Совмещенный датчик электрической дуги

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах релейной дуговой защиты комплектного распределительного устройства (КРУ) для обнаружения факта возникновения электрической дуги. Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является повышение отношения сигнал/помеха по отношению к световым воздействиям искусственного и естественного происхождения. Совмещенный датчик электрической дуги, содержащий волоконный световод со светопроницаемой оболочкой, фотоприемник, дополнительно содержит оптический затвор Фарадея, конец волоконного световода подключен через оптический затвор Фарадея к оптическому входу фотоприемника, электрический выход которого является выходом датчика, причем оптический затвор Фарадея является нормально закрытым. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах релейной дуговой защиты комплектного распределительного устройства (КРУ) для обнаружения факта возникновения электрической дуги.

В настоящее время получили распространение оптические дуговые защиты (ОДЗ), которые реагируют на световую вспышку электрической дуги. К этим устройствам предъявляются следующие основные требования по надежности:

- ОДЗ должна срабатывать при возникновении электрической дуги внутри контролируемых шкафов КРУ;

- ОДЗ не должна срабатывать от световых вспышек внутри шкафов КРУ, не связанных с возникновением электрической дуги;

- дуговая защита не должна срабатывать при возникновении коротких замыканий (КЗ), включая дуговые КЗ, вне контролируемых шкафов КРУ.

Известно, что основными факторами электрической дуги являются световая вспышка и аварийное возрастание электрического тока. Однако световая вспышка может быть связана не только с возникновением электрической дуги на токопроводящих шинах внутри шкафа КРУ, но и с проведением сварочных работ внутри шкафа при отсутствии светоизоляции его отсеков, например открытых дверцах последнего. Также аварийное возрастание тока может быть вызвано КЗ, внешним по отношению к контролируемым шкафам КРУ. Поэтому в последнее время рекомендуется дополнять ОДЗ устройствами блокировки по току, чтобы их срабатывание было обусловлено одновременным появлением обоих факторов электрической дуги. Это осуществляется последовательным соединением релейного выхода ОДЗ с релейным выходом максимальной токовой защиты (МТЗ). При этом ток на катушку отключения высоковольтного выключателя в случае возникновения дуги подается при одновременном замыкании контактов реле ОДЗ и реле МТЗ. Недостатком такого построения является снижение быстродействия дуговой защиты, так как МТЗ, реагирующая не только на дуговые замыкания, но и внешние КЗ, как правило имеет временную задержку срабатывания для обеспечения селективности релейной защиты в целом.

Известен шкаф КРУ [1], в котором для обеспечения дуговой защиты последовательно с фототиристорами в цепь катушки отключения привода высоковольтного выключателя включается магнитоуправляемый контакт, размещенный рядом с токоведущей шиной, который контролирует величину напряженности магнитного поля вокруг токопроводящей шины и замыкает цепь катушки отключения только при одновременном срабатывании хотя бы одного фототиристора и при аварийном возрастании тока шины.

Данное устройство реагирует на два фактора электрической дуги - аварийное возрастание электрического тока и световую вспышку.

Недостатком этого устройства является возможность его ложного срабатывания из-за внешнего КЗ. При возникновении внешнего КЗ происходит аварийное нарастание электрического тока, что приведет к срабатыванию магнитоуправляемого контакта. Также внешнее КЗ приводит к электромагнитным наводкам, в том числе по цепям оперативного питания, которые могут вызвать срабатывание фототиристора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является реле электрической дуги [2], включающее в свой состав датчик, состоящий из волоконного световода со светопроницаемой оболочкой светопроводящей сердцевины, конец которого подключен к фотоприемнику. Данное устройство предназначено для обнаружения факта возникновения электрической дуги в нескольких шкафах КРУ с помощью одного датчика. Волоконный световод прокладывается во всех отсеках контролируемых шкафов КРУ, где может возникнуть электрическая дуга. При ее возникновении свет от нее падает на боковую поверхность световода, проходит через светопроводящую оболочку и захватывается сердцевиной. Затем по этому же самому световоду захваченный свет транслируется на его конец, к которому подключен фотоприемник, где захваченный свет преобразуется в электрический сигнал и с выхода датчика этот сигнал передается в релейную дуговую защиту для отключения цепей, через которые питается электрическая дуга, тем самым производя ее гашение.

Недостатком прототипа является низкое отношение сигнал/помеха по отношению к световым воздействиям искусственного и естественного происхождения.

Оптический сигнал Р, который образуется на конце световода, подключенного к фотоприемнику, можно записать в виде

где s, L - координата вдоль световода и его длина; α - коэффициент экстинкции оптической мощности; ks - доля коэффициента экстинкции, идущая на рассеяние; NA - числовая апертура световода; nco - коэффициент преломления сердцевины; Е - плотность потока облучающего излучения; S - площадь поперечного сечения сердцевины световода.

При облучении небольшого участка световода 1, как это имеет место в случае возникновения электрической дуги в отсеке шкафа КРУ, формула (1) трансформируется к виду

где sдуг, Δs - положение электрической дуги вдоль световода и длина облученного участка, Eдуг - освещенность, создаваемая дугой в месте расположения световода; Рдуг - оптическая мощность сигнала на конце световода от дуги. Минимальное значение сигнала, очевидно, будет при sдуг=L:

При облучении световода по всей длине, как это имеет место от источников освещения, что является помехой, формула (1) запишется в виде

где Епом - освещенность, создаваемая помехой; Рпом - оптическая мощность сигнала на конце световода от помехи.

Оптическая дуговая защита должна сработать при превышении порогового уровня Рпор регистрируемой оптической мощностью Рдуг

Рдуг minпор

и не срабатывать, если оптическая мощность помехи Рпом не превышает порогового уровня Рпор

Рпомпор.

Отношение сигнал/помеха SNR можно определить как

Очевидно, что чем больше отношение сигнал/помеха, тем более будет выше помехоустойчивость датчика.

Современные ОДЗ рассчитаны на срабатывание, когда освещенность, создаваемая электрической дугой, равна Едуг=10000 лк. Освещенность, создаваемая внутри шкафа КРУ для профилактических работ, равна Епом=200 лк. Длина световода, проложенная внутри КРУ, должна быть не менее L=25 м. Участок световода, проложенный в отсеке шкафа КРУ, равен Δs=1 м. В качестве световода используется полимерное оптическое волокно с коэффициентом экстинкции α=0.046 1/м. Тогда отношение сигнал/помеха будет равно SNR=1, что должно приводить к частым ложным срабатываниям датчика.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является повышение отношения сигнал/помеха по отношению к световым воздействиям искусственного и естественного происхождения.

Технический результат достигается тем, что совмещенный датчик электрической дуги, содержащий волоконный световод со светопроницаемой оболочкой, фотоприемник, дополнительно содержит оптический затвор Фарадея, конец волоконного световода подключен через оптический затвор Фарадея к оптическому входу фотоприемника, электрический выход которого является выходом датчика, причем оптический затвор Фарадея является нормально закрытым.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что для обнаружения факта возникновения электрической дуги предлагается использовать совмещенный датчик, одновременно реагирующий на два фактора дуги - световую вспышку и возрастание электрического тока, причем определение возрастания электрического тока предлагается осуществлять бесконтактным оптическим способом.

Функциональная схема предлагаемого датчика приведена на чертеже Фиг.1.

На Фиг.2 приведен вариант исполнения оптического затвора Фарадея.

Датчик состоит из волоконного световода 1 со светопроницаемой оболочкой, конец которого подключен к оптическому входу оптического затвора Фарадея 2, оптический выход затвора 2 подключен к оптическому входу фотоприемника 3. Электрический выход фотоприемника 3 является выходом датчика и подключается к релейной дуговой защите. Оптический затвор Фарадея 2 является нормально разомкнутым, т.е. в отсутствие аварийного возрастания электрического тока свет через затвор 3 не проходит.

Световод 1 прокладывается в отсеках шкафов КРУ, где возможно возникновение электрической дуги таким образом, чтобы свет от нее попадал на светопроницаемую оболочку световода 1. Оптический затвор Фарадея 2 надевается на токопроводную шину таким образом, чтобы быть с ней магнитосвязанным.

Датчик работает следующим образом. При отсутствии дуги в световоде 1 отсутствует оптический сигнал. Ток, протекающий через контролируемую оптическим затвором 2 шину, не превышает номинального значения, и оптический затвор 2 заперт. На оптическом входе фотоприемника 3 отсутствует оптический сигнал, и на его выходе отсутствует выходной электрический сигнал. Сигнал на выходе датчика отсутствует. Возникновение электрической дуги сопровождается мощной световой вспышкой, свет от которой падает на боковую поверхность световода 1 и индуцирует в его светопроводящей сердцевине оптический сигнал, распространяющийся по этому световоду к концу. Также возникновение электрической дуги сопровождается аварийным возрастанием тока в 5-10 раз, превышающим номинальное значение в контролируемой токопроводящей шине, это приводит к возрастанию магнитного поля вокруг токопроводящей шины, с которой магнитосвязан оптический затвор Фарадея 2, что приводит к его открытию, и оптический сигнал с конца световода 1, проходя через затвор 2, попадает в оптический вход фотоприемника 3, где, при превышении оптическим сигналом заданного уровня, формируется выходной электрический сигнал, который с выхода фотоприемника 3 поступает в дуговую релейную защиту.

В качестве световода 1 можно использовать, например, полимерное оптическое волокно из полиметилметакрилата (ПММА) ООО «ИЦ ПОВ», в оболочке из белой силиконовой резины, светопроницаемой для излучения дуги. Данный световод изготовлен из диэлектрических материалов и не подвержен влиянию электромагнитных помех, что позволит исключить ложные срабатывания, вызванные этими помехами.

В качестве фотоприемника 3 можно использовать цифровой фотоприемник из серии HFBR-25X6 фирмы «Avago».

Оптический затвор Фарадея 2 может быть реализован по схеме, приведенной на Фиг.2. Оптический затвор 2 состоит из входного поляризатора 4, световода 5, изготовленного из магнитооптического материала, например из свинцового стекла, и выходного анализатора 6. Угол поляризации между поляризатором 4 и анализатором 6 должен быть равен 90°. Световод 5 должен охватывать токопроводящую шину и образовывать замкнутый контур. Связь между током I, протекающим по контролируемой токопроводящей шине, и коэффициентом пропускания k оптического затвора определяется по формуле

k=ν·sin2(VI)+w,

где ν - потери оптической мощности в поляризаторе 4, световоде 5 и анализаторе 6; V - постоянная Верде магнитооптического материала, из которого сделан световод; w - пропускание световода 5 в отсутствие электрического тока.

Оптический сигнал Рфп, приходящий на фотоприемник 3, будет равен

а отношение сигнал/помеха на оптическом входе фотоприемника 3 будет равно

Таким образом, отношение сигнал/помеха на фотоприемнике 3 по сравнению с прототипом повысится на величину, равную

.

Свинцовое стекло имеет постоянную Верде, равную V=1.46·10-5 рад/А. Отношение ν/w может составлять не менее 100. При токе электрической дуги I=10 кА коэффициент K увеличивается более чем в три раза.

Таким образом, предлагаемый совмещенный датчик электрической дуги позволяет значительно увеличить отношение сигнал/помеха.

Источники информации

1. Шкаф комплектного распределительного устройства. Авторское свидетельство СССР на изобретение №650143, 23.11.1976, МКИ2 Н02В 13/00.

2. An Arc Relay. Патент WO 88/08217, 20.11.1987, МКИ4 Н02Н 7/26, Н02В 1/18.

Совмещенный датчик электрической дуги, содержащий волоконный световод со светопроницаемой оболочкой, фотоприемник, отличающийся тем, что дополнительно содержит оптический затвор Фарадея, конец волоконного световода подключен через оптический затвор Фарадея к оптическому входу фотоприемника, электрический выход которого является выходом датчика, причем оптический затвор Фарадея является нормально закрытым.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам управления и релейной защиты оборудования системы тягового электроснабжения железных дорог переменного тока напряжением 27,5 кВ.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к системам питания контактной сети электрифицированных железных дорог. .

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах релейной защиты комплектных распределительных устройств (КРУ) для обнаружения факта возникновения, местоположения и мощности электрической дуги в отсеках сборных шин ячеек секции КРУ.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроснабжению электрифицированных железных дорог, и может найти применение в контактных сетях, имеющих устройства для защиты от коротких замыканий при нарушении изоляции на опорах контактной сети.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к технологии выявления короткого замыкания при аварийном процессе в электроэнергетической системе. .

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано для защиты генератора от СВЧ-пробоя в волноводном тракте. .

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к технике проводной связи. .

Изобретение относится к технике связи и предназначено для выравнивания времени измерения первого и второго измерения электрической величины и для защиты электрической сети

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах релейной защиты комплектных распределительных устройств (КРУ) для обнаружения факта возникновения, определения местоположения и оценки мощности электрической дуги

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты энергетической системы

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам релейной защиты и противоаварийной автоматики энергетических сетей с возможностью автоматизированного управления

Изобретение относится к области электротехники, и в частности к устройствам релейной защиты и противоаварийной автоматики энергетических сетей с возможностью автоматизированного управления

Изобретение относится к способу контроля сборных шин электрической сети энергоснабжения по отношению к возникающим коротким замыканиям, причем сборная шина имеет ввод и по меньшей мере два ответвления, в каждом ответвлении предусмотрено устройство защиты ответвления, которое контролирует соответствующее ответвление на короткие замыкания, и на вводе предусмотрено устройство защиты ввода, которое контролирует сборную шину на короткие замыкания

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение быстродействия коммутации токов разряда. Предложено быстродействующее переключающее устройство (1) для аккумуляторной батареи (2) высокой мощности в изолированной сети (3) постоянного тока, особенно сети постоянного тока подводной лодки, причем аккумуляторная батарея (2) высокой мощности содержит несколько параллельно включенных аккумуляторных модулей (4) с соответственно одной ветвью (5) или несколькими параллельно включенными ветвями (5) последовательно соединенных аккумуляторных элементов (6) высокой мощности, причем одна или каждая из ветвей (5) имеет сетевое напряжение изолированной сети (2) постоянного тока, содержит для каждого из аккумуляторных модулей (4) соответствующий быстродействующий переключающий блок (12), который содержит схему (8) параллельного соединения из диода (9), включенного в направлении пропускания тока заряда аккумуляторного модуля (4), и силового полупроводникового переключателя (10), включенного в направлении пропускания тока разряда, причем схема (8) параллельного соединения размещена в соединительном проводнике аккумуляторного модуля (4) к сети (2) постоянного тока и состояние переключения силового полупроводникового переключателя (10) может управляться посредством устройства (11) контроля и управления, причем устройство (11) контроля и управления выполнено таким образом, что оно для отключения тока разряда аккумуляторного модуля (4) в соединительном проводнике (7) посредством переключения силового полупроводникового переключателя (10) в непроводящее состояние прерывает ток разряда, протекающий в соединительном проводнике (7). 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к области электротехники может быть использовано в качестве установки гарантированного питания переменным током трехфазных потребителей, не допускающих перерывов в электроснабжении. Технический результат заключается в снижении перерыва в электроснабжении потребителей при переходе от сети к аккумуляторной батареи. Для этого заявленное устройство содержит трехфазную сеть, пускатель, аккумуляторную батарею, выпрямитель, коммутатор тока, автомат включения резерва, электромашинный агрегат, содержащий первый вентильный двигатель, синхронный генератор и второй вентильный двигатель, и трехфазный потребитель, при этом выпрямитель снабжен двумя выходами, из которых первый для подзаряда аккумуляторной батареи, а второй - для подачи напряжения на первый вентильный двигатель, автомат включения резерва содержит замыкающий и размыкающий контакторы, выполненные на тиристорных коммутирующих элементах, и трехфазное реле контроля напряжения сети. Коммутатор тока выполнен на диоде, который не дает возможности разряжаться аккумуляторной батарее при наличии напряжения сети. Установка работает в двух режимах: при наличии напряжения сети, при котором потребители подключены к сети, первый вентильный двигатель работает при заданной скорости, синхронный генератор работает на холостом ходу, а аккумуляторная батарея подзаряжается и при отсутствии напряжения сети, от которого аккумуляторная батарея разряжается, на второй вентильный двигатель, а синхронный генератор нагружен полностью. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты, и может быть использовано для защиты трех параллельных линий от коротких замыканий. Технический результат заключается в повышении селективности работы устройства. Для этого заявленное устройство содержит для одноименных фаз всех линий по максиселектору, для каждой фазы по элементу сравнения, реле тока и трансреактору, общий для всех линий блок логики, причем реле тока и трансреакторы подключены к первичным обмоткам соответствующих трансформаторов тока, входы максиселекторов и первые входы элементов сравнения подключены к вторичным обмоткам соответствующих трансреакторов одноименных фаз, а выходы максиселекторов подключены ко вторым входам элементов сравнения, выходы элементов сравнения и реле тока подключены к входам блока логики, выходы которого подключены в цепи отключения выключателей первой, второй и третьей линий. 6 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе обнаружения повреждения для обнаружения повреждений линии на электродной линии в системе HVDC. Техническим результатом является повышение надежности системы обнаружения повреждения. Электродная линия содержит первое и второе ответвления, соединенные параллельно. Система обнаружения повреждения содержит первую и вторую схемы генерации импульсов, выполненные с возможностью генерации электрических импульсов в первое и второе ответвления соответственно, а также первое и второе устройства измерения тока, выполненные с возможностью генерации сигналов, указывающих электрические сигналы, имеющие место в первой и второй линиях ввода соответственно. Возможность независимой генерации электрических импульсов в первое и второе ответвления соответственно, а также независимой регистрации первой и второй структур сигнала, представляющих электрические сигналы на первой и второй линиях ввода соответственно, повышает информационное наполнение в собранных данных, что позволяет более надежно анализировать, присутствует ли повреждение на электродной линии. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах релейной дуговой защиты комплектного распределительного устройства для обнаружения факта возникновения электрической дуги

Наверх