ТЕПЛОВИЗИОННОЕ РЕЛЕ ЗАЩИТЫ

Полезная модель относится к области электротехники и представляет собой тепловизионное реле защиты (далее условное обозначение РТМ), предназначенное для обнаружения перегрева технического оборудования, в частности контактных соединений электрооборудования распределительных устройств 0,4-35 кВ, а также других подверженных нагреву элементов в различных областях их применения.
Из уровня техники известны следующие решения.
Известны системы с температурным контролем электротехнического оборудования, включающие датчики температуры, соединенные c реле, регулирующими работу устройств (патент RU 2591057, опубликованный 10.078.2016, патент RU 2518057, опубликованный 10.06.2014, патент RU 103038, опубликованный 20.03.2010).
Недостаток известных решений заключается в использовании точечных датчиков температуры для температурного контроля электротехнического оборудования, что не позволяет обеспечить непрерывный в пространстве контроль температуры.
Наиболее близким аналогом патентуемого устройства является устройство для контроля состояния электронных плат (патент RU 2033599, опубликованный 20.04.1995), включающий термографический блок в виде тепловизионной матрицы электрически сканируемых ИК-датчиков.
Недостаток известного решения состоит в отсутствии учета температуры окружающей среды при тепловизионном контроле электротехнического оборудования, что может приводить к неточностям при анализе данных от чувствительного элемента.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым устройством, заключается в необходимости температурного контроля электрооборудования на большем пространстве, чем позволяют контролировать устройства, содержащие точечные температурные датчики.
Поставленная задача решается реализацией чувствительного элемента в виде тепловизионной матрицы, осуществляющей измерение показаний с прямоугольного участка плоскости с одновременным контролем температуры окружающей среды.
Технический результат полезной модели заключается в непрерывном мониторинге электрооборудования на наличие перегрева на прямоугольном участке плоскости и автоматическом выявлении недопустимого перегрева контактных соединений с возможностью селективно отличать перегрев контактных соединений от общего повышения температуры в наблюдаемой зоне.
2
2
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции устройства тепловизионного мониторинга, представляющего собой моноблок в пластиковом корпусе, в котором установлен программируемый логический элемент, на внешней поверхности моноблока расположены тепловизионная матрица и индикатор, подключенные к логическому элементу, а также на внешней поверхности моноблока установлены первая разъемная клеммная колодка, обеспечивающая подключение внешних цепей 220 В сечением до 2,5 мм, и вторая разъемная клеммная колодка, обеспечивающая подключение цепей порта RS-485 и датчика температуры окружающей среды сечением до 2,5 мм, подключенные к логическому элементу.
В частном случае на задней панели выполнены отверстия для крепления монтажных зажимов.
В частном случае индикатор представляет собой светодиод.
Чувствительным элементом предлагаемого устройства является тепловизионная матрица, позволяющая осуществлять непрерывный контроль температуры прямоугольного участка плоскости и автоматически выявлять недопустимый перегрев контактных соединений. Такой принцип работы позволяет контролировать большее пространство, чем точечные устройства контроля температуры. Встроенный датчик температуры окружающей среды позволяет селективно отличать перегрев контактных соединений от общего повышения температуры в наблюдаемой зоне. Два дискретных выхода с дублированными контактами позволяют интегрировать устройство в цепи местной и центральной сигнализации и цепи управления устройствами охлаждения.
Патентуемое устройство позволяет провести незамедлительный анализ причин срабатывании сигнализации. Удаленный доступ к данным устройства через приложения для ПК и смартфона по беспроводному Bluetooth-каналу позволяет наблюдать температурный режим контролируемого объекта, не открывая шкаф. Данные визуализируются в виде тепловой карты как для текущего момента времени, так и для предыдущих срабатываний устройства.
Наличие в устройстве интерфейса RS-485 позволяет интегрировать устройство в АСУ по широко распространенному протоколу Modbus-RTU.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.
Фиг. 1 - лицевая панель устройства.
Фиг. 2 - боковая панель устройства.
Фиг. 3 - задняя панель устройства.
Фиг. 4 - нижняя панель устройства.
Фиг. 5 - схема подключения внешних цепей ко клеммным колодкам
Устройство РТМ выполнено в виде моноблока в пластиковом корпусе, ширина которого составляет 75-85 мм, высота - 75-85 мм и глубина 45-55 мм.
На лицевой панели устройства расположены тепловизионная матрица (далее - ТМ) 1, индикатор 2, например, светодиод СТАТУС
На задней панели устройства расположены отверстия для крепления зажимов 3 из монтажного комплекта. Посредством указанных зажимов 3 осуществляется крепление прибора вертикально или горизонтально на рейку DIN-рейку Ω-типа (омега-типа) ТН35-7.5 по ГОСТ Р МЭК 60715- 2003 (или top hat rail EN 50022 - 35×7.5).
На боковой (например, на левой) панели устройства расположена гравировка 4 с назначением пинов разъемных первой 5 и второй 6 клеммных колодок.
На нижней панели устройства расположены: гравировка нахождения разъемных первой и второй клеммных колодок; первая разъемная клеммная колодка 5, обеспечивающая подключение внешних цепей 220 В сечением до 2,5 мм2 в соответствии с фиг. 5, а также вторая разъемная клеммная колодка 6, обеспечивающая подключение цепей порта RS-485 сечением до 2,5 мм2 и температурного датчика 8 в соответствии с фиг. 5.
Работает устройство следующим образом.
Устройство использует тепловизионную матрицу (далее - ТМ) для наблюдения температуры контактных соединений электрооборудования распределительных устройств 0,4-35 кВ, а также других подверженных нагреву элементов в различных областях их применения в контролируемой зоне. Размеры зоны зависят от расстояния до плоскости контролируемых объектов.
На каждом программном цикле программируемый логический элемент устройства:
- считывает данные ТМ о распределении температуры в контролируемой области и данные датчика о температуре окружающей среды;
- выполняет самодиагностику ТМ и датчика измерения температуры;
- выполняет диагностику перегрева в контролируемой области;
- выполняет команды от дискретного входа;
- обеспечивает управление выходными реле и светодиодной индикацией при выявлении перегрева контролируемого оборудования или неисправности устройства;
- производит обмен информацией с АСУ по интерфейсу RS-485.
Устройство выполняет анализ температуры каждого пикселя ТМ. Алгоритм диагностики перегрева срабатывает с задержкой «Задержка на срабатывание» при одновременном выполнении следующих условий:
- температура пикселя превышает пороговое значение;
- перегрев пикселя, относительно температуры окружающей среды превышает значение уставки «Уставка перегрева».
При выявлении перегрева n-ого пикселя формируется выходной логический сигнал «Перегрев - пиксель n», в свою очередь формирующий триггерный выходной логический сигнал «Сигнализация перегрева», участвующий в управлении дискретными выходами.
Пользователь самостоятельно выполняет настройку уставок, примеры которых приведены в Таблице 1.
Таблица 1. Параметры уставок срабатывания реле тепловизионного мониторинга.
Уставка
Размерность
Назначение
Значения «По умолчанию
Мин.
Макс.
Шаг
Уставка перегрева
%
максимальный перегрев
130
120
150
1
Задержка на срабатывание
мин
задержка срабатывания сигнализации перегрева
5
1
30
1
Расстояние до объекта
см
расстояние до плоскости контролируемого объекта
20
10
30
1
В устройстве предусмотрен журнал сигнализации перегрева, включающий до 200 записей (с удалением старых событий при превышении емкости журнала). Хранение журнала событий обеспечено в энергонезависимой памяти в течение всего срока службы устройства.
Дискретные входы и выходы 7 устройства работают в соответствии с таблицей 2. Примеры состояний светодиода работает в соответствии с таблицей 3.
Таблица 2. Функции дискретных входов и выходов устройства первой клеммной колодки.
Номера клемм
Обозначение
Функция
А4:А5
Вход 1
Съем сигнализации
А6:А8
Выход 1
Варианты назначения:- сигнализация перегрева;- сигнализация неисправности;- сигнализация перегрева и неисправности
А9:А11
Выход 2
Таблица 3. Состояния светодиода.
Цвет
приоритет
Условие
Не горит
-
Устройство выключено
Желтый
6
Сработала сигнализация неисправности. Причина, вызвавшая срабатывание, неактивна.
Желтый мигающий
5
Сработала сигнализация неисправности. Причина, вызвавшая срабатывание, активна. Мигание осуществляется с частотой 1 Гц
Красный
4
Сработала сигнализация перегрева. Причина, вызвавшая срабатывание, неактивна.
Красный мигающий
3
Сработала сигнализация перегрева. Причина, вызвавшая срабатывание, активна. Мигание осуществляется с частотой 1 Гц
Синий мигающий
2
Активируется при подключении к устройству с персонального компьютера по Bluetooth. Мигание осуществляется с частотой раз в пять секунд. В перерывах между миганиями светодиод работает соответствии с остальными режимами.
Оранжевый мигающий
1
Активируется при появлении напряжения на дискретном входе. Мигание осуществляется с частотой 3 Гц.
Комплекс может быть интегрирован в систему АСУ с учетом следующих возможностей:
- цифровой последовательный интерфейс связи RS-485 (передача информации на скоростях: 9600, 19200, 38400, 57600 и 115200 бод);
- коммуникационные протоколы Modbus-RTU и МЭК 60870-5-101-2006.
Устройство обеспечивает непрерывный автоматический контроль:
- ТМ:
- датчика температуры окружающей среды:
"При выявлении неисправности анализ температуры пикселей матрицы не осуществляется, формируется выходной сигнал "Сигнализация неисправности", действующий на светодиоодную индикацию и выходное реле (опционально)".
Сигнализация может быть снята любым из следующих способов:
- подачей команды на дискретный вход устройства;
- подачей команды АСУ на съем сигнализации или нажатием кнопки «Сброс» в программе МЕЛИССА для ПК.
В любом из приведенных случаев, формируется выходной логический сигнал «Съем сигнализации», который:
- сбрасывает триггерный сигнал «Сигнализация перегрева»;
- возвращает светодиодную индикацию в неаварийное состояние.
- возвращает выходные реле в начальное состояние.