СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ЗОНЫ ДЕЙСТВИЯ УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ПРИ ДУГОВОМ ПРОБОЕ Российский патент 2023 года по МПК G01R31/327 

Изобретение относится к области защиты электрических линий, в частности к контролю работоспособности устройств, предназначенных для обнаружения и защиты от искрения в электрических сетях и электроустановках.

Устройства защиты при дуговом пробое (УЗДП; в англоязычной литературе используется аббревиатура AFCI, от Arc-Fault Circuit Interrupter) представляют собой относительно новый тип устройств защиты электрических цепей от пожароопасного перегрева и возгорания, вызванного различными повреждениями и дефектами в этих цепях. УЗДП работают в непрерывном режиме эксплуатации и должны постоянно находиться в состоянии полной функциональной готовности. Подтверждение этой готовности согласно стандарту ГОСТ IEC 62606-2016 производится «функцией контроля, запускаемой вручную и/или автоматически для проверки цепи обнаружения дуги» (п. 8.17 стандарта), осуществление которой является внутренней операцией самого устройства. При этом, во-первых, очевидно отсутствие гарантии исправности самой функции контроля. Во-вторых, большинство изготовителей УЗДП не предоставляют никаких данных о способе данного контроля, что не позволяет оценить степень его полноценности, или достаточности. Далее, такое самотестирование не дает никаких данных о состоянии электрической цепи между УЗДП и точками подключения электроприемников (потребителей электроэнергии защищаемой цепи). Поэтому для надежного подтверждения функциональной готовности УЗДП и защищаемой им цепи необходимо использовать средство контроля, оказывающее внешнее воздействие на проверяемый УЗДП путем подачи воздействия, предпочтительно, из точек подключения электроприемников.

Подобные устройства выпускаются рядом изготовителей, не производящих сами УЗДП, под общим названием AFCI Tester, или тестер УЗДП (далее также «тестер»). Такими тестерами являются, например, устройство Suretest Circuit Analyzer 61-165 компании IDEAL Electrical (доступно в сети Интернет по ссылке https://www.protoolreviews.com/trades/electrical-trades/ideal-suretest-digital-analyzer-61-165/951/), устройство RT310 компании Klein Tools (доступно в сети Интернет по ссылке https://www.kleintools.com/catalog/electrical-testers/afci-gfci-outlet-tester), устройство CT80 компании Extech (доступно в сети Интернет по ссылке http://www.extech.com/products/CT80). Любое из них может быть принято за прототип заявленного изобретения.

Указанные известные устройства имеют ряд свойств, препятствующих их эффективному и широкому применению при массовом внедрении УЗДП, основные из которых следующие.

Все известные тестеры УЗДП являются многоцелевыми приборами, измеряющими большую номенклатуру различных параметров электрической цепи. Поэтому они имеют многочисленные органы управления и индикации и сложные для массового потребителя руководства по эксплуатации. Множество выполняемых функций указанных тестеров ведет к высокой стоимости прибора. Вследствие различных способов распознавания дуги разными УЗДП, тестеры УЗДП, как отмечается в том числе экспертами в данной области техники (см., например, по ссылке в сети Интернет https://www.nachi.org/afci-testers-indicators.htm), не дают гарантии срабатывания конкретного УЗДП и поэтому рассматриваются лишь как вспомогательное средство контроля работоспособности УЗДП.

Наконец, тестеры УЗДП не предназначаются и не производят оценки зоны эффективного действия УЗДП в сети его конкретной инсталляции. Под этим понятием подразумевается совокупность точек подключения электроприемников, в которых дуговой пробой с наименьшим током искрения, предусмотренным стандартом ГОСТ IEC 62606-2016, распознается УЗДП, установленным в данной цепи. Стандарт предусматривает требования к работе УЗДП с определенным набором нагрузок и удлинений в цепи, но реальная цепь может иметь и существенно большее затухание сигналов в различных диапазонах частот при их прохождении от точки пробоя к УЗДП, вследствие чего оно может не сработать.

Универсальным средством контроля работоспособности и зоны действия УЗДП может служить совокупность генераторов дугового пробоя, определенных стандартом ГОСТ IEC 62606-2016. Генератор с кабельным образцом воспроизводит процесс пробоя по карбонизированному участку изоляции, а генератор с электродами – пробой в зазоре, образовавшемся между проводниками. Однако такое устройство имеет слишком большие габариты, дорого и затратно по расходным материалам и трудоемкости в эксплуатации, чтобы служить массовому потребителю.

Оптимальным решением тестера могло бы являться устройство контроля УЗДП, выполненное по следующим принципам:

1) устройство должно генерировать только сигналы, необходимые и достаточные для срабатывания УЗДП с заданным, конкретным алгоритмом распознавания дугового пробоя. Это позволит резко сократить габариты и стоимость изделия. При этом не имеет значения, вызовет ли данное устройство контроля срабатывание УЗДП другого типа;

2) питание устройства контроля производится от точки контроля, в которую оно включено;

3) при разработке устройства контроля амплитуда генерируемых им сигналов должна быть установлена равной по критерию срабатывания УЗДП данного типа амплитуде сигналов, генерируемых дуговым пробоем с наименьшим током искрения, предусмотренным стандартом ГОСТ IEC 62606-2016. Это достигается применением аттенюатора (например, кабеля определенной длины) между УЗДП и генератором дуги. Вначале определяется предельная длина кабеля, при которой сохраняется надежное срабатывание УЗДП от генератора дуги, затем при этой длине кабеля подбирается и закладывается в конструкцию устройства контроля граничная для срабатывания УЗДП величина интенсивности его сигналов. Поскольку предельная длина кабеля для срабатывания от генераторов дуги с кабельным образцом и с электродами может быть разной, выбирается наименьшее из двух значение этой длины.

Таким образом, существует задача создания устройства контроля УЗДП, которое было бы простым и удобным в эксплуатации, обладало компактными размерами и обеспечивало возможность оценки зоны эффективного действия УЗДП в сети его конкретной инсталляции.

Техническим результатом заявленного изобретения является расширение арсенала устройств контроля УЗДП с приданием им новых функциональных возможностей, таких как контроль зоны действия УЗДП, упрощение конструкции устройства и снижение его габаритов.

Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается в предложенном способе контроля работоспособности УЗДП и зоны действия УЗДП (далее для краткости также «способ контроля»), в котором для определения события искрения посредством УЗДП измеряют сигналы напряжения и тока в защищаемой цепи. Для этого, способ включает определение заданных параметров сигналов напряжения и тока в защищаемой цепи, при которых УЗДП регистрирует искрение в защищаемой цепи; обеспечение питания от защищаемой цепи в точке контроля работоспособности УЗДП; генерирование сигналов напряжения и тока с параметрами, соответствующими указанным заданным параметрам сигналов напряжения и тока; и детектирование указанных сгенерированных сигналов тока и напряжения посредством УЗДП с определением события срабатывания УЗДП.

Поставленная задача решается, а заявленный технический результат также достигается еще в одном объекте настоящего изобретения – устройстве контроля работоспособности УЗДП и зоны действия УЗДП (далее для краткости также «устройство контроля»), реализующего указанный способ контроля работоспособности УЗДП и зоны действия УЗДП и содержащего генератор сигналов напряжения и тока, выполненный с возможностью генерирования указанных сигналов, соответствующих заданным параметрам сигналов напряжения и тока в защищаемой цепи, при которых УЗДП регистрирует искрение в защищаемой цепи.

Суть заявленных способа контроля и устройства контроля заключается в том, что устройство контроля генерирует только те сигналы, которые необходимы и достаточны для срабатывания УЗДП с заданным в нем алгоритмом распознавания дугового пробоя. При этом питание устройства контроля производится от точки контроля, в которую оно включено, а амплитуда генерируемых устройством контроля сигналов устанавливается равной по критерию срабатывания УЗДП данного конкретного типа амплитуде сигналов, генерируемых дуговым пробоем. При этом является предпочтительным, если определение указанных заданных параметров сигналов напряжения и тока выполняют для наименьшего тока искрения, регистрируемого УЗДП, в частности, с наименьшим током искрения, предусмотренным стандартом ГОСТ IEC 62606-2016.

Согласно настоящему изобретению, выполнение устройства контроля и реализация им способа контроля ограничивает их применение для конкретного типа УЗДП с заданным в этом УЗДП алгоритмом регистрации события искрения и последующего срабатывания, что значительно упрощает конструкцию устройства контроля и способ его работы, повышает его надежность, а кроме того, позволяет контролировать зону действия УЗДП посредством питания устройства контроля от точки контроля, в которую оно включено.

Далее изобретение более подробно поясняется со ссылкой на приложенные фигуры, где:

на фиг. 1 приведена схема включения заявленного устройства контроля для проверки работоспособности и зоны действия проверяемого УЗДП;

на фиг. 2 показана схема подключения заявленного устройства контроля для определения формы импульсов тока, вырабатываемых устройством контроля;

на фиг. 3 показана осциллограмма напряжения, соответствующая форме импульсов тока, генерируемых устройством контроля.

Описание заявленного устройства контроля и способа его работы приводится на примере его использования с УЗДП согласно патенту РФ № 2660285, однако специалисту будет понятно, что предложенные в настоящем изобретении принципы способа контроля и устройства для его осуществления могут быть реализованы и с любым другим УЗДП в соответствии с алгоритмом работы данного УЗДП.

Итак, для подробного описания примера реализации настоящего изобретения предполагается, что заявленное устройство контроля работоспособности УЗДП и зоны действия УЗДП предназначено для проверки УЗДП, алгоритм работы которого описан в патенте РФ № 2660285 и таким образом является заранее известным и учтенным в конструкции и алгоритме работы устройства контроля.

Устройство контроля включается в цепь как показано на фиг. 1, так что питание устройства 1 контроля осуществляется от контролируемой сети в точке контроля работоспособности УЗДП 2.

Далее, устройство 1 контроля генерирует сигналы напряжения и тока с параметрами, соответствующими параметрам сигналов напряжения и тока, при которых данный тип УЗДП 2 регистрирует искрение в защищаемой цепи.

Применительно к описываемому варианту, в каждом периоде напряжения сети устройство 1 контроля вырабатывает импульс тока с длительностью около 100 мкс. Для этого, в частности, импульс указанной длительности подается на затвор высокочастотного полевого транзистора, исток которого соединен с одним из токонесущих проводов сети, а сток соединяется с другим проводом сети через высокоточный резистор. Крутизна переднего фронта и длительность импульса достаточны для распознавания признаков дугового пробоя по критериям вышеупомянутого алгоритма. Генерация импульсов производится в положительных полупериодах сетевого напряжения через 1 мс после перехода этого напряжения через ноль, что соответствует напряжению сети около 100 В.

Форма импульсов тока может быть отображена осциллограммой напряжения на токовом шунте, подключенном последовательно с устройством 1 контроля в сети 230 В, как показано на фиг. 2. Осциллограмма напряжения, полученная посредством осциллографа 3 и соответствующая форме импульсов тока, генерируемых устройством 1 контроля, приведена на фиг. 3.

Наконец, производится детектирование указанных сгенерированных устройством 1 контроля сигналов тока и напряжения посредством проверяемого УЗДП 2 с определением события срабатывания этого УЗДП 2.

Таким образом, предложенные способ и устройство контроля УЗДП обеспечивают возможность оценки зоны эффективного действия УЗДП в сети, простоту и удобство в эксплуатации, само устройство обладает компактными размерами. В итоге проведенной разработки, габариты и стоимость устройства контроля позволили включить его в комплект поставки каждого УЗДП.

Изобретение относится к области защиты электрических линий, в частности к контролю работоспособности устройств, предназначенных для обнаружения и защиты от искрения в электрических сетях и электроустановках. Сущность: определяют заданные параметры сигналов напряжения и тока в защищаемой цепи, при которых устройство защиты при дуговом пробое (УЗДП) регистрирует искрение в защищаемой цепи, обеспечивают питание устройства контроля работоспособности УЗДП от защищаемой цепи в точке контроля работоспособности УЗДП, генерируют устройством контроля работоспособности УЗДП сигналы напряжения и тока с параметрами, соответствующими указанным заданным параметрам сигналов напряжения и тока, детектируют сгенерированные сигналы тока и напряжения посредством УЗДП с определением события срабатывания УЗДП. Устройство контроля работоспособности и зоны действия УЗДП выполнено с возможностью получения питания от защищаемой сети и содержит генератор сигналов напряжения и тока, выполненный с возможностью генерирования сигналов, соответствующих заданным параметрам сигналов напряжения и тока в защищаемой цепи, при которых УЗДП регистрирует искрение в защищаемой цепи. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ контроля работоспособности устройства защиты при дуговом пробое (УЗДП), определяющего событие искрения посредством измерения сигналов напряжения и тока в защищаемой цепи, и зоны действия УЗДП с использованием устройства контроля работоспособности УЗДП, при этом способ включает:

- определение заданных параметров сигналов напряжения и тока в защищаемой цепи, при которых УЗДП регистрирует искрение в защищаемой цепи;

- обеспечение питания устройства контроля работоспособности УЗДП от защищаемой цепи в точке контроля работоспособности УЗДП;

- генерирование устройством контроля работоспособности УЗДП сигналов напряжения и тока с параметрами, соответствующими указанным заданным параметрам сигналов напряжения и тока;

- детектирование указанных сгенерированных сигналов тока и напряжения посредством УЗДП с определением события срабатывания УЗДП.

2. Способ по п. 1, в котором определение указанных заданных параметров сигналов напряжения и тока выполняют для наименьшего тока искрения, регистрируемого УЗДП.

3. Устройство контроля работоспособности устройства защиты от дугового пробоя (УЗДП) и зоны действия УЗДП для осуществления способа по п. 1 или 2, выполненное с возможностью получения питания от защищаемой сети и содержащее генератор сигналов напряжения и тока, выполненный с возможностью генерирования указанных сигналов, соответствующих заданным параметрам сигналов напряжения и тока в защищаемой цепи, при которых УЗДП регистрирует искрение в защищаемой цепи.