Способ предупреждения пожара от искрения в электрической сети или электроустановке и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области пожарной безопасности и электроэнергетики, а именно к способам и устройствам предупреждения пожаров, возникающих на различных объектах из-за искрения в электропроводке и других элементах электрической сети или электроустановки. Технический результат - повышение достоверности в определении уровня пожарной опасности при использовании в сетях с изменяющейся нагрузкой. Изобретение базируется на измерении каких-либо параметров цикла "возникновение-гашение искры", зависящего от тока искрения, по которому и судят об этом токе. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

 

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, самолётах, 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.

В России согласно официальной статистике пожар на электрооборудовании по количеству и тяжести последствий занимает второе место после неосторожного обращения с огнём.

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.

Особо опасно искрение при эксплуатации объектов повышенной опасности - объектов добычи, хранения и транспортировки нефтепродуктов и газа, объектов горнодобывающих отраслей промышленности, объектов эксплуатации ядовитых и взрывоопасных веществ, а также многих других взрывопожароопасных объектов специального, военного и гражданского назначения.

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 устройство [1], реагирующее на изменение температуры электропроводки, превышение которой является причиной возникновения пожара. Подобные устройства обладают существенным недостатком. Во-первых, они реагирует на уже состоявшийся нагрев места неисправности, а не предупреждают об этом заранее. Во-вторых, что особенно важно, они не обеспечивают непрерывный контроль любой точки электрической сети или электроустановки.

Известно устройство [2], содержащее датчик тока и формирователь сигнала отключения (два пороговых элемента и интегратор, элемент ИЛИ, усилитель мощности и исполнительный орган). Это устройство позволяет отключать электросеть (электроустановку) в случае выхода величины электрического тока нагрузки за допустимые значения, тем самым предупреждая возникновение пожара в ней.

Существенным недостатком данного устройства является его нечувствительность к токам, меньшим допустимой нагрузки. Это не позволяет в случае появления неисправности, связанной с образованием или изменением ионизированного переходного сопротивления, осуществить защитное противопожарное отключение или сформировать предупреждающий сигнал о возникновении пожароопасной ситуации.

Известно техническое решение [3], в соответствии с которым, например, на вводе 1 (фиг.1) электрической сети 2 или электроустановки 3 измеряют суммарный электрический ток. Из измеренного суммарного тока путём фильтрации первой гармоники или всего низкочастотного спектра выделяют сигнал второй и/или более высоких гармоник, определяемый переходным сопротивлением R_пepex. 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. 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 электроустановки.

Данное техническое решение является ближайшим аналогом из числа известных и принято за прототип.

В прототипе предусматривается формирование сигнала предупреждения о пожаре или команды на отключение контролируемого участка неисправной сети или электроустановки путём формирования сигнала опасности по интенсивности тока переходного сопротивления (по частоте следования импульсов, выделенных из высокочастотной составляющей сигнала). Данное техническое решение является эффективным при использовании его в электрической сети или электроустановке, имеющих неизменную величину тока нагрузки.

Существенным недостатком прототипа является низкая достоверность в определении уровня пожарной опасности при использовании устройства в электрических сетях и электроустановках с изменяющейся нагрузкой. Это не позволяет в случае появления неисправности в электрической цепи, ток нагрузки которой неизвестен, сформировать предупреждающий сигнал или команду на отключение, адекватные реальной пожароопасной ситуации.

В предлагаемом техническом решении исключается отмеченный недостаток за счёт введения операций и применения устройств автоматического определения величины тока искрения, протекающего через несанкционированно образованное в месте неисправности ионизированное переходное сопротивление.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известных систем предупреждения о создании пожароопасной ситуации в жилых, бытовых, производственных и др. объектах, оснащённых функционирующими электрическими сетями и электроустановками.

Цель достигается тем, что в область контролируемых операций, определяющих пожароопасную ситуацию, наряду с операциями выделения высокочастотной составляющей тока, протекающего через ионизированное переходное сопротивление R_пepex (фиг. 1), его усиления, выпрямления и накопления дополнительно вводятся следующие операции: формирования сигнала-признака каждого цикла «возникновение-гашение» искры (электрической дуги) (далее по тексту «цикл»), измерения и расчёта параметра цикла, расчёта и сохранения величины тока искрения; последующего формирования и выдачи команды на начало накопления поступающих друг за другом сигналов-признаков циклов.

При этом накапливают сигналы-признаки циклов, каждый из которых или их совокупность в процессе суммирования корректируется с учётом рассчитанного ранее значения тока искрения.

Величина I_искр тока искрения, протекающего по электрической цепи 4 (фиг. 1) электросети 2 и электроустановки 3, определяется блоком 10 определения величины тока искрения. По результатам контроля величины тока искрения делается вывод о энергонасыщенности каждого цикла (каждой искры), а значит, и о степени опасности возгорания жилых, бытовых, производственных и др. объектов. В соответствии с этим, а также с учётом результатов измерения интенсивности искрообразования (количества циклов за установленное время) формируется предупреждающий сигнал и (или) команда на отключение контролируемого участка электрической сети (электроустановки).

К параметрам цикла, зависящим от величины тока искрения, могут быть отнесены, например, частота поступления циклов, их продолжительность, продолжительность образующей и затухающей стадий цикла, крутизна затухания цикла, количество импульсов на завершающей стадии цикла, амплитуда которых превышает установленное значение, и др. параметры цикла.

Предлагаемые операции способа поясняются схемами, представленными на фиг.2, 3.

На фиг.2 для примера представлена блок-схема блока 10 определения величины тока искрения. В качестве контролируемого параметра устройства используется параметр цикла - частота поступления циклов. Блок содержит: плату 1 измерения и расчёта параметра цикла и плату 2 расчёта величины тока искрения. Плата измерения и расчёта параметра цикла включает в себя модуль 3 формирования сигнала-признака цикла «возникновение-гашение» искры (электрической дуги) и модуль 4 измерения и расчёта параметра цикла. Плата расчета величины тока искрения включает в себя модуль 5 расчета величины тока искрения и модуль 6 хранения этой величины.

Устройство предупреждения пожара 5 (фиг.1) с помощью блока 6 измерения суммарного тока нагрузки контролируемого участка электрической сети или электроустановки, выполненного в виде, например, трансформатора тока, подключено, например, к вводному щиту 1. Блок 10 определения величины тока искрения своим входом подключен к блоку 9 выпрямления, а выходом - к блоку 11 накопления.

Блок определения величины тока искрения работает следующим образом. 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.

При возникновении неисправности, связанной с образованием ионизированного переходного сопротивления R_пepex в месте, например, некачественного контакта (график 1 фиг.3), в электрической цепи 4 появляется ток искрения (ток свободных ионов и электронов), проявляющийся в виде последовательности циклов «возникновение-гашение» искры (электрической дуги) (графики 2 фиг.3). При этом форма сигнала на входе блока определения величины тока искрения имеет вид, представленный на фиг.3 графиком 3.

В соответствии с сигналом на входе блока определения величины тока искрения в модуле 3 формируются сигналы-признаки циклов (график 4 фиг.3). 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 расчёт величины тока искрения, которая запоминается в модуле 6. Результат расчёта передаётся в блок накопления 11, одновременно в блок управления 15 передаётся сигнал для формирования им команды на проведение нового счёта продолжающих поступать импульсов сигналов-признаков циклов. В блоке 11 после получения команды из блока управления формируется новый временной интервал и осуществляется накопление импульсов сигналов-признаков циклов. При этом по поступлению каждого импульса ему присваивается число, равное величине рассчитанного модулем 5 тока искрения и к предыдущему результату суммирования прибавляется это новое число. Текущий результат суммирования передается в блок 12 сравнения для оценки уровня пожарной опасности и формирования соответствующего сигнала предупреждения или команды на отключение неисправного контролируемого участка сети или электроустановки. По истечении установленного времени накопления импульсов сигналов-признаков циклов с платы 2 блока определения величины тока искрения в блок управления 15 передаётся сигнал об окончании процесса измерения.

Предлагаемое техническое решение отличается от известных тем, что оно содержит в себе операции и устройства измерения параметров цикла, несущих в себе информацию о величине тока искрения, а, значит, и о тепловой энергии, выделяемой в месте неисправности, и определения этого тока.

В научно-технической литературе не обнаружено технических решений с указанной выше совокупностью признаков. Следовательно, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию НОВИЗНА.

При этом цель изобретения достигается всей введённой совокупностью дополнительных операций, элементов и связей, которая не была известна до даты заявки технического решения, что позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение отвечает критерию СУЩЕСТВЕННЫЕ ОТЛИЧИЯ.

В результате внедрения данного изобретения на промышленных и бытовых объектах, а также в структурах контроля качества проектирования и эксплуатации этих объектов повышается их пожарная безопасность. Снижается количество случаев возгорания в жилых и производственных помещениях, сооружениях, зданиях, самолётах, судах, железнодорожном транспорте и др. объектах, использующих электрические сети и (или) электроустановки.

Внедрение устройств, реализующих предлагаемый способ, предполагает использование серийных комплектующих узлов и элементов. Это не требует перестройки предприятий промышленности и частных фирм на выпуск новой номенклатуры продукции.

Экономический и моральный выигрыш от внедрения изобретения определяется числом сохранённых жизней, а также количеством и стоимостью жилых, производственных и др. объектов, спасённых от пожаров, путём применения предлагаемого технического решения.

Таким образом, внедрение предлагаемого способа предупреждения пожара при неисправности в электрической сети или электроустановке повысит защиту людей, жилых, производственных и др. объектов от поражающего действия пожаров, а также обеспечит существенную экономию материальных и финансовых средств каждого гражданина и государства в целом.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент США 5654684, нац. кл. 361/1.

2. Патент России 0001581 U1, кл. Н 02 Н 3/08.

3. Патент России 2159468 С1, 7 G 08 В 17/06, 25/10.

1. Способ предупреждения пожара от искрения в электрической сети или электроустановке, характеризующийся тем, что измеряют электрический ток контролируемого участка, путем фильтрации первой гармоники или всего низкочастотного спектра сигнала измеренного тока формируют сигнал второй и/или более высоких гармоник, усиливают его и выпрямляют, а также в течение установленного интервала времени накапливают сигнал, сравнивают величину накопленного сигнала с заданным значением или с заданными значениями первого или более высоких уровней сравнения, принятых для соответствующих степеней пожароопасности, в зависимости от величины накопленного сигнала формируют сигнал или сигналы предупреждения о возникновении пожароопасной ситуации и/или формируют команду на отключение контролируемого участка, отличающийся тем, что из сигнала второй и/или более высоких гармоник для каждого цикла "возникновение - гашение искры" в последовательности этих циклов формируют импульс сигнала-признака цикла, далее или по первому импульсу сигнала-признака формируют временной интервал, в течение которого накапливают импульсы сигналов-признаков, а по окончании - рассчитывают частоту следования этих циклов, на основании которой рассчитывают величину тока искрения, и/или определяют продолжительность образующей и/или затухающей стадий цикла, на основании которых рассчитывают величину тока искрения, и/или определяют количество импульсов на затухающей стадии цикла, амплитуда которых превышает установленное значение, по которому рассчитывают величину тока искрения, запоминают рассчитанную величину тока искрения и формируют команду для выработки установленного интервала времени и накопления в течение него сигнала, причем накопление сигнала осуществляют путём прибавления по поступлении каждого импульса сигнала-признака цикла "возникновение - гашение искры" к предшествующему результату суммирования числа, соответствующего величине запомненного тока искрения.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее блок измерения тока контролируемого участка, к выходу которого подключен блок формирования сигнала второй и/или более высоких гармоник, выходом подключенный ко входу блока усиления, выход которого подключен ко входу блока выпрямления, блок накопления, подключенный ко входу блока сравнения величины накопленного сигнала с заданным значением или с заданными значениями, выход которого подключен к входу блока формирования предупреждающего сигнала или сигналов и/или команды на отключение, выход которого подключен ко входу исполнительного органа для оповещения и/или отключения, а также блок управления и блок питания, отличающееся тем, что оно содержит блок определения величины тока искрения, включающий в себя модуль формирования сигнала - признака цикла "возникновение - гашение искры", обеспечивающий для каждого цикла "возникновение - гашение искры" в последовательности этих циклов формирование из сигнала второй и/или более высоких гармоник импульса сигнала-признака цикла, модуль измерения и расчета параметра цикла, или обеспечивающий формирование по первому импульсу сигнала-признака цикла временного интервала, в течение которого накапливают импульсы сигналов-признаков, а по окончании рассчитывают частоту следования этих циклов, и/или обеспечивающий определение продолжительности образующей и/или затухающей стадий цикла, и/или обеспечивающий определение количества импульсов на затухающей стадии цикла, амплитуда которых превышает установленное значение, модуль расчета величины тока искрения на основании или рассчитанной частоты следования циклов, и/или на основании продолжительности образующей и/или затухающей стадий цикла, и/или на основании количества импульсов на затухающей стадии цикла, амплитуда которых превышает установленное значение, модуль хранения рассчитанной величины тока искрения, обеспечивающий запоминание рассчитанной величины тока искрения и передачу её в блок накопления, при этом блок накопления выполнен с возможностью приема рассчитанной величины тока искрения, с возможностью получения команды от блока управления на формирование установленного интервала времени и с возможностью осуществления в течение этого интервала времени накопления сигнала посредством прибавления по поступлении каждого импульса сигнала-признака цикла "возникновение - гашение искры" к предшествующему результату суммирования числа, соответствующего рассчитанной величине тока искрения, а блок управления выполнен соответственно с возможностью приема сигнала для осуществления выработки указанной команды при передаче рассчитанной величины тока искрения в блок накопления.