, фильтруют, применяя амплитудные фильтры, и суммируют с отфильтрованными с помощью фильтров низких частот сигналами, полученными за предыдущие периоды анализа, по формуле:According to the method in the third stage, the signals received at the outputs of the second stage in each channel are filtered using amplitude filters and summed with the signals filtered for the previous periods of analysis, filtered using low-frequency filters, according to the formula:

{ z k ( t ) = 0 t z k ( θ ) exp ( a k ( θ t ) ) d θ + 2 e b k y k 2 ( t ) A exp [ b k ( y k ( t ) A ) 2 ] , t 0 z ( t ) = 0, t < 0

Figure 00000004
{ z k ( t ) = 0 t z k ( θ ) exp ( a k ( θ - t ) ) d θ + 2 e b k y k 2 ( t ) A exp [ - b k ( y k ( t ) A ) 2 ] , t 0 z ( t ) = 0 t < 0
Figure 00000004

k∈{1,2}k∈ {1,2}

где A = 1 τ t τ t y k ( θ ) d θ

Figure 00000005
Where A = one τ t - τ t y k ( θ ) d θ
Figure 00000005

ak - параметр успокоения, характеризует степень влияния предыдущих значений на текущее;a k - parameter of calm, characterizes the degree of influence of previous values on the current;

bk - параметр подавления, характеризует степень влияния единичных импульсов большой амплитуды;b k - suppression parameter, characterizes the degree of influence of single pulses of large amplitude;

k=1 - для первого канала, k=2 - для второго канала.k = 1 - for the first channel, k = 2 - for the second channel.

Сущность способа заключается в выделении из зарегистрированного сигнала тока, пропорционального току нагрузки контролируемой сети, двух составляющих - компонент, обладающих различными свойствами и характеристиками и анализе динамики характеристик этих компонент во времени. Одна из компонент, определенная нами как регулярная, является детерминированной составляющей зарегистрированного сигнала. Вторая компонента, определенная как иррегулярная, - стохастическая составляющая зарегистрированного сигнала, представляющая собой случайную или, в случае работы устройств с однократными или периодически повторяющимися электрическими разрядами, псевдослучайную величину.The essence of the method is to extract from the registered signal a current proportional to the load current of the monitored network, two components — components that have different properties and characteristics, and an analysis of the dynamics of the characteristics of these components over time. One of the components that we defined as regular is the deterministic component of the recorded signal. The second component, defined as irregular, is the stochastic component of the registered signal, which is a random or, in the case of devices with single or periodically repeating electrical discharges, a pseudorandom value.

Предлагаемый способ иллюстрируются фиг.1-2.The proposed method is illustrated in figure 1-2.

На фиг.1 показана структурная схема, поясняющая способ.Figure 1 shows a structural diagram illustrating the method.

На фиг.2 показаны области штатного и аварийного электрического разрядов в соответствии с изменением значений zk.Figure 2 shows the area of regular and emergency electrical discharges in accordance with the change in the values of z k .

Сигнал тока нагрузки контролируемой сети, регистрируемый датчиком тока 1, подключенным к одному из ее проводников, подается на два параллельных канала блока обработки, в каждом из которых зарегистрированный сигнал проходит три ступени обработки (X, Y и Z).The load current signal of the monitored network, registered by the current sensor 1, connected to one of its conductors, is supplied to two parallel channels of the processing unit, in each of which the registered signal passes through three processing stages (X, Y and Z).

В первом канале на первой ступени (ступень Х на фиг.1) выделяют регулярную компоненту из зарегистрированного сигнала следующим образом: проводят исключение периодической составляющей сигнала путем суммирования входного сигнала с инвертированным сигналом предыдущих периодов анализа (линия задержки 2, инвертор 3) и проводят усреднение по малому промежутку времени, предшествующему моменту поступления зарегистрированного сигнала в канал для обработки с помощью элемента усреднения (линии задержки 4 и сумматора-делителя 5), после чего определяют среднеквадратичное значение регулярной компоненты за временной промежуток Г с помощью среднеквадратичного детектора 6.In the first channel in the first stage (stage X in figure 1), the regular component is extracted from the registered signal as follows: the periodic component of the signal is eliminated by summing the input signal with the inverted signal of the previous analysis periods (delay line 2, inverter 3) and averaging over a small period of time preceding the moment the registered signal arrives in the channel for processing using the averaging element (delay line 4 and adder divider 5), and then determine yayut rms regular component for the time interval T using the RMS detector 6.

На второй ступени (ступень Y на фиг.1) полученное среднеквадратичное значение преобразованного сигнала суммируют с инвертированным с помощью инвертора 15 средним арифметическим значений преобразованных сигналов за r предыдущих периодов анализа T, полученным с помощью линии задержки 11 и сумматора-делителя 12.At the second stage (stage Y in FIG. 1), the obtained rms value of the converted signal is summed with the arithmetic mean of the converted signals inverted by the inverter 15 for the r previous periods of analysis T obtained using the delay line 11 and the adder-divider 12.

Таким образом, фактически происходит исключение повторяющихся колебаний значения сигнала, в сети переменного тока соответствующих частоте основной гармоники сети, либо в сети постоянного тока - частоте коммутаций импульсных блоков питания или частотных преобразователей, и выделение для дальнейшей обработки высокочастотных составляющих из сигнала. На заключительном этапе второй ступени берут абсолютное значение сигнала с помощью мостового выпрямителя 7.Thus, in fact, the repeated fluctuations of the signal value are eliminated, in the AC network corresponding to the frequency of the main harmonic of the network, or in the DC network - the switching frequency of switching power supplies or frequency converters, and the allocation of high-frequency components from the signal for further processing. At the final stage of the second stage, the absolute value of the signal is taken using a bridge rectifier 7.

Далее сигнал поступает на третью ступень (Z), где его фильтруют с использованием амплитудного фильтра 8, снижающего чувствительность к одиночным импульсам большой амплитуды, значительно превышающей (в 10 и более раз) среднюю амплитуду преобразованного сигнала. После чего сигнал суммируют с накопленными за предыдущее время уровнями выходного сигнала, получаемого на выходе фильтра низких частот, включенного в цепь положительной обратной связи и образованной линией задержки 20 и интегрирующим звеном 19, благодаря чему обеспечивают влияние истории предыдущих значений сигнала на формирование текущего уровня выходного сигнала.Next, the signal enters the third stage (Z), where it is filtered using an amplitude filter 8, which reduces the sensitivity to single pulses of large amplitude, significantly exceeding (10 or more times) the average amplitude of the converted signal. After that, the signal is summed with the levels of the output signal accumulated over the previous time and obtained at the output of the low-pass filter included in the positive feedback circuit and formed by the delay line 20 and the integrating link 19, which ensures the influence of the history of previous signal values on the formation of the current output signal level .

Во втором канале на первой ступени (ступень Х на фиг.1) выделяют иррегулярную компоненту из зарегистрированного сигнала: сигнал суммируют с инвертированным с помощью инвертора 9 сигналом первого канала, благодаря чему осуществляют исключение выделенной регулярной компоненты из исходного сигнала, после чего определяют среднеквадратичное значение иррегулярной компоненты за период Т с помощью среднеквадратичного детектора 10.In the second channel, at the first stage (stage X in Fig. 1), the irregular component is extracted from the registered signal: the signal is summed with the signal of the first channel inverted with the inverter 9, so that the extracted regular component is excluded from the original signal, after which the rms value of the irregular components over period T using a rms detector 10.

На второй ступени (Y) обработка преобразованного сигнала, полученного на предыдущей ступени (ступень X), происходит аналогично обработке на второй ступени для первого канала (используются элементы: линия задержки 13, сумматор-делитель 14, инвертор 16, мостовой выпрямитель 17.At the second stage (Y), the processing of the converted signal received at the previous stage (stage X) occurs similarly to the processing at the second stage for the first channel (elements are used: delay line 13, adder-divider 14, inverter 16, bridge rectifier 17.

Преобразования на третьей ступени (Z) второго канала аналогично преобразованиям первого канала проводят с использованием амплитудного фильтра 18 и фильтра низких частот в цепи обратной связи, образованной линией задержки 22 и интегрирующим звеном 21.The transformations in the third stage (Z) of the second channel are carried out similarly to the transformations of the first channel using an amplitude filter 18 and a low-pass filter in the feedback circuit formed by the delay line 22 and the integrating link 21.

После прохождения третьей ступени обработки выходные сигналы первого и второго каналов поступают на компараторы 9 и 23 соответственно, с помощью которых уровни сигналов сравниваются с заданными пороговыми сигналами α и β, которые подаются от источников опорных напряжений 25 и 26. Логические сигналы с компараторов подаются на устройство логического умножения И, с выхода последнего дискретный сигнал поступает на устройство управления 24. В случае одновременного превышения обоих пороговых значений устройство управления на основе поступившего на него логического сигнала ИСТИНА формирует команду для отключения контролируемой сети, посылает тревожный сигнал на пульт диспетчера и т.д.After passing through the third stage of processing, the output signals of the first and second channels are fed to comparators 9 and 23, respectively, by which signal levels are compared with predetermined threshold signals α and β, which are supplied from reference voltage sources 25 and 26. Logical signals from comparators are fed to the device logical multiplication And, from the output of the latter, a discrete signal is supplied to the control device 24. In case of simultaneous exceeding of both threshold values, the control device based on the received of it a logical TRUE signal generates a command to disable the controlled network sends an alarm to the remote controller, etc.

На фиг.2 изображена взаимосвязь пороговых значений α и β с режимами работы контролируемой сети, z1 и z2 - выходные сигналы первого и второго каналов, поступающие на вход компараторов 9 и 23. Рост значений z1 и z2 сигнализирует о переходе режима работы сети из режима без разрядов или с наличием штатного электрического разряда в режим аварийного электрического разряда. Существует переходная область - зона неопределенности, в которой возможно срабатывание устройства в отсутствие явно выраженного аварийного разряда. Однако, такие срабатывания нельзя считать ложными, так как они вызваны режимами, близкими к аварийным (чрезмерный износ щеток коллекторных двигателей, прогорание контактных площадок коммутационных устройств и т.д.)Figure 2 shows the relationship of the threshold values α and β with the modes of operation of the monitored network, z 1 and z 2 are the output signals of the first and second channels received at the input of the comparators 9 and 23. An increase in the values of z 1 and z 2 signals the transition of the operating mode networks from the non-discharge mode or with the presence of a regular electric discharge to the emergency electric discharge mode. There is a transitional region - the zone of uncertainty, in which the device can operate in the absence of a pronounced emergency discharge. However, such trips cannot be considered false, as they are caused by modes close to emergency (excessive wear of the brushes of the collector motors, burnout of the contact pads of switching devices, etc.)

Данный способ может быть реализован с помощью устройства, прототип которого описан в заявке на патент США 2009/0059449 А1. Прототип по причинам, изложенным ранее при описании известного способа, не обеспечивает необходимой достоверности детектирования аварийного электрического разряда, а устройству присущи ложные срабатывания.This method can be implemented using a device, the prototype of which is described in patent application US 2009/0059449 A1. The prototype, for the reasons stated earlier in the description of the known method, does not provide the necessary reliability of the detection of an emergency electric discharge, and the device has false positives.

Предлагаемое устройство динамического обнаружения аварийного электрического разряда содержит датчик тока нагрузки контролируемой сети с подключенным к выходу устройством защиты входа, сигнал с которого подают на широкополосный усилитель, с выхода которого он поступает на аналого-цифровой преобразователь, с использованием которого производят дискретное по времени считывание зарегистрированного сигнала i(t) тока нагрузки контролируемой сети, аналого-цифровой преобразователь подключен к функциональному модулю - цифровому логическому устройству, с помощью которого получают М отсчетов im за промежуток времени Tj, далее из полученного набора отсчетов поэлементно вычитают набор отсчетов, полученный за предыдущий промежуток времени Tj-1:The proposed device for dynamic detection of emergency electric discharge contains a load current sensor of a controlled network with an input protection device connected to the output, the signal from which is fed to a broadband amplifier, from the output of which it is fed to an analog-to-digital converter, using which a recorded signal is read out discretely in time i (t) of the load current of the controlled network, the analog-to-digital converter is connected to a functional module - digital logic device which is prepared by using the M samples i m in the interval of time T j, set further from the obtained set of subtracted samples elementwise samples obtained during the previous time interval T j-1:

i m ,1 = { i m i m M , m M + 1 i m , m M

Figure 00000006
, i m ,one = { i m - i m - M , m M + one i m , m M
Figure 00000006
,

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

М - количество отсчетов, получаемых за промежуток времени Tj;M is the number of samples obtained over a period of time T j ;

полученные наборы отсчетов усредняют, применяя оператор усредненияthe obtained sets of samples are averaged using the averaging operator

i m ,2 = 1 m max { m S ,1 } + 1 j = max { m S ,1 } m i j ,2

Figure 00000007
, i m , 2 = one m - max { m - S ,one } + one j = max { m - S ,one } m i j , 2
Figure 00000007
,

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

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

x n ,1 = 1 M + 1 j = m M m | i j ,2 | 2

Figure 00000008
; x n ,one = one M + one j = m - M m | | | i j , 2 | | | 2
Figure 00000008
;

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

i m ,3 = 1 m max { m S ,1 } + 1 j = max { m S ,1 } m i j

Figure 00000009
, i m , 3 = one m - max { m - S ,one } + one j = max { m - S ,one } m i j
Figure 00000009
,

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

x n ,2 = 1 M + 1 j = m M m | i j i j ,3 | 2

Figure 00000010
; x n , 2 = one M + one j = m - M m | | | i j - i j , 3 | | | 2
Figure 00000010
;

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

y n , k = { | x n , k 1 r + 1 m = n r n x m , k | , n r | x n , k | , n < r

Figure 00000011
, k∈{1,2}; y n , k = { | | | x n , k - one r + one m = n - r n x m , k | | | , n r | | | x n , k | | | , n < r
Figure 00000011
, k∈ {1,2};

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

z n , k = { m = n p n 1 z m , k exp ( a k ( m n + 1 ) ) + 2 e b k y n , k 2 B exp [ b k ( y n , k B ) 2 ] , n max { p , q } y n , k , n < max { p , q }

Figure 00000012
z n , k = { m = n - p n - one z m , k exp ( a k ( m - n + one ) ) + 2 e b k y n , k 2 B exp [ - b k ( y n , k B ) 2 ] , n max { p , q } y n , k , n < max { p , q }
Figure 00000012

k∈{1,2}k∈ {1,2}

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

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

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

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

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами фиг.3-4.The proposed device is illustrated by the drawings of figures 3-4.

На фиг.3 изображена блок-схема устройства.Figure 3 shows a block diagram of a device.

На фиг.4 - алгоритм работы функционального модуля устройства.Figure 4 - algorithm of the functional module of the device.

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

Устройство включается в контролируемую сеть последовательно с нагрузками и функционирует следующим образом.The device is connected to a controlled network in series with loads and operates as follows.

Напряжение сети подают на входные клеммы 1, которое затем поступает на контактную группу 2, используемую для отключения нагрузки в случае аварийной ситуации, блок защиты от волновых перенапряжений 3, препятствующий прохождению кратковременных импульсных перенапряжений в контролируемую электроустановку и на электронную схему устройства, на датчик тока нагрузки 4 и на выходные клеммы 5.The mains voltage is supplied to the input terminals 1, which then goes to the contact group 2, used to disconnect the load in case of emergency, the surge protection unit 3, which prevents the passage of short-term surge surges to a controlled electrical installation and to the electronic circuit of the device, to the load current sensor 4 and to the output terminals 5.

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

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

Функциональный модуль 14 обрабатывает поступающие сигналы и выдает информационные сообщения или формирует команду на отключение контролируемой сети согласно алгоритму, представленному на фиг.4.Functional module 14 processes the incoming signals and issues information messages or generates a command to shut down the monitored network according to the algorithm shown in Fig. 4.

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

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

Claims (8)

1. Способ динамического обнаружения аварийного электрического разряда, характеризующийся тем, что зарегистрированный сигнал i(t) тока нагрузки контролируемой сети подается на два канала, в каждом из которых проходит три ступени обработки, при этом: в первом канале на первой ступени оценивают отклонения зарегистрированного сигнала тока от периодической функции, выделяют регулярную компоненту, являющуюся детерминированной частью исходного сигнала, путем усреднения исходного сигнала по малому промежутку времени - более, чем в десять раз меньшим периода анализа Т, и берут ее среднеквадратичное значение; на второй ступени для повышения достоверности обнаружения аварийного электрического разряда выделяют высокочастотные составляющие, исключая медленно меняющиеся компоненты сигнала за несколько периодов анализа T; на третьей ступени сигнал фильтруют для исключения влияния отдельных импульсов большой амплитуды и учитывают историю предыдущих его значений за длительный временной промежуток со снижением вклада каждого значения в результат в зависимости от его давности; во втором канале на первой ступени выделяют иррегулярную компоненту, являющуюся стохастической частью исходного сигнала, путем вычитания регулярной компоненты из зарегистрированного сигнала i(t) и берут ее среднеквадратичное значение; на второй ступени выделяют высокочастотные составляющие, исключая медленно меняющиеся отклонения сигнала за несколько периодов анализа; на третьей степени сигнал фильтруют для исключения влияния отдельных импульсов большой амплитуды и учитывают историю предыдущих его значений за длительный временной промежуток со снижением вклада каждого значения в результат в зависимости от его давности, затем полученные на выходах первого и второго каналов уровни сигнала сравнивают с заданными пороговыми значениями и в случае их превышения формируют команду тревоги, приводящую к обесточиванию контролируемой сети.1. A method for dynamically detecting an emergency electric discharge, characterized in that the registered signal i (t) of the load current of the controlled network is supplied to two channels, each of which undergoes three processing steps, while: in the first channel, the deviations of the registered signal are evaluated at the first stage of the current from the periodic function, the regular component, which is the deterministic part of the original signal, is isolated by averaging the initial signal over a small period of time - more than ten times m nshim analysis period T, and take its rms value; at the second stage, to increase the reliability of detection of an emergency electrical discharge, high-frequency components are isolated, excluding slowly changing signal components over several analysis periods T; at the third stage, the signal is filtered to exclude the influence of individual pulses of large amplitude and take into account the history of its previous values over a long time period with a decrease in the contribution of each value to the result depending on its prescription; in the second channel, at the first stage, an irregular component is selected, which is the stochastic part of the original signal, by subtracting the regular component from the registered signal i (t) and taking its rms value; at the second stage, high-frequency components are distinguished, excluding slowly changing signal deviations for several periods of analysis; to the third degree, the signal is filtered to exclude the influence of individual pulses of large amplitude and take into account the history of its previous values over a long time period with a decrease in the contribution of each value to the result depending on its prescription, then the signal levels obtained at the outputs of the first and second channels are compared with predetermined threshold values and if they are exceeded, an alarm command is generated, leading to a blackout of the controlled network. 2. Способ динамического обнаружения аварийного электрического разряда по п.1, при котором на первой ступени для определения отклонения зарегистрированного сигнала тока от периодической функции из значений сигнала за текущий период анализа вычитают значения за предыдущий период анализа и рассчитывают среднеквадратичное значение x1(t), являющееся оценкой апериодичности сигнала тока, по формуле:
x 1 ( t ) = 1 2 τ T t T t ( ρ τ ρ + τ ( i ( θ ) i ( θ T ) d θ ) ) 2 d ρ
Figure 00000013
,
где i(t) - зарегистрированный сигнал тока;
Т - период анализа - фиксированный временной промежуток для переменного тока и постоянного тока, определяемый временем срабатывания защитных устройств: автоматического выключателя или устройства защитного отключения, установленных совместно и обеспечивающих дополнительную защиту электроустановки;
t - момент поступления зарегистрированного сигнала в каналы для обработки;
τ - радиус малой окрестности t;
ρ - моменты времени, лежащие на отрезке [t-T; t], по которым происходит усреднение;
θ - момент преобразования сигнала.
2. The method for dynamically detecting an emergency electrical discharge according to claim 1, wherein in the first stage, to determine the deviation of the registered current signal from the periodic function, the values for the previous analysis period are subtracted from the signal values for the current analysis period and the rms value x 1 (t) is calculated, which is an estimate of the aperiodicity of the current signal, according to the formula:
x one ( t ) = one 2 τ T t - T t ( ρ - τ ρ + τ ( i ( θ ) - i ( θ - T ) d θ ) ) 2 d ρ
Figure 00000013
,
where i (t) is the registered current signal;
T - analysis period - a fixed time period for alternating current and direct current, determined by the response time of protective devices: circuit breaker or residual current circuit breaker installed together and providing additional protection for the electrical installation;
t is the moment of arrival of the registered signal in the channels for processing;
τ is the radius of a small neighborhood of t;
ρ - time instants lying on the interval [tT; t] over which averaging occurs;
θ is the moment of signal conversion.
3. Способ динамического обнаружения аварийного электрического разряда по п.1, при котором для выделения иррегулярной компоненты на первой ступени из значений зарегистрированного сигнала тока вычитают значения регулярной компоненты, затем вычисляют среднеквадратичное значение x2(t), по формуле:
x 2 ( t ) = 1 T t T t ( i ( ρ ) 1 2 τ ρ τ ρ + τ i ( θ ) d θ ) 2 d ρ
Figure 00000002
3. The method for dynamically detecting an emergency electrical discharge according to claim 1, in which, to isolate the irregular component in the first stage, the values of the regular component are subtracted from the values of the registered current signal, then the rms value x 2 (t) is calculated by the formula:
x 2 ( t ) = one T t - T t ( i ( ρ ) - one 2 τ ρ - τ ρ + τ i ( θ ) d θ ) 2 d ρ
Figure 00000002
4. В способе динамического обнаружения аварийного электрического разряда по п.1 на второй ступени в каждом из каналов для повышения достоверности определения аварийного электрического разряда выделяют высокочастотные составляющие, исключая медленно меняющиеся компоненты сигналов за несколько периодов анализа, и берут их абсолютные значения, рассчитывая по формуле:
y k ( t ) = | x k ( t ) 1 r T t T t x k ( ρ ) d ρ |
Figure 00000003
; k∈{1,2},
где r - число периодов анализа, по которым происходит усреднение;
k=1 - для первого канала, k=2 - для второго канала.
4. In the method for dynamically detecting an emergency electric discharge according to claim 1, in the second stage in each channel, to increase the reliability of determining the emergency electric discharge, high-frequency components are isolated, excluding slowly changing signal components for several periods of analysis, and their absolute values are taken, calculated by the formula :
y k ( t ) = | | | x k ( t ) - one r T t - T t x k ( ρ ) d ρ | | |
Figure 00000003
; k∈ {1,2},
where r is the number of analysis periods over which averaging occurs;
k = 1 - for the first channel, k = 2 - for the second channel.
5. В способе динамического обнаружения аварийного электрического разряда по п.1 на третьей ступени сигналы, полученные на выходах второй ступени в каждом из каналов, фильтруют, применяя амплитудные фильтры, и суммируют с отфильтрованными с помощью фильтров низких частот сигналами, полученными за предыдущие периоды анализа, по формуле:
{ z k ( t ) = 0 t z k ( θ ) exp ( a k ( θ t ) ) d θ + 2 e b k y k 2 ( t ) A exp [ b k ( y k ( t ) A ) 2 ] , t 0 z ( t ) = 0, t < 0
Figure 00000004

, k∈{1,2},
где A = 1 τ t τ t y k ( θ ) d θ
Figure 00000014
;
ak - параметр успокоения, характеризует степень влияния предыдущих значений на текущее;
bk - параметр подавления, характеризует степень влияния единичных импульсов большой амплитуды;
k=1 - для первого канала, k=2 - для второго канала.
5. In the method for dynamically detecting an emergency electric discharge according to claim 1 in the third stage, the signals received at the outputs of the second stage in each channel are filtered using amplitude filters and summed with the signals obtained from the previous analysis periods filtered using low-pass filters , according to the formula:
{ z k ( t ) = 0 t z k ( θ ) exp ( a k ( θ - t ) ) d θ + 2 e b k y k 2 ( t ) A exp [ - b k ( y k ( t ) A ) 2 ] , t 0 z ( t ) = 0 t < 0
Figure 00000004

, k∈ {1,2},
Where A = one τ t - τ t y k ( θ ) d θ
Figure 00000014
;
a k - parameter of calm, characterizes the degree of influence of previous values on the current;
b k - suppression parameter, characterizes the degree of influence of single pulses of large amplitude;
k = 1 - for the first channel, k = 2 - for the second channel.
6. Устройство динамического обнаружения аварийного электрического разряда, содержащее датчик тока нагрузки контролируемой сети с подключенным к выходу устройством защиты входа, сигнал с которого подают на широкополосный усилитель, с выхода которого он поступает на аналого-цифровой преобразователь, с использованием которого производят дискретное по времени считывание зарегистрированного сигнала i(t) тока нагрузки контролируемой сети, аналого-цифровой преобразователь подключен к функциональному модулю - цифровому логическому устройству, с помощью которого получают М отсчетов im за промежуток времени Tj, далее из полученного набора отсчетов поэлементно вычитают набор отсчетов, полученный за предыдущий промежуток времени Tj-1:
i m ,1 = { i m i m M , m M + 1 i m , m M
Figure 00000015
,
где im - m-ый элемент набора отчетов, полученного из дискретизированного сигнала тока нагрузки, считанного за временной промежуток Tj;
М - количество отсчетов, получаемых за промежуток времени Tj;
полученные наборы отсчетов усредняют, применяя оператор усреднения
i m ,2 = 1 m max { m S ,1 } + 1 j = max { m S ,1 } m i j ,2
Figure 00000007
,
где S - фиксированное количество отсчетов, попадающих в радиус малой окрестности τ;
и вычисляют норму полученного результата по формуле:
x n ,1 = 1 M + 1 j = m M m | i j ,2 | 2
Figure 00000008
;
для выделения высокочастотных составляющих к исходному набору отсчетов im применяют оператор усреднения согласно формуле:
i m ,3 = 1 m max { m S ,1 } + 1 j = max { m S ,1 } m i j
Figure 00000009
,
для повышения достоверности оценки исключают медленно меняющиеся составляющие последовательности отсчетов нескольких периодов анализа: из исходного набора отсчетов im поэлементно вычитают im,3, после чего вычисляют норму полученного набора чисел:
x n ,2 = 1 M + 1 j = m M m | i j i j ,3 | 2
Figure 00000010
;
далее из полученных значений xn,1, xn,2 вычитают средние арифметические значения наборов отсчетов xm,k, полученных за последние r промежутков времени Tj, и берут их абсолютные величины:
y n , k = { | x n , k 1 r + 1 m = n r n x m , k | , n r | x n , k | , n < r
Figure 00000016
, k∈{1,2};
затем, применяя к каждой из последовательностей значений yn,1, yn,2 преобразование, эквивалентное двухступенчатой схеме фильтрации, состоящей из нелинейного фильтра подавления изолированных импульсов и линейного фильтра накопления:
z n , k = { m = n p n 1 z m , k exp ( a k ( m n + 1 ) ) + 2 e b k y n , k 2 B exp [ b k ( y n , k B ) 2 ] , n max { p , q } y n , k , n < max { p , q }
Figure 00000012

k∈{1,2};
где B = 1 q m = n q n 1 y m , k
Figure 00000017
;
получают значения zn,1 и zn,2 и сравнивают их с заданными пороговыми значениями α и β, т.е. проверяют выполнение условия:
(zn,1>α)&(zn,2>β),
в случае выполнения этого условия формируют сигнал для отключения электроустановки, который с выхода блока управления и анализа подают на индикатор, выход которого подключен к реле, приводящее в действие исполнительный механизм, воздействующий на контактную группу, с помощью которого осуществляют обесточивание контролируемой сети.
6. A device for dynamic detection of emergency electrical discharge, containing a load current sensor of a controlled network with an input protection device connected to the output, the signal from which is fed to a broadband amplifier, from the output of which it is fed to an analog-to-digital converter, using which a time-discrete reading is performed the registered signal i (t) of the load current of the monitored network, the analog-to-digital converter is connected to a functional module - a digital logic device count, by which is obtained i m M samples in the time interval T j, set further from the obtained set of subtracted samples elementwise samples obtained during the previous time interval T j-1:
i m ,one = { i m - i m - M , m M + one i m , m M
Figure 00000015
,
where i m is the m-th element of the set of reports obtained from the sampled signal of the load current, read over the time interval T j ;
M is the number of samples obtained over a period of time T j ;
the obtained sets of samples are averaged using the averaging operator
i m , 2 = one m - max { m - S ,one } + one j = max { m - S ,one } m i j , 2
Figure 00000007
,
where S is a fixed number of samples falling into the radius of a small neighborhood of τ;
and calculate the norm of the result by the formula:
x n ,one = one M + one j = m - M m | | | i j , 2 | | | 2
Figure 00000008
;
to select high-frequency components, the averaging operator is applied to the initial set of samples i m according to the formula:
i m , 3 = one m - max { m - S ,one } + one j = max { m - S ,one } m i j
Figure 00000009
,
To increase the reliability of the estimates, slowly varying components of the sequence of samples of several analysis periods are excluded: from the initial set of samples i m, i m, 3 is subtracted elementwise, and then the norm of the obtained set of numbers is calculated:
x n , 2 = one M + one j = m - M m | | | i j - i j , 3 | | | 2
Figure 00000010
;
then from the obtained values x n, 1 , x n, 2, the arithmetic mean values of the sets of samples x m, k obtained for the last r time intervals T j are subtracted and their absolute values are taken:
y n , k = { | | | x n , k - one r + one m = n - r n x m , k | | | , n r | | | x n , k | | | , n < r
Figure 00000016
, k∈ {1,2};
then, applying to each of the sequences of values of y n, 1 , y n, 2 a transformation equivalent to a two-stage filtering scheme consisting of a nonlinear filter for suppressing isolated pulses and a linear accumulation filter:
z n , k = { m = n - p n - one z m , k exp ( a k ( m - n + one ) ) + 2 e b k y n , k 2 B exp [ - b k ( y n , k B ) 2 ] , n max { p , q } y n , k , n < max { p , q }
Figure 00000012

k∈ {1,2};
Where B = one q m = n - q n - one y m , k
Figure 00000017
;
get the values of z n, 1 and z n, 2 and compare them with the given threshold values α and β, i.e. check the fulfillment of the condition:
(z n, 1 > α) & (z n, 2 > β),
if this condition is met, a signal is generated to turn off the electrical installation, which is fed from the output of the control and analysis unit to an indicator, the output of which is connected to a relay, which actuates the actuator acting on the contact group, by means of which the controlled network is de-energized.
7. Устройство динамического обнаружения аварийного электрического разряда по п.6 конструктивно и функционально может быть объединено с устройством защитного отключения.7. The device for dynamic detection of emergency electrical discharge according to claim 6 can be structurally and functionally combined with a residual current device. 8. Устройство динамического обнаружения аварийного электрического разряда по п.6 конструктивно и функционально может быть объединено с автоматическим выключателем защиты от перегрузок и сверхтоков. 8. The device for dynamic detection of emergency electrical discharge according to claim 6 can be structurally and functionally combined with an overload and overcurrent protection circuit breaker.
RU2012105715/07A 2012-02-20 2012-02-20 Method for dynamic detection of accidental electric discharge and device for its implementation RU2515996C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012105715/07A RU2515996C2 (en) 2012-02-20 2012-02-20 Method for dynamic detection of accidental electric discharge and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012105715/07A RU2515996C2 (en) 2012-02-20 2012-02-20 Method for dynamic detection of accidental electric discharge and device for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012105715A RU2012105715A (en) 2013-08-27
RU2515996C2 true RU2515996C2 (en) 2014-05-20

Family

ID=49163384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012105715/07A RU2515996C2 (en) 2012-02-20 2012-02-20 Method for dynamic detection of accidental electric discharge and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2515996C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU168334U1 (en) * 2016-05-31 2017-01-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет" (СПбГАУ) SYSTEM OF AUTOMATED CONTROL OF WORKPLACE OF OPERATOR OF GRINDING MACHINE

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2254615C2 (en) * 2003-07-10 2005-06-20 КОРОЛЕВ Игорь Сергеевич Method for preventing fire from sparks in electric grid or plant and device for realization of said method
RU2309461C1 (en) * 2005-12-27 2007-10-27 Фирма ООО "Инновационный центр при РГРТА" Method for determining time of appearance of pre-fire situation due to sparks in electric network and device for realization of said method
US7558033B2 (en) * 2007-02-27 2009-07-07 Eaton Corporation Arc fault circuit interrupter and method of parallel and series arc fault detection

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2254615C2 (en) * 2003-07-10 2005-06-20 КОРОЛЕВ Игорь Сергеевич Method for preventing fire from sparks in electric grid or plant and device for realization of said method
RU2309461C1 (en) * 2005-12-27 2007-10-27 Фирма ООО "Инновационный центр при РГРТА" Method for determining time of appearance of pre-fire situation due to sparks in electric network and device for realization of said method
US7558033B2 (en) * 2007-02-27 2009-07-07 Eaton Corporation Arc fault circuit interrupter and method of parallel and series arc fault detection

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012105715A (en) 2013-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2387120B1 (en) Apparatus and method to detect a series arc fault of an electrical circuit
KR101301554B1 (en) Intelligent integration-condition monitoring and diagnosing system for heavy electrical equipment
EP2999969B1 (en) Arc fault detection system and method
JPH07236224A (en) Arc detector using current variation and its method
CN102435917A (en) Methods, systems, and apparatus for detecting arc flash events using current and voltage
KR101535950B1 (en) Contact failure detection device by counting pulses
CN202676813U (en) Low-voltage arc fault detection apparatus
CA2801214C (en) Method and system for online ferroresonance detection
CN110073562B (en) Overcurrent and short circuit detector
KR101708005B1 (en) Dc overload and combined arc interruption device
Kim et al. Clearing series AC arc faults and avoiding false alarms using only voltage waveforms
JP2016537631A (en) Method for detecting electrical faults in a circuit
KR101007551B1 (en) Method For Detecting Arc In Power Distribution System And System For Alerting Arc Using The Same Method
CN105021977A (en) AC relay detection method and system before grid connection of photovoltaic inverter
KR20230054374A (en) Electric disaster preemptive detection and prevention system using IOT technology
CA2665038C (en) Apparatus and method for fire protection of electrical installations
Seo et al. Series arc fault detection method based on statistical analysis for dc microgrids
GB2520915A (en) Ground Fault Detection Circuit
RU2342711C2 (en) Fire prevention method in electrical network or electrical installation and device to this end
RU2528137C2 (en) Method for automated warning of fire caused by arcing in power grids or electrical installations and apparatus therefor
KR101308003B1 (en) Mehthod of arc detection based on wavelet
JP6509029B2 (en) Distribution board
CN114487647A (en) Mine explosion-proof electrical apparatus on-off capability detection system and service life assessment method
RU2515996C2 (en) Method for dynamic detection of accidental electric discharge and device for its implementation
KR101954273B1 (en) A Smart Cabinet Panel System