Датчик дуговой защиты с повышенной помехозащищенностью

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности - к датчикам, входящим в состав систем дуговой защиты высоковольтных переключателей и комплектных распределительных шкафов (КРУ). Датчик обеспечивает высокую помехозащищенность системы от внешних воздействий, отсутствие энергопотребления в режиме ожидания, удобство монтажа и эксплуатации. Это достигается тем, что в качестве фоточувствительного элемента в датчике использован излучающий светодиод со спектральной характеристикой, имеющей максимум в УФ-диапазоне, работающий в вентильном (генераторном) режиме, без внешнего источника напряжения (при нулевом энергопотреблении датчика в режиме ожидания). При возникновении дуги сигнал со светодиода (фотоЭДС) поступает на компаратор, управляющий р-n переходом в режиме ключа (типа «сухой контакт»), связанным с цепями защиты высоковольтного оборудования. 1 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к системам защиты высоковольтных переключателей и комплектных распределительных шкафов (КРУ) с напряжением свыше 5 кВ.

В таких КРУ возможно появление мощной электрической дуги, возникающей как в момент переключения, так за счет пробоя и перекрытия изоляции в процессе эксплуатации. При этом несвоевременное отключение коммутируемых цепей может привести к аварийной ситуации и выходу из строя дорогостоящего оборудования. Такое отключение должно гарантироваться с помощью быстродействующих датчиков обнаружения дуги, входящих в систему дуговой защиты. В соответствии с нормативной документацией РАО ЕС (РД34.20.501-95) применение быстродействующей дуговой защиты является обязательным в КРУ 6-10 кВ.

Известны датчики дуговой защиты [1, 2], в которых в качестве чувствительных элементов, реагирующих на оптическое излучение дуги, используются полупроводниковые фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры.

Однако такие датчики не обеспечивают уверенную помехоустойчивость к посторонним естественным и искусственным источникам оптического излучения, постоянно потребляют электроэнергию в режиме ожидания, имеют достаточно сложную схему преобразования сигнала.

Известны также датчики [2], реагирующие на возрастание давления воздуха внутри КРУ в момент возникновения дуги, приводящее к механическому перемещению специальной заслонки, замыкающей контакты датчика. Наличие механических движущихся элементов не обеспечивает достаточное быстродействие и надежность таких датчиков.

Известны разработки [3, 4], в которых в качестве датчика освещенности используется волоконно-оптический кабель, прокладываемый последовательно через несколько КРУ. Засветка, в случае возникновения дуги, любой части кабеля, находящегося внутри КРУ приводит к срабатыванию системы. Однако такие датчики, как показала практика, также не обладают достаточной помехозащищенностью и не всегда удобны в эксплуатации.

Общим недостатком перечисленных выше датчиков является недостаточная помехозащищенность от внешних воздействий, в том числе - от посторонних источников освещения, их постоянное энергопотребление в режиме ожидания и необходимость в подведении к КРУ дополнительных линий для питания датчиков.

Заявляемое изобретение свободно от указанных недостатков; сущность его заключается в следующем.

Как известно, основной спектр излучения дугового разряда лежит в УФ-диапазоне. Анализ спектральных характеристик известных приемников излучения, которые могли бы быть использованы в качестве фоточувствительных элементов датчиков дуговой защиты, показал, что все они, помимо реакции на УФ-излучение, в большей или меньшей степени реагируют на световые излучения в достаточно широком спектре частот оптического диапазона.

Проведенные нами исследования показали, что при работе в УФ-диапазоне наибольшая помехозащищенность от посторонних излучений может быть обеспечена, если в качестве фоточувствительного элемента датчика дуговой защиты использовать светодиод (СД) с характеристикой излучения, имеющей максимум в ультрафиолетовой обрасти спектра.

Не смотря на то, что чувствительность таких СД, при использовании их в качестве фотоприемников, несколько ниже, чем у фотодиодов, или фоторезисторов, они практически не реагируют на излучения в других областях оптического диапазона, а яркость излучения дуги вполне достаточна для гарантированного срабатывания датчика.

В предлагаемом изобретении СД включен в генераторном (вентильном) режиме без внешнего источника напряжения, что обеспечивает нулевое энергопотребление датчика в режиме ожидания.

Напряжение, возникающее на электродах СД (фотоЭДС) при воздействии дугового разряда, достигает сотен мВ, что позволяет управлять с помощью этого напряжения компаратором, уровень срабатывания которого устанавливается в зависимости от ожидаемой интенсивности излучения.

Сигнал с компаратора при возникновении дуги приводит к открытию р-n переходного ключа, подающего напряжение на обмотки силовых реле, отключающих защищаемое высоковольтное оборудование.

Функциональная схема датчика, компонуемая в одном корпусе со светодиодом, представлена на чертеже.

Схема работает следующим образом. Датчик устанавливается в защищаемом КРУ. При возникновении в КРУ электрической дуги, ее излучения достаточно, чтобы на электродах светодиода 1, работающего в вентильном режиме, возникла фотоЭДС, вызывающая срабатывание порогового устройства 2. Сигнал с порогового устройства переводит электронный ключ 3 из нормально разомкнутого в нормально замкнутое состояние. При этом ключ остается замкнутым и после прекращения воздействия дуги.

Замыкание контактов датчика (типа "сухой контакт") обеспечивает подачу напряжения на нагрузку Rн (реле, контактор и т.д.), связанную с системами сигнализации и аварийной защиты высоковольтного оборудования. После принятия необходимых мер, работоспособность датчика может быть восстановлена путем разрыва цепи питания нагрузки за счет кратковременного нажатия кнопки SB.

Проведенные натурные испытания опытного образца датчика подтвердили его высокую помехозащищенность, чувствительность и быстродействие; простоту и надежность монтажа и эксплуатации, а также отсутствие энергопотребления в режиме ожидания, что открывает широкие перспективы использования датчика в энергетике.

Литература

1. Нагай В.И. Быстродействующая защита КРУ. Современное состояние и пути совершенствования. "Новости электротехники", 2003 г. №5(23), с.48-50.

2. Цигулев и др. Устройство для защиты КРУ от дуговых коротких замыканий, а.с. №1631655 А1, БИ №8, 28.02.91.

3. Нагай В.И. и др. Оптико-электрическая дуговая защита КРУН 6-10 KB. "Энергетик" 2000, №8 с.38-39.

4. Демьянович М.В. и др. Новая дуговая защита для комплектных распределительных устройств. "Энергетик" 2001, №5, с.24.

Датчик дуговой защиты с повышенной помехозащищенностью, содержащий фоточувствительный элемент и схему преобразования сигнала, отличающийся тем, что в качестве фоточувствительного элемента в датчике использован светодиод со спектральной характеристикой, имеющей максимум в УФ-диапазоне, работающий в вентильном (генераторном) режиме, сигнал с которого при возникновении дуги поступает на компаратор, управляющий р-n-переходом в режиме ключа, связанным с цепями защиты высоковольтного оборудования.