Датчик электрической дуги

Полезная модель относится к области электроэнергетики, а именно к датчикам электрической дуги, входящим в состав устройств дуговой защиты высоковольтных переключателей и комплектных распределительных устройств (КРУ) от дуговых замыканий.
Датчик электрической дуги предназначен для обнаружения факта возникновения электрической дуги и выработки оперативного выходного сигнала на размыкание контролируемой датчиком токоведущей силовой цепи, на которой возникла электрическая дуга.
Известны датчики электрической дуги, реагирующие на возрастание давления воздуха внутри шкафа КРУ в момент возникновения дуги, например, датчик, описанный в SU 1631655. Возрастание давления в указанном датчике приводит к механическому перемещению специальной заслонки, замыкающей контакты датчика, что обуславливает выработку его выходного сигнала, по которому происходит отключение контролируемой силовой цепи.
Известны датчики электрической дуги, реагирующие на резкое возрастание тока в контролируемой высоковольтной цепи в момент возникновения дуги, например, датчик, описанный в RU 2513032. С помощью указанного датчика измеряются токи в фазах кабеля ячейки КРУ, которые сравниваются с первой эталонной величиной. Если эти токи, хотя бы в одной из фаз, больше первой эталонной величины, датчик вырабатывает выходной сигнал, управляющий отключением выключателя контролируемого кабеля. Дополнительно измеряются токи нулевой последовательности вблизи выводов выключателя и вблизи кабельной воронки со стороны кабеля и вычисляется разность между ними, которая сравнивается со второй эталонной величиной. Если эта разность больше второй эталонной величины, датчик также вырабатывает выходной сигнал на отключение выключателя кабеля.
Известен целый ряд оптических датчиков электрической дуги, которые реагируют на оптическое излучение, создаваемое электрической дугой.
Так, например, известен датчик, описанный в RU 2379811.
Указанный датчик содержит чувствительный элемент, выполненный в виде световода со светопрозрачной оболочкой, расположенного в контролируемом шкафу КРУ, выход которого через фотоэлектронный преобразователь и пороговое устройство соединен с исполнительным органом, вырабатывающим при срабатывании чувствительного элемента сигнал, подаваемый в систему релейной защиты, по которому происходит отключение высоковольтного выключателя силовой цепи, к которой подключен контролируемый шкаф КРУ.
Недостатком рассмотренных датчиков, реагирующих только на один фактор, которым сопровождается возникновение электрической дуги, является возможность их ложного срабатывания от посторонних источников, индуцирующих сигнал той же природы, что и сигнал, контролируемый датчиком.
Большей надежностью контроля обладают датчики, реагирующие не на один, а на два фактора электрической дуги различной физической природы.
Так, известен датчик электрической дуги, описанный в RU2419941, реагирующий на два фактора, которыми сопровождается возникновение дуги, - на световую вспышку, индуцирующую оптическое излучение, и на аварийное возрастание тока в контролируемой токопроводящей шине при возникновении дугового короткого замыкания. Указанный датчик выбран в качестве ближайшего аналога.
Рассматриваемый датчик содержит первый детектор - детектор оптического излучения, в качестве которого использован волоконный световод со светопроницаемой оболочкой, располагаемый в шкафу КРУ. Выход световода подключен к оптическому входу оптического затвора Фарадея, оптический выход которого подключен к оптическому входу фотоприемника. Оптический затвор Фарадея надевается на контролируемую токопроводящую шину так, чтобы быть с ней магнитосвязанным. Он является нормально разомкнутым, и открывается при возрастании магнитного поля вокруг токопроводящей шины, обусловленном появлением тока дугового короткого замыкания. То есть световой сигнал через оптический затвор Фарадея не проходит в отсутствии аварийного возрастания тока в контролируемой шине. Таким образом, оптический затвор Фарадея выполняет роль второго детектора, реагирующего на аварийное возрастание тока. Фотоприемник служит в качестве исполнительного органа и вырабатывает выходной электрический сигнал при условии одновременного появления двух указанных факторов электрической дуги. Указанный сигнал является выходным сигналом датчика, управляющим отключением контролируемой датчиком шины. Он поступает в устройство релейной дуговой защиты на обмотку выключателя, который размыкает токоведущую цепь, в которой возникла дуга.
Однако в данном устройстве приходится интегрировать оборудование для контроля тока в схему высоковольтной электроустановки - закреплять оптический затвор Фарадея на контролируемом силовом кабеле, что снижает удобство установки датчика в зоне расположения контролируемого электрооборудования.
Проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, является повышение удобства установки датчика электрической дуги в зоне расположения контролируемого электрооборудования.
Сущность полезной модели заключается в том, что в датчике электрической дуги, содержащем первый и второй детекторы, предназначенные для обнаружения различных по физической природе сигналов, индуцируемых при возникновении электрической дуги, а также связанный с первым и вторым детекторами исполнительный орган, вырабатывающий выходной сигнал при наличии выходных сигналов первого и второго детекторов, обеспечивающий размыкание контролируемой датчиком токоведущей цепи, согласно полезной модели в качестве первого детектора использован детектор радиочастотного электромагнитного излучения, индуцируемого при возникновении электрической дуги, в качестве второго детектора использован детектор УЗ акустического излучения, индуцируемого при возникновении электрической дуги.
Использование двух каналов детектирования минимизирует вероятность ложного срабатывания датчика, что обуславливает высокую надежность контроля возникновения дуги.
Авторами разработана конструкция датчика дуги, в котором осуществляется контроль новой совокупности индуцируемых электрической дугой излучений -электромагнитного излучения РЧ диапазона частот и акустического излучения УЗ диапазона частот.
Как показали исследования авторов, использование в конструкции датчика первого и второго детекторов, реагирующих соответственно на электромагнитный импульсный радиочастотный сигнал большой амплитуды и на звуковую волну УЗ диапазона частот, которыми сопровождается электрическая дуга, дает хорошие практические результаты для контроля возникновения дуги.
В качестве первого и второго детектора использованы приемники соответственно радиочастотного электромагнитного излучения и акустического УЗ излучения. Для работы указанных детекторов не требуется обеспечивать их непосредственный контакт с контролируемыми силовыми цепями или осуществлять их интеграцию в контролируемое высоковольтное электрооборудование. При этом конструктивные элементы датчика могут быть объединены в единую конструкцию. Указанные факторы обеспечивают удобство размещения датчика в зоне расположения контролируемого электрооборудования.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является создание нового датчика, с помощью которого достигается контроль возникновения электрической дуги, обеспечивающего повышение удобства его установки в зоне расположения контролируемого электрооборудования.
На фигуре представлен общий вид заявляемого устройства.
Датчик содержит первый и второй каналы детектирования, при этом первый канал детектирования включает последовательно соединенные первый детектор 1 РЧ электромагнитного излучения, узел 2 усиления и обработки сигнала, вырабатываемого детектором 1, и узел 3 временной задержки, а второй канал детектирования включает последовательно соединенные второй детектор 4 УЗ акустического излучения, узел 5 усиления и обработки сигнала, вырабатываемого детектором 4, и узел 6 временной задержки.
В качестве первого детектора 1 использован приемник радиочастотного излучения, в частности, представляющий собой катушку индуктивности. В качестве второго детектора 4 использован в частности, микрофон с максимумом чувствительности в ультразвуковой области частот.
Выходы первого и второго каналов детектирования (узлов временной задержки 3 и 6) подключены к входу схемы совпадения 7.
Датчик также содержит исполнительный орган 8, последовательно соединенный со схемой совпадения 7.
Выходной сигнал исполнительного органа 8 является выходным сигналом датчика и предназначен для управления размыканием контролируемой им токоведущей цепи.
В качестве исполнительного органа 8 использован, в частности, тиристор. Выходной сигнал тиристора 8, в частности, обеспечивает подачу напряжения на обмотку высоковольтного реле, входящего в состав внешнего по отношению к датчику устройства 9 релейной дуговой защиты и отключающего защищаемую датчиком силовую цепь.
Узлы 3 и 6 временной задержки служат для гарантированного приема двух видов излучения, имеющих несколько отличающиеся друг от друга скорости распространения, а также для того, чтобы успел сработать релейный механизм 9 отключения токоведущей цепи.
Устройство работает следующим образом.
Датчик, выполненный в виде единой конструкции, размещают в зоне расположения защищаемого высоковольтного оборудования, в частности, устанавливают в шкафу распределительного устройства.
Возникновение электрической дуги в высоковольтной токоведущей сети (в кабеле) сопровождается появлением электромагнитного поля, индуцирующего электромагнитное импульсное излучение в РЧ диапазоне частот, а также появлением звуковой волны, индуцирующей акустическое импульсное излучение в УЗ диапазоне частот.
При появлении каждого из двух указанных видов излучений срабатывают детекторы 1 и 4, выходные сигналы которых усиливаются в узлах соответственно 2 и 5 и преобразуются по амплитуде и длительности соответственно в узлах 3 и 6, а затем поступают на вход схемы совпадения 7.
Выходной сигнал схемы совпадения 7, который вырабатывается только в случае поступления на его вход одновременно двух сигналов, формируемых двумя описанными выше каналами детектирования, поступает на вход исполнительного органа 8. Исполнительный орган 8 вырабатывает выходной сигнал, управляющий отключением контролируемой датчиком цепи, в которой возникла дуга. В частности, выходной сигнал от исполнительного органа 8 подается на обмотку реле устройства 9, с помощью которого осуществляется размыкание указанной цепи.