ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2013 года по МПК H02H9/04 

Данное изобретение относится к предохранительному устройству для защиты электрической системы типа, указанного в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Рассматриваемое предохранительное устройство защищает электрическую систему от негативного воздействия и/или разрушения вследствие проявления неисправности.

В контексте данного описания под проявлением неисправности подразумевается событие, вследствие возникновения которого в электрическую систему вводится электрическая энергия, а именно так, что обычное функционирование электрической системы ухудшается или нарушается. Примером проявления неисправностей являются удары молнии или статические разряды, вследствие которых в электрической системе наводятся, например, через гальваническую, индуктивную или емкостную связь, импульсы перенапряжения и/или тока перегрузки, разрушающие систему или нарушающие ее функционирование.

Конструкция и принцип действия вышеназванных предохранительных устройств для электрических систем специалисту известны, поэтому в рамках данного изобретения в дополнительном пояснении они не нуждаются.

Однако известным предохранительным устройствам присущ недостаток, заключающийся в том, что при контроле, проверке и/или техническом обслуживании они очень затратные. Особенно велики эти затраты в случае сложных, например, многокаскадных, предохранительных устройств.

Сообразно этому задача изобретения состоит в том, чтобы предложить предохранительное устройство, устраняющее описанные недостатки.

В изобретении эта задача решается благодаря предохранительному устройству с признаками пункта 1 формулы изобретения. Кроме того, в изобретении предлагается способ по п.11.

В соответствии с изобретением предохранительное устройство, имеющее ряд защитных элементов, например, газовых разрядников, варисторов, защитных стабилитронов и, смотря по обстоятельствам, других элементов, контролируется и проверяется при помощи средства диагностирования, причем так, что этот контроль охватывает все предохранительное устройство, так что контроль и проверка отдельных защитных элементов больше не требуется.

Таким образом, предпочтительным образом уменьшаются затраты на контроль, проверку и/или техническое обслуживание рассматриваемых предохранительных устройств.

Остальные варианты осуществления изобретения следуют из предметного описания, чертежей и признаков зависимых пунктов формулы изобретения.

Далее изобретение описывается более подробно на основе предметного описания и прилагаемых чертежей.

На чертежах изображено следующее.

Фиг.1. Схематичное изображение (в виде электрической схемы) предлагаемого предохранительного устройства.

Фиг.2. Схематичное изображение примерной кривой напряжения.

На фиг.1 показано примерное предохранительное устройство 1 для защиты электрических систем от проявлений неисправности.

Вначале опишем конструкцию предохранительного устройства 1.

В данном примере осуществления изобретения оба искровых разрядника между двумя цепями Е1-А1 и Е3-А3 и двумя цепями Е2-А2 и Е3-АЗ в районе входа предохранительного устройства 1 в каждом случае установлены в элементе, имеющем обозначение FS. Этот элемент предохранительного устройства обозначается как малочувствительная защита, она "уничтожает" большую часть энергии, введенной в предохранительное устройство 1 из-за проявления неисправности.

Остальная часть предохранительного устройства 1 обозначается как высокочувствительная защита, она служит, прежде всего, для ограничения возникающих напряжений до уровня, не опасного для защищаемой электрической системы. Входная клемма Е1 через резистор R1 соединена с выходной клеммой А1. Параллельно выходной клемме А1 и выходной клемме A3, имеющей потенциал РЕ защитного заземления, включен защитный стабилитрон SD1. Соответственно входная клемма Е2 через резистор R2 соединена с выходной клеммой А2; параллельно выходной клемме А2 и выходной клемме A3, имеющей потенциал РЕ защитного заземления, включен защитный стабилитрон SD2.

Количество каскадов защиты, то есть малочувствительной и высокочувствительной защиты, двумя каскадами не ограничено, также как не ограничено двумя цепями и число вышеописанных цепей. Эта конструкция приведена лишь для примера, в зависимости от случая применения она может быть разной, ее могут расширить или изменить, тем не менее оставаясь в рамках данного изобретения.

Не показанная на чертеже электрическая система, защищаемая от проявлений неисправности, например, измерительный усилитель или промышленный ПК, подключена к предохранительному устройству через выходные клеммы А1-A3. В зависимости от применения входные клеммы Е1-Е3 со своей стороны соединены с источниками сигналов и/или устройствами, подающими электрическую энергию, например, с сетью электроснабжения.

В каждом случае установку и подключение предохранительного устройства 1 и защищаемой электрической системы осуществляют так, что электрическая энергия, вводимая в случае проявления неисправности, вводится с входной стороны предохранительного устройства 1. Специалисту это известно.

Если возникает проявление неисправности, то в предохранительное устройство 1 вводится электрическая энергия. Вследствие этого ввода через защитные элементы, в данном случае через показанные на чертеже элементы с обозначениями FS, SD1 и SD2, текут токи, которые могут привести к разрушению этих защитных элементов, если величина этих токов превышает значение, допустимое для соответствующего элемента. Эти значения могут относиться к длительности и/или величине тока.

Предлагаемое предохранительное устройство 1 имеет схематично изображенное средство 2 диагностирования для определения функционального состояния предохранительного устройства 1, причем средство 2 диагностирования содержит не показанное на чертеже устройство распознавания проявления неисправности для определения проявлений неисправности, а также не показанное на чертеже измерительное устройство для регистрации кривых напряжения между первой точкой измерения и второй точкой измерения. В вышеописанном примере осуществления изобретения первая точка 3 измерения имеет потенциал выходной клеммы A3, вторая точка 4 измерения - потенциал выходной клеммы А4. Ниже напряжение или зарегистрированную таким образом кривую напряжения между двумя точками измерения мы будет называть "остаточным напряжением" - смотри на оси напряжений обозначение U_R.

Измерительное устройство регистрирует/измеряет кривую напряжения непрерывно, через определенные промежутки времени и/или в установленные моменты времени. При помощи значений напряжения на кривой напряжения, зарегистрированных измерительным устройством, устройство распознавания проявления неисправности на основании заранее установленных признаков, например, на основании определенного роста, определенного значения напряжения и/или определенного диапазона напряжения определяет проявление неисправности. Разумеется, заранее установленные признаки определяют и задают в зависимости от применяемых защитных элементов (FS, SD1, SD2). Кроме того, признаки, на основании которых распознают проявление неисправности, могут представлять собой временные характеристики. Так, для определения проявления неисправности устройством распознавания проявления неисправности может требоваться, чтобы определенный рост, определенное значение напряжения или определенный диапазон напряжения был распознан этим устройством в определенный промежуток времени. Эта привязка ко времени также может зависеть от применяемых защитных элементов (FS, SD1, SD2).

Если устройство распознавания проявления неисправности определяет проявление неисправности, то измерительное устройство, имеющее для этого необходимые средства, проверяет, удовлетворяет ли кривая напряжения ряду заранее установленных критериев. Если кривая напряжения удовлетворяет этому ряду заранее установленных критериев, то средство 2 диагностирования определяет функциональное состояние предохранительного устройства 1 как работоспособное, если же кривая напряжения ряду заранее установленных критериев не удовлетворяет, то средство 2 диагностирования определяет функциональное состояние предохранительного устройства 1 как неработоспособное.

Ряд заранее устанавливаемых и заранее установленных критериев может содержать многообразие отдельных критериев. Отдельные критерии в свою очередь могут относиться к росту, значениям напряжения и диапазонам напряжения и зависеть от примененных защитных элементов и/или защищаемой электрической системы.

На фиг.2 для примера показана кривая напряжения, зарегистрированная измерительным устройством между двумя точками 3, 4 измерения. При помощи показанной примерной кривой напряжения в частности поясняется критерий, касающийся диапазона значений напряжения.

Кривая напряжения показана в системе координат, причем горизонтальная ось (t in µS - время в микросекундах) представляет собой ось времени, а вертикальная ось (U in Volt - напряжение в вольтах) - ось напряжений.

Обозначенная черной линией кривая 5 напряжения в интервале от 0 секунд до момента времени t₁ круто поднимается, а в момент времени t₁ переходит в горизонтальную линию, в сущности параллельную оси времени и еще продолжающуюся в момент времени t₂.

Кроме того, на этом графике пунктирной линией обозначено номинальное напряжение (U_N=24 В), например, напряжение питания защищаемой электрической системы, поданное между входными клеммами Е2 и Е1 (см. фиг.1), причем на фиг.1 напряжение питания обозначено стрелкой U_E.

Кроме того, на графике для примера показано верхнее значение 6 напряжения (здесь, например, 70 В) и нижнее значение 7 напряжения (здесь 50 В). Чтобы удовлетворять критерию, касающемуся данного диапазона напряжения, кривая напряжения должна лежать между этими двумя значениями напряжения. Как видно из фиг.2, показанная на чертеже кривая этому критерию удовлетворяет (U_R=60 В). В этом случае средство диагностики определяет функциональное состояние предохранительного устройства как работоспособное.

Далее, для определения работоспособного состояния необходим критерий, относящийся к промежутку времени, например, критерий, заключающийся в том, что определенное значение напряжения, как показано на фиг.2, должно сохраняться в определенном интервале времени (t₂-t₁), или в том, что кривая напряжения должна проходить в определенном диапазоне напряжений не более, чем в течение определенного интервала времени.

Кроме того, может оказаться целесообразным, выполнить измерительное устройство так, что измерения, осуществляемые для регистрации кривой напряжения, производятся через определенные промежутки времени, например, каждые 10 миллисекунд, и/или измерения осуществляются в определенные заданные моменты времени.

Если средство 2 диагностики обнаруживает заранее установленное функциональное состояние, то это состояние может быть отображено при помощи индикатора, например, светодиода, или посредством сигнального устройства, например, двухпозиционного реле с коммутируемым нормально-замкнутым контактом, и/или может быть направлено для последующей обработки в дополнительные электрические устройства, смотря по обстоятельствам, более высокого порядка. Описанными примерами реализации изобретение не ограничивается, эти примеры легко модифицируются. В частности, названные признаки могут выполнить в комбинациях, отличающихся от названных комбинаций.

Кроме того, для определения функционального состояния или проявления неисправности также можно использовать токи или кривые тока и контролировать их способом, аналогичным описанному контролю напряжений или кривых напряжения.

Изобретение относится к предохранительному устройству для защиты электрической системы. Технический результат заключается в уменьшении затрат на контроль, проверку и/или техническое обслуживание рассматриваемых предохранительных устройств. Для этого заявленное предохранительное устройство (1), содержащее, по меньшей мере, один защитный элемент (FS, SD1, SD2) для защиты электрической системы от негативного воздействия и/или разрушения вследствие проявления неисправности, и содержащее средство (2) диагностирования для определения функционального состояния предохранительного устройства (1), в зависимости от случая применения заявленного защитного устройства, имеет измерительное устройство и устройство распознавания проявления неисправности. Измерительное устройство предназначено для замеров кривой напряжения между первой и второй точкой (3, 4) измерения, причем измерительное устройство выполнено так, что если устройство распознавания проявления неисправности на основании ряда заранее установленных признаков определяет проявление неисправности, то измерительное устройство проверяет, удовлетворяет ли кривая напряжения ряду заранее установленных критериев. Предохранительное устройство (1) определяется средством (2) диагностики как работоспособное, если зарегистрированная измерительным устройством кривая напряжения удовлетворяет ряду заранее установленных критериев, и как неработоспособное, если зарегистрированная измерительным устройством кривая напряжения не удовлетворяет ряду заранее установленных критериев. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Предохранительное устройство (1), содержащее, по меньшей мере, один защитный элемент (FS, SD1, SD2) для защиты электрической системы от негативного воздействия и/или разрушения вследствие проявления неисправности, причем
предохранительное устройство (1) имеет средство (2) диагностирования для определения функционального состояния предохранительного устройства (1), содержащее измерительное устройство и устройство распознавания проявления неисправности,
причем измерительное устройство предназначено для замеров кривой напряжения между первой и второй точками (3, 4) измерения, причем измерительное устройство выполнено так, что если устройство распознавания проявления неисправности на основании ряда заранее установленных признаков определяет проявление неисправности, то измерительное устройство проверяет, удовлетворяет ли кривая напряжения ряду заранее установленных критериев, таким образом, что предохранительное устройство (1) определяется средством (2) диагностики как работоспособное, если зарегистрированная измерительным устройством кривая напряжения удовлетворяет ряду заранее установленных критериев, и предохранительное устройство (1) определяется средством (2) диагностики как неработоспособное, если зарегистрированная измерительным устройством кривая напряжения не удовлетворяет ряду заранее установленных критериев,
отличающееся тем, что ряд заранее установленных признаков содержит, по меньшей мере, один признак, касающийся заранее установленного изменения кривой напряжения и/или признак, касающийся заранее установленного значения напряжения кривой напряжения, и/или заранее установленный диапазон значений напряжения кривой напряжения, причем ряд заранее установленных критериев содержит, по меньшей мере, критерий, определяющий диапазон значений напряжения, причем заранее устанавливаемые признаки, критерии и/или требования установлены в зависимости от примененного защитного элемента или примененных защитных элементов.

2. Предохранительное устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что диапазон значений напряжения имеет заранее установленное нижнее значение (7) напряжения и заранее установленное верхнее значение (6) напряжения.

3. Предохранительное устройство (1) по п.2, отличающееся тем, что нижнее значение (7) напряжения составляет 50 В, а верхнее значение (6) напряжения - 70 В.

4. Предохранительное устройство (1) по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что признаки и критерии связаны с требованиями, относящимися к заранее устанавливаемым моментам времени и/или интервалам времени.

5. Предохранительное устройство (1) по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что осуществляемые измерительным устройством измерения производятся через заранее устанавливаемые промежутки времени и/или в заранее устанавливаемые моменты времени.

6. Предохранительное устройство (1) по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что предохранительное устройство (1) имеет индикатор для индикации функционального состояния, определенного средством (2) диагностики.

7. Предохранительное устройство (1) по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что предохранительное устройство (1) имеет сигнальное устройство для направления сообщения о функциональном состоянии, определенном средством (2) диагностики.

8. Способ эксплуатации предохранительного устройства (1) по любому из пп.1-7, при котором
измерительное устройство регистрирует кривую напряжения между первой и второй точками (3, 4) измерения, а измерительное устройство, если устройство распознавания проявления неисправности на основании ряда заранее установленных признаков определяет проявление неисправности, проверяет, удовлетворяет ли кривая напряжения ряду заранее установленных критериев, и
причем предохранительное устройство (1) определяется средством (2) диагностики как работоспособное, если зарегистрированная измерительным устройством кривая напряжения удовлетворяет ряду заранее установленных критериев, и предохранительное устройство (1) определяется средством (2) диагностики как неработоспособное, если зарегистрированная измерительным устройством кривая напряжения не удовлетворяет ряду заранее установленных критериев.