СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПОЖАРА ПРИ НЕИСПРАВНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ИЛИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКЕ (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК G08B17/06 G08B25/10 

Описание патента на изобретение RU2159468C1

Изобретение относится к области пожарной безопасности и электроэнергетики, а именно к способам и устройствам предупреждения пожаров, возникающих при неисправностях электрических сетей или электроустановок в помещениях, сооружениях, зданиях, самолетах, судах, железнодорожном транспорте и др. объектах.

Эксплуатация жилых, бытовых, производственных и др. объектов нередко сопровождается пожарами, возникающими по причине появления неисправностей в электропроводке или электрической аппаратуре - потребителях электроэнергии. В результате наносится большой материальный и моральный ущерб, нередко сопровождающийся гибелью и (или) увечьем людей.

Известно устройство [1], реагирующее на нестандартную ситуацию на транспортном средстве и автоматически выключающее его систему электропитания, предупреждая тем самым возможность возникновения пожара. Недостатком способа, реализуемого данным устройством, является отсутствие прямой причинно-следственной связи между качеством функционирования системы электропитания и моделью развития происшествия, связанного с возникновением пожара. В этом случае первопричиной возникновения пожара является возникновение нестандартной ситуации, вызывающей появление неисправностей, приводящей в свою очередь к пожару.

Известно устройство [2] , реагирующее на изменение температуры электропроводки, превышение которой является причиной возникновения пожара. Существенным недостатком подобных устройств и способов, ими реализуемых, является их не чувствительность к относительно малым токам (менее допустимых токов нагрузки) переходных сопротивлений. Переходные сопротивления образуются в местах соприкосновения подвижных и неподвижных контактов коммутирующих элементов (реле, выключателях, разъединителях и др.), а также в местах соединения проводов и подключения в электросеть различных элементов (соединительных коробок, штекерных соединений, электрических ламп, плавких вставок и др.). Указанный способ не позволяет обнаружить увеличение переходного сопротивления до опасного значения и сформировать сигнал пожарной опасности или команду на автоматическое отключение электрической сети (электроустановки). Последнее со временем приводит к повышенному выделению тепловой энергии в области увеличенного переходного сопротивления, что и является первопричиной возникновения пожара. Нередко причиной пожара является образование переходного сопротивления в местах обрыва электрических жил проводов.

Аналога, характеризующего способ или устройство предупреждения пожара путем формирования сигнала опасности по величине и (или) интенсивности тока переходного сопротивления, не обнаружено.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство [3], содержащее датчик тока и формирователь сигнала отключения (два пороговых элемента и интегратор, элемент ИЛИ, усилитель мощности и исполнительный орган).

Это устройство позволяет отключать электросеть (электроустановку) в случае выхода величины электрического тока нагрузки за допустимые значения, тем самым предупреждая возникновение пожара в ней. Данное устройство является ближайшим аналогом из числа известных и принято за прототип.

В прототипе предусматривается отключение электросети (электроустановки) при наличии в ней электрического тока, обязательно превышающего величину допустимой нагрузки.

Существенным недостатком прототипа является его нечувствительность к образованию в электрической сети (электроустановке) переходного сопротивления или его увеличению. Это не позволяет в случае возникновения в этой сети (электроустановке) неисправности, связанной с образованием переходного сопротивления или его увеличением, осуществить защитное противопожарное отключение или сформировать предупреждающий сигнал о возникновении пожароопасной ситуации.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает защиту помещений (сооружений, зданий и др. объектов) от пожаров путем предупреждения о возникновении пожароопасной ситуации или отключения электрической сети (электроустановки) по средством автоматического выявления в ней неисправности, связанной с несанкционированным образованием или увеличением переходного сопротивления.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известных систем предупреждения о создании пожароопасной ситуации в жилых, бытовых, производственных и др. объектах, оснащенных функционирующими электрическими сетями и электроустановками.

Цель достигается тем, что в область контролируемых операций, определяющих пожароопасную ситуацию, вводится операция контроля параметра Rперех переходного сопротивления 1 (Фиг. 1), образуемого или увеличивающего свое значение при неисправности в электрической сети 2 или электроустановке 3. При этом суммарная величина электрических токов второй и (или) более высоких гармоник, протекающих по электрической цепи 4, определяется данным параметром Rперех и определяется устройством 5. По результатам контроля делается вывод о противопожарном состоянии жилых, бытовых, производственных и др. объектов и при необходимости формируется предупреждающий сигнал и (или) команда на отключение электрической сети (электроустановки).

Предлагаемые операции способа поясняются схемами, представленными на фиг. 2, 3, 4, на которых изображены:
Фиг. 2 - структурная схема устройства;
Фиг. 3 - график 1 изменения тока в сети при отсутствии неисправности, график 2 изменения тока в сети при наличии неисправности, график 3 сигнала помехи на выходе блока накопления;
Фиг. 4 - график 1 изменения сигнала на выходе блока выпрямления, график 2 изменения сигнала на выходе блока накопления.

На фиг. 2 представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство 5 содержит: блок 6 измерения суммарного тока в электрической сети 2; блок 7 формирования высокочастотного спектра сигнала (второй и (или) более высоких гармоник) путем фильтрации первой гармоники или всего низкочастотного спектра; блок 8 усиления (при необходимости) сигнала выделенного высокочастотного спектра; блок 9 выпрямления усиленного сигнала; блок 10 накопления выпрямленного сигнала; блок 11 задержки; блок 12 сравнения величины накопленного сигнала с заданным (заданными) значением (значениями) с нуль-органом 13; блок 14 формирования предупреждающего сигнала (сигналов) и (или) команды на отключение электрической сети (электроустановки); исполнительный орган 15 отключения электрической сети (электроустановке); блок 16 питания.

Устройство 5 с помощью блока 6 измерения тока, выполненного в виде, например, трансформатора тока, подключено к одному из проводов электрической сети (электроустановки) в заранее выбранном месте, например у вводного щита в квартиру (дом, склад, цех, транспортное средство и т.д.).

Устройство работает следующим образом. При исправном состоянии электрической сети (электроустановки) по ее проводу, являющемуся одновременно первичной обмоткой трансформатора тока блока 6 измерения, протекает электрический ток частотой питающей сети, величина которого равна сумме токов нагрузки всех потребителей (график 1 фиг. 3). ЭДС, наведенная во вторичной обмотке трансформатора тока, поступает на вход блока 7 формирования сигнала высокочастотного спектра, выполненного, например, в виде фильтра LC, настроенного, например, на первую гармонику. Таким образом, сигнал, частота которого равна частоте питающей сети, практически полностью отфильтровывается и на входе блока 8 усиления независимо от величины тока нагрузки при отсутствии неисправности величина сигнала всегда близка к нулю. Поэтому после блоков 9 выпрямления и 10 накопления будет иметь место постоянная составляющая, величина которой определяется погрешностью настройки фильтра, нелинейными искажениями измеряемого тока нагрузки и допустимыми значениями переходных сопротивлений в каждом из контактов коммутационной аппаратуры и монтажных соединений и воспринимается блоком 12 сравнения как логический нуль. При этом, контролю подвержена вся электрическая сеть (все электроустановки), находящиеся за местом установки устройства 5 (в приведенном примере за вводным щитом).

При возникновении неисправности, связанной с образованием или увеличением переходного сопротивления 1, в электрической цепи 4 появляется (возрастает) высокочастотная составляющая электрического тока (второй и (или) более высоких гармоник), накладывающаяся на ток суммарной нагрузки. На вторичной обмотке трансформатора тока блока 6 измерения наводится ЭДС, форма которой представлена на графике 2 фиг. 3. На выходе блока 7 появляется сигнал высокочастотного спектра, например второй и более высоких гармоник, поступающий на вход блока 8 усиления (график 2, фиг. 3). Усиленный сигнал выпрямляется в блоке 9 (график 1, фиг. 4) и поступает затем в блок 10 накопления. В блоке 10 накопление импульсов осуществляется по командам с блока 11 задержки, который включается в работу по первому поступившему импульсу, достигшему значения первого уровня срабатывания компаратора блока 12 сравнения, и формирует продолжительность τ3 накопления (интегрирования) последующих импульсов (график 2, фиг. 4). При этом уровень накопленного сигнала определяется интенсивностью и величиной поступающих в блок 10 импульсов.

В устройстве предусматривается схема исключения ложного формирования сигнала (команды) при поступлении на промежутке τ3 отдельных импульсов, не представляющих пожарной опасности. Так, если между соседними импульсами образовался интервал, превышающий величину времени разряда интегрирующего элемента (например, конденсатора C) блока 10, то в этом случае с нуль-органа 13 блока 12 сравнения на блок 11 задержки выдается команда на прекращение задержки. При этом сигнал на выходе блока 10 накопления имеет нулевой уровень, что означает приведение устройства 5 в исходное состояние и готовность его к следующему циклу работы
Расчет времени τ3, с одной стороны, проводят с учетом исключения за время контроля возможности перерастания пожароопасной ситуации в пожар (τ3≪ τпож).

С другой стороны, расчет времени τ3 проводят с учетом исключения возможности ложного формирования сигнала о пожароопасной ситуации при проведении в случайный момент времени штатной операции по включению (отключению) нагрузки или ее части. В этом случае в электрической сети возникает переходной процесс продолжительностью τ1 (график 3, фиг. 3), сопровождающийся появлением на входе блока 10 накопления одиночного высокочастотного импульса, накапливаемого блоком 10 в течение времени (3-5)τ22 - постоянная заряда интегрирующего элемента блока накопления).

τ3≫ τ1,

Таким образом,

где τпож - минимально возможное время от начала возникновения пожароопасной ситуации до возникновения пожара;
τ1 - время переходного процесса коммутационного элемента электрической сети (электроустановки), имеющего максимальную продолжительность (практически для всех элементов может быть принято равным, например, одной секунде.

τ2 - постоянная времени накопления импульсов (заряда конденсатора C), поступающих с блока 9 импульсов (τ2= (3-5)C•Rзаряда).
- постоянная времени разряда интегрирующего элемента (например, конденсатора C) блока 10 при отсутствии на его входе сигнала

Rзаряда - сопротивление настройки зарядной кривой блока 10;
R1 - сопротивление настройки разрядной кривой блока 10;
Rвх.компаратора - входное сопротивление компаратора блока 12.

Блок 12 сравнения может включать в себя несколько компараторов. Компараторы более низкого уровня с помощью блока 14 формируют сигналы, предупреждающие о возникновении соответствующей степени пожароопасной ситуации (график 2 фиг.4). Соответствующий сигнал поступает на схему исполнительного органа 15 для включения соответствующего, например, светового и (или) звукового сигнала. Компаратор верхнего уровня формирует команду на отключение электрической сети (электроустановки) и выдает ее на исполнительный орган 15.

Предлагаемое техническое решение отличается от известных тем, что оно содержит в себе операции и устройства выделения и использования высокочастотного спектра сигнала, несущего в себе информацию о возникновении и развитии пожароопасной ситуации.

В научно-технической литературе не обнаружено технических решений с указанной выше совокупностью признаков. Следовательно, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию НОВИЗНА.

При этом цель изобретения достигается всей введенной совокупностью дополнительных операций, элементов и связей, которая не была известна до даты заявки технического решения, что позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение отвечает критерию СУЩЕСТВЕННЫЕ ОТЛИЧИЯ.

В результате внедрения данного изобретения на промышленных и бытовых объектах, а также в структурах контроля качества проектирования и эксплуатации этих объектов повышается их пожарная безопасность. Снижается количество случаев возгорания в жилых и производственных помещениях, сооружениях, зданиях, самолетах, судах, железнодорожном транспорте и др. объектах, использующих электрические сети и (или) электроустановки.

Внесение устройств, реализующих предлагаемый способ, предполагает использование серийных комплектующих узлов и элементов. Это не требует перестройки предприятий промышленности и частных фирм на выпуск новой номенклатуры продукции. Устройства могут быть разработаны и изготовлены в одном исполнении с известными автоматами защиты, что расширит их функциональные возможности и существенным образом повысит их эффективность.

Экономический и моральный выигрыш от внедрения изобретения определяется числом сохраненных жизней, а также количеством и стоимостью жилых, производственных и др. объектов, спасенных от пожаров путем применения предлагаемого технического решения.

Таким образом, внедрение предлагаемого способа предупреждения пожара при неисправности в электрической сети или электроустановке обеспечит эффективную защиту людей, жилых, производственных и др. объектов от поражающего действия пожаров, а также обеспечит существенную экономию материальных и финансовых средств каждого гражданина и государства в целом.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.

1. Патент России 2120865 C1, кл. B 60 K 28/14, A 62 C 3/07.

2. Патент США 5654684, нац. кл. 361/1.

3. Патент России 0001581 U1, кл. H 02 N 3/08.

Похожие патенты RU2159468C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПОЖАРА ОТ ИСКРЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ИЛИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2003
  • Королев И.С.
  • Королев А.И.
  • Новикова Е.И.
RU2254615C2
СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПОЖАРА ОТ ИСКРЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ИЛИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2013
  • Королев Игорь Сергеевич
  • Королев Андрей Игоревич
  • Новикова Елена Игоревна
RU2571513C2
СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПОЖАРА ОТ НЕИСПРАВНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ИЛИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2006
  • Королев Игорь Сергеевич
  • Королев Андрей Игоревич
  • Новикова Елена Игоревна
RU2342711C2
Способ предупреждения происшествий от дефектной дуги в электрической сети или электроустановке переменного тока и устройство для его осуществления 2021
  • Королев Игорь Сергеевич
RU2782673C1
Способ предупреждения происшествий от дефектной дуги в электрической сети или электроустановке переменного тока и устройство для его осуществления 2022
  • Королев Игорь Сергеевич
RU2799971C1
СПОСОБ ИМИТАЦИИ ИСКРЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2013
  • Королев Игорь Сергеевич
  • Королев Андрей Игоревич
  • Новикова Елена Игоревна
RU2571521C2
СПОСОБ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПОЖАРА ОТ ИСКРЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ ИЛИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2012
  • Мкртумов Александр Сергеевич
  • Немцов Алексей Николаевич
  • Немцов Федор Николаевич
RU2528137C2
СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПОЖАРА ОТ ИСКРЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ИЛИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2008
  • Кривов Юрий Николаевич
  • Тонкий Леонид Васильевич
  • Царев Анатолий Борисович
RU2374691C1
СПОСОБ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПОЖАРА ОТ БОЛЬШИХ ПЕРЕХОДНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ ИЛИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2014
  • Мкртумов Александр Сергеевич
  • Немцов Алексей Николаевич
  • Немцов Федор Николаевич
RU2580011C1
Способ предупреждения происшествия при неисправности в электрической сети постоянного и переменного тока и устройство для его осуществления 2016
  • Королев Игорь Сергеевич
RU2650105C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 159 468 C1

Реферат патента 2000 года СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПОЖАРА ПРИ НЕИСПРАВНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ИЛИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКЕ (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области пожарной безопасности и электроэнергии, а именно к способам и устройствам предупреждения пожаров, возникающих в помещениях, сооружениях, зданиях, самолетах, судах, железнодорожном транспорте и др. объектах из-за неисправностей в электропроводке и др. элементов электрических сетей или электроустановок. Способ базируется на использовании в качестве контролируемого параметра величины переходного сопротивления путем измерения тока высокочастотного спектра (второй и более высоких гармоник), являющегося функцией этого сопротивления. По результатам контроля формируется предупреждающий сигнал или команда на отключение электрической сети (элетроустановок). Переходные сопротивления образуются в местах соприкосновения подвижных и неподвижных контактов коммутирующих элементов (реле, выключателях, разъединителях и др.), а также в места соединения проводов и подключения в электросеть различных элементов (соединительных коробок, штекерных соединений, электрических ламп, плавких вставок и др.). Аналога, характеризующего способ или устройство предупреждения пожара путем формирования сигнала пожарной опасности по величине и(или) интенсивности тока переходного сопротивления, не обнаружено. В результате внедрения данного изобретения в жилых и производственных помещениях, сооружениях, зданиях, самолетах, судах, железнодорожном транспорте и других объектах, а также в структурах контроля качества проектирования в эксплуатации этих объектов повышается их пожарная безопасность, что является техническим результатом. 3 с.п.ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения RU 2 159 468 C1

1. Способ предупреждения пожара в электрической сети, в соответствии с которым измеряют суммарный электрический ток в электрической сети, отличающийся тем, что путем фильтрации первой гармоники или всего низкочастотного спектра измеренного суммарного тока формируют суммарный сигнал второй и/или более высоких гармоник, усиливают его, выпрямляют усиленный сигнал и накапливают его в течение установленного времени, сравнивают величину накопленного сигнала с заданным значением или с заданными значениями первого или более высоких уровней сравнения, принятыми для соответствующих степеней пожароопасности электрической сети, в зависимости от величины накопленного сигнала формируют сигнал или сигналы предупреждения о возникновении пожароопасной ситуации и/или формируют команду на отключение электрической сети. 2. Способ предупреждения пожара в электроустановке, в соответствии с которым измеряют суммарный электрический ток в электроустановке, отличающийся тем, что путем фильтрации первой гармоники или всего низкочастотного спектра измеренного суммарного тока формируют суммарный сигнал второй и/или более высоких гармоник, усиливают его, выпрямляют усиленный сигнал и накапливают его в течение установленного времени, сравнивают величину накопленного сигнала с заданным значением или с заданными значениями первого или более высоких уровней сравнения, принятыми для соответствующих степеней пожароопасности электроустановки, в зависимости от величины накопленного сигнала формируют сигнал или сигналы предупреждения о возникновении пожароопасной ситуации и/или формируют команду на отключение электроустановки. 3. Устройство для предупреждения пожара, содержащее блок измерения суммарного тока в электрической сети или электроустановке, блок усиления, 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, исполнительный орган для оповещения и/или отключения, блок питания, отличающееся тем, что введен блок формирования суммарного сигнала второй и/или более высоких гармоник, вход которого подключен к выходу блока измерения суммарного тока, а выход - к входу блока усиления.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2000 года RU2159468C1

Визирный прибор 1924
  • Кудрявцев Н.Ф.
SU1581A1
УСТРОЙСТВО ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 1995
  • Стулий Юрий Григорьевич
RU2120865C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИГНАЛИЗАЦИИ О ПОЖАРЕ 1991
  • Фролов А.Н.
  • Беликов В.П.
  • Бушуев Ю.Г.
  • Батусов Б.А.
RU2017221C1
US 5654684 A, 05.08.1997.

RU 2 159 468 C1

Авторы

Королев И.С.

Королева Е.И.

Даты

2000-11-20Публикация

2000-01-12Подача