ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ
FIBER OPTICAL ELECTRIC ARC SENSOR

Изобретение относится к области применения полимерного оптического волокна в электротехнике, в частности, к системе защиты шкафов комплектных распределительных устройств (КРУ) и другого электротехнического оборудования от воздействия электрической дуги и искры.
Полимерное оптическое волокно (ПОВ) обладает высокой степенью защищенности от электромагнитного излучения, устойчивостью к многократным изгибам, большим диаметром и апертурой, что значительно упрощает монтаж и техническое обслуживание изделий и позволяет использовать полимерное оптическое волокно в различных областях электротехники, в частности, в датчиках электрической дуги. Следует отметить, что торцевые датчики электрической дуги с использованием полимерного оптического волокна производятся несколькими фирмами и, чтобы составить конкуренцию имеющимся датчикам, необходимо представить датчик, сравнимый по цене, но превосходящий по характеристикам имеющиеся на рынке датчики.
Известен патент РФ (1), технический результат изобретения достигается тем, что датчик состоит из корпуса, дно корпуса выполнено в виде плоско-выпуклой линзы, внутри корпуса параллельно друг другу располагают два полимерных оптических волокна диаметром 1 мм, торцы отрезков полимерного оптического волокна стыкуют - активный отрезок с фотодиодом, контрольный отрезок со светодиодом, причем торцы отрезков полимерного оптического волокна установлены так, чтобы они находились в одной горизонтальной плоскости и в фокусе плоско-выпуклой линзы, излучение дуги воспринимается торцом полимерного оптического волокна и передается на фотодиод, возникающий электрический сигнал отключает электротехническое оборудование, с помощью тестового сигнала светодиода проверяют исправность или неисправность оптического тракта датчика.
Более простое решение реализовано в торцевом датчике электрической дуги производства ООО «ТЦ ПОВ», который состоит из втулки, с размещенным в ней полимерным оптическим волокном диаметром 1,5 мм, торец полимерного оптического волокна располагается в плоскости втулки, излучение дуги попадает на полимерное оптическое волокно, которое стыкуется с фотодиодом, возникающий электрический сигнал отключает электротехническое оборудование. Датчик очень надежен в эксплуатации, однако отсутствует контроль целостности полимерного оптического волокна датчика и недостаточно широкий угол захвата излучения дуги.
Датчики электрической дуги на основе полимерного оптического волокна отличаются друг от друга конструкцией чувствительного элемента, если в патенте(1) это плосковыпуклая линза, то в датчиках фирмы Broadcom два одинаковых по длине отрезка оптического волокна, соединенные с фото- и светодиодами, другие торцы волокон размещены рядом в одной плоскости и введены в цилиндрический тонкостенный пластмассовый корпус с выпуклым сферическим дном. Корпус выполнен из пластмассы и обращен выпуклым сферическим дном внутрь контролируемого отсека электрооборудования, при этом в корпусе размещен прозрачный элемент в виде многогранной пирамиды, вершина которой направлена в сторону сферического дна.
Датчики на основе полимерного оптического волокна имеют недостаточно широкий угол захвата излучения дуги. Задачей предлагаемого изобретения является создание точечного волоконно-оптического элемента датчика электрической дуги и искры на основе полимерного оптического волокна, обеспечивающего высокую надежность, широкий угол обзора, повышенное быстродействие, контроль целостности оптического волокна кабеля.
Основным элементом предлагаемого датчика электрической дуги является чувствительный элемент датчика, состоящий из двухволоконного кабеля из полимерного оптического волокна (ПОВ), размещенного в приемной головке датчика так, что торцы ПОВ несколько выступают с противоположного конца корпуса головки, далее концы ПОВ спаивают, в результате образуется спай шаровидной или эллипсоидной формы, который обеспечивает максимальный угол захвата излучения дуги. Другой стороной оптический кабель соединяют с фотоприемником и излучателем блока регистрации. Кроме захвата излучения дуги и его передачи на фотоприемник блока регистрации для отключения соответствующей ячейки КРУ или иного контролируемого оборудования, в данном типе датчика обеспечивается контроль целостности ПОВ кабеля, периодически поступающий от излучателя световой сигнал проходит через спай в виде шаровидной или эллипсоидной формы и по второму каналу дуплексного кабеля направляется на фотоприемник блока регистрации. Для увеличения угла обзора чувствительный элемент датчика может закрываться колпачком, обладающим объемным диффузным рассеиванием.
Приемная головка датчика располагается в месте возможного возникновения дуги так, что излучение дуги попадает на спай двух ПОВ шаровидной или эллипсоидной формы и по одному из волокон кабеля направляется на фотодиод блока регистрации, который преобразует световой сигнал в электрический, что приводит к отключению контролируемого оборудования, второе волокно кабеля соединяют с излучателем, по которому с помощью периодически поступающего светового сигнала осуществляется тестирование целостности волокна кабеля.
Изобретение иллюстрируют следующие чертежи:
На фиг. 1 изображены: корпус приемной головки (1) датчика в котором размещены два полимерных оптических волокна (2, 3) двухжильного кабеля (4), концы ПОВ образуют спай (5) шаровидной или эллипсоидной формы, на другом конце кабеля расположен двухволоконный разъем (6), который соединяется с фотоприемником (7) и излучателем тестового сигнала (8) блока регистрации (9).
На фиг. 2 изображен вариант приемной головки (1) волоконно-оптического датчика электрической дуги с размещенными полимерными оптическими волокнами (2, 3) двухжильного кабеля (4), концы ПОВ образуют спай (5) шаровидной или эллипсоидной формы, который закрыт колпачком (10) из полимера, обладающего объемным диффузным рассеиванием с возможным содержанием люминофора или смеси люминофоров.
Источники информации принятые во внимание при экспертизе.
1. Патент РФ на изобретение №2733051 С1, 31.102019, опубликован 29.09.2020.