RU2749212C1 - Device for preventing the formation of an arc discharge - Google Patents

Device for preventing the formation of an arc discharge Download PDF

Info

Publication number
RU2749212C1
RU2749212C1 RU2020137219A RU2020137219A RU2749212C1 RU 2749212 C1 RU2749212 C1 RU 2749212C1 RU 2020137219 A RU2020137219 A RU 2020137219A RU 2020137219 A RU2020137219 A RU 2020137219A RU 2749212 C1 RU2749212 C1 RU 2749212C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
arc discharge
actuator
bipolar transistor
formation
current
Prior art date
Application number
RU2020137219A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Семенович Стребков
Николай Юрьевич Бобовников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
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 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
Priority to RU2020137219A priority Critical patent/RU2749212C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2749212C1 publication Critical patent/RU2749212C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02Details
    • H01H33/04Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/78Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

FIELD: automatic signaling.
SUBSTANCE: invention relates to automatic signaling, it is designed for use in noise-proof systems to prevent the formation of an arc discharge during short circuits on the tires of switchgear in closed spaces of electrical substations and power plants. The device for preventing the formation of an arc discharge contains a photoelectric receiver, a current-limiting resistor, a bipolar transistor with an isolated gate, and an actuator. The photoelectric receiver is equipped with an optical ultraviolet filter, a scintillator-phosphor and a photo-converter with maximum spectral sensitivity in the infrared area of the spectrum. The output of the photo-converter is connected to the base of a bipolar transistor with an isolated gate through a current-limiting resistor, and the actuator is connected in the collector circuit of a bipolar transistor with an isolated gate.
EFFECT: technical result is an increase in sensitivity, noise immunity and expansion of the device functionality.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к автоматической сигнализации и предназначается для применения в помехозащищённых системах предотвращения образования дугового разряда при коротких замыканиях на шинах распределительных устройств в замкнутых пространствах электрических подстанций и энергоустановок.The invention relates to automatic signaling and is intended for use in anti-jamming systems for preventing the formation of an arc discharge during short circuits on the buses of switchgears in closed spaces of electrical substations and power plants.

Известно устройство, предназначенное для обнаружения загораний и обеспечивающее пуск автоматических систем пожаротушения, содержащее последовательно включенные фотопреобразователь, исполнительный элемент и тиристор с потенциометром в цепи управляющего электрода, катод которого подключен к исполнительному элементу, а анод тиристора подключен к фотопреобразователю (а.с. СССР №489132, МПК G 08 B 17/12, опубл. 04.04.74).A device is known for detecting fires and providing start-up of automatic fire extinguishing systems, containing a series-connected photoconverter, an actuator and a thyristor with a potentiometer in the control electrode circuit, the cathode of which is connected to the actuator, and the thyristor anode is connected to the photoconverter (USSR AS No. 489132, IPC G 08 B 17/12, publ. 04.04.74).

Недостатком известного устройства является то, что оно работает при импульсном освещении фотопреобразователя и позволяет приводить в действие исполнительные элементы небольшой мощности. The disadvantage of the known device is that it operates with pulsed illumination of the photoconverter and allows actuating elements of low power.

Известен пожарный извещатель, предназначенный для обнаружения и регистрации загораний быстрогорящих химических составов в условиях фоновых и производственных помех, а также для включения быстродействующих установок пожаротушения (а.с. СССР №542215, МПК G 08 B 17/12, опубл.14.04.75).Known fire detector designed to detect and register the ignition of fast-burning chemical compounds in background and industrial noise, as well as to turn on fast fire extinguishing installations (USSR AS No. 542215, IPC G 08 B 17/12, publ. 14.04.75) ...

Недостатком известного устройства является то, что при увеличении повышения коммутируемой мощности возрастает порог срабатывания устройства, то есть происходит снижение его чувствительности и надёжности.The disadvantage of the known device is that with an increase in the switching power, the response threshold of the device increases, that is, its sensitivity and reliability decreases.

Известно устройство и способ преобразования ультрафиолетового излучения в электрическую энергию (патент РФ № 2714838, МПК H01L 31/08 опубл. 19.02.2020 Бюл. №5). Содержит основные позиции: оптический фильтр, сцинтиллятор-люминофор, фотоэлектрический преобразователь. Недостатком известного устройства является то, что оно не может самостоятельно включать и выключать электрическую нагрузку в зависимости от наличия или отсутствия ультрафиолетового излучения.A device and method for converting ultraviolet radiation into electrical energy is known (RF patent No. 2714838, IPC H01L 31/08 publ. 19.02.2020 Bull. No. 5). Contains basic items: optical filter, phosphor scintillator, photoelectric converter. The disadvantage of the known device is that it cannot independently turn on and off the electrical load, depending on the presence or absence of ultraviolet radiation.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство автоматической сигнализации, предназначенное для применения в системах пожарной защиты объектов, где возможно воспламенение пожаровзрывоопасных сред (а.с. СССР №809273, МПК G 08 B 17/12, опубл. 03.05.79). Устройство содержит фотопреобразoватель, динистор и последовательно включенные тиристор с резистором в цепи управляющего электрода, источник питания и исполнительный элемент.The closest in technical essence to the proposed invention is an automatic alarm device designed for use in fire protection systems of objects where it is possible to ignite fire and explosion hazardous environments (AS USSR No. 809273, IPC G 08 B 17/12, publ. 03.05.79) ... The device contains a photoconverter, a dinistor and a series-connected thyristor with a resistor in the control electrode circuit, a power source and an actuator.

Недостатком известного устройства является его неработоспособность при освещении фотопреобразователя ультрафиолетовым излучением. При коротком замыкании, вызывающем дуговой разряд, основным является ультрафиолетовое излучение. Возможно ложное срабатывание устройства при попадании солнечного или искусственного освещения на фотопреобразователь. Устройство потребляет электрический ток при включении силового элемента - тиристора. Техническая проблема предотвращения пожара при коротком замыкании на электрических подстанциях не может быть полностью решена по причине того, что известные устройства не обладают помехозащищённостью, не реагируют на ультрафиолетовое излучение дугового разряда при коротком замыкании на электрических подстанциях.The disadvantage of the known device is its inoperability when the photoconverter is illuminated with ultraviolet radiation. In the event of a short circuit causing an arc discharge, UV radiation is the main one. False operation of the device is possible when sunlight or artificial light hits the photoconverter. The device consumes electric current when the power element - thyristor - is turned on. The technical problem of preventing a fire during a short circuit at electrical substations cannot be completely solved due to the fact that the known devices do not have interference immunity, do not react to ultraviolet radiation of an arc discharge during a short circuit at electrical substations.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение чувствительности, помехозащищённости и расширение функциональных возможностей устройства предотвращения образования дугового разряда.The objective of the present invention is to increase the sensitivity, noise immunity and expand the functionality of the device for preventing the formation of an arc discharge.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность повысить чувствительность, помехозащищённость и расширить функциональные возможности устройства за счет того, что фотоэлектрический приёмник снабжен оптическим ультрафиолетовым фильтром, сцинтиллятором-люминофором и фотопреобразователем с максимальной спектральной чувствительностью в инфракрасной области спектра, что позволяет устройству быстро среагировать на появляющийся дуговой разряд и предотвратить развитие дугового разряда при коротком замыкании. As a result of using the proposed invention, it becomes possible to increase the sensitivity, noise immunity and expand the functionality of the device due to the fact that the photoelectric receiver is equipped with an optical ultraviolet filter, a phosphor scintillator and a photoconverter with maximum spectral sensitivity in the infrared region of the spectrum, which allows the device to quickly respond to an arcing discharge and prevent the development of an arc discharge in the event of a short circuit.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве предотвращения образования дугового разряда, содержащем фотоэлектрический приёмник, токоограничивающий резистор, биполярный транзистор с изолированным затвором, исполнительный механизм, согласно изобретению, фотоэлектрический приёмник снабжен оптическим ультрафиолетовым фильтром, сцинтиллятором-люминофором и фотопреобразователем с максимальной спектральной чувствительностью в инфракрасной области спектра, при этом вывод фотопреобразователя через токоограничивающий резистор подключен к базе биполярного транзистора с изолированным затвором, а исполнительный механизм подключен в цепи коллектора биполярного транзистора с изолированным затвором.The above technical result is achieved by the fact that in the proposed device for preventing the formation of an arc discharge, containing a photoelectric receiver, a current-limiting resistor, an insulated gate bipolar transistor, the actuator, according to the invention, the photoelectric receiver is equipped with an optical ultraviolet filter, a phosphor scintillator and a photoconverter with maximum in the infrared region of the spectrum, while the output of the photoconverter is connected through a current-limiting resistor to the base of the IGBT bipolar transistor, and the actuator is connected to the collector circuit of the IGBT bipolar transistor.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена общая схема устройства предотвращения образования дугового разряда, на фиг. 2 показана оптическая блок схема устройства. The essence of the invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 is a general diagram of an arc discharge prevention device; FIG. 2 shows the optical block diagram of the device.

Устройство предотвращения образования дугового разряда содержит фотоэлектрический приёмник 1 с высокой чувствительностью в ультрафиолетовой области спектра, токоограничивающий резистор 2, биполярный транзистор с изолированным затвором 3, исполнительный механизм 4, приводящий в действие систему предотвращения образования дугового разряда при коротких замыканиях на шинах распределительного устройства 5, который подключен к источнику питания (источник питания на чертеже не показан), излучение 6 идущее от места короткого замыкания к фотоэлектрическому приёмнику 1, оптический ультрафиолетовый фильтр 7, выделяющий ультрафиолетовое излучение при коротком замыкании, сцинтиллятор-люминофор 8, служащий для преобразования ультрафиолетового излучения в инфракрасное излучение, фотопреобразователь 9, который преобразует инфракрасное излучение в электрическую энергию.The device for preventing the formation of an arc discharge contains a photoelectric detector 1 with high sensitivity in the ultraviolet region of the spectrum, a current-limiting resistor 2, an insulated gate bipolar transistor 3, an actuator 4, which activates the system for preventing the formation of an arc discharge during short circuits on the busbars of the switchgear 5, which connected to a power source (the power source is not shown in the drawing), radiation 6 coming from the short circuit to the photoelectric detector 1, an optical ultraviolet filter 7 that emits ultraviolet radiation during a short circuit, a phosphor scintillator 8, which converts ultraviolet radiation into infrared radiation , a photoconverter 9 that converts infrared radiation into electrical energy.

Биполярный транзистор с изолированным затвором 3 предназначен для включения исполнительного механизма 4. Фотоэлектрический приёмник 1 преобразующий излучение электрической дуги в электрическую энергию. The bipolar transistor with an insulated gate 3 is designed to turn on the actuator 4. Photoelectric receiver 1 converting the radiation of an electric arc into electrical energy.

Оптический ультрафиолетовый фильтр 7, выделяющий ультрафиолетовое излучение при коротком замыкании, сцинтиллятор-люминофор 8, преобразующий ультрафиолетовое излучение в инфракрасное излучение и фотопреобразователь 9, преобразующий инфракрасное излучение в электрическую энергию расположены в фотоэлектрическом приёмнике 1. Фотопреобразователь 9 через токоограничивающий резистор 2 подключен к базе биполярного транзистора с изолированным затвором 3. Исполнительный механизм 4 подключен в цепи коллектора биполярного транзистора с изолированным затвором 3. Излучение 6 электрической дуги на шинах распределительного устройства 5 воздействующее на фотоэлектрический приёмник 1. Биполярный транзистор с изолированным затвором 3 предназначен для включения исполнительного механизма 4. Исполнительный механизм 4 подключает систему предотвращения образования дугового разряда при коротких замыканиях на шинах распределительного устройства 5. An optical ultraviolet filter 7 that emits ultraviolet radiation during a short circuit, a phosphor scintillator 8 that converts ultraviolet radiation into infrared radiation and a photoconverter 9 that converts infrared radiation into electrical energy are located in the photoelectric detector 1. The photoconverter 9 is connected to the base of the bipolar via a current-limiting resistor 2 with an insulated gate 3. The actuator 4 is connected in the collector circuit of the bipolar transistor with an insulated gate 3. Radiation 6 of the electric arc on the buses of the switchgear 5 acting on the photoelectric receiver 1. The bipolar transistor with an insulated gate 3 is designed to turn on the actuator 4. The actuator 4 connects the system for preventing the formation of an arc discharge during short circuits on the busbars of the switchgear 5.

Устройство предотвращения образования дугового разряда работает следующим образом.The arc discharge prevention device operates as follows.

В дежурном режиме электрический ток от источника питания через исполнительный механизм 4 отсутствует. При появлении дугового разряда на шинах распределительного устройства 5 возникающее излучение 6 поступает на фотоэлектрический приёмник 1 и проходит через оптический ультрафиолетовый фильтр 7, который выделяет ультрафиолетовое излучение преобразуемое сцинтиллятором-люминофором 8 в инфракрасное излучение, которое поступает на фотопреобразователь 9. Фотопреобразователь 9 преобразует инфракрасное излучение в электрическую энергию. Электрическая энергия поступает через токоограничивающий резистор 2 на базу биполярного транзистора с изолированным затвором 3. Под действием приложенного напряжения открывается биполярный транзистор 3, который включает исполнительный механизм 4, что предотвращает развитие электрической дуги при коротком замыкании на шинах распределительного устройства 5. In standby mode, there is no electric current from the power source through the actuator 4. When an arc discharge appears on the busbars of the switchgear 5, the resulting radiation 6 enters the photoelectric detector 1 and passes through the optical ultraviolet filter 7, which emits ultraviolet radiation converted by the phosphor scintillator 8 into infrared radiation, which is fed to the photoconverter 9. The photoconverter 9 converts the infrared radiation into electrical energy. Electric energy flows through the current-limiting resistor 2 to the base of the insulated gate bipolar transistor 3. The applied voltage opens the bipolar transistor 3, which turns on the actuator 4, which prevents the development of an electric arc in the event of a short circuit on the busbars of the switchgear 5.

Пример.Example.

Устройство предотвращения образования дугового разряда выполнено со сцинтиллятором-люминофором в виде иттрий-алюминиевого граната диаметром 12 мм, толщиной 2 мм, оптическим ультрафиолетовым фильтром 7 365 нанометров, диаметром 25 мм, толщиной 1 мм, фотопреобразователем на основе матричного солнечного элемента размерами 10 на 10 мм, толщиной 0,5 мм, напряжением 15 Вольт, электрическим током 20 миллиампер. Полупроводниковый ключ выполнен на основе биполярного транзистора с изолированным затвором 3 с максимальным напряжением коллектор – эмиттер 1200 Вольт, максимальным непрерывным током коллектора 24 ампера, максимальное напряжение затвор – эмиттер 20 Вольт, минимальным пороговым напряжением 8,5 Вольт при токе 15 миллиампер. В качестве исполнительного механизма служит твердотельное реле с максимальным током нагрузки 150 ампер. The device for preventing the formation of an arc discharge is made with a scintillator-phosphor in the form of an yttrium-aluminum garnet with a diameter of 12 mm, a thickness of 2 mm, an optical ultraviolet filter 7 365 nanometers, a diameter of 25 mm, a thickness of 1 mm, a photoconverter based on a matrix solar cell with dimensions of 10 by 10 mm , 0.5 mm thick, voltage 15 volts, electric current 20 milliamperes. The semiconductor switch is made on the basis of an insulated gate bipolar transistor 3 with a maximum collector-emitter voltage of 1200 Volts, a maximum continuous collector current of 24 amperes, a maximum gate-emitter voltage of 20 Volts, a minimum threshold voltage of 8.5 Volts at a current of 15 milliamps. The actuator is a solid state relay with a maximum load current of 150 amperes.

Claims (1)

Устройство предотвращения образования дугового разряда, содержащее фотоэлектрический приёмник, токоограничивающий резистор, биполярный транзистор с изолированным затвором, исполнительный механизм, отличающееся тем, что фотоэлектрический приёмник снабжен оптическим ультрафиолетовым фильтром, сцинтиллятором-люминофором и фотопреобразователем с максимальной спектральной чувствительностью в инфракрасной области спектра, при этом вывод фотопреобразователя через токоограничивающий резистор подключен к базе биполярного транзистора с изолированным затвором, а исполнительный механизм подключен в цепи коллектора биполярного транзистора с изолированным затвором.Formation prevention device arc discharge containing a photoelectric detector, a current-limiting resistor, an insulated gate bipolar transistor, an actuator, characterized in that the photoelectric receiver is equipped with an optical ultraviolet filter, a phosphor scintillator and a photoconverter with maximum spectral sensitivity in the output infrared region of the spectrum, while the resistor is connected to the base of the IGBT and the actuator is connected to the collector circuit of the IGBT.
RU2020137219A 2020-11-12 2020-11-12 Device for preventing the formation of an arc discharge RU2749212C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020137219A RU2749212C1 (en) 2020-11-12 2020-11-12 Device for preventing the formation of an arc discharge

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020137219A RU2749212C1 (en) 2020-11-12 2020-11-12 Device for preventing the formation of an arc discharge

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2749212C1 true RU2749212C1 (en) 2021-06-07

Family

ID=76301379

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020137219A RU2749212C1 (en) 2020-11-12 2020-11-12 Device for preventing the formation of an arc discharge

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2749212C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1288930A1 (en) * 1985-09-16 1987-02-07 Рижское Производственное Объединение Вэф Им.В.И.Ленина Device for automatic disabling of call signal
RU2072602C1 (en) * 1994-07-25 1997-01-27 Николай Иванович Филиппов Circuit breaker for electric device
EP0996227A2 (en) * 1998-10-24 2000-04-26 ABB Daimler-Benz Transportation (Technology) GmbH Method of controlling the switching state of a IGBT and device for carrying out the method
CN202443083U (en) * 2012-02-24 2012-09-19 四川省科学城帝威电气有限公司 Arc light protection module
JP6558676B2 (en) * 2015-02-20 2019-08-14 国立大学法人岩手大学 Radiation detection element and radiation detection apparatus
RU2714838C1 (en) * 2019-08-09 2020-02-19 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Apparatus and method of converting ultraviolet radiation into electrical energy

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1288930A1 (en) * 1985-09-16 1987-02-07 Рижское Производственное Объединение Вэф Им.В.И.Ленина Device for automatic disabling of call signal
RU2072602C1 (en) * 1994-07-25 1997-01-27 Николай Иванович Филиппов Circuit breaker for electric device
EP0996227A2 (en) * 1998-10-24 2000-04-26 ABB Daimler-Benz Transportation (Technology) GmbH Method of controlling the switching state of a IGBT and device for carrying out the method
CN202443083U (en) * 2012-02-24 2012-09-19 四川省科学城帝威电气有限公司 Arc light protection module
JP6558676B2 (en) * 2015-02-20 2019-08-14 国立大学法人岩手大学 Radiation detection element and radiation detection apparatus
RU2714838C1 (en) * 2019-08-09 2020-02-19 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Apparatus and method of converting ultraviolet radiation into electrical energy

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
http://web.archive.org/web/20200924145615/https://circuitdigest.com/electronic-circuits/automatic-room-lights-using-pir-sensor-and-relay, 24.09.2020. *
Joseph Abiodun Amusan "Construction of Sensor Based Dark Detector for Lighting Purpose on a Stair Case" // International Journal of Engineering Science and Computing, Volume 8 Issue No.6, June 2018 (фиг. 9). *
Schematic of the shadow sensor circuit with LDR URL: http://web.archive.org/web/20200929202206/https://xtronic.org/circuit/sensor-shadow-twilight-with-ldr/ 29.09.2020. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11349296B2 (en) Solid-state circuit interrupters
KR20210064372A (en) Solid-state circuit breakers
US9893057B2 (en) Monolithically integrated semiconductor switch, particularly circuit breaker
KR20120021293A (en) Branch circuit protection with in-line solid state device
CN110214359B (en) Low voltage protection device
US3511999A (en) Light responsive continuously tested tripping device for electric circuit breaker
RU2749212C1 (en) Device for preventing the formation of an arc discharge
US3621262A (en) Alarm device gas discharge tube
RU177139U1 (en) Arc Sensor
RU2629958C1 (en) Device for current protection of electrical installation
US3483430A (en) Control circuit with voltage sensitive photoelectric gaseous discharge tube
Zhao et al. Hybrid DC switch for solar array fault protection
KR102095037B1 (en) bi-directional DC circuit breaker
RU2294042C2 (en) Arc protection pickup with enhanced noise immunity
RU177138U1 (en) Arc Sensor
KR102234244B1 (en) Dc circuit breaker
RU2162271C2 (en) Metalclad switchgear arc protection device
US20240266824A1 (en) Surge arrester for dc mains and method of operating such a surge arrester
RU2015599C1 (en) Apparatus for protecting electric network portions from short-circuit currents
RU2160952C2 (en) Fast-response arcing-fault protective gear for metalclad switchgear
SU918897A1 (en) Bloking device for checking insulation resistange
CN115986673A (en) Electrical switching apparatus and related switching systems and methods
Jakob et al. A new, intelligent digital arc detection system for air-and gas-insulated switchgear
SU1157607A1 (en) Device for current protection against short circuit and overload
US3483394A (en) Thermal switch heated by a light sensitive gas tube