RU172284U1 - Arc Sensor - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электроэнергетики, а именно к датчикам электрической дуги, входящим в состав устройств дуговой защиты высоковольтных переключателей и комплектных распределительных устройств (КРУ) от дуговых замыканий.Сущность полезной модели заключается в том, что в датчике электрической дуги, содержащем первый и второй детекторы, предназначенные для обнаружения различных по физической природе сигналов, индуцируемых при возникновении электрической дуги, а также связанный с первым и вторым детекторами исполнительный орган, вырабатьшающий на основе выходных сигналов первого и второго детекторов выходной сигнал, обеспечивающий размыкание контролируемой датчиком токоведущей цепи, при этом в качестве первого детектора использован детектор оптического излучения, индуцируемого при возникновении электрической дуги, согласно полезной модели дополнительно имеется третий детектор, связанный с исполнительным органом, в качестве второго детектора использован детектор радиочастотного электромагнитного излучения, индуцируемого при возникновении электрической дуги, в качестве третьего детектора использован детектор акустического излучения, индуцируемого при возникновении электрической дуги, при этом датчик выполнен с обеспечением выработки исполнительным органом выходного сигнала при наличии выходных сигналов от трех детекторов.Техническим результатом, достигаемым при реализации устройства, является повышение надежности контроля возникновения электрической дуги. 1 ил.The utility model relates to the field of electric power industry, namely to electric arc sensors, which are part of the arc protection devices of high voltage switches and switchgear (KRU) from arc short circuits. The essence of the utility model is that in the electric arc sensor containing the first and second detectors designed to detect signals of a different physical nature that are induced when an electric arc occurs, as well as an executor associated with the first and second detectors an organ that operates on the basis of the output signals of the first and second detectors, an output signal that ensures the opening of the current-conducting circuit controlled by the sensor, while the detector of optical radiation induced when an electric arc occurs is used as the first detector; according to the utility model, there is additionally a third detector associated with the executive body, as a second detector used a detector of radio-frequency electromagnetic radiation induced when an arc detector, the third detector used is a detector of acoustic radiation induced when an electric arc occurs, while the sensor is designed to ensure that the executive body generates an output signal in the presence of output signals from three detectors. The technical result achieved by the device is to increase the reliability of occurrence control electric arc. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области электроэнергетики, а именно к датчикам электрической дуги, входящим в состав устройств дуговой защиты высоковольтных переключателей и комплектных распределительных устройств (КРУ) от дуговых замыканий.The utility model relates to the field of electric power industry, namely to electric arc sensors, which are part of the arc protection devices of high-voltage switches and switchgear switchgears (CIRCU) from arc faults.

Датчик электрической дуги предназначен для обнаружения факта возникновения электрической дуги и выработки оперативного выходного сигнала на размыкание контролируемой датчиком токоведущей силовой цепи, на которой возникла электрическая дуга.The electric arc sensor is designed to detect the occurrence of an electric arc and generate an operative output signal for opening the current-conducting power circuit controlled by the sensor, on which the electric arc occurred.

Известны датчики электрической дуги, реагирующие на возрастание давления воздуха внутри шкафа КРУ в момент возникновения дуги, например датчик, описанный в SU 1631655. Возрастание давления в указанном датчике приводит к механическому перемещению специальной заслонки, замыкающей контакты датчика, что обуславливает выработку его выходного сигнала, по которому происходит отключение контролируемой силовой цепи.Electric arc sensors are known that respond to an increase in air pressure inside the switchgear cabinet at the time of arcing, for example, the sensor described in SU 1631655. An increase in pressure in the specified sensor leads to mechanical displacement of a special damper that closes the sensor’s contacts, which causes its output signal to which is disconnected controlled power circuit.

Известны датчики электрической дуги, реагирующие на резкое возрастание тока в контролируемой высоковольтной цепи в момент возникновения дуги, например датчик, описанный в RU 2513032. С помощью указанного датчика измеряются токи в фазах кабеля ячейки КРУ, которые сравниваются с первой эталонной величиной. Если эти токи хотя бы в одной из фаз больше первой эталонной величины, датчик вырабатывает выходной сигнал, управляющий отключением выключателя контролируемого кабеля. Дополнительно измеряются токи нулевой последовательности вблизи выводов выключателя и вблизи кабельной воронки со стороны кабеля и вычисляется разность между ними, которая сравнивается со второй эталонной величиной. Если эта разность больше второй эталонной величины, датчик также вырабатывает выходной сигнал на отключение выключателя кабеля.Electric arc sensors are known that respond to a sharp increase in current in a controlled high-voltage circuit at the time of arc occurrence, for example, the sensor described in RU 2513032. Using this sensor, currents in the cable phases of a switchgear cell are measured, which are compared with the first reference value. If these currents, even in one of the phases, are greater than the first reference value, the sensor generates an output signal that controls the disconnection of the controlled cable switch. Additionally, zero sequence currents are measured near the terminals of the switch and near the cable funnel on the cable side and the difference between them is calculated, which is compared with the second reference value. If this difference is greater than the second reference value, the sensor also generates an output signal to turn off the cable switch.

Известен целый ряд оптических датчиков электрической дуги, которые реагируют на оптическое излучение, создаваемое электрической дугой.A number of optical sensors of an electric arc are known that respond to optical radiation generated by an electric arc.

Так, например, известен датчик, описанный в RU 2379811.So, for example, the sensor described in RU 2379811 is known.

Указанный датчик содержит чувствительный элемент, выполненный в виде световода со светопрозрачной оболочкой, расположенного в контролируемом шкафу КРУ, выход которого через фотоэлектронный преобразователь и пороговое устройство соединен с исполнительным органом, вырабатывающим при срабатывании чувствительного элемента сигнал, подаваемый в систему релейной защиты, по которому происходит отключение высоковольтного выключателя силовой цепи, к которой подключен контролируемый шкаф КРУ.The specified sensor contains a sensitive element, made in the form of a fiber with a translucent sheath, located in a controlled switchgear cabinet, the output of which through a photoelectronic converter and a threshold device is connected to an actuator that generates a signal when a sensor is triggered, which is supplied to the relay protection system, by which a shutdown occurs high-voltage circuit breaker of the power circuit to which the controlled switchgear cabinet is connected.

Недостатком рассмотренных датчиков, реагирующих только на один фактор, которым сопровождается возникновение электрической дуги, является возможность их ложного срабатывания от посторонних источников, индуцирующих сигнал той же природы, что и сигнал, контролируемый датчиком.The disadvantage of the considered sensors that respond only to one factor that accompanies the appearance of an electric arc is the possibility of their false operation from extraneous sources, inducing a signal of the same nature as the signal controlled by the sensor.

Большей надежностью контроля обладают датчики, реагирующие не на один, а на два фактора электрической дуги различной физической природы.Sensors that respond not to one but to two factors of an electric arc of various physical nature possess greater reliability of control.

Так, известен датчик электрической дуги, описанный в RU 2419941, реагирующий на два фактора, которыми сопровождается возникновение дуги, - на световую вспышку, индуцирующую оптическое излучение, и на аварийное возрастание тока в контролируемой токопроводящей шине при возникновении дугового короткого замыкания. Указанный датчик выбран в качестве ближайшего аналога.Thus, an electric arc sensor is known, described in RU 2419941, which responds to two factors that accompany the occurrence of an arc, a light flash that induces optical radiation, and an abnormal increase in current in a controlled conductive bus when an arc short circuit occurs. The specified sensor is selected as the closest analogue.

Рассматриваемый датчик содержит первый детектор - детектор оптического излучения, в качестве которого использован волоконный световод со светопроницаемой оболочкой, располагаемый в шкафу КРУ. Выход световода подключен к оптическому входу оптического затвора Фарадея, оптический выход которого подключен к оптическому входу фотоприемника. Оптический затвор Фарадея является нормально разомкнутым, то есть световой сигнал через него не проходит в отсутствие аварийного возрастания тока в контролируемой шине. При этом оптический затвор Фарадея магнитосвязан с контролируемой шиной и открывается при возрастании магнитного поля вокруг нее, обусловленного появлением тока дугового короткого замыкания. Таким образом, оптический затвор Фарадея выполняет роль второго детектора, реагирующего на аварийное возрастание тока. Фотоприемник служит в качестве исполнительного органа и вырабатывает выходной электрический сигнал при условии одновременного появления двух указанных факторов электрической дуги. Указанный сигнал является выходным сигналом датчика, управляющим отключением контролируемой датчиком силовой цепи. Он поступает в устройство релейной дуговой защиты на обмотку выключателя, который размыкает цепь, в которой возникла дуга.The considered sensor contains the first detector - an optical radiation detector, which is used as a fiber optic fiber with a translucent sheath, located in the switchgear cabinet. The fiber output is connected to the optical input of the Faraday optical shutter, the optical output of which is connected to the optical input of the photodetector. The Faraday optical shutter is normally open, that is, the light signal does not pass through it in the absence of an emergency increase in current in the monitored bus. In this case, the Faraday optical shutter is magnetically connected to the controlled bus and opens when the magnetic field around it increases, due to the appearance of an arc short circuit current. Thus, the Faraday optical shutter acts as a second detector that responds to an emergency increase in current. The photodetector serves as an executive body and generates an output electrical signal provided that the two indicated factors of the electric arc appear simultaneously. The specified signal is the output signal of the sensor that controls the shutdown of the power circuit controlled by the sensor. It enters the relay arc protection device to the switch winding, which opens the circuit in which the arc occurred.

Однако в данном устройстве также существует вероятность ложного срабатывания, вызванного появлением постороннего источника света и токового броска, возникающего во внешних присоединениях (например, при ударе молнии).However, in this device there is also the possibility of a false alarm caused by the appearance of an extraneous light source and a current surge arising in external connections (for example, when a lightning strike).

Проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, является повышение надежности контроля возникновения электрической дуги.The problem, the solution of which is provided by the implementation of the utility model, is to increase the reliability of controlling the occurrence of an electric arc.

Сущность полезной модели заключается в том, что в датчике электрической дуги, содержащем первый и второй детекторы, предназначенные для обнаружения различных по физической природе сигналов, индуцируемых при возникновении электрической дуги, а также связанный с первым и вторым детекторами исполнительный орган, вырабатывающий на основе выходных сигналов первого и второго детекторов выходной сигнал, обеспечивающий размыкание контролируемой датчиком токоведущей цепи, в качестве первого детектора использован детектор оптического излучения, индуцируемого при возникновении электрической дуги, согласно полезной модели дополнительно имеется третий детектор, связанный с исполнительным органом, в качестве второго детектора использован детектор радиочастотного электромагнитного излучения, индуцируемого при возникновении электрической дуги, в качестве третьего детектора использован детектор акустического излучения, индуцируемого при возникновении электрической дуги, при этом датчик выполнен с обеспечением выработки исполнительным органом выходного сигнала при наличии выходных сигналов от трех детекторов.The essence of the utility model lies in the fact that in the electric arc sensor containing the first and second detectors designed to detect signals of a different physical nature that are induced when an electric arc occurs, as well as an actuator associated with the first and second detectors that generates based on the output signals of the first and second detectors, an output signal that ensures the opening of the current-conducting circuit controlled by the sensor; an optical radiation detector is used as the first detector According to the utility model, there is a third detector associated with the actuator; as a second detector, a detector of radio-frequency electromagnetic radiation induced when an electric arc occurs; as a third detector, a detector of acoustic radiation induced when an electric arc occurs arc, while the sensor is designed to ensure that the executive body generates an output signal when uu output signals from the three detectors.

Принципиальным отличием заявляемого устройства является наличие в нем трех каналов детектирования, благодаря которым датчик реагирует на появление трех факторов различной физической природы, которыми сопровождается возникновение электрической дуги, причем каждый из трех факторов представляет собой индуцируемое электрической дугой излучение - оптическое излучение, электромагнитное излучение РЧ-диапазона и акустическое излучение, в частности, УЗ-диапазона частот.The principal difference of the claimed device is the presence of three detection channels in it, due to which the sensor responds to the appearance of three factors of different physical nature, which is accompanied by the appearance of an electric arc, each of the three factors being radiation induced by an electric arc - optical radiation, electromagnetic radiation of the RF range and acoustic radiation, in particular, the ultrasonic frequency range.

Использование трех каналов детектирования минимизирует вероятность ложного срабатывания датчика, что обуславливает повышение надежности контроля возникновения дуги.The use of three detection channels minimizes the likelihood of false alarms of the sensor, which leads to an increase in the reliability of monitoring the occurrence of an arc.

Выбор в качестве факторов, характеризующих факт возникновения электрической дуги, электромагнитного РЧ-излучения и акустического излучения, основан на проведенных авторами практических исследованиях. При этом, как показали исследования, использование в датчике оптического, радиочастотного и акустического детекторов обеспечивает его высокую чувствительность и быстродействие, что также обуславливает надежность его работы.The choice as factors characterizing the occurrence of an electric arc, electromagnetic RF radiation, and acoustic radiation is based on practical studies conducted by the authors. Moreover, studies have shown that the use of optical, radio frequency and acoustic detectors in the sensor ensures its high sensitivity and speed, which also determines the reliability of its operation.

Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации устройства, является повышение надежности контроля возникновения электрической дуги.Thus, the technical result achieved by the implementation of the device is to increase the reliability of controlling the occurrence of an electric arc.

На чертеже представлен общий вид заявляемого устройства.The drawing shows a General view of the claimed device.

Датчик содержит первый, второй и третий каналы детектирования, при этом первый канал детектирования включает последовательно соединенные первый детектор 1 оптического излучения, узел 2 усиления и обработки сигнала, вырабатываемого детектором 1, и узел 3 временной задержки, второй канал детектирования включает последовательно соединенные второй детектор 4 радиочастотного излучения, узел 5 усиления и обработки сигнала, вырабатываемого детектором 4, и узел 6 временной задержки, третий канал детектирования включает последовательно соединенные третий детектор 7 акустического излучения, узел 8 усиления и обработки сигнала, вырабатываемого детектором 7, и узел 9 временной задержки.The sensor contains the first, second and third detection channels, the first detection channel comprising a series-connected first optical radiation detector 1, a signal amplification and processing unit 2 generated by the detector 1, and a time delay unit 3, the second detection channel includes a second detector 4 connected in series radio frequency radiation, the node 5 amplification and processing of the signal generated by the detector 4, and the node 6 time delay, the third detection channel includes a series connected s third detector 7, the acoustic emission signal amplification and processing unit 8, produced by detector 7 and the time delay unit 9.

В качестве первого детектора 1 использован, в частности, фотоприемник, в качестве второго детектора 4 использован приемник радиочастотного излучения, в частности, выполненный в виде катушки индуктивности, в качестве третьего детектора 7 использован, в частности, микрофон с максимумом чувствительности в ультразвуковой области частот.As the first detector 1, in particular, a photodetector is used, as a second detector 4, a radio-frequency radiation detector, in particular, made in the form of an inductor, is used, as a third detector 7, in particular, a microphone with a maximum sensitivity in the ultrasonic frequency range is used.

Выходы первого, второго и третьего каналов детектирования (узлов временной задержки 3,6,9) подключены к входу схемы совпадения 10.The outputs of the first, second and third detection channels (time delay nodes 3,6,9) are connected to the input of the matching circuit 10.

Датчик также содержит исполнительный орган 11, последовательно соединенный со схемой совпадения 10.The sensor also contains an actuator 11, connected in series with the matching circuit 10.

Выходной сигнал исполнительного органа 11 является выходным сигналом датчика и предназначен для управления размыканием контролируемой им токоведущей цепи.The output signal of the executive body 11 is the output signal of the sensor and is designed to control the opening of the current-conducting circuit controlled by it.

В качестве исполнительного органа 11 использован, в частности, тиристор. Выходной сигнал тиристора 11, в частности, обеспечивает подачу напряжения на обмотку высоковольтного реле, входящего в состав внешнего по отношению к датчику устройства 12 релейной дуговой защиты и отключающего защищаемую датчиком силовую цепь.As the executive body 11 is used, in particular, the thyristor. The output signal of the thyristor 11, in particular, provides voltage to the winding of a high voltage relay, which is part of the relay arc protection device 12 external to the sensor and disables the power circuit protected by the sensor.

Узлы 3, 6 и 9 временной задержки служат для гарантированного приема всех трех видов излучения, имеющих несколько отличающихся друг от друга скоростей распространения, а также для того, чтобы успел сработать релейный механизм 12 отключения токоведущей цепи.Nodes 3, 6 and 9 of the time delay are used for guaranteed reception of all three types of radiation having slightly different propagation velocities, and also in order to trigger the relay mechanism 12 for disconnecting the current-carrying circuit.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Датчик размещают вблизи защищаемого высоковольтного оборудования, в частности устанавливают в шкафу распределительного устройства.The sensor is placed near the protected high-voltage equipment, in particular, it is installed in a switchgear cabinet.

Возникновение электрической дуги в высоковольтной токоведущей сети (в кабеле) сопровождается появлением световой вспышки, индуцирующей оптическое излучение, а также появлением электромагнитного поля, индуцирующего электромагнитное излучение, в том числе в радиочастотном диапазоне частот, и появлением акустического поля, индуцирующего акустическое излучение, в том числе в УЗ-диапазоне частот.The appearance of an electric arc in a high-voltage current-carrying network (in a cable) is accompanied by the appearance of a light flash that induces optical radiation, as well as the appearance of an electromagnetic field that induces electromagnetic radiation, including in the radio frequency frequency range, and the appearance of an acoustic field that induces acoustic radiation, including in the ultrasonic frequency range.

При появлении каждого из трех указанных видов излучений срабатывают детекторы 1, 4 и 7, выходные сигналы которых усиливаются в узлах соответственно 2,5 и 8 и преобразуются по амплитуде и длительности соответственно в узлах 3,6 и 9, а затем поступают на вход схемы совпадения 10.When each of the three types of radiation appears, detectors 1, 4, and 7 are triggered, the output signals of which are amplified at nodes 2.5 and 8, respectively, and are converted in amplitude and duration at nodes 3.6 and 9, respectively, and then fed to the input of the matching circuit 10.

Выходной сигнал схемы совпадения 10, который вырабатывается только в случае поступления на его вход одновременно трех сигналов, формируемых тремя описанными выше каналами детектирования, поступает на вход исполнительного органа 11. Исполнительный орган 11 вырабатывает выходной сигнал, управляющий отключением контролируемой датчиком цепи, в которой возникла дуга. В частности, выходной сигнал от исполнительного органа 11 подается на обмотку реле устройства 12, с помощью которого осуществляется размыкание указанной цепи.The output signal of the matching circuit 10, which is generated only when three signals simultaneously generated by the three detection channels described above arrives at its input, is fed to the input of the actuator 11. The actuator 11 generates an output signal that controls the shutdown of the sensor-controlled circuit in which the arc . In particular, the output signal from the actuator 11 is supplied to the relay coil of the device 12, with the help of which the said circuit is opened.

Claims (1)

Датчик электрической дуги, содержащий первый и второй детекторы, предназначенные для обнаружения различных по физической природе сигналов, индуцируемых при возникновении электрической дуги, а также связанный с первым и вторым детекторами исполнительный орган, вырабатывающий на основе выходных сигналов первого и второго детекторов выходной сигнал, обеспечивающий размыкание контролируемой датчиком токоведущей цепи, при этом в качестве первого детектора использован детектор оптического излучения, индуцируемого при возникновении электрической дуги, отличающийся тем, что датчик дополнительно содержит третий детектор, связанный с исполнительным органом, в качестве второго детектора использован детектор радиочастотного электромагнитного излучения, индуцируемого при возникновении электрической дуги, в качестве третьего детектора использован детектор акустического излучения, индуцируемого при возникновении электрической дуги, при этом датчик выполнен с обеспечением выработки исполнительным органом выходного сигнала при наличии выходных сигналов от трех детекторов.An electric arc sensor containing first and second detectors designed to detect signals of a different physical nature that are induced when an electric arc occurs, as well as an actuator connected to the first and second detectors, which generates an output signal based on the output signals of the first and second detectors, which opens controlled by the sensor of the current-carrying circuit, while the detector of optical radiation induced when an electric arc, characterized in that the sensor further comprises a third detector associated with the actuator, as a second detector, a detector of radio-frequency electromagnetic radiation induced when an electric arc occurs, as a third detector, a detector of acoustic radiation induced when an electric arc occurs, when this sensor is designed to ensure that the executive body generates an output signal in the presence of output signals from three detectors s.

Images