Способ определения времени возникновения предпожарной ситуации от искрения в электрической сети и устройство для его осуществления
Изобретение относится к области электроэнергетики и пожарной безопасности и может быть использовано для обнаружения предпожарной ситуации и предотвращения аварий и пожаров, возникающих от искрения в электрической сети. Сущность способа заключается в том, что напряжение диагностируемой электрической сети фильтруют, преобразуют в дискретный сигнал, производят обнаружение сигнала, соответствующего процессу искрения, формируют идентификационные кодовые слова, соответствующие моменту появления сигнала относительно перехода через ноль напряжения диагностируемой сети, количеству импульсов в сигнале, интенсивности появления сигнала по времени, позиции сигнала при блочной структуре искрения. Полученные четыре идентификационных кодовых слова объединяют в кодовое слово, соответствующее классу искрения, и сравнивают с моделью зависимости распределения класса искрения от времени, оставшегося до возникновения предпожарной ситуации, полученный код преобразуют в числовое значение времени и выполняют индикацию оставшегося времени до возникновения предпожарной ситуации. Устройство содержит блок выпрямления (1), триггер Шмитта (2), одновибраторы (3-5), генератор (6), счетчики (7-14), ИЛИ (15), дешифраторы (17-18), режекторный фильтр (19), компаратор (20), И (21-23), НЕ (24), элемент задержки (25), регистры (26-27), блоки памяти (28,29), блок индикации (30). Изобретение обеспечивает повышение достоверности определения времени, оставшегося до возникновения предпожарной ситуации от искрения в электрической сети. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области электроэнергетики и пожарной безопасности, а именно, к способам и устройствам обнаружения предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожаров от искрения в электрической сети переменного напряжения на ранних стадиях, с последующим определением времени, оставшегося до начала возникновения предпожарной ситуации, и предупреждением или отключением потребителей от электроэнергии в зависимости от динамики развития надвигающейся аварийной ситуации.
Известно техническое решение [1], в соответствии с которым на вводе электрической сети измеряют суммарный электрический ток. Из измеренного суммарного тока путем фильтрации выделяют сигнал высоких гармоник, определяемый переходным сопротивлением. Сформированный сигнал усиливают, выпрямляют и накапливают в течение установленного времени. В процессе накопления сравнивают величину суммарного сигнала с заданным уровнем сравнения. Каждый уровень сравнения выбирается для соответствующей степени пожарной опасности сети. В зависимости от величины накопленного сигнала, соответствующего достигнутому уровню сравнения, формируют сигнал предупреждения или команду на отключение электрической сети.
Недостатком данного технического решения является низкая достоверность при использовании в электрических сетях с изменяющейся нагрузкой, так как в качестве информативного показателя используется величина тока, которая также будет колебаться, вызывая ложное формирование сигналов предупреждения и отключения.
Известно техническое решение [2], отличающееся от [1] тем, что в него дополнительно введены операции формирования сигнала-признака каждого цикла «возникновение-гашение» искры (электрической дуги), измерения и расчета параметра цикла, расчета сохранения величины тока искрения, последующего формирования выдачи команды на начало накопления поступающих друг за другом сигналов признаков циклов. Это осуществляется для реализации автоматического определения величины тока искрения.
Данное техническое решение является ближайшим аналогом из числа известных и принято за прототип.
Недостатком данного технического решения является низкая достоверность ввиду осуществления преобразования количества циклов в величину тока, что приводит к потере информации о динамики развития процесса предпожарной ситуации при определении времени, оставшегося до возникновения пожара. Определение пожароопасности по величине тока искрения при уровне помех, близких к токам искрения, не позволяет обнаружить искрения в начальных стадиях, осуществить адекватную классификацию искрения, определить время, оставшееся до начала предпожарной ситуации, и произвести индикацию числового значения времени, что в свою очередь уменьшает запас времени, необходимого для предотвращения аварийной ситуации.
Технической задачей является расширение функциональных возможностей и повышение достоверности определения времени, оставшегося до возникновения предпожарной ситуации от искрения в электрической сети.
Техническая задача решается тем что, напряжение диагностируемой электрической сети путем фильтрации первой гармоники или всего низкочастотного спектра сигнала переменного напряжения преобразуют в сигнал второй и./или более высоких гармоник, формируют сигналы «Предупреждение» или «Авария», сигнал второй или более высоких гармоник с помощью компарирования преобразуют в дискретный импульсный сигнал, одновременно выпрямляют напряжение диагностируемой сети, преобразовывают в двухполупериодный сигнал, каждый полупериод преобразуют в прямоугольный сигнал, по переднему фронту формируют сигнал, соответствующий переходу напряжения диагностируемой сети через ноль, формируют тактовые импульсы с периодом повторения, равным суммарной длительности первых трех или более импульсов дискретного сигнала, синхронизируют тактовые импульсы с переходом диагностируемой сети через ноль, считают тактовые импульсы и формируют интервал времени, равный по длительности максимальному расстоянию между максимальными значениями мгновенной мощности за полупериод при максимально возможной угловой разнице фаз между током и напряжением диагностируемой сети, в интервале между двумя тактовыми импульсами в сформированном временном интервале считают дискретные импульсы, при поступлении более трех импульсов формируют первое идентификационное кодовое слово, соответствующее номеру позиции тактового импульса, относительно перехода через ноль напряжения сети, с момента формирования первого идентификационного кодового слова считают дискретные импульсы по заднему фронту интервала времени, преобразовывают количество импульсов во второе идентификационное кодовое слово, с последнего момента появления предыдущего первого идентификационного кодового слова считают количество переходов до момента формирования первого идентификационного кодового слова, преобразовывают количество переходов через ноль диагностируемой сети в третье идентификационное кодовое слово, из сформированных временных интервалов формируют дополнительный временной интервал длительностью не менее двух полупериодов, считают количество первых идентификационных кодовых слов, преобразовывают количество кодовых слов за интервал времени в четвертое идентификационное кодовое слово, объединяют первое, второе, третье, четвертое кодовые слова в пятое кодовое слово, соответствующее классу дискретного сигнала, пятое кодовое слово сравнивается с кодами, которые хранят в модели зависимости класса искрения от времени, оставшегося до возникновения предпожарной ситуации, по результату сравнения выдают шестое кодовое слово, которое дешифрируют, формируют сигналы «Предупреждение» или «Авария» и в зависимости от кода индицируют числовое значение времени, оставшегося до возникновения предпожарной ситуации.
Сущность способа заключается в том что, напряжение диагностируемой электрической сети фильтруют, преобразуют в дискретный сигнал, производят обнаружение сигнала, соответствующего процессу искрения, формируют идентификационные кодовые слова, соответствующие моменту появления сигнала относительно перехода через ноль напряжения диагностируемой сети, количеству импульсов в сигнале, интенсивности появления сигнала по времени, позиции сигнала при блочной структуре искрения. Полученные четыре идентификационных кодовых слова объединяют в кодовое слово, соответствующее классу искрения и сравнивают с моделью зависимости распределения класса искрения от времени, оставшегося до возникновения предпожарной ситуации, полученный код преобразуют в числовое значение времени и выполняют индикацию оставшегося времени до возникновения предпожарной ситуации и формируют команды «Предупреждение» или «Авария».
Отличительными признаками предлагаемого способа является следующая последовательность действий. Формируют тактовые импульсы с периодом повторения, равным суммарной длительности первых трех или более импульсов дискретного сигнала, синхронизируют тактовые импульсы с переходом диагностируемой сети через ноль, считают тактовые импульсы и формируют интервал времени, равный по длительности максимальному расстоянию между максимальными значениями мгновенной мощности за полупериод, при максимально возможной угловой разнице фаз между током и напряжением диагностируемой сети в сформированном временном интервале считают дискретные импульсы, при поступлении более трех импульсов формируют первое идентификационное кодовое слово, соответствующее номеру позиции тактового импульса относительно перехода через ноль напряжения сети. Введение этих операций позволило осуществить обнаружение сигнала, соответствующего процессу искрения на ранних стадиях его появления, увеличить помехозащищенность и одновременно идентифицировать координаты начала искрения на синусоидальном сигнале напряжения диагностируемой электрической сети.
Выполнение последовательности действий, при которых считают дискретные импульсы с момента формирования первого кодового слова, по заднему фронту интервала времени преобразовывают количество импульсов во второе идентификационное кодовое слово, что позволило осуществить идентификацию искрения по количеству импульсов и оценить динамику развития процесса искрения на начальных стадиях по увеличению количества импульсов в пакетах импульсов, соответствующих процессам искрения.
Выполнение последовательности действий, при которых считают количество переходов до момента формирования первого кодового слова, преобразуют количество переходов через ноль диагностируемой сети в третье идентификационное кодовое слово, позволило произвести идентификацию интенсивности искрения и оценить динамику развития искрения от одного искрения за сотни часов до непрерывного искрения, переходящего в устойчивый дуговой разряд, ведущий к аварии и пожару.
Выполнение последовательности действий, при которых из сформированных временных интервалов формируют дополнительный временной интервал длительностью не менее двух полупериодов, считают количество первых идентификационных кодовых слов, преобразовывают количество кодовых слов за интервал времени в четвертое идентификационное кодовое слово, позволило осуществить идентификацию объединения одиночных искрений в блоки и определить количество входящих в каждый блок, что позволяет определить динамику протекания процесса. По мере приближения к предпожарной ситуации возрастает количество блочных структур и увеличивается количество искрений в каждом блоке.
Выполнение последовательности действий, при которых объединяют первое, второе, третье, четвертое, идентификационные кодовые слова в пятое кодовое слово, соответствующее классу дискретного сигнала, пятое кодовое слово сравнивается с кодами, которые хранят в модели зависимости распределения класса искрения от времени, оставшегося до возникновения предпожарной ситуации, по результату сравнения выдают шестое кодовое слово, которое преобразуют и индицируют в числовое значение времени, оставшегося до начала предпожарной ситуации, дешифрируют шестое кодовое слово и в зависимости от значения кода формируют сигналы «Предупреждение» или «Авария», позволило по совокупности признаков искрения и их цифровым значениям (четыре идентификационных кодовых слова) осуществить классификацию искрения, выполнить индикацию времени, оставшегося до возникновения предпожарной ситуации, и выдать управляющие команды предупреждения или отключения диагностируемой электрической сети.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего предложенный способ определения времени возникновения предпожарной ситуации от искрения в электрической сети. На фиг.2 представлены временные диаграммы, поясняющие выполнение операций способа. На фиг.3 представлены временные диаграммы, поясняющие работу устройства, реализующего предложенный способ. На фиг 4 поясняется принцип формирования модели зависимости распределения класса искрения от времени, оставшегося до возникновения предпожарной ситуации.
На Фиг.2 представлены временные диаграммы, поясняющие операции способа, где:
A) представлены эпюры напряжения, тока, мгновенной мощности. В левой части приведены эпюры при максимальной (max) угловой разнице между напряжением и током (косинус фи равен 90 градусов); в правой части эпюры при отсутствии фазового сдвига между током и напряжением диагностируемой сети. На эпюре напряжения показаны сигналы помех и сигналы, соответствующие процессам искрения;
Б) выпрямляют напряжение диагностируемой сети, преобразуют в двухполупериодный сигнал;
B) каждый полупериод преобразуют в прямоугольный сигнал;
Г) по переднему фронту формируют сигнал, соответствующий переходу напряжения диагностируемой сети через ноль;
Д) отфильтрованный сигнал преобразуют с помощью компарирования в дискретный импульсный сигнал;
Ж) формируют интервал времени (Т2), равный по длительности максимальному расстоянию между максимальными значениями мгновенной мощности за полупериод при максимально возможной угловой разнице фаз между током и напряжением диагностируемой сети;
З) формируют тактовые импульсы с периодом (Т3) повторения каждого, равным суммарной длительности первых трех или более импульсов N дискретного сигнала, синхронизируют тактовые импульсы с переходом через ноль диагностируемой сети (Т1). В интервале (Т3) между тактовыми импульсами в сформированном временном интервале (Т2) считают дискретные импульсы, при поступлении более трех импульсов формируют первое идентификационное кодовое слово (икс1);
И) с момента формирования первого идентификационного кодового слова (икс1) считают дискретные импульсы по заднему фронту интервала (Т2) времени, преобразуют количество импульсов во второе идентификационное кодовое слово (икс2).
Для достижения технического результата, заключающегося в повышении достоверности определения времени возникновения предпожарной ситуации от искрения в электрической сети и реализации предложенного способа в устройство, содержащее выпрямительный блок, режекторный фильтр, выходы «Предупреждение» и «Авария», триггер Шмитта, три одновибратора, стробируемый генератор, восемь счетчиков, элемент ИЛИ, три дешифратора, компаратор, три элемента И, элемент НЕ, элемент задержки, два регистра, два блока памяти, блок индикации, причем выход блока выпрямления соединен с входом триггера Шмитта, выход которого соединен с входом первого одновибратора и входом стробируемого генератора, выход которого соединен с счетным входом первого счетчика, выход которого соединен с счетным входом второго счетчика, выходы которого соединены с входами первого регистра и входами первого дешифратора, выход которого через третий одновибратор соединен с входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго дешифратора, входом элемента НЕ, входом D пятого счетчика, со счетным входом седьмого счетчика, вход R которого соединен с выходом и входом R шестого счетчика, а выход третьего элемента И соединен через элемент задержки с R входом четвертого счетчика, входами записи второго блока памяти и второго регистра, информационные входы которого соединены с информационными выходами первого регистра, пятого счетчика, седьмого счетчика, четвертого счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первого одновибратора, входами R первого, второго счетчиков, счетным входом восьмого счетчика, с входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого счетчика, второй вход соединен с выходом элемента НЕ, третий вход второго элемента И соединен с выходом второго дешифратора, с счетным входом шестого счетчика и через второй одновибратор с входом R пятого счетчика, с входом первого элемента И, другой вход которого соединен с выходом компаратора, вход которого через режекторный фильтр соединен с входом устройства и входом блока выпрямления, выход первого элемента И соединен с счетным входом пятого счетчика и с счетным входом третьего счетчика, вход R которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а выходы третьего счетчика соединены с входами второго дешифратора, выходы второго регистра соединены с адресными входами второго блока памяти и первого блока памяти, выходы данных которого соединены с входами третьего дешифратора, выходы которого соединены с входами блока индикации, причем другие выходы являются выходами «Предупреждение» и «Авария», другие входы блока индикации соединены с выходами данных второго блока памяти, другие адресные входы которого соединены с выходами восьмого счетчика, вход R которого соединен с сигналом «пуск».
Отличительными признаками предлагаемого устройства является введение триггера Шмитта 2, стробируемого генератора 6, первого 7 и второго 8 счетчиков, первого 16 дешифратора, что позволило осуществить оптимальное формирование временного интервала (окна ожидания), в котором с наибольшей вероятностью появляются сигналы, образованные искрением, что повышает помехоустойчивость и сокращает избыточность обрабатываемой информации в реальном масштабе времени.
Введение компаратора 20, первого 21 элемента И, третьего 9 счетчика, второго 17 дешифратора, первого 26 регистра позволило осуществить обнаружение переднего фронта сигнала искрения, вошедшего в окно ожидания, тем самым исключить ложное срабатывание от одиночных импульсных помех, и дает возможность определения временных координат начала появления сигнала искрения относительно переднего фронта окна ожидания, осуществив формирование первого идентификационного кодового слова. Это позволило осуществить обнаружение сигнала искрения и место его расположения на синусоидальном сигнале диагностируемой сети, давая дополнительный признак при распознавании процесса искрения (например, отличить моменты возникновения переменного контакта от момента поверхностного пробоя изоляции).
Введение пятого 11 счетчика позволило осуществить подсчет количества импульсов, вошедших в сигнал искрения, что позволило осуществить присвоение идентификационных номеров сигналам по количеству импульсов в зависимости от динамики развития распознаваемого физического процесса (например, при приближении к аварии количество импульсов в сигнале искрения увеличивается) и выдать второе идентификационное кодовое слово.
Введение четвертого 10 счетчика позволило определить интенсивность появления обнаруженных искрений по времени относительно друг друга, что позволяет определить динамику развития искрения в диагностируемой электрической сети и выдать третье идентификационное кодовое слово, соответствующее временному интервалу до предыдущего искрения (например, по мере приближении к предпожарной ситуации интервал времени между соседними искрениями уменьшается).
Введение шестого 12 и седьмого 13 счетчиков позволяет обнаружить и присвоить идентификационные номера для отличия искрений, объединенных в блоки, от одиночного искрения и выдавать коды наличия объединенных искрений, если искрения начинают из одиночных переходить в блочные структуры и захватывать соседние полупериоды, выдав четвертое идентификационное кодовое слово.
Введение первого 28 блока памяти с введенной в него моделью зависимости распределения класса искрения от времени, оставшегося до возникновения предпожарной ситуации, соединенного с третьим 18 дешифратором и блоком 30 индикации, позволило выдавать сигнал «Предупреждение» или «Авария» в зависимости от класса искрения и отображать информацию о количестве часов, оставшихся до возникновения предпожарной ситуации.
Введение второго 29 блока памяти и восьмого 14 счетчика позволило осуществить индикацию распределения классов искрения от времени их появления в прямой временной зависимости, что позволило получить информацию для уточнения вводимых моделей классов искрения от времени при создании последующих версий, выполнять протоколирование динамики развития процессов, предшествующих предпожарным ситуациям.
Введение всех выше перечисленных блоков устройства с их связями позволяет провести обнаружение и классификацию искрения и определить по ним время, оставшееся до возникновения предпожарной ситуации от искрения в электрической сети.
Устройство (фиг.1), реализующее способ определения времени возникновения предпожарной ситуации от искрения в электрической сети, содержит блок выпрямления 1, триггер 2 Шмитта, первый 3, второй 4, третий 5 одновибраторы, стробируемый 6 генератор, первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10, пятый 11, шестой 12, седьмой 13, восьмой 14 счетчики, элемент 15 ИЛИ, первый 16, второй 17 и третий 18 дешифраторы, режекторный 19 фильтр, компаратор 20, первый 21, второй 22 и третий 23 элементы И, элемент 24 НЕ, элемент 25 задержки, первый 26 и второй 27 регистры, первый 28 и второй 29 блоки памяти, блок 30 индикации.
Восемь счетчиков (7-14) содержат С-счетный вход, R-вход сброса (вход установки в состояние «логического 0», пятый 11 счетчик содержит дополнительно D-вход разрешения приема информации.
Блок 1 выпрямления реализован на типовой схеме двухполупериодного выпрямления. Блоки памяти 28 и 29 реализованы на типовых перепрограммируемых (например, EEPROM) микросхемах памяти. Блок 30 индикации реализован на типовом алфавитно-цифровом индикаторе.
Вход блока 1 выпрямления является входом устройства, выход блока 1 выпрямления соединен с входом триггера 2 Шмитта, выход которого соединен с входом первого 3 одновибратора и входом стробируемого 6 генератора, выход которого соединен со счетным входом первого 7 счетчика, выход которого соединен счетным входом второго 8 счетчика, выходы которого соединены с входами первого 26 регистра и входами первого 16 дешифратора, выход которого через третий 5 одновибратор соединен с входом элемента 23 И, второй вход которого соединен с выходом второго 17 дешифратора, входом элемента 24 НЕ, входом D пятого 11 счетчика, со счетным входом 13 седьмого счетчика, вход R которого соединен с выходом и входом R шестого 12 счетчика, а выход третьего элемента 23 соединен через элемент 25 задержки с R входом четвертого 10 счетчика и входами записи второго 29 блока памяти и второго 27 регистра, информационные входы которого соединены с информационными выходами первого 26 регистра, пятого 11 счетчика, седьмого 13 счетчика, четвертого 10 счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первого 3 одновибратора, входами R первого 7, второго 8 счетчиков, счетным входом восьмого 14 счетчика, с входом элемента 15 ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго 22 элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого 7 счетчика, второй вход соединен с выходом элемента 24 НЕ, третий вход второго 22 элемента И соединен с выходом первого 16 дешифратора, с счетным входом шестого 12 счетчика и через второй 4 одновибратор с входом R пятого 11 счетчика, с входом первого 21 элемента И, другой вход которого соединен с выходом компаратора 20, вход которого через режекторный 19 фильтр соединен с входом устройства и входом блока 1 выпрямления, выход первого 21 элемента И соединен с счетным входом пятого 11 счетчика и с счетным входом третьего 9 счетчика, вход R которого соединен с выходом элемента 15 ИЛИ, а выходы третьего 9 счетчика соединены с входами второго 17 дешифратора, выходы второго 27 регистра соединены с адресными входами 29 второго блока памяти и первого 28 блока памяти, выходы данных которого соединены с входами третьего 18 дешифратора, выходы которого соединены с входами блока индикации, причем другие выходы являются выходами «Предупреждение» и «Авария», другие входы блока 30 индикации соединены с выходами данных второго 29 блока памяти, другие адресные входы которого соединены с выходами восьмого 14 счетчика, вход R которого соединен с сигналом «пуск».
Устройство работает следующим образом: перед началом работы программируются первый 16 дешифратор, второй 17 дешифратор, третий 18 дешифратор, первый блок 28 памяти, устанавливается порог срабатывания компаратора 19. Вход устройства подключается к диагностируемой электрической сети переменного напряжения через блок 1 выпрямления, который осуществляет двухполупериодное выпрямление синусоидального напряжения. Триггер 2 Шмитта каждый аналоговый полупериод, поступивший с блока 1 выпрямления, преобразует в соответствующий по длительности полупериоду дискретный сигнал, который поступает на первый 3 одновибратор, который в моменты перехода напряжения диагностируемой сети через ноль обнуляет первый 7 счетчик, второй 8 счетчик, через элемент 15 ИЛИ, третий 9 счетчик и увеличивает на 1 бит содержимое четвертого 10 счетчика. Сигнал с выхода триггера 2 Шмитта также синхронизирует стробируемый 6 генератор относительно перехода через ноль напряжения сети. Импульсы с выхода 6 стробируемого генератора поступают на счетный вход первого 7 счетчика, с выхода которого - на счетный вход второго 8 счетчика, с выхода которого код поступает на вход дешифратора 16, а с его выхода на входы второго 4 и третьего 5 одновибраторов. Импульсы со второго 4 одновибратора и третьего 5 одновибраторов соответственно выдаются по переднему и заднему фронту сформированного временного интервала, передний фронт и длительность которого устанавливаются в моменты максимального значения мгновенной мощности при максимально возможной разнице фаз между током и напряжением диагностируемой сети. Период повторения импульсов на выходе первого 7 счетчика выбирается из условия попадания не менее трех первых импульсов дискретного сигнала искрения.
При появлении сигналов, соответствующих процессу искрения режекторным 19 фильтром, отсекается частота, на которой работает диагностируемая электрическая сеть, оставшийся аналоговый сигнал поступает на вход компаратора 20, где преобразуется в соответствующие дискретные сигналы, соответствующие процессам искрения, приобретая форму пакета импульсов (далее по тексту - сигнал искрения), которые подаются на вход второго 21 элемента И, на другой вход которого подается сформированный временной интервал (окно ожидания появления сигнала искрения). Начинается процедура обнаружения сигнала искрения. По истечении периода ожидания фронта сигнала искрения третий 9 счетчик периодически обнуляется, не пропуская сигналы, не соответствующие критерию сигналов искрения. При поступлении сигнала искрения третий 9 счетчик успевает выдать код на второй 17 дешифратор (например, поступило более 3 импульсов за интервал Т). В результате второй дешифратор 17 выдает сигнал обнаружения переднего фронта сигнала искрения, который запрещает обнуление третьего 9 счетчика до перехода через ноль следующего полупериода и переписывает код позиции переднего фронта искрения в первый 26 регистр, осуществляя формирование первого идентификационного кодового слова положения сигнала искрения относительно перехода через ноль диагностируемой сети. Одновременно этот сигнал, поступая на вход D, разрешает осуществить пятому 11 счетчику счет импульсов, из которых состоит сигнал искрения, тем самым осуществив формирование второго идентификационного кодового слова, соответствующего количеству дискретных импульсов в сигнале искрения. С выхода четвертого 10 счетчика формируется третье идентификационное слово, соответствующее количеству полупериодов между сигналами искрения, и подается на вход второго 27 регистра. Счетчик 12 формирует дополнительный временной интервал длительностью не менее двух полупериодов, через который периодически обнуляет счетчик 13, который формирует кодовое слово номера сигнала искрения в блочной структуре или его отсутствие, и выдает на вход второго регистра 27, осуществляя формирование четвертого идентификационного кодового слова наличия и расположения блочных структур. По заднему фронту временного интервала третий 5 одновибратор выдает короткий импульс, который проходит через третий 23 элемент И, на вход записи второго 27 регистра, осуществляя запись в второй 27 регистр первого, второго, третьего, четвертого идентификационных кодовых слов, и через элемент 25 задержки обнуляет четвертый 10 счетчик. Кодовое слово с выхода второго 27 регистра поступает на адресные входы первого 28 блока памяти, в который введена модель зависимости распределения класса искрения от времени, оставшегося до возникновения предпожарной ситуации, на выходах данных которого появляется код, соответствующий времени, оставшемуся до возникновения предпожарной ситуации. По мере опасности ситуации третий 18 дешифратор выдает управляющие сигналы «Предупреждение» или «Авария» и коды для индикации числового значения времени до возникновения предпожарной ситуации блоком 30 индикации. Для уточнения модели, введенной в первый 28 блок памяти, сбора статистики, ведения протокола появления искрений во второй блок 29 памяти последовательно заносятся классы появляющихся сигналов, соответствующих процессам искрений в прямом отсчете времени с момента включения устройства, которые также отображаются на алфавитно-цифровом индикаторе блока 30 индикации.
На фиг.3 приведены временные диаграммы, поясняющие работу устройства, реализующего предложенный способ, где:
A) сигнал напряжения диагностируемой сети на входе устройства блока 1 выпрямления и режекторного 19 фильтра;
Б) сигнал на выходе блока 1 выпрямления;
B) сигнал на выходе триггера 2 Шмитта;
Г) сигнал на выходе первого 3 одновибратора;
Д) сигнал на выходе режекторного 19 фильтра;
Ж) дискретный сигнал на выходе компаратора 20;
3) сигнал на выходе первого 16 дешифратора;
И) сигнал на выходе второго 4 одновибратора;
К) сигнал на выходе третьего 5 одновибратора;
Л) сигнал на выходе второго 22 элемента И;
М) сигнал на выходе второго 17 дешифратора;
Н) количество импульсов, преобразуемое пятым 11 счетчиком во второе идентификационное кодовое слово.
Построение модели распределения классов искрения от времени основано на том, что каждому моменту времени при приближении к предпожарной ситуации соответствует определенное изменение состояния электрической сети, вызывающее соответствующее изменение характеристик искрения, в начальных стадиях замаскированных на фоне помех и с частотой повторения несколько часов или дней. Началом для развития таких процессов может служить возникновение нежелательных механических, электрических, электрохимических, процессов и их неблагоприятное сочетание.
Например, процессом, приводящим к пожарам и возникновению искрения, может быть изменение сопротивления контактных поверхностей при различных силах сжатия, вследствие ослабления гаек, пружинных контактов. Воздействие влаги, температуры или агрессивных сред на изоляцию проводов приводит к появлению токов утечек и при увеличении концентрации солей появлению мельчайших искр и в дальнейшем обугливанию канала проводимости, возникновению местного дугового поверхностного разряда, способного воспламенить изоляцию [3].
На фиг.4 поясняется принцип формирования модели зависимости распределения класса искрения от времени, оставшегося до возникновения предпожарной ситуации, введенной в первый 28 блок памяти. На графике 1 фиг.4 в качестве примера приведена зависимость распределения классов искрения от времени их появления. Зависимость может быть получена в результате статистической обработки параметров осциллограмм, полученных цифровым осциллографом с памятью в ждущем режиме, с фиксированием времени появления искрения и последующем переводом параметров осциллограмм в классы искрений. В предлагаемом техническом решении для этого используется второй 29 блок памяти, в который записываются автоматически классы искрения и время их появления после поступления на вход R восьмого 14 счетчика сигнала «пуск». Получение зависимости распределения классов искрения от времени, оставшегося до возникновения предпожарной ситуации, осуществляется следующим образом: выбирается класс искрения, соответствующий моменту возникновения предпожарной ситуации, и ему присваивается код времени, равный нулю, все предшествующие коды времени заменяются на коды обратного отсчета времени. В результате каждому классу искрения будет соответствовать код времени, оставшегося до возникновения предпожарной ситуации. За момент возникновения предпожарной ситуации берется непрерывное искрение за определенный интервал времени, способное вызвать возгорание или пожар. На графике 2 фиг.4 также приведены моменты выдачи команд «Предупреждение» и «Авария».
Устройство может быть реализовано на микросхемах средней интеграции или на ПЛИС (Программируемых Логических Интегральных Схемах), например, фирмы ALTERA.
Предложенное техническое решение позволяет более достоверно по сравнению с известными определить время, оставшееся до возникновения предпожарной ситуации от искрения в электрической сети. И на основании этой информации предотвратить пожары, начальные стадии возникновения которых ранее не могли быть обнаружены известными устройствами.
Источники информации
1. Патент Росси RU 2159468, С1 7 G08В 17/ 06, G08В 25/10.
2. Патент Росси RU 2254615, С 2 7 G08В 17/ 06, G08В 25/10.
3. Никитин Ю.А. Пожарная опасность бытовых ненагревательных электроприборов и электросетей. М.: Росагропромиздат, 1990.
1. Способ определения времени возникновения предпожарной ситуации от искрения в электрической сети, в соответствии с которым фильтруют вторую и/или более высокие гармоники спектра сигнала переменного напряжения диагностируемой электрической сети, формируют сигналы «Предупреждение» или «Авария», отличающийся тем, что сигнал второй или более высоких гармоник с помощью компарирования преобразуют в дискретный импульсный сигнал, одновременно выпрямляют напряжение диагностируемой сети, преобразовывают в двухполупериодный сигнал, каждый полупериод преобразуют в прямоугольный сигнал, по переднему фронту формируют сигнал, соответствующий переходу напряжения диагностируемой сети через ноль, формируют тактовые импульсы с периодом повторения, равными суммарной длительности первых трех или более импульсов дискретного сигнала, синхронизируют тактовые импульсы с переходом диагностируемой сети через ноль, считают тактовые импульсы и формируют интервал времени, равный по длительности максимальному расстоянию между максимальными значениями мгновенной мощности за полупериод при максимально возможной угловой разнице фаз между током и напряжением диагностируемой сети, в интервале между двумя тактовыми импульсами в сформированном временном интервале считают дискретные импульсы, при поступлении более трех импульсов формируют первое идентификационное кодовое слово, соответствующее номеру позиции тактового импульса, относительно перехода через ноль напряжения сети, с момента формирования первого идентификационного кодового слова, считают дискретные импульсы, по заднему фронту интервала времени преобразовывают количество импульсов во второе идентификационное кодовое слово, с последнего момента появления предыдущего первого идентификационного кодового слова, считают количество переходов до момента формирования первого идентификационного кодового слова, преобразовывают количество переходов через ноль диагностируемой сети в третье идентификационное кодовое слово, из сформированных временных интервалов, формируют дополнительный временной интервал длительностью не менее двух полупериодов, считают количество первых идентификационных кодовых слов, преобразовывают количество кодовых слов за интервал времени в четвертое идентификационное кодовое слово, объединяют первое, второе, третье, четвертое кодовые слова в пятое кодовое слово, соответствующее классу дискретного сигнала, пятое кодовое слово сравнивается с кодами, которые хранят в модели зависимости распределения класса искрения от времени, оставшегося до возникновения предпожарной ситуации, по результату сравнения выдают шестое кодовое слово, которое дешифрируют, формируют сигналы «Предупреждение» или «Авария» и в зависимости от кода индицируют числовое значение времени, оставшегося до возникновения предпожарной ситуации.
2. Устройство для осуществления способа п.1, содержащее блок выпрямления, режекторный фильтр, выходы «Предупреждение» и «Авария», отличающееся тем, что в него введены триггер Шмитта, три одновибратора, стробируемый генератор, восемь счетчиков, элемент ИЛИ, три дешифратора, компаратор, три элемента И, элемент НЕ, элемент задержки, два регистра, два блока памяти, блок индикации, причем выход блока выпрямления соединен с входом триггера Шмитта, выход которого соединен с входом первого одновибратора и входом стробируемого генератора, выход которого соединен с счетным входом первого счетчика, выход которого соединен с счетным входом второго счетчика, выходы которого соединены с входами первого регистра и входами первого дешифратора, выход которого через третий одновибратор соединен с входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго дешифратора, предназначенного для переписывания переднего фронта сигнала искрения в первый регистр, входом элемента НЕ, входом D пятого счетчика, со счетным входом седьмого счетчика, вход R которого соединен с выходом и входом R шестого счетчика, а выход третьего элемента И соединен с входами записи второго блока памяти и второго регистра и через элемент задержки с R-входом четвертого счетчика, информационные входы второго регистра соединены с информационными выходами первого регистра, пятого счетчика, седьмого счетчика, четвертого счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первого одновибратора, входами R первого, второго счетчиков, счетным входом восьмого счетчика, с входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого счетчика, второй вход соединен с выходом элемента НЕ, третий вход второго элемента И соединен с выходом первого дешифратора, с счетным входом шестого счетчика, с входом первого элемента И и через второй одновибратор с входом R пятого счетчика, другой вход первого элемента И соединен с выходом компаратора, вход которого через режекторный фильтр соединен с входом устройства и входом блока выпрямления, выход первого элемента И соединен с счетным входом пятого счетчика и с счетным входом третьего счетчика, вход R которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а выходы третьего счетчика соединены с входами второго дешифратора, выходы второго регистра соединены с адресными входами второго блока памяти и первого блока памяти, выходы данных которого соединены с входами третьего дешифратора, выходы которого соединены с входами блока индикации, причем другие выходы являются выходами «Предупреждение» и «Авария», другие входы блока индикации соединены с выходами данных второго блока памяти, другие адресные входы которого соединены с выходами восьмого счетчика, вход R которого соединен с сигналом «пуск».
