Волоконно-оптический датчик открытой электрической дуги дуговой защиты комплектных распределительных устройств

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ОТКРЫТОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ ДУГОВОЙ ЗАЩИТЫ КОМПЛЕКТНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ(72) Автор Чубрик Николай Аркадьевич(57) 1. Волоконно-оптический датчик открытой электрической дуги дуговой защиты комплектных распределительных устройств, содержащий фотоэлектрический датчик,соединенный со световодом, второй конец которого оборудован рассеивателем, отличающийся тем, что рассеиватель выполнен в виде трубки. 2. Волоконно-оптический датчик открытой электрической дуги дуговой защиты комплектных распределительных устройств по п. 1, отличающийся тем, что трубка выполнена из фторопласта. 3. Волоконно-оптический датчик открытой электрической дуги дуговой защиты комплектных распределительных устройств по п. 1, отличающийся тем, что трубка выполнена из матового фторопласта. 4. Волоконно-оптический датчик открытой электрической дуги дуговой защиты комплектных распределительных устройств по п. 1, отличающийся тем, что трубка выполнена тонкостенной. 5. Волоконно-оптический датчик открытой электрической дуги дуговой защиты комплектных распределительных устройств по п. 1, отличающийся тем, что трубка снабжена элементами механического крепления.(56) 1. Современные средства релейной защиты и противоаварийной автоматики. Каталог спецэкспозиции. - М. Союзтехэнерго, 1989. - С. 15. 2. Никитаев О.В., Селиванин А.У. Применение дуговых защит в комплексных распределительных устройствах сельскохозяйственных подстанций. Эксплуатация устройств сельскохозяйственного электроснабжения Сб. научн. трудов. - М., 1989. - С. 44. 3. Патент РФ на изобретение 2187871, МПК 702 7/22, 2002 (прототип). 71122011.04.30 Полезная модель относится к электротехнике, в частности к системам защиты электрооборудования. Предназначена для использования в энергетическом оборудовании при возникновении открытой электрической дуги короткого замыкания подает сигнал на аварийное отключение электроустановок, в том числе шкафов комплектных распределительных устройств внутренней и наружной установки (КРУ (Н, комплектных трансформаторных подстанций, комплектных токопроводов. Повышает локализационную способность защитных устройств. Появление электрической дуги в отсеке КРУ (Н) вызывает в нем увеличение освещенности, что может быть использовано для построения защиты. При разработке систем аварийной защиты электрораспределительного оборудования,в частности КРУ, от воздействия открытой электрической дуги решают различные задачи. Необходимо отключить отдельную ячейку КРУ при возникновении в этой ячейке электрической дуги без отключения КРУ в целом. Либо надо отключить все КРУ, если дуга возникла одновременно в двух и более ячейках. Устройство для отключения КРУ должно охватывать все его ячейки, иметь высокое быстродействие и не реагировать на электромагнитные помехи. Известны устройства, содержащие фотодатчик, соединенный с электронным блоком электрическим кабелем. Фотореле Молния-2 1 используется для подачи сигнала на аварийное отключение КРУ. Устройство срабатывает при непосредственном попадании вспышки света от электрической дуги на фотодатчик, в качестве которого использован фоторезистор. Поэтому для отключения КРУ в целом, состоящего из нескольких ячеек, в каждой ячейке необходимо устанавливать свой фотодатчик и соединять их электрическим кабелем. В этом случае отключение отдельной ячейки КРУ возможно, только если электронный блок содержит отдельные исполнительные реле и каналы обработки на каждый датчик. Недостатками также являются помехи и низкая надежность, вызванная уязвимостью электронного блока в случае контакта с датчиком дуги высокого напряжения. Общим недостатком указанного решения и других подобных решений является их низкая помехоустойчивость, обусловленная воздействием электромагнитных помех на линии связи, что приводит к необходимости отстройки от помех путем введения временных задержек, частотной фильтрации или увеличения уровней срабатывания реагирующих органов. Для уменьшения длины линий связи такие устройства необходимо устанавливать в каждом шкафу КРУ (Н), что в связи с широким распространением КРУ в энергосистемах и на промышленных предприятиях требует значительных затрат. Известно также устройство дуговой защиты УДЗ-1 2, содержащее световод, выполненный из пластмассового волокна, фотоприемник, компаратор и исполнительный орган. Световод прокладывается в местах вероятного возникновения электрической дуги и соединяется с фотоприемником, подключенным к неинвертирующему входу компаратора,нагрузкой которого является исполнительный орган, отключающий КРУ. Работает устройство следующим образом. При возникновении электрической дуги у световода подгорает или перегорает изоляционный слой. По светопроводящему каналу свет попадает на фотоприемник, где преобразуется в электрический аналог, который сравнивается на компараторе с заданным уровнем напряжения, превышение которого свидетельствует о появлении электрической дуги. В этом случае сигнал с компаратора вызывает срабатывание исполнительного органа, который отключает КРУ в целом. Данное устройство позволяет охватить несколько ячеек за счет прокладки световода в этих ячейках. Недостатками являются расчет на повреждение боковой стенки изоляции световода, а также невозможность отключения отдельной ячейки КРУ, в которой возникла электрическая дуга. В случае возникновения электрической дуги в одной ячейке отключается КРУ в целом. Это обусловлено тем, что длина световода достаточно велика и не позволяет зара 2 71122011.04.30 нее предсказать или точно определить место образования дуги. Датчик же позволяет фиксировать только момент возникновения электрической дуги, а из его единственного выходного сигнала Р невозможно выделить две независимые величины, необходимые для расчета мощность дугии ее местоположение . Известно также выбранное в качестве прототипа устройство 3, содержащие внутренний фотодатчик и светопроводный кабель, заканчивающийся выносным диффузным рассеивателем, позволяющим расширить диаграмму направленности практически до круговой и существенно снизить чувствительность к загрязнениям. Фотодатчики могут быть реализованы на основе фотодиодов, фоторезисторов, фототранзисторов, оптоволоконных датчиков освещенности. Подобный рассеиватель должен иметь стабильные во времени и повторяемые от экземпляра к экземпляру оптические характеристики, а также выдерживать без ухудшения свойств механические удары и т.д. Недостатком устройства является высокая стоимость, обусловленная необходимостью изготовления оптических деталей из дорогостоящих материалов с высокими требованиями к качеству материала, геометрическим размерам, текстуре и чистоте поверхностей, а также жесткими требованиями к качеству сборки. В основу настоящей полезной модели положена задача снижения стоимости изделия при сохранении требуемых потребительских качеств путем упрощения конструкции и снижения жесткости технологических допусков, а также применения доступных материалов. Решение поставленной задачи достигается тем, что в волоконно-оптическом датчике открытой электрической дуги дуговой защиты комплектных распределительных устройств, содержащем фотоэлектрический датчик, соединенный со световодом, второй конец которого оборудован рассеивателем, в качестве диффузного рассеивателя для световода использован наконечник в виде цилиндрической трубки. Наконечник снабжен элементами механического крепления. Трубка выполнена из фторопласта. Трубка выбрана тонкостенной. Лучшие результаты получили, когда был применен матовый фторопласт. Технический результат состоит в обеспечении надежности и безопасности систем аварийной защиты электрораспределительного оборудования, в частности КРУ, от воздействия открытой электрической дуги, уменьшении временных затрат для монтажа и подключения системы, а также высокого быстродействия и помехоустойчивости. На чертеже изображен световод волоконно-оптического датчика открытой электрической дуги с наконечником диффузного рассеивателя в виде цилиндрической трубки. Сущность полезной модели состоит в следующем. Волоконно-оптический датчик открытой электрической дуги дуговой защиты комплектных распределительных устройств содержит фотоэлектрический датчик (на чертеже не показан), соединенный со световодом 1, второй конец которого оборудован рассеивателем 2, в качестве диффузного рассеивателя 2 для световода 1 использован наконечник в виде цилиндрической трубки. Наконечник может быть снабжен элементами механического крепления. Их форма и конструкция принципиального значения не имеют, поэтому они на чертеже не показаны. Трубка выполнена из фторопласта. Трубка выбрана тонкостенной. Лучшие результаты получили, когда был применен матовый фторопласт. Преимущества использования предложенного решения заключаются в следующем. Так, нет необходимости в применении фотоэлемента для приема сигнала. Дуга дает вспышку (яркий сигнал) такой силы, что световод способен передать сигнал непосредственно. Рассеиватель 2, установленный на торце световода 1, позволяет заметить (и передать дальше по световоду 1) сигнал с любого направления, а не только тот, который пришел по нормали к торцу световода 1. Снижаются все требования по монтажу. Не имеет значения, плотно ли посажена трубка рассеивателя 2 на световод 1, склеены они какимлибо видом клея, герметизированы или наоборот, световод 1 просто вставлен в трубку рассеивателя 2. Нет необходимости юстировать датчик. Трубку можно устанавливать в 3 71122011.04.30 любом удобном месте внутри шкафа. Для этого и предусмотрены элементы механического крепления. Стабильность оптических характеристик наконечника во времени обеспечивается высокой стабильностью материала, из которого он изготовлен, поскольку рассеяние света происходит в его толще. Практические исследования показали, что результат не зависит от формы наконечника. Поэтому как наиболее технологичный выбран вариант с использованием трубки, выпускаемой серийно. Повторяемость результатов от экземпляра к экземпляру обеспечивается гомогенностью материала, не требующего тщательной дозировки компонентов при литье, а также высокой однородностью свойств материала в партиях поставки. Механическая прочность обеспечивается эластичностью самого материала. Требования к качеству сборки трубки и световода существенно снижаются благодаря однородности свойств материала трубки по всей ее длине. Достаточно выбрать тонкостенную трубку, внутренний диаметр которой соответствует наружному диаметру световода, и соединить их. Допустимо использование герметиков или клея для фиксации трубки на световоде. Но практика показала отсутствие в этом сколь-нибудь серьезной необходимости. Снижение стоимости обеспечивается низкой ценой самой трубки, отсутствием операций механической обработки и оптической юстировки, а также отсутствием жестких требований к элементам механического крепления. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.