RU2571513C2 - Method for prevention of fire in result of arcing in electrical mains or electrical installation and device for its implementation - Google Patents
Method for prevention of fire in result of arcing in electrical mains or electrical installation and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2571513C2 RU2571513C2 RU2013118132/08A RU2013118132A RU2571513C2 RU 2571513 C2 RU2571513 C2 RU 2571513C2 RU 2013118132/08 A RU2013118132/08 A RU 2013118132/08A RU 2013118132 A RU2013118132 A RU 2013118132A RU 2571513 C2 RU2571513 C2 RU 2571513C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- cycle
- measuring
- spark
- sparking
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Relating To Insulation (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯAPPLICATION AREA
Изобретение относится к области пожарной безопасности и электроэнергетики, а именно к способам и устройствам предупреждения пожаров, возникающих из-за искрения в электрической цепи электрооборудования сети (ЭС) или электроустановках (ЭУ) 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 sparking in an electrical circuit of an electrical network (ES) or electrical installations (EU) in rooms, structures, buildings, aircraft, ships, railway transport, and other objects.
Примечание. Здесь и далее под пожарной безопасностью понимается пожарная и/или взрывобезопасность, а также отказ важных функциональных систем, приводящих к катастрофе или аварии, например, из-за плавления изоляции проводов или других элементов электрооборудования по причине искрения (дефектной дуги) на искровом промежутке без ее возгорания. Эксплуатация жилых, бытовых, производственных и др. объектов нередко сопровождается пожарами или взрывами, возникающими из-за искрения в электрических сетях (ЭС) и электроустановках (ЭУ).Note. Hereinafter, fire safety refers to fire and / or explosion safety, as well as the failure of important functional systems leading to disaster or accident, for example, due to melting of insulation of wires or other elements of electrical equipment due to sparking (defective arc) in the spark gap without it fires. The operation of residential, domestic, industrial and other facilities is often accompanied by fires or explosions arising from sparking in electrical networks (ES) and electrical installations (ES).
В России согласно официальной статистике пожар из-за искрения в электрооборудовании по количеству и тяжести последствий занимает второе место после неосторожного обращения с огнем.In Russia, according to official statistics, a fire due to sparking in electrical equipment takes the second place in terms of the number and severity of consequences after careless handling of fire.
Особо опасны указанные выше отказы, приводящие к происшествиям не только на объектах добычи, хранения и транспортировки нефтепродуктов и газа и других пожароопасных объектах, но и вызывающие катастрофы по причине нарушения систем управления объектами в воздухе, космосе и в море. Для примера можно привести гибель самолетов в Сургуте и Челябинске, гибель первого космического аппарата Аполло-1, подводных лодок и многих других трагических событий. Имеют место неоднократные отказы бортовых аккумуляторных батарей самолетов по причине нарушения соединения хотя бы с одной перемычкой с одним из нескольких десятков последовательно соединенных аккумуляторов.Particularly dangerous are the above failures, leading to incidents not only at facilities for the extraction, storage and transportation of petroleum products and gas and other fire hazardous facilities, but also causing disasters due to a violation of control systems for facilities in the air, space and at sea. For example, the death of aircraft in Surgut and Chelyabinsk, the death of the first Apollo-1 spacecraft, submarines and many other tragic events. Repeated failures of aircraft onboard batteries occur due to a connection failure with at least one jumper with one of several dozen batteries connected in series.
С целью улучшения данной печальной статистики осуществлялись разработки различных способов и устройств защиты от искрения, применяемых в ЭС и ЭУ.In order to improve this sad statistics, various methods and devices for protection against sparking used in ES and ES were developed.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Известен «способ обнаружения дефектной последовательной дуги переменного тока» [1], с помощью которого обнаруживают и отображают наличие последовательной дефектной дуги в электрическом токе, поступающем от источника электропитания переменного тока под электрической нагрузкой. Включает в себя двукратные измерения (измерения двух периодов переменного тока) значений его положительного и отрицательного полупериодов и определения их абсолютных значений, далее их суммирования на каждом периоде и по разнице двух сумм устанавливая наличие дефектной последовательной дуги в случае, если эта разница превышает заданный пороговый уровень.The known "method for detecting a defective consecutive arc of an alternating current" [1], with which they detect and display the presence of a consecutive defective arc in an electric current supplied from an AC power source under an electric load. It includes two-time measurements (measurements of two periods of alternating current) of the values of its positive and negative half-periods and determination of their absolute values, then summing them up over each period and using the difference of two sums to establish the presence of a defective sequential arc in case this difference exceeds a predetermined threshold level .
Как показывают исследования, является необоснованным полагаться на разницу результатов измерения «искрящих» периодов, так как, с одной стороны, эта разница может отсутствовать, а, с другой стороны, разность показаний в сравнении двух сумм может иметь место и для «не искрящих» периодов переменного тока. Кроме этого, в данном техническом решении обоснование построено на анализе сигналов лишь промышленной частоты (50, 60 Гц и др. низкой частоты) без учета высокочастотных составляющих, образующихся в момент возникновения искрения и являющихся основными признаками этого искрения.Studies show that it is unreasonable to rely on the difference in the measurement results of the “sparking” periods, since, on the one hand, this difference may be absent, and, on the other hand, the difference in readings in comparing the two amounts can also occur for “non-sparking” periods alternating current. In addition, in this technical solution, the rationale is based on the analysis of signals of only industrial frequency (50, 60 Hz and other low frequencies) without taking into account the high-frequency components formed at the time of sparking and which are the main signs of this sparking.
Таким образом, наличие искрения, конечно, может быть зафиксировано, но без определения его уровня опасности и при этом с очень низким показателем достоверности, т.е. часть пожароопасных ситуаций не будет замечена, другая, наоборот, выдаст сигнал опасности при отсутствии таковой в действительности.Thus, the presence of sparking, of course, can be fixed, but without determining its level of danger and at the same time with a very low reliability indicator, i.e. some of the fire hazard situations will not be noticed, another, on the contrary, will give a danger signal in the absence of such in reality.
Известен «способ определения времени возникновения предпожарной ситуации от искрения в электрической сети» [2], в котором сигнал переменного напряжения выпрямляют и преобразуют в двухполупериодный сигнал. Каждый полупериод напряжения преобразуют в прямоугольный сигнал, по переднему фронту которого формируют сигнал, соответствующий переходу напряжения диагностируемой сети через нуль, формируют интервал времени, равный по длительности максимальному расстоянию между максимальными значениями мгновенной мощности за полупериод при максимально возможной угловой разнице фаз между током и напряжением диагностируемой сети…The known "method for determining the time of occurrence of the pre-fire situation from sparking in the electric network" [2], in which the AC voltage signal is rectified and converted into a half-wave signal. Each half-period of voltage is converted into a rectangular signal, along the leading edge of which a signal is generated corresponding to the zero voltage transition of the diagnosed network, a time interval equal in duration to the maximum distance between the maximum values of instantaneous power per half-period at the maximum possible angular phase difference between the current and voltage of the diagnosed network ...
Недостатки данного способа. The disadvantages of this method.
Согласно изложенным в формуле признакам способ не содержит в себе операции по измерению какого-либо тока в сети, что не позволяет определять ни мощность сети, ни величину тока искрения, ни момент его перехода через нуль. Из этого следует, что использование данного изобретения не способно идентифицировать опасность искрения.According to the characteristics set forth in the formula, the method does not include the operation of measuring any current in the network, which does not allow determining either the network power, the magnitude of the spark current, or the moment of its transition through zero. It follows that the use of this invention is not able to identify the danger of sparking.
Известен «способ и устройство предупреждения пожара от неисправностей в электрических сетях и электроустановках» [3], который наряду с измерением амплитуды импульсов на затухающей и возрастающей стадиях цикла «возникновение - гашение искры» и количества импульсов на возрастающей стадии данного цикла дополнительно содержит измерение по крайней мере одного из тока короткого замыкания, тока перегрузки, тока утечки, величины отклонения напряжения сети от требуемых значений.The known "method and device for preventing fire from malfunctions in electrical networks and electrical installations" [3], which along with measuring the amplitude of the pulses at the damping and increasing stages of the cycle "occurrence - suppression of the spark" and the number of pulses at the increasing stage of this cycle additionally contains a measurement of one of the short circuit current, overload current, leakage current, the deviation of the mains voltage from the required values.
При этом осуществление указанного способа также характеризуется тем, что дополнительно оно содержит как минимум одного из блоков измерения тока короткого замыкания, тока перегрузки, тока утечки и измерения величины отклонения напряжения сети от требуемых значений.Moreover, the implementation of this method is also characterized in that it additionally contains at least one of the units for measuring the short circuit current, overload current, leakage current and measuring the magnitude of the deviation of the mains voltage from the required values.
Однако данный способ не учитывает влияния параллельных токов (токов шунтирования) и ширины искрового промежутка на точность определения уровня опасности искрения.However, this method does not take into account the influence of parallel currents (bypass currents) and the width of the spark gap on the accuracy of determining the level of danger of sparking.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является «способ предупреждения пожара от искрения в электрической сети или электроустановке и устройство для его осуществления» [4], которое обладает более широкой совокупностью признаков, наиболее близкой к совокупности существенных признаков изобретения. Поэтому данное техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога из числа известных и принято за прототип.Closest to the technical nature of the claimed invention is a "method of preventing fire from sparking in an electrical network or electrical installation and a device for its implementation" [4], which has a wider set of features, closest to the set of essential features of the invention. Therefore, this technical solution is selected as the closest analogue from among the known and taken as a prototype.
В соответствии с данным техническим решением и согласно уровню техники [3] измеряют электрический ток контролируемого участка ЭС или ЭУ, из измеренного тока формируют низкочастотную составляющую и высокочастотные сигналы, характеризующие процессы электрического пробоя искрового промежутка и восстановления напряжения на нем в области перехода тока через нуль. В данной временной области осуществляются процессы возникновения и затухания искрения (дефектной дуги). Параметры выделенных сигналов определяются интенсивностью и величиной этого тока искрения, зависящего от переходного сопротивления. При необходимости сигнал усиливают и выпрямляют. При этом накопление тепловой энергии, адекватной частоте следования циклов и току искрения, осуществляют с учетом предварительно рассчитанной величины данного тока. Величина тока искрения рассчитывается на основе измерения и последующего расчета выбранных параметров цикла «возникновение - гашение искры» на его образующей и затухающей стадиях. К данным параметрам цикла, определяющим величину тока искрения, относят амплитуду образующей и (или) затухающей стадий цикла, их продолжительность и (или) количество импульсов на данных стадиях цикла, амплитуда которых превышает установленное значение. Результат накопления сигнала за установленное время сравнивают с заранее заданным (заданными) его допустимыми значениями. При этом на выходе устройства формируется сигнал предупреждения о соответствующем уровне пожарной опасности и (или) команда на отключение контролируемого участка неисправной ЭС или ЭУ, поступающие на блок отображения информации и (или) на блок отключения контролируемого участка ЭС или ЭУ.In accordance with this technical solution and according to the prior art [3], the electric current of the monitored section of the ES or EI is measured, the low-frequency component and high-frequency signals are formed from the measured current, characterizing the processes of electric breakdown of the spark gap and restoration of voltage across it in the region where the current passes through zero. In this time domain, processes of occurrence and attenuation of sparking (defective arc) are carried out. The parameters of the extracted signals are determined by the intensity and magnitude of this sparking current, which depends on the transition resistance. If necessary, the signal is amplified and rectified. In this case, the accumulation of thermal energy adequate to the cycle frequency and the sparking current is carried out taking into account the previously calculated value of this current. The magnitude of the spark current is calculated based on the measurement and subsequent calculation of the selected parameters of the cycle "occurrence - extinction of the spark" at its generating and decaying stages. These cycle parameters that determine the value of the sparking current include the amplitude of the generating and (or) decaying stages of the cycle, their duration and (or) the number of pulses at these stages of the cycle, the amplitude of which exceeds the set value. The result of the accumulation of the signal for a specified time is compared with a predetermined (given) its allowable values. At the same time, a warning signal is generated at the device output about the corresponding level of fire hazard and (or) a command to turn off the monitored section of the faulty ES or EA, coming to the information display unit and (or) to turn off the block to control the monitored section of the ES or ES.
Устройство для осуществления указанного способа характеризуется тем, что оно содержит блок определения величины тока искрения (фиг.2, 3 уровня техники [4]), включающий в себя модуль 3 формирования сигнала-признака цикла «возникновение - гашение искры» в момент перехода тока через нуль, модуль 4 измерения и расчета параметров цикла (частоты следования циклов, продолжительности образующей и (или) затухающей стадий цикла; количества импульсов на затухающей стадии цикла, амплитуда которых превышает установленное значение), модуль 5 расчета величины тока искрения, модуль 6 хранения рассчитанной величины тока искрения и блок 11 накопления.A device for implementing this method is characterized in that it contains a unit for determining the magnitude of the spark current (FIGS. 2, 3 of the prior art [4]), which includes a signal-
Все команды на выполнение заданного алгоритма работы устройства формируются в блоке 15 управления, исполненного, например, в виде микроконтроллера. Электропитание устройства обеспечивается блоком 16 питания от ЭС и (или) от автономного источника.All commands to execute the given algorithm of the device are generated in the
При исправном состоянии контролируемого участка электрической сети (электроустановки) искрение в любой точке контролируемого участка отсутствует, поэтому величина высокочастотной составляющей сигнала на входе корректирующего устройства равна нулю.When the condition of the monitored section of the electric network (electrical installation) is in good condition, there is no sparking at any point of the monitored section, therefore the value of the high-frequency component of the signal at the input of the correction device is zero.
При возникновении искрения, связанного с образованием ионизированного переходного сопротивления Rперех в месте, например, некачественного контакта, в электрической цепи 4 появляется ток искрения (ток свободных ионов и электронов), проявляющийся в виде последовательности циклов «возникновение - гашение» искры (электрической дуги).When sparking occurs, associated with the formation of an ionized transition resistance R junction in the place of, for example, a poor-quality contact, a spark current (free ion and electron current) appears in
В соответствии с сигналом на входе блока определения величины тока искрения в модуле 3 формируются сигналы-признаки циклов. По первому импульсу (сигналу-признаку цикла) в модуле 4 формируется временной интервал и осуществляется накопление поступающих импульсов сигналов-признаков циклов. По истечении установленного времени этим же модулем фиксируется измеренное количество импульсов и рассчитывается величина параметра цикла (частота следования циклов). Полученный результат передается в модуль 5. Здесь по заданному функционалу, аргументом которого является частота следования циклов, происходит расчет величины тока искрения, которая запоминается в модуле 6. Результат расчета передается в блок накопления 11, одновременно в блок управления 15 передается сигнал для формирования им команды на проведение нового счета продолжающих поступать импульсов сигналов-признаков циклов.In accordance with the signal at the input of the unit for determining the magnitude of the sparking current in
Как недостаток данного технического решения следует отметить отсутствие измерения ширины искрового промежутка, величина зазора которого вместе с величиной тока искрения наиболее полно определяют количество выделяемой тепловой энергии на данном искровом промежутке, а значит, и точность определения уровня пожарной опасности.As a drawback of this technical solution, it should be noted that there is no measurement of the width of the spark gap, the gap value of which, together with the magnitude of the spark current, most fully determines the amount of thermal energy released in this spark gap, and therefore the accuracy of determining the level of fire hazard.
Кроме этого данное техническое решение не учитывает влияние шунтирующего тока (тока, параллельного току искрения) на точность определения тока искрения в разветвленной электрической цепи. Особенно искажающей результаты измерения становится величина шунтирующего тока, преобладающая над током искрения.In addition, this technical solution does not take into account the effect of the shunt current (current parallel to the spark current) on the accuracy of determining the spark current in a branched electric circuit. Especially distorting the measurement results is the value of the shunt current, prevailing over the spark current.
Приведенные недостатки в определенных условиях существенно влияют на точность расчета уровня пожарной опасности, а значит, и снижают достоверность предупреждения происшествия.These shortcomings in certain conditions significantly affect the accuracy of calculating the level of fire hazard, and therefore reduce the reliability of the prevention of an accident.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Целью изобретения является повышение достоверности и точности измерения уровня пожарной опасности от искрения и других неисправностей в ЭС и ЭУ, направленных на улучшение тактико-технических характеристик предлагаемого технического решения.The aim of the invention is to increase the reliability and accuracy of measuring the level of fire hazard from sparking and other malfunctions in the ES and EU, aimed at improving the tactical and technical characteristics of the proposed technical solution.
Цель достигается тем, что способ предупреждения пожара от искрения в электрической цепи ЭС или ЭУ содержит измерение электрического тока контролируемого участка; формирование низкочастотной (промышленной частоты) и высокочастотных составляющих из сигнала измеренного тока; при необходимости усиление и выпрямление высокочастотных сигналов; формирование импульса сигнала-признака цикла «возникновение - гашение искры» в момент перехода тока через нуль; измерение и расчет частоты следования циклов; измерение при необходимости амплитуды импульсов на образующей и (или) затухающей стадиях цикла; измерение продолжительности образующей и затухающей стадий цикла, а также при необходимости количества импульсов на данных стадиях цикла, амплитуда которых превышает установленное значение; измерение, по крайней мере одного из тока короткого замыкания, тока перегрузки, тока утечки, величины отклонения напряжения сети от требуемых значений; отображение результатов измерения и расчета и (или) отключение контролируемой электрической сети или электроустановки; управление процессом измерения и расчета, например, с помощью микроконтроллера; электропитание устройства. При этом дополнительно вводят операции по определению величины искрового промежутка, образованного в месте разрыва электрической цепи, и тока искрения с учетом влияния тока шунтирования на точность определения параметров тока искрения.The goal is achieved by the fact that the method of preventing fire from sparking in the electric circuit of the ES or EU contains a measurement of the electric current of the controlled area; the formation of low-frequency (industrial frequency) and high-frequency components from the signal of the measured current; if necessary, amplification and rectification of high-frequency signals; the formation of the pulse of the signal-sign of the cycle "occurrence - extinction of the spark" at the moment of transition of the current through zero; measurement and calculation of the frequency of repetition of cycles; measuring, if necessary, the amplitude of the pulses at the generating and (or) decaying stages of the cycle; measuring the duration of the generating and decaying stages of the cycle, as well as, if necessary, the number of pulses at these stages of the cycle, the amplitude of which exceeds the set value; measurement of at least one of the short circuit current, overload current, leakage current, the deviation of the mains voltage from the required values; display of measurement and calculation results and (or) shutdown of a controlled electrical network or electrical installation; control of the measurement and calculation process, for example, using a microcontroller; device power supply. At the same time, operations are introduced to determine the size of the spark gap formed at the place of the electric circuit rupture and the spark current, taking into account the influence of the shunt current on the accuracy of determining the parameters of the spark current.
Таким образом, в известное техническое решение [4] наряду с операциями измерения электрического тока контролируемого участка, формирования из сигнала измеренного тока низкочастотных и высокочастотных составляющих, дополнительно вводят операции по определению величины искрового промежутка, а также определяют величину тока искрения с учетом воздействия шунтирующего тока.Thus, in the well-known technical solution [4], along with the operations of measuring the electric current of the controlled area, generating low-frequency and high-frequency components from the measured current signal, operations are also introduced to determine the magnitude of the spark gap, and also determine the magnitude of the sparking current, taking into account the effect of the shunt current.
Наличие в заявляемом техническом решении совокупности отличительных признаков, не известных из уровня техники, позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».The presence in the claimed technical solution of a combination of distinctive features not known from the prior art allows us to conclude that it meets the condition of patentability “novelty”.
Совокупность существенных признаков заявляемого изобретения, предопределяющихThe set of essential features of the claimed invention, predetermining
получение указанного технического результата, явным образом не следует из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».the receipt of the specified technical result, obviously does not follow from the prior art, which allows us to conclude that the invention meets the condition of patentability "inventive step".
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления.The patentability condition "industrial applicability" is confirmed by the example of a specific implementation.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙDESCRIPTION OF DRAWINGS
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где представлены:The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings, which show:
фиг. 1 - график суммирования тока искрения и тока шунтирования на входе датчика (1 - ток искрения, 2 - ток шунтирования, 3 - суммарный ток нагрузки);FIG. 1 is a graph of the summation of the sparking current and the shunting current at the sensor input (1 - sparking current, 2 - shunting current, 3 - total load current);
фиг. 2 - график сигнала суммарного тока на выходе датчика (4 - момент образования искрения (пробоя искрового промежутка), 5 - момент затухания искрения);FIG. 2 - graph of the signal of the total current at the output of the sensor (4 - the moment of formation of sparking (breakdown of the spark gap), 5 - the moment of attenuation of sparking);
фиг. 3 - взаимосвязь тока искрения с «провалом» и током шунтирования (4 - момент образования искрения, 5 - момент затухания искрения, 6 - заштрихованная площадь тока искрения, 7 - заштрихованная площадь тока шунтирования);FIG. 3 - interrelation of the spark current with the “dip” and the shunt current (4 - the moment of arcing, 5 - the moment of extinction of the spark, 6 - the shaded area of the spark current, 7 - the shaded area of the shunt current);
фиг. 4 - модуль измерения тока искрения с учетом величины шунтирующего тока (8 - блок измерения электрического тока контролируемого участка, 9 - плата измерения и расчета параметра цикла (из уровня техники), 10 - плата расчета величины тока искрения (из уровня техники), 11 - модуль формирования сигнала-признака цикла «возникновение - гашение» искры (электрической дуги), 12 - модуль измерения и расчета параметра цикла, 13 - модуль хранения величины тока искрения, 14 - модуль расчета величины тока искрения, 15 - модуль измерения тока искрения с учетом величины шунтирующего тока (предлагается), 16 - блок определения величины тока искрения (из уровня техники);FIG. 4 - module for measuring the spark current taking into account the value of the shunt current (8 - unit for measuring the electric current of the controlled section, 9 - board for measuring and calculating the cycle parameter (from the prior art), 10 - board for calculating the value of the spark current (from the prior art), 11 - module for generating a signal-sign of the “occurrence - extinction” cycle of a spark (electric arc), 12 — module for measuring and calculating a cycle parameter, 13 — module for storing the value of the spark current, 14 — module for calculating the magnitude of the spark current, 15 — module for measuring the spark current values of w ntiruyuschego current (proposed), 16 - determining unit quantities sparking current (prior art);
фиг. 5 - плата определения ширины искрового промежутка (10 - плата расчета величины тока искрения (из уровня техники), 17 - модуль формирования сигнала-признака цикла «возникновение - гашение» искры, 18 - плата измерения частоты следования циклов, 19 - плата измерения количества импульсов, 20 - плата измерения продолжительности образующей и затухающей стадий цикла, 21 - плата определения ширины искрового промежутка, 22 - плата измерения момента гашения искры первого цикла и его сохранения, 23 - плата измерения момента возникновения искры (пробоя) второго цикла соседнего полупериода тока, 24 - плата расчета ширины искрового промежутка, 25 - модуль измерения и расчета параметров цикла).FIG. 5 - board for determining the width of the spark gap (10 - board for calculating the magnitude of the spark current (from the prior art), 17 - module for generating a signal-sign of the cycle "occurrence - damping" of the spark, 18 - board for measuring the frequency of repetition of cycles, 19 - board for measuring the number of pulses 20 - a board for measuring the duration of the generating and decaying stages of the cycle, 21 - a board for determining the width of the spark gap, 22 - a board for measuring the moment of extinguishing of the spark of the first cycle and its conservation, 23 - board for measuring the moment of occurrence of the spark (breakdown) of the second cycle la adjacent current half-cycle, 24 - board for calculating the width of the spark gap, 25 - module for measuring and calculating cycle parameters).
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
На фиг. 1 представлены зависимости тока искрения и шунтирования от времени. При прохождении тока искрения 1 через нуль наблюдается заметное искажение его синусоидальной формы, так называемый «провал». Ввиду малости изменения тока в приграничной области с нулевым значением указанного участка («провала») сложно говорить о явно выраженных параметрах этого «провала», тем более с учетом влияния тока шунтирования 2.In FIG. Figure 1 shows the dependences of the sparking current and bypass current on time. When the spark current 1 passes through zero, a noticeable distortion of its sinusoidal shape, the so-called "dip", is observed. Due to the smallness of the current change in the border region with a zero value of the indicated section (“dip”), it is difficult to talk about the explicit parameters of this “dip”, especially taking into account the effect of the shunt current 2.
С целью более наглядного представления характера изменения зависимости суммарного тока 3 от времени и расширения возможностей ее анализа в области «провала», например, путем применения трансформатора тока (датчика) выполнено дифференцирование его по первой производной - измерение крутизны изменения суммарного тока нагрузки на вторичной обмотке данного трансформатора, как это представлено на фиг. 2.In order to better visualize the nature of the change in the dependence of the total current 3 on time and expand the possibilities of its analysis in the field of "failure", for example, by using a current transformer (sensor), its differentiation with respect to the first derivative is performed - measuring the slope of the change in the total load current on the secondary winding of this transformer, as shown in FIG. 2.
Сигнал суммарного тока на выходе датчика формируется в блоке 8 измерения электрического тока контролируемого участка, с выхода которого он поступает в модуль 15 измерения тока искрения с учетом величины шунтирующего тока.The signal of the total current at the output of the sensor is generated in the electric
В данном модуле из сигнала первой производной в области «провала» выделяют заштрихованные участки и измеряют их площади (энергии). При этом площадь заштрихованного участка 6 соответствует току искрения, площадь заштрихованного участка 7 соответствует току шунтирования.In this module, the shaded areas are extracted from the signal of the first derivative in the “dip” region and their area (energy) is measured. The area of the shaded
Путем перерасчета соотношений измеренных токов (тока искрения iискр и суммарного тока isum) и заштрихованных площадей 6 и 7, величину сигнала тока искрения определяют по формулеBy recalculating the ratios of the measured currents (spark current i sparks and total current i sum ) and shaded
Далее рассмотрим процесс измерения ширины искрового промежутка. Здесь и далее под средой искрового промежутка будем понимать воздушную или другую диэлектрическую среду.Next, we consider the process of measuring the width of the spark gap. Hereinafter, by the medium of the spark gap, we mean an air or other dielectric medium.
Под искровым промежутком будем понимать соответствующее ему расстояние между соседними циклами «возникновение - гашение искры» (так называемого «провала»), равное разнице времени между моментами возникновения импульсов на затухающей стадии одного цикла до перехода током нуля (4) и образующей стадии последующего за ним цикла соседнего полупериода после перехода током нуля (5), что соответствует воздушному или другому виду промежутка, разделяющему электроды в установках высокого или низкого напряжения (при напряженности электрического поля до 33 кВ/см и напряжении на электродах до 380 В ширина промежутка не более 115 микрон).By the spark gap we mean the corresponding distance between adjacent cycles “occurrence - quenching of the spark” (the so-called “dip”), equal to the time difference between the moments of occurrence of pulses at the decaying stage of one cycle before the current passes to zero (4) and the generatrix stage subsequent to it cycle of an adjacent half-cycle after a zero current transition (5), which corresponds to an air or other type of gap separating the electrodes in high or low voltage installations (at an electric up to 33 kV / cm and voltage at the electrodes up to 380 V, the gap width is not more than 115 microns).
Ширина искрового промежутка предварительно определяется шириной «провала» между точками 4 и 5 фиг. 2, 3 следующим образом.The width of the spark gap is previously determined by the width of the "gap" between
В модуль 12 измерения и расчета параметров цикла дополнительно вводят плату определения ширины искрового промежутка (фиг. 5).A module for determining the width of the spark gap is additionally introduced into the
При появлении на плате 20 измерения продолжительности образующей (затухающей) стадий цикла высокочастотных сигналов их распознают, как признаки процесса искрения и формируют в виде сигналов-признаков следующих друг за другом двух циклов «возникновение - гашение искры», каждый из которых принадлежит одному из соседних полупериодов и дополнительно соединяют эту плату с платой 21 определения ширины искрового промежутка. При этом, согласно представленной на фиг. 5 структурной схеме данной платы, выполняют следующие операции:When the measurement of the duration of the generating (decaying) stages of the cycle of high-frequency signals appears on the
- сначала с использованием представленной на фиг. 5 платы 22 измеряют момент времени tгаш гашения искры первого цикла, его сохраняют и передают в плату 24 расчета ширины искрового промежутка;- first, using the one shown in FIG. 5
- затем, с использованием платы 23 измеряют момент времени tвоз возникновения искры второго цикла соседнего полупериода тока искрения, фиксируют время tвоз и передают его на ту же плату 24 расчета искрового промежутка;- then, using a plate 23 measured at time t WHO sparks adjacent half cycle of the second cycle of current arcing fixed time t cart and pass it on the
- с использованием платы 24 рассчитывают ширину «провала» tпровал по формуле- using the
- определяют ширину искрового промежутка tзазор, для чего- determine the width of the spark gap t clearance , for which
- при активной нагрузке тока искрения искровой промежуток соответствует ширине «провала» тока искрения, т.е.- with an active load of the sparking current, the spark gap corresponds to the width of the "dip" of the sparking current, i.e.
- при реактивной нагрузке тока искрения искровой промежуток соответственно изменяется на величину сдвига фаз- with a reactive load of the sparking current, the spark gap accordingly changes by the amount of phase shift
где φ - угол сдвига фаз между моментом времени tгаш тока искрения при прохождении его через нуль и моментом времени tсети напряжения электрической сети при прохождении его через нуль;where φ - the phase shift between the time point t gash angle arcing current as it passes through the zero time point t and the electric network voltage when it passes through zero;
k - коэффициент, устанавливающий взаимосвязь между зависимостями напряжения электрической сети от времени и напряженности электрического поля на искровом промежутке.k is a coefficient that establishes a relationship between the dependences of the voltage of the electric network on time and the electric field strength in the spark gap.
Окончательно результат расчета ширины искрового промежутка с платы 24 передается на плату 10 расчета величины тока искрения, вместе с которой объединяется в интегральный показатель уровня пожарной опасности. Данный показатель рассчитывается в плате 10 как зависимость уровня пожарной опасности от величины тока искрения с учетом шунтирующего тока, от ширины искрового промежутка и от интенсивности искрения, а также от характеристики теплоотводящих свойств электрооборудования и окружающей среды.Finally, the result of calculating the width of the spark gap from the
Предлагаемое техническое решение относительно существующих устройств уменьшает количество ложных донесений и команд и повышает показатель достоверности, что приводит к снижению стоимости затрат на реализацию защиты по предупреждению пожаров и взрывов от искрения в электрических сетях и электроустановках, а также повышает надежность электротехнических систем, в целом.The proposed technical solution for existing devices reduces the number of false reports and commands and increases the reliability indicator, which reduces the cost of implementing protection for the prevention of fires and explosions from sparking in electrical networks and electrical installations, and also increases the reliability of electrical systems in general.
Внедрение устройств, реализующих предлагаемый способ, предполагает использование уже существующих технических решений [3 и 4] с незначительной их схемной и программной доработкой.The introduction of devices that implement the proposed method involves the use of existing technical solutions [3 and 4] with their minor circuit and software refinement.
Это не требует также перестройки предприятий промышленности и частных фирм на выпуск новой номенклатуры продукции.It also does not require the restructuring of industrial enterprises and private firms to produce a new product range.
Таким образом, экономический и моральный выигрыш от внедрения изобретения определяется числом сохраненных жизней, а также количеством и стоимостью жилых, производственных и др. объектов за счет предотвращенных пожаров путем применения предлагаемого технического решения.Thus, the economic and moral gain from the implementation of the invention is determined by the number of saved lives, as well as the number and cost of residential, industrial and other objects due to prevented fires by applying the proposed technical solution.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Патент США US 7633729 от 15.12.2009 «Alternating current series ARC fault detection method». Приоритет от 22.10.2007. Публикация заявки №2009/0103216 A1 от 23.04.2009.1. US patent US 7633729 from 12/15/2009 "Alternating current series ARC fault detection method". Priority from 10/22/2007. Publication of application No. 2009/0103216 A1 of 04/23/2009.
2. Патент России RU 2309461 «Способ определения времени возникновения предпожарной ситуации от искрения в электрической сети и устройство для его осуществления». Приоритет от 27.12.2005 г. Публикация заявки №2005141090/09 27.10.2007, бюл. №30.2. Russian patent RU 2309461 "Method for determining the time of occurrence of a pre-fire situation from sparking in the electric network and a device for its implementation." Priority dated 12/27/2005. Publication of application No. 2005141090/09 10/27/2007, bull. No. 30.
3. Заявка №PCT/RU2005/000251 «Способ и устройство предупреждения пожара от неисправностей в электрических сетях и электроустановках». Приоритет от 6.05.2005 г. Публикация заявки №WO 2006/121364 A1 16.11.2006.3. Application No.PCT / RU2005 / 000251 “Method and device for preventing fire from malfunctions in electric networks and electrical installations”. Priority dated May 6, 2005. Publication of application No. WO 2006/121364 A1 November 16, 2006.
4. Патент России RU 2254615 от 20.06.2005 «Способ предупреждения пожара от искрения в электрической сети или электроустановке и устройство для его осуществления». Приоритет от 10.07.2003 г. Публикация заявки №2003120730/09 10.02.2005, бюл. №17.4. Patent of Russia RU 2254615 dated 06/20/2005 “A method for preventing fire from sparking in an electric network or electrical installation and a device for its implementation”. Priority dated 10.07.2003. Publication of application No. 2003120730/09 02/10/2005, bull.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013118132/08A RU2571513C2 (en) | 2013-04-22 | 2013-04-22 | Method for prevention of fire in result of arcing in electrical mains or electrical installation and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013118132/08A RU2571513C2 (en) | 2013-04-22 | 2013-04-22 | Method for prevention of fire in result of arcing in electrical mains or electrical installation and device for its implementation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013118132A RU2013118132A (en) | 2014-10-27 |
RU2571513C2 true RU2571513C2 (en) | 2015-12-20 |
Family
ID=53380489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013118132/08A RU2571513C2 (en) | 2013-04-22 | 2013-04-22 | Method for prevention of fire in result of arcing in electrical mains or electrical installation and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2571513C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650105C2 (en) * | 2016-09-30 | 2018-04-09 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Method of warning of an accident in case of malfunction in the electric network of ac and dc and device for its implementation |
RU2762125C1 (en) * | 2021-03-09 | 2021-12-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Device for non-destructive control of mulfunctions in the electrical power network |
RU2782673C1 (en) * | 2021-06-01 | 2022-10-31 | Пайролоджикс Индия Прайвэт Лимитед | Method for prevention of accidents caused by defective arc in electrical network or alternating current electrical installation and device for its implementation |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5654684A (en) * | 1992-07-01 | 1997-08-05 | David Boyden | Alarm system for detecting excess temperature in electrical wiring |
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 |
WO2006121364A1 (en) * | 2005-05-06 | 2006-11-16 | Igor Sergeevich Korolyov | Method and device for preventing fire caused by defects in electric circuits and arrangements |
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 |
US7633729B2 (en) * | 2007-10-22 | 2009-12-15 | Hamilton Sundstrand Corporation | Alternating current series arc fault detection method |
-
2013
- 2013-04-22 RU RU2013118132/08A patent/RU2571513C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5654684A (en) * | 1992-07-01 | 1997-08-05 | David Boyden | Alarm system for detecting excess temperature in electrical wiring |
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 |
WO2006121364A1 (en) * | 2005-05-06 | 2006-11-16 | Igor Sergeevich Korolyov | Method and device for preventing fire caused by defects in electric circuits and arrangements |
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 |
US7633729B2 (en) * | 2007-10-22 | 2009-12-15 | Hamilton Sundstrand Corporation | Alternating current series arc fault detection method |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650105C2 (en) * | 2016-09-30 | 2018-04-09 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Method of warning of an accident in case of malfunction in the electric network of ac and dc and device for its implementation |
RU2762125C1 (en) * | 2021-03-09 | 2021-12-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Device for non-destructive control of mulfunctions in the electrical power network |
RU2782673C1 (en) * | 2021-06-01 | 2022-10-31 | Пайролоджикс Индия Прайвэт Лимитед | Method for prevention of accidents caused by defective arc in electrical network or alternating current electrical installation and device for its implementation |
RU2799971C1 (en) * | 2022-09-06 | 2023-07-14 | Пайролоджикс Индия Прайвэт Лимитед | Method for preventing incidents from a defective arc in an electrical network or an alternating current electrical installation and a device for its implementation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013118132A (en) | 2014-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5599148B2 (en) | Method for detecting faults in electrical network and electrical equipment and misfire alarm device | |
US8717721B2 (en) | High impedance fault isolation system | |
KR101303597B1 (en) | A detection device of insulation resistance for non-interruption of electric power and hot-line | |
US8547112B2 (en) | Introduced in monitoring system of dielectric state of high voltage equipments with capacitive insulation, such as condensive bushings, current transformers, potential transformers and similar | |
JP6234647B1 (en) | DC electric circuit protection device and arc detection method | |
WO2017221493A1 (en) | Dc electric circuit protection device and arc detection method | |
CN103399229B (en) | Device for protection outlet of relay protection proving installation | |
RU2571513C2 (en) | Method for prevention of fire in result of arcing in electrical mains or electrical installation and device for its implementation | |
CN104466943B (en) | Safety equipment and method for electric facility | |
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 | |
RU2254615C2 (en) | Method for preventing fire from sparks in electric grid or plant and device for realization of said method | |
KR101620363B1 (en) | The earthquake-proof panel and the system including a high tension panel, a low tension panel, a motorcontrol panel with incabloc | |
JP6118627B2 (en) | Vacuum leak monitoring device for vacuum valve | |
CN103972873A (en) | Method for protecting high-voltage DC three-pole power transmission line | |
RU2571521C2 (en) | Method of sparking imitation in electric circuit and device for its realisation | |
WO2014121644A1 (en) | Method and device for monitoring electrical fault sparks in real time | |
RU117686U1 (en) | ELECTRICAL INSTALLATION PROTECTION DEVICE WITH EMERGENCY ELECTRIC ARC DETECTION FUNCTION | |
RU2159468C1 (en) | Method for prevention of fire upon failure in mains or electric equipment, and device which implements said method | |
CN205157718U (en) | Trouble arc detection circuit | |
RU2650105C2 (en) | Method of warning of an accident in case of malfunction in the electric network of ac and dc and device for its implementation | |
RU2782673C1 (en) | Method for prevention of accidents caused by defective arc in electrical network or alternating current electrical installation and device for its implementation | |
RU2799971C1 (en) | Method for preventing incidents from a defective arc in an electrical network or an alternating current electrical installation and a device for its implementation | |
RU2374691C1 (en) | Method of preventing fire caused by sparking in electrical network or electrical installation and device for its implementation | |
RU2700659C2 (en) | Method for determination of sparking point in electric network and device for implementation thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160423 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20171010 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20211125 |