RU2654134C1 - Method for detecting the electrical equipment failure - Google Patents

Method for detecting the electrical equipment failure Download PDF

Info

Publication number
RU2654134C1
RU2654134C1 RU2017127223A RU2017127223A RU2654134C1 RU 2654134 C1 RU2654134 C1 RU 2654134C1 RU 2017127223 A RU2017127223 A RU 2017127223A RU 2017127223 A RU2017127223 A RU 2017127223A RU 2654134 C1 RU2654134 C1 RU 2654134C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measuring channels
spectrum
signal
systems
electrical equipment
Prior art date
Application number
RU2017127223A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Георгиевич Саутин
Борис Александрович Ларионов
Владимир Андреевич Палько
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "МЕТРОСПЕЦТЕХНИКА"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "МЕТРОСПЕЦТЕХНИКА" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "МЕТРОСПЕЦТЕХНИКА"
Priority to RU2017127223A priority Critical patent/RU2654134C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2654134C1 publication Critical patent/RU2654134C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device

Abstract

FIELD: security systems.
SUBSTANCE: invention relates to electrical protection systems and safety systems. Method for detecting aerosol fractions isolated by wire insulation during heating, including the presence of two measuring channels operating in two wavelength ranges (ultraviolet and infrared spectrum), and using common sources of radiation. Measuring channels are located in the space at an equal distance from the common center, the separation of the difference signal between the measuring channels of the signals. According to the method, the signals obtained in each spectrum are compared with the thresholds recorded in the arrays of amplitude-frequency characteristics for each spectrum, and when the threshold distribution is exceeded based on the results of the comparison, a signal is generated for switching off electrical equipment.
EFFECT: technical result is to increase the sensitivity of smoke sensors in insulation heating monitoring systems.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, а именно к средствам обнаружения некачественных контактных соединений в электрооборудовании. Более конкретно, изобретение относится к системам защиты электрооборудования и системам безопасности.The invention relates to instrumentation, and in particular to means for detecting poor-quality contact joints in electrical equipment. More specifically, the invention relates to electrical protection systems and security systems.

Из уровня техники известны различные способы обнаружения некачественных электрических соединений, использующих принцип обнаружения дуговых электрических разрядов, возникающих в этих местах, основанные на детектировании световых излучений, анализе радиоизлучений от искрения в коротковолновом диапазоне длин волн и т.п.Various methods are known from the prior art for detecting poor-quality electrical connections using the principle of detecting electric arc discharges arising in these places, based on the detection of light radiation, analysis of radio emission from sparks in the short-wavelength range, etc.

Так, из патента РФ на изобретение №2249827 известен способ обнаружения аварийных электрических дуг (Arc Tracking) в кабеле, в частности в кабеле бортовой сети воздушного летательного аппарата, при котором зарегистрированный сигнал (I(t)) переменного тока дискретно по времени считывают и посредством интерполяции определенного числа считанных значений (y(k)) определяют угловую функцию (I(k)), которая моделирует характеристику переменного тока и из которой выводят действительную часть (ω) переменного тока. Из результата сравнения действительной частоты (ω) переменного тока с заданной частотой (ω') делают вывод о возникновении аварийной электрической дуги (ISA, IGA) и, при необходимости, вырабатывают сигнал (Sarc) оповещения. Работающее по этому способу устройство интегрировано преимущественно в защитный выключатель для бортовой сети воздушного летательного аппарата, так что он служит для обнаружения и отключения возникающих в кабеле бортовой сети аварийных электрических дуг.So, from the RF patent for invention No. 2299827, there is a known method for detecting emergency electric arcs (Arc Tracking) in a cable, in particular in a cable on-board network of an airborne aircraft, in which a registered AC signal (I (t)) is read out discretely in time and by interpolation of a certain number of read values (y (k)) determines the angular function (I (k)), which models the characteristic of the alternating current and from which the real part (ω) of the alternating current is derived. From the result of comparing the actual frequency (ω) of the alternating current with a given frequency (ω '), a conclusion is made about the occurrence of an emergency electric arc (I SA , I GA ) and, if necessary, an alert signal (S arc ) is generated. The device operating according to this method is integrated mainly into the safety switch for the on-board network of the airborne aircraft, so that it serves to detect and turn off emergency electric arcs that occur in the cable of the on-board network.

Способ и устройство для определения электрической дуги по патенту РФ №2484487 предполагают создание базы данных, содержащей множество классов принадлежностей, из которых первый класс относится к фазе коронного разряда, а также наличие узла, содержащего средство для измерения электрического тока и электрического напряжения на электрическом кабеле, средства для фильтрации значений измерений и средства для преобразования значений отфильтрованных измерений в цифровую форму и формирования двух сегментов цифровых данных. Блок обработки информации содержит средство для обработки каждого из двух сегментов функциями для формирования окончательного вектора, средство для определения класса принадлежности окончательного вектора, используя базу данных, и средства для вывода заключения о наличии или отсутствии электрической дуги.The method and device for determining the electric arc according to the patent of the Russian Federation No. 2484487 involves the creation of a database containing many classes of accessories, of which the first class relates to the phase of the corona discharge, as well as the presence of a node containing means for measuring electric current and electric voltage on an electric cable, means for filtering the measurement values; and means for converting the values of the filtered measurements into digital form and the formation of two segments of digital data. The information processing unit contains means for processing each of the two segments with functions for generating the final vector, means for determining the class of membership of the final vector using the database, and means for deriving a conclusion about the presence or absence of an electric arc.

Общим недостатком известных способов и систем является отсутствие возможности более раннего обнаружения некачественного контактного соединения, при котором еще дуговой разряд не происходит, а имеет место только его тепловой нагрев. Такой нагрев по времени значительно предшествует возникновению дугового разряда и последующего катастрофического разрушения контактного соединения. Указанный тепловой нагрев обусловлен прохождением больших токов через электрическое сопротивление при недостаточной затяжке контактного соединения, когда величина сопротивления контакта имеет величину больше допустимой.A common disadvantage of the known methods and systems is the lack of the possibility of earlier detection of poor-quality contact joints, in which an arc discharge does not occur, but only its thermal heating takes place. Such heating over time significantly precedes the occurrence of an arc discharge and subsequent catastrophic destruction of the contact compound. The specified thermal heating is due to the passage of high currents through the electrical resistance with insufficient tightening of the contact connection, when the value of the contact resistance is greater than the permissible value.

Задача, решаемая при разработке заявленного изобретения, состоит в возможности обнаружения аэрозольных фракций, выделяемых изоляцией проводов, которые образуются при разогреве в местах плохих контактных соединений. При этом используется анализ изменения пространственного распределения оптической плотности среды во времени с целью установления факта наличия аэрозольных фракций, основанный на учете физических свойств их распространения в воздухе. Технический результат, достигнутый при решении такой задачи, состоит в существенном повышении чувствительности дымовых датчиков в системах контроля разогрева изоляции.The problem to be solved during the development of the claimed invention consists in the possibility of detecting aerosol fractions emitted by the insulation of wires, which are formed upon heating in places of poor contact joints. In this case, an analysis of the change in the spatial distribution of the optical density of the medium over time is used to establish the fact of the presence of aerosol fractions, based on taking into account the physical properties of their distribution in air. The technical result achieved in solving this problem is to significantly increase the sensitivity of smoke sensors in insulation heating control systems.

Для достижения поставленного результата предлагается способ обнаружения аэрозольных фракций, выделяемых изоляцией проводов при нагреве, включающий наличие двух измерительных каналов, работающих в двух диапазонах длин волн (ультрафиолетовом и инфракрасном спектре), и использующий общие источники излучения, при этом измерительные каналы расположены в пространстве на равном расстоянии от общего центра, выделение разностного сигнала между измерительными каналами сигналов, сравнение сигналов, полученных в каждом спектре, с порогами, занесенными в массивы амплитудно-частотных характеристик для каждого спектра, и при превышении порогового распределения по результатам сравнения - формирование сигнала на отключение электрооборудования.To achieve the set result, a method for detecting aerosol fractions emitted by insulation of wires during heating is proposed, which includes the presence of two measuring channels operating in two wavelength ranges (ultraviolet and infrared spectra) and using common radiation sources, while the measuring channels are located in space at equal distance from the common center, highlighting the difference signal between the measuring channels of the signals, comparing the signals received in each spectrum with thresholds, Shown in arrays of amplitude-frequency characteristics for each spectrum, and if the threshold distribution is exceeded according to the comparison results, a signal is generated to turn off the electrical equipment.

Измерительные каналы могут состоять из общего двухцветного светоизлучающего элемента и двух фотоприемников, разделенных диафрагмой, и которые могут быть расположены в одной плоскости с воздухозаходом, например, под углом 30° друг к другу.The measuring channels can consist of a common two-color light-emitting element and two photodetectors separated by a diaphragm, and which can be located in the same plane with the air inlet, for example, at an angle of 30 ° to each other.

По существу, заявленный способ основан на выявлении различий во временном изменении пространственного распределения оптической плотности в двух диапазонах длин волн.Essentially, the claimed method is based on identifying differences in the temporal change in the spatial distribution of optical density in two wavelength ranges.

Идеология заявленного способа основана на учете физических свойств аэрозоля, распространяющегося в восходящих потоках воздуха и происходящих при этом завихрениях, а также зависимости степени поглощения от соотношения длины волны светового потока к размеру частиц согласно теории Ми. Установление факта наличия аэрозольных фракций таким способом позволяет их обнаруживать при концентрациях порядка 0,0005 дБ/м.The ideology of the claimed method is based on taking into account the physical properties of the aerosol propagating in the ascending air currents and the turbulences occurring during this, as well as the dependence of the degree of absorption on the ratio of the light flux wavelength to the particle size according to the Mie theory. Establishing the fact of the presence of aerosol fractions in this way allows them to be detected at concentrations of the order of 0.0005 dB / m.

Использование общего источника излучения с последующим формированием разностного сигнала позволяет уменьшить флуктуационную шумовую составляющую светоизлучателя, а также синфазные помехи, вызванные внешней засветкой, что позволяет добиться высокой чувствительность датчика.The use of a common radiation source with the subsequent formation of a difference signal allows to reduce the fluctuation noise component of the light emitter, as well as common mode noise caused by external illumination, which allows to achieve high sensitivity of the sensor.

Принцип реализации заявленного способа поясняется на основании условной схемы оптико-электронного аэрозольного датчика.The principle of implementation of the claimed method is illustrated on the basis of the conditional scheme of the optoelectronic aerosol sensor.

Нижеследующее подробное описание содержит обоснование возможности достижения поставленного результата, при этом такой пример ни в коей мере не ограничивает объем притязаний, определенный формулой изобретения, а лишь иллюстрирует возможность применения заявленного способа в системах пожарной сигнализации.The following detailed description justifies the possibility of achieving the desired result, while this example does not in any way limit the scope of claims defined by the claims, but merely illustrates the possibility of using the claimed method in fire alarm systems.

Датчик состоит из микроконтроллера 1, первый выход которого через аналого-цифровой преобразователь 2 подключен к управляющему входу первого генератора тока 4, а второй - через аналого-цифровой преобразователь 3 подключен к управляющему входу второго генератора тока 5, с помощью которых управляется яркость двухцветного светоизлучающего элемента 6. Световые потоки от элемента 6 попадают на первый фотоприемник 7 и на второй фотоприемник 8 первого и второго измерительных каналов, соответственно (работающих в различных спектральных диапазонах - ультрафиолетовом и инфракрасном спектрах), сигналы от которых через преобразователи ток-напряжение 9 и 10 подключены к вычитателю напряжения 11. К входу микроконтроллера 1 подключен выход вычитателя напряжения 11 через последовательно соединенные фильтр верхних частот 12, усилитель низкой частоты 13 и аналого-цифровой преобразователь 14. Третий выход микроконтроллера 1 подключен к управляющему входу ключа управления отключением электрооборудования 15. Двухцветный светоизлучающий элемент 6 помещен в закрытую диафрагму 16, фотоприемники измерительных каналов 7 и 8 помещены в закрытую диафрагму 17, а между ними размещена открытая диафрагма 18.The sensor consists of a microcontroller 1, the first output of which is connected through an analog-to-digital converter 2 to the control input of the first current generator 4, and the second is connected through the analog-to-digital converter 3 to the control input of the second current generator 5, with which the brightness of the two-color light-emitting element is controlled 6. Luminous fluxes from element 6 fall on the first photodetector 7 and on the second photodetector 8 of the first and second measuring channels, respectively (operating in different spectral ranges - ultraviolet and infrared spectra), the signals from which through current-voltage converters 9 and 10 are connected to a voltage subtractor 11. The output of the voltage subtractor 11 is connected to the input of the microcontroller 1 through a high-pass filter 12 connected in series, a low-frequency amplifier 13 and an analog-to-digital converter 14. The third output of the microcontroller 1 is connected to the control input of the key to turn off the electrical equipment 15. A two-color light-emitting element 6 is placed in a closed aperture 16, the photodetectors are measured The integral channels 7 and 8 are placed in a closed diaphragm 17, and between them an open diaphragm 18 is placed.

Работа датчика осуществляется следующим способом.The operation of the sensor is as follows.

Микроконтроллер приемного устройства 1 с заданной периодичностью дает разрешение на включение и установку заданного уровня яркости каждого из двух спектров (ультрафиолетового и инфракрасного) двухцветного светоизлучающего элемента 6 через цифроаналоговые преобразователи 2 и 3 и управляемые ими генераторы тока 4 и 5. Световой потоки от светоизлучающего элемента 6, проходя через систему диафрагм 16, 17, 18, где происходит их фильтрация от отраженных лучей, попадают на фотоприемники 7 и 8, а генерируемые ими при этом токи преобразуется в напряжение преобразователями ток-напряжение 9 и 10. С их выходов напряжения, пропорциональные мощности светового потока, подаются на вычитатель напряжения 11, где выделяется разностный сигнал, содержащий информацию о пространственно-временном распределении оптической плотности среды. Разностный сигнал далее проходит через фильтр высоких частот 13, где отфильтровывается постоянная составляющая разностного сигнала и усилитель низкой частоты, где сигнал усиливается до уровня необходимого для работы аналого-цифрового преобразователя 14. Разностный сигнал содержит две составляющие во времени - первую составляющую для ультрафиолетового спектра и вторую - для инфракрасного. Микроконтроллер 1 с помощью быстрого преобразования Фурье вычисляет амплитудно-частотную характеристику флуктуаций оптической плотности среды для каждого спектра и частотное распределение их отношений, производит сравнение полученных распределений для ультрафиолетового спектра и для отношений спектральных составляющих с опорными распределениями, хранящимися в памяти микроконтроллера. Если в результате сравнения спектральные составляющие в ультрафиолетовом спектре превышают заданные пороговые значения, то делается вывод об обнаружении аэрозоля (первое условие), а соответствие частотного распределения отношений спектральных составляющих опорному в соответствии с теорией Ми определяет, что обнаружен аэрозоль с размером частиц меньше, чем у пара или пыли (второе условие).The microcontroller of the receiving device 1 with a given frequency gives permission to turn on and set a predetermined brightness level for each of the two spectra (ultraviolet and infrared) of a two-color light-emitting element 6 through digital-to-analog converters 2 and 3 and current generators 4 and 5 controlled by them. Luminous flux from the light-emitting element 6 passing through the system of diaphragms 16, 17, 18, where they are filtered from reflected rays, they fall on photodetectors 7 and 8, and the currents generated by them are converted to voltage e current-voltage converters 9 and 10. With their output voltage proportional to the light flux is supplied to the voltage subtractor 11 where the difference signal is released that contains information about the spatial and temporal distribution of the optical density of the medium. The difference signal then passes through a high-pass filter 13, where the constant component of the difference signal and the low-frequency amplifier are filtered out, where the signal is amplified to the level necessary for the operation of the analog-to-digital converter 14. The difference signal contains two components in time - the first component for the ultraviolet spectrum and the second - for infrared. The microcontroller 1, using the fast Fourier transform, calculates the amplitude-frequency characteristic of the optical density fluctuations of the medium for each spectrum and the frequency distribution of their relations, compares the obtained distributions for the ultraviolet spectrum and for the ratios of the spectral components with the reference distributions stored in the microcontroller. If, as a result of the comparison, the spectral components in the ultraviolet spectrum exceed the specified threshold values, then a conclusion is made about the detection of aerosol (the first condition), and the correspondence of the frequency distribution of the ratios of the spectral components to the reference one in accordance with the Mie theory determines that an aerosol with a particle size smaller than that of steam or dust (second condition).

Таким образом, при совпадении обоих условий микроконтроллер 1 формирует с помощью ключа 15 сигнал на отключение электрооборудования.Thus, if both conditions coincide, the microcontroller 1 generates a signal to turn off the electrical equipment using the key 15.

Claims (2)

1. Способ обнаружения аэрозольных фракций, выделяемых изоляцией проводов при нагреве, включающий использование источника излучения, связанного с двумя измерительными каналами, работающими в различных спектральных диапазонах ультрафиолетовом и инфракрасном спектрах, при этом измерительные каналы расположены в пространстве на равном расстоянии от общего центра, выделение разностного сигнала между сигналами измерительных каналов, сравнение спектральных составляющих разностного сигнала с пороговыми для каждого спектра значениями и при превышении пороговых значений по результатам сравнения - формирование сигнала на отключение электрооборудования.1. A method for detecting aerosol fractions emitted by insulation of wires during heating, including the use of a radiation source associated with two measuring channels operating in different spectral ranges of ultraviolet and infrared spectra, while the measuring channels are located in space at an equal distance from the common center, the difference the signal between the signals of the measuring channels, comparing the spectral components of the difference signal with threshold values for each spectrum and n and threshold values are exceeded by comparing the - formation signal for interrupting the electrical equipment. 2. Способ по п. 1, в котором измерительные каналы выполнены в виде общего двухцветного светоизлучающего элемента и двух фотоприемников, разделенных диафрагмой, расположенных в одной плоскости с воздухозаходом, например, под углом 30° друг к другу.2. The method according to p. 1, in which the measuring channels are made in the form of a common two-color light-emitting element and two photodetectors separated by a diaphragm located in the same plane with the air inlet, for example, at an angle of 30 ° to each other.
RU2017127223A 2017-07-28 2017-07-28 Method for detecting the electrical equipment failure RU2654134C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017127223A RU2654134C1 (en) 2017-07-28 2017-07-28 Method for detecting the electrical equipment failure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017127223A RU2654134C1 (en) 2017-07-28 2017-07-28 Method for detecting the electrical equipment failure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2654134C1 true RU2654134C1 (en) 2018-05-16

Family

ID=62152730

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017127223A RU2654134C1 (en) 2017-07-28 2017-07-28 Method for detecting the electrical equipment failure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2654134C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5818237A (en) * 1996-06-10 1998-10-06 Eaton Corporation Apparatus for envelope detection of low current arcs
RU2249987C1 (en) * 2003-09-25 2005-04-20 Научно-исследовательский институт пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии (Государственное научное учреждение) Method for manufacturing tea beverage
RU107633U1 (en) * 2011-03-24 2011-08-20 Александр Васильевич Гвоздырев DETECTOR FOR DETECTING "BLACK" AND "WHITE" SMOKE
RU2484487C2 (en) * 2004-10-01 2013-06-10 Эрбюс Операсьон (Сас) Method and device for determination of electric arc occurrence on at least one electric cable

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5818237A (en) * 1996-06-10 1998-10-06 Eaton Corporation Apparatus for envelope detection of low current arcs
RU2249987C1 (en) * 2003-09-25 2005-04-20 Научно-исследовательский институт пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии (Государственное научное учреждение) Method for manufacturing tea beverage
RU2484487C2 (en) * 2004-10-01 2013-06-10 Эрбюс Операсьон (Сас) Method and device for determination of electric arc occurrence on at least one electric cable
RU107633U1 (en) * 2011-03-24 2011-08-20 Александр Васильевич Гвоздырев DETECTOR FOR DETECTING "BLACK" AND "WHITE" SMOKE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5339070A (en) Combined UV/IR flame detection system
CA1219651A (en) Optical fire or explosion detection system and method
US8890700B2 (en) Evaluating scattered-light signals in an optical hazard detector and outputting a dust/steam warning or a fire alarm
CA2543467A1 (en) Improvement(s) related to particle monitors and method(s) therefor
US5373159A (en) Method for detecting a fire condition
KR101549844B1 (en) System for monitoring arc and diagonosing overheat of distribution board by detecting infrared/ultraviolet and method thereof
Deng et al. Dual-wavelength optical sensor for measuring the surface area concentration and the volume concentration of aerosols
US11087605B2 (en) Smoke detection methodology
DE1960218A1 (en) Temperature radiation detector for automatic fire detection or flame monitoring
KR102166324B1 (en) Arc detection method by frequency analysis of pv system and a photovoltaic power generation system
US20130068933A1 (en) Flame Detector Using Optical Sensing
JPWO2020100197A1 (en) Fire detection system and fire detection method
RU2654134C1 (en) Method for detecting the electrical equipment failure
JP2020523572A (en) Chamberless smoke detector with detection and monitoring of indoor air quality
RU176013U1 (en) ELECTRICAL EQUIPMENT DETECTOR SENSOR
KR102453119B1 (en) Arc detecting device of power supply system and arc detecting method using the same
US20100134796A1 (en) Particle counter
US4639605A (en) Fire sensor device
JPH07200961A (en) Fire alarm system for early detection of fire
FR3012615A1 (en) METHOD FOR DETECTING PARTIAL DISCHARGE IN A HIGH VOLTAGE ELECTRICAL STATION ISOLATED WITH GAS
JPH0472279B2 (en)
RU2618476C1 (en) Method of measuring optical medium density
RU2784708C1 (en) Method for determining smoke arrival direction
CN115482643B (en) Fire smoke detector and detection method thereof
EP0926647B1 (en) Method for detecting a fire condition