Беспроводной автономный термосенсор

Полезная модель относится к области энергетического комплекса и электропожарной безопасности, в частности к средствам для мониторинга перегрева электрических контактов путем контроля их температуры, что исключает возникновение возгорания и повышает безопасность эксплуатации электроустановок и другого пожароопасного оборудования.
Среди основных причин перегрева контактов силового электрооборудования можно выделить повышенное переходное сопротивление вследствие плохого контактного соединения. Точки нагрева могут возникнуть из-за неплотного соединения, окисления или коррозии, неисправности компонентов. Такими точками чаще всего являются разъемные и неразъемные контактные соединения, зажимы в токопроводе, главные токоведущие контакты в коммутационных электроаппаратах, точки болтового присоединения главных шин к выключателю. Как правило, локальный перегрев носит длительный характер, что со временем может привести к возгоранию, электрическому пробою и как следствие повреждению дорогостоящего оборудования и распространению аварии на соседние аппараты.
Проблема по защите электрооборудования решается с помощью установки устройств мониторинга, к которым относятся радиоканальные системы контроля температуры - система контроля температуры на базе пассивных ПАВ-датчиков с функцией радиочастотной идентификации, обладающих относительной устойчивостью к электромагнитным помехам и имеющих высокую стабильность характеристик. К минусам можно отнести контактный метод установки ПАВ-датчиков и их большие габариты, что осложняет монтаж на электрокабелях. К недостатком систем мониторинга также относится и то, что установка температурных датчиков возможна только на ограниченный тип контактных соединений, не должно быть преград и других источников радиосигнала между датчиком и приемником радиоизлучения.
К устройствам  мониторинга также относятся и термосенсорная система непрерывного контроля перегрева контактных соединений, состоящая из газогенерирующих наклеек, газового датчика и контрольно-приемного устройства. Наклейки-сенсоры размещают на контактах. При нагревании наклейки выделяют сигнальный газ-маркер, который фиксируется датчиком, и изменяют окраску.
о
3
Термосенсорная система обеспечивает высокую надежность при ограниченном температурном диапазоне контроля 80-130С, но не может применяться для электрооборудования в открытом исполнении, для электрооборудования, оснащенного системами принудительной вентиляции, для электрооборудования, имеющего объем более 5м и удаленность размещения газовыделяющих наклеек от газового датчика более 2,5 метра по вертикали. Также, расположение газовыделяющих наклеек не непосредственно в гнезде контакта или болтовом соединении, а на удалении от него, повышает погрешность и скорость отклика системы на появившийся скачок температуры.
Существует также пирометрическая система непрерывного контроля температуры шин - встраиваемая система измерения температуры шин бесконтактным способом. С помощью пирометрической системы измеряется мощность теплового излучения, после чего полученные данные обрабатываются и выводятся в систему визуализации. Пирометрические системы обладают следующими достоинствами: бесконтактный, а значит наиболее безопасный метод проведения измерений; большой диапазон измеряемых температур – сотни градусов Цельсия; компактность измерительных органов; непрерывность процесса получения температур; непосредственный контроль узла, выделяющего тепло.
Однако данные системы является не надежными устройствами в связи с запылением оптических элементов. Кроме того указанные устройства затруднительно расположить в электрошкафу из-за перегрузки его контактами между оборудованием которые создают преграды между измеряемым элементом и датчиком.
Известен датчик обнаружения температуры при пожаре, содержащий стержень в качестве опорного элемента, на который по спирали намотан, для измерения средней температуры, проволочный чувствительный элемент. В качестве резерва на тот же стержень может наматываться второй чувствительный элемент [US3470744, кл. G01K1/14; G01K5/44, опубл. 7.10.1969].
Для подключения такого датчика к устройству обработки по четырехпроводной или трехпроводной схеме, которые традиционно используются для подключения термопреобразователей сопротивления, потребуется большое количество проводов, которое значительно превышает суммарное число чувствительных элементов подключаемых датчиков, что существенно снижает надежность системы обнаружения пожара и перегружает плотно заполненные оборудованием электрошкафы.
Известен также датчик температуры системы теплового контроля, предназначенный для использования в системах распределения электроэнергии. Датчик температуры содержит керамическую печатную плату (PCB) и клемму. Керамическая печатная плата содержит чувствительный к температуре элемент, расположенный на одной стороне керамической печатной платы. Терминал сконфигурирован так, чтобы быть зафиксированным непосредственно в контакте с измеряемой точкой и непосредственно контактировать с керамической печатной платой так, чтобы тепло отводилось от терминала через керамическую печатную плату и затем к чувствительному к температуре элементу. Чувствительный к температуре элемент выполнен с возможностью генерировать электрический сигнал в ответ на нагревание, так что электрический сигнал отправляется через пару выводных проводов в контроллер для контроля температуры. Датчик температуры дополнительно содержит эпоксидную смолу для герметизации части клеммы, керамическую печатную плату в целом и часть пары подводящих проводов для обеспечения требуемой физической прочности и требуемой диэлектрической прочности. (US 2020064207, кл. G01K1/16, G01K7/02, G01K7/04, 2020.02.27).
Во время аварийной ситуации с возможностью отключения электроэнергии, т.е. отсутствия света, в условиях плотного заполнения проводами, часто запыленных, в коммутационных электроаппаратах, найти перегретые контакты для быстрого устранения пожароопасной ситуации, не всегда представляется возможным. Эпоксидная смола, используемая в качестве герметика, как правило, в качестве наполнителя включает графит, цемент, алебастр и т.д., которые делают смолу непрозрачной.
Задачей, на которую направлена полезная модель, является разработка  беспроводного автономного термосенсора для контроля перегрева и отслеживания перегрева токоведущих частей электрооборудования.
Техническим результатом полезной модели является предупреждение о пожарной опасности электрооборудования, расположенного в электрошкафах и работающего в условиях плотного заполнения контактами, за счет визуализации перегретого участка.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что беспроводной автономный термосенсор включает теплопроводный диэлектрический корпус, датчик температуры, монтажную плату, залитую герметиком. Согласно полезной модели, на монтажной плате дополнительно смонтирован светодиод, диэлектрический корпус выполнен из светопропускающего материала для возможности осуществления световой индикации, свидетельствующей о перегреве свыше допустимого порога, при этом герметик выполнен прозрачным для передачи светового сигнала от светодиода.
Монтажная плата связана с теплопроводной пластиной крепежными элементами.
В корпусе смонтирован элемент питания, выполненный с рабочим диапазоном температур от –40÷–50 до +125ºС и низким током саморазряда.
Элемент питания обеспечивает непрерывную работу термосенсора не менее 5 лет.
Выполнение диэлектрического корпуса прозрачным, обеспечивает возможность визуализировать световую подсветку, исходящую от светодиода, смонтированного на монтажной плате. В момент перегрева контактов выше допустимого значения, включается светодиод, свет от которого проходит через прозрачный корпус и прозрачный герметик и оповещает о том, что произошел перегрев контактов, а также о точном месте перегрева. Часто в момент аварийной ситуации происходит отключение электроэнергии. Поэтому в темном помещении, и в оборудовании, плотно забитом проводами, порой очень сложно найти место перегрева. Световая подсветка точно и быстро определит место перегрева.
Наличие в корпусе элемента питания обеспечит беспроводную работу термосенсора.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема беспроводной автономный термосенсор, в разрезе; на фиг. 2 – вид сверху беспроводного автономного термосенсора с термопередающим контактом в виде пластины.
Беспроводной автономный термосенсор включает теплопроводный диэлектрический прозрачный корпус 1, внутри которого установлен термоустойчивый элемент 2 питания в виде батареи мощностью 3,6 В, работающей в рабочем диапазоне температур от – 40 ÷ –50 до +125ºС и низким током саморазряда с жизненным циклом более 5лет. Со стороны гнезда установки элемента 2 питания смонтирована заглушка 3, обеспечивающая герметичность устройства по IP 54. Элемент 2 питания с помощь контактов 4 и 5 питания связан с теплопроводной монтажной платой 6, залитой светопропускающим герметиком 7. Герметик 7 заливают таким образом, чтобы контакты питания 4 и 5 оставались свободными для подключения монтажной платы 6 к элементу 2 питания. На монтажной плате 6 смонтирован светодиод 9, который активируется в момент превышения заданной температуры и осуществляет световую индикацию автономного термосенсора через светопропускающий корпус 1 на перегреваемом токоведущем контакте диагностируемых токоведущих частей электрооборудования. На нижней стороне монтажной платы 6 смонтирован датчик температуры 10, а на верхней стороне монтажной платы 6 закреплен микропроцессор 11. В микропроцессор 11 встроен приемопередатчик 12, оборудованный антенной 13. В корпусе закреплена теплопроводная пластина 14, термопередающий контакт который выходит за пределы корпуса 1 для его фиксации на диагностируемых токоведущих частях электрооборудования (на фигуре не показано). Теплопроводная пластина 14 связана с помощью элементов крепления 8 с монтажной платой 6, для обеспечения параллельной ориентации относительно друг друга и создания максимального контакта датчика 10 температуры с теплопроводной пластиной 14.
Беспроводной автономный термосенсор работает следующим образом.
Термосенсор монтируют на контролируемый контакт с помощью термопередающего конца теплопроводной пластины 14 имеющего форму для крепления под болт или клемму электрического прибора. В момент перегрева диагностируемой токоведущей части оборудования, нагревается теплопроводная пластина 14, тепло от которой передается датчику 10 температуры. В случае превышения заданной температуры активизируется светодиод 9. При этом свет от светодиода 9 проходит через прозрачный герметик 7 и прозрачный корпус 1, обеспечивая визуализацию места перегрева. При регулярном обслуживании оборудования место перегрева будет моментально обнаружено. За счет наличия в корпусе 1 элемента 2 питания, термосенсор может осуществлять бесперебойную работу в течение 5 лет.
За счет герметичности конструкции беспроводного автономного термосенсора, его малых размеров, позволяющих располагать его даже на однодиновых автоматах,а также возможности сигнализировать о перегреве контактов с помощью световой подсветки, осуществляется предупреждение о пожарной опасности электрооборудования, расположенного в электрошкафах.
В настоящее время беспроводной автономный термосенсор прошел опытные испытания, и готовится его внедрение.