УСТРОЙСТВО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
DEVICE FOR NON-DESTRUCTIVE MONITORING OF MALFUNCTIONS IN THE ELECTRICAL NETWORK

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для предупреждения пожара при неисправности в электрической сети.
Известно устройство предупреждения пожара при неисправности в электрической сети (п. 3 ф-лы RU 2159468 С1, МПК 7 G08B 17/08, G08B 25/10, опубл. 20.11.2000), выбранное в качестве прототипа, содержащее блок измерения суммарного тока в электрической сети, соединенный с вводным щитом через исполнительный орган. К блоку измерения суммарного тока последовательно подключены блок формирования высокочастотного спектра, блок усиления высокочастотного спектра, блок выпрямления усиленного сигнала, блок накопления выпрямленного сигнала, блок сравнения величины накопленного сигнала с заданным значением или с заданными значениями, блок формирования предупреждающего сигнала или сигналов и/или команды на отключение и исполнительный орган для оповещения и/или отключения. Блок сравнения величины накопленного сигнала через блок задержки подключен к блоку накопления. Блок питания связан со всеми вышеперечисленными блоками. Блок измерения суммарного тока через электрическую сеть связан с переходным сопротивлением, которое подключено к электроустановке. Электроустановка соединена с вводным щитом.
Недостатком этого устройства является невозможность распознавания в защищаемой цепи большого переходного сопротивления в безыскровом режиме. В этом режиме в суммарном сигнале отсутствуют сигналы второй и/или более высоких гармоник. Устройство не позволяет обнаружить увеличение переходного сопротивления до опасного значения в безыскровом режиме и сформировать сигнал пожарной опасности, что со временем приводит к повышенному выделению тепловой энергии в области увеличенного переходного сопротивления и является первопричиной возникновения пожара.
Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в разработке устройства для неразрушающего контроля неисправностей в электрической сети.
Предложенное устройство неразрушающего контроля неисправностей в электрической сети, также как в прототипе, содержит вводной щит, к которому через электрическую сеть и переходное сопротивление подключена электроустановка, к которой подключен блок измерения суммарного тока, а блок питания подключен к блоку измерения суммарного тока, к блоку усиления, к блоку сравнения величины накопленного сигнала с заданным значением и к блоку формирования сигнала пожароопасности.
Согласно изобретению к блоку измерения суммарного тока в электрической сети подключен фильтр низких частот, соединенный с блоком питания и блоком усиления, который соединен с блоком сравнения величины накопленного сигнала с заданным значением, к которому подключен блок формирования сигнала пожароопасности. К блоку сравнения подключен регулятор порога, который соединен с блоком питания. Блок измерения суммарного тока соединен с вводным щитом.
За счет использования регулятора порога и фильтра низких частот, который выделяет постоянную составляющую суммарного тока в электрической сети или электроустановке, появляется возможность обнаружить увеличение переходного сопротивления до опасного значения в безыскровом режиме и сформировать сигнал пожарной опасности.
При возникновении в защищаемой цепи большого переходного сопротивления происходит потеря мощности на этом сопротивлении в соответствии с выражением [Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. – М.: Высшая школа, 1984. - С. 86]:
2
перех
Р = IR,
где I - ток,
перех
R - переходное сопротивление.
Из-за мощности, выделяемой на переходном сопротивлении, происходит увеличение его температуры [Энциклопедический словарь юного физика / В.А. Чуянов (сост.). – М.: Педагогика, 1984. - С. 268-269]:
где t - время,
m - масса,
с - теплопроводность,
Р - мощность.
Так как материал, из которого изготовлены контакты соединений (соединительных коробок, розеток, электрических ламп, плавких вставок и др.), различен, то в цепи возникает термоЭДС, которая зависит от температуры.
Абсолютную термоЭДС металлов определяют из выражения [Б.Г. Лившиц, B.C. Крапошин, Я.Л. Линецкий. Физические свойства металлов и сплавов / под ред. Б.Г. Лившиц. – 2-е изд. - М.: Металлургия, 1980. - С. 235]:
где Т - абсолютная температура,
k - постоянная Больцмана,
е и ε - заряд и энергия электрона,
ρ - плотность.
За счет прямой зависимости изменения термоЭДС от температуры переходного сопротивления появилась возможность контроля температуры переходного сопротивления. Следовательно, предложенное устройство позволяет предупреждать пожар при неисправности в электрической сети.
На фиг. 1 представлена схема устройства неразрушающего контроля неисправностей в электрической сети.
В таблице 1 приведены результаты контроля термоЭДС и формирования сигнала пожароопасности.
Устройство неразрушающего контроля неисправностей в электрической сети содержит вводной щит 1, к которому через электрическую сеть 2 и переходное сопротивление 3 подключена электроустановка 4 (ЭУ), к которой подключен блок измерения суммарного тока 5, связанный с вводным щитом 1. К выходу блока измерения суммарного тока 5 последовательно подключены фильтр низкой частоты 6 (ФНЧ), блок усиления 7, блок сравнения 8 и блок формирования сигнала пожароопасности 9. Регулятор порога 10 подключен к блоку сравнения 8. Блок питания 11 связан с блоком измерения суммарного тока 5, фильтром низкой частоты 6, блоком усиления 7, блоком сравнения 8, блоком формирования сигнала пожароопасности 9 и регулятором порога 10.
Блок измерения суммарного тока 5 выполнен на резисторах МЛТ 2. Фильтр низкой частоты 6 и блок усиления 7 выполнены на операционном усилителе, например К140УД6. Блок сравнения 8 выполнен на микросхеме К554СА3. Блок формирования сигнала пожароопасности 9 выполнен на светодиоде, например АЛ307. Регулятор порога 10 реализован на переменном резисторе, например СПЗ-29. Блок питания 11 может быть стандартным с выходным напряжением 12 В, например LPH-18-12.
Предлагаемым устройством был проведен контроль неисправности контактов штепсельного соединения электрического чайника с электрической сетью.
Процедура контроля. В электрическую сеть 2 напряжением 220 вольт 50Гц через розетку подключили электрический чайник 4 (ЭУ) мощностью 1,8 кВт. К одному контакту розетки последовательно с чайником подключили переходное сопротивление 3 величиной 0,05 Ом. Ток, протекающий от вводного щита 1 по электрической сети 2, нагревал переходное сопротивление 3. При этом возникла термоЭДС, которая вместе с сетевым напряжением поступала через блок измерения суммарного тока 5 на фильтр низкой частоты 6 (ФНЧ), который пропускал на выход только термоЭДС. Блок усиления 7 усиливал сигнал термоЭДС, который поступил на блок сравнения 8. Блок сравнения 8 сравнил величину термоЭДС с заданным с помощью регулятора порога 10 значением напряжения 0,5 В. Дополнительно контролировали напряжение термоЭДС вольтметром RIGOL на выходе блока усиления 7. Затем подключили переходное сопротивление 3 величиной 0,1 Ом и 0,15 Ом. Результаты измерения термоЭДС приведены в таблице 1, из которой видно, что при превышении сигнала термоЭДС 0,5 В на выходе блока сравнения 8 появился сигнал пожароопасности, который поступал на блок формирования сигнала пожароопасности 9.