Способ диагностики и контроля кабельных линий низкого напряжения на наличие дуговых пробоев Российский патент 2025 года по МПК H02H7/26 G01R31/12 

Изобретение относится к области пожарной безопасности и электроэнергетики, а именно, к способам диагностики и контроля кабельных линий переменного тока низкого напряжения, в том числе размещенных в труднодоступных местах, выявления дуговых пробоев независимо от конфигурации кабельной трассы, и может быть использовано для обнаружения и защиты при дуговом пробое (искрении) в кабельных линиях низкого напряжения в электроустановках, помещениях, сооружениях, зданиях и др. объектах.

По данным статистического сборника статистики пожаров и их последствий «Пожары и пожарная безопасности» Федерального государственного бюджетного учреждения «Всероссийский ордена "Знак Почета" научно-исследовательский институт противопожарной обороны Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий», количество пожаров по причине нарушения правил устройства и эксплуатации электрооборудования остается на втором месте на протяжении нескольких последних лет [https://ptm01.ru/assets/images/biblioteka/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0/2022/%D0%92%D0%9D%D0%98%D0%98%D0%9F%D0%9E/sbornik-2022-pogary.pdf; стр. 10, верхняя диаграмма; дата обращения 07.02.2024]. В этой связи диагностика и контроль исправности электрооборудования являются эффективной стратегией его обслуживания по техническому состоянию, при котором экономический эффект определяется не только снижением аварийности, но и уменьшением затрат на проведение периодических планово-предупредительных ремонтов.

В процессе монтажа и эксплуатации силовых кабельных линий могут возникать повреждения отдельных элементов, что в свою очередь приводит к появлению дуговых пробоев. Необходимость заблаговременного выявления дефектов и диагностики труднодоступных кабельных линий, используемых, например, на объектах соцкультбыта, а также на предприятиях нефтегазового комплекса, атомных электростанциях и т.п., связана с обеспечением безопасной эксплуатации этих сложных систем в целом.

Известно техническое решение (Патент RU2539736 С2, МПК G01R 31/08, опубл. 27.01.2015), которое предлагает способ локализации мест повреждения кабельных линий электроснабжения, базирующийся на сканирующем мониторинге трассы прокладки кабельных линий электроснабжения в резонансном режиме. Данный способ позволяет выявить следующие виды повреждений кабельной линии: обрыв жилы кабеля, снижение сопротивления изоляции (утечка) или короткое замыкание на землю, но выявить последовательные дуговые пробои (искрения) в кабельных линиях вышеуказанный способ не может.

В (Патент RU 2484487 С2 МПК G01R 31/12 опубл. 10.06.2013) раскрыт способ обнаружения появления электрической дуги на, по меньшей мере, одном электрическом кабеле с использованием также предлагаемого в указанном патенте устройства, содержащего базу данных с образованием множества классов, формируемую путем тренировки (пробных измерений) на шаге предварительных измерений. Появление электрической дуги на, по меньшей мере, одном электрическом кабеле, определяют следующим образом: А) предварительно определяют базу данных, содержащую множество классов, содержащих первый класс, относящийся к фазе обнаруживаемого коронного разряда и, по меньшей мере, один второй класс, относящийся к процессам, создающим помехи процессу определения, В) затем осуществляют последовательно следующие шаги) на фазе сбора данных: α) измеряют электрический ток и измеряют электрическое напряжение непосредственно на упомянутом электрическом кабеле, β) фильтруют полученные значения тока и напряжения, γ) отфильтрованные значения преобразуют в цифровую форму для формирования двух сегментов преобразованных в цифровую форму данных, относящихся соответственно к электрическому току и электрическому напряжению, b) на следующем шаге: α) каждый из сегментов обрабатывают множеством частных функций, каждая из которых формирует скалярную величину, причем набор скалярных величин, относящихся к току, образует первый вектор, и набор скалярных величин, относящихся к напряжению, образует второй вектор, β) используя упомянутую базу данных и окончательный вектор, полученный из первого и второго векторов, представляющих выполненные измерения, определяют класс, к которому принадлежит упомянутый окончательный вектор, γ) определяют, что: электрическая дуга существует, если определенный класс представляет собой первый класс, относящийся к фазе коронного разряда, в противном случае, электрическая дуга не существует.

Недостатками данного способа являются:

- необходимость формирования базы данных путем тренировки (пробных измерений) на шаге предварительных измерений с образованием классов посредством выполнения, по меньшей мере, шагов В.а.α, В.а.β, В.а.γ, В.b.α.;

- предназначенность для стационарного использования;

- ограниченное применение, в частности, на кабеле или жгуте кабелей, установленных на летательном аппарате, например, на авиалайнере (стр. 5 (40); стр. 7 (45)).

Данное изобретение решает техническую проблему обеспечения быстрого и простого выявления электрической дуги (дуговых пробоев), возникающей в кабельных линиях низкого напряжения как в процессе монтажа, так и в процессе эксплуатации, расширения арсенала способов выявления электрической дуги безопасным, простым, быстрым, универсальным способом диагностики и контроля кабельных линий низкого напряжения на наличие дуговых пробоев, в котором устранены недостатки прототипа.

Техническим результатом является реализация указанного назначения - диагностика и контроль кабельных линий низкого напряжения на наличие дуговых пробоев (искрения), повышение надежности электрических сетей и электроустановок, их пожарной безопасности посредством диагностики и контроля наличия электрической дуги в кабельных линиях низкого напряжения, снижение трудоемкости выявления электрической дуги (дуговых пробоев).

Указанная техническая проблема решается, и технический результат достигается заявляемым способом диагностики и контроля наличия электрической дуги в кабельных линиях низкого напряжения, предусматривающим

подключение в систему питания потребителей с помощью отходящих кабельных линий, переносной регулируемой нагрузки - к тестируемой линии - и устройства диагностики и контроля наличия электрической дуги в кабельных линиях низкого напряжения, представляющего собой переносной блок, включающий соединенные проводами средство обнаружения электрической дуги и индикатор напряжения и силы тока, помещенные в корпус из диэлектрического материала, имеющий три разъема для подключения соединительных проводов, два из которых, фазный и нулевой, подключают средство обнаружения электрической дуги к питающей линии, а один, фазный, -индикатора напряжения и силы тока к тестируемой кабельной линии,

констатацию наличия напряжения и тока в цепи и диагностирование

наличия электрической дуги в тестируемой линии в случае отключения устройства диагностики и контроля наличия электрической дуги в кабельных линиях низкого напряжения посредством срабатывания средства обнаружения электрической дуги,

или отсутствия электрической дуги в тестируемой линии в случае неотключения устройства диагностики и контроля наличия электрической дуги в кабельных линиях низкого напряжения.

Изобретение поясняется следующими фигурами.

На Фиг. 1 представлена внутренняя схема переносного блока обнаружения электрической дуги (дуговых пробоев).

Переносной блок обнаружения электрической дуги включает в себя корпус 1, выполненный из диэлектрического материала, например, пластика, с установленными разъемами для подключения проводов, - L1, N, L2. Внутри корпуса 1 размещены соединенные проводами L и N средство 2 обнаружения электрической дуги (дуговых пробоев) и индикатор 3 напряжения и силы тока. В качестве средства обнаружения электрической дуги (дуговых пробоев) может быть использован аппарат, имеющий способность определять наличие электрической дуги (дуговых пробоев), например, аппарат защиты, выполненный в соответствии требованиям ГОСТ IEC 62606-2016, либо другой. Через разъемы L1, N, L2 средство 2 обнаружения электрической дуги (дуговых пробоев) и индикатор 3 напряжения и силы тока подключаются посредством соединительных проводов L1, N, L2 к тестируемой кабельной линии. Преимущественно средство 2 обнаружения электрической дуги (дуговых пробоев) и индикатор 3 напряжения и силы тока жестко закреплены внутри корпуса, например, размещением и закреплением на DIN-рейке (не указана на схеме) корпуса 1 или прижатием и фиксацией крышкой (не указана на схеме), имеющей отверстие подходящего размера для размещения средства 2 обнаружения электрической дуги (дуговых пробоев) и индикатор 3 напряжения и силы тока. Корпус 1 может быть снабжен крышкой (не указана на схеме), выполняющей функцию механической защиты, а также предотвращающей попадание влаги и пыли внутрь устройства. Указанную крышку для удобства использования переносного блока обнаружения электрической дуги (дуговых пробоев) выполняют из прозрачного материала.

На фиг.2а представлена схема, питающая потребителей с помощью отходящих кабельных линий.

На фиг.2б представлена схема, реализуемая при осуществлении способа диагностики и контроля кабельных линий на наличие дуговых пробоев (искрения). На схеме 2б представлены следующие элементы: вводной аппарат 4 защиты, групповые аппараты 5 защиты кабельных линий, переносной блок 6 обнаружения электрической дуги, а также переносная регулируемая нагрузка 7 - прибор, предназначенный для имитации различных режимов работы нагрузки, в составе которого присутствуют изменяемая по величине активная нагрузка. В качестве регулируемой нагрузки может быть использован любой электрический прибор.

Способ диагностики и контроля кабельных линий на наличие дуговых пробоев осуществляют следующим образом, что проиллюстрировано примером конкретной реализации используемого при осуществлении заявляемого способа устройства диагностики и контроля наличия электрической дуги в кабельных линиях низкого напряжения, представляющим собой переносной блок.

В качестве средства 2 обнаружения дуги (дуговых пробоев) используют УЗДП тип УЗИс-С1-32, производитель ЭКОЛАЙТ (г.Москва). Выбранное средство обнаружения имеет зависимость t_{срабатывания}=ƒ(I_дуги), что учитывается при использовании регулируемой нагрузки. Для измерения тока и напряжения используют ампервольтметр 3 тип ВАР-М02 производитель МЕАНДР (г. Санкт-Петербург). Указанные элементы 2 и 3 соединены соединительными проводами L и N и помещены в пластиковый корпус 1 (тип 6019хх производитель Legrand), имеющий прозрачную пластиковую защитную крышку, внутреннюю жестко фиксируемую винтами внутри корпуса 1 крышку, имеющую отверстие подходящего размера для размещения средства 2 обнаружения электрической дуги (дуговых пробоев) и ампервольтметра 3, а также три разъема L1, N, L2 в одной из стенок корпуса 1. Через разъемы L1, N средство 2 обнаружения электрической дуги (дуговых пробоев) и через разъем L2 ампервольтметр 3 посредством соединительных проводов L1, N, L2, выполненных из гибкого многожильного провода, подключаются к питающей и тестируемой кабельной линии низкого напряжения.

При диагностике и контроле кабельных линий электроснабжения на наличие дуговых пробоев в фазный проводник каждой из отходящих групповых кабельных линий электроснабжения поочередно подключают переносной блок 6 обнаружения дуговых пробоев, также на данную кабельную линию подключают переносную регулируемую нагрузку 7.

Групповые кабельные линии запитываются от сети через вводной аппарат 4 защиты. Для диагностики наличия электрической дуги в конкретной кабельной линии подключают в фазный проводник переносной блок 6 обнаружения электрической дуги (дуговых пробоев) и переносную регулируемую нагрузку 7. С помощью соответствующего группового аппарата 5 защиты подается напряжение на диагностируемую кабельную линию, вследствие чего начинает протекать ток, величина которого зависит от параметров, выставленных переносной регулируемой нагрузкой 7. Индикация величин тока и напряжения осуществляется индикатором 3 напряжения и силы тока, встроенным в переносной блок 6.

В случае обнаружения электрической дуги (дуговых пробоев) средство 2 обнаружения электрической дуги (дуговых пробоев) в составе переносного блока 6 отключится, и можно сделать заключение о необходимости поиска и устранения данного дефекта в соответствующей кабельной линии.

В случае несрабатывания (неотключения) средства 2 обнаружения электрической дуги (дуговых пробоев) в переносном блоке 6 обнаружения электрической дуги (дуговых пробоев), устройство отключают принудительно приведением в положение "выключено" клавиши включения/выключения средства 2 обнаружения электрической дуги (дуговых пробоев), схему разбирают и делают заключение о вводе проверенной кабельной линии в эксплуатацию.

Диагностирование наличия электрической дуги в конкретной кабельной линии, включая подключение и отключение переносного блока 6 обнаружения электрической дуги (дуговых пробоев) и переносной регулируемой нагрузки 7, занимает не более 10 минут.

Аналогично проводят диагностику на последующих отходящих групповых кабельных линиях.

Проверка работоспособности и эффективности заявляемого способа в условиях реальной эксплуатации была реализована, например:

- на административно-бытовом корпусе АО «ТАТЭМ» по адресу: г. Казань, ул. Адоратского 50а;

- в детском саду №69 по адресу: г. Казань ул. С. Халтурина д.5а;

- в лицее №186 по адресу: г. Казань ул. Р. Гареева, д. 117а;

- в гимназии №107 по адресу: г. Казань ул. С. Хакима, д. 49/8.

В ходе диагностики были выявлены следующие группы с дуговыми дефектами:

- на административно-бытовом корпусе АО «ТАТЭМ» по адресу: г. Казань, ул. Адоратского 50а: 2 этаж щит ЩС группы 2,7;

- в детском саду №69 по адресу: г. Казань ул. С. Халтурина д.5а: группа освещения актового зала и розеточная группа медкабинета;

- в лицее №186 по адресу: г. Казань ул. Р. Гареева, д. 117а: розеточная группа щита ЩСВ 4.1;

- в гимназии №107 по адресу: г. Казань ул. С. Хакима, д. 49/8: розеточная группа ламп кварцевания медкабинета.

Для удобства данный способ можно совместить с процедурой измерения сопротивления изоляции кабельной линии, поскольку подготовительные работы будут идентичны, за исключением необходимости подключения переносной регулируемой нагрузки 7.

Таким образом, заявляемый способ диагностики и контроля наличия электрической дуги в кабельных линиях низкого напряжения, расширяющий арсенал способов указанного назначения, является безопасным, быстрым, мобильным, универсальным, поскольку может быть использован как в процессе монтажа, так и в процессе эксплуатации электрических сетей, и обеспечивает быстрое и простое выявление электрической дуги (дуговых пробоев), возникающей в кабельных линиях низкого напряжения.

Применение предлагаемого способа диагностики и контроля кабельных линий низкого напряжения на наличие дуговых пробоев (искрения) позволяет повысить пожарную безопасность с целью предупреждения пожаров связанных с возникновением электрических пробоев (искрения) у потребителей, а также надежность электрических сетей и электроустановок.

Изобретение относится к области электротехники и пожарной безопасности, а именно к способам обнаружения и защиты при дуговом пробое (искрении) в кабельных линиях в электроустановках, помещениях, сооружениях, зданиях и других объектах. Технический результат - диагностика и контроль кабельных линий низкого напряжения на наличие дуговых пробоев (искрения), повышение надежности электрических сетей и электроустановок, а также их пожарной безопасности. Технический результат достигается тем, что в заявляемом способе диагностики и контроля кабельных линий низкого напряжения на наличие дуговых пробоев (искрения) используют устройство диагностики и контроля наличия электрической дуги в кабельных линиях низкого напряжения, представляющее собой переносной блок, включающий соединенные проводами средство обнаружения электрической дуги и индикатор напряжения и силы тока, помещенные в корпус из диэлектрического материала, имеющий три разъема для подключения соединительных проводов, два из которых, фазный и нулевой, подключают средство обнаружения электрической дуги к питающей линии, а один, фазный, - индикатор напряжения и силы тока к тестируемой кабельной линии. Указанное устройство подключают в систему питания потребителей с помощью отходящих кабельных линий к питающей и тестируемой линиям, а переносную регулируемую нагрузку - к тестируемой линии, проверяют наличие напряжения и тока в цепи и в случае отключения устройства посредством срабатывания средства обнаружения электрической дуги диагностируют наличие электрической дуги в тестируемой линии, а в случае неотключения устройства - ее отсутствие. 2 ил.

Способ диагностики и контроля наличия электрической дуги в кабельных линиях низкого напряжения, предусматривающий

подключение в систему питания потребителей с помощью отходящих кабельных линий переносной регулируемой нагрузки – к тестируемой линии – и устройства диагностики и контроля наличия электрической дуги в кабельных линиях низкого напряжения, представляющего собой переносной блок, включающий соединенные проводами средство обнаружения электрической дуги и индикатор напряжения и силы тока, помещенные в корпус из диэлектрического материала, имеющий три разъема для подключения соединительных проводов, два из которых, фазный и нулевой, подключают средство обнаружения электрической дуги к питающей линии, а один, фазный, – индикатор напряжения и силы тока к тестируемой кабельной линии,

констатацию наличия напряжения и тока в цепи и диагностирование

наличия электрической дуги в тестируемой линии в случае отключения устройства диагностики и контроля наличия электрической дуги в кабельных линиях низкого напряжения посредством срабатывания средства обнаружения электрической дуги,

или отсутствия электрической дуги в тестируемой линии в случае неотключения устройства диагностики и контроля наличия электрической дуги в кабельных линиях низкого напряжения.