Устройство предотвращения образования дугового разряда
DEVICE FOR PREVENTING THE FORMATION OF AN ARC DISCHARGE

Изобретение относится к автоматической сигнализации и предназначается для применения в помехозащищённых системах предотвращения образования дугового разряда при коротких замыканиях на шинах распределительных устройств в замкнутых пространствах электрических подстанций и энергоустановок.
Известно устройство, предназначенное для обнаружения загораний и обеспечивающее пуск автоматических систем пожаротушения, содержащее последовательно включенные фотопреобразователь, исполнительный элемент и тиристор с потенциометром в цепи управляющего электрода, катод которого подключен к исполнительному элементу, а анод тиристора подключен к фотопреобразователю (а.с. СССР №489132, МПК G 08 B 17/12, опубл. 04.04.74).
Недостатком известного устройства является то, что оно работает при импульсном освещении фотопреобразователя и позволяет приводить в действие исполнительные элементы небольшой мощности.
Известен пожарный извещатель, предназначенный для обнаружения и регистрации загораний быстрогорящих химических составов в условиях фоновых и производственных помех, а также для включения быстродействующих установок пожаротушения (а.с. СССР №542215, МПК G 08 B 17/12, опубл.14.04.75).
Недостатком известного устройства является то, что при увеличении повышения коммутируемой мощности возрастает порог срабатывания устройства, то есть происходит снижение его чувствительности и надёжности.
Известно устройство и способ преобразования ультрафиолетового излучения в электрическую энергию (патент РФ № 2714838, МПК H01L 31/08 опубл. 19.02.2020 Бюл. №5). Содержит основные позиции: оптический фильтр, сцинтиллятор-люминофор, фотоэлектрический преобразователь. Недостатком известного устройства является то, что оно не может самостоятельно включать и выключать электрическую нагрузку в зависимости от наличия или отсутствия ультрафиолетового излучения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство автоматической сигнализации, предназначенное для применения в системах пожарной защиты объектов, где возможно воспламенение пожаровзрывоопасных сред (а.с. СССР №809273, МПК  G 08 B 17/12, опубл. 03.05.79). Устройство содержит фотопреобразoватель, динистор и последовательно включенные тиристор с резистором в цепи управляющего электрода, источник питания и исполнительный элемент.
Недостатком известного устройства является его неработоспособность при освещении фотопреобразователя ультрафиолетовым излучением. При коротком замыкании, вызывающем дуговой разряд, основным является ультрафиолетовое излучение. Возможно ложное срабатывание устройства при попадании солнечного или искусственного освещения на фотопреобразователь. Устройство потребляет электрический ток при включении силового элемента - тиристора. Техническая проблема предотвращения пожара при коротком замыкании на электрических подстанциях не может быть полностью решена по причине того, что известные устройства не обладают помехозащищённостью, не реагируют на ультрафиолетовое излучение дугового разряда при коротком замыкании на электрических подстанциях.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение чувствительности, помехозащищённости и расширение функциональных возможностей устройства предотвращения образования дугового разряда.
В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность повысить чувствительность, помехозащищённость и расширить функциональные возможности устройства за счет того, что фотоэлектрический приёмник снабжен оптическим ультрафиолетовым фильтром, сцинтиллятором-люминофором и фотопреобразователем с максимальной спектральной чувствительностью в инфракрасной области спектра, что позволяет устройству быстро среагировать на появляющийся дуговой разряд и предотвратить развитие дугового разряда при коротком замыкании.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве предотвращения образования дугового разряда, содержащем фотоэлектрический приёмник, токоограничивающий резистор, биполярный транзистор с изолированным затвором, исполнительный механизм, согласно изобретению, фотоэлектрический приёмник снабжен оптическим ультрафиолетовым фильтром, сцинтиллятором-люминофором и фотопреобразователем с максимальной спектральной чувствительностью в инфракрасной области спектра, при этом вывод фотопреобразователя через токоограничивающий резистор подключен к базе биполярного транзистора с изолированным затвором, а исполнительный механизм подключен в цепи коллектора биполярного транзистора с изолированным затвором.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется  чертежами, где на фиг. 1 приведена общая схема устройства предотвращения образования дугового разряда, на фиг. 2  показана оптическая блок схема устройства.
Устройство предотвращения образования дугового разряда содержит фотоэлектрический приёмник 1 с высокой чувствительностью в ультрафиолетовой области спектра, токоограничивающий резистор 2, биполярный транзистор с изолированным затвором 3, исполнительный механизм 4, приводящий в действие систему предотвращения образования дугового разряда при коротких замыканиях на шинах распределительного устройства 5, который подключен к источнику питания (источник питания на чертеже не показан), излучение 6 идущее от места короткого замыкания к фотоэлектрическому приёмнику 1, оптический ультрафиолетовый фильтр 7, выделяющий ультрафиолетовое излучение при коротком замыкании, сцинтиллятор-люминофор 8, служащий для преобразования ультрафиолетового излучения в инфракрасное излучение, фотопреобразователь 9, который преобразует инфракрасное излучение в электрическую энергию.
Биполярный транзистор с изолированным затвором 3 предназначен для включения исполнительного механизма 4. Фотоэлектрический приёмник 1 преобразующий излучение электрической дуги в электрическую энергию.
Оптический ультрафиолетовый фильтр 7, выделяющий ультрафиолетовое излучение при коротком замыкании, сцинтиллятор-люминофор 8, преобразующий ультрафиолетовое излучение в инфракрасное излучение и фотопреобразователь 9, преобразующий инфракрасное излучение в электрическую энергию расположены в фотоэлектрическом приёмнике 1. Фотопреобразователь 9 через токоограничивающий резистор 2 подключен к базе биполярного транзистора с изолированным затвором 3. Исполнительный механизм 4 подключен в цепи коллектора биполярного транзистора с изолированным затвором 3. Излучение 6 электрической дуги на шинах распределительного устройства 5 воздействующее на фотоэлектрический приёмник 1. Биполярный транзистор с изолированным затвором 3 предназначен для включения исполнительного механизма 4. Исполнительный механизм 4 подключает систему предотвращения образования дугового разряда при коротких замыканиях на шинах распределительного устройства 5.
Устройство предотвращения образования дугового разряда работает следующим образом.
В дежурном режиме электрический ток от источника питания через исполнительный механизм 4 отсутствует. При появлении дугового разряда на шинах распределительного устройства 5 возникающее излучение 6 поступает на фотоэлектрический приёмник 1 и проходит через оптический ультрафиолетовый фильтр 7, который выделяет ультрафиолетовое излучение преобразуемое сцинтиллятором-люминофором 8 в инфракрасное излучение, которое поступает на фотопреобразователь 9. Фотопреобразователь 9 преобразует инфракрасное излучение в электрическую энергию. Электрическая энергия поступает через токоограничивающий резистор 2 на базу биполярного транзистора с изолированным затвором 3. Под действием приложенного напряжения открывается биполярный транзистор 3, который включает исполнительный механизм 4, что предотвращает развитие  электрической дуги при коротком замыкании на шинах распределительного устройства 5.
Пример.
Устройство предотвращения образования дугового разряда выполнено со сцинтиллятором-люминофором в виде иттрий-алюминиевого граната диаметром 12 мм, толщиной 2 мм, оптическим ультрафиолетовым фильтром 7 365 нанометров, диаметром 25 мм, толщиной 1 мм, фотопреобразователем на основе матричного солнечного элемента размерами 10 на 10 мм, толщиной 0,5 мм, напряжением 15 Вольт, электрическим током 20 миллиампер. Полупроводниковый ключ выполнен на основе биполярного транзистора с изолированным затвором 3 с максимальным напряжением коллектор – эмиттер 1200 Вольт,  максимальным непрерывным током коллектора 24 ампера, максимальное напряжение затвор – эмиттер 20 Вольт, минимальным пороговым напряжением 8,5 Вольт при токе 15 миллиампер. В качестве исполнительного механизма служит твердотельное реле с максимальным током нагрузки 150 ампер.