способ для автоматизированного предупреждения пожара от искрения в электрических сетях или электроустановках и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ для автоматизированного предупреждения пожара от искрения в электрических сетях или электроустановках, в которых измеряют суммарный электрический ток, проходящий из электрической сети в защищаемую цепь, отличающийся тем, что путем фильтрации измеренного суммарного тока защищаемой цепи подавляют низкочастотные компоненты спектра до частоты в несколько сотен килогерц, величину полученного сигнала без накопления сравнивают с заданным значением и при каждом превышении этого значения формируют импульс фиксированной длительности несколько менее полупериода питающей сети, который подвергают интегрированию в накопителе, сравнивают с порогом, достигаемым при поступлении в накопитель нескольких импульсов подряд или с минимальным интервалом, при достижении уровня сигнала в накопителе данного порога формируют сигнал, отключающий защищаемую цепь электроустановок от питающей сети и (или) выдающий сигнал предупреждения, при темпе поступления импульсов меньше заданного накопитель разряжается.

2. Устройство для автоматизированного предупреждения пожара в электрической сети или электроустановке, состоящее из блока измерения суммарного электрического тока, проходящего из электрической сети в защищаемую цепь, блока формирования ВЧ-спектра путем фильтрации измеренного суммарного тока защищаемой цепи и подавления низкочастотных компонентов спектра до частоты в несколько сотен килогерц, блока интегрирования в накопителе, сравнения с порогом, достигаемым при поступлении в накопитель нескольких импульсов подряд или с минимальным интервалом, блока сравнения с заданным значением и при каждом превышении этого значения формирования импульса фиксированной длительности несколько менее полупериода питающей сети, блока формирования команды при достижении уровнем сигнала в накопителе данного порога, формирования сигнала, отключающего защищаемую цепь электроустановок от питающей сети и выдающего сигнал предупреждения, и исполнительного органа, отличающееся тем, что выход сигнала из блока формирования ВЧ-спектра соединен с входом в дополнительно установленный блок сравнения, выход из которого соединен со входом дополнительного блока формирования команды, а выход из блока формирования команды соединен с входом блока накопления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области пожарной безопасности и электроэнергетики, а именно к способам и устройствам предупреждения пожаров, возникающих при неисправностях в электрических сетях или электроустановках в помещениях, сооружениях, зданиях, самолетах, судах, железнодорожном транспорте и др. объектах.

Эксплуатация жилых, бытовых, производственных и др. объектов нередко сопровождается пожарами, возникающими из-за неисправностей в электропроводке или других элементов электрической сети и электроустановок. В результате наносится большой материальный и моральный ущерб, нередко сопровождающийся гибелью и (или) увечьем людей.

Большую долю из них (до 80%) занимают пожары, возникающие из-за отсутствия способов обнаружения неисправностей типа искрение, вызванных некачественным монтажом элементов электрических сетей и электроустановок, нарушениями требований их эксплуатации и другими причинами.

Природа искрения объясняется образованием ионизированного переходного сопротивления в местах недостаточно плотного соприкосновения подвижных и неподвижных контактов коммутирующих элементов (реле, выключателях, разъединителях и др.), а также в местах некачественного соединения проводов, шин, фидеров (соединительных коробках, штекерных и др. соединениях) и подключения в электросеть различных элементов (электрических ламп, плавких вставок и т.д.). Динамика изменения переходного сопротивления предопределяет процесс периодического проявления цикла «возникновение-гашение» искры (электрической дуги), сопровождающийся выделением тепловой энергии.

Известно техническое решение [1], в соответствии с которым на вводе электрической сети или электроустановки измеряют суммарный электрический ток. Из измеренного суммарного тока путем фильтрации первой гармоники или всего низкочастотного спектра выделяют сигнал второй и/или более высоких гармоник, определяемый переходным сопротивлением R_перех. Сформированный сигнал усиливают, выпрямляют и накапливают в течение установленного времени. В процессе накопления сравнивают величину суммарного сигнала с заданным значением или с заданными значениями первого или более высоких уровней сравнения. Каждый уровень сравнения выбирается для соответствующей степени пожарной опасности электрической сети или электроустановки (ЭУ). В зависимости от величины накопленного сигнала, соответствующего достигнутому уровню сравнения, формируют сигнал или сигналы предупреждения о возникновении пожароопасной ситуации и/или формируют команду на отключение электрической сети или электроустановке (ЭУ).

Существенным недостатком данного технического решения является обоснованность алгоритма его работы только при активном характере импеданса ЭУ в защищаемой цепи (нагревательные приборы, лампы накаливания, линейные источники вторичного питания и т.д.). При исправном состоянии электрической сети (электроустановки) сигнал, частота которого равна частоте питающей сети, практически полностью отфильтровывается и на входе блока усиления независимо от величины тока нагрузки при отсутствии неисправности величина сигнала всегда близка к нулю. Поэтому после блоков выпрямления и накопления будет иметь место постоянная составляющая, величина которой определяется погрешностью настройки фильтра, нелинейными искажениями измеряемого тока нагрузки и допустимыми значениями переходных сопротивлений в каждом из контактов коммутационной аппаратуры и монтажных соединений и воспринимается блоком сравнения как логический нуль [1].

Однако в настоящее время в объектах жилого, административного и производственного назначения большая часть ЭУ имеет импульсные источники питания - ИИП (компьютеры, телевизоры, офисная техника и т.д.), спектр импульсного тока потребления которых имеет в своем составе интенсивные гармонические составляющие в диапазоне как минимум десятков килогерц. Поэтому, во-первых, средневыпрямленное значение высокочастотных составляющих сигнала датчика тока, используемое в прототипе как критерий исправности цепи, будет отлично от нуля, во-вторых, его постоянство будет нарушаться при подключении или отключении каждой импульсной нагрузки (включение телевизора, компьютера, их переход в спящий режим), воспринимаясь системой как искрение. С другой стороны, интенсивное искрение в цепи даже нагревательной (активной по импедансу) ЭУ достаточно большой мощности, например 1 кВт, может достаточно долгое время носить характер практически периодического процесса с основной частотой 100 или 50 Гц, поддерживая постоянство средневыпрямленного значения высокочастотных составляющих сигнала при интенсивном нагревании контакта и разлетании искр, не обнаруживаемых системой. Возможно поэтому пока еще не создан ни один прибор, который вместо сигнализации на своем выходе производил бы при искрении реальное автоматическое отключение защищаемой цепи, без чего невозможно широкое и универсальное применение такого устройства.

Задачей данного изобретения является предупреждение пожаров, возникающих в помещениях, сооружениях, зданиях. Техническим результатом является повышение пожарной безопасности.

Для достижения технического результата в заявляемом изобретении, сигнал датчика, представляющего собой трансформатор тока, потребляемого защищаемой цепью, проходит блок выделения ВЧ-спектра, подавляющий спектральные компоненты с частотой ниже нескольких сотен килогерц. Это позволяет дискриминировать по амплитуде сигналы токов импульсных источников питания (ИИП), ограниченные по частоте вследствие относительно плавной (экспоненциальной) вольтамперной характеристики (ВАХ) диодов моста ИИП, через которые начинает заряжаться его конденсатор, в то время как спектр искрового разряда значительно шире. Далее сигнал, превосходящий 1-й заданный уровень, формирует импульс напряжения прямоугольной формы с фиксированной длительностью, несколько менее полупериода питающей сети, например 8 мс, для сети с напряжением частотой 50 Гц. Эта длительность исключает влияние на проходящий процесс возможного «дребезга» в контактах выключателей, если это превышение сигнала вызвано искровым разрядом в силовых контактах включаемой или выключаемой в данный момент ЭУ.

Данный импульс поступает в накопитель, в простейшем варианте представляющий собой однозвенную интегрирующую RC-цепь с постоянными времени заряда 0,1 0,3 с и разряда - около 0,4 0,6 с. При этом уровень напряжения в накопителе сравнивается со 2-м заданным уровнем, который в сочетании с постоянными времени заряда/разряда накопителя подбирается так, чтобы уровень напряжения в накопителе сравнялся и превзошел его при поступлении в накопитель некоторого количества импульсов (4-5) с интервалом полупериода питающей сети или несколько большего количества импульсов с интервалом периода сети. Если инициация импульса вызвана произошедшим переключением ЭУ, интегратор затем разряжается до исходного состояния, а переключение 4-5 ЭУ из защищаемой цепи за промежуток времени 50-100 мс очень маловероятно. Если же в цепи происходит достаточно интенсивное искрение, то энергетика процесса приводит к циклу "возникновение-гашение искры", основной период следования импульсов которого в силу периодичности напряжения питания будет равен полупериоду или, в других случаях, периоду частоты питания сети. В этом случае импульсы следуют непрерывно и напряжение в накопителе превышает 2-й заданный уровень. Это превышение инициирует формирование импульса фиксированной длительности, поступающего на исполнительный орган, производящий отключение защищаемой цепи от питающей сети.

Вместо отключения сети заключительный импульс может выполнять также и (или) функцию сигнализации в ограниченном классе объектов защиты, чье отключение, например, требует санкции оператора.

Блок-схема устройства для реализации способа и его размещение на объекте защиты представлены на Фиг.1. Устройство обозначено на Фиг.1 как УЗИ (устройство защиты от искрения).

Устройство работает следующим образом. Сигнал датчика проходит блок формирования ВЧ-спектра и поступает на вход блока сравнения 1, где сравнивается с постоянным напряжением первого заданного уровня. При превышении сигналом этого уровня на выходе блока сравнения 1 происходит скачок напряжения, инициирующий запуск блока формирования команды 1 (ждущего мультивибратора), формирующего импульс длительностью 5 9 мс (для сети переменного напряжения с частотой 50 Гц). Этот импульс поступает в блок накопления с постоянной времени заряда 0,1 0,3 с и разряда - около 0,4 0,6 с. С выхода блока накопления сигнал подается на вход блока сравнения 2, где сравнивается с постоянным напряжением второго заданного уровня. При его превышении происходит скачок напряжения на выходе блока сравнения 2, инициирующий запуск блока формирования команды 2, формирующего импульс фиксированной длительности порядка 0,5 1 с, поступающий на исполнительный орган, производящий отключение защищаемой цепи от питающей сети.

Устройство может быть выполнено на серийной аналоговой элементной базе, в основе которой лежат известные микросхемы сдвоенного компаратора и сдвоенного одновибратора, и поэтому обладает малой массой и габаритами, пониженным энергопотреблением и относительной дешевизной. Устройства могут быть разработаны и изготовлены в одном исполнении с известными автоматами защиты, что расширит их функциональные возможности и существенным образом повысит их эффективность.

Источники информации

1. Патент на изобретение RU 2159468.