RU2817861C1 - System for automatic detection of overheating of electrical equipment elements, which includes several sensors, method of its use and testing - Google Patents
System for automatic detection of overheating of electrical equipment elements, which includes several sensors, method of its use and testing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817861C1 RU2817861C1 RU2023107283A RU2023107283A RU2817861C1 RU 2817861 C1 RU2817861 C1 RU 2817861C1 RU 2023107283 A RU2023107283 A RU 2023107283A RU 2023107283 A RU2023107283 A RU 2023107283A RU 2817861 C1 RU2817861 C1 RU 2817861C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- sensors
- overheating
- gases
- sensor
- Prior art date
Links
- 238000013021 overheating Methods 0.000 title claims abstract description 168
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 51
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 550
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 94
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 84
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 36
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 28
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 27
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 24
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 23
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 22
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 17
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 13
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims description 9
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N Fluoroform Chemical compound FC(F)F XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- RRHGJUQNOFWUDK-UHFFFAOYSA-N Isoprene Chemical compound CC(=C)C=C RRHGJUQNOFWUDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 8
- -1 hydrogen halides Chemical class 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 7
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- QMMFVYPAHWMCMS-UHFFFAOYSA-N Dimethyl sulfide Chemical compound CSC QMMFVYPAHWMCMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LSDPWZHWYPCBBB-UHFFFAOYSA-N Methanethiol Chemical compound SC LSDPWZHWYPCBBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GZUXJHMPEANEGY-UHFFFAOYSA-N bromomethane Chemical compound BrC GZUXJHMPEANEGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LJSQFQKUNVCTIA-UHFFFAOYSA-N diethyl sulfide Chemical compound CCSCC LJSQFQKUNVCTIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims description 6
- DNJIEGIFACGWOD-UHFFFAOYSA-N ethanethiol Chemical compound CCS DNJIEGIFACGWOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 5
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 claims description 5
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 4
- BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N Vinyl chloride Chemical compound ClC=C BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 claims description 4
- 229920003020 cross-linked polyethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004703 cross-linked polyethylene Substances 0.000 claims description 4
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 4
- 238000004092 self-diagnosis Methods 0.000 claims description 4
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical class S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CYTYCFOTNPOANT-UHFFFAOYSA-N Perchloroethylene Chemical group ClC(Cl)=C(Cl)Cl CYTYCFOTNPOANT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000008649 adaptation response Effects 0.000 claims description 3
- 239000001273 butane Substances 0.000 claims description 3
- NEHMKBQYUWJMIP-NJFSPNSNSA-N chloro(114C)methane Chemical compound [14CH3]Cl NEHMKBQYUWJMIP-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims description 3
- HRYZWHHZPQKTII-UHFFFAOYSA-N chloroethane Chemical compound CCCl HRYZWHHZPQKTII-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229960003750 ethyl chloride Drugs 0.000 claims description 3
- 150000008282 halocarbons Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000005826 halohydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229940102396 methyl bromide Drugs 0.000 claims description 3
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229950011008 tetrachloroethylene Drugs 0.000 claims description 3
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N Nitrous acid Chemical compound ON=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- AFYPFACVUDMOHA-UHFFFAOYSA-N chlorotrifluoromethane Chemical compound FC(F)(F)Cl AFYPFACVUDMOHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 39
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 59
- 239000003570 air Substances 0.000 description 41
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 40
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 31
- 238000010616 electrical installation Methods 0.000 description 30
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 23
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 21
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 20
- 238000011161 development Methods 0.000 description 13
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 13
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 12
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 12
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 11
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 10
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 10
- 239000003205 fragrance Substances 0.000 description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 7
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 5
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 5
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 4
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 3
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 3
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 3
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000004634 thermosetting polymer Substances 0.000 description 3
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000599 controlled substance Substances 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000003094 microcapsule Substances 0.000 description 2
- 238000010943 off-gassing Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 238000001149 thermolysis Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000003679 aging effect Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 229940125368 controlled substance Drugs 0.000 description 1
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000012691 depolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000003925 fat Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 239000012729 immediate-release (IR) formulation Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000007620 mathematical function Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 125000000383 tetramethylene group Chemical group [H]C([H])([*:1])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 238000007725 thermal activation Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- 239000003981 vehicle Substances 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техники, к которой относится заявленная группа изобретенийField of technology to which the claimed group of inventions relates
Группа изобретений относится к системам выявления аварийных и предпожарных ситуаций, а именно к системам автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования, способам их использования и испытания.The group of inventions relates to systems for detecting emergency and pre-fire situations, namely to systems for automatically detecting overheating of electrical equipment elements, methods of their use and testing.
Уровень техникиState of the art
По статистике неисправность электрооборудования является причиной 30% пожаров. Зачастую такие пожары происходят из-за избыточного нагрева токопроводящих элементов, контактных соединений и изоляции. Своевременное выявление дефектов электрооборудования, сопровождающихся перегревами, позволяет устранить неисправности до возникновения возгораний и тем самым снизить количество пожаров и технологических нарушений. Для выявления перегревов элементов электрооборудования разработано множество методов, которые можно классифицировать как прямые (измерение температуры контролируемого оборудования с помощью термодатчиков), а также косвенные (измерение других параметров, изменяющихся вследствие роста температуры). Одним из примеров косвенного метода определения перегрева является газоаналитический метод, сущность которого заключается в обнаружении газовыми сенсорами веществ, выделяющихся при перегреве контролируемых элементов за счет термодеструкции или возгорания.According to statistics, faulty electrical equipment is the cause of 30% of fires. Often such fires occur due to excessive heating of conductive elements, contact connections and insulation. Timely detection of electrical equipment defects accompanied by overheating makes it possible to eliminate faults before fires occur and thereby reduce the number of fires and technological violations. To detect overheating of electrical equipment elements, many methods have been developed that can be classified as direct (measuring the temperature of controlled equipment using temperature sensors), as well as indirect (measuring other parameters that change due to temperature increases). One example of an indirect method for determining overheating is the gas analytical method, the essence of which is the detection by gas sensors of substances released when the controlled elements overheat due to thermal destruction or fire.
В качестве сенсоров в газоаналитическом методе используются полупроводниковые, термокаталитические, кондуктометрические, электрохимические или оптические сенсоры с различным принципом действия, но служащие одной цели - выявления в газовой фазе продуктов, свидетельствующих о наличии перегрева.The gas analytical method uses semiconductor, thermocatalytic, conductometric, electrochemical or optical sensors with different principles of operation, but serving the same purpose - identifying products in the gas phase that indicate the presence of overheating.
В источнике [RU 2022250, дата публикации 30.10.1994] описаны устройство и способ для информирования о предпожарной ситуации, основанные на определении продуктов термодеструкции различных веществ методом инфракрасной спектроскопии в трех диапазонах длин волн, для которых характерно поглощение углеводородных, хлорсодержащих и кислородсодержащих радикалов и молекул, образующихся в результате термического разложения или воспламенения электроизоляционных материалов. Повышение надежности устройства достигается тем, что из одновременно регистрируемых величин интенсивности излучения, прошедшего через анализируемую газовоздушную смесь, вычитают сигналы, соответствующие допустимой концентрации радикалов, и сравнивают эту разность с пороговым значением. Особенностью предлагаемых устройства и способа является то, что обеспечение высокой точности и оперативности определения концентрации углеводородных, хлорсодержащих и кислородсодержащих радикалов может достигаться только в замкнутых помещениях разного класса и назначения: атомные станции, обитаемые глубоководные аппараты, судовые помещения, угольные шахты, отсеки космических и летательных аппаратов, зернохранилища, склады и т.п., поскольку при использовании описываемого изобретения в открытых помещениях или на открытом воздухе инфракрасные сенсоры могут зафиксировать также посторонние газообразные вещества, поглощающие в тех же спектральных диапазонах, на которые настроены сенсоры по описываемому изобретению. Кроме того, устройством детектируются газы, выделяющиеся при возникновении пламени, т.е. тревожное извещение формируется после возгорания.The source [RU 2022250, publication date 10.30.1994] describes a device and method for informing about a pre-fire situation, based on the determination of thermal destruction products of various substances using infrared spectroscopy in three wavelength ranges, which are characterized by the absorption of hydrocarbon, chlorine-containing and oxygen-containing radicals and molecules , formed as a result of thermal decomposition or ignition of electrical insulating materials. Increased reliability of the device is achieved by subtracting signals corresponding to the permissible concentration of radicals from the simultaneously recorded values of the intensity of radiation passing through the analyzed gas-air mixture, and comparing this difference with a threshold value. A feature of the proposed device and method is that ensuring high accuracy and efficiency in determining the concentration of hydrocarbon, chlorine-containing and oxygen-containing radicals can only be achieved in closed premises of various classes and purposes: nuclear power plants, manned deep-sea vehicles, ship premises, coal mines, space and aircraft compartments devices, granaries, warehouses, etc., since when using the described invention in open rooms or in the open air, infrared sensors can also detect foreign gaseous substances that absorb in the same spectral ranges to which the sensors of the described invention are tuned. In addition, the device detects gases released when a flame occurs, i.e. An alarm notification is generated after a fire.
Способ обнаружения предпожарной ситуации и предотвращения пожара, описанный в источнике [SU 1277159 A1, дата публикации 15.12.1986], основан на измерении интенсивности монохроматического излучения, изменяющегося при поглощении на частоте, соответствующей газообразным продуктам термодеструкции. При превышении пороговых величин срабатывает управляющий сигнал подачи пожарной тревоги. Приведенный способ отличается невысокой надежностью и большой вероятностью ложных срабатываний. Кроме того, способ позволяет зафиксировать только активно развивающиеся процессы термодеструкции, близкие к моменту воспламенения, поскольку управляющий сигнал вырабатывается только на основании превышения сигналом порогового значения без учета скорости нарастания концентрации, а также без учета фоновой концентрации анализируемых газов в окружающей среде.The method for detecting a pre-fire situation and preventing a fire, described in the source [SU 1277159 A1, publication date 12/15/1986], is based on measuring the intensity of monochromatic radiation that changes upon absorption at a frequency corresponding to gaseous products of thermal destruction. When the threshold values are exceeded, the fire alarm control signal is triggered. This method is characterized by low reliability and a high probability of false positives. In addition, the method allows you to record only actively developing thermal destruction processes close to the moment of ignition, since the control signal is generated only on the basis of the signal exceeding a threshold value without taking into account the rate of increase in concentration, and also without taking into account the background concentration of the analyzed gases in the environment.
Для уменьшения количества ложных срабатываний, возникающих в результате детектирования сенсорами сторонних газов, а также выявления фактов перегрева контролируемых элементов до начала термодеструкции, используют специальные термоактивируемые материалы (наклейки), которые устанавливают на контролируемых элементах. При нагреве выше заданной пороговой температуры такие наклейки выделяют сигнальные газы, обнаруживаемые сенсорами. Так, в источнике [JP 666648, дата публикации 11.03.1994] раскрывается устройство для раннего обнаружения перегрева в труднодоступных местах электрического и механического оборудования, состоящее из одоранта, инкапсулированного в термоплавкой композиции, и сенсора, улавливающего сигнальный одорант. При этом термоплавкую композицию с одорантом располагают рядом с контролируемым объектом. Альтернативными вариантами изобретения являются микрокапсулы из термоплавкого состава, заполненные одорантом, а также одоранты, смешанные с жирными кислотами, такими как воск. Термоплавкая композиция может быть нанесена на листовой материал с клеящим слоем для получения термочувствительного стакера, либо смешана с клеящим агентом для получения выделяющей запах краски. Особенностью данного изобретения является использование термоплавких полимеров, которые при разогреве до температуры размягчения или плавления могут плавиться, стекать с контролируемого элемента или образовывать пенный слой. Несмотря на то, что подобные системы настроены на регистрацию веществ, не содержащихся в воздухе помещений при нормальных режимах эксплуатации, они, тем не менее, не застрахованы от ложных срабатываний, поскольку сенсоры могут улавливать сторонние вещества из окружающего воздуха, близкие по своим оптическим или другим свойствам к детектируемым газам.To reduce the number of false alarms that occur as a result of detection of third-party gases by sensors, as well as to identify facts of overheating of the controlled elements before thermal destruction begins, special thermally activated materials (stickers) are used, which are installed on the controlled elements. When heated above a predetermined threshold temperature, such stickers release signal gases that are detected by sensors. Thus, the source [JP 666648, publication date 03/11/1994] discloses a device for early detection of overheating in hard-to-reach places of electrical and mechanical equipment, consisting of an odorant encapsulated in a hot-melt composition and a sensor that detects the signal odorant. In this case, a hot-melt composition with an odorant is placed next to the controlled object. Alternative embodiments of the invention include hot-melt microcapsules filled with odorant, as well as odorants mixed with fatty acids such as waxes. The hot melt composition can be applied to sheet material with an adhesive layer to form a heat-sensitive stacker, or mixed with an adhesive agent to form an odor-releasing paint. A feature of this invention is the use of hot-melt polymers, which, when heated to a softening or melting temperature, can melt, drain from the controlled element or form a foam layer. Despite the fact that such systems are configured to register substances that are not contained in indoor air under normal operating conditions, they are nevertheless not immune from false alarms, since the sensors can detect foreign substances from the ambient air that are similar in their optical or other properties to the detected gases.
Из уровня техники известна также система обнаружения локальных перегревов электрооборудования, в которой раскрыто использование микропористого полимерного композиционного материала, способного выделять содержимое пор в режиме множественных циклов нагрева и охлаждения [RU 2596953, дата публикации 10.09.2016]. Описанная система состоит из газового сенсора, соединенного с регистратором, который подключен к системе подачи сигнала, и полимерного композиционного материала, наносимого на склонные к нагреву участки электрической цепи и имеющего температуру вскрытия в диапазоне 80-200°С. Несмотря на то, что в качестве содержимого пор полимерного композиционного материала устройства по данному документу используются специальные маркерные газы, тем не менее, сенсор устройства может реагировать на присутствие в окружающей среде сторонних газов, близких по спектральным свойствам к используемым легкокипящим веществам. Кроме того, системы, основанные на использовании термочувствительных газовыделяющих наклеек, способны контролировать перегрев только того участка электрооборудования, на которые установлены наклейки.A system for detecting local overheating of electrical equipment is also known from the prior art, which discloses the use of a microporous polymer composite material capable of releasing pore contents in the mode of multiple heating and cooling cycles [RU 2596953, publication date 09.10.2016]. The described system consists of a gas sensor connected to a recorder, which is connected to a signal supply system, and a polymer composite material applied to areas of the electrical circuit that are prone to heating and having an opening temperature in the range of 80-200°C. Despite the fact that special marker gases are used as the contents of the pores of the polymer composite material of the device according to this document, nevertheless, the sensor of the device can respond to the presence in the environment of third-party gases that are similar in spectral properties to the low-boiling substances used. In addition, systems based on the use of heat-sensitive gas-emitting stickers are able to control overheating only in the area of electrical equipment on which the stickers are installed.
Следует отметить, что описанные выше системы, основанные как на использовании газовыделяющих наклеек, так и обнаружении газов, выделяющиеся при термолизе изоляционных материалов, включают в себя одиночные сенсоры, которых недостаточно для контроля состояния оборудования больших размеров, объектов, состоящих из нескольких изолированных друг от друга секций, крупногабаритного оборудования и т.п. Из уровня техники известны системы, определяющие перегрев с помощью газоаналитического метода, которые включают в себя несколько сенсоров, устанавливаемых в разных частях контролируемых объектов, или настроенных на отбор проб воздуха из различных изолированных друг от друга секций, с последующим измерением концентрации определенных сигнальных газов. Такая схема позволяет не только оперативно выявлять факт возникновения опасного нагрева, но и с высокой точностью определять место аварии или возгорания и своевременно принимать меры по минимизации последствий.It should be noted that the systems described above, based both on the use of gas-emitting stickers and the detection of gases released during the thermolysis of insulating materials, include single sensors, which are not enough to monitor the condition of large equipment, objects consisting of several isolated from each other sections, large equipment, etc. The prior art knows systems that detect overheating using the gas analytical method, which include several sensors installed in different parts of the controlled objects, or configured to take air samples from various sections isolated from each other, with subsequent measurement of the concentration of certain signal gases. This scheme allows not only to quickly detect the occurrence of dangerous heating, but also to accurately determine the location of an accident or fire and timely take measures to minimize the consequences.
Например, в источнике [US 2021/0299498 A1, дата публикации 20.01.2021] описана система для тушения пожара в помещении, в которой несколько стационарных устройств пожаротушения ответственны за подавление возгорания в отдельной зоне помещения, а точное установление зоны, в которой произошло возгорание, происходит с помощью матричного сенсора со множеством чувствительных к электромагнитному излучению пикселей, причем каждый пиксель покрывает определенную зону контролируемого помещения. При определении зоны возгорания по количеству пикселей, зарегистрировавших электромагнитное возмущение, срабатывают соответствующие этой зоне устройства пожаротушения. Описанную систему легко масштабировать на защиту больших помещений или помещений со сложной геометрией. Кроме того, она является простой в программировании и быстрой в установке и эксплуатации. Каждый пиксель можно индивидуально настроить на порог электромагнитного излучения, выделяемого стационарными источниками тепла, что предотвращает ложные срабатывания системы, связанные с улавливанием тепла, выделяемого этими источниками. Однако при каждом перемещении, демонтаже или установке этих стационарных источников необходимо проводить перепрограммирование матричного сенсора. Кроме того, такая система не обладает высокой надежностью, поскольку постепенный рост температуры контролируемого объекта, не связанный с аварийными ситуациями, также может привести к ложному срабатыванию системы. Описанную систему нельзя использовать на промышленных объектах и оборудовании, функционирующих при высоких рабочих температурах, значение которых близко к пороговым.For example, the source [US 2021/0299498 A1, publication date 01/20/2021] describes a system for extinguishing a fire in a room, in which several stationary fire extinguishing devices are responsible for suppressing a fire in a separate area of the room, and accurately identifying the zone in which the fire occurred occurs using a matrix sensor with many pixels sensitive to electromagnetic radiation, with each pixel covering a specific area of the controlled room. When a fire zone is determined by the number of pixels that have registered an electromagnetic disturbance, the fire extinguishing devices corresponding to this zone are activated. The described system can be easily scaled to protect large rooms or rooms with complex geometry. In addition, it is easy to program and quick to install and operate. Each pixel can be individually adjusted to the threshold of electromagnetic radiation emitted by stationary heat sources, which prevents false alarms associated with the capture of heat generated by these sources. However, whenever these stationary sources are moved, dismantled, or installed, the matrix sensor must be reprogrammed. In addition, such a system does not have high reliability, since a gradual increase in the temperature of the controlled object, not associated with emergency situations, can also lead to false operation of the system. The described system cannot be used on industrial facilities and equipment operating at high operating temperatures, the value of which is close to the threshold.
Способ и устройство для обнаружения возгорания в одной или нескольких контролируемых зонах с помощью системы всасывающих трубопроводов, соединяющих множество контролируемых зон с помощью воздухозаборных отверстий, описаны в источнике [ЕР 2004/009450, дата публикации 24.04.2004] и позволяют с высокой точностью определить место появления пожара за счет подключения множества всасывающих трубопроводов, контролирующих определенные зоны, к одному сенсору. Подобный принцип работы раскрыт также в источнике [US 11189143, дата публикации 30.11.2021], раскрывающем систему аспирационного обнаружения дыма для обнаружения возгорания и места его возникновения, включающую в себя блок обнаружения взвешенных в воздухе частиц дыма, а также один или более локальных сенсоров, расположенных удаленно от блока обнаружения дыма, для измерения свойств воздуха из интересующей области, которая втягивается в систему обнаружения дыма при аспирации. Для более точного определения места возгорания и снижения числа ложных срабатываний была разработана аспирационная детекторная система [ЕР 2881922, дата публикации 10.06.2015], содержащая двойную сеть подачи анализируемого воздуха, одна из которых работает и детектирует состояние окружающей среды непрерывно, а другая запускается только в случае выявления первой системой признаков пожара. При этом вторая система активируется только в тех зонах, в которых первая система выявила отклонения от нормальных показателей, с некоторой задержкой, учитывающей скорость прохождения всасываемого воздуха до детектора. Сигнал тревоги формируется только в том случае, если детектор второй системы подтверждает данные, полученные от первой системы.A method and device for detecting a fire in one or more controlled zones using a system of suction piping connecting multiple controlled zones using air intake openings is described in the source [EP 2004/009450, publication date 04.24.2004] and allows the location of the fire to be determined with high accuracy fire by connecting multiple suction pipes monitoring specific areas to one sensor. A similar principle of operation is also disclosed in the source [US 11189143, publication date November 30, 2021], which discloses an aspiration smoke detection system for detecting a fire and its location, including a unit for detecting airborne smoke particles, as well as one or more local sensors, located remotely from the smoke detection unit to measure the properties of air from the area of interest that is drawn into the smoke detection system during aspiration. To more accurately determine the location of a fire and reduce the number of false alarms, an aspiration detector system was developed [EP 2881922, publication date 06/10/2015], containing a double network for supplying analyzed air, one of which operates and detects the state of the environment continuously, and the other starts only in if the first system detects signs of fire. In this case, the second system is activated only in those zones in which the first system has detected deviations from normal values, with a certain delay, taking into account the speed of passage of the intake air to the detector. An alarm is generated only if the detector of the second system confirms the data received from the first system.
Несмотря на то, что такие системы позволяют не только определять факт возникновения предпожарной ситуации, но и с высокой точностью и достоверностью выявлять точное ее расположение даже в помещениях большой площади, а также нескольких не связанных между собой помещений, их особенностью является задержка между моментом всасывания воздуха и его анализом детектором, обусловленная удаленностью детектора от воздухозаборных отверстий. Кроме того, такие системы также склонны к детектированию сторонних газов, возникших в воздухе контролируемых помещений не в результате пожароопасной ситуации, а вследствие других причин, что может привести к ложным срабатываниям даже при наличии параллельной подтверждающей аспирационной системы, описанной в источнике [ЕР 2881922]. Другой особенностью подобных систем является сложность их монтажа и невозможность использования для контроля связанных с нагревом дефектов отдельных элементов небольшого электрооборудования, а также низкая чувствительность детекторов.Despite the fact that such systems make it possible not only to determine the occurrence of a pre-fire situation, but also to identify with high accuracy and reliability its exact location even in large areas, as well as several unconnected rooms, their feature is the delay between the moment of air suction and its analysis by the detector, due to the distance of the detector from the air intake openings. In addition, such systems are also prone to detecting foreign gases that have arisen in the air of controlled premises not as a result of a fire hazardous situation, but due to other reasons, which can lead to false alarms even in the presence of a parallel confirmatory aspiration system described in the source [EP 2881922]. Another feature of such systems is the complexity of their installation and the impossibility of using individual elements of small electrical equipment to monitor heating-related defects, as well as the low sensitivity of the detectors.
Способ и устройство для обнаружения и определения места возникновения воспламенения в одной или нескольких контролируемых зонах описаны в источнике [RU 2342709 C2, дата публикации 10.11.2007]. Система всасывающих трубопроводов с помощью воздухозаборного устройства подает пробы воздуха из каждой отдельной контролируемой зоны в сенсор для детектирования по меньшей мере одного продукта горения в отобранных пробах воздуха. При этом после получения положительного результата с по меньшей мере одной пробы воздуха воздухозаборное устройство анализирует повторную пробу, взятую из той же зоны. По анализу концентраций в двух последовательных пробах воздуха, полученных из одной зоны, делается вывод о месте воспламенения, а также степени его развития.A method and device for detecting and determining the location of ignition in one or more controlled areas are described in the source [RU 2342709 C2, publication date 11/10/2007]. The suction piping system, by means of an air intake device, supplies air samples from each individual controlled zone to the sensor for detecting at least one combustion product in the selected air samples. In this case, after receiving a positive result from at least one air sample, the air intake device analyzes a repeat sample taken from the same area. By analyzing the concentrations in two consecutive air samples obtained from the same zone, a conclusion is made about the location of the ignition, as well as the degree of its development.
Разность показаний, полученных последовательно с одного сенсора, обеспечивает возможность прогнозирования развития пожароопасной ситуации и запуска соответствующих механизмов противопожарной защиты при использовании полезной модели [RU 84717 U1, дата публикации 20.07.2009]. Подобной цели служит изобретение [RU 2596063 C1, дата публикации 27.08.2016], в котором описывается способ предаварийного, аварийного и поставарийного контроля источников опасности в герметичных обитаемых объектах, в частности, подводных лодках, основанный на разделении контролируемого объекта на сигнальные зоны, каждая из которых контролируется набором сенсоров, в том числе контролирующих выделение высокодисперсных аэрозолей, образующихся в результате нагрева различных полимерных материалов, электротехнических узлов и элементов, определении параметров сигнальных зон при различных режимах работы, а также фиксации превышения установленных значений в случае возникновения аварийной ситуации. При этом система контроля, получающая сигналы с сенсоров, сравнивает показания, полученные с соседних сенсоров, для проведения физического и математического моделирования процессов развития аварий и оперативного принятия решений по устранению внештатной ситуации и ее последствий.The difference in readings obtained sequentially from one sensor makes it possible to predict the development of a fire hazardous situation and launch the appropriate fire protection mechanisms when using the utility model [RU 84717 U1, publication date 07.20.2009]. A similar purpose is served by the invention [RU 2596063 C1, publication date 08/27/2016], which describes a method for pre-accident, emergency and post-accident control of hazard sources in sealed inhabited objects, in particular submarines, based on dividing the controlled object into signal zones, each which are controlled by a set of sensors, including those that control the release of highly dispersed aerosols formed as a result of heating of various polymer materials, electrical components and elements, determining the parameters of signal zones under various operating modes, as well as recording the excess of established values in the event of an emergency. At the same time, the control system, which receives signals from sensors, compares the readings received from neighboring sensors to carry out physical and mathematical modeling of accident development processes and prompt decision-making to eliminate an emergency situation and its consequences.
Тем не менее, приведенные выше системы не могут применяться для контроля состояния открытых объектов или больших площадей, поскольку разработаны для обеспечения взрывопожарной безопасности замкнутых объемов. При использовании подобных устройств и систем на крупных промышленных предприятиях или на крупногабаритных установках, особенно расположенных на открытом воздухе, повышается риск ложных срабатываний по причине фиксации газов и аэрозолей, имеющих иной источник возникновения и попавших в зону контроля сенсоров описанных систем в результате диффузии.However, the above systems cannot be used to monitor the condition of open objects or large areas, since they are designed to ensure the explosion and fire safety of closed volumes. When using such devices and systems at large industrial enterprises or large installations, especially those located outdoors, the risk of false alarms increases due to the detection of gases and aerosols that have a different source of origin and fall into the control zone of the sensors of the described systems as a result of diffusion.
Известны устройства для измерения состава газовой среды [RU 111675 U1, дата публикации 20.12.2011; RU 159702 U1, дата публикации 20.02.2016], содержащие газовые сенсоры, аналоговую измерительную часть, приемопередатчик, микропроцессорный модуль, схему питания устройства сенсоров и устройства в целом, которые могут быть использованы, например, как автономные беспроводные предпожарные извещатели или датчики токсичных газов. В частности, сенсоры настроены на детектирование концентрации метана или угарного газа в воздухе. Предлагаемые устройства решают задачу полной энергонезависимости от сетевого питания и увеличения времени автономной работы.There are known devices for measuring the composition of a gaseous medium [RU 111675 U1, publication date 12/20/2011; RU 159702 U1, date of publication 02.20.2016], containing gas sensors, an analog measuring part, a transceiver, a microprocessor module, a power supply circuit for the sensor device and the device as a whole, which can be used, for example, as autonomous wireless pre-fire detectors or toxic gas sensors. In particular, the sensors are configured to detect the concentration of methane or carbon monoxide in the air. The proposed devices solve the problem of complete energy independence from mains power and increasing battery life.
В документе [RU 2175779, дата публикации 10.11.2001] описан способ диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара посредством контроля значений информативных параметров, характеризующих состояние воздуха на охраняемом объекте. Техническим результатом является упрощение способа и обеспечение раннего обнаружения возгорания за счет измерения в качестве информативных параметров концентрации газообразных продуктов термодеструкции: СО, CO2, NOx HCl, Н2, CH4, NH3, O2, Cl2, H2S, SO2, НСОН, C6H5OH - и других газов-восстановителей и окислителей, а также концентрации взвешенных частиц в воздухе и его температуры. При этом для каждой зависимости информативных параметров от времени, по крайней мере, одно значение производной определяют во временном интервале 0.1-60 с. По результату обработки данных параметров судят о возникновении предпожарной ситуации.The document [RU 2175779, publication date November 10, 2001] describes a method for diagnosing a pre-fire situation and preventing a fire by monitoring the values of informative parameters characterizing the state of air at a protected facility. The technical result is to simplify the method and provide early detection of fire by measuring the concentration of gaseous products of thermal destruction as informative parameters: CO, CO 2 , NOx HCl, H 2 , CH 4 , NH 3 , O 2 , Cl 2 , H 2 S, SO 2 , НСО, C 6 H 5 OH - and other reducing and oxidizing gases, as well as the concentration of suspended particles in the air and its temperature. Moreover, for each dependence of informative parameters on time, at least one value of the derivative is determined in the time interval of 0.1-60 s. Based on the results of processing these parameters, the occurrence of a pre-fire situation is judged.
На подобном механизме действия основано устройство, описанное в источнике [RU 95849, дата публикации 10.07.2010], которое определяет параметры газовой среды, в том числе, содержание СО и Н2, что позволяет использовать это устройство в качестве пожарного извещателя. Изобретение состоит из газовых сенсоров, режимами работы которых управляет микропроцессорный модуль, аналоговой измерительной части, модуля обработки и хранения измерений, а также блоков питания устройства. Программно-аппаратный интерфейс интегрирован в электронную схему устройства для передачи данных и команд по беспроводным сетям, причем в течение межкалибровочного интервала устройство может работать автономно и бесперебойно без замены блоков питания, благодаря оптимизации алгоритма проведении измерений и передачи данных.The device described in the source [RU 95849, publication date 07/10/2010] is based on a similar mechanism of action, which determines the parameters of the gas environment, including the content of CO and H 2 , which allows the device to be used as a fire detector. The invention consists of gas sensors, the operating modes of which are controlled by a microprocessor module, an analog measuring part, a module for processing and storing measurements, as well as power supplies for the device. The hardware-software interface is integrated into the electronic circuit of the device for transmitting data and commands over wireless networks, and during the calibration interval the device can operate autonomously and uninterruptedly without replacing power supplies, thanks to the optimization of the measurement and data transmission algorithm.
Для увеличения надежности срабатывания описанные выше устройства могут содержать несколько одинаковых сенсоров или сенсоров различных типов, призванных подтверждать тревожный сигнал, получаемый от одного из сенсоров. Также приведенные устройства отличаются высокой чувствительностью к детектируемым газам и высокой надежностью, поскольку пожароопасность оценивается по концентрациям нескольких контролируемых газовых компонентов. Тем не менее, общей особенностью этих устройств является обнаружение первых признаков горения, а не избыточных нагревов. Причиной этого являются высокие пороговые концентрации продуктов термолиза, соответствующие интенсивному развитию дефекта (горению). Снижение пороговых концентраций приводит к множественным ложным срабатываниям из-за присутствия в окружающем воздухе газов, сходным по своим параметрам с продуктами термодеструкции. Иными словами, сенсоры описанных устройств с высокой вероятностью могут улавливать из окружающей среды посторонние газы, чьи спектральные или другие свойства близки к используемым маркерным веществам. Ложные срабатывания характерны при эксплуатации таких систем на химических производствах, где могут происходить выбросы различных химических веществ, а также вблизи промышленных предприятий и производственно-транспортной инфраструктуры.To increase the reliability of operation, the devices described above may contain several identical sensors or sensors of different types, designed to confirm the alarm signal received from one of the sensors. Also, the above devices are characterized by high sensitivity to detected gases and high reliability, since the fire hazard is assessed by the concentrations of several controlled gas components. However, a common feature of these devices is the detection of the first signs of combustion, rather than excessive heating. The reason for this is the high threshold concentrations of thermolysis products, corresponding to the intensive development of the defect (combustion). A decrease in threshold concentrations leads to multiple false alarms due to the presence in the ambient air of gases similar in their parameters to thermal destruction products. In other words, the sensors of the described devices can with a high probability capture foreign gases from the environment whose spectral or other properties are close to the marker substances used. False alarms are typical when operating such systems in chemical plants, where emissions of various chemicals may occur, as well as near industrial enterprises and production and transport infrastructure.
В качестве прототипа выбрано устройство для обнаружения возгорания в электротехнических изделиях, включающее в себя систему всасывающих труб, которая сообщается с контролируемым изделием по меньшей мере через одно всасывающее отверстие и через которое отбирается репрезентативная проба воздуха; модуль раннего обнаружения пожара, имеющий один или более сенсоров для обнаружения по меньшей мере одного вещества в отобранной пробе воздуха, свидетельствующего о воспламенении; контроллер для выдачи сигнала раннего обнаружения пожара в ответ на результат, обнаруженный по меньшей мере одним блоком обнаружения [US 7796047, дата публикации 10.05.2007]. При этом модуль раннего обнаружения возгорания выполнен в виде стеллажа для установки в контролируемое изделие, а система всасывающих труб сообщается с отдельными стойками электрического оборудования, подлежащего контролю, с помощью как минимум одного соответствующего всасывающего отверстия, через которое происходит отбор репрезентативных проб воздуха, анализируемых в системе раннего обнаружения пожара. Отличительными особенностями приведенного изобретения являются большие габариты, сложность монтажа, невозможность его использования для электроустановок нестандартных форм и размеров, а также невысокая чувствительность метода и высокая вероятность ложных срабатываний вследствие приведенных выше причин.As a prototype, a device for detecting fire in electrical products was selected, which includes a system of suction pipes that communicates with the product being monitored through at least one suction hole and through which a representative air sample is taken; an early fire detection module having one or more sensors for detecting at least one substance in the sampled air indicative of ignition; a controller for providing an early fire detection signal in response to a result detected by the at least one detection unit [US 7796047, publication date 05/10/2007]. In this case, the early fire detection module is made in the form of a rack for installation in a controlled product, and the system of suction pipes communicates with individual racks of electrical equipment to be controlled using at least one corresponding suction hole, through which representative air samples are taken, analyzed in the system early fire detection. The distinctive features of the above invention are its large dimensions, the complexity of installation, the impossibility of its use for electrical installations of non-standard shapes and sizes, as well as the low sensitivity of the method and the high probability of false positives due to the reasons given above.
Своевременное и точное выявление аварийных дефектов, сопровождающихся сверхнормативными нагревами вплоть до начала возгорания или тления, является важной задачей для обеспечения безопасности эксплуатации различного оборудования, в том числе электротехнического назначения. Несмотря на существующее разнообразие систем и методов обнаружения предпожарных и аварийных ситуаций, их общим недостатком, ограничивающим их массовое применение, является высокая вероятность ложных срабатываний при попадании в контролируемые объекты сторонних газов, схожих по своей структуре с газами, выделяющимися при нагреве элементов электрооборудования. Существующие газоаналитические системы не позволяют выявлять дефекты на ранней стадии их развития в силу того, что при низкой концентрации продуктов термодеструкции их невозможно надежно зафиксировать на фоне высоких концентраций прочих газов. Существующие газоаналитические системы, способные с высокой точностью численно определять абсолютную концентрацию заданного газа в воздухе, применяются только в узконаправленных областях в силу сложности их обслуживания, больших габаритов и высокой стоимости и не могут применяться в типовых электроустановках.Timely and accurate detection of emergency defects, accompanied by excessive heating up to the point of fire or smoldering, is an important task to ensure the safe operation of various equipment, including electrical equipment. Despite the existing variety of systems and methods for detecting pre-fire and emergency situations, their common drawback, which limits their widespread use, is the high probability of false alarms when foreign gases, similar in structure to the gases released when heating elements of electrical equipment, enter the controlled objects. Existing gas analytical systems do not allow detecting defects at an early stage of their development due to the fact that, with a low concentration of thermal destruction products, they cannot be reliably detected against the background of high concentrations of other gases. Existing gas analytical systems, capable of numerically determining with high accuracy the absolute concentration of a given gas in the air, are used only in narrowly targeted areas due to the complexity of their maintenance, large dimensions and high cost and cannot be used in standard electrical installations.
Тем самым, существует потребность в разработке высокочувствительной и надежной газоаналитической системы автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования в по меньшей мере одной контролируемой зоне, возникающих задолго до момента возгорания, и учитывающей содержание фоновых газов в воздухе в по меньшей мере одной другой контролируемой зоны.Thus, there is a need to develop a highly sensitive and reliable gas analytical system for automatically detecting overheating of electrical equipment elements in at least one controlled zone, occurring long before the moment of fire, and taking into account the content of background gases in the air in at least one other controlled zone.
Группа изобретений направлена на повышение достоверности выявления предпожарных ситуаций, происходящих вследствие перегревов элементов электрооборудования с помощью газоаналитического метода.The group of inventions is aimed at increasing the reliability of identifying pre-fire situations occurring as a result of overheating of electrical equipment elements using the gas analytical method.
Термины и определения, используемые в настоящей группе изобретенийTerms and definitions used in this group of inventions
Представленные ниже термины имеют пояснительный характер и не ограничивают объем правовой охраны заявленного изобретения только указанными формулировками.The terms presented below are explanatory in nature and do not limit the scope of legal protection of the claimed invention only to the specified wording.
"Бегущее среднее значение" функция, значение которой в каждой точке определения равно среднему значению исходной функции за предыдущий период. Применительно к настоящей группе изобретений бегущим средним значением концентрации газа является среднее значение концентраций, зафиксированных сенсором за определенный период до настоящего момента."Running average" is a function whose value at each point of definition is equal to the average value of the original function for the previous period. In relation to the present group of inventions, the running average value of the gas concentration is the average value of the concentrations recorded by the sensor for a certain period up to the present moment.
"Внешняя зона" - это область электроустановки, отгороженная от контролируемой зоны стенками или другими перегородками и сообщающаяся с окружающей средой. Применительно к настоящему изобретению, внешняя зона это смежная с контролируемой зоной область электроустановки, отгороженная от нее стенкой или перегородкой, в которую устанавливается сенсор сравнения таким образом, чтобы воздействие на него сигнального газа было минимальным.“External zone” is an area of the electrical installation, fenced off from the controlled area by walls or other partitions and communicating with the environment. In relation to the present invention, the external zone is the area of the electrical installation adjacent to the controlled zone, fenced off from it by a wall or partition, into which the comparison sensor is installed in such a way that the effect on it of the signal gas is minimal.
Термин "возгорание" обозначает процесс начала горения материала. Применительно к заявленной группе изобретений, возгорание включает в себя начало тления или горения кабелей, контактных соединений, изоляционных материалов или других элементов электрооборудования в результате нагрева электрическим током или дугой.The term "ignition" refers to the process of a material starting to burn. In relation to the claimed group of inventions, fire includes the beginning of smoldering or burning of cables, contact connections, insulating materials or other elements of electrical equipment as a result of heating by electric current or arc.
"Газоаналитическая система" - совокупность изделий и устройств, позволяющих выявлять факт перегрева контролируемых элементов с помощью газоаналитического метода. Газоаналитическая система может включать в себя различные газовые сенсоры, связанные между собой контроллером, изделия или покрытия, в состав которых входят термоактивируемые газовыделяющие материалы, контрольно-приемные устройства, обрабатывающие извещения, поступившие с контроллера, систему сигнализации и прочие элементы, обеспечивающие визуализацию срабатывания системы, передачу информирующих или управляющих извещений.“Gas analytical system” is a set of products and devices that make it possible to detect the fact of overheating of controlled elements using the gas analytical method. A gas analytical system may include various gas sensors interconnected by a controller, products or coatings that include thermally activated gas-emitting materials, control and receiving devices that process notifications received from the controller, an alarm system and other elements that provide visualization of the system’s operation, transmission of informing or control messages.
Под "газоаналитическим методом определения перегрева элементов электрооборудования" понимается метод определения перегрева элементов электрооборудования, заключающийся в регистрации в газовой фазе одного или нескольких веществ, свидетельствующих о перегреве контролируемого элемента выше некоторой температуры.The “gas analytical method for determining overheating of electrical equipment elements” means a method for determining overheating of electrical equipment elements, which consists of registering in the gas phase one or more substances indicating overheating of the controlled element above a certain temperature.
"Газовый сенсор" - это устройство, предназначенное для определения содержания в газовой смеси одного или нескольких веществ, формирующее электрический сигнал, связанный с концентрацией контролируемых веществ в газовой фазе, и передающее его на контроллер. Различают следующие типы газовых сенсоров: полупроводниковые, термокаталитические, кондуктометрические, электрохимические, оптические и др. сенсоры. Сенсоры, использующиеся в настоящей группе изобретений, выполнены с возможностью одновременного обнаружения как фоновых, так и сигнальных газов.“Gas sensor” is a device designed to determine the content of one or more substances in a gas mixture, generating an electrical signal associated with the concentration of controlled substances in the gas phase and transmitting it to the controller. The following types of gas sensors are distinguished: semiconductor, thermocatalytic, conductometric, electrochemical, optical and other sensors. The sensors used in the present group of inventions are designed to simultaneously detect both background and signal gases.
"Дефект" это несоответствие объекта требованиям, установленным документацией, хотя бы по одному показателю.“Defect” is the non-compliance of an object with the requirements established by the documentation, at least for one indicator.
"Извещение о перегреве" набор команд, сообщений и оповещений, сформированных контроллером, предназначенное для информирования персонала или смежных систем о возникновении перегрева. Извещение может включать в себя световое, графическое, звуковое, электронное или другие типы оповещения персонала, пакет данных, переданных в смежную систему, изменение положения реле сухого контакта и прочие действия.“Overheat notification” is a set of commands, messages and alerts generated by the controller, intended to inform personnel or related systems about the occurrence of overheating. Notification may include light, graphic, sound, electronic or other types of personnel alerts, a packet of data transmitted to an adjacent system, a change in the position of a dry contact relay, and other actions.
Термин "контроллер" по настоящему изобретению означает любые логические устройства, к которым могут быть подключены по проводной или беспроводной связи по меньшей мере два газовых сенсора, в частных случаях контроллер может быть соединен с одним из сенсоров путем совмещения с ним. Контроллер анализирует сигналы от газовых сенсоров с помощью набора логических операций и формирует извещение, информирующее о возникновении перегрева. В зависимости от пользовательских характеристик извещение может быть сформировано в световом, звуковом, графическом или ином виде, а также представлять из себя пакет данных, для передачи в смежные системы или изменение положения реле сухого контакта. Извещение может передаваться контроллером на другое устройство, в частности, внешнее приемное устройство или верхнеуровневую систему. В этом случае извещение может дополнительно включать управляющую команду, например, на разрыв электрической сети, запуск системы пожаротушения и другие.The term “controller” according to the present invention means any logical devices to which at least two gas sensors can be connected via wired or wireless communication; in particular cases, the controller can be connected to one of the sensors by combining it with it. The controller analyzes signals from gas sensors using a set of logical operations and generates a notification informing about the occurrence of overheating. Depending on the user characteristics, the notification can be generated in light, sound, graphic or other form, and can also be a data packet for transmission to adjacent systems or a change in the position of the dry contact relay. The notification may be transmitted by the controller to another device, in particular an external receiving device or a higher-level system. In this case, the notification may additionally include a control command, for example, to break the electrical network, start the fire extinguishing system, and others.
Под "контролируемой зоной" понимается область электроустановки, полностью или частично ограниченная стенками или другими перегородками, внутри которой находятся контролируемые одним из сенсоров системы элементы электрооборудования. В частном случае, контролируемая зона может представлять собой внутренний объем электрического щита, секцию распределительных устройств, отсек выключателя, коробку блока распределения начал обмоток и т.д., внутри которых располагаются элементы, подлежащие контролю. Контролируемая зона может быть герметично или негерметично отделена от внешней зоны и других контролируемых зон. Степень не герметично ста контролируемой зоны электрооборудования может определяться параметром класса IP. В частном случае контролируемая зона может не отделяться перегородками от других контролируемых зон, при условии, что сигнальный газ, выделяющийся при нагревании контролируемого элемента, воздействует только (преимущественно) на соответствующий этой контролируемой зоне сенсор.The “controlled area” refers to the area of the electrical installation, fully or partially limited by walls or other partitions, within which there are elements of electrical equipment controlled by one of the system sensors. In a particular case, the controlled area can be the internal volume of an electrical panel, a section of distribution devices, a switch compartment, a box for a distribution unit of windings, etc., within which the elements to be controlled are located. The controlled area may be hermetically or non-hermetically separated from the external area and other controlled areas. The degree of leakage of the controlled area of electrical equipment can be determined by the IP class parameter. In a particular case, the controlled zone may not be separated by partitions from other controlled zones, provided that the signal gas released when the controlled element is heated affects only (primarily) the sensor corresponding to this controlled zone.
Термин "контролируемый элемент" описывает элемент электрооборудования, перегрев которого определяется с помощью газоаналитической системы по заявленной группе изобретений.The term “controlled element” describes an element of electrical equipment, the overheating of which is determined using a gas analytical system according to the claimed group of inventions.
"Миллионная доля" или "ppm" это единица измерения каких-либо относительных величин, равная 1⋅10-6 от базового показателя. Применительно к заявленной группе изобретений, величина ppm означает содержание измеряемых газов в контролируемой зоне в данный момент времени и определяет абсолютную концентрацию этих газов. Концентрация газов, выраженная в миллионных долях, может быть пересчитана в процентную концентрацию следующим образом: 1% = 10000 ppm."Part per million" or "ppm" is a unit of measurement of any relative value, equal to 1⋅10 -6 from the base indicator. In relation to the claimed group of inventions, the ppm value means the content of measured gases in the controlled area at a given time and determines the absolute concentration of these gases. Gas concentrations expressed in parts per million can be converted to percentage concentrations as follows: 1% = 10,000 ppm.
Понятие "множественные срабатывания системы" характеризует возможность газоаналитической системы регистрировать факт перегрева в повторяющихся циклах «нагрев охлаждение» более одного раза без замены компонентов системы.The concept of “multiple system activations” characterizes the ability of a gas analytical system to register the fact of overheating in repeated “heating-cooling” cycles more than once without replacing system components.
Термин "модельный газ" означает вещество или группу веществ, которые используются при проведении испытаний системы и включают в себя соединения, близкие по тем или иным характеристикам к сигнальным, фоновым газам или веществам, выделяемым при перегреве термоактивируемого газовыделяющего материала.The term “model gas” means a substance or group of substances that are used when testing a system and include compounds that are similar in one way or another to signal, background gases or substances released when a thermally activated gas-emitting material overheats.
Под термином "перегрев (нагрев, нагревание) элементов электрооборудования" понимается достижение элементами электрооборудования температуры, превышающей температуру нормальной эксплуатации, за счет возникновения дефекта, дуговых разрядов и других причин.The term “overheating (heating, heating) of electrical equipment elements” refers to the achievement of electrical equipment elements at a temperature exceeding the temperature of normal operation due to the occurrence of a defect, arc discharges and other reasons.
Понятие "пороговая концентрация сигнального газа" или "порог газоаналитической системы" - минимальная концентрация сигнального газа или минимальное значение сигнала газового сенсора газоаналитической системы при котором происходит формирование тревожного извещения.The concept of “threshold concentration of a signal gas” or “threshold of a gas analytical system” is the minimum concentration of a signal gas or the minimum value of the signal from the gas sensor of a gas analytical system at which an alarm is generated.
Термин "самодиагностика" раскрывает выполняемую в автоматическом режиме совокупность процессов, направленных на определение работоспособности системы.The term “self-diagnosis” reveals a set of processes performed in automatic mode aimed at determining the operability of the system.
"Сенсор сравнения" дополнительный газовый сенсор, подключаемый к системе по настоящему изобретению, предназначенный для установки вблизи контролируемой зоны и регистрирующий концентрацию фоновых газов."Comparison sensor" is an additional gas sensor connected to the system of the present invention, designed to be installed near the controlled area and recording the concentration of background gases.
"Сигнал газового сенсора" и "значение сигнала газового сенсора" электрический сигнал, сформированный газовым сенсором, один из параметров которого зависит от концентрации заданных веществ (например, сигнальных или фоновых газов) в газовой смеси. В соответствии с настоящим изобретением сигнал передается от газового сенсора контроллеру посредством проводной или беспроводной связи. Газовый сенсор может дополнительно включать в себя логические модули, преобразующие или модулирующие сигнал, различные фильтры, усилители сигнала и другие компоненты.“Gas sensor signal” and “gas sensor signal value” are an electrical signal generated by a gas sensor, one of the parameters of which depends on the concentration of specified substances (for example, signal or background gases) in the gas mixture. In accordance with the present invention, a signal is transmitted from the gas sensor to the controller via wired or wireless communication. The gas sensor may additionally include logic modules that convert or modulate the signal, various filters, signal amplifiers and other components.
Термин "сигнальный газ" означает вещество или группу веществ, которые выделяются в газовую фазу при перегреве контролируемых элементов или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов и на обнаружение которых настроен газовый сенсор.The term “signal gas” means a substance or group of substances that are released into the gas phase when the controlled elements or thermally activated gas-emitting materials installed on them are overheated and for which the gas sensor is configured to detect.
"Степень негерметичности" закрытого объема характеризует отношение суммарной площади постоянно открытых участков данного объема к площади ограждающих конструкций, выраженное в процентах. В качестве количественной оценки степени негерметичности электрических шкафов и распределительных щитов также может использоваться параметр класса защиты IP.The “degree of leakage” of a closed volume characterizes the ratio of the total area of permanently open sections of a given volume to the area of the enclosing structures, expressed as a percentage. The IP rating can also be used to quantify the degree of leakage in electrical cabinets and distribution boards.
Код IP (согласно ГОСТ 14254-2015) обозначает систему кодификации, применяемую для обозначения степеней защиты, обеспечиваемых ограждающими конструкциями, от доступа к опасным частям, попадания внешних твердых предметов, воды, а также для предоставления дополнительной информации, связанной с такой защитой.The IP code (according to GOST 14254-2015) denotes a codification system used to indicate the degrees of protection provided by enclosing structures from access to hazardous parts, ingress of external solid objects, water, as well as to provide additional information related to such protection.
Под термином "термоактивируемый газовыделяющий материал (ТГМ)" понимается материал, способный выделять газ при нагреве выше заданной пороговой температуры, преимущественно в диапазоне 60-150°С. В частности, такой материал может входить в состав термоактивируемых газовыделяющих наклеек, клипс, кембриков, прочих изделий, а также специальных покрытий (лаков, красок и пр). Термоактивируемый газовыделяющий материал может включать микрокапсулы или микропористые компоненты, содержащие сигнальные газы, на детектирование которых настроен газовый сенсор. Массовая доля веществ, переходящих в газовую фазу при нагревании термоактивируемого газовыделяющего материала до пороговой температуры, должна составлять не менее 30%. Температура, при которой термоактивируемый газовыделяющий материал начинает выделять газ, называется пороговой температурой газовыделения или просто пороговой температурой. В зависимости от строения термоактивируемого газовыделяющего материала при нагревании до пороговой температуры может происходить полное или частичное выделение содержащегося в нем газа. В последнем случае, при повторном нагревании выше пороговой температуры материал будет снова выделять часть содержащегося в нем газа. Такое свойство ТГМ обеспечивает возможность многократного срабатывания газоаналитической системы.The term "thermally activated gas-releasing material (TGM)" refers to a material capable of releasing gas when heated above a specified threshold temperature, preferably in the range of 60-150°C. In particular, such material can be part of thermally activated gas-emitting stickers, clips, cambrics, other products, as well as special coatings (varnishes, paints, etc.). The thermally activated gas-releasing material may include microcapsules or microporous components containing signal gases that the gas sensor is configured to detect. The mass fraction of substances that pass into the gas phase when the thermally activated gas-releasing material is heated to a threshold temperature must be at least 30%. The temperature at which a thermally activated outgassing material begins to emit gas is called the offgassing threshold temperature or simply threshold temperature. Depending on the structure of the thermally activated gas-releasing material, when heated to a threshold temperature, complete or partial release of the gas contained in it may occur. In the latter case, when reheated above the threshold temperature, the material will again release part of the gas it contains. This property of TGM provides the possibility of repeated operation of the gas analytical system.
Термин "фоновый газ" раскрывает вещество или группу веществ, которые могут присутствовать в воздухе зоны эксплуатации электроустановки, могут определяться газовым сенсором, и возникновение которых не связано с перегревом контролируемых элементов или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов.The term “background gas” discloses a substance or group of substances that may be present in the air of the operating area of an electrical installation, can be detected by a gas sensor, and the occurrence of which is not associated with overheating of the controlled elements or thermally activated gas-emitting materials installed on them.
Под термином "электрооборудование" понимается совокупность устройств, предназначенных для производства, распределения, передачи и потребления электроэнергии, в основу работы которых положены принципы электротехники.The term “electrical equipment” refers to a set of devices intended for the production, distribution, transmission and consumption of electricity, the basis of which is the principles of electrical engineering.
"Электрический шкаф" или "распределительный щит" - это каркас, в который устанавливается различное электрооборудование, в том числе предназначенное для приема и распределения энергии. "Закрытый электрический шкаф" представляет собой корпус, как правило, выполненный из металла или пластика, полностью или частично закрытый со всех сторон. Щит отличается от шкафа тем, что оборудование монтируется в специальной нише в стене и закрыто только с лицевой стороны.An “electrical cabinet” or “distribution board” is a frame into which various electrical equipment is installed, including those intended for receiving and distributing energy. An "enclosed electrical cabinet" is an enclosure, usually made of metal or plastic, that is completely or partially enclosed on all sides. The panel differs from the cabinet in that the equipment is mounted in a special niche in the wall and is closed only on the front side.
Сущность группы изобретенийThe essence of the group of inventions
Заявленная группа изобретений направлена на повышение надежности и достоверности выявления начальных стадий дефектов элементов электрооборудования в контролируемой зоне с помощью газоаналитического метода, учитывающего текущую концентрацию фоновых газов в контролируемых зонах. При этом, в группе изобретений используется по меньшей мере два сенсора, установленных в разных контролируемых зонах, а количество контролируемых зон, и, соответственно, установленных в них сенсоров, не ограничено верхним пределом.The claimed group of inventions is aimed at increasing the reliability and reliability of identifying the initial stages of defects in electrical equipment elements in a controlled area using a gas analytical method that takes into account the current concentration of background gases in controlled areas. Moreover, the group of inventions uses at least two sensors installed in different controlled zones, and the number of controlled zones, and, accordingly, sensors installed in them, is not limited by an upper limit.
Задача, на решение которой направлена заявленная группа изобретений, заключается в создании газоаналитической системы контроля перегревов элементов электрооборудования, способа ее испытания, а также способа автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования, обладающих высокой достоверностью и чувствительностью.The problem to be solved by the stated group of inventions is to create a gas analytical system for monitoring overheating of electrical equipment elements, a method for testing it, as well as a method for automatically detecting overheating of electrical equipment elements with high reliability and sensitivity.
Техническим результатом заявленной группы изобретений является повышение надежности и безопасности эксплуатации электрооборудования за счет своевременного выявления дефектов, сопровождающихся перегревами элементов электрооборудования.The technical result of the claimed group of inventions is to increase the reliability and safety of electrical equipment operation due to the timely detection of defects accompanied by overheating of electrical equipment elements.
Для достижения указанного технического результата, группа изобретений использует определение перегревов элементов электрооборудования газоаналитическим методом с применением двух или более сенсоров, расположенных в различных контролируемых зонах одной электроустановки, при этом по меньшей мере два сенсора предназначены как для обнаружения газов, выделяющихся при нагревании контролируемого элемента и/или установленных на нем термоактивируемых газовыделяющих материалов в двух различных контролируемых зонах, выполненных с возможностью определения и учета концентрации фоновых газов. Контроллер, связанный с газовыми сенсорами, обрабатывает полученную с сенсоров информацию с помощью специальных алгоритмов, позволяющих надежно и достоверно выявлять нагревы контролируемых элементов и минимизировать вероятность ложных срабатываний из-за возможного присутствия фоновых газов. Суть алгоритма заключается в том, что контроллер анализирует концентрации газа сразу во всех контролируемых зонах. В случае определения сенсором в одной из контролируемых зон газа, который может быть связан либо с перегревом контролируемого элемента или ТГМ, контроллер анализирует сигналы с сенсоров в соседних контролируемых зонах. Поскольку вероятность одновременного возникновения дефектов в двух различных контролируемых зонах крайне мала, рост концентрации газа во всех зонах принимается за воздействие внешних фоновых газов, не связанных с перегревом, а рост концентрации только в одной зоне - за выделение сигнального газа и тревогу. Как было показано на практике, такой подход позволяет не только снизить количество ложных срабатываний, но и существенно снизить пороговую концентрацию сигнального газа, на основании которой система может формировать тревожное извещение.To achieve the specified technical result, the group of inventions uses the determination of overheating of electrical equipment elements using a gas analytical method using two or more sensors located in different controlled areas of one electrical installation, with at least two sensors designed to detect gases released when the controlled element is heated and/ or thermally activated gas-emitting materials installed on it in two different controlled zones, made with the ability to determine and take into account the concentration of background gases. The controller, connected to the gas sensors, processes the information received from the sensors using special algorithms that make it possible to reliably and reliably detect heating of the controlled elements and minimize the likelihood of false alarms due to the possible presence of background gases. The essence of the algorithm is that the controller analyzes gas concentrations in all controlled areas at once. If a sensor detects gas in one of the controlled zones, which may be associated with either overheating of the controlled element or THM, the controller analyzes signals from sensors in adjacent controlled zones. Since the probability of simultaneous occurrence of defects in two different controlled zones is extremely small, an increase in gas concentration in all zones is taken as the influence of external background gases not associated with overheating, and an increase in concentration in only one zone is taken as the release of a signal gas and an alarm. As has been shown in practice, this approach allows not only to reduce the number of false alarms, but also to significantly reduce the threshold concentration of the signal gas, based on which the system can generate an alarm.
Указанный технический результат достигается за счет использования системы автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования, включающей:The specified technical result is achieved through the use of a system for automatically detecting overheating of electrical equipment elements, including:
- по меньшей мере два газовых сенсора (S1, S2…Sn), предназначенных для установки в по меньшей мере двух различных контролируемых зонах для обнаружения газов, выделяющихся при нагревании контролируемого элемента или установленных на нем термоактивируемых газовыделяющих материалов;- at least two gas sensors (S1, S2...Sn), designed for installation in at least two different controlled areas to detect gases released when the controlled element is heated or thermally activated gas-emitting materials installed on it;
- контроллер, выполненный с возможностью соединения с по меньшей мере двумя газовыми сенсорами S1 и S2 и формирования извещения о перегреве и/или передачи информации о таком перегреве на другое устройство, при обнаружении сенсором S1 газов, выделяющихся при нагреве контролируемого элемента в одной контролируемой зоне или установленных на нем термоактивируемых газовыделяющих материалов, с учетом концентрации фоновых газов в воздухе, обнаруженной сенсором S2, установленным в другой контролируемой зоне.- a controller configured to connect with at least two gas sensors S1 and S2 and generate a notification about overheating and/or transmit information about such overheating to another device when the sensor S1 detects gases released when the controlled element is heated in one controlled zone or thermally activated gas-emitting materials installed on it, taking into account the concentration of background gases in the air detected by the S2 sensor installed in another controlled area.
Дополнительного группа изобретений может включать использование термоактивируемых газовыделяющих материалов преимущественно многократного действия (ТГМ) и специальных алгоритмов обработки сигнала, позволяющих зафиксировать дефект до начала развития необратимых изменений в структуре материалов контролируемых элементов, например, термодеструкции изоляции. ТГМ, применяемые для выявления фактов перегревов элементов электрооборудования, имеют фиксированную пороговую температуру газовыделения, которая, как правило, ниже температуры начала необратимой деструкции элементов электрооборудования. Таким образом, использование ТГМ позволяет фиксировать перегревы на стадии, позволяющей сохранять работоспособность элементов электроустановки. Кроме того, способность некоторых ТГМ выделять сигнальный газ в повторяющихся циклах нагрева/охлаждения, обеспечивает возможность многократного детектирования перегревов элементов электрооборудования без замены системы или отдельных ее частей и уточнять остаточный ресурс работы оборудования.An additional group of inventions may include the use of thermally activated gas-emitting materials, predominantly reusable (TGM) and special signal processing algorithms that make it possible to detect a defect before the development of irreversible changes in the structure of the materials of the controlled elements, for example, thermal destruction of insulation. THMs used to detect overheating of electrical equipment elements have a fixed threshold temperature of gas evolution, which, as a rule, is lower than the temperature at which irreversible destruction of electrical equipment elements begins. Thus, the use of THM makes it possible to detect overheating at a stage that allows maintaining the operability of electrical installation elements. In addition, the ability of some THMs to emit a signal gas in repeated heating/cooling cycles makes it possible to repeatedly detect overheating of electrical equipment elements without replacing the system or its individual parts and to clarify the remaining operating life of the equipment.
В качестве объекта контроля по настоящему изобретению выбраны элементы электрооборудования. Это обусловлено несколькими причинами. Во-первых, надежность и безотказность функционирования электроустановок является важным и неотъемлемым фактором обеспечения безопасности и надежности функционирования практически всех видом производств, объектов социального назначения, транспорта, городской инфраструктуры и пр. Во-вторых, электроустановки являются источником повышенной пожарной опасности. Как уже было отмечено в начале заявки, возгорания по причине нарушений правил эксплуатации электрооборудования занимают первое место после неосторожного обращения с огнем. В-третьих, в большинстве случаев, электроустановки высокого класса напряжения не позволяют проводить их визуальный осмотр под нагрузкой, что не позволяет своевременно выявлять дефекты с помощью тепловизионного осмотра или других методов визуального контроля. Отдельно следует отметить, что материалы, из которых изготавливается электрооборудование: провода, кабели, изоляторы или корпуса электрооборудования - в большинстве случаев являются негорючими. Обнаружить их перегрев типовыми пожарными (дымовыми, тепловыми, инфракрасными и прочими) датчиками не представляется возможным.Elements of electrical equipment are selected as the object of control for the present invention. This is due to several reasons. Firstly, the reliability and reliability of the functioning of electrical installations is an important and integral factor in ensuring the safety and reliability of the operation of almost all types of production, social facilities, transport, urban infrastructure, etc. Secondly, electrical installations are a source of increased fire danger. As already noted at the beginning of the application, fires due to violations of the rules for operating electrical equipment take first place after careless handling of fire. Thirdly, in most cases, electrical installations of a high voltage class do not allow for visual inspection under load, which does not allow timely detection of defects using thermal imaging inspection or other visual inspection methods. Separately, it should be noted that the materials from which electrical equipment is made: wires, cables, insulators or electrical equipment housings are in most cases non-flammable. It is not possible to detect their overheating with standard fire (smoke, heat, infrared and other) sensors.
Необходимость использования по меньшей мере двух газовых сенсоров, каждый из которых может относительно другого выступать в роли сенсора сравнения, и определять концентрацию фоновых газов в контролируемых областях, связана с необходимостью формирования тревожного извещения о перегреве при обнаружении одним из сенсоров сигнального газа в самых низких концентрациях. Задача сенсора, выступающего в роли сенсора сравнения в этом случае исключение ложных срабатываний, вызванных постоянным изменением концентрации фоновых газов в другой контролируемой области. Целесообразность контроля сигнального газа в минимальных концентрациях связана со следующим обстоятельством. Как правило, скорость развития дефектов, связанных с перегревом электрооборудования, экспоненциально зависит от температуры. Иными словами, чем меньше температура, тем медленнее развивается дефект, и тем больше запас времени для проведения ремонта или подготовки к отключению. С технической точки зрения наиболее целесообразно выявлять дефекты на самых ранних стадиях их развития. Однако при незначительном перегреве концентрация выделяющихся газов очень мала. Это обусловлено не только низкой скоростью реакции деполимеризации, но и выветриванием выделившихся газов из электроустановки во времени. В настоящий момент известно большое количество сенсоров, позволяющих фиксировать продукты, выделяющиеся при разложении изоляции, или специальные сигнальные газы в предельно низких концентрациях, равных единицам или десяткам ppm. Однако такие сенсоры хорошо работают только в идеальной среде, то есть при постоянных температуре, влажности, содержании СО2, кислорода и других атмосферных газов. Обеспечить такие "идеальные" условия в электроустановках невозможно. Изменение воздействия вышеупомянутых факторов в процессе эксплуатации приводят либо к необходимости существенно загрублять систему и поднимать порог срабатывания газоаналитической системы, либо мириться с большим количеством ложных срабатываний. Приведенное выше обстоятельство является одним из существенных факторов, ограничивающих область применения газоаналитической системы. Не менее значимым фактором является изменение чувствительности сенсора во времени, а также зависимость сигнала сенсора от температуры, магнитных полей и других факторов.The need to use at least two gas sensors, each of which can act as a comparison sensor relative to the other, and determine the concentration of background gases in the controlled areas, is associated with the need to generate an alarm about overheating when one of the sensors detects a signal gas in the lowest concentrations. The task of the sensor, acting as a comparison sensor in this case, is to exclude false alarms caused by a constant change in the concentration of background gases in another controlled area. The advisability of monitoring the signal gas in minimum concentrations is associated with the following circumstance. As a rule, the rate of development of defects associated with overheating of electrical equipment depends exponentially on temperature. In other words, the lower the temperature, the slower the defect develops, and the greater the margin of time for repairs or preparation for shutdown. From a technical point of view, it is most advisable to identify defects at the earliest stages of their development. However, with slight overheating, the concentration of released gases is very small. This is due not only to the low rate of the depolymerization reaction, but also to the weathering of the released gases from the electrical installation over time. At the moment, a large number of sensors are known that make it possible to detect products released during the decomposition of insulation, or special signal gases in extremely low concentrations, equal to units or tens of ppm. However, such sensors work well only in an ideal environment, that is, at constant temperature, humidity, CO 2 content, oxygen and other atmospheric gases. It is impossible to ensure such “ideal” conditions in electrical installations. Changing the impact of the above-mentioned factors during operation leads either to the need to significantly roughen the system and raise the response threshold of the gas analytical system, or to put up with a large number of false alarms. The above circumstance is one of the significant factors limiting the scope of application of the gas analytical system. An equally significant factor is the change in sensor sensitivity over time, as well as the dependence of the sensor signal on temperature, magnetic fields and other factors.
Газоаналитические система должна обладать необходимой универсальностью и работать эффективно и достоверно вне зависимости от внешних условий и типа используемых изоляционных материалов. Как правило, предсказать условия окружающей среды, при которых будет эксплуатироваться система, а также состав и количество фоновых газов, воздействию которых будет подвергаться система в процессе эксплуатации невозможно.Gas analysis systems must have the necessary versatility and operate efficiently and reliably, regardless of external conditions and the type of insulating materials used. As a rule, it is impossible to predict the environmental conditions under which the system will be operated, as well as the composition and amount of background gases to which the system will be exposed during operation.
Сигнальные газы, на обнаружение которых настроены газовые сенсоры, используемые в газоаналитической системе, представляют собой не индивидуальное вещество, а совокупность веществ, качественный и количественный состав которых может значительно различаться. По этой причине используемые в газоаналитическом методе сенсоры, как правило, настроены не на индивидуальное вещество, а на группу веществ, объединенных наличием того или иного структурного фрагмента.Signal gases, which gas sensors used in a gas analytical system are configured to detect, are not an individual substance, but a collection of substances, the qualitative and quantitative composition of which can vary significantly. For this reason, the sensors used in the gas analytical method are, as a rule, tuned not to an individual substance, but to a group of substances united by the presence of one or another structural fragment.
Принимая во внимание, что любой параметр, измеряемый такими сенсорами, прямо или косвенно характеризует концентрацию (содержание) газа или группы газов в газовоздушной среде, в данной заявке будет использовано понятие "концентрация" при упоминании содержания сигнальных или фоновых газов. При этом сенсор формирует сигнал, значение которого определяется измеряемым параметром газовой смеси, поэтому можно сказать, что значение сигнала, полученного от сенсора контроллером, также характеризует содержание определенной совокупности веществ в контролируемой зоне и так или иначе связано с их концентрацией.Taking into account that any parameter measured by such sensors directly or indirectly characterizes the concentration (content) of a gas or group of gases in a gas-air environment, in this application the concept of “concentration” will be used when referring to the content of signal or background gases. In this case, the sensor generates a signal, the value of which is determined by the measured parameter of the gas mixture, so we can say that the value of the signal received from the sensor by the controller also characterizes the content of a certain set of substances in the controlled area and is somehow related to their concentration.
Основная сложность повышения чувствительности газовых сенсоров при обнаружении сигнальных газов заключается в том, что при настройке сенсора на определение максимального значения параметра X - Imax(X), которое в наибольшей степени характеризует сигнальный газ (фиг. 6а, сплошные линии b), он, тем не менее, может также обнаружить и присутствие других фоновых веществ, максимальное значение параметра X для которых находится рядом с определяемой величиной. Это связано с тем, что, как правило, графики зависимости значения этих параметров I(Х) от содержания заданных веществ имеют форму, близкую к распределению Гаусса. Поэтому, даже при несовпадении максимумов значений параметров X, среднеквадратическое отклонение от Imax(X) фоновых газов (фиг. 6а, пунктирные линии а) может наложиться на Imax(Х) сигнальных газов, что при высоком содержании сторонних веществ может привести к срабатыванию системы.The main difficulty in increasing the sensitivity of gas sensors when detecting signal gases is that when the sensor is configured to determine the maximum value of the parameter X - I max (X), which best characterizes the signal gas (Fig. 6a, solid lines b), it however, it can also detect the presence of other background substances for which the maximum value of the X parameter is close to the detected value. This is due to the fact that, as a rule, graphs of the dependence of the values of these parameters I(X) on the content of given substances have a shape close to the Gaussian distribution. Therefore, even if the maximum values of the X parameters do not coincide, the standard deviation from I max (X) of background gases (Fig. 6a, dotted lines a) can overlap with I max (X) of signal gases, which, with a high content of foreign substances, can lead to triggering systems.
Использование в системе изделий, включающих термоактивируемые газовыделяющие материалы и устанавливаемых на контролируемые элементы, или термоактивируемых газовыделяющих покрытий, наносимых на эти элементы, позволяет настраивать сенсоры на регистрацию специфических сигнальных газов, которые выделяются из этих материалов при активации вследствие нагрева. Сигнальные газы, как правило, выбираются таким образом, чтобы их максимальное значение параметра X - Imax(Х) - как можно больше отличалось от максимальных значений этого параметра, характерных для большинства фоновых газов (например, СО2, кислорода, воды и других атмосферных газов), как указано на фиг. 6а, жирная линия с. Тем не менее, на практике зависимость I(Х), регистрируемая сенсором, будет выглядеть подобно графику, приведенному на фиг. 6б, а поскольку содержание фоновых газов при определенных условиях может во много раз превышать концентрацию сигнального газа, все равно происходит перекрытие области с максимальным значением параметра X, характерным для сигнальных газов, выделяющихся из ТГМ, и возникновение ложных срабатываний системы.The use of products in the system that include thermally activated gas-emitting materials and are installed on the controlled elements, or thermally activated gas-emitting coatings applied to these elements, allows the sensors to be configured to register specific signal gases that are released from these materials upon activation due to heating. Signal gases, as a rule, are selected in such a way that their maximum value of the parameter X - I max (X) - differs as much as possible from the maximum values of this parameter characteristic of most background gases (for example, CO 2 , oxygen, water and other atmospheric gases), as shown in Fig. 6a, thick line p. However, in practice, the I(X) dependence recorded by the sensor will look similar to the graph shown in Fig. 6b, and since the content of background gases under certain conditions can be many times higher than the concentration of the signal gas, the area with the maximum value of parameter X, characteristic of signal gases released from the TGM, still overlaps, and false alarms of the system occur.
В связи с этим, важной задачей современных систем выявления перегревов с помощью газоаналитических методов является сочетание возможности регистрации низкого содержания газов, выделяющихся при перегреве контролируемых элементов электрооборудования или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов, и минимизация ложных срабатываний. Нами было обнаружено, что учет текущего содержания фоновых газов позволяет многократно повысить чувствительность системы, а также существенно снизить число ложных срабатываний, возникающих по причине обнаружения сенсорами сторонних газов.In this regard, an important task of modern systems for detecting overheating using gas analytical methods is the combination of the ability to register the low content of gases released during overheating of controlled elements of electrical equipment or thermally activated gas-emitting materials installed on them, and minimizing false alarms. We found that taking into account the current content of background gases allows us to greatly increase the sensitivity of the system, as well as significantly reduce the number of false alarms that occur due to the detection of third-party gases by sensors.
Сущность настоящего изобретения заключается в том, что контроллер формирует тревожное извещение о перегреве при обнаружении сенсором S1 газов, выделяющихся при нагревании контролируемых элементов и/или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов в первой контролируемой зоне (то есть в той зоне, в которой установлен S1), с учетом концентрации фоновых газов, определенной сенсором S2, расположенным во второй контролируемой зоне (в которой расположен S2). При этом, тревожное извещение также формируется в случае, если сенсор S2 определяет газы, выделяющиеся при нагревании контролируемых элементов или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов во второй контролируемой зоне, с учетом фоновых газов, определенных сенсором S1 в первой контролируемой зоне. В простейшем случае, тревожное извещение формируется только в том случае, если разность сигналов зафиксированных S1 и S2 превышает установленное пороговое значение.The essence of the present invention is that the controller generates an overheating alarm when sensor S1 detects gases released when the controlled elements and/or thermally activated gas-emitting materials installed on them are heated in the first controlled zone (that is, in the zone in which S1 is installed) , taking into account the concentration of background gases determined by sensor S2 located in the second controlled zone (in which S2 is located). At the same time, an alarm notification is also generated if the S2 sensor detects gases released when the controlled elements or thermally activated gas-emitting materials installed on them are heated in the second controlled zone, taking into account the background gases detected by the S1 sensor in the first controlled zone. In the simplest case, an alarm is generated only if the difference between the signals recorded by S1 and S2 exceeds the set threshold value.
Сенсоры располагаются в различных контролируемых зонах, то есть таким образом, чтобы на сенсор S2 равным образом воздействовали все те же газы, которые воздействуют на сенсор S1, за исключением газов, выделяющихся при нагреве контролируемых элементов и/или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов. При этом, в формировании тревожного извещения для каждого из сенсоров в качестве нулевого значения (базовой линии) принимается усредненный сигнал, полученный с другого сенсора или усредненное значение от всех остальных сенсоров. Такой подход позволяет снизить вероятность ложных срабатываний, обусловленных воздействием на сенсор фоновых газов, и, за счет этого снизить пороговое значение концентрации сигнальных газов, при котором формируется тревожное извещение. Кроме того, поскольку сенсор S2 эксплуатируется в тех же условиях, что и сенсор S1, отравление чувствительного элемента, температурная зависимость сигнала, а также другие параметры сенсора S2 и сенсора S1 будут равны. Это позволяет еще больше повысить чувствительность метода. Принимая во внимание экспоненциальную зависимость скорости развития дефекта от температуры, такой подход позволяет существенно увеличить выявляемость дефектов на ранних стадиях и сократить количество ложных срабатываний.The sensors are located in different controlled areas, that is, in such a way that sensor S2 is equally affected by all the same gases that affect sensor S1, with the exception of gases released when the controlled elements are heated and/or thermally activated gas-emitting materials installed on them. In this case, when generating an alarm for each of the sensors, the average signal received from another sensor or the average value from all other sensors is taken as the zero value (baseline). This approach makes it possible to reduce the likelihood of false alarms caused by exposure to background gases on the sensor, and thereby reduce the threshold value of the concentration of signal gases at which an alarm notification is generated. In addition, since sensor S2 is operated under the same conditions as sensor S1, the poisoning of the sensing element, the temperature dependence of the signal, as well as other parameters of sensor S2 and sensor S1 will be equal. This allows us to further increase the sensitivity of the method. Taking into account the exponential dependence of the rate of defect development on temperature, this approach can significantly increase the detection of defects in the early stages and reduce the number of false positives.
В простейшем случае система принимает значение сигнала I2, характеризующего содержание фоновых газов и сформированного сенсором S2, за базовую линию. Контроллер формирует извещение о перегреве при отклонении значения сигнала I1, характеризующего содержание сигнальных газов и зафиксированного сенсором S1, от этой базовой линии в сторону увеличения в соответствии с формулой: I1 - I2>0. В случае непревышения значения сигнала I1 над значением сигнала I2 или равенства значений этих сигналов, т.е. когда I1 - I2<=0, формирования контроллером извещения о перегреве не происходит. Таким образом, использование системы по заявляемой группе изобретений позволяет распознавать и отфильтровать ложные срабатывания путем сравнения значений сигналов, регистрируемых сенсором S1, со значениями сигналов, регистрируемых сенсором S2, по простейшему алгоритму, приведенному выше, или по более сложным алгоритмам, раскрытым в описании ниже.In the simplest case, the system takes the value of the signal I 2 , which characterizes the content of background gases and generated by sensor S2, as the baseline. The controller generates an overheating notification when the value of the signal I 1 , characterizing the content of signal gases and recorded by sensor S1, deviates from this baseline upward in accordance with the formula: I 1 - I 2 >0. If the value of signal I 1 does not exceed the value of signal I 2 or the values of these signals are equal, i.e. when I 1 - I 2 <=0, the controller does not generate an overheating notification. Thus, the use of the system according to the claimed group of inventions makes it possible to recognize and filter out false positives by comparing the values of the signals recorded by the S1 sensor with the values of the signals recorded by the S2 sensor, using the simplest algorithm given above, or using more complex algorithms disclosed in the description below.
В настоящем изобретении могут использоваться различные методики сравнения значений зарегистрированных сенсорами сигналов, характеризующих содержание газов: могут сравниваться абсолютные значения сигналов в каждый момент времени, усредненные значения сигналов за различный временной период, интегральные или дифференциальные значения сигналов (в последнем случае будет учитываться не сами относительные значения сигналов, а скорость их роста), усредненные значения сигналов, полученные с нескольких сенсоров выступающих в роли сенсоров сравнения или нескольких сенсоров установленных в контролируемой зоне, где произошел перегрев элементов электрооборудования. Все эти подходы позволяют оптимизировать работу системы к конкретной прикладной задаче, поскольку каждый тип дефекта имеет свои особенности развития. Общим во всех случаях является то, что сигналы, зарегистрированные сенсором S1, фиксирующем суммарное содержание фоновых и сигнальных газов, анализируются с учетом концентрации фоновых газов, обнаруженной сенсором S2 и наоборот.The present invention can use various methods for comparing the values of signals recorded by sensors that characterize the gas content: the absolute values of the signals at each moment in time, the average values of the signals over different time periods, the integral or differential values of the signals can be compared (in the latter case, not the relative values themselves will be taken into account signals, and the rate of their growth), averaged signal values obtained from several sensors acting as comparison sensors or several sensors installed in the controlled area where overheating of electrical equipment elements occurred. All these approaches make it possible to optimize the operation of the system for a specific application task, since each type of defect has its own development characteristics. What is common in all cases is that the signals recorded by sensor S1, which records the total content of background and signal gases, are analyzed taking into account the concentration of background gases detected by sensor S2 and vice versa.
Таким образом, учет текущего содержания фоновых газов посредством определения их концентрации в воздухе S2 позволяет снизить пороговую концентрацию сигнального газа, необходимую для формирования извещения, а также распознавать и минимизировать ложные срабатывания, связанные с изменением во времени состава фоновых (атмосферных) газов. Раннее выявление дефектов, связанных с нагревами элементов электрооборудования, обеспечивает повышение надежности и безопасности эксплуатации электрооборудования.Thus, taking into account the current content of background gases by determining their concentration in the air S2 makes it possible to reduce the threshold concentration of the signal gas required for generating a notification, as well as to recognize and minimize false alarms associated with changes in the composition of background (atmospheric) gases over time. Early detection of defects associated with heating elements of electrical equipment ensures increased reliability and safety of operation of electrical equipment.
Заявленная система может содержать более двух сенсоров, а формирование извещения контроллером происходит с учетом усредненных сигналов, полученных от различных сенсоров, с одинаковым или различным вкладом каждого отдельного сенсора.The claimed system may contain more than two sensors, and the formation of a notification by the controller takes into account the averaged signals received from various sensors, with the same or different contribution from each individual sensor.
В ряде случаев система может реализовывать адаптивную логику работы. В этом случае установленное пороговое значение концентрации изменяется в процессе эксплуатации исходя из максимального изменения (амплитуды колебания) сигналов сенсора S1 или сенсора S2 в течение длительного периода. Такой подход является предпочтительным, поскольку в зависимости от внешних условий и особенностей контролируемого электрооборудования достоверно определить пороговые значения сигнального газа не всегда возможно, а использование единого фиксированного (универсального) значения уставки для всех типов электроустановок может привести либо к ложным срабатываниям, либо, напротив, к снижению чувствительности системы. В случае адаптивной логики контроллер формирует извещение о перегреве при превышении сигнала сенсором S1 сигнала сенсора S2 не на фиксированное значение пороговой величины, а на постоянно изменяющееся значение порога. В самом простом случае значение адаптивного порога может быть равно максимальной разнице значений между сенсором S1 и сенсором S2, умноженной на константу (значение которой, преимущественно, находится в диапазоне от 2 до 5). В другом варианте расчета массив значений сигналов, полученных со всех сенсоров, выступающих в роли сенсоров сравнения, формирует дисперсию (т.е. меру разброса) значений сигналов фоновых газов относительно усредненного значения этих сигналов. На основе этих данных контроллер также может рассчитывать стандартное отклонение, обычно представляющее собой квадратный корень из дисперсии, но иногда оценивающееся другими методами расчета. Формирование извещения о перегреве происходит только в том случае, если сигнал, зарегистрированный S1, выбивается из множества, сформированного дисперсией или стандартным отклонением от усредненного значения сигналов, выступающих в роли сенсоров сравнения. Если же значения S1 лежат в пределах указанного множества, то формирование извещения о перегреве не происходит. При этом весь набор вычисляемых величин формируется в зависимости от данных, полученных со всех сенсоров, в каждый момент времени.In some cases, the system can implement adaptive operating logic. In this case, the set threshold concentration value changes during operation based on the maximum change (oscillation amplitude) of the signals from sensor S1 or sensor S2 over a long period. This approach is preferable, since depending on the external conditions and features of the controlled electrical equipment, it is not always possible to reliably determine the threshold values of the signal gas, and the use of a single fixed (universal) setting value for all types of electrical installations can lead to either false alarms or, conversely, reducing the sensitivity of the system. In the case of adaptive logic, the controller generates an overheating notification when the signal from sensor S1 exceeds the signal from sensor S2 not by a fixed threshold value, but by a constantly changing threshold value. In the simplest case, the value of the adaptive threshold can be equal to the maximum difference in values between sensor S1 and sensor S2, multiplied by a constant (the value of which is mainly in the range from 2 to 5). In another calculation option, an array of signal values received from all sensors acting as comparison sensors forms the dispersion (i.e., a measure of spread) of the values of background gas signals relative to the average value of these signals. From this data, the controller can also calculate the standard deviation, which is usually the square root of the variance, but is sometimes estimated by other calculation methods. An overheat notification is generated only if the signal recorded by S1 is out of the set formed by the dispersion or standard deviation from the average value of the signals acting as comparison sensors. If the values of S1 lie within the specified set, then an overheating notification is not generated. In this case, the entire set of calculated values is formed depending on the data received from all sensors at each moment in time.
Адаптивное пороговое значение и использование описанного выше принципа работы системы дополнительно увеличивает достоверность выявления перегревов электрооборудования, поскольку позволяет уменьшить абсолютное значение пороговой концентрации, при определении которой происходит срабатывание системы, и делает систему независимой от установленных пороговых значений.The adaptive threshold value and the use of the system operating principle described above further increases the reliability of detecting overheating of electrical equipment, since it allows one to reduce the absolute value of the threshold concentration, upon determination of which the system is triggered, and makes the system independent of the set threshold values.
Формирование извещения о перегревах элементов электрооборудования и/или передачи информации о таких перегревах на другое устройство может происходить при превышении усредненного значения сигналов, характеризующих содержание газов, зарегистрированных всеми или некоторыми сенсорами, с одинаковым или различным вкладом значений сигналов, зарегистрированных каждым отдельным сенсором, заданных значений. Увеличение числа сенсоров дополнительно способствует повышению достоверности выявления перегревов элементов электрооборудования, особенно в крупногабаритном электрооборудовании, например, таком как распределительные шкафы большого объема, поскольку каждый сенсор будет анализировать определенный окружающий его объем воздуха. Газы, выделяющиеся при перегреве элементов оборудования или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов, первоначально локализованы в непосредственной близи от места нагрева и распространяются равномерно по всему объему электрооборудования с течением времени вследствие диффузионных процессов, скорость которых зависит от многих факторов, например, таких как принудительная вентиляция. В этом случае важно, чтобы сенсор находился как можно ближе к месту нагрева для снижения задержки формирования системой извещения о локальных перегревах. Поэтому размещение нескольких сенсоров в различных местах контролируемых зон позволит своевременно выявлять предпожарные ситуации, связанные с выделением продуктов полимерной изоляции и других материалов. Кроме того, увеличение числа сенсоров в системе позволит более точно определять базовую линию, характеризующую содержание фоновых газов, за счет расширения множества значений, учитывающихся при математической обработке.The formation of a notification about overheating of electrical equipment elements and/or transmission of information about such overheating to another device can occur when the average value of the signals characterizing the gas content recorded by all or some sensors is exceeded, with the same or different contribution of the signal values recorded by each individual sensor, the specified values . Increasing the number of sensors further improves the reliability of detecting overheating of electrical equipment elements, especially in large-sized electrical equipment, for example, such as large-volume distribution cabinets, since each sensor will analyze a certain volume of air surrounding it. Gases released during overheating of equipment elements or thermally activated gas-emitting materials installed on them are initially localized in the immediate vicinity of the heating site and spread evenly throughout the entire volume of electrical equipment over time due to diffusion processes, the speed of which depends on many factors, for example, forced ventilation . In this case, it is important that the sensor is located as close as possible to the heating site to reduce the delay in the system generating notifications about local overheating. Therefore, placing several sensors in different places of controlled areas will allow timely detection of pre-fire situations associated with the release of polymer insulation products and other materials. In addition, increasing the number of sensors in the system will make it possible to more accurately determine the baseline characterizing the content of background gases by expanding the set of values taken into account during mathematical processing.
В другом варианте осуществления система может использовать комбинацию фиксированного порогового значения и адаптивной логики и основываться на расчете и сравнении бегущих средних параметров, зафиксированных сенсором. Контроллер, получая данные от сенсора S1, рассчитывает два показателя: длительное бегущее среднее, вычисляемое как среднее значение зафиксированных параметров за длительный промежуток времени, характеризующий скорость изменения параметров воздушной смеси, не связанный с нагревом контролируемого элемента (обычно 5 минут - час) и короткое бегущее среднее, вычисляемое за временной период, равный времени активного роста концентрации сигнальных газов, при достижении контролируемым элементом пороговой температуры (предпочтительно 10 секунд 10 минут). При этом длительное бегущее среднее фактически характеризует наличие фоновых газов и задает базовую линию, относительно которой ведется сравнение короткого бегущего среднего, характеризующего усредненную концентрацию сигнальных газов. Пороговое значение разницы короткого и длительного бегущих средних (вычисляемой как разность этих параметров или по более сложным алгоритмам) может либо задаваться в зависимости от типа электроустановки, либо настраиваться в автоматическом режиме с учетом фоновых газов, фиксируемых сенсором S2. Точность и чувствительность системы можно регулировать, выбирая временной промежуток для расчета длительного бегущего среднего: чем более длительный период времени берется в расчет, тем меньший вклад в значение короткого бегущего среднего будут вносить фоновые газы. Такая регулировка также может осуществляться в автоматическом режиме в зависимости от данных, получаемых с сенсора S2. Наличие S2 необходимо не только для корректировки адаптивного порога и временного периода для определения длительного бегущего среднего, но и для подтверждения превышения порогового значения сенсором S1, что необходимо в случае резкого нарастания концентрации сигнальных газов в окружающем воздухе по причинам, не связанным с нагревом контролируемых элементов.In another embodiment, the system may use a combination of fixed threshold and adaptive logic and be based on the calculation and comparison of running averages captured by the sensor. The controller, receiving data from sensor S1, calculates two indicators: a long running average, calculated as the average value of the recorded parameters over a long period of time, characterizing the rate of change in the parameters of the air mixture, not related to the heating of the controlled element (usually 5 minutes - an hour) and a short running average, calculated over a time period equal to the time of active growth in the concentration of signal gases when the controlled element reaches the threshold temperature (preferably 10 seconds 10 minutes). In this case, the long running average actually characterizes the presence of background gases and sets the baseline against which the short running average, which characterizes the average concentration of signal gases, is compared. The threshold value of the difference between the short and long running averages (calculated as the difference of these parameters or using more complex algorithms) can either be set depending on the type of electrical installation, or adjusted automatically taking into account the background gases recorded by the S2 sensor. The accuracy and sensitivity of the system can be adjusted by choosing the time period for calculating the long running average: the longer the period of time taken into account, the less background gases will contribute to the value of the short running average. Such adjustment can also be carried out automatically, depending on the data received from the S2 sensor. The presence of S2 is necessary not only to adjust the adaptive threshold and time period for determining a long running average, but also to confirm that the threshold value has been exceeded by sensor S1, which is necessary in the event of a sharp increase in the concentration of signal gases in the ambient air for reasons not related to heating of the controlled elements.
Как правило, средний объем контролируемой зоны, например, одной секции электрооборудования (в частности, электрических щитов, комплектных распределительных устройств, низковольтных комплектных устройств, коробок блока распределения начал обмоток и др.) составляет от 100 л до 1000 л (1 м3). Экспериментально было установлено, что масса продуктов, выделяющихся из изоляционных материалов при перегревах элементов электрооборудования или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов, на определение содержания которых настроены газовые сенсоры, не превышает 1 г. При нормальных условиях молярный объем любого газа принимается за 22.4 л/моль, молярная масса воздуха равна 29 г/моль, а средняя молярная масса сигнальных газов составляет 200 г/моль. Тогда концентрация измеряемых продуктов в контролируемой зоне будет составлять в среднем 30-300 ppm. Поэтому для надежной и достоверной работы система должна фиксировать превышение сигнальных газов в диапазоне 30-300 ppm. При этом концентрация других газов, которые также могут улавливаться сенсорами, значительно выше, например, концентрация CO2 в атмосфере может достигать 1000 ppm и выше. Этот факт дополнительно свидетельствует о необходимости использования сенсора, расположенного в другой контролируемой зоне и определяющего сигнал от фонового газа.As a rule, the average volume of the controlled area, for example, one section of electrical equipment (in particular, electrical panels, complete switchgears, low-voltage complete devices, winding distribution box boxes, etc.) ranges from 100 liters to 1000 liters (1 m 3 ). It was experimentally established that the mass of products released from insulating materials during overheating of electrical equipment elements or thermally activated gas-emitting materials installed on them, the content of which is determined by gas sensors, does not exceed 1 g. Under normal conditions, the molar volume of any gas is taken to be 22.4 l/mol , the molar mass of air is 29 g/mol, and the average molar mass of the signal gases is 200 g/mol. Then the concentration of measured products in the controlled area will average 30-300 ppm. Therefore, for reliable and reliable operation, the system must detect the excess of signal gases in the range of 30-300 ppm. At the same time, the concentration of other gases, which can also be captured by sensors, is much higher; for example, the concentration of CO 2 in the atmosphere can reach 1000 ppm and higher. This fact additionally indicates the need to use a sensor located in another controlled area and detecting the signal from the background gas.
Как было отмечено выше, для осуществления непрерывного контроля выделения газов, образующихся при перегреве элементов электрооборудования или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов, не целесообразно количественно определять только одно конкретное вещество, а необходимо фиксировать группу схожих по строению веществ. Для этой цели необходимо подобрать сенсор, изменяющий какой-либо параметр при адсорбции контролируемого вещества или в результате реакции с определенным классом веществ. Например, сенсор может измерять проводимость среды между двумя чувствительными элементами, зависящую от состава этой среды, и формировать сигнал, значение которого будет тем выше, чем больше содержание газов, вызвавших это изменение. В данном случае абсолютная концентрация сигнальных газов будет неизвестна, однако ее изменение приведет к изменению одного из параметров сенсора, что приведет к формированию газовым сенсором сигнала и будет свидетельствовать об изменении состава воздушной среды. Сенсоры, детектирующие изменение состава газовоздушной среды по косвенному изменению их параметров и формирующие сигнал, пропорциональный этому изменению, широко распространены в различных газоаналитических системах, благодаря их удобству, надежности, простоте использования, компактности и низкой стоимости, и поэтому их использование предпочтительно, рамках заявленной группы изобретений.As noted above, in order to continuously monitor the release of gases formed during overheating of electrical equipment elements or thermally activated gas-emitting materials installed on them, it is not advisable to quantify only one specific substance, but it is necessary to record a group of substances similar in structure. For this purpose, it is necessary to select a sensor that changes some parameter upon adsorption of a controlled substance or as a result of a reaction with a certain class of substances. For example, a sensor can measure the conductivity of a medium between two sensitive elements, depending on the composition of this medium, and generate a signal, the value of which will be higher, the higher the content of the gases that caused this change. In this case, the absolute concentration of the signal gases will be unknown, but its change will lead to a change in one of the sensor parameters, which will lead to the formation of a signal by the gas sensor and will indicate a change in the composition of the air environment. Sensors that detect a change in the composition of a gas-air environment by an indirect change in their parameters and generate a signal proportional to this change are widely used in various gas analytical systems due to their convenience, reliability, ease of use, compactness and low cost, and therefore their use is preferable within the stated group inventions.
В качестве газовых сенсоров в заявленной группе изобретений могут применяться полупроводниковые, термокаталитические, кондуктометрические, электрохимические, оптические и другие виды сенсоров, каждый из которых обладает рядом особенностей.Semiconductor, thermocatalytic, conductometric, electrochemical, optical and other types of sensors, each of which has a number of features, can be used as gas sensors in the claimed group of inventions.
Термокаталитические сенсоры осуществляют контроль тепловыделения, возникающего в результате окисления анализируемого газа на поверхности термокаталитического элемента, представляющего собой нагретую до высокой температуры платиновую нить, покрытую слоем катализатора, а значение тепловыделения напрямую зависит от величины мольной концентрации этого газа. Их преимуществами является высокое быстродействие и наличие взрывонепроницаемой оболочки, однако термокаталитический элемент быстро деградирует, а сам сенсор имеет высокое энергопотребление и требует постоянного подключения к электрической сети, что ограничивает область их использования.Thermal catalytic sensors monitor the heat release resulting from the oxidation of the analyzed gas on the surface of a thermocatalytic element, which is a platinum filament heated to a high temperature and coated with a layer of catalyst, and the value of the heat release directly depends on the molar concentration of this gas. Their advantages are high performance and the presence of an explosion-proof shell, however, the thermocatalytic element quickly degrades, and the sensor itself has high energy consumption and requires a constant connection to the electrical network, which limits the scope of their use.
Принцип работы электрохимических сенсоров основан на взаимодействии анализируемого газа с чувствительным слоем, расположенным непосредственно на рабочем электроде или в слое раствора электролита возле него. Такие сенсоры обеспечивают высокую избирательность и точность измерения, однако наличие жидкого электролита снижает срок их службы и делает их менее предпочтительными для использования в электроустановках.The operating principle of electrochemical sensors is based on the interaction of the analyzed gas with a sensitive layer located directly on the working electrode or in a layer of electrolyte solution near it. Such sensors provide high selectivity and measurement accuracy, however, the presence of a liquid electrolyte reduces their service life and makes them less preferable for use in electrical installations.
Оптические газовые сенсоры основаны на поглощении газами определенных длин волн, как правило, в инфракрасном диапазоне. При этом коэффициент поглощения прямо пропорционален концентрации газов. Преимуществом оптических сенсоров является долгий срок службы и отсутствие эффекта старения, поскольку чувствительный элемент сенсора защищен от воздействия анализируемых газов. Сенсоры этого типа также могут работать в широком диапазоне концентраций. Однако, несмотря на то, что оптические сенсоры можно настраивать на поглощение определенных длин волн, такие сенсоры высоко чувствительны к концентрации воды, углекислого газа и других соединений, которые могут содержать в атмосфере (например, паров ЛВЖ). Это приводит к значительным колебаниям измеряемых параметров и контролирующего сенсора, и сенсора сравнения во времени. Последнее обстоятельство препятствует снижению порога чувствительности такого типа сенсоров. Настройка оптических сенсоров на определение поглощения длин волн, позволяет повысить селективность и чувствительность, однако существенно усложняет систему.Optical gas sensors are based on the absorption of gases at specific wavelengths, typically in the infrared range. In this case, the absorption coefficient is directly proportional to the concentration of gases. The advantage of optical sensors is their long service life and the absence of aging effects, since the sensitive element of the sensor is protected from the effects of the analyzed gases. Sensors of this type can also operate over a wide range of concentrations. However, despite the fact that optical sensors can be tuned to absorb certain wavelengths, such sensors are highly sensitive to the concentration of water, carbon dioxide and other compounds that the atmosphere may contain (for example, flammable liquid vapor). This leads to significant fluctuations in the measured parameters of both the monitoring sensor and the comparison sensor over time. The latter circumstance prevents a decrease in the sensitivity threshold of this type of sensor. Tuning optical sensors to determine the absorption of wavelengths allows increasing selectivity and sensitivity, but significantly complicates the system.
Полупроводниковые сенсоры являются одним из основных типов сенсоров, используемых в газоаналитических системах. Их принцип действия основан на изменении сопротивления чувствительного слоя при воздействии на него измеряемого газа. В качестве такого чувствительного слоя, как правило, используются широкозонные полупроводники (оксиды и халькогениды металлов: SnO2, ZnO, TiO2, WO3, SnO2 и др.), обратимая хемосорбция измеряемых газов на которых приводит к обратимым изменениям проводимости. Их преимуществом является не только высокая чувствительность, широкий динамический диапазон измеряемых концентраций, но и низкое энергопотребление.Semiconductor sensors are one of the main types of sensors used in gas analytical systems. Their principle of operation is based on a change in the resistance of the sensitive layer when exposed to the measured gas. As such a sensitive layer, as a rule, wide-gap semiconductors are used (oxides and chalcogenides of metals: SnO 2 , ZnO, TiO 2 , WO 3 , SnO 2 , etc.), reversible chemisorption of the measured gases on which leads to reversible changes in conductivity. Their advantage is not only high sensitivity, a wide dynamic range of measured concentrations, but also low energy consumption.
Предпочтительность использования сенсоров данного типа для заявленной системы автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования обуславливается тем, что при перегреве изоляционных материалов контролируемых элементов электрооборудования, как правило, включающих в себя сшитый полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), каучук, силикон, эпоксидную смолу и др., выделяются газы-восстановители (например, этилен, винилхлорид, изопрен, бутилен, HCl, H2, СО и др.), которые могут определяться окислительными полупроводниковыми материалами в низких концентрациях. В то же время полупроводниковые сенсоры слабо реагируют на продукты полного окисления органических веществ, например, СО2, кислород, и иные вещества с низкой реакционной способностью, которые присутствуют в воздухе в относительно высоких концентрациях. Это позволяет дополнительно повысить чувствительность системы и обеспечить ее надежное срабатывание при малых концентрациях веществ, образующихся в результате перегревов элементов электрооборудования (например, возникновения частичных дуговых разрядов), свидетельствующих о начальном этапе развития дефекта.The preference for using sensors of this type for the claimed system for automatically detecting overheating of elements of electrical equipment is due to the fact that when the insulating materials of the controlled elements of electrical equipment overheat, usually including cross-linked polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC), rubber, silicone, epoxy resin, etc. ., reducing gases are released (for example, ethylene, vinyl chloride, isoprene, butylene, HCl, H 2 , CO, etc.), which can be determined by oxidizing semiconductor materials in low concentrations. At the same time, semiconductor sensors react poorly to the products of complete oxidation of organic substances, for example, CO 2 , oxygen, and other substances with low reactivity, which are present in the air in relatively high concentrations. This makes it possible to further increase the sensitivity of the system and ensure its reliable operation at low concentrations of substances formed as a result of overheating of electrical equipment elements (for example, the occurrence of partial arc discharges), indicating the initial stage of development of a defect.
При этом, следует отметить, что заявленная группа изобретений не ограничивается использованием газового сенсора определенного типа. Для надежной и достоверной работы заявленной группы изобретений немаловажным критерием при выборе типа используемых сенсоров является селективная регистрация продуктов, выделяющихся при перегреве изоляционных материалов элементов электрооборудования или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов, относительно газов, которые могут присутствовать в атмосфере при нормальном режиме работы системы. К таким газам следует отнести: ЛВЖ, используемые при обслуживании электроустановок, а также при проведении ремонтных и лакокрасочных работ; дымовые газы, выделяющиеся при работе двигателей внутреннего сгорания, котелен, газовых турбин и пр; метан, пары бензина или дизельного топлива, выбросы химических предприятий и пр.At the same time, it should be noted that the claimed group of inventions is not limited to the use of a certain type of gas sensor. For reliable and reliable operation of the claimed group of inventions, an important criterion when choosing the type of sensors used is the selective registration of products released during overheating of the insulating materials of electrical equipment elements or thermally activated gas-emitting materials installed on them, relative to gases that may be present in the atmosphere during normal operation of the system. These gases include: flammable liquids used in the maintenance of electrical installations, as well as during repair and paint work; flue gases released during the operation of internal combustion engines, boilers, gas turbines, etc.; methane, gasoline or diesel fuel vapors, emissions from chemical plants, etc.
Все описанные выше сенсоры, которые могут быть использованы в заявленной группе изобретений, обеспечивают непрерывную и многократную регистрацию продуктов, выделяющихся при перегреве контролируемых элементов электрооборудования или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов, а также фоновых газов как в контролируемой зоне, так и за ее пределами на протяжении всего срока службы, что также обеспечивает надежность выявления перегревов элементов электрооборудования.All the sensors described above, which can be used in the stated group of inventions, provide continuous and repeated registration of products released during overheating of controlled elements of electrical equipment or thermally activated gas-emitting materials installed on them, as well as background gases both in the controlled area and outside it. throughout the entire service life, which also ensures reliable detection of overheating of electrical equipment elements.
В предпочтительном случае выполнения сенсоры, используемые в заявленной системе, являются сенсорами полупроводникового типа, чувствительный элемент которых выполнен с возможностью непрерывного или многократного обнаружения газов, выделяющихся при нагревании изоляционных материалов, включающих, в частности, сшитый полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), каучук, силикон, эпоксидную смолу. В частности, сенсоры выполнены с возможностью регистрации указанных газов в концентрациях от 30-100 ppm.In the preferred embodiment, the sensors used in the claimed system are semiconductor type sensors, the sensitive element of which is designed to continuously or repeatedly detect gases released when heating insulating materials, including, in particular, cross-linked polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC), rubber, silicone, epoxy resin. In particular, the sensors are designed to record these gases in concentrations from 30-100 ppm.
Для повышения чувствительности системы и обнаружения дефектов с температурой нагрева ниже температуры термодеструкции изоляционных материалов в дополнение к сенсору сравнения предпочтительно использование термоактивируемых газовыделяющих материалов (ТГМ). В частных случаях чувствительный элемент сенсоров выполнен с возможностью регистрации продуктов, выделяющихся при перегреве термоактивируемых материалов, предпочтительно многократного действия, входящих в состав изделий или покрытий, установленных или нанесенных на контролируемые элементы электрооборудования.To increase the sensitivity of the system and detect defects with a heating temperature below the thermal destruction temperature of insulating materials, in addition to a comparison sensor, it is preferable to use thermally activated gas-emitting materials (TGMs). In particular cases, the sensitive element of the sensors is designed to register products released during overheating of thermally activated materials, preferably of multiple action, included in products or coatings installed or applied to controlled elements of electrical equipment.
ТГМ содержат в своем составе капсулированный или иным образом герметично изолированный от окружающей среды сигнальный газ, выделение которого происходит при относительно невысокой температуре. Существующие на рынке капсулированные материалы обладают высоким содержанием сигнальных газов (более 30%) и заданной с достаточно высокой точностью начальной температурой газовыделения. ТГМ обычно используют в составе специальных наклеек, клипс, лаков или покрытий.THMs contain an encapsulated or otherwise hermetically sealed signal gas from the environment, the release of which occurs at a relatively low temperature. Encapsulated materials existing on the market have a high content of signal gases (more than 30%) and an initial gas release temperature that is set with sufficiently high accuracy. THMs are usually used in special stickers, clips, varnishes or coatings.
Термоактивируемые газовыделяющие материалы целесообразны для использования в следующих случаях:Thermally activated gas-emitting materials are suitable for use in the following cases:
- контроль нагрева металлических элементов, не покрытых полимерными материалами и не способных выделять сигнальный газ при перегреве;- control of heating of metal elements that are not coated with polymer materials and are not capable of releasing a signal gas when overheated;
- контроль других элементов электроустановки при температуре, ниже начала разложения (термодеструкции) полимерных материалов;- control of other elements of the electrical installation at a temperature below the beginning of decomposition (thermal destruction) of polymer materials;
- избирательный контроль отдельных элементов (тех, на которые нанесены или установлены ТГМ);- selective control of individual elements (those on which TGMs are applied or installed);
- повышение чувствительности системы и снижения количества ложных срабатываний в силу того, что количество сигнальных газов, выделяющихся из ТГМ, существенно выше, чем при разложении полимерной изоляции. Сигнальные газы, содержащиеся в ТГМ, могут быть выбраны таким образом, чтобы чувствительность и селективность сенсора по отношению к этим газам была максимальной.- increasing the sensitivity of the system and reducing the number of false alarms due to the fact that the amount of signal gases released from the THM is significantly higher than during the decomposition of polymer insulation. The signal gases contained in the THM can be selected in such a way that the sensitivity and selectivity of the sensor with respect to these gases is maximized.
Другим преимуществом использования термоактивируемых газовыделяющих материалов является возможность регистрации температуры нагрева контролируемого элемента за счет использования ТГМ с заданной пороговой температурой.Another advantage of using thermally activated gas-emitting materials is the possibility of recording the heating temperature of the controlled element through the use of THM with a given threshold temperature.
Выделение газа из термоактивируемых материалов при нагревании до пороговой температуры, как правило, происходит скачкообразно, что приводит к резкому нарастанию концентрации сигнальных газов. Это позволяет повысить достоверность выявления перегревов элементов электрооборудования, особенно применительно к описанной в настоящей заявке алгоритмам срабатывания системы. Кроме того, как уже говорилось выше, сигнальные газы, используемые в ТГМ, как правило, выбираются таким образом, чтобы их измеряемые параметры находились за пределами областей, перекрывающихся параметрами фоновых газов, что позволяет более селективно настроить чувствительные элементы сенсоров, тем самым увеличив их чувствительность. Высокая чувствительность позволяет использовать изделия, включающие ТГМ, относительно небольших размеров, например, наклейки длиной 1-20 см, и толщиной 0,5-5 мм, или покрытия, включающие ТГМ. С одной стороны, содержание сигнальных газов в таких изделия (покрытиях) невелико, ввиду небольшого объема термочувствительного слоя. С другой стороны, это количество оказывается достаточным для надежной регистрации перегрева. Небольшой размер изделий, содержащих ТГМ, позволяет устанавливать их на небольшие элементы электроустановок: провода, сечением от 0,75 мм2, клеммники, колодки, автоматические выключатели и прочее небольшое оборудование, контроль перегрева которого другими методами невозможен. Другим важным преимуществом повышения чувствительности описанным способом является возможность использования изобретения, включающего ТГМ, даже в вентилируемых электроустановках.The release of gas from thermally activated materials when heated to a threshold temperature, as a rule, occurs abruptly, which leads to a sharp increase in the concentration of signal gases. This makes it possible to increase the reliability of detecting overheating of electrical equipment elements, especially in relation to the system operation algorithms described in this application. In addition, as mentioned above, the signal gases used in TGM are usually selected in such a way that their measured parameters are outside the areas overlapped by the parameters of the background gases, which allows for more selective tuning of the sensitive elements of the sensors, thereby increasing their sensitivity . High sensitivity allows the use of products containing THMs of relatively small sizes, for example, stickers 1-20 cm long and 0.5-5 mm thick, or coatings containing THMs. On the one hand, the content of signal gases in such products (coatings) is low, due to the small volume of the heat-sensitive layer. On the other hand, this amount is sufficient for reliable detection of overheating. The small size of products containing THMs allows them to be installed on small elements of electrical installations: wires with a cross-section of 0.75 mm 2 , terminal blocks, blocks, circuit breakers and other small equipment, the control of overheating of which is impossible by other methods. Another important advantage of increasing sensitivity by the described method is the possibility of using the invention, including THM, even in ventilated electrical installations.
Таким образом, использование системы по настоящей группе изобретений совместно с ТГМ позволяет существенно повысить чувствительность, снизить вероятность ложных срабатываний и зарегистрировать достижение нагрева локальных элементов до заданных температур до развития аварийных дефектов или пожара.Thus, the use of the system according to this group of inventions in conjunction with TGM can significantly increase sensitivity, reduce the likelihood of false alarms and register the achievement of heating of local elements to specified temperatures before the development of emergency defects or fire.
В электрооборудовании, как правило, нагревы связаны с текущим значением тока нагрузки. Чаще всего зависимость является квадратичной и подчиняется закону Джоуля-Ленца. Нагрузка электрооборудования зачастую значительно меняется в процессе эксплуатации, поэтому после возникновения неисправности перегрев может многократно повторяться. В этом случае материалы изоляции нагреваемого элемента будут постепенно, от цикла к циклу, выделять небольшую порцию сигнального газа, вплоть до полной деструкции материала. В этом случае система по заявленной группе изобретений будет формировать извещение при каждом нагреве, что позволяет дополнительно увеличить вероятность своевременного выявления дефекта и повысить надежность эксплуатации. В случае с термоактивируемыми газовыделяющими материалами, как уже было сказано выше, многократность регистрации может обеспечиваться особенностями структуры ТГМ, например, содержанием большого количества микрокапсулированных частиц разного размера и с различной температурой вскрытия.In electrical equipment, as a rule, heating is associated with the current value of the load current. Most often, the dependence is quadratic and obeys the Joule-Lenz law. The load on electrical equipment often changes significantly during operation, so after a fault occurs, overheating can recur many times. In this case, the insulation materials of the heated element will gradually, from cycle to cycle, release a small portion of the signal gas, until the complete destruction of the material. In this case, the system according to the claimed group of inventions will generate a notification each time it is heated, which can further increase the likelihood of timely detection of a defect and increase operational reliability. In the case of thermally activated gas-emitting materials, as mentioned above, multiple registrations can be ensured by the structural features of the THM, for example, the content of a large number of microencapsulated particles of different sizes and with different opening temperatures.
В заявленной группе изобретений в качестве изделий, включающих ТГМ, предпочтительно использование термоактивируемых газовыделяющих наклеек многократного действия, выполненных из полимерного композиционного материала, содержащего непрерывную фазу, образованную термореактивным полимером, поры которого заполнены серосодержащим одорантом или фреоном [ЕА 201890482, дата публикации 29.06.2018]. Благодаря особой структуре материала и использованию термореактивных полимеров, при достижении заданной температуры происходит вскрытие только части пор с высвобождением содержащегося в них газа и сохранением целостности остальных пор, что обеспечивает многократность газовыделения в повторяющихся циклах нагрева/охлаждения. Поэтому использование таких термоактивируемых наклеек обеспечивает возможность многократного детектирования перегревов элементов электрооборудования без замены системы или отдельных ее частей. Кроме того, в данных наклейках сочетание полимерного композиционного материала с одорантами, заполняющими его поры, обеспечивает не только целостность материала при температурах, близких, но не достигших температуры вскрытия, но и взрывное разрушение части пор при нагреве до пороговых значений, приводящее к одномоментному высвобождению достаточного для детектирования сенсором количества сигнального газа. Таким образом, применение преимущественно термоактивируемых газовыделяющих наклеек, описанных в источнике [ЕА 201890482], обеспечивает многократность срабатывания системы по заявленной группе изобретений, а также ее быстродействие.In the claimed group of inventions, as products including THMs, it is preferable to use thermally activated reusable gas-emitting stickers made of a polymer composite material containing a continuous phase formed by a thermosetting polymer, the pores of which are filled with a sulfur-containing odorant or freon [EA 201890482, publication date 06/29/2018] . Thanks to the special structure of the material and the use of thermosetting polymers, when a given temperature is reached, only part of the pores are opened, releasing the gas contained in them and maintaining the integrity of the remaining pores, which ensures repeated gas release in repeated heating/cooling cycles. Therefore, the use of such thermally activated stickers makes it possible to repeatedly detect overheating of electrical equipment elements without replacing the system or its individual parts. In addition, in these stickers, the combination of a polymer composite material with odorants filling its pores ensures not only the integrity of the material at temperatures close to, but not yet reached the opening temperature, but also the explosive destruction of part of the pores when heated to threshold values, leading to the immediate release of sufficient for detecting the amount of signal gas by the sensor. Thus, the use of predominantly thermally activated gas-emitting stickers, described in the source [EA 201890482], ensures multiple operation of the system according to the stated group of inventions, as well as its speed.
В предпочтительном варианте выполнения S1 и S2 имеют чувствительный элемент одного типа и выполнены с возможностью регистрации газов, относящихся к классам соединений, выбираемых из списка: галогенуглероды, галогеноводороды, галогенуглеводороды, алкены, алканы, меркаптаны, кислоты или их смеси, предпочтительно, газов, выбираемых из списка: четырехфтористый углерод, тетрафторэтилен, тетрахлорэтилен, трифторлорметан, хлороформ, дихлорметан, метилхлорид, метилбромид, трифторметан, этилхлорид, винилхлорид, фтороводород, хлороводород, этилен, пропилен, бутадиен, изопрен, метан, этан, бутан, гексан, метилмеркаптан, диметилсульфид, этилмеркаптан, диэтилсульфид, азотная кислота, азотистая кислота или их смесей.In a preferred embodiment, S1 and S2 have a sensing element of the same type and are configured to register gases belonging to classes of compounds selected from the list: halocarbons, hydrogen halides, halohydrocarbons, alkenes, alkanes, mercaptans, acids or mixtures thereof, preferably gases selected from the list: carbon tetrafluoride, tetrafluoroethylene, tetrachlorethylene, trifluoromethane, chloroform, dichloromethane, methyl chloride, methyl bromide, trifluoromethane, ethyl chloride, vinyl chloride, hydrogen fluoride, hydrogen chloride, ethylene, propylene, butadiene, isoprene, methane, ethane, butane, hexane, methyl mercaptan, id, ethyl mercaptan, diethyl sulfide, nitric acid, nitrous acid or mixtures thereof.
Как было отмечено выше, сенсоры газоаналитической системы по заявленной группе изобретений формируют отклик (сигнал) не на какой-либо определенный газ, а, чаще всего на несколько газов (газовую смесь), на которые настроены сенсоры системы. При этом, одни газы могут вносить больший вклад в этот отклик, а другие меньший. Тем самым, каждый сенсор должен быть установлен таким образом, чтобы в максимальной степени обнаруживать именно продукты, выделяющиеся при перегреве контролируемых элементов или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов в отдельной контролируемой зоне, и минимальной степени обнаруживать продукты, выделяющиеся при перегреве контролируемых элементов или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов в любой другой контролируемой зоне. Предпочтительным является установка каждого сенсора над контролируемым элементом в отдельных секциях электрооборудования (например, электрических щитах, комплектных распределительных устройствах, низковольтных комплектных устройствах, коробках блока распределения начал обмоток и др.). Также возможно расположение по меньшей мере двух сенсоров S1 и S2 в одной секции электрооборудования таким образом, чтобы каждый из сенсоров определял газовую среду только своей контролируемой зоны, при этом не испытывая или испытывая минимальное воздействие газов, выделяющихся в других контролируемых зонах. В этом случае газ, выделяющийся из контролируемого элемента, улавливается только одним из сенсоров. В частности, один сенсор может устанавливаться в верхней, а другой - в нижней частях одной секции электрооборудования, при этом между контролируемыми зонами могут отсутствовать перегородки или стенки, ограничивающие их.As noted above, the sensors of the gas analytical system according to the stated group of inventions form a response (signal) not to any specific gas, but, most often, to several gases (gas mixture) to which the system sensors are configured. At the same time, some gases can make a greater contribution to this response, while others less. Thus, each sensor must be installed in such a way as to detect to the maximum extent the products released when the controlled elements or thermally activated gas-emitting materials installed on them are overheated in a separate controlled zone, and to a minimum extent to detect the products released when the controlled elements are overheated or installed on them. of thermally activated gas-emitting materials in any other controlled area. It is preferable to install each sensor above the controlled element in separate sections of electrical equipment (for example, electrical panels, complete switchgears, low-voltage complete devices, distribution box boxes of the windings, etc.). It is also possible to arrange at least two sensors S1 and S2 in one section of electrical equipment in such a way that each of the sensors determines the gas environment only of its controlled zone, while not experiencing or experiencing minimal influence of gases released in other controlled zones. In this case, the gas released from the controlled element is captured by only one of the sensors. In particular, one sensor can be installed in the upper and the other in the lower parts of one section of electrical equipment, while there may be no partitions or walls limiting them between the monitored areas.
Значения сигналов, характеризующих содержание газов, на обнаружение которых настроены чувствительные элементы в сенсорах S1 и S2, передаются на контроллер, который обрабатывает данные, полученные с обоих сенсоров либо одновременно, либо с определенной задержкой во времени, определяемой экспериментально для конкретной электроустановки.The values of the signals characterizing the content of gases, for the detection of which the sensitive elements in sensors S1 and S2 are configured, are transmitted to the controller, which processes the data received from both sensors either simultaneously or with a certain time delay, determined experimentally for a specific electrical installation.
Контроллер по заявленной группе изобретений выполнен с возможностью формирования извещения о перегреве после получения и обработки с помощью набора логических операций данных, полученных со связанных с ним сенсоров. Контроллер может выдавать извещение о перегревах контролируемых элементов в виде звукового, светового, графического или другого оповещения, или в виде управляющей команды, например, на отключение или снижение нагрузки. Также контроллер может передавать сформированное извещение на другое устройство, например, на внешнее приемное устройство. Тип использующегося извещения о возникновении предпожарной или аварийной ситуации определяется на основании технической документации контролируемого электрооборудования, а также удобства использования системы. Контроллер может быть совмещен с одним из газовых сенсоров и связан с остальными сенсорами системы посредством проводной или беспроводной связи, так и выполнен в виде отдельного устройства, которое связывается со всеми сенсорами системы с помощью проводной или беспроводной связи.The controller according to the claimed group of inventions is configured to generate an overheating notification after receiving and processing, using a set of logical operations, data received from the sensors associated with it. The controller can provide notification of overheating of the controlled elements in the form of a sound, light, graphic or other notification, or in the form of a control command, for example, to turn off or reduce the load. The controller can also transmit the generated notification to another device, for example, to an external receiving device. The type of notification used about the occurrence of a pre-fire or emergency situation is determined on the basis of the technical documentation of the controlled electrical equipment, as well as the ease of use of the system. The controller can be combined with one of the gas sensors and connected to the remaining sensors of the system via wired or wireless communication, or it can be made as a separate device that communicates with all sensors of the system via wired or wireless communication.
В частных случаях, контроллер выполнен с возможностью формирования извещения о перегреве при обнаружении сенсором S1 газов, выделяющихся при перегреве контролируемых элементов, в концентрации выше заданного предельного значения вне зависимости от текущей концентрации фоновых газов, обнаруженных сенсором S2. Данная возможность позволяет выявлять быстроразвивающиеся дефекты, приводящие к мгновенному нагреву, возгоранию и превышению концентрации сигнальных газов во всех контролируемых зонах электроустановки. В этом случае своевременное отключение электроустановки позволяет предотвратить развитие пожара и минимизировать повреждение соседнего оборудования.In particular cases, the controller is configured to generate an overheat notification when sensor S1 detects gases released when the controlled elements overheat in a concentration above a specified limit value, regardless of the current concentration of background gases detected by sensor S2. This feature allows you to identify rapidly developing defects that lead to instant heating, fire and excess concentration of signal gases in all controlled areas of the electrical installation. In this case, timely shutdown of the electrical installation helps prevent the development of a fire and minimize damage to adjacent equipment.
Для дополнительного обеспечения надежности и достоверности выявления перегревов элементов электрооборудования заявленная система может использовать различные алгоритмы при формировании извещения о перегревах элементов электрооборудования и/или передачи информации о таком перегреве на другое устройство.To further ensure the reliability and reliability of detecting overheating of electrical equipment elements, the claimed system can use various algorithms when generating a notification about overheating of electrical equipment elements and/or transmitting information about such overheating to another device.
Контроллер может использовать один или несколько из нижеперечисленных алгоритмов для обработки сигналов, полученных с газовых сенсоров:The controller may use one or more of the following algorithms to process signals received from gas sensors:
- расчет бегущего среднего значения от каждого сенсора за заданный промежуток времени;- calculation of the running average value from each sensor for a given period of time;
- корректировка опорного (нулевого) значения;- adjustment of the reference (zero) value;
- определение приведенного бегущего среднего значения как разницы двух бегущих средних значений, полученных от одного сенсора за два различных промежутка времени, преимущественно короткого промежутка, составляющего менее одной минуты, и длительного, составляющего более 5 минут;- defining the reduced running average value as the difference between two running average values received from one sensor over two different periods of time, preferably a short period of less than one minute and a long period of more than 5 minutes;
- сравнение приведенного бегущего среднего значения с пороговым значением и формирование извещения о перегреве в случае его превышения;- comparison of the given running average value with a threshold value and generation of an overheating notification if it is exceeded;
- определение среднего значения сигнала, полученного с разных сенсоров, за счет усреднения приведенных бегущих средних значений;- determination of the average signal value received from different sensors by averaging the given running average values;
- сравнение разницы приведенных бегущих средних значений сигналов от сенсора сравнения и контролирующего сенсора, в том числе вычисленных за разный временной промежуток, с заданным пороговым значением;- comparison of the difference between the reduced running average values of signals from the comparison sensor and the monitoring sensor, including those calculated for different time periods, with a specified threshold value;
- определение скорости роста приведенного бегущего среднего значения и ее сопоставление с установленным пороговым значением;- determination of the growth rate of the reduced running average value and its comparison with the established threshold value;
- сравнение сигнала, полученного с контролирующего сенсора, с установленным пороговым значением;- comparison of the signal received from the monitoring sensor with the set threshold value;
- определение скорости роста разницы приведенного бегущего среднего значения сигнала контролирующего сенсора и сенсора сравнения и ее сопоставление с установленным пороговым значением;- determining the growth rate of the difference between the reduced running average value of the signal from the monitoring sensor and the comparison sensor and comparing it with the set threshold value;
- определение или изменение пороговых значений исходя из анализа значений сигналов, полученных от сенсоров в процессе эксплуатации;- determination or change of threshold values based on the analysis of signal values received from sensors during operation;
- адаптивный порог срабатывания.- adaptive response threshold.
Более подробно осуществление заявленной группы изобретений, с использованием указанных алгоритмов будет описано в разделе "Осуществление изобретения".The implementation of the claimed group of inventions using the specified algorithms will be described in more detail in the section “Implementation of the invention”.
В частных случаях, система по заявленной группе изобретений дополнительно может быть оснащена датчиками температуры для дополнительного повышения точности и определения численного значения температуры, до которой произошел нагрев.In particular cases, the system according to the claimed group of inventions can additionally be equipped with temperature sensors to further increase the accuracy and determine the numerical value of the temperature to which heating has occurred.
В предпочтительных вариантах осуществления заявленная система дополнительно имеет функцию самодиагностики, позволяющую проинформировать персонал о необходимости замены чувствительного элемента сенсоров, что повышает надежность системы, электрооборудования в целом. Диагностика сенсоров, как правило, заключается в регулярном автоматическом измерении сопротивления чувствительного элемента и/или нагревателя или других параметров сенсора и формировании соответствующего извещения при выходе значения сопротивления за установленные границы или потери связи.In preferred embodiments, the claimed system additionally has a self-diagnosis function, which makes it possible to inform personnel about the need to replace the sensitive element of the sensors, which increases the reliability of the system and electrical equipment as a whole. Diagnostics of sensors, as a rule, consists of regularly automatically measuring the resistance of the sensing element and/or heater or other sensor parameters and generating an appropriate notification when the resistance value goes beyond the established limits or communication is lost.
В частном случае контроллер выполнен с возможностью формирования извещения о перегреве контролируемого элемента и/или передачи информации о таком перегреве на другое устройство при обнаружении по меньшей мере одним сенсором газов, выделяющихся при перегреве контролируемого элемента, в концентрации, превышающей пороговое значение, учитывающее содержание фоновых или иных газов, воздействовавших на сенсоры в течение предыдущего периода времени.In a particular case, the controller is configured to generate a notification about overheating of the controlled element and/or transmit information about such overheating to another device when at least one sensor detects gases released when the controlled element overheats in a concentration exceeding a threshold value that takes into account the content of background or other gases that affected the sensors during the previous period of time.
Во втором варианте указанный технический результат достигается за счет способа испытания указанной системы, включающего следующие действия:In the second option, the specified technical result is achieved through a method of testing the specified system, including the following actions:
- установка S1 в первую газовую камеру и установку S2 во вторую газовую камеру, подключение контроллера к указанным сенсорам;- installation of S1 in the first gas chamber and installation of S2 in the second gas chamber, connecting the controller to the specified sensors;
- регистрация факта срабатывания системы в условиях отсутствия влияния модельных газов на S2 путем нагрева модельного элемента в первой камере и/или определение пороговых концентраций путем дозирования модельного газа в заданной концентрации в первую камеру;- registration of the fact of operation of the system in the absence of influence of model gases on S2 by heating the model element in the first chamber and/or determining threshold concentrations by dosing model gas at a given concentration into the first chamber;
- регистрация факта отсутствия срабатывания системы при дозировании модельного газа в обе камеры- registration of the fact that the system does not operate when dosing model gas into both chambers
и/илиand/or
определение пороговых концентраций путем раздельного дозирования модельного газа в обе камеры.determination of threshold concentrations by separate dosing of model gas into both chambers.
При этом, нагрев модельного элемента может включать нагрев термоактивируемого газовыделяющего материала, преимущественно, входящего в состав термоактивируемой газовыделяющей наклейки, предпочтительно многократного действия, установленной на контролируемый элемент в газовой камере с контролирующим сенсором.In this case, heating the model element may include heating a thermally activated gas-emitting material, preferably included in a thermally activated gas-emitting sticker, preferably of multiple action, installed on the controlled element in a gas chamber with a controlling sensor.
Контроллер может быть также совмещен с одним из сенсоров. В этом случае в одну из газовых камер устанавливают такой совмещенный с контроллером сенсор, а другой сенсор, установленный в другую газовую камеру, подключают к контроллеру посредством проводной или беспроводной связи.The controller can also be combined with one of the sensors. In this case, such a sensor combined with the controller is installed in one of the gas chambers, and another sensor installed in another gas chamber is connected to the controller via wired or wireless communication.
Указанный способ обеспечивает четкую регламентированную проверку соответствия системы условиям и алгоритмам, описанным в первом объекте заявленной группы изобретений, для ее дальнейшего использования при выявлении перегревов элементов электрооборудования.This method provides a clear, regulated check of the system’s compliance with the conditions and algorithms described in the first object of the claimed group of inventions for its further use in identifying overheating of electrical equipment elements.
В третьем варианте указанный технический результат достигается за счет способа автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования, включающий:In the third embodiment, the specified technical result is achieved through a method for automatically detecting overheating of electrical equipment elements, including:
- размещение системы по п. 1, при котором по меньшей мере один газовый сенсор S1 устанавливается в одной контролируемой зоне и газовый сенсор S2 устанавливается в другой контролируемой зоне;- placement of the system according to claim 1, in which at least one gas sensor S1 is installed in one controlled area and gas sensor S2 is installed in another controlled area;
контроллер устанавливается в произвольном месте и связывается с по меньшей мере двумя газовыми сенсорами, включающими как минимум S1 и S2, проводной или беспроводной связью;the controller is installed in an arbitrary location and communicates with at least two gas sensors, including at least S1 and S2, by wired or wireless communication;
- обработка сформированного контроллером извещения о перегреве с последующей выдачей информационного сообщения и/или передачей данных на другое устройство, связанное с контроллером.- processing of an overheating notification generated by the controller with subsequent issuance of an information message and/or transfer of data to another device connected to the controller.
Каждый сенсор (Sn) может быть установлен внутри электроустановки вблизи контролируемых элементов электрооборудования, то есть внутри отдельной контролируемой зоны, таким образом, чтобы регистрировать продукты, выделяющиеся при перегреве контролируемых элементов электрооборудования или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов. При этом каждый сенсор S будет определять сигнальные газы, выделяющиеся при перегреве контролируемых элементов электрооборудования или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов только в той контролируемой зоне, в которой он установлен, без возможности или с минимальной возможностью определения сигнальных газов, выделяющихся при перегреве контролируемых элементов электрооборудования или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов в любых других контролируемых зонах. Однако все установленные сенсоры будут подвергаться воздействию фоновых газов одинаково.Each sensor ( Sn ) can be installed inside an electrical installation near the controlled elements of electrical equipment, that is, inside a separate controlled zone, in such a way as to register products released when the controlled elements of electrical equipment or thermally activated gas-emitting materials installed on them overheat. In this case, each sensor S will detect signal gases released when the controlled elements of electrical equipment or thermally activated gas-emitting materials installed on them are overheated only in the controlled area in which it is installed, without the possibility or with minimal possibility of determining the signal gases released when the controlled elements of electrical equipment overheat or thermally activated gas-emitting materials installed on them in any other controlled areas. However, all installed sensors will be equally exposed to background gases.
Сенсоры могут быть установлены внутри одной секции электроустановки, но в разных ее частях таким образом, чтобы каждый сенсор фиксировал газовую среду в своей контролируемой зоне и не испытывал или испытывал минимальное воздействие сигнальных газов, выделяющихся в другой контролируемой зоне. Контролируемые зоны при этом могут быть не разделены перегородками или стенками, а газы, выделяющиеся из контролируемого элемента, предпочтительно улавливаются одним из сенсоров. В частном случае, оба сенсора S1 и S2 могут быть установлены внутри одного электрического щитка, КРУ, низковольтного комплектного устройства, коробки БРНО, а также внутри одной секции других типов закрытого электрооборудования, таким образом, что один из сенсоров S1 устанавливается в верхней, а другой - S2 - в нижней части этого электрооборудования.Sensors can be installed inside one section of an electrical installation, but in different parts of it in such a way that each sensor detects the gas environment in its controlled area and does not experience or experience minimal impact from signal gases released in another controlled area. In this case, the controlled zones may not be separated by partitions or walls, and the gases released from the controlled element are preferably captured by one of the sensors. In a particular case, both sensors S1 and S2 can be installed inside one electrical panel, switchgear, low-voltage complete device, BRNO box, as well as inside one section of other types of closed electrical equipment, so that one of the sensors S1 is installed at the top, and the other - S2 - at the bottom of this electrical equipment.
В одном из вариантов реализации заявленной группы изобретений система также может включать сенсор сравнения Scp, который может быть установлен во внешней зоне, т.е. вне всех контролируемых зон, но недалеко от них, таким образом, чтобы определять концентрацию фоновых газов без контроля продуктов, выделяющихся при перегреве контролируемых элементов или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов во всех контролируемых зонах. Сенсор сравнения также может быть размещен в другой части электроустановки. Допускается установка сенсора сравнения в по меньшей мере одной контролируемой зоне, но при наличии вентиляции и в таком месте, в котором воздействие сигнального газа на сенсор сравнения будет минимальной. Например, в месте притока воздуха или в самой нижней части установки. Возможность такой установки сенсора сравнения обусловлена тем, что продукты, выделяющиеся при перегреве контролируемых элементов электрооборудования или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов, имеют температуру выше окружающей и поднимаются в верхнюю часть контролируемой зоны.In one of the embodiments of the claimed group of inventions, the system may also include a comparison sensor S cp , which can be installed in the external zone, i.e. outside all controlled zones, but not far from them, in such a way as to determine the concentration of background gases without monitoring the products released when the controlled elements or thermally activated gas-emitting materials installed on them are overheated in all controlled zones. The comparison sensor can also be located in another part of the electrical installation. It is permissible to install the reference sensor in at least one controlled area, but with ventilation and in a location where the exposure of the signal gas to the reference sensor will be minimal. For example, in the place of air flow or in the lowest part of the installation. The possibility of such installation of a comparison sensor is due to the fact that the products released when the controlled elements of electrical equipment or thermally activated gas-emitting materials installed on them overheat, have a temperature higher than the ambient temperature and rise to the upper part of the controlled zone.
В частном случае, контроллер также может формировать извещение о перегреве при обнаружении по меньшей мере одним из сенсоров газов, выделяющихся при перегреве контролируемых элементов, в концентрации выше заданного предельного значения вне зависимости от содержания фоновых газов, обнаруженного по меньшей мере одним другим сенсором.In a particular case, the controller can also generate an overheat notification when at least one of the sensors detects gases released when the controlled elements overheat in a concentration above a specified limit value, regardless of the content of background gases detected by at least one other sensor.
Способ в частных случаях может быть предназначен для выявления перегревов с помощью термоактивируемых газовыделяющих материалов, преимущественно многократного действия, входящих в состав изделий или покрытий, установленных или нанесенных на контролируемые элементы.In particular cases, the method can be intended to detect overheating using thermally activated gas-emitting materials, mainly of repeated action, included in products or coatings installed or applied to controlled elements.
В случае, если контроллер совмещен с одним из газовых сенсоров, он размещается сообразно расположению этого газового сенсора, при этом остальные сенсоры системы связываются с ним посредством проводной или беспроводной связи. В случае отдельно выполненного контроллера, который связывается со всеми сенсорами системы посредством проводной или беспроводной связи, его место размещения не влияет на работу системы по изобретению. Отмечается, что рекомендуется установка контроллера в месте, удобном для монтажа и обслуживания в процессе эксплуатации системы.If the controller is combined with one of the gas sensors, it is placed in accordance with the location of this gas sensor, while the remaining sensors of the system communicate with it via wired or wireless communication. In the case of a separately implemented controller that communicates with all sensors of the system via wired or wireless communication, its placement does not affect the operation of the system according to the invention. It is noted that it is recommended to install the controller in a place convenient for installation and maintenance during system operation.
Группа изобретений, в частных случаях, предназначена для выявления перегревов контактов и контактных соединений закрытого электрооборудования, включая контактные соединения электрических щитков, комплектных распределительных устройств, низковольтных комплектных устройств, коробок блока распределения начал обмоток. Также группа изобретений может быть предназначена для выявления перегревов изолирующих материалов элементов электрооборудования, включая кабельные муфты, а также для предупреждения возгораний и выявления дефектов изолирующих материалов элементов электрооборудования, возникающих вследствие прохождения дуговых разрядов.The group of inventions, in particular cases, is intended to detect overheating of contacts and contact connections of closed electrical equipment, including contact connections of electrical panels, complete switchgears, low-voltage complete devices, distribution unit boxes and windings. Also, a group of inventions may be intended to detect overheating of insulating materials of electrical equipment elements, including cable couplings, as well as to prevent fires and identify defects in the insulating materials of electrical equipment elements resulting from the passage of arc discharges.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
Группа изобретений будет более понятна из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:The group of inventions will be more clear from the description, which is not restrictive and is given with reference to the attached drawings, which show:
Фиг. 1 Система автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования, включающая два газовых сенсора S1 и S2, каждый из которых установлен внутри отдельной контролируемой зоны вблизи контролируемых элементов электрооборудования, и контроллер, соединенный с обоими сенсорами проводной (а) или беспроводной (б) связью.Fig. 1 A system for automatically detecting overheating of electrical equipment elements, including two gas sensors S1 and S2, each of which is installed inside a separate controlled area near the controlled elements of electrical equipment, and a controller connected to both sensors by wired (a) or wireless (b) communication.
Фиг. 2 Система автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования, включающая два газовых сенсора S1 и S2, каждый из которых установлен внутри отдельной контролируемой зоны вблизи контролируемых элементов электрооборудования, и контроллер, соединенный с обоими сенсорами проводной (а) или беспроводной (б) связью, причем контролируемый элемент дополнительно содержит термоактивируемый газовыделяющий материал (ТГМ). На фиг. 2 приведен частный случай с использованием термоактивируемой газовыделяющей наклейки в качестве ТГМ.Fig. 2 A system for automatically detecting overheating of electrical equipment elements, including two gas sensors S1 and S2, each of which is installed inside a separate controlled area near the controlled elements of electrical equipment, and a controller connected to both sensors by wired (a) or wireless (b) communication, with the controlled element additionally contains a thermally activated gas-releasing material (TGM). In fig. Figure 2 shows a special case using a thermally activated gas-emitting sticker as a THM.
Фиг. 3 - Система автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования, включающая два газовых сенсора S1 и S2, каждый из которых помещен в отдельную газовую камеру (а) или в отдельную газовую камеру, содержащую нагревательный элемент с ТГМ или без него (б), и контроллер, соединенный с обоими сенсорами проводной связью. На фиг. 3б приведен частный случай с использованием термоактивируемой газовыделяющей наклейки в качестве ТГМ.Fig. 3 - System for automatic detection of overheating of electrical equipment elements, including two gas sensors S1 and S2, each of which is placed in a separate gas chamber (a) or in a separate gas chamber containing a heating element with or without THM (b), and a controller connected with both sensors wired. In fig. Figure 3b shows a special case using a thermally activated gas-emitting sticker as a THM.
Фиг. 4 Система автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования, включающая несколько газовых сенсоров Sm, каждый из которых установлен внутри отдельной контролируемой зоны вблизи контролируемых элементов электрооборудования, газовый сенсор сравнения Scp, установленный во внешней зоне, вне этих контролируемых зон, и контроллер, соединенный со всеми сенсорами проводной (а) и беспроводной (б) связью. На фиг. 4 приведен частный случай с тремя контролирующими сенсорами (m=3).Fig. 4 System for automatic detection of overheating of electrical equipment elements, including several gas sensors Sm, each of which is installed inside a separate controlled zone near the controlled elements of electrical equipment, a comparison gas sensor S cp installed in the external zone, outside these controlled zones, and a controller connected to all sensors wired (a) and wireless (b) communications. In fig. Figure 4 shows a special case with three monitoring sensors (m=3).
Фиг. 5 - Система автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования, включающая два газовых сенсора S1 и S2, один из которых (S1) установлен в верхней части секции электрооборудования вблизи контролируемого элемента электрооборудования, а другой (S2) установлен в нижней части этой же секции электрооборудования, удаленно от контролируемого элемента, и контроллер, соединенный с обоими сенсорами проводной (а) и беспроводной (б) связью.Fig. 5 - System for automatic detection of overheating of electrical equipment elements, including two gas sensors S1 and S2, one of which (S1) is installed in the upper part of the electrical equipment section near the controlled element of electrical equipment, and the other (S2) is installed in the lower part of the same electrical equipment section, remote from controlled element, and a controller connected to both sensors by wired (a) and wireless (b) communication.
Фиг. 6 - Схематичный график зависимости интенсивности I сигнала, фиксируемого газовым сенсором, от параметра X газовой смеси в отдельности для фоновых газов, продуктов, выделяющихся при перегреве контролируемых элементов электрооборудования, и газов, выделяющихся при нагреве установленных на контролируемые элементы электрооборудования термоактивируемых газовыделяющих материалов (а) и в обобщенном виде (б).Fig. 6 - Schematic graph of the dependence of the intensity I of the signal recorded by the gas sensor on the parameter X of the gas mixture separately for background gases, products released during overheating of the controlled elements of electrical equipment, and gases released during heating of thermally activated gas-emitting materials installed on the controlled elements of electrical equipment (a) and in generalized form (b).
На фиг. 1 представлена система автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования, размещенная на электрооборудовании таким образом, что каждый газовый сенсор S1 и S2 5 расположен в отдельной контролируемой зоне 1, в непосредственной близости от контролируемых элементов электрооборудования 2, для обеспечения возможности регистрации продуктов 4, выделяющихся при нагреве 3 данного элемента, при этом оба сенсора соединены с контроллером 7 проводной (фиг. 1а) или беспроводной (фиг. 1б) связью 10 или 11, соответственно (варианты исполнения системы).In fig. Figure 1 shows a system for automatically detecting overheating of elements of electrical equipment, placed on electrical equipment in such a way that each gas sensor S1 and S2 5 is located in a separate controlled zone 1, in close proximity to the controlled elements of electrical equipment 2, to enable registration of products 4 released during heating 3 of this element, while both sensors are connected to the controller 7 by wired (Fig. 1a) or wireless (Fig. 1b) connection 10 or 11, respectively (system options).
На фиг. 2 представлена система автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования, размещенная на электрооборудовании таким образом, что каждый газовый сенсор S1 и S2 5 расположен в отдельной контролируемой зоне 1, в непосредственной близости от контролируемых элементов электрооборудования 2, на котором расположен ТГМ 8, для обеспечения возможности регистрации продуктов (газов) 4, выделяющихся при активации этого материала 8 в результате нагрева 3 данного элемента, при этом оба сенсора соединены с контроллером 7 проводной (фиг. 2а) или беспроводной (фиг. 2б) связью 10 или 11, соответственно (варианты исполнения системы). На фиг. 2 приведен частный случай, в котором в качестве ТГМ используется термоактивируемая газовыделяющая наклейка.In fig. Figure 2 shows a system for automatically detecting overheating of electrical equipment elements, placed on the electrical equipment in such a way that each gas sensor S1 and S2 5 is located in a separate controlled zone 1, in close proximity to the controlled elements of electrical equipment 2, on which the TGM 8 is located, to enable product registration (gases) 4 released when this material 8 is activated as a result of heating 3 of this element, while both sensors are connected to the controller 7 by wired (Fig. 2a) or wireless (Fig. 2b) communication 10 or 11, respectively (system options) . In fig. Figure 2 shows a special case in which a thermally activated gas-emitting sticker is used as a THM.
На фиг. 3 представлена система автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования, установленная в газовых камерах для иллюстрации способа использования и способа испытания этой системы, таким образом, что каждый газовый сенсор S1 и S2 5 размещают в отдельной газовой камере 9 (фиг. 3а). На фиг. 3б один газовый сенсор S1 5 размещают в одной газовой камере 9, содержащей контролируемый нагревательный элемент 2, а другой газовый сенсор S2 5 размещают в другой газовой камере 9, содержащей контролируемый нагревательный элемент 2, на котором расположен ТГМ 8 (на фиг. 3б в качестве примера использования ТГМ представлена термоактивируемая газовыделяющая наклейка), при этом нагревательный элемент 2 и ТГМ 8 выделяют в результате нагрева 3 газы 4, на регистрацию которых настроены сенсоры, а оба сенсора соединены с контроллером 7 проводной связью 10 (варианты исполнения системы).In fig. Figure 3 shows a system for automatically detecting overheating of electrical equipment elements installed in gas chambers to illustrate the method of use and method of testing this system, in such a way that each gas sensor S1 and S2 5 is placed in a separate gas chamber 9 (Fig. 3a). In fig. 3b, one gas sensor S1 5 is placed in one gas chamber 9 containing a controlled heating element 2, and another gas sensor S2 5 is placed in another gas chamber 9 containing a controlled heating element 2, on which the TGM 8 is located (in Fig. 3b as An example of the use of TGM is a thermally activated gas-emitting sticker), while the heating element 2 and TGM 8 emit gases 4 as a result of heating 3, the sensors are configured to register them, and both sensors are connected to the controller 7 by wire connection 10 (system options).
На фиг. 4 представлена система автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования, размещенная на электрооборудовании, состоящем из трех замкнутых контролируемых зон 1 ЭО1-ЭО3, таким образом, что каждый газовый сенсор S1-S3 5 расположен в отдельной контролируемой зоне 1, в непосредственной близости от контролируемых элементов 2 внутри соответствующих контролируемых зон 1 ЭО1-ЭО3 для обеспечения возможности регистрации продуктов 4, выделяющихся при нагреве 3 данных элементов, газовый сенсор сравнения Scp 6 расположен во внешней зоне за пределами контролируемых зон 1, вне замкнутых объемов электрооборудования так, чтобы регистрировать фоновые газы без учета содержания продуктов 4, выделяющихся при нагреве 3 контролируемых элементов 2, при этом все сенсоры соединены с контроллером 7 проводной (фиг. 4а) или беспроводной (фиг. 4б) связью 10 или 11, соответственно (варианты исполнения системы с одним сенсором сравнения и тремя контролирующими сенсорами).In fig. Figure 4 shows a system for automatically detecting overheating of electrical equipment elements, located on electrical equipment consisting of three closed controlled zones 1 EO1-EO3, such that each gas sensor S1-S3 5 is located in a separate controlled zone 1, in close proximity to the controlled elements 2 inside corresponding controlled zones 1 EO1-EO3 to ensure the possibility of recording products 4 released when heating 3 of these elements, the reference gas sensor S cp 6 is located in the external zone outside the controlled zones 1, outside the closed volumes of electrical equipment so as to register background gases without taking into account the content products 4 released when 3 controlled elements 2 are heated, while all sensors are connected to the controller 7 by wired (Fig. 4a) or wireless (Fig. 4b) communication 10 or 11, respectively (versions of the system with one comparison sensor and three control sensors ).
На фиг. 5 представлена система автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования, размещенная на электрооборудовании таким образом, что газовый сенсор S1 5 расположен в верхней части секции электрооборудования в контролируемой зоне 1, в непосредственной близости от контролируемого элемента 2, для обеспечения возможности регистрации продуктов 4, выделяющихся при перегреве 3 данного элемента, а газовый сенсор S2 5 расположен в нижней части этой же секции электрооборудования в другой контролируемой зоне 1 так, чтобы регистрировать фоновые газы без регистрации продуктов 4, выделяющихся при перегреве 3 контролируемого элемента 2, при этом оба сенсора соединены с контроллером 7 проводной (фиг. 5а) или беспроводной (фиг. 5б) связью 10 или 11, соответственно (варианты исполнения системы).In fig. Figure 5 shows a system for automatically detecting overheating of electrical equipment elements, placed on the electrical equipment in such a way that the gas sensor S1 5 is located in the upper part of the electrical equipment section in the controlled zone 1, in close proximity to the controlled element 2, to enable registration of products 4 released during overheating 3 of this element, and the gas sensor S2 5 is located in the lower part of the same section of electrical equipment in another controlled zone 1 so as to register background gases without registering products 4 released during overheating 3 of the controlled element 2, while both sensors are connected to a 7-wire controller ( Fig. 5a) or wireless (Fig. 5b) communication 10 or 11, respectively (system options).
На фиг. 6а в схематичном виде представлен приблизительный график зависимости интенсивности (I) сигнала, фиксируемого газовым сенсором, от параметра газовой смеси (X) в отдельности для фоновых газов (пунктирная линия, а), продуктов, выделяющихся при нагреве контролируемых элементов электрооборудования (сплошная линия, b), и сигнальных газов (жирная линия, с). График показывает возможное перекрывание сигнала, характеризующего содержание продуктов, выделяющихся при нагреве контролируемых элементов, сигналами, характеризующими содержание фоновых газов, даже в области максимальной интенсивности Imax, а также предпочтительное расположение сигнала, характеризующего содержание газов, выделяющихся из термоактивируемых газовыделяющих материалов, относительно сигналов, характеризующих содержание фоновых газов. На фиг. 6б в схематичном виде представлен приблизительный график зависимости интенсивности (I) сигнала, фиксируемого газовым сенсором, от параметра газовой смеси (X) в обобщенном виде.In fig. 6a schematically shows an approximate graph of the dependence of the intensity (I) of the signal recorded by the gas sensor on the parameter of the gas mixture (X) separately for background gases (dashed line, a), products released during heating of the controlled elements of electrical equipment (solid line, b ), and signal gases (thick line, c). The graph shows the possible overlap of the signal characterizing the content of products released during heating of the controlled elements with signals characterizing the content of background gases, even in the region of maximum intensity Imax , as well as the preferred location of the signal characterizing the content of gases released from thermally activated gas-emitting materials relative to the signals characterizing the content of background gases. In fig. Figure 6b schematically shows an approximate graph of the dependence of the intensity (I) of the signal recorded by the gas sensor on the parameter of the gas mixture (X) in a generalized form.
Осуществление заявленной группы изобретенийImplementation of the claimed group of inventions
Группа изобретений может быть предназначена для выявления перегревов токопроводящих элементов, кабелей и кабельных муфт, контактов и контактных соединений, а также других элементов закрытого электрооборудования, включая контактные соединения электрических щитов, комплектных распределительных устройств, низковольтных комплектных устройств, коробок блока распределения начал обмоток. Также группа изобретений может быть предназначена для выявления перегревов изоляционных материалов элементов электрооборудования, включая кабельные муфты, для предупреждения возгораний электрооборудования, и выявления дефектов изоляционных материалов элементов электрооборудования, возникающих вследствие прохождения дуговых разрядов.The group of inventions may be intended to detect overheating of conductive elements, cables and cable couplings, contacts and contact connections, as well as other elements of closed electrical equipment, including contact connections of electrical panels, complete switchgears, low-voltage complete devices, distribution unit boxes and windings. Also, a group of inventions may be intended to detect overheating of insulating materials of electrical equipment elements, including cable couplings, to prevent electrical equipment fires, and to identify defects in the insulating materials of electrical equipment elements resulting from the passage of arc discharges.
В соответствии с первым вариантом заявленной группы изобретений система автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования (фиг. 1-2), включает: по меньшей мере два газовых сенсора 5 (S1, S2), предназначенных для установки в по меньшей мере двух различных контролируемых зонах 1 для обнаружения газов 4, выделяющихся при нагревании 3 контролируемых элементов 2 или установленных на нем термоактивируемых газовыделяющих материалов 8; контроллер 7, выполненный с возможностью соединения с по меньшей мере двумя газовыми сенсорами 5 S1 и S2 и формирования извещения о перегреве и/или передачи информации о таком перегреве на другое устройство, при обнаружении сенсором 5 S1 газов 4, выделяющихся при нагреве 3 контролируемого элемента 2 в одной контролируемой зоне 1 или установленных на нем термоактивируемых газовыделяющих материалов 8, с учетом концентрации фоновых газов в воздухе другой контролируемой зоны 1, обнаруженной сенсором 5 S2, установленным в другой контролируемой зоне.In accordance with the first variant of the claimed group of inventions, the system for automatically detecting overheating of electrical equipment elements (Fig. 1-2) includes: at least two gas sensors 5 (S1, S2), intended for installation in at least two different controlled zones 1 for detection of gases 4 released when heating 3 controlled elements 2 or thermally activated gas-emitting materials 8 installed on it; a controller 7 configured to connect with at least two gas sensors 5 S1 and S2 and generate a notification about overheating and/or transmit information about such overheating to another device when the sensor 5 S1 detects gases 4 released during heating 3 of the controlled element 2 in one controlled zone 1 or thermally activated gas-emitting materials 8 installed on it, taking into account the concentration of background gases in the air of another controlled zone 1, detected by sensor 5 S2 installed in another controlled zone.
В качестве газовых сенсоров в заявленной группе изобретений могут применяться сенсоры с различными типами чувствительных элементов и основанные на детектировании различных параметров воздуха. В частности, такие сенсоры могут быть полупроводниковыми, термокаталитическими, кондуктометрическими, электрохимическими, оптическими и другими.Sensors with various types of sensitive elements and based on the detection of various air parameters can be used as gas sensors in the claimed group of inventions. In particular, such sensors can be semiconductor, thermocatalytic, conductometric, electrochemical, optical and others.
При наличии в системе более двух сенсоров 5 их принцип действия может различаться. Однако, в предпочтительных вариантах осуществления, условием формирования контроллером 7 извещения о перегреве является регистрация воздействия на один сенсор продуктов 4, выделяющихся при нагреве 3 контролируемого элемента 2 или установленных на нем термоактивируемых газовыделяющих материалов 8, с учетом концентрации фоновых газов, обнаруженных другими сенсорами, обладающими чувствительным элементом того же типа, что и первый сенсор.If there are more than two sensors 5 in the system, their operating principles may differ. However, in preferred embodiments, the condition for the controller 7 to generate an overheating notification is to register the impact on one sensor of products 4 released during heating 3 of the controlled element 2 or thermally activated gas-emitting materials 8 installed on it, taking into account the concentration of background gases detected by other sensors having sensor of the same type as the first sensor.
Тип сенсоров, их чувствительность и количество определяется исходя из конкретной задачи, на решение которой направлено использование заявленной группы изобретений, типа контролируемого электрооборудования и других факторов. Наиболее предпочтительно использование в системе по заявленной группе изобретений сенсоров полупроводникового типа, чувствительный элемент которых выполнен с возможностью определения газов, выделяющихся при нагревании следующих видов изоляционных материалов, включающих в себя, в частности, сшитый полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), каучук, силикон, эпоксидную смолу, а также при нагреве термоактивируемых газовыделяющих наклеек, установленных на контролируемые элементы, благодаря более высокой чувствительности таких сенсоров к продуктам термодеструкции изоляционных материалов контролируемых элементов электрооборудования, меньшему энергопотреблению и большему сроку службы по сравнению с другими сенсорамиThe type of sensors, their sensitivity and quantity are determined based on the specific task to be solved by the use of the claimed group of inventions, the type of electrical equipment being controlled and other factors. It is most preferable to use semiconductor-type sensors in the system according to the claimed group of inventions, the sensitive element of which is designed to detect gases released when heating the following types of insulating materials, including, in particular, cross-linked polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC), rubber, silicone, epoxy resin, as well as when heating thermally activated gas-emitting stickers installed on the controlled elements, due to the higher sensitivity of such sensors to the products of thermal destruction of the insulating materials of the controlled elements of electrical equipment, lower energy consumption and longer service life compared to other sensors
Система дополнительно может включать термоактивируемые газовыделяющие материалы, преимущественно многократного действия, входящие в состав изделий или покрытий, установленных или нанесенных на контролируемые элементы.The system may additionally include thermally activated gas-emitting materials, mainly reusable, included in the composition of products or coatings installed or applied to the controlled elements.
Газовые сенсоры 5-6 по заявленной группе изобретений должны, предпочтительно, обладать следующими техническими характеристиками: минимальная пороговая концентрация контролируемых газов составляет 100 ppm для фреонов и СО, 50 ppm для алканов (CnH2n+2) и алкенов (CnH2n) с n<4; конструктивно исполняется в виде одиночного модуля; питающее напряжение сенсоров составляет 5 В постоянного тока; срок службы составляет не менее 10 лет с даты изготовления.Gas sensors 5-6 according to the stated group of inventions should preferably have the following technical characteristics: the minimum threshold concentration of controlled gases is 100 ppm for freons and CO, 50 ppm for alkanes (C n H 2n+2 ) and alkenes (C n H 2n ) with n<4; structurally executed in the form of a single module; The supply voltage of the sensors is 5 V DC; service life is at least 10 years from the date of manufacture.
Для выявления перегревов элементов электрооборудования, не покрытых изоляционными или другими материалами, подвергающимися термодеструкции или другим видам разложения при повышении температуры, система может содержать специальные термоактивируемые газовыделяющие материалы (ТГМ), предпочтительно многократного действия, которые выделяют сигнальные газы при нагреве выше пороговой температуры (фиг. 2). Такие материалы могут входить в состав термоактивируемых газовыделяющих наклеек 8, клипс или кембриков, а также термоактивируемых красок, лаков или покрытий, и могут устанавливаться или наноситься на контролируемые неизолированные элементы электрооборудования 2, при нагреве 3 которых происходит нарушение целостности слоя ТГМ 8 и выделение содержащегося в нем газа 4, на определение которого настроен газовый сенсор 5. Преимуществом использования таких материалов является то, что, как правило, они содержат газы, редко встречающиеся в воздухе при обычных условиях даже вблизи таких источников сторонних газов, как крупные химические производства, оживленные автомагистрали и др. Помимо этого, ТГМ имеют возможность многократного выделения газа в повторяющихся циклах нагрева/охлаждения, что обеспечивает возможность многократного детектирования перегревов элементов электрооборудования без замены системы или отдельных ее частей.To detect overheating of electrical equipment elements that are not covered with insulating or other materials that are subject to thermal destruction or other types of decomposition when the temperature rises, the system may contain special thermally activated gas-emitting materials (TGM), preferably reusable, which emit signal gases when heated above a threshold temperature (Fig. 2). Such materials can be part of thermally activated gas-emitting stickers 8, clips or cambrics, as well as thermally activated paints, varnishes or coatings, and can be installed or applied to controlled non-insulated elements of electrical equipment 2, when heated 3 of which the integrity of the THM layer 8 is damaged and the content contained in the material is released. gas 4, which the gas sensor 5 is configured to detect. The advantage of using such materials is that, as a rule, they contain gases that are rarely found in the air under normal conditions, even near such sources of third-party gases as large chemical plants, busy highways and etc. In addition, THMs have the ability to repeatedly release gas in repeated heating/cooling cycles, which makes it possible to repeatedly detect overheating of electrical equipment elements without replacing the system or its individual parts.
В заявленной группе изобретений преимущественно используются термоактивируемые газовыделяющие наклейки многократного действия, производимые компанией ООО "ТермоЭлектрика" и выполненные из полимерного композиционного материала, содержащего непрерывную фазу, образованную термореактивным полимером, поры которого заполнены серосодержащим одорантом или фреоном. В этом случае сенсоры системы настроены на селективные газы, выделяющиеся из этих термоактивируемых газовыделяющих наклеек. Преимуществом данных наклеек является то, что при однократном нагреве до температуры, превышающей пороговую, происходит вскрытие только части пор, заполненных одорантом, и частичное выделение газа. Способность этих наклеек многократно выделять сигнальные газы в повторяющихся циклах нагревания до пороговой температуры и охлаждения обеспечивает многократные срабатывания системы по заявленной группе изобретений.The claimed group of inventions primarily uses thermally activated reusable gas-emitting stickers produced by ThermoElectrika LLC and made of a polymer composite material containing a continuous phase formed by a thermosetting polymer, the pores of which are filled with a sulfur-containing odorant or freon. In this case, the system's sensors are tuned to selective gases released from these thermally activated gas-emitting stickers. The advantage of these stickers is that with a single heating to a temperature exceeding the threshold, only part of the pores filled with odorant are opened and gas is partially released. The ability of these stickers to repeatedly release signal gases in repeated cycles of heating to a threshold temperature and cooling ensures repeated activation of the system according to the claimed group of inventions.
Преимущественно, ТГМ 8 должны обладать следующим набором технических характеристик: содержание сигнального газа - не менее 50%; температура срабатывания лежит в диапазоне 80-150°С; сигнальный газ, выделяющийся из ТГМ, имеет класс опасности не ниже 4-го и электрическую прочность не ниже 15 кВ/см; пороговая чувствительность сенсоров к сигнальному газу, выделяющемуся из ТГМ, составляет не менее 100 ppm; не выделяют вредных веществ и относятся к малоопасным по степени воздействия на организм человека; сохраняют свои характеристики после пятикратного воздействия от минимальной температуры эксплуатации до температуры, на 10°С ниже температуры срабатывания. В частности, термоактивируемые газовыделяющие наклейки, помимо приведенных выше характеристик, должны обладать также адгезией клеевого слоя к нержавеющей стали не менее 15 Н/25 мм и устойчивостью клеевого слоя в условиях воздействия различных масел, жиров, воды, кислот, солей, щелочей, растворителей; иметь электрическую прочность не менее 18 кВ/мм; минимальным радиусом изгиба при 24°С - 2 мм, при 0°С - 12 мм; срок службы составляет не менее 10 лет с даты изготовления.Mainly, TGM 8 must have the following set of technical characteristics: signal gas content - at least 50%; the response temperature is in the range of 80-150°C; the signal gas released from the THM has a hazard class of at least 4 and an electrical strength of at least 15 kV/cm; the threshold sensitivity of sensors to the signal gas released from THM is at least 100 ppm; do not emit harmful substances and are classified as low-hazard in terms of the degree of impact on the human body; retain their characteristics after five times exposure from the minimum operating temperature to a temperature 10°C below the response temperature. In particular, thermally activated gas-emitting stickers, in addition to the above characteristics, must also have adhesion of the adhesive layer to stainless steel of at least 15 N/25 mm and stability of the adhesive layer under conditions of exposure to various oils, fats, water, acids, salts, alkalis, and solvents; have an electrical strength of at least 18 kV/mm; minimum bending radius at 24°C - 2 mm, at 0°C - 12 mm; service life is at least 10 years from the date of manufacture.
В предпочтительном варианте сенсоры 5 выполнены с возможностью определения газов, относящихся к классам соединений, выбираемым из списка: галогенуглероды, галогеноводороды, галогенуглеводороды, алкены, алканы, меркаптаны, кислоты или их смеси, предпочтительно, газов, выбираемых из списка: четырехфтористый углерод, тетрафторэтилен, тетрахлорэтилен, трифторлорметан, хлороформ, дихлорметан, метилхлорид, метилбромид, трифторметан, этилхлорид, винилхлорид, фтороводород, хлороводород, этилен, пропилен, бутадиен, изопрен, метан, этан, бутан, гексан, метилмеркаптан, диметилсульфид, этилмеркаптан, диэтилсульфид, азотная кислота, азотистая кислота или их смесей.In a preferred embodiment, the sensors 5 are configured to determine gases belonging to classes of compounds selected from the list: halocarbons, hydrogen halides, halohydrocarbons, alkenes, alkanes, mercaptans, acids or mixtures thereof, preferably gases selected from the list: carbon tetrafluoride, tetrafluoroethylene, tetrachlorethylene, trifluorochloromethane, chloroform, dichloromethane, methyl chloride, methyl bromide, trifluoromethane, ethyl chloride, vinyl chloride, hydrogen fluoride, hydrogen chloride, ethylene, propylene, butadiene, isoprene, methane, ethane, butane, hexane, methyl mercaptan, dimethyl sulfide, ethyl mercaptan, diethyl sulfide, nitric acid, nitrogen exhausted acid or mixtures thereof.
Для достоверной и надежной работы системы необходимо и достаточно наличие двух сенсоров (фиг. 1). При этом каждый сенсор 5 может устанавливаться внутри отельной контролируемой зоны 1 вблизи контролируемых элементов электрооборудования 2 таким образом, чтобы определять концентрацию продуктов 4, выделяющихся при нагреве 3 контролируемых элементов электрооборудования 2, с минимальным или отсутствующим воздействием газов, выделяющихся при нагреве контролируемых элементов электрооборудования, установленных в другой контролируемой зоне, а также чтобы учитывать концентрацию фоновых газов в воздухе. При этом при нагревании контролируемых элементов или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов в контролируемой зоне, в которой установлен S2, обнаружение данных газов, будет происходить с учетом концентрации фоновых газов, определенной сенсором S1, то есть их роли в системе поменяются.For reliable and reliable operation of the system, the presence of two sensors is necessary and sufficient (Fig. 1). In this case, each sensor 5 can be installed inside a separate controlled zone 1 near the controlled elements of electrical equipment 2 in such a way as to determine the concentration of products 4 released when heating 3 controlled elements of electrical equipment 2, with minimal or no exposure to gases released during heating of the controlled elements of electrical equipment installed in another controlled area, and also to take into account the concentration of background gases in the air. In this case, when the controlled elements or thermally activated gas-emitting materials installed on them are heated in the controlled area in which S2 is installed, the detection of these gases will take into account the concentration of background gases determined by the S1 sensor, that is, their roles in the system will change.
Также возможно расположение по меньшей мере двух сенсоров S1 и S2 в одной секции электрооборудования таким образом, чтобы каждый из сенсоров определял газовую среду только своей контролируемой зоны, при этом не испытывая или испытывая минимальное воздействие газов, выделяющихся в других контролируемых зонах. В этом случае газ, выделяющийся из контролируемого элемента, улавливается только одним из сенсоров. В частности, один сенсор может устанавливаться в верхней, а другой - в нижней частях одной секции электрооборудования, при этом между контролируемыми зонами могут отсутствовать перегородки или стенки, ограничивающие их.It is also possible to arrange at least two sensors S1 and S2 in one section of electrical equipment in such a way that each of the sensors determines the gas environment only of its controlled zone, while not experiencing or experiencing minimal influence of gases released in other controlled zones. In this case, the gas released from the controlled element is captured by only one of the sensors. In particular, one sensor can be installed in the upper and the other in the lower parts of one section of electrical equipment, while there may be no partitions or walls limiting them between the monitored areas.
В простейшем случае, при использовании системы с двумя сенсорами, анализ сигналов, поступающих на контроллер от этих сенсоров, осуществляется сравнением их разницы, вычисляемой как разность значений сигналов или по более сложным алгоритмам, в том числе с заранее заданным пороговым значением.In the simplest case, when using a system with two sensors, the analysis of signals received by the controller from these sensors is carried out by comparing their difference, calculated as the difference in signal values or using more complex algorithms, including with a predetermined threshold value.
Однако, заявленная система может содержать более двух сенсоров 5. В этом случае формирование извещения о перегреве контролируемого элемента и/или передачи информации о таком перегреве на другое устройство может происходить с учетом усредненного значения концентраций газов, определенных всеми или некоторыми сенсорами 5, с одинаковым или различным вкладом содержания фоновых газов, концентрация которых определяется каждым отдельным сенсором 5. Также система может формировать извещение о перегреве 3 контролируемого элемента 2 и/или передавать информацию о таком перегреве на другое устройство при превышении усредненной концентрации газов, обнаруженной всеми или некоторыми сенсорами 5, с одинаковым или различным вкладом превышенной концентрации продуктов 4, выделяющихся при нагреве 3 контролируемых элементов 2 электрооборудования или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов 8, обнаруженной каждым отдельным сенсором 5, заданных пороговых значений.However, the claimed system may contain more than two sensors 5. In this case, the formation of a notification about overheating of the controlled element and/or transmission of information about such overheating to another device can occur taking into account the average value of gas concentrations determined by all or some sensors 5, with the same or different contribution of the content of background gases, the concentration of which is determined by each individual sensor 5. The system can also generate a notification about overheating 3 of the controlled element 2 and/or transmit information about such overheating to another device when the average concentration of gases detected by all or some sensors 5 is exceeded identical or different contribution of the exceeded concentration of products 4 released during heating of 3 controlled elements 2 of electrical equipment or thermally activated gas-emitting materials 8 installed on them, detected by each individual sensor 5, specified threshold values.
В частных вариантах осуществления, система может дополнительно содержать сенсор сравнения Scp 6 (фиг. 4), устанавливаемый вне контролируемых зон, но в их вблизи, таким образом, чтобы определять концентрацию фоновых газов без контроля продуктов 4, выделяющихся при нагреве 3 контролируемых элементов 2. В простейшем случае, при использовании системы с одним Scp 6, анализ сигналов, поступающих на контроллер от сенсоров 5 и сенсора сравнения 6, осуществляется сравнением их разницы, вычисляемой как разность значений сигналов или по более сложным алгоритмам, в том числе с заранее заданным пороговым значением. В случае, если система содержит более одного Scp 6, формирование извещения о перегреве контролируемого элемента и/или передачи информации о таком перегреве на другое устройство может происходить с учетом усредненного значения концентраций газов, определенных всеми или некоторыми Scp 6, с одинаковым или различным вкладом содержания фоновых газов, концентрация которых определяется каждым отдельным Scp 6.In particular embodiments, the system may additionally contain a comparison sensor S cp 6 (Fig. 4), installed outside the controlled areas, but in their vicinity, so as to determine the concentration of background gases without monitoring the products 4 released when heating 3 controlled elements 2 In the simplest case, when using a system with one S cp 6, the analysis of signals received by the controller from sensors 5 and comparison sensor 6 is carried out by comparing their difference, calculated as the difference in signal values or using more complex algorithms, including those with a predetermined algorithm. threshold value. If the system contains more than one S cp 6, the formation of a notification about overheating of the controlled element and/or transmission of information about such overheating to another device can occur taking into account the average value of gas concentrations determined by all or some S cp 6, with the same or different the contribution of the content of background gases, the concentration of which is determined by each individual S cp 6.
Система по настоящей группе изобретений может функционировать без заданного значения пороговой концентрации. В этом случае, контроллер 7 также может учитывать значения концентраций газов, полученных со всех или некоторых сенсоров S, но сравнение данных, получаемых с каждого сенсора, будет происходить не с фиксированной пороговой величиной, а, к примеру, с динамическим усредненным значением, которое вычисляется в каждый момент времени и определенным образом зависит от концентраций, фиксируемых всеми или некоторыми сенсорами.The system according to the present group of inventions can operate without a specified threshold concentration value. In this case, controller 7 can also take into account the values of gas concentrations received from all or some sensors S, but the comparison of data received from each sensor will not occur with a fixed threshold value, but, for example, with a dynamic average value that is calculated at each moment in time and in a certain way depends on the concentrations recorded by all or some sensors.
В другом варианте осуществления заявленной системы базовая линия, характеризующая фоновое содержание газов, определяется величиной длительных бегущих средних значений сигналов, полученных с каждого сенсора 5, а текущее содержание сигнальных газов 4 в контролируемой зоне 1 определяется как короткое бегущее среднее значение сигналов этого сенсора 5. Преимущественно, промежуток времени, за который вычисляется длительное бегущее среднее, составляет более 5 минут, а временной промежуток для вычисления короткого бегущего среднего составляет менее 1 минуты. Учет сигналов, получаемых с других сенсоров 5, в данном случае позволяет не только отсекать ложные срабатывания, вызванные изменением концентрации фоновых газов, но и корректировать оптимальный временной промежуток бегущих средних значений и настраивать адаптивные пороги.In another embodiment of the claimed system, the baseline characterizing the background content of gases is determined by the value of the long running average values of the signals received from each sensor 5, and the current content of signal gases 4 in the controlled zone 1 is determined as the short running average value of the signals of this sensor 5. Advantageously , the time period for calculating the long running average is more than 5 minutes, and the time period for calculating the short running average is less than 1 minute. Taking into account signals received from other sensors 5, in this case, allows not only to cut off false alarms caused by changes in the concentration of background gases, but also to adjust the optimal time period of running average values and adjust adaptive thresholds.
Другие возможные алгоритмы работы системы по заявленной группе изобретений более подробно рассмотрены ниже.Other possible algorithms for the operation of the system according to the claimed group of inventions are discussed in more detail below.
Вне зависимости от реализованного алгоритма формирования извещения о перегреве, контроллер 7, предпочтительно, выполнен с возможностью учета концентрации фоновых или сигнальных газов, воздействовавших на сенсоры 5 в течение предыдущего периода времени.Regardless of the implemented algorithm for generating an overheat notification, the controller 7 is preferably designed to take into account the concentration of background or signal gases that affected the sensors 5 during the previous period of time.
Предпочтительно, сенсоры выполнены с возможностью учета текущего содержания фоновых газов, зафиксированных в диапазоне 10-10000 ppm.Preferably, the sensors are configured to take into account the current content of background gases recorded in the range of 10-10000 ppm.
В частных случаях, система по заявленной группе изобретений дополнительно может быть оснащена датчиками температуры для дополнительного повышения точности и определения численного значения температуры, до которой произошел нагрев. Наличие датчика температуры позволяет дополнительно обеспечить безопасность использования не только контролируемого электрооборудования, но и самой системы в целом. Кроме того, значение зафиксированной температуры может влиять на уставки пороговых значений при использовании того или иного алгоритма или в случае адаптивных порогов.In particular cases, the system according to the claimed group of inventions can additionally be equipped with temperature sensors to further increase the accuracy and determine the numerical value of the temperature to which heating has occurred. The presence of a temperature sensor allows you to further ensure the safety of using not only the controlled electrical equipment, but also the system itself as a whole. In addition, the value of the recorded temperature can influence the threshold settings when using a particular algorithm or in the case of adaptive thresholds.
Все присутствующие в системе сенсоры 5 соединяются с контроллером 7 с помощью проводной 10 или беспроводной 11 связи. Также контроллер может быть соединен с одним из газовых сенсоров путем совмещения и связан с остальными сенсорами системы посредством проводной или беспроводной связи. Тем самым, контроллер 7 выполнен с возможностью формирования извещения о перегреве при получении и обработке с помощью набора логических операций данных со всех присутствующих в системе сенсоров.All sensors 5 present in the system are connected to the controller 7 using a wired 10 or wireless 11 connection. The controller can also be connected to one of the gas sensors by alignment and communicated with the rest of the system sensors via wired or wireless communication. Thus, the controller 7 is configured to generate a notification about overheating when receiving and processing data from all sensors present in the system using a set of logical operations.
В зависимости от поставленной задачи, контроллер 7 может выдавать как извещение, информирующее о перегревах контролируемых элементов 2 электрооборудования, в виде звукового, светового, графического или другого оповещения, так и управляющее извещение, например, для отключения электроснабжения аварийного оборудования. Также контроллер 7 может передавать извещение о перегревах контролируемых элементов электрооборудования на внешнее приемное устройство или обеспечивать комбинированное извещение, например, передавать извещение о перегревах контролируемых элементов электрооборудования на внешнее приемное устройство и управляющее извещение на элементы управления контролируемым электрооборудованием. Тип использующегося извещения о перегреве контролируемых элементов определяется на основании технической документации контролируемого электрооборудования, а также удобства использования системы.Depending on the task at hand, the controller 7 can issue both a notification informing about overheating of the controlled elements 2 of electrical equipment, in the form of a sound, light, graphic or other notification, and a control notification, for example, to turn off the power supply to emergency equipment. Also, the controller 7 can transmit a notification about overheating of the controlled elements of electrical equipment to an external receiving device or provide a combined notification, for example, transmitting a notification about overheating of the controlled elements of electrical equipment to an external receiving device and a control notification to the control elements of the controlled electrical equipment. The type of notification used regarding overheating of controlled elements is determined on the basis of the technical documentation of the controlled electrical equipment, as well as the ease of use of the system.
Контроллер 7, используемый для заявленной системы, может обладать, предпочтительно, следующими техническими характеристиками: наличие интерфейса цифровой линии связи RS-485; наличие протокола цифровой линии связи Modbus RTU; имеет следующие элементы управления и индикации: кнопки для настройки параметров, цифровой индикатор для отображения адреса устройства и настройки параметров, светодиоды состояния подключаемых сенсоров; питающее напряжение составляет от 12 до 28 В постоянного тока (номинальное значение 24 В); имеет ЭМС-совместимость в соответствии с ГОСТ для жилых, коммерческих и производственных зон с малым энергопотреблением или для подстанций и электростанций; степень защиты корпуса составляет не менее IP 20; наличие дискретного выхода "Тревога"; срок службы составляет не менее 10 лет с даты изготовления.The controller 7 used for the claimed system may preferably have the following technical characteristics: the presence of an RS-485 digital communication line interface; Availability of Modbus RTU digital communication line protocol; has the following control and indication elements: buttons for setting parameters, digital indicator for displaying the device address and setting parameters, LEDs for the status of connected sensors; supply voltage ranges from 12 to 28 V DC (nominal value 24 V); has EMC compatibility in accordance with GOST for residential, commercial and industrial areas with low energy consumption or for substations and power plants; the degree of protection of the housing is at least IP 20; presence of a discrete output "Alarm"; service life is at least 10 years from the date of manufacture.
Контроллер 7 может быть дополнительно выполнен с возможностью формирования извещения о перегреве 3 контролируемого элемента 2 и/или передачи информации о таком перегреве на другое устройство при обнаружении по меньшей мере одним сенсором 5 продуктов 4, выделяющихся при нагреве 3 контролируемых элементов 2 электрооборудования или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов 8, в концентрации выше заданного предельного значения вне зависимости от текущей концентрации фоновых газов, зарегистрированных другими сенсорами 5.The controller 7 can be additionally configured to generate a notification about overheating 3 of the controlled element 2 and/or transmitting information about such overheating to another device when at least one sensor 5 detects products 4 released when heating 3 controlled elements 2 of electrical equipment or installed on them thermally activated gas-emitting materials 8, in a concentration above a given limit value, regardless of the current concentration of background gases recorded by other sensors 5.
В предпочтительных вариантах осуществления заявленная система дополнительно имеет функцию самодиагностики, информирующую о необходимости замены чувствительного элемента одного или более сенсоров. Необходимость замены чувствительного элемента может быть обусловлена, в частности, его деградацией во времени или окончанием установленного срока службы.In preferred embodiments, the claimed system additionally has a self-diagnosis function, informing about the need to replace the sensitive element of one or more sensors. The need to replace the sensing element may be due, in particular, to its degradation over time or the end of its specified service life.
Таким образом, принимая во внимание раскрытые в описании особенности системы, стоит дополнительно отметить, что содержание как сигнальных, так и фоновых газов фиксируется сенсорами 5 посредством изменения определенных параметров газовоздушной среды, значения которых характеризуют концентрацию этих газов, но не определяют ее численное абсолютное значение. Как было сказано выше, сравнение параметров, полученных с сенсоров, осуществляется в зависимости от настроек системы и в простейшем случае может представлять собой сравнение разности значений этих параметров с заданным пороговым значением. В более сложном случае концентрации сигнальных и фоновых газов сравниваются с пороговым значением с помощью математических функций, а в случае использования нескольких сенсоров сравнения пороговое значение может не задаваться, а параметры, полученные с каждого сенсора 5, будут анализироваться контроллером 7 в динамическом режиме путем их попадания или непопадания в множество значений, сформированного дисперсией или стандартным отклонением от усредненного значения, полученного от всех или некоторых сенсоров 5.Thus, taking into account the features of the system disclosed in the description, it is worth additionally noting that the content of both signal and background gases is recorded by sensors 5 by changing certain parameters of the gas-air environment, the values of which characterize the concentration of these gases, but do not determine its numerical absolute value. As mentioned above, comparison of parameters obtained from sensors is carried out depending on the system settings and, in the simplest case, can be a comparison of the difference in the values of these parameters with a given threshold value. In a more complex case, the concentrations of signal and background gases are compared with a threshold value using mathematical functions, and in the case of using several comparison sensors, the threshold value may not be set, and the parameters received from each sensor 5 will be analyzed by the controller 7 in dynamic mode by entering them or not falling into a set of values formed by the variance or standard deviation from the average value obtained from all or some sensors 5.
Система может использовать следующие алгоритмы при формировании извещения о перегреве 3 контролируемого элемента 2 и/или передачи информации о таком нагреве на другое устройство:The system can use the following algorithms when generating a notification about overheating 3 of the controlled element 2 and/or transmitting information about such heating to another device:
- расчет бегущего среднего значения от каждого сенсора за заданный промежуток времени;- calculation of the running average value from each sensor for a given period of time;
- корректировка опорного (нулевого) значения;- adjustment of the reference (zero) value;
- определение приведенного бегущего среднего значения как разницы двух бегущих средних значений, полученных от одного сенсора за два различных промежутка времени, преимущественно короткого промежутка, составляющего менее одной минуты, и длительного, составляющего более 5 минут;- defining the reduced running average value as the difference between two running average values received from one sensor over two different periods of time, preferably a short period of less than one minute and a long period of more than 5 minutes;
- сравнение приведенного бегущего среднего значения с пороговым значением и формирование извещения о перегреве в случае его превышения;- comparison of the given running average value with a threshold value and generation of an overheating notification if it is exceeded;
- определение среднего значения сигнала, полученного с разных сенсоров, за счет усреднения приведенных бегущих средних значений;- determination of the average signal value received from different sensors by averaging the given running average values;
- сравнение разницы приведенных бегущих средних значений сигналов от сенсора сравнения и контролирующего сенсора, в том числе вычисленных за разный временной промежуток, с заданным пороговым значением;- comparison of the difference between the reduced running average values of signals from the comparison sensor and the monitoring sensor, including those calculated for different time periods, with a specified threshold value;
- определение скорости роста приведенного бегущего среднего значения и ее сопоставление с установленным пороговым значением;- determination of the growth rate of the reduced running average value and its comparison with the established threshold value;
- сравнение сигнала, полученного с контролирующего сенсора, с установленным пороговым значением;- comparison of the signal received from the monitoring sensor with the set threshold value;
- определение скорости роста разницы приведенного бегущего среднего значения сигнала контролирующего сенсора и сенсора сравнения и ее сопоставление с установленным пороговым значением;- determining the growth rate of the difference between the reduced running average value of the signal from the monitoring sensor and the comparison sensor and comparing it with the set threshold value;
- определение или изменение пороговых значений исходя из анализа значений сигналов, полученных от сенсоров в процессе эксплуатации;- determination or change of threshold values based on the analysis of signal values received from sensors during operation;
- адаптивный порог срабатывания- adaptive threshold
Рассмотрим их более подробно:Let's look at them in more detail:
1. Расчет бегущего среднего значения от каждого сенсора за заданный промежуток времени. В этом случае система формирует базовую линию, относительно которой сравнивается текущая концентрация, определяемая сенсорами 5, на основании бегущих средних значений концентраций, определенных каждым сенсором, за заданный промежуток времени. Базовая линия при этом может быть получена с помощью усреднения данных бегущих средних значений с помощью набора математических операций. Бегущее среднее рассчитывается в каждый момент времени по формуле:1. Calculation of the running average value from each sensor for a given period of time. In this case, the system generates a baseline against which the current concentration determined by sensors 5 is compared based on the running average concentration values determined by each sensor for a given period of time. The baseline can be obtained by averaging the running average data using a set of mathematical operations. The running average is calculated at each point in time using the formula:
где - бегущее среднее, x(t) - мгновенное значение сигнала, Tƒ - время, за которое происходит усреднение, N - количество точек, по которым происходит усреднение.Where - running average, x(t) - instantaneous signal value, T ƒ - time for which averaging occurs, N - number of points over which averaging occurs.
2. Корректировка опорного (нулевого) значения. Вследствие того, что каждый сенсор 5, в зависимости от внешних условий и особенностей изготовления, может иметь немного разную чувствительность и скорость старения, для сохранения исходной высокой чувствительности и точности срабатывания системы, использующиеся в ней сенсоры должны быть выполнены с возможностью постоянного плавного учета этих особенностей. Корректировка опорного (нулевого) значения, дрейф которого происходит из-за деградации чувствительного элемента, изменения температуры и влажности окружающей среды, а также вследствие возможного наличия в атмосфере сторонних газов, выполняется для того, чтобы учесть медленные процессы, которые приводят к изменению характеристик сенсора и заведомо не связаны с выделением сигнального газа или продуктов термодеструкции изоляционных материалов. Корректировка опорного значения происходит с помощью расчета бегущего среднего за относительно длительный промежуток времени, который составляет более 5 минут.2. Correction of the reference (zero) value. Due to the fact that each sensor 5, depending on external conditions and manufacturing features, may have slightly different sensitivity and aging rate, in order to maintain the original high sensitivity and accuracy of the system, the sensors used in it must be made with the ability to constantly smoothly take into account these features . Correction of the reference (zero) value, the drift of which occurs due to degradation of the sensing element, changes in temperature and humidity of the environment, as well as due to the possible presence of foreign gases in the atmosphere, is carried out in order to take into account slow processes that lead to changes in the characteristics of the sensor and are not obviously associated with the release of signal gas or products of thermal destruction of insulating materials. The reference value is adjusted by calculating the running average over a relatively long period of time, which is more than 5 minutes.
3. Определение приведенного бегущего среднего значения как разницы двух бегущих средних значений, полученных от одного сенсора за два различных промежутка времени. Система в каждый момент времени сравнивает между собой два основных параметра: длительное бегущее среднее (опорное значение), полученное с газового сенсора 5 за временной промежуток, преимущественно, составляющий более 5 минут, и характеризующее фоновую концентрацию газов, и короткое бегущее среднее, полученное с этого же газового сенсора за промежуток времени, предпочтительно, не превышающий 1 минуты, и характеризующее текущую концентрацию сигнальных газов 4 в контролируемой зоне 1. Короткое бегущее среднее позволяет сглаживать флуктуации сигнала, происходящие на коротких временных интервалах и связанные с возможными электромагнитными помехами. Приведенное бегущее среднее определяется как разница двух полученных значений: короткого и длительного бегущих средних.3. Definition of the reduced running average value as the difference between two running average values obtained from one sensor over two different periods of time. The system at each moment of time compares two main parameters with each other: a long running average (reference value) obtained from the gas sensor 5 over a time period, mainly more than 5 minutes, and characterizing the background concentration of gases, and a short running average obtained from this the same gas sensor over a period of time, preferably not exceeding 1 minute, and characterizing the current concentration of signal gases 4 in the controlled zone 1. A short running average makes it possible to smooth out signal fluctuations that occur over short time intervals and are associated with possible electromagnetic interference. The reduced running average is defined as the difference between two obtained values: short and long running averages.
4. Сравнение приведенного бегущего среднего значения с пороговым значением и формирование извещения о перегреве в случае его превышения. Короткое и длительное бегущие средние значения вычисляются согласно алгоритму, приведенному в п. 1. Приведенное бегущее среднее значение концентрации получают с использованием двух значений: короткого и длительного бегущих средних - как результат их разницы или вычисляется с помощью более сложного математического алгоритма. Формирование извещения о перегреве происходит при превышении приведенного бегущего среднего значения определенного заданного порогового значения.4. Comparison of the given running average value with the threshold value and generation of an overheating notification if it is exceeded. Short and long running averages are calculated according to the algorithm given in paragraph 1. The given running average concentration is obtained using two values: short and long running averages - as a result of their difference or calculated using a more complex mathematical algorithm. An overheat notification is generated when the running average value exceeds a certain specified threshold value.
5. Определение среднего значения сигнала, полученного с разных сенсоров, за счет усреднения приведенных бегущих средних значений. Система определяет короткое и длительное бегущие средние значения согласно приведенному в п. 1 алгоритму, однако при учете нескольких сенсоров 5, полученные данные усредняются с помощью набора математических операций. Для формирования извещения о перегреве происходит сравнение усредненных значений с помощью вычисления их разности или по более сложным алгоритмам.5. Determination of the average signal value received from different sensors by averaging the given running average values. The system determines short and long running average values according to the algorithm given in paragraph 1, however, when taking into account several sensors 5, the obtained data is averaged using a set of mathematical operations. To generate a notification about overheating, the average values are compared by calculating their difference or using more complex algorithms.
6. Сравнение разницы приведенных бегущих средних значений сигналов от сенсора сравнения и контролирующего сенсора, в том числе вычисленных за разный временной промежуток, с заданным пороговым значением. Короткое и длительное бегущие средние значения вычисляются для всех сенсоров согласно алгоритму, приведенному в п. 1. Данные, полученные с сенсоров 5, учитываются для исключения ложных срабатываний. Сравнение может осуществляться за некоторый промежуток времени, длительность которого определяется экспериментально и учитывает задержку на поступление и выветривание газа из контролируемой зоны 1, характеризующую степень негерметичности электрооборудования.6. Comparison of the difference between the reduced running average values of signals from the comparison sensor and the monitoring sensor, including those calculated over different time periods, with a given threshold value. Short and long running average values are calculated for all sensors according to the algorithm given in paragraph 1. Data received from sensors 5 are taken into account to eliminate false positives. The comparison can be carried out over a certain period of time, the duration of which is determined experimentally and takes into account the delay in the entry and release of gas from controlled zone 1, which characterizes the degree of leakage of electrical equipment.
7. Определение скорости роста приведенного бегущего среднего значения и ее сопоставление с установленным пороговым значением. Приведенное бегущее среднее значение вычисляется аналогично алгоритму, приведенному в п. 3. Скорость нарастания приведенного бегущего среднего значения концентрации сигнального газа, зафиксированного газовым сенсором 5, в случае отсутствия перегревов контролируемых элементов, должна быть равна нулю. В случае возникновения нагрева 3, приводящего к выделению продуктов 4, на регистрацию которых настроен газовый сенсор 5, значение скорости нарастания приведенного бегущего среднего будет увеличиваться скачкообразно, что приведет к формированию контроллером 7 извещения о перегреве, даже если пороговая концентрация не была достигнута.7. Determination of the growth rate of the reduced running average value and its comparison with the established threshold value. The reduced running average value is calculated similarly to the algorithm given in paragraph 3. The rate of increase of the reduced running average value of the signal gas concentration recorded by gas sensor 5, in the absence of overheating of the controlled elements, should be equal to zero. In the event of heating 3, leading to the release of products 4, for registration of which the gas sensor 5 is configured, the value of the rate of increase of the reduced running average will increase abruptly, which will lead to the generation of an overheating notification by the controller 7, even if the threshold concentration has not been reached.
8. Сравнение сигнала, полученного с контролирующего сенсора, с установленным пороговым значением. Система может формировать извещение о перегреве 3 в случае регистрации одним сенсором 5 резкого существенного нарастания концентрации продуктов 4 (превышения порогового значения в несколько раз), выделяющихся при нагреве 3 контролируемых элементов 2 электрооборудования или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов 8, и превышения установленных пороговых значений без учета концентрации фоновых газов, определенной другими сенсорами 5. Например, такая ситуация может возникнуть при горении электрической дуги или возгорании изоляционных материалов.8. Comparison of the signal received from the monitoring sensor with the set threshold value. The system can generate a notification about overheating 3 if one sensor 5 registers a sharp significant increase in the concentration of products 4 (exceeding the threshold value several times) released when heating 3 controlled elements 2 of electrical equipment or thermally activated gas-emitting materials 8 installed on them, and exceeding the established threshold values without taking into account the concentration of background gases determined by other sensors 5. For example, such a situation may arise when an electric arc burns or insulating materials ignite.
9. Определение скорости роста разницы приведенного бегущего среднего значения сигнала контролирующего сенсора и сенсора сравнения и ее сопоставление с установленным пороговым значением. Приведенные бегущие средние значения вычисляются для всех сенсоров 5 аналогично алгоритму, приведенному в п. 4. Одним из критериев формирования извещения о перегреве является сравнение скорости нарастания приведенного бегущего среднего значения содержания сигнального газа, зафиксированное каждым сенсором 5. При возникновении внешнего фонового источника сигнальных газов скорость нарастания приведенных бегущих средних значений G1 и G2, зафиксированная сенсорами S1 и S2 соответственно, будет либо равна (в случае низкой степени герметичности электроустановки или высокой диффузии сигнальных газов), либо G1<G2 (если электроустановка является достаточно герметичной и диффузия сторонних газов внутрь электроустановки происходит медленно) и срабатывания системы не произойдет. Если же G1>G2, то контроллер 7 сформирует извещение о перегреве 3, что будет свидетельствовать о резком повышении концентрации сигнальных газов 4 внутри электроустановки в результате нагрева 3 контролируемых элементов 2.9. Determination of the growth rate of the difference between the reduced running average value of the signal of the monitoring sensor and the comparison sensor and its comparison with the set threshold value. The given running average values are calculated for all sensors 5 similarly to the algorithm given in paragraph 4. One of the criteria for generating an overheating notification is to compare the rate of increase of the reduced running average value of the signal gas content recorded by each sensor 5. When an external background source of signal gases occurs, the speed the increase in the reduced running average values G1 and G2, recorded by sensors S1 and S2, respectively, will be either equal (in the case of a low degree of tightness of the electrical installation or high diffusion of signal gases), or G1<G2 (if the electrical installation is sufficiently sealed and diffusion of foreign gases into the electrical installation occurs slowly) and the system will not operate. If G1>G2, then controller 7 will generate a notification about overheating 3, which will indicate a sharp increase in the concentration of signal gases 4 inside the electrical installation as a result of heating 3 controlled elements 2.
10. Определение или изменение пороговых значений исходя из значений сигналов, полученных от сенсоров в процессе эксплуатации. Система автоматического выявления перегревов 3 элементов электрооборудования 2 выполнена с возможностью определения и калибровки максимальной концентрации газов 4, на определение которых настроены сенсоры 5, при которой происходит срабатывание системы, с помощью способа испытания системы по заявленной группе изобретений. Пороговые значения могут задаваться контроллером 7 либо вручную при установке системы, либо фиксироваться заранее при изготовлении системы, либо являться адаптивными и динамически изменяющимися в зависимости от условий эксплуатации системы.10. Determination or change of threshold values based on the values of signals received from sensors during operation. The system for automatically detecting overheating 3 of elements of electrical equipment 2 is made with the ability to determine and calibrate the maximum concentration of gases 4, which the sensors 5 are configured to detect, at which the system is triggered, using the method of testing the system according to the claimed group of inventions. Threshold values can be set by the controller 7 either manually when installing the system, or fixed in advance during the manufacture of the system, or be adaptive and dynamically changing depending on the operating conditions of the system.
11. Адаптивный порог срабатывания. В процессе эксплуатации может осуществляться автоматическая подстройка порогового значения в заданном интервале значений в зависимости от величины флуктуаций сторонних газов за длительный промежуток времени (более 1 дня). В таком алгоритме при первоначальном включении датчика пороговое значение принимается равным некоторому начальному значению. Затем в течение заданного интервала времени происходит фиксация максимального значения концентрации, которую регистрирует сенсор или группа сенсоров, но которое не приводит к срабатыванию системы. По результатам сравнения величины этой максимальной концентрации с пороговым значением принимается решение об увеличении или уменьшении порогового значения.11. Adaptive response threshold. During operation, the threshold value can be automatically adjusted in a specified range of values depending on the magnitude of fluctuations of foreign gases over a long period of time (more than 1 day). In such an algorithm, when the sensor is initially turned on, the threshold value is assumed to be equal to some initial value. Then, during a specified time interval, the maximum concentration value is recorded, which is recorded by a sensor or group of sensors, but which does not trigger the system. Based on the results of comparing the value of this maximum concentration with the threshold value, a decision is made to increase or decrease the threshold value.
Другим критерием срабатывания системы (формирования извещения о перегреве) является сравнение абсолютных значений сигналов, характеризующих содержание продуктов 4, выделяющихся при нагреве 3 контролируемых элементов 2 или установленных на них термоактивируемых газовыделяющих материалов 8, и обнаруженных двумя или более сенсорами 5. Если С2 - максимальное значение сигнала, характеризующего содержание фоновых газов и зарегистрированного S2 5 во второй контролируемой зоне за пределами первой контролируемой зоны 1, равно С1 - значению сигнала, характеризующего содержание этих же газов в первой контролируемой зоне и зарегистрированного S1 5, то это будет свидетельствовать о повышении содержания сигнальных газов 4 за счет внешнего фона при низкой степени негерметичности защищаемой зоны или высокой диффузии данных газов. Контроллер 7 сформирует извещение о перегреве 3 только при условии, когда C1>С2, т.е. когда концентрация сигнальных газов 4 внутри одной контролируемой зоны 1 будет превышать их фоновую концентрацию в другой контролируемой зоне, за пределами первой контролируемой зоны, что будет свидетельствовать о том, что источником их возникновения являются нагретые контролируемые элементы 2. Аналогично, система сработает, если С2>С1, т.е. когда S2 будет выступать в роли контролирующего сенсора, a S1 - в роли сенсора сравнения.Another criterion for the system to operate (generate a notification of overheating) is to compare the absolute values of the signals characterizing the content of products 4 released during heating of 3 controlled elements 2 or thermally activated gas-emitting materials 8 installed on them, and detected by two or more sensors 5. If C2 is the maximum value signal characterizing the content of background gases and registered S2 5 in the second controlled zone outside the first controlled zone 1 is equal to C1 - the value of the signal characterizing the content of the same gases in the first controlled zone and registered S1 5, then this will indicate an increase in the content of signal gases 4 due to the external background with a low degree of leakage of the protected area or high diffusion of these gases. The controller 7 will generate a notification about overheating 3 only if C1>C2, i.e. when the concentration of signal gases 4 inside one controlled zone 1 exceeds their background concentration in another controlled zone, outside the first controlled zone, which will indicate that the source of their occurrence is heated controlled elements 2. Likewise, the system will work if C2> C1, i.e. when S2 will act as a controlling sensor, and S1 as a comparison sensor.
При этом контроллер 7 может быть настроен таким образом, чтобы сравнивать поступающие с сенсоров 5 данные как в режиме реального времени, так и с определенной задержкой во времени, определяемой экспериментально и учитывающей задержку на поступление и выветривание газа из контролируемой зоны 1, характеризующую степень негерметичности электрооборудования.In this case, the controller 7 can be configured in such a way as to compare the data received from the sensors 5 both in real time and with a certain time delay, determined experimentally and taking into account the delay in the entry and release of gas from the controlled zone 1, which characterizes the degree of leakage of electrical equipment .
Система может содержать более двух сенсоров. Рассмотрим систему с n сенсорами. В этом случае минимальная определяемая одним из сенсоров S1 5 концентрация продуктов 4, выделяющихся при нагреве 3 контролируемых элементов 2, (С1), достаточная для формирования контроллером 7 извещения о перегреве, может зависеть от текущей концентрации фоновых газов, определенной всеми другими сенсорами Sn 5, либо в равной степени, либо по формуле (1), учитывающей вклад каждого сенсора сравнения в отдельности:The system may contain more than two sensors. Consider a system with n sensors. In this case, the minimum concentration of products 4, determined by one of the sensors S1 5, released during heating of 3 controlled elements 2, (C1), sufficient for the controller 7 to generate an overheating notification, may depend on the current concentration of background gases, determined by all other sensors Sn 5, either equally, or according to formula (1), taking into account the contribution of each comparison sensor separately:
где kn - коэффициенты неравномерности распределения газа, определяющиеся экспериментально для каждого из n сенсоров с учетом особенностей мест их размещения, например, в зависимости от степени негерметичности контролируемого электрооборудования 1 или от удаленности сенсора Sn от сенсора S1. В абсолютном большинстве случаев k лежит в пределах [0;1], предпочтительно, выбирается из группы: 0; 0.5; 1. Таким образом, в зависимости от настроек системы, сигналы, получаемые контроллером 7 с отдельных сенсоров Sn, могут быть либо полностью учтены (k=1), либо учтены частично, либо полностью проигнорированы (k=0). В частности, система может быть настроена таким образом, чтобы контроллер не учитывал крайние значения концентрации фоновых газов, определенной сенсорами, т.е. в данном случае коэффициент k не будет фиксированным и может принимать нулевое значение в зависимости от полученных от сенсоров данных.where k n are the gas distribution unevenness coefficients, determined experimentally for each of the n sensors, taking into account the characteristics of their locations, for example, depending on the degree of leakage of the controlled electrical equipment 1 or on the distance of the sensor Sn from the sensor S1. In the vast majority of cases, k lies within [0;1], preferably selected from the group: 0; 0.5; 1. Thus, depending on the system settings, the signals received by the controller 7 from individual sensors Sn can either be fully taken into account (k=1), or partially taken into account, or completely ignored (k=0). In particular, the system can be configured in such a way that the controller does not take into account the extreme values of the background gas concentrations detected by the sensors, i.e. in this case, the coefficient k will not be fixed and can take a zero value depending on the data received from the sensors.
Для испытания указанной системы, может быть реализован следующий способ, включающий следующие действия:To test this system, the following method can be implemented, including the following steps:
- установка S1 в первую газовую камеру и установка S2 во вторую газовую камеру, подключение контроллера к указанным сенсорам;- installation of S1 in the first gas chamber and installation of S2 in the second gas chamber, connecting the controller to the specified sensors;
- регистрация факта срабатывания системы в условиях отсутствия влияния модельных газов на S2 путем нагрева модельного элемента в первой камере и/или определение пороговых концентраций путем дозирования модельного газа в заданной концентрации в первую камеру;- registration of the fact of operation of the system in the absence of influence of model gases on S2 by heating the model element in the first chamber and/or determining threshold concentrations by dosing model gas at a given concentration into the first chamber;
- регистрация факта отсутствия срабатывания системы при дозировании модельного газа в обе камеры- registration of the fact that the system does not operate when dosing model gas into both chambers
и/илиand/or
определение пороговых концентраций путем раздельного дозирования модельного газа в обе камеры.determination of threshold concentrations by separate dosing of model gas into both chambers.
Нагрев модельного элемента может включать нагрев термоактивируемого материала в первой газовой камере.Heating the model element may include heating the thermally activated material in the first gas chamber.
Осуществление испытания системы указанным способом обеспечивает четкую регламентированную проверку соответствия системы условиям и алгоритмам, описанным в первом объекте заявленной группы изобретений, а также для ее дальнейшего использования при выявлении перегревов элементов электрооборудования.Testing the system in this manner provides a clear, regulated check of the system’s compliance with the conditions and algorithms described in the first object of the claimed group of inventions, as well as for its further use in identifying overheating of electrical equipment elements.
Реализация способа в частных случаях, может быть представлена следующим образом: одни сенсор 5 (фиг. 3а) помещают в первую газовую камеру 9, заполненную нейтральным газом, в качестве которого может быть использован, например, азот, а другой сенсор 5 помещают во вторую газовую камеру 9, заполненную тем же нейтральным газом. Оба сенсора соединяют с контроллером 7, в частности, проводной связью 10 и фиксируют отсутствие срабатывания системы в таком состоянии. Затем в первую газовую камеру 9 начинают дозировать модельный газ, имитирующий сигнальный, и фиксируют минимальную концентрацию этого модельного газа, при которой происходит срабатывание системы и формирование контроллером извещения о перегреве, тем самым определяя пороговое значение.The implementation of the method in particular cases can be presented as follows: one sensor 5 (Fig. 3a) is placed in the first gas chamber 9 filled with a neutral gas, which can be used, for example, nitrogen, and the other sensor 5 is placed in the second gas chamber chamber 9 filled with the same neutral gas. Both sensors are connected to the controller 7, in particular, by wired connection 10, and record the absence of operation of the system in this state. Then, a model gas simulating a signal gas is dosed into the first gas chamber 9, and the minimum concentration of this model gas is recorded, at which the system is triggered and the controller generates an overheating notification, thereby determining the threshold value.
После возвращения установки для проведения испытания системы в исходное состояние дозируют модельный газ, имитирующий сигнальный, в известной концентрации С2, не превышающей пороговую концентрацию, при которой может произойти срабатывание системы, во вторую газовую камеру 9 и фиксируют отсутствие срабатывания системы. Затем в первую газовую камеру начинают дозировать этот же модельный газ в концентрации, не превышающей С2, и фиксируют отсутствие срабатывания системы. При дальнейшем постепенном наращивании содержания модельного газа в первой камере 9 фиксируют минимальную концентрацию газа, при которой происходит срабатывание системы и формирование контроллером извещения о перегреве. С помощью полученного значения вычисляют пороговую концентрацию газа, при которой наблюдается срабатывание системы.After the installation for testing the system is returned to its original state, a model gas simulating a signal gas is dosed in a known concentration of C2, not exceeding the threshold concentration at which the system can operate, into the second gas chamber 9 and the absence of system activation is recorded. Then the same model gas is dosed into the first gas chamber in a concentration not exceeding C2, and the absence of operation of the system is recorded. With a further gradual increase in the content of the model gas in the first chamber 9, the minimum gas concentration is recorded at which the system is triggered and the controller generates a notification about overheating. Using the obtained value, the threshold gas concentration is calculated at which the system operates.
В другом варианте реализации способа испытания системы по заявленной группе изобретений в первой газовой камере 9, заполненной нейтральным газом, устанавливают нагревательный элемент 2, а во второй газовой камере 9, заполненной тем же нейтральным газом, устанавливают контролируемый нагревательный элемент 2, на котором расположен ТГМ 8 (используемая в данном случае в качестве изделия, содержащего ТГМ) (фиг. 3б). Оба сенсора соединяют с контроллером 7 проводной связью 10 и фиксируют отсутствие срабатывания системы в таком состоянии. Затем нагревательный элемент 2, установленный во второй газовой камере 9, нагревают до температуры активации газовыделяющей наклейки 8 и фиксируют срабатывание системы посредством регистрации выданного контроллером 7 извещения о перегреве, информирующего о перегреве элементов электрооборудования. После возвращения установки для проведения испытания системы в исходное состояние в обе газовые камеры 9 дозируют модельный газ, имитирующий сигнальный, в известной концентрации, не превышающей пороговую концентрацию, при которой может произойти срабатывание системы, и фиксируют отсутствие срабатывания системы. Затем нагревательный элемент 2, размещенный в первой газовой камере, нагревают до начала выделения продуктов термодеструкции полимерной изоляции 4 и фиксируют срабатывание системы посредством регистрации выданного контроллером 7 извещения о перегреве, информирующего о перегреве 3 элементов электрооборудования 2.In another embodiment of the method of testing a system according to the stated group of inventions, a heating element 2 is installed in the first gas chamber 9, filled with neutral gas, and in the second gas chamber 9, filled with the same neutral gas, a controlled heating element 2 is installed, on which the TGM 8 is located (used in this case as a product containing THM) (Fig. 3b). Both sensors are connected to the controller 7 via a wire connection 10 and record the absence of operation of the system in this state. Then the heating element 2, installed in the second gas chamber 9, is heated to the activation temperature of the gas-emitting sticker 8 and the operation of the system is recorded by registering an overheating notification issued by the controller 7, informing about the overheating of electrical equipment elements. After the installation for testing the system is returned to its original state, a model gas simulating a signal gas is dosed into both gas chambers 9 in a known concentration not exceeding the threshold concentration at which the system can operate, and the absence of system activation is recorded. Then the heating element 2, located in the first gas chamber, is heated until the products of thermal destruction of the polymer insulation 4 begin to release and the operation of the system is recorded by registering an overheating notification issued by the controller 7, informing about the overheating of 3 elements of electrical equipment 2.
Согласно заявленной группе изобретений система автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования используется в соответствии со следующим способом:According to the claimed group of inventions, a system for automatically detecting overheating of electrical equipment elements is used in accordance with the following method:
- размещение системы по первому варианту, при котором- placement of the system according to the first option, in which
по меньшей мере один газовый сенсор S1 устанавливается в одной контролируемой зоне и газовый сенсор S2 устанавливается в другой контролируемой зоне;at least one gas sensor S1 is installed in one controlled area and gas sensor S2 is installed in another controlled area;
контроллер устанавливается в произвольном месте и связывается с по меньшей мере двумя газовыми сенсорами, включающими как минимум S1 и S2, проводной или беспроводной связью;the controller is installed in an arbitrary location and communicates with at least two gas sensors, including at least S1 and S2, by wired or wireless communication;
- обработка сформированного контроллером извещения о перегреве с последующей выдачей информационного сообщения и/или передачей данных на другое устройство, связанное с контроллером.- processing of an overheating notification generated by the controller with subsequent issuance of an information message and/or transfer of data to another device connected to the controller.
В способе могут быть также реализованы алгоритмы, в частности, раскрытые в данной заявке при описании системы. В частности, при дополнительном наличии по меньшей мере одного сенсора сравнения 6 контроллер 7 дополнительно может формировать извещение о перегреве при обнаружении одним из сенсоров газов 4, выделяющихся при нагревании 3 контролируемых элементов 2 или установленных на нем термоактивируемых газовыделяющих материалов 8, в концентрации выше заданного предельного значения вне зависимости от содержания фоновых газов, обнаруженного по меньшей мере одним другим сенсором 5 или одним другим сенсором сравнения 6.The method may also implement algorithms, in particular those disclosed in this application when describing the system. In particular, with the additional presence of at least one comparison sensor 6, the controller 7 can additionally generate a notification about overheating when one of the sensors detects gases 4 released when heating 3 controlled elements 2 or thermally activated gas-emitting materials 8 installed on it, in a concentration above a specified limit values regardless of the background gas content detected by at least one other sensor 5 or one other comparison sensor 6.
В предпочтительном варианте выявление перегревов 3 контролируемых элементов 2 электрооборудования происходит посредством регистрации сигнальных газов 4, выделяющихся из термоактивируемых газовыделяющих материалов 8 преимущественно многократного действия, входящих в состав изделий или покрытий, установленных или нанесенных на контролируемые элементы 2 электрооборудования.In the preferred embodiment, the detection of overheating 3 of the controlled elements 2 of electrical equipment occurs through the registration of signal gases 4 released from thermally activated gas-emitting materials 8 of predominantly reusable action, included in the products or coatings installed or applied to the controlled elements 2 of electrical equipment.
Рассмотрим частные случаи осуществления указанного заявленной группы изобретений.Let us consider special cases of implementation of the specified claimed group of inventions.
Примеры.Examples.
Пример 1.Example 1.
Систему по заявленной группе изобретений устанавливают следующим образом: один полупроводниковый сенсор S1 помещают в первую герметичную газовую камеру объемом 100 л, заполненную азотом, и содержащую нагревательный элемент, покрытый изоляционным материалом. Второй полупроводниковый сенсор S2 помещают во вторую герметичную газовую камеру объемом 100 л, заполненную азотом, также содержащую нагревательный элемент, покрытый изоляционным материалом. Оба сенсора соединяют с контроллером проводной связью и фиксируют отсутствие срабатывания системы в таком состоянии. Затем нагревательный элемент нагревают до температуры 100°С, при которой начинается термодеструкция изоляционных материалов, но возгорание не возникает. Фиксируют срабатывание системы посредством регистрации выданного контроллером извещения, информирующего о перегреве элементов электрооборудования. В данном примере срабатывание системы происходит за счет обнаружения одним из сенсоров (S1) газов, выделяющихся в результате нагрева модельного элемента, в условиях отсутствия влияния фоновых газов на S2.The system according to the claimed group of inventions is installed as follows: one semiconductor sensor S1 is placed in the first sealed gas chamber with a volume of 100 liters, filled with nitrogen, and containing a heating element coated with an insulating material. The second semiconductor sensor S2 is placed in a second sealed gas chamber with a volume of 100 L, filled with nitrogen, also containing a heating element covered with insulating material. Both sensors are connected to the controller via wired communication and record the absence of system operation in this state. Then the heating element is heated to a temperature of 100°C, at which thermal destruction of the insulating materials begins, but no fire occurs. The operation of the system is recorded by registering a notification issued by the controller informing about overheating of electrical equipment elements. In this example, the system is activated due to the detection by one of the sensors (S1) of gases released as a result of heating of the model element, in the absence of influence of background gases on S2.
Пример 2.Example 2.
Систему по заявленной группе изобретений устанавливают следующим образом: один полупроводниковый сенсор S1 помещают в первую герметичную газовую камеру объемом 100 л, заполненную азотом. Второй полупроводниковый сенсор S2 помещают во вторую герметичную газовую камеру объемом 100 л, заполненную азотом. Оба сенсора соединяют с контроллером проводной связью и фиксируют отсутствие срабатывания системы в таком состоянии. Затем в первую газовую камеру в непрерывном режиме дозируют модельный газ, имитирующий сигнальные газы, со скоростью 10 ppm/мин. Срабатывания системы не происходит в течение первых пяти минут (при содержании сигнальных газов до 50 ppm). Фиксируют срабатывание системы на пятой минуте посредством регистрации выданного контроллером извещения, информирующего о перегреве элементов электрооборудования, и определяют содержание модельного газа в первой камере в этот момент. Испытание повторяют трижды, определяя среднее значение пороговой концентрации, которое в данном примере составило 54 ppm. В данном примере срабатывание системы происходит за счет обнаружения одним из сенсоров (S1) модельных газов, имитирующих газы, выделяющиеся в результате нагрева модельного элемента, в условиях отсутствия влияния фоновых газов на S2.The system according to the claimed group of inventions is installed as follows: one semiconductor sensor S1 is placed in the first sealed gas chamber with a volume of 100 l, filled with nitrogen. The second semiconductor sensor S2 is placed in a second sealed gas chamber with a volume of 100 L, filled with nitrogen. Both sensors are connected to the controller via wired communication and record the absence of system operation in this state. Then, a model gas simulating signal gases is dosed into the first gas chamber in a continuous mode at a rate of 10 ppm/min. The system does not operate within the first five minutes (with signal gas content up to 50 ppm). The operation of the system is recorded at the fifth minute by registering a notification issued by the controller informing about overheating of electrical equipment elements, and the content of model gas in the first chamber at this moment is determined. The test is repeated three times, determining the average threshold concentration, which in this example was 54 ppm. In this example, the system is triggered due to the detection of model gases by one of the sensors (S1), simulating gases released as a result of heating of the model element, in the absence of influence of background gases on S2.
Пример 3.Example 3.
Систему по заявленной группе изобретений устанавливают следующим образом: один полупроводниковый сенсор S1 помещают в первую герметичную газовую камеру объемом 100 л, заполненную азотом. Второй полупроводниковый сенсор S2 помещают во вторую герметичную газовую камеру объемом 100 л, заполненную азотом. Оба сенсора соединяют с контроллером проводной связью и фиксируют отсутствие срабатывания системы в таком состоянии. Затем во вторую газовую камеру, в которой установлен S2, одномоментно дозируют модельный газ, имитирующий сигнальный, в количестве С2=100 ppm. Фиксируют срабатывание системы посредством регистрации выданного контроллером извещения. В данном случае срабатывание системы происходит за счет обнаружения одним из сенсоров (S2) модельных газов, имитирующих сигнальные, в концентрации, превышающей пороговое значение, вне зависимости от концентрации фоновых газов, зафиксированной S1.The system according to the claimed group of inventions is installed as follows: one semiconductor sensor S1 is placed in the first sealed gas chamber with a volume of 100 l, filled with nitrogen. The second semiconductor sensor S2 is placed in a second sealed gas chamber with a volume of 100 L, filled with nitrogen. Both sensors are connected to the controller via wired communication and record the absence of system operation in this state. Then, into the second gas chamber in which S2 is installed, a model gas simulating the signal gas is dosed simultaneously in the amount of C2 = 100 ppm. The operation of the system is recorded by registering a notification issued by the controller. In this case, the system is triggered due to the detection by one of the sensors (S2) of model gases simulating signal gases in a concentration exceeding a threshold value, regardless of the concentration of background gases recorded by S1.
После этого в камеру, в которой установлен S1, в непрерывном режиме со скоростью 10 ppm/мин, дозируют модельный газ, имитирующий сигнальный (С1). Фиксируют отсутствие срабатывания системы в первые 15 минут, когда содержание модельных газов в первой камере не превышало 150 ppm. После достижения содержания модельных газов в первой камере, равного 150 ppm, фиксируют срабатывание системы посредством регистрации выданного контроллером извещения. Тем самым определяют пороговую концентрацию срабатывания системы, равную в данном случае 50 ppm. При этом срабатывание системы происходит за счет обнаружения одним из сенсоров (S1) модельных газов, имитирующих сигнальные, с учетом содержания этих же модельных газов, зафиксированных S2.After this, a model gas simulating the signal gas (C1) is dosed into the chamber in which S1 is installed, in continuous mode at a speed of 10 ppm/min. The absence of system activation is recorded in the first 15 minutes, when the content of model gases in the first chamber did not exceed 150 ppm. After the content of model gases in the first chamber reaches 150 ppm, the operation of the system is recorded by registering a notification issued by the controller. This determines the threshold concentration for the system to operate, which in this case is equal to 50 ppm. In this case, the system is triggered due to the detection by one of the sensors (S1) of model gases simulating signal gases, taking into account the content of the same model gases recorded by S2.
Далее, чтобы система вышла из режима сработки, газовые камеры проветривают и заново заполняют азотом, после чего в них начинают непрерывно со скоростью 50 ppm/час, дозировать модельный газ, имитирующий сигнальный, до достижения его фактического содержания, равного 100 ppm. Фиксируют изменение опорного (нулевого) значения сигнала сенсоров за счет реализации системой алгоритмов дрейфа нулевого значения при низкой скорости нарастания концентрации сигнального газа. Затем в первую газовую камеру одномоментно дозируют 50 ppm модельного газа, имитирующего сигнальный, при этом фактическое содержание этого газа в первой камере составило 150 ppm. Фиксируют срабатывание системы посредством регистрации выданного контроллером извещения. В данном случае реализуется возможность многократного действия системы.Next, in order for the system to exit the operation mode, the gas chambers are ventilated and refilled with nitrogen, after which they begin to continuously dose the model gas, simulating the signal gas, at a rate of 50 ppm/hour until its actual content is reached, equal to 100 ppm. The change in the reference (zero) value of the sensor signal is recorded due to the system implementing zero value drift algorithms at a low rate of increase in the signal gas concentration. Then, 50 ppm of a model gas simulating the signal gas is simultaneously dosed into the first gas chamber, while the actual content of this gas in the first chamber was 150 ppm. The operation of the system is recorded by registering a notification issued by the controller. In this case, the possibility of repeated operation of the system is realized.
Пример 4.Example 4.
Систему по заявленной группе изобретений устанавливают следующим образом: одни оптический сенсор S1 помещают в первую герметичную газовую камеру объемом 100 л, заполненную азотом, и содержащую нагревательный элемент, на котором размещена термоактивируемая газовыделяющая наклейка с температурой активации 100°С. Второй оптический сенсор S2 помещают во вторую герметичную газовую камеру объемом 100 л, заполненную азотом, также содержащую нагревательный элемент с размещенной на нем термоактивируемой газовыделяющей наклейкой. Оба сенсора соединяют с контроллером беспроводной связью и фиксируют отсутствие срабатывания системы в таком состоянии. Затем нагревательный элемент в первой камере нагревают до температуры 100°С, при которой начинается термоактивация наклейки и выделение из нее сигнальных газов. Фиксируют срабатывание системы посредством регистрации выданного контроллером извещения, информирующего о перегреве элементов электрооборудования. В данном случае срабатывание системы происходит за счет обнаружения одним из сенсоров (S1) газов, выделяющихся при активации термоактивируемого газовыделяющего материала, в условиях отсутствия влияния фоновых газов на S2.The system according to the claimed group of inventions is installed as follows: one optical sensor S1 is placed in the first sealed gas chamber with a volume of 100 liters, filled with nitrogen, and containing a heating element on which a thermally activated gas-emitting sticker with an activation temperature of 100°C is placed. The second optical sensor S2 is placed in a second sealed gas chamber with a volume of 100 liters, filled with nitrogen, also containing a heating element with a thermally activated gas-emitting sticker placed on it. Both sensors are connected to the controller via wireless communication and record that the system does not operate in this state. Then the heating element in the first chamber is heated to a temperature of 100°C, at which thermal activation of the sticker begins and signal gases are released from it. The operation of the system is recorded by registering a notification issued by the controller informing about overheating of electrical equipment elements. In this case, the system is activated due to the detection by one of the sensors (S1) of gases released during the activation of a thermally activated gas-emitting material, in the absence of influence of background gases on S2.
Далее газовую камеру проветривают, чтобы система вышла из режима сработки, заново заполняют азотом, а нагревательный элемент охлаждают до комнатной температуры. После этого нагревательный элемент снова нагревают до температуры 100°С и фиксируют срабатывание системы. В данном случае реализуется возможность многократного действия системы при использовании термоактивируемых газовыделяющих материалов.Next, the gas chamber is ventilated so that the system exits the operation mode, it is refilled with nitrogen, and the heating element is cooled to room temperature. After this, the heating element is again heated to a temperature of 100°C and the operation of the system is recorded. In this case, the possibility of repeated operation of the system when using thermally activated gas-emitting materials is realized.
Пример 5.Example 5.
Систему по заявленной группе изобретений устанавливают следующим образом: один полупроводниковый сенсор S1 помещают в первую герметичную газовую камеру объемом 100 л, заполненную азотом, и содержащую нагревательный элемент, покрытый изоляционным материалом. Второй полупроводниковый сенсор S2 помещают во вторую герметичную газовую камеру объемом 100 л, заполненную азотом, также содержащую нагревательный элемент, покрытый изоляционным материалом. Оба сенсора соединяют с контроллером проводной связью и фиксируют отсутствие срабатывания системы в таком состоянии. Затем в обе камеры в течение 10 часов дозируют по 500 ppm модельного газа, имитирующего фоновый, со скоростью 50 ppm в час. Фиксируют отсутствие срабатывания системы за счет реализации системой алгоритма, учитывающего дрейф нулевого значения. После этого нагревательный элемент, установленный в первой камере, содержащей S1, нагревают до температуры 200°С, при которой происходит термодеструкция изоляционных материалов, но возгорание не возникает. Фиксируют срабатывание системы посредством регистрации выданного контроллером извещения, информирующего о перегреве элементов электрооборудования. В данном примере срабатывание системы происходит за счет обнаружения одним из сенсоров (S1) газов, выделяющихся в результате нагрева модельного элемента, в условиях влияния фоновых газов на оба сенсора с учетом дрейфа нулевого значения.The system according to the claimed group of inventions is installed as follows: one semiconductor sensor S1 is placed in the first sealed gas chamber with a volume of 100 liters, filled with nitrogen, and containing a heating element coated with an insulating material. The second semiconductor sensor S2 is placed in a second sealed gas chamber with a volume of 100 L, filled with nitrogen, also containing a heating element covered with insulating material. Both sensors are connected to the controller via wired communication and record the absence of system operation in this state. Then, 500 ppm of model gas, simulating the background gas, is dosed into both chambers for 10 hours at a rate of 50 ppm per hour. The absence of system activation is recorded due to the system implementing an algorithm that takes into account the drift of the zero value. After this, the heating element installed in the first chamber containing S1 is heated to a temperature of 200°C, at which thermal destruction of the insulating materials occurs, but fire does not occur. The operation of the system is recorded by registering a notification issued by the controller informing about overheating of electrical equipment elements. In this example, the system is triggered due to the detection by one of the sensors (S1) of gases released as a result of heating of the model element, under the influence of background gases on both sensors, taking into account the drift of the zero value.
Пример 6.Example 6.
Систему по заявленной группе изобретений устанавливают следующим образом: один полупроводниковый сенсор S1 помещают в первую герметичную газовую камеру объемом 100 л, заполненную азотом. Второй полупроводниковый сенсор S2 помещают во вторую герметичную газовую камеру объемом 100 л, заполненную азотом. Оба сенсора соединяют с контроллером проводной связью и фиксируют отсутствие срабатывания системы в таком состоянии. Затем в обе газовые камеры одновременно в течение 10 часов дозируют 500 ppm модельный газ, имитирующий сигнальный, со скоростью 50 ppm в час. Фиксируют отсутствие срабатывания системы за счет реализации системой алгоритма, учитывающего скорость нарастания концентрации сигнального газа. После этого в первую камеру, содержащую S1, одномоментно вводят модельный газ, имитирующий сигнальный, в количестве 50 ppm. Фиксируют срабатывание системы посредством регистрации выданного контроллером извещения, информирующего о перегреве элементов электрооборудования. В данном примере срабатывание системы происходит за счет обнаружения S1 модельного газа, имитирующего сигнальный, в условиях быстрого нарастания его концентрации и с учетом его влияния на S2.The system according to the claimed group of inventions is installed as follows: one semiconductor sensor S1 is placed in the first sealed gas chamber with a volume of 100 l, filled with nitrogen. The second semiconductor sensor S2 is placed in a second sealed gas chamber with a volume of 100 L, filled with nitrogen. Both sensors are connected to the controller via wired communication and record the absence of system operation in this state. Then, 500 ppm model gas, simulating a signal gas, is dosed into both gas chambers simultaneously for 10 hours at a rate of 50 ppm per hour. The absence of system activation is recorded due to the system implementing an algorithm that takes into account the rate of increase in the concentration of the signal gas. After this, a model gas simulating a signal gas in an amount of 50 ppm is simultaneously introduced into the first chamber containing S1. The operation of the system is recorded by registering a notification issued by the controller informing about overheating of electrical equipment elements. In this example, the system is triggered by detecting S1 of a model gas simulating a signal gas, under conditions of a rapid increase in its concentration and taking into account its influence on S2.
Пример 7.Example 7.
Систему по заявленной группе изобретений, включающую в себя два контролирующих сенсора и один сенсор сравнения, устанавливают следующим образом: каждый контролирующий полупроводниковый сенсор S1 и S2 помещают в отдельную герметичную газовую камеру объемом 100 л, заполненную азотом. Полупроводниковый сенсор сравнения Sсp также помещают в отдельную герметичную газовую камеру объемом 100 л, заполненную азотом. Все сенсоры соединяют с контроллером проводной связью и фиксируют отсутствие срабатывания системы в таком состоянии. Контроллер настроен на учет содержания фоновых газов, зафиксированного каждым из сенсоров, включая сенсор сравнения, в равной степени. Во все газовые камеры одномоментно дозируют по 500 ppm модельного газа, имитирующего сигнальный. Фиксируют срабатывание системы посредством регистрации выданного контроллером извещения, информирующего о перегреве элементов электрооборудования. В данном примере срабатывание системы происходит за счет обнаружения контролирующими сенсорами S1 и S2 и сенсором сравнения Sсp модельного газа, имитирующего сигнальный, в условиях быстрого нарастания его концентрации.The system according to the claimed group of inventions, which includes two monitoring sensors and one comparison sensor, is installed as follows: each monitoring semiconductor sensor S1 and S2 is placed in a separate sealed gas chamber with a volume of 100 liters, filled with nitrogen. The semiconductor reference sensor S cp is also placed in a separate sealed gas chamber with a volume of 100 l, filled with nitrogen. All sensors are connected to the controller via wired communication and record the absence of system operation in this state. The controller is configured to take into account the content of background gases recorded by each of the sensors, including the comparison sensor, to an equal extent. All gas chambers are simultaneously dosed with 500 ppm of model gas, simulating a signal gas. The operation of the system is recorded by registering a notification issued by the controller informing about overheating of electrical equipment elements. In this example, the system is activated due to the detection by the monitoring sensors S1 and S2 and the comparison sensor S cp of a model gas simulating a signal gas under conditions of a rapid increase in its concentration.
Пример 8.Example 8.
Систему по заявленной группе изобретений, включающую в себя три сенсора сравнения и три контролирующих сенсора, устанавливают следующим образом: каждый из полупроводниковых сенсоров Sк помещают в отдельную герметичную газовую камеру объемом 100 л, заполненную азотом. Каждый из полупроводниковых сенсоров Scp помещают в отдельную герметичную газовую камеру объемом 100 л, заполненную азотом. Все сенсоры соединяют с контроллером проводной связью и фиксируют отсутствие срабатывания системы в таком состоянии. Контроллер настроен на учет содержания фоновых газов, зафиксированного каждым из сенсоров сравнения, по формуле (1), учитывающей вклад каждого сенсора сравнения в отдельности.The system according to the claimed group of inventions, including three comparison sensors and three control sensors, is installed as follows: each of the semiconductor sensors S k is placed in a separate sealed gas chamber with a volume of 100 l, filled with nitrogen. Each of the S cp semiconductor sensors is placed in a separate sealed gas chamber with a volume of 100 L, filled with nitrogen. All sensors are connected to the controller via wired communication and record the absence of system operation in this state. The controller is configured to take into account the content of background gases recorded by each of the comparison sensors, according to formula (1), which takes into account the contribution of each comparison sensor separately.
Рассмотрим один из контролирующих сенсоров (Sк1), для которого будет справедлива следующая формула (2):Let's consider one of the controlling sensors (S to 1), for which the following formula (2) will be valid:
где Ск1 - предельное детектируемое Sк1 значение содержания продуктов, выделяющихся при нагреве контролируемых элементов, достаточное для срабатывания системы, Ccp1-Сср3 - значения содержания фоновых газов, детектируемые сенсорами сравнения Scp1-Sсp3, соответственно, k1-k3 - коэффициенты неравномерности распределения газа, определяющиеся экспериментально для каждого сенсоров сравнения. В данном случае: k1=1, k2=0.5, k3=0.where C to 1 is the maximum detected S to 1 value of the content of products released during heating of the controlled elements, sufficient for the system to operate, C cp 1-C av 3 - values of the background gas content detected by comparison sensors S cp 1-S cp 3, respectively , k 1 -k 3 - gas distribution unevenness coefficients, determined experimentally for each comparison sensor. In this case: k 1 =1, k 2 =0.5, k 3 =0.
Во все газовые камеры, содержащие сенсоры сравнения, непрерывно со скоростью 50 ppm/мин дозируют модельный газ, имитирующий фоновый, до достижения его содержания в каждой камере, представленного в таблице 1. Тогда по формуле (2) Cк1=(1*250+0.5*1000+0*1500)/3=250 ppm.A model gas simulating the background gas is continuously dosed into all gas chambers containing reference sensors at a rate of 50 ppm/min until its content in each chamber is achieved, presented in Table 1. Then, according to formula (2) C to 1=(1*250 +0.5*1000+0*1500)/3=250 ppm.
В это же время в первую газовую камеру, содержащую Sк1, непрерывно со скоростью 50 ppm/мин дозируют модельный газ, имитирующий сигнальный. В первые 5 минут дозирования, до достижения содержания модельного газа в этой газовой камере, равного 300 ppm, фиксируют отсутствие срабатывания системы за счет учета концентраций сторонних газов, измеряемых сенсорами сравнения. При дальнейшем дозировании и достижении в первой газовой камере содержания модельного газа, имитирующего сигнальный, более 300 ppm, фиксируют срабатывание системы посредством регистрации выданного контроллером сигнала, информирующего о нагреве элементов электрооборудования.At the same time, a model gas simulating a signal gas is continuously dosed into the first gas chamber containing S to 1 at a rate of 50 ppm/min. In the first 5 minutes of dosing, until the model gas content in this gas chamber reaches 300 ppm, the absence of system activation is recorded by taking into account the concentrations of foreign gases measured by comparison sensors. With further dosing and the content of the model gas simulating the signal gas reaches more than 300 ppm in the first gas chamber, the operation of the system is recorded by recording the signal issued by the controller, informing about the heating of electrical equipment elements.
В данном примере срабатывание системы происходит за счет обнаружения контролирующим сенсором модельного газа, имитирующего сигнальный, в условиях влияния фоновых газов на сенсоры сравнения с учетом различного вклада каждого сенсора сравнения.In this example, the system is triggered due to the detection by the monitoring sensor of a model gas simulating a signal gas, under the influence of background gases on the comparison sensors, taking into account the different contribution of each comparison sensor.
Пример 9.Example 9.
Пример реализации алгоритмов обработки контроллером измеренных сенсорами концентраций и формирования извещения о перегреве в системе по заявленной группе изобретений, включающую в себя один или более контролирующих сенсора и один сенсор сравнения, подключенных к контроллеру.An example of the implementation of algorithms for processing concentrations measured by sensors by the controller and generating a notification about overheating in the system according to the claimed group of inventions, including one or more monitoring sensors and one comparison sensor connected to the controller.
Первоначальное усреднение сигнала:Initial signal averaging:
Для фильтрации возможных мгновенных скачков сигнала, которые могут быть связаны с наводимыми электромагнитными помехами, происходит его быстрое усреднение. Используемый для дальнейшего анализа сигнал вычисляется в результате усреднения за Tƒ секунд (бегущее среднее), по N значениям мгновенного сигнала x(t).To filter possible instantaneous signal jumps that may be associated with induced electromagnetic interference, it is quickly averaged. Signal used for further analysis is calculated as a result of averaging over T ƒ seconds (running average), over N values of the instantaneous signal x(t).
Корректировка опорного (нулевого) уровня сигнала:Adjustment of the reference (zero) signal level:
Опорное (нулевое) значение сигнала постоянно подвергается плавной корректировки, так как оно изменяется со временем (дрейфует) вследствие деградации чувствительного элемента, изменения температуры и влажности окружающей среды, а также вследствие возможного наличия в атмосфере сторонних газов.The reference (zero) value of the signal is constantly subject to smooth adjustment, as it changes over time (drifts) due to degradation of the sensitive element, changes in temperature and humidity of the environment, and also due to the possible presence of foreign gases in the atmosphere.
В качестве нулевого значения Z(t) принимается среднее значение измеряемой сенсором абсолютного значения характеристики за последние Td минут. В случае если значение сигнала упало ниже нулевого значения, то нулевое значение становится равным The average value of the absolute value of the characteristic measured by the sensor is taken as the zero value of Z(t) for the last T d minutes. If the signal value falls below the zero value, then the zero value becomes equal to
При этом относительное значение концентрации в условных единицах будет равным в каждый момент времени:In this case, the relative value of concentration in arbitrary units will be equal at each moment of time:
Постоянный порог срабатывания:Constant threshold:
Извещение о перегреве контролируемых элементов (переход в режим тревоги) по умолчанию формируется при превышении порогового значения концентрации.A notification about overheating of monitored elements (transition to alarm mode) is generated by default when the concentration threshold value is exceeded.
X(t)>Pi X(t)>P i
В зависимости от настройки уровня чувствительности контроллера величина пороговой концентрации газа меняется:Depending on the controller sensitivity level setting, the threshold gas concentration changes:
При низкой (режим НЧ) чувствительности P1 At low (LF mode) sensitivity P 1
При средней (режим СЧ) чувствительности P2 At medium (mid mode) sensitivity P 2
При высокой (режим ВЧ) чувствительности P3 At high (HF mode) sensitivity P 3
Выход из режима тревоги происходит при снижении концентрации сенсора ниже половины соответствующего порогового значения.The alarm mode is exited when the sensor concentration drops below half the corresponding threshold value.
Плавающий порог срабатывания:Floating threshold:
В данном режиме происходит подстройка порогового значения Р в зависимости от величины флуктуаций сторонних газов. При включении датчика пороговое значение принимается постоянным и равным P=P2 (средняя чувствительность). В течении Tƒ дней (1 день или более) происходит фиксация максимального значения сигнала Smax., которое не приводит к формированию сигнала тревоги (то есть не превышает текущее пороговое значение) Если это значение менее текущего порога в K раз (например, К=3), то порог уменьшается в 1.1 раз. Если это условие не выполняется, то порог увеличивается в 1.1 раз.In this mode, the threshold value P is adjusted depending on the magnitude of fluctuations of external gases. When the sensor is turned on, the threshold value is assumed constant and equal to P=P 2 (average sensitivity). Within T ƒ days (1 day or more), the maximum value of the signal S max is recorded. , which does not lead to the formation of an alarm signal (that is, does not exceed the current threshold value) If this value is less than the current threshold by K times (for example, K = 3), then the threshold is reduced by 1.1 times. If this condition is not met, then the threshold is increased by 1.1 times.
Изменение порога может происходить только в диапазоне между P1 и P3. При превышении плавающего порога значения P3 он принимается равным P3. При понижении плавающего порога ниже значения P1 он принимается равным P1.The threshold change can only occur in the range between P 1 and P 3 . When the floating threshold value P 3 is exceeded, it is assumed to be equal to P 3 . When the floating threshold is lowered below the value P 1 , it is assumed to be equal to P 1 .
Алгоритм учета сигнала, измеряемого сенсором сравнения:Algorithm for taking into account the signal measured by the comparison sensor:
Сенсор сравнения устанавливается в месте, где вероятность увеличения концентрации сигнального газа или продуктов термодеструкции изоляции будет минимальным и служит для выявления ложных срабатываний.The comparison sensor is installed in a place where the probability of an increase in the concentration of the signal gas or thermal degradation products of insulation will be minimal and serves to detect false alarms.
Для учета возможной задержки при распространении газа учет концентраций сенсора сравнения происходит следующим образом. За время Text определяется максимальное значение концентрации, измеренное сенсором сравнения:To take into account possible delays in gas propagation, the concentrations of the reference sensor are taken into account as follows. During the time T ext , the maximum concentration value measured by the comparison sensor is determined:
при Text < T ≤ t for T ext < T ≤ t
Срабатывание контролирующего сенсора будет трактоваться ложным, если при переходе формировании извещения о нагреве контролируемых элементов будет выполняться условие:The operation of the monitoring sensor will be interpreted as false if, during the transition of generating a notification about the heating of the controlled elements, the following condition is met:
Формирование извещения о возгорании или пожаре:Generating a fire or fire notification:
Срабатывание внутренних газовых сенсоров независимо от концентраций, которые регистрируют внешний сенсор или соседние внутренние сенсоры, происходит при выполнении условия:The internal gas sensors are triggered, regardless of the concentrations recorded by the external sensor or neighboring internal sensors, when the following condition is met:
X(t) > Pƒire X(t) > P ƒire
где Pƒire - пороговое значение концентрации газа, которое свидетельствует о возможном возникновении пожара.where P ƒire is the threshold value of gas concentration, which indicates the possible occurrence of a fire.
В таблицах 2-4 представлены возможные варианты уставок контроллера, реализующего рассмотренный пример математических алгоритмов.Tables 2-4 present possible settings for the controller that implements the considered example of mathematical algorithms.
Результаты проведенных испытаний доказывают реализацию заявленного назначения системы и способов по заявленной группе изобретений и достижение технического результата.The results of the tests prove the implementation of the stated purpose of the system and methods for the declared group of inventions and the achievement of a technical result.
Группа изобретений была раскрыта выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления заявленной группы изобретений, не меняющие ее сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, группу изобретений следует считать не ограниченной по объему приведенными описанием и примерами.The group of inventions was disclosed above with reference to a specific embodiment. For specialists, other embodiments of the claimed group of inventions may be obvious, without changing its essence, as it is disclosed in this description. Accordingly, the group of inventions should be considered not limited in scope by the given description and examples.
Claims (49)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2023/000191 WO2024205448A1 (en) | 2023-03-27 | 2023-06-21 | Method and system for detecting overheating of elements of electrical equipment and method for testing said system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2817861C1 true RU2817861C1 (en) | 2024-04-22 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012098085A (en) * | 2010-10-29 | 2012-05-24 | Railway Technical Research Institute | Overheat abnormality monitoring method and overheat abnormality monitoring apparatus |
JP2020038471A (en) * | 2018-09-04 | 2020-03-12 | 富士電機株式会社 | Monitoring device, electric facility, and gas sensor |
CN114252558A (en) * | 2021-12-20 | 2022-03-29 | 河南驰诚电气股份有限公司 | Gas detector with self-diagnosis function |
RU215385U1 (en) * | 2022-05-11 | 2022-12-12 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Электромашина" | Air quality signaling network module |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012098085A (en) * | 2010-10-29 | 2012-05-24 | Railway Technical Research Institute | Overheat abnormality monitoring method and overheat abnormality monitoring apparatus |
JP2020038471A (en) * | 2018-09-04 | 2020-03-12 | 富士電機株式会社 | Monitoring device, electric facility, and gas sensor |
CN114252558A (en) * | 2021-12-20 | 2022-03-29 | 河南驰诚电气股份有限公司 | Gas detector with self-diagnosis function |
RU215385U1 (en) * | 2022-05-11 | 2022-12-12 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Электромашина" | Air quality signaling network module |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11990016B2 (en) | System and methods for detecting, confirming, classifying, and monitoring a fire | |
CN109579091B (en) | Sensor enabled range hood system and method | |
US9164519B2 (en) | Smart environmental control system for an enclosure with diagnostics | |
US10295457B1 (en) | Airplane cabin air quality monitoring system | |
US9030329B2 (en) | Smart methane monitor | |
KR102051810B1 (en) | Battery protection method and apparatus using integrated environment monitoring system | |
US11756400B2 (en) | Self-testing hazard sensing device | |
EP3512056A1 (en) | Method for detecting electrical malfunction, device for implementing such a method and electrical enclosure equipped with such a device | |
KR20220076374A (en) | Fire safety monitoring system | |
KR102299116B1 (en) | Battery protection method and apparatus using integrated environment monitoring system | |
RU2817861C1 (en) | System for automatic detection of overheating of electrical equipment elements, which includes several sensors, method of its use and testing | |
RU2816828C1 (en) | System for automatic detection of overheating of electrical equipment elements using comparison sensor, method of its use and testing | |
RU2816750C1 (en) | Adaptive system for automatic detection of overheating of electrical equipment elements, method of use and testing thereof | |
CN213333271U (en) | Gas leakage alarm system | |
WO2024205446A1 (en) | Detecting overheating of elements of electrical equipment | |
WO2024205448A1 (en) | Method and system for detecting overheating of elements of electrical equipment and method for testing said system | |
WO2024205447A1 (en) | Adaptive system and method for detecting overheating of elements of electrical equipment | |
Anderson et al. | The gas monitoring handbook | |
Standard | Atmosphere | |
RU2596953C1 (en) | Pre-fire situation warning system | |
kumar Dharmireddy et al. | Soft Sensor-Based Remote Monitoring System for Industrial Environments | |
RU2596954C1 (en) | Method of detecting pre-fire situations arising due to faults in electric circuit | |
US20230264057A1 (en) | Fire extinguishing devices with fire predicting function | |
DHARMIREDDY¹ et al. | Soft Sensor-Based Remote Monitoring System for Industrial Environments | |
KR101455031B1 (en) | Fire Monitoring System using CO Data |