Электрика
Промышленные реле контроля трехфазного напряжения
Реле ЕЛ-1 1, ЕЛ-12 и ЕЛ-13 серийно производятся ОАО «Электротехнический завод» РЕЛОС (г. Киев) и используются для контроля наличия и порядка чередования фаз в системах трехфазного напряжения, защиты от недопустимой асимметрии фазных напряжений и работы на двух фазах.
Реле типов ЕЛ-1 1 применяется для контроля источников и преобразователей электрической энергии, ЕЛ-12 — для контроля трехфазных асинхронных двигателей общепромышленных серий мощностью до 100 кВт, ЕЛ-13 — для контроля трехфазных крановых асинхронных двигателей и реверсивных электроприводов мощностью до 75 кВт. Реле выпускаются в пластмассовых корпусах с передним присоединением проводов для выступающего монтажа. Принцип работы этих реле аналогичен, в основе него заложен контроль наличия и чередования фаз сети микросхемой K176ТМ2. При нарушении нормального режима сети эта ИМС через реле времени на микросхеме КР512ПС1 0 выдает с определенной задержкой времени сигнал на транзисторную схему управления выходным реле типа ЕВУИ 647612001, содержащем один нормально замкнутый и один нормально разомкнутый контакты, что позволяет использовать эти реле в любых схемах защиты. Задержка времени необходима для исключения срабатывания реле при неодновременном включении контактов контакторов пусковых устройств потребителей, кратковременных отключениях напряжения при технологических переключениях в электрических сетях или при срабатываниях АВР.
Параметры реле контроля трехфазного напряжения приведены в 1. Коммутационная способность контактов реле указана в 2.
Принципиальная схема реле ЕЛ-1 1 показана на 1.
Основными элементами принципиальной схемы являются микросхема DA1 типа К176ТМ2, содержащая два триггера D-типа (триггер задержки), микросхема DA2 типа КР512ПС10, представляющая собой генератор-делитель частоты, и выходное реле К1. Напряжение питания элементов схемы получается следующим путем. Трехфазное напряжение сети подается на трехфазный выпрямитель (VD1-VD6) чрез гасящие резисторы Rl, R3, R5. Выпрямленное напряжение сглаживается конденсатором С1 и используется для питания электронных узлов. Электрические сигналы 3-фазной сети подаются на транзисторные усилители-ограничители
(VT3-VT5) через гасящие резисторы (R2, R4, R6). Режим транзисторов устанавливается подстроечным резистором R12. На вход D1 микросхемы DA1 постоянно подается высокий уровень от источника питания, в результате чего на выходе первого триггера Q1 присутствует высокий уровень, который подается на вход D2 второго триггера, создавая высокий уровень и на выходе Q2. Этот уровень в нормальном режиме трехфазной сети поддерживается положительными фронтами импульсов, снимаемых с коллекторов транзисторов VT3-VT5 и обусловленных принципом работы данной микросхемы, состояния которой представлены в «таблице истинности». Высокий уровень с выхода Q2 ИМС DA1 через резистор R19 подается на вход RO микросхемы DA2, выполняющей функцию таймера. На вход IN этой микросхемы постоянно подан высокий уровень от источника питания, в результате чего счетчики таймера обнулены и находятся в ждущем режиме. Высокий уровень с вывода 9 DA2 через резистор RIO подается на базу транзистора VT2 и совместно с положительным напряжением, поступающим через резистор R9, поддерживает его в открытом состоянии. При этом транзистор УТ1 закрыт, в результате чего реле К1 обесточено.
При отключении любой фазы или изменении фазировки сети промежутки между некоторыми управляющими импульсами увеличиваются или нарушается их последовательность, в результате чего триггеры ЭА1 опрокидываются и на вход RO микросхемы 0А2 подается импульс низкого уровня. В этот момент включаются счетчики реле времени. По окончании установленного времени на выводе 9 0А2 появляется низкий уровень, который через резистор Rl О подается на базу транзистора УТ2 и закрывает его. На коллекторе УТ2 появляется положительное напряжение, которое через резистор И7 подается на базу транзистора VII и открывает его, в результате этого срабатывает реле К1 и включается светодиод УР8, а контакты К1.1 и К1.2 изменяют свое состояние (соответственно размыкаются и замыкаются) и отключают нагрузку от сети. Время задержки реле типа ЕЯ-1 1 от 0,1 до 10 с устанавливают резистором Ю.2.
В маломощных схемах управления потребителями, токи которых не превышают указанные в 2, контакты реле К 1.1 могут использоваться непосредственно. В более мощных схемах управления контакты реле К 1.2 включают промежуточные реле с контактами необходимой коммутационной способности.
На 2 показан общий вид реле ЕЛ-11, а на З — вид на печатный монтаж этого реле.
Вероятность обнаружения нарушения периметра защищаемого объекта
В настоящее время вероятность обнаружения нарушения периметра защищаемого объекта с помощью таких систем доведена до 95% при средней частоте ложных срабатываний менее одного за десять суток при длине блокируемого участка до 500 м. Достижение таких высоких показателей выдвинуло емкостные охранные системы в лидеры периметровых охранных систем и обеспечило им широкое внедрение для защиты сотен километров периметров самых разнообразных объектов. К настоящему времени в России серийно выпускаются весьма эффективные емкостные охранные системы типа «Радиан-М», «Радиан-13», «Радиан! 4», которые применяются на десятках тысяч охраняемых объектов различного назначения.
- Сейсмомагнитометрические системы. Принцип работы таких систем основан на регистрации низкочастотных колебаний грунта. Эти колебания регистрируются таким чувствительным элементом, как многожильный кабель, который прокладывают в грунте на глубину 0,15-0,20 м вдоль периметра охраняемого объекта, либо сейсмическими датчиками-геофонами. Сейсмические сигналы, возникающие при передвижении человека, а также локальные изменения магнитного поля в ближней зоне при перемещении ферромагнитных масс, например оружия, автомобилей и т.п. поступают в электронный блок, который замеряет индуктивность всех последовательно соединенных жил такого кабеля и в случае ее изменения, вызванного пересечением нарушителем периметра охраняемого объекта, выдает команду на срабатывание выходного реле тревоги.
Основные достоинства сейсмомагнитометрических систем: их повышенная тактическая эффективность по сравнению с легко обнаруживаемыми (видимыми) заградительными системами; стойкость к воздействию осадков; невосприимчивость к транспортным и индустриальным помехам; сложность преднамеренного вывода из строя таких систем; легкость обнаружения нарушителя пересечения периметра защищаемого объекта при его попытке подкопа под зоной охраны.
- Инфракрасные системы делятся на пассивные и активные. Пассивные системы работают по принципу прерывания движущимся объектом, излучающим тепло (например, человеком), узконаправленного инфракрасного луча, посылаемого излучающим устройством в сторону приемника. Нарушитель, попадая в пространство между излучателем и приемником, частично или полностью перекрывает этот луч и тем самым изменяет интенсивность излучения на входе приемника системы, что вызывает форми
рование сигнала срабатывания. Строятся такие системы на основе уличных пассивных инфракрасных извещателей и могут иметь как широкий угол диаграммы направленности, так и узкий угол повышенной дальности. Для устранения ложных срабатываний системы применяются: многократное экранирование пироэлемента, регулировка чувствительности, защита от атмосферных осадков и др. Производят такие системы различные фирмы: С&К, Ор1ех и др.
Основное преимущество инфракрасных пассивных систем — скрытность активной зоны за счет использования невидимой глазом ближней области инфракрасного излучения.
Работа инфракрасных активных систем основана на регистрации изменения уровня теплового излучения фона при движении людей или животных в зоне обнаружения. Такие системы создаются на базе активных инфракрасных извещателей, образующих невидимый многолучевой барьер в зоне прямой взаимной видимости передатчика и приемника.
Основное преимущество инфракрасных активных систем — высокая эффективность обнаружения пересечения периметра за счет создания очень узкой зоны обнаружения, причем для повышения устойчивости и надежности систем к ложным срабатываниям, вызываемым атмосферными осадками, пролетающими птицами, падающими листьями и т.п., применяют хорошо себя зарекомендовавшие многолучевые датчики таких фирм, как С&К, Мбопю, Optex, А1агтсот и др.
Основной недостаток — сильная зависимость от топографии периметра (рельефа местности, наличия растительности и т.п.).
- Комбинированные системы. Такие системы применяются для охраны особенно важных, как правило, стратегических объектов, когда количество ложных срабатываний системы должно быть минимальным, а требования, предъявляемые к эффективности системы установления факта проникновения нарушителя через периметр охраняемого объекта, очень высоки. В состав таких систем, например систем «Протва-4», «Протва-4М» и др., входит не один, а несколько датчиков, отличающихся между собой принципом действия.
Отличительные особенности комбинированных систем: наличие нескольких средств обнаружения, использующих в своей работе различные физические принципы; высокая эффективность обнаружения; индикация направления пересечения границы охраняемого объекта; документирование событий; микропроцессорный пульт управления и индикации; возможность работы с ПЭВМ.
Основные достоинства радиолучевых систем
Основные достоинства радиолучевых систем: наличие объемной невидимой зоны обнаружения; устойчивая работа на открытом воздухе в любых климатических зонах и погодных условиях; безопасный уровень излучения; малое энергопотребление; дистанционный контроль работоспособности; возможность интеграции в любые системы и комплексы охранной сигнализации.
Основные недостатки: наличие зон пониженной чувствительности вблизи приемника и передатчика (так называемых «мертвых» зон), для ликвидации которых приемники и передатчики соседних зон должны устанавливаться с перекрытием в несколько метров; недостаточная чувствительность системы до высоты 30-40 см от поверхности земли.
Радиолучевые системы серийно выпускаются в ряде стран — в России, США, Канаде, Италии, Израиле и др. Они работают на частотах от 2,4 до 26,5 ГГц и применяются как при установке вдоль оград, так и для охраны неогражден- ных территорий. Дальность действия двухпозиционных радиолучевых датчиков таких систем достигает 450 м.
- Емкостные системы представляют собой антенную систему, выполненную в виде цепи проводящих элементов, укрепленных на изоляторах по периметру охраняемого объекта и соединенных в общий электрический контур. Принцип действия входящего в состав такой системы емкостного сигнализатора основан на измерении электронным блоком емкости антенного устройства относительно земли, изменяющейся при приближении нарушителя к ограждению охраняемого объекта или прикосновении к нему.
Основные недостатки: критичность к изменению погодных условий и влажности воздуха; необходимость проведения регулярного обслуживания.
Разновидности современных систем охраны периметра
Ассортимент применяемых в настоящее время технических систем, обеспечивающих охрану периметра промышленных объектов, весьма разнообразен, что не позволяет провести их детальный обзор в рамках небольшой журнальной публикации. Поэтому ограничимся рассмотрением физических принципов, положенных в основу работы этих систем. Системы охраны периметра по физическому принципу действия могут быть классифицированы следующим образом [1-3].
- Проводно-натяжные системы, представляющие собой совокупность параллельных металлических проводов или лучей колючей проволоки, образующих барьер высотой не менее 2 м и длиной до 100 м. К одному концу линейной части такой направляющей системы подключается передающий блок, формирующий импульсный высокочас
тотный сигнал, а к другому — приемный блок, непрерывно контролирующий параметры этого сигнала. Вокруг параллельных проводов направляющей системы образуется чувствительная объемная зона обнаружения, форма которой зависит от расстояния между проводами. При появлении нарушителя в этой зоне происходит изменение сигнала. Блок обработки, проанализировав это изменение, в соответствии с заданным алгоритмом выдает сигнал тревоги. Пример технического выполнения проводно-натяжной системы заграждения из колючей проволоки и сенсорного кабеля, закрепленного на опорах с обратной стороны колючей проволоки, показан на З, а также на рисунке, помещенном в начале этой статьи.
Применение проводно-натяжных систем позволяет создавать достаточно протяженную зону обнаружения, точно следуя линии заграждения. Такие системы устойчивы к изменению погодных условий, имеют низкую вероятность ложных срабатываний, сравнительно недорогие. Они также не чувствительны к сейсмическим и акустическим воздействиям, поэтому их можно устанавливать на заграждении вблизи автомобильных или железнодорожных путей. Производят такие системы в Израиле (системы типа РТ1-2000, УЕАЫ5), США (УТУ/-400), России (Гюр- за-050М) и в ряде других стран.
- Вибрационно-чувствительные системы с сенсорным многопарным телефонным либо коаксиальным кабелем со спиральным центральным проводником. При деформациях такого кабеля в диэлектрике, расположенном между центральным проводником и проводящей оплеткой, возникает электризация, регистрируемая как разность потенциалов между проводниками кабеля. Впервые систему с коаксиальным вибрацибнно-чувствитель- ным кабелем в начале семидесятых годов пошлого века выпустила канадская компания Stellar, а с 1995 года компания Senstar-Stellar серийно выпускает усовершенствованный комплекс Intelli-Flex с цифровым процессором сигналов. Аналогичные комплексы выпускаются и в других странах: Advanced Perimeter Systems, Harper Chalice — в Великобритании, GPS Standard — в Италии и т.д.
Область применения вибрационно-чувствительных систем — охрана объектов, имеющих протяженный периметр со сложным рельефом, а также объектов, на которых затруднено регулярное обслуживание охранной системы, и объектов с периметрами, состоящими из различных типов ограждений (бетонных, металлических, деревянных, сетчатых и др.).
Основные преимущества таких систем: независимость их работы от погодных условий, отсутствие влияния на их работу высоковольтных линий электропередачи; отсутствие электромагнитного излучения системой во внешнюю среду; простота обслуживания, сводящаяся к проведению периодической профилактики системы.
Основной недостаток — невозможность маскировки таких систем, существенно ограничивающая область их применения.
- Системы с волоконно-оптическими кабелями, принцип действия которых основан на изменении при деформации кабеля его оптических параметров (показателя преломления и др.), что приводит к изменению характеристик прошедшего через волокно излучения. Такие системы в виде ячеистой сетки из оптических кабелей применяются для охраны периметров объектов, имеющих эластичные металлические ограды. Характерными примерами таких систем являются: выпускаемая с 2000 года канадской компанией Senstar-SteUar система IntelliFIBER, основу которой составляет сенсорный кабель, содержащий две оптические жилы в защитной оболочке и прикрепленный непосредственно к ограде сенсор; система SabreFonic, выпускаемая английская компания Remsdaq; система система F-7000-FODS, выпускаемая израильской фирмой TRANS Security Systems and Technology, и др.
Основное преимущество таких систем — сенсорные кабели, входящие в состав системы, не восприимчивы к электромагнитным и радиочастотным помехам, поэтому они достаточно эффективно работают, в особенности при их установке на легкие сетчатые ограды, подвергающиеся значительным деформациям при попытках их преодоления.
- Радиоволновые системы представляют собой системы, выполненные в виде нескольких (обычно двух) параллельных проводников (кабелей), к которым подключаются передатчик и приемник радиосигналов. Вокруг антенны каждой из таких систем образуется объемная чувствительная зона, диаметр которой зависит от взаимного расположения проводников. Если нарушитель попадает в эту зону, то сигнал на выходе приемника изменяется, и система генерирует сигнал тревоги.
Основное преимущество таких систем — вследствие наличия в системе объемной чувствительности зоны эту систему достаточно сложно обойти или незаметно проникнуть в нее.
Недостаток системы — передатчик и приемник системы обязательно должны находиться в прямой видимости.
Радиоволновые системы производятся рядом компаний мира: канадской компанией Senstar-Stellar — система Perimitrax со специально разработанными активными коаксиальными кабелями; английской компанией Geoquip — радиоволновая система RAFID с двумя параллельными коаксиальными кабелями, выполняющими роль передающей и приемной антенн, и др.
- Радиолучевые системы представляют собой совокупность устройств, создающих объемные электромагнитные зоны обнаружения. Базовыми устройствами таких систем являются разнесенные на некоторое расстояние друг от друга приемник и передатчик СВЧ сигналов, формирующие зону обнаружения в виде вытянутого эллипсоида вращения. Принцип действия таких систем основан на анализе изменений амплитуды и фазы принимаемого сигнала, возникающих при пересечении нарушителем охранной зоны. Если эти изменения выходят за установленные пределы, выдается сигнал тревоги. Обязательное условие сохранения работоспособности таких систем — наличие прямой видимости между приемником и передатчиком, что достигается только при достаточно ровном профиле поверхности охранной зоны (неровности поверхности не должны превышать ±0,3 м). Используются такие системы для охраны периметров и открытых пространств.
Системы охраны периметра должны удовлетворять следующим основным требованиям
- Входящие в состав таких систем средства обнаружения пересечения периметра должны быть: универсальными и гибкими, позволяющими не прекращать работу в широком диапазоне условий эксплуатации таких систем в различных климатических условиях; неуязвимыми, то есть исключающими возможность пересечения периметра нарушителем без выдачи сигнала тревоги; невосприимчивыми к электромагнитным индустриальным помехам вблизи охраняемого объекта; визуально и технически замаскированными; надежными и долговечными.
- Чувствительность таких систем должна быть максимально высокой, чтобы иметь возможность обнаруживать даже самого опытного нарушителя, и в то же время должна обеспечиваться низкая вероятность ложных срабатываний.
- Эффективность таких систем может быть обеспечена только при их интегрировании с системами видеонаблюдения.
- Стоимость погонного метра охраны периметра должна быть оптимальной.
Добиться выполнения перечисленных выше требований можно только путем применения современных «интеллектуальных» систем охраны периметра промышленных объектов, позволяющих собирать и централизованно обрабатывать поступающие от сенсорных датчиков типовые сигналы вторжения, дистанционно диагностировать и настраивать эти датчики, а также выполнять целый ряд других функций, связанных с охраной периметра. Центральным звеном таких охранных систем являются оповещатели, два типа которых показаны на 1 и 2.
На 1 показана внутриобъектовая оповещательная система компании Аргус-Спектр (г. Санкт-Петербург), а на 2 — поворотная цветная оповещательная система компании Axis Communications.
Классификация объектов и основные требования, предъявляемые к охране их периметра
Выбор конкретной системы охраны периметра того или иного промышленного объекта является сложной технической задачей, сравнительно легко решаемой лишь в том случае, когда весь периметр охраняемого объекта обнесен надежным и прочным пассивным заграждением из бетона, кирпича или приваренной металлической решетки. В остальных случаях при выборе охранной системы следует учитывать такие факторы, как особенности местности, на которой находится подлежащий охране объект; возможность применения вместо надежных и прочных пассивных заграждений объекта менее прочные заграждения; климатические условия (диапазон температур, вероятность сильного ветра (до 25 м/с), вероятность образования сугробов и их вероятной высоты, обледенение, туман и т.д.); наличие или отсутствие прерываний заграждения для проезда автотранспорта; наличие в непосредственной близости от охраняемого объекта железнодорожных путей, автомагистралей; потребность маскировки системы сигнализации и др.
При выборе системы охраны периметра (кроме перечисленных выше факторов) особое внимание должно быть обращено на требуемую степень защиты охраняемого объекта, зависящую, в первую очередь, от его назначения. Так, степень защиты атомных, тепловых и гидроэлектростанций, нефтегазоперерабатывающих предприятий, аэропортов и других объектов стратегического назначения должна быть исключительно высокой (и потому очень дорогой) — на порядок и даже больше превосходить степень защиты мелких и средних промышленных предприятий, которые могут обойтись намного более простой и потому сравнительно недорогой системой охраны периметра.
Выбор степени защиты конкретного объекта решается индивидуально, и для обоснованного решения этой задачи следует учитывать приведенную в 1 классификацию неподвижных объектов.