RU2528137C2 - Method for automated warning of fire caused by arcing in power grids or electrical installations and apparatus therefor - Google Patents
Method for automated warning of fire caused by arcing in power grids or electrical installations and apparatus therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2528137C2 RU2528137C2 RU2012135372/08A RU2012135372A RU2528137C2 RU 2528137 C2 RU2528137 C2 RU 2528137C2 RU 2012135372/08 A RU2012135372/08 A RU 2012135372/08A RU 2012135372 A RU2012135372 A RU 2012135372A RU 2528137 C2 RU2528137 C2 RU 2528137C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- signal
- value
- drive
- pulse
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области пожарной безопасности и электроэнергетики, а именно к способам и устройствам предупреждения пожаров, возникающих при неисправностях в электрических сетях или электроустановках в помещениях, сооружениях, зданиях, самолетах, судах, железнодорожном транспорте и др. объектах.The invention relates to the field of fire safety and electric power, and in particular to methods and devices for preventing fires arising from malfunctions in electrical networks or electrical installations in rooms, structures, buildings, aircraft, ships, railway transport and other objects.
Эксплуатация жилых, бытовых, производственных и др. объектов нередко сопровождается пожарами, возникающими из-за неисправностей в электропроводке или других элементов электрической сети и электроустановок. В результате наносится большой материальный и моральный ущерб, нередко сопровождающийся гибелью и (или) увечьем людей.The operation of residential, domestic, industrial and other facilities is often accompanied by fires that occur due to malfunctions in the wiring or other elements of the electrical network and electrical installations. As a result, great material and moral damage is inflicted, often accompanied by the death and (or) injury of people.
Большую долю из них (до 80%) занимают пожары, возникающие из-за отсутствия способов обнаружения неисправностей типа искрение, вызванных некачественным монтажом элементов электрических сетей и электроустановок, нарушениями требований их эксплуатации и другими причинами.A large proportion of them (up to 80%) is occupied by fires that arise due to the lack of methods for detecting malfunctions such as sparking caused by poor-quality installation of elements of electrical networks and electrical installations, violations of their operation requirements and other reasons.
Природа искрения объясняется образованием ионизированного переходного сопротивления в местах недостаточно плотного соприкосновения подвижных и неподвижных контактов коммутирующих элементов (реле, выключателях, разъединителях и др.), а также в местах некачественного соединения проводов, шин, фидеров (соединительных коробках, штекерных и др. соединениях) и подключения в электросеть различных элементов (электрических ламп, плавких вставок и т.д.). Динамика изменения переходного сопротивления предопределяет процесс периодического проявления цикла «возникновение-гашение» искры (электрической дуги), сопровождающийся выделением тепловой энергии.The nature of sparking is explained by the formation of ionized transient resistance in places of insufficiently close contact between movable and fixed contacts of switching elements (relays, switches, disconnectors, etc.), as well as in places of poor-quality connection of wires, buses, feeders (junction boxes, plug and other connections) and connecting to the power grid various elements (electric lamps, fuses, etc.). The dynamics of the transition resistance determines the process of periodic manifestation of the cycle "occurrence-suppression" of a spark (electric arc), accompanied by the release of thermal energy.
Известно техническое решение [1], в соответствии с которым на вводе электрической сети или электроустановки измеряют суммарный электрический ток. Из измеренного суммарного тока путем фильтрации первой гармоники или всего низкочастотного спектра выделяют сигнал второй и/или более высоких гармоник, определяемый переходным сопротивлением Rперех. Сформированный сигнал усиливают, выпрямляют и накапливают в течение установленного времени. В процессе накопления сравнивают величину суммарного сигнала с заданным значением или с заданными значениями первого или более высоких уровней сравнения. Каждый уровень сравнения выбирается для соответствующей степени пожарной опасности электрической сети или электроустановки (ЭУ). В зависимости от величины накопленного сигнала, соответствующего достигнутому уровню сравнения, формируют сигнал или сигналы предупреждения о возникновении пожароопасной ситуации и/или формируют команду на отключение электрической сети или электроустановке (ЭУ).A technical solution is known [1], according to which the total electric current is measured at the input of an electric network or electrical installation. From the measured total current by filtering the first harmonic or the entire low-frequency spectrum, a signal of the second and / or higher harmonics is determined, which is determined by the transition resistance R junction . The generated signal is amplified, rectified and accumulated over a set time. During the accumulation process, the magnitude of the total signal is compared with a predetermined value or with predetermined values of the first or higher levels of comparison. Each comparison level is selected for the corresponding degree of fire hazard of the electrical network or electrical installation (EU). Depending on the magnitude of the accumulated signal corresponding to the achieved comparison level, a signal or warning signals are generated about the occurrence of a fire hazard and / or a command is issued to turn off the electrical network or electrical installation (EU).
Существенным недостатком данного технического решения является обоснованность алгоритма его работы только при активном характере импеданса ЭУ в защищаемой цепи (нагревательные приборы, лампы накаливания, линейные источники вторичного питания и т.д.). При исправном состоянии электрической сети (электроустановки) сигнал, частота которого равна частоте питающей сети, практически полностью отфильтровывается и на входе блока усиления независимо от величины тока нагрузки при отсутствии неисправности величина сигнала всегда близка к нулю. Поэтому после блоков выпрямления и накопления будет иметь место постоянная составляющая, величина которой определяется погрешностью настройки фильтра, нелинейными искажениями измеряемого тока нагрузки и допустимыми значениями переходных сопротивлений в каждом из контактов коммутационной аппаратуры и монтажных соединений и воспринимается блоком сравнения как логический нуль [1].A significant drawback of this technical solution is the validity of its operation algorithm only with the active nature of the EU impedance in the protected circuit (heating devices, incandescent lamps, linear secondary power sources, etc.). When the electrical network (electrical installation) is in good condition, a signal whose frequency is equal to the frequency of the supply network is almost completely filtered out and at the input of the amplification unit, regardless of the magnitude of the load current, in the absence of a fault, the signal value is always close to zero. Therefore, after rectification and accumulation units, a constant component will take place, the value of which is determined by the filter tuning error, nonlinear distortions of the measured load current and the admissible transition resistance values in each of the contacts of the switching equipment and wiring and is perceived by the comparison unit as a logical zero [1].
Однако в настоящее время в объектах жилого, административного и производственного назначения большая часть ЭУ имеет импульсные источники питания - ИИП (компьютеры, телевизоры, офисная техника и т.д.), спектр импульсного тока потребления которых имеет в своем составе интенсивные гармонические составляющие в диапазоне как минимум десятков килогерц. Поэтому, во-первых, средневыпрямленное значение высокочастотных составляющих сигнала датчика тока, используемое в прототипе как критерий исправности цепи, будет отлично от нуля, во-вторых, его постоянство будет нарушаться при подключении или отключении каждой импульсной нагрузки (включение телевизора, компьютера, их переход в спящий режим), воспринимаясь системой как искрение. С другой стороны, интенсивное искрение в цепи даже нагревательной (активной по импедансу) ЭУ достаточно большой мощности, например 1 кВт, может достаточно долгое время носить характер практически периодического процесса с основной частотой 100 или 50 Гц, поддерживая постоянство средневыпрямленного значения высокочастотных составляющих сигнала при интенсивном нагревании контакта и разлетании искр, не обнаруживаемых системой. Возможно поэтому пока еще не создан ни один прибор, который вместо сигнализации на своем выходе производил бы при искрении реальное автоматическое отключение защищаемой цепи, без чего невозможно широкое и универсальное применение такого устройства.However, at present, in residential, administrative, and industrial facilities, the majority of EIs have pulsed power sources - IIPs (computers, televisions, office equipment, etc.), the spectrum of pulsed current consumption of which includes intense harmonic components in the range of at least tens of kilohertz. Therefore, firstly, the average rectified value of the high-frequency components of the current sensor signal used in the prototype as a criterion for the health of the circuit will be non-zero, and secondly, its constancy will be violated when each pulse load is connected or disconnected (turning on the TV, computer, their transition into sleep mode), perceived by the system as arcing. On the other hand, intense sparking in a circuit even of a heating (impedance-active) power plant with a sufficiently high power, for example 1 kW, can be quite a long time in the nature of an almost periodic process with a fundamental frequency of 100 or 50 Hz, maintaining a constant mean-straightened value of the high-frequency components of the signal at intense heating the contact and flying sparks not detected by the system. Perhaps that is why not a single device has yet been created that, instead of signaling at its output, would produce a real automatic shutdown of the protected circuit during sparking, without which a wide and universal application of such a device is impossible.
Задачей данного изобретения является предупреждение пожаров, возникающих в помещениях, сооружениях, зданиях. Техническим результатом является повышение пожарной безопасности.The objective of the invention is the prevention of fires that occur in rooms, structures, buildings. The technical result is to increase fire safety.
Для достижения технического результата в заявляемом изобретении, сигнал датчика, представляющего собой трансформатор тока, потребляемого защищаемой цепью, проходит блок выделения ВЧ-спектра, подавляющий спектральные компоненты с частотой ниже нескольких сотен килогерц. Это позволяет дискриминировать по амплитуде сигналы токов импульсных источников питания (ИИП), ограниченные по частоте вследствие относительно плавной (экспоненциальной) вольтамперной характеристики (ВАХ) диодов моста ИИП, через которые начинает заряжаться его конденсатор, в то время как спектр искрового разряда значительно шире. Далее сигнал, превосходящий 1-й заданный уровень, формирует импульс напряжения прямоугольной формы с фиксированной длительностью, несколько менее полупериода питающей сети, например 8 мс, для сети с напряжением частотой 50 Гц. Эта длительность исключает влияние на проходящий процесс возможного «дребезга» в контактах выключателей, если это превышение сигнала вызвано искровым разрядом в силовых контактах включаемой или выключаемой в данный момент ЭУ. To achieve a technical result in the claimed invention, the signal of the sensor, which is a current transformer consumed by the protected circuit, passes the RF spectrum extraction unit, which suppresses spectral components with a frequency below several hundred kilohertz. This makes it possible to discriminate in amplitude the signals of the currents of pulsed power supplies (IIPS), limited in frequency due to the relatively smooth (exponential) current-voltage characteristic (CVC) of the IIPS bridge diodes through which its capacitor begins to charge, while the spark discharge spectrum is much wider. Further, a signal exceeding the 1st preset level forms a rectangular voltage pulse with a fixed duration, slightly less than a half-period of the supply network, for example, 8 ms, for a network with a voltage frequency of 50 Hz. This duration excludes the influence on the ongoing process of possible “bounce” in the contacts of the switches, if this excess of the signal is caused by a spark discharge in the power contacts of the switch on or off at the moment.
Данный импульс поступает в накопитель, в простейшем варианте представляющий собой однозвенную интегрирующую RC-цепь с постоянными времени заряда 0,1…0,3 с и разряда - около 0,4…0,6 с. При этом уровень напряжения в накопителе сравнивается со 2-м заданным уровнем, который в сочетании с постоянными времени заряда/разряда накопителя подбирается так, чтобы уровень напряжения в накопителе сравнялся и превзошел его при поступлении в накопитель некоторого количества импульсов (4-5) с интервалом полупериода питающей сети или несколько большего количества импульсов с интервалом периода сети. Если инициация импульса вызвана произошедшим переключением ЭУ, интегратор затем разряжается до исходного состояния, а переключение 4-5 ЭУ из защищаемой цепи за промежуток времени 50-100 мс очень маловероятно. Если же в цепи происходит достаточно интенсивное искрение, то энергетика процесса приводит к циклу "возникновение-гашение искры", основной период следования импульсов которого в силу периодичности напряжения питания будет равен полупериоду или, в других случаях, периоду частоты питания сети. В этом случае импульсы следуют непрерывно и напряжение в накопителе превышает 2-й заданный уровень. Это превышение инициирует формирование импульса фиксированной длительности, поступающего на исполнительный орган, производящий отключение защищаемой цепи от питающей сети.This pulse enters the drive, in the simplest version, it is a single-link integrating RC circuit with constant charge times of 0.1 ... 0.3 s and a discharge of about 0.4 ... 0.6 s. In this case, the voltage level in the drive is compared with the 2nd set level, which, in combination with the charge / discharge time constants of the drive, is selected so that the voltage level in the drive is equal to and exceeds it when a certain number of pulses (4-5) enter the drive with an interval a half-period of the mains supply or a few more pulses with an interval of the network period. If the initiation of the pulse is caused by the switching of the EI, the integrator is then discharged to the initial state, and the switching of 4-5 EI from the protected circuit for a period of 50-100 ms is very unlikely. If a sufficiently intense sparking occurs in the circuit, then the energetics of the process leads to the “occurrence-suppression of the spark” cycle, the main pulse repetition period of which, due to the frequency of the supply voltage, will be equal to the half-period or, in other cases, the period of the mains supply frequency. In this case, the pulses follow continuously and the voltage in the drive exceeds the 2nd set level. This excess initiates the formation of a pulse of a fixed duration arriving at the executive body, disconnecting the protected circuit from the supply network.
Вместо отключения сети заключительный импульс может выполнять также и (или) функцию сигнализации в ограниченном классе объектов защиты, чье отключение, например, требует санкции оператора.Instead of disconnecting the network, the final impulse can also perform (or) an alarm function in a limited class of objects of protection, whose disconnection, for example, requires the approval of the operator.
Блок-схема устройства для реализации способа и его размещение на объекте защиты представлены на Фиг.1. Устройство обозначено на Фиг.1 как УЗИ (устройство защиты от искрения).A block diagram of a device for implementing the method and its placement on the object of protection are presented in figure 1. The device is indicated in FIG. 1 as an ultrasound (spark protection device).
Устройство работает следующим образом. Сигнал датчика проходит блок формирования ВЧ-спектра и поступает на вход блока сравнения 1, где сравнивается с постоянным напряжением первого заданного уровня. При превышении сигналом этого уровня на выходе блока сравнения 1 происходит скачок напряжения, инициирующий запуск блока формирования команды 1 (ждущего мультивибратора), формирующего импульс длительностью 5…9 мс (для сети переменного напряжения с частотой 50 Гц). Этот импульс поступает в блок накопления с постоянной времени заряда 0,1…0,3 с и разряда - около 0,4…0,6 с. С выхода блока накопления сигнал подается на вход блока сравнения 2, где сравнивается с постоянным напряжением второго заданного уровня. При его превышении происходит скачок напряжения на выходе блока сравнения 2, инициирующий запуск блока формирования команды 2, формирующего импульс фиксированной длительности порядка 0,5…1 с, поступающий на исполнительный орган, производящий отключение защищаемой цепи от питающей сети.The device operates as follows. The sensor signal passes the RF spectrum forming unit and enters the input of the comparison unit 1, where it is compared with the constant voltage of the first specified level. When the signal exceeds this level at the output of the comparison unit 1, a voltage surge occurs, initiating the start of the unit 1 of the command 1 formation (waiting multivibrator), which generates a pulse of 5 ... 9 ms duration (for an alternating voltage network with a frequency of 50 Hz). This pulse enters the storage unit with a constant charge time of 0.1 ... 0.3 s and a discharge of about 0.4 ... 0.6 s. From the output of the accumulation unit, the signal is fed to the input of the comparison unit 2, where it is compared with the constant voltage of the second predetermined level. When it is exceeded, a voltage jump occurs at the output of the comparison unit 2, which initiates the start of the unit for generating the command 2, which generates a pulse of a fixed duration of the order of 0.5 ... 1 s, which arrives at the executive body, which disconnects the protected circuit from the supply network.
Устройство может быть выполнено на серийной аналоговой элементной базе, в основе которой лежат известные микросхемы сдвоенного компаратора и сдвоенного одновибратора, и поэтому обладает малой массой и габаритами, пониженным энергопотреблением и относительной дешевизной. Устройства могут быть разработаны и изготовлены в одном исполнении с известными автоматами защиты, что расширит их функциональные возможности и существенным образом повысит их эффективность.The device can be performed on a serial analog element base, which is based on the well-known dual comparator and dual single-oscillator microcircuits, and therefore has a low weight and dimensions, low power consumption and relative low cost. Devices can be designed and manufactured in one design with well-known circuit breakers, which will expand their functionality and significantly increase their efficiency.
Источники информацииInformation sources
1. Патент на изобретение RU 2159468.1. Patent for invention RU 2159468.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012135372/08A RU2528137C2 (en) | 2012-08-17 | 2012-08-17 | Method for automated warning of fire caused by arcing in power grids or electrical installations and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012135372/08A RU2528137C2 (en) | 2012-08-17 | 2012-08-17 | Method for automated warning of fire caused by arcing in power grids or electrical installations and apparatus therefor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012135372A RU2012135372A (en) | 2014-02-27 |
RU2528137C2 true RU2528137C2 (en) | 2014-09-10 |
Family
ID=50151518
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012135372/08A RU2528137C2 (en) | 2012-08-17 | 2012-08-17 | Method for automated warning of fire caused by arcing in power grids or electrical installations and apparatus therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2528137C2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2580011C1 (en) * | 2014-10-09 | 2016-04-10 | Александр Сергеевич Мкртумов | Method for automated warning of fire from large transient resistances in power grids or electrical installations and device for its implementation |
RU2660285C1 (en) * | 2017-10-05 | 2018-07-05 | Александр Сергеевич Мкртумов | Device for protection against sparkage and the method of its work |
WO2019070147A1 (en) | 2017-10-05 | 2019-04-11 | Александр Сергеевич МКРТУМОВ | Arc protection device and operating method thereof |
RU199233U1 (en) * | 2020-04-17 | 2020-08-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Эколайт" (ООО "Эколайт") | ARC BREAKDOWN PROTECTION DEVICE |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2572371C1 (en) * | 2014-07-07 | 2016-01-10 | Александр Сергеевич Мкртумов | Method of increasing interference immunity of devices for automated fire prevention from sparking in electrical networks and electrical installations and device for its implementation |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2159468C1 (en) * | 2000-01-12 | 2000-11-20 | КОРОЛЕВ Игорь Сергеевич | Method for prevention of fire upon failure in mains or electric equipment, and device which implements said method |
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 |
RU76159U1 (en) * | 2008-04-08 | 2008-09-10 | Иван Иванович Ермаков | TRANSFORMER WITH PAIR OUTPUT WINDING |
RU2342711C2 (en) * | 2006-12-22 | 2008-12-27 | Игорь Сергеевич КОРОЛЕВ | Fire prevention method in electrical network or electrical installation and device to this end |
RU2450360C1 (en) * | 2010-12-20 | 2012-05-10 | Анжелика Владимировна Григорьева | Method of prevention of fire from sparking in electrical network or electrical installation and device for its implementation |
-
2012
- 2012-08-17 RU RU2012135372/08A patent/RU2528137C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2159468C1 (en) * | 2000-01-12 | 2000-11-20 | КОРОЛЕВ Игорь Сергеевич | Method for prevention of fire upon failure in mains or electric equipment, and device which implements said method |
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 |
RU2342711C2 (en) * | 2006-12-22 | 2008-12-27 | Игорь Сергеевич КОРОЛЕВ | Fire prevention method in electrical network or electrical installation and device to this end |
RU76159U1 (en) * | 2008-04-08 | 2008-09-10 | Иван Иванович Ермаков | TRANSFORMER WITH PAIR OUTPUT WINDING |
RU2450360C1 (en) * | 2010-12-20 | 2012-05-10 | Анжелика Владимировна Григорьева | Method of prevention of fire from sparking in electrical network or electrical installation and device for its implementation |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2580011C1 (en) * | 2014-10-09 | 2016-04-10 | Александр Сергеевич Мкртумов | Method for automated warning of fire from large transient resistances in power grids or electrical installations and device for its implementation |
RU2660285C1 (en) * | 2017-10-05 | 2018-07-05 | Александр Сергеевич Мкртумов | Device for protection against sparkage and the method of its work |
WO2019070147A1 (en) | 2017-10-05 | 2019-04-11 | Александр Сергеевич МКРТУМОВ | Arc protection device and operating method thereof |
RU199233U1 (en) * | 2020-04-17 | 2020-08-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Эколайт" (ООО "Эколайт") | ARC BREAKDOWN PROTECTION DEVICE |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012135372A (en) | 2014-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6393005B2 (en) | Surge suppression system for medium and high voltage | |
US9865411B2 (en) | Safety device for a photovoltaic system | |
RU2528137C2 (en) | Method for automated warning of fire caused by arcing in power grids or electrical installations and apparatus therefor | |
JP6234647B1 (en) | DC electric circuit protection device and arc detection method | |
US10640000B2 (en) | Method and device for detecting a direct-current fault current | |
KR101162252B1 (en) | Versatile circuit breaker for detecting various failure on power lines and loads | |
CN102332699A (en) | Ground wire safety voltage control system | |
KR101212105B1 (en) | Total monitoring system of power | |
KR101337809B1 (en) | Electric circuit breaker capable of circuit-breaking when detecting arc and over-load | |
WO2017221493A1 (en) | Dc electric circuit protection device and arc detection method | |
KR101535950B1 (en) | Contact failure detection device by counting pulses | |
WO2006121364A1 (en) | Method and device for preventing fire caused by defects in electric circuits and arrangements | |
CN103399229B (en) | Device for protection outlet of relay protection proving installation | |
CN202159961U (en) | Ground wire safe voltage control system | |
KR101851700B1 (en) | Current transformer Secondary commercial circuit and isolation Separate surveillance Protection method Distributing board | |
US8084890B2 (en) | Apparatus and method for fire protection of electrical installations | |
RU2254615C2 (en) | Method for preventing fire from sparks in electric grid or plant and device for realization of said method | |
KR101691399B1 (en) | Limiter device capable of contact failure detection having delay circuit | |
KR101527366B1 (en) | Arc detection circuit by contact failure | |
US8786991B1 (en) | Automated three phase power monitoring system | |
CN107678478B (en) | Circuit and method for monitoring working state of secondary neutral point valve plate of voltage transformer | |
KR100273599B1 (en) | Thunderbolt identification control apparatus and method | |
CN205029115U (en) | Can change protected mode's leakage protection plug | |
KR102572929B1 (en) | Electrical safety connector with leakage current reduction function | |
RU2515996C2 (en) | Method for dynamic detection of accidental electric discharge and device for its implementation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20150126 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180222 Effective date: 20180222 |
|
QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180222 Effective date: 20181012 |