СИГНАЛИЗАТОР НАЧАЛА ОБЛЕДЕНЕНИЯ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 1997 года по МПК H02G7/16 

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для сигнализации начала обледенения проводов воздушных линий.

Известен сигнализатор начала обледенения проводов воздушных линий электропередачи, содержащий нагревательный элемент, сорбционный гигристор и контактный микроамперметр [1] В случае появления гололеда на гигристоре влажность, замеренная им при периодическом включении нагревательных элементов, резко возрастает и контактный микроамперметр выдает сигнал о появлении гололеда.

Однако на работу известного устройства влияют сильный туман или морось, что снижает точность обнаружения момента начала обледенения.

Известен также сигнализатор гололеда, содержащий датчик осадков с электроподогревом, выход которого подсоединен к первому компаратору, датчик температуры воздуха, выход которого соединен с вторым компаратором, и схему сравнения, выход которой соединен с входом блока регистрации [2]
Однако недостатком сигнализатора является расположение чувствительных элементов, которое не способствует быстрому заполнению гололедным отложением расстояния между электродами.

Известен также сигнализатор начала обледенения, содержащий две изолированные друг от друга группы рабочих элементов, выполненных в виде контактных колец, которые расположены на изоляционном каркасе, и на разные группы которых через регистрирующий прибор поданы разные потенциалы, термистор, нагревательные элементы, вмонтированные в изоляционный каркас, и источник тока [3]
Однако недостатком этого устройства является то, что оно сработает не только при появлении гололеда, но и при появлении на каркасе влаги. Кроме того, из-за разброса параметров термистора сигнализатор будет срабатывать и при положительных температурах. Устройство не позволяет также судить об интенсивности процесса гололедообразования.

Наиболее близким к изобретению является сигнализатор начала обледенения проводов воздушных линий электропередачи, снабженный отрезком провода, расположенным на вертикальной оси у проводов линии электропередачи, того же сечения, что и провод линии электропередачи, на расстоянии, допустимом по условиям безопасности приближения к токоведущим частям и ориентированным поперек гололедонесущего потока, и термопарой, концы которой расположены в горизонтальной плоскости на диаметрально противоположных сторонах отрезка провода, и нагревательного элемента выполненным в виде проводников, вмонтированных между проволоками верхнего повива отрезка провода [4]
Однако известное устройство работает только при наличии ветра, так как при обледенении без ветра не появляется разность температур на внутренней и подветренной сторонах отрезка провода, поэтому конструктивно сигнализатор начала обледенения должен быть смонтирован на следящей за направлением ветра установке. Это усложняет конструкцию сигнализатора, требует защиты от обледенения узла вращения, так как если установка не будет вращаться, может произойти отказ в работе сигнализатора. Кроме того, сигнал о начале обледенения кратковременный, так как при длительном нагреве температура обеих сторон провода выравнивается, величина сигнала, получаемая с термопар, непостоянна, она зависит от условий охлаждения провода. Сигнализатор не позволяет также фиксировать динамику развития обледенения провода.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности сигнализации об обледенении.

Поставленная задача решается тем, что в сигнализатор начала обледенения проводов воздушных линий электропередачи, снабженный отрезком провода, расположенным на вертикальной оси у проводов линии электропередачи того же сечения, что и провод линии электропередачи, на расстоянии, допустимом по условиям безопасности приближения к токоведущим частям, и нагревательным элементом, выполненном в виде проводников, вмонтированных между проволоками верхнего повива отрезка провода, отличающийся тем, что в него введены два подвижных электропроводящих щупа с приводным механизмом, размещенные внутри корпуса со шторкой, потенциометр, программное реле, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок цифровой индикации, схема равнозначности, регистр памяти и схема сравнения, блок управления нагревателем, первое исполнительное реле с переключающим и замыкающим контактами, второе исполнительное реле с размыкающим контактом, третье исполнительное реле с переключающим контактом, резистор, причем корпус с электропроводящими щупами, приводным механизмом и потенциометром расположен ниже уровня отрезка провода, электропроводящие щупы кинематически связаны с движком потенциометра, а электрически один щуп с минусом источника, второй щуп через резистор с плюсом источника и одновременно через переключающий контакт исполнительного реле с входом АЦП, причем потенциометр подключен к плюсу и минусу источника, а его выход через переключающий контакт первого исполнительного реле соединен с входом АЦП, выход АЦП соединен с входом схемы равнозначности, выход которой соединен с входом первого исполнительного реле и одновременно выход АЦП через последовательно соединенный с ним замыкающий контакт первого исполнительного реле связан с входом блока цифровой индикации и одновременно с входом регистра памяти и схемы сравнения, выход которого связан с блоком управления нагревателем, причем программное реле схемы управления приводным механизмом связано с источником питания через размыкающий контакт второго исполнительного реле, а вход второго исполнительного реле соединен с первым выходом программного реле, с вторым выходом которого соединяется третье исполнительное реле с переключающим контактом.

Введение электропроводящих щупов позволяет регистрировать отсутствие обледенения, начальный момент обледенения проводов или измерять толщину отложений.

Введение потенциометра позволяет измерять толщину обледенения по положению движка потенциометра.

Введение регистра памяти и схемы сравнения позволяет отслеживать интенсивность развития обледенения.

Введение корпуса, в котором поддерживается положительная температура, позволяет избежать обледенения электропроводящих щупов в промежутках между циклами измерений.

Введение шторки обеспечивает выход щупов только на время измерений, что приводит к отсутствию их влияния на процесс обледенения провода. Кратковременность выхода щупов также приводит к тому, что за время измерений они не успевают обледеневать.

На фиг. 1 изображена электромеханическая часть сигнализатора начала обледенения проводов воздушных линий электропередачи; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема заявляемого сигнализатора начала обледенения проводов воздушных линий электропередачи.

Электромеханическая часть сигнализатора начала обледенения (фиг. 1) содержит отрезок провода 1, вмонтированный в провод нагревательный элемент 2, изоляторы 3, служащие для крепления отрезка повода, расположенные на стойках 4, которые в свою очередь крепятся к корпусу 5, а корпус, расположенный ниже уровня отрезка провода содержит приводной механизм 6, кинаматически связанный с электропроводящими щупами 7, расположенными на одной оси с двумя крайними, неподвижно закрепленными на осях цилиндрическими зубчатыми колесами 8 и потенциометром 9, причем крайние колеса находятся в зубчатом зацеплении со средним колесом, а крайнее колесо (дальнее от привода) находится в зацеплении с конической передачей 10, на одной оси с которой закреплены кулачки 11 и 12, механически связанные через пальцы 13 и 14 с шторкой 15.

Принципиальная электрическая схема сигнализатора начала обледенения (фиг. 2) содержит схему управления приводным механизмом, состоящую из программного реле 16 типа МКП, вход которого соединен с источником питания через размыкающий контакт 18 исполнительного реле 17, а вход реле 17 соединен с первым выходом программного реле 16, с вторым выходом которого соединяется исполнительное реле 19 с переключающим контактом 20; схему измерения и индикации, состоящую из отрезка провода 1, подвижных электропроводящих щупов 7, потенциометра 9, резистора 21, АЦП 22, схемы равнозначности 23, исполнительного реле 24 с переключающим контактом 25 и замыкающим контактом 26, блока цифровой индикации 27, регистра памяти и схемы сравнения 28, причем электропроводящие щупы 7 кинематически связаны с движком потенциометра 9, а электрически один щуп с минусом источника, второй щуп через резистор 21 с плюсом источника и одновременно через переключающий контакт 25 исполнительного реле 24 с выходов АЦП 22, причем потенциометр 9 подключен к плюсу и минусу источника, а его выход через переключающий контакт 25 исполнительного реле 24 соединен с входом АЦП 22, выход АЦП соединен с входом схемы равнозначности 23, выход которой соединен с входом исполнительного реле 24 и одновременно выход АЦП через последовательно соединенный с ним замыкающий контакт 26 исполнительного реле 24 с входом блока цифровой индикации 27 и одновременно с входом регистра памяти и схемы сравнения 28; блок управления нагревателем 29, вход которого соединен с выходом регистра памяти и схемы сравнения 28.

Отрезок провода 1 в электрической схеме предназначен для создания электрической цепи между электропроводящими шупами в режиме измерения. Его высокая электропроводность обеспечивает отсутствие падения напряжения на нем при отсутствии обледенения провода и соответственно отсутствие напряжения на входе блока АЦП 22 при измерении по электропроводности.

Нагревательный элемент 2 служит для удаления обледенения провода 1 после окончания процесса обледенения.

Корпус 5, в котором поддерживается положительная температура позволяет избежать обледенения электропроводящих шупов в промежутках между циклами измерений.

Электропроводящие щупы 7 предназначены для информации о наличии или отсутствии обледенения провода. Кинематическая связь щупов с потенциометром позволяет измерять напряжение и соответственно величину обледенения по положению движка потенциометра.

Цилиндрические зубчатые колеса 8 предназначены для выдвижения щупов 7 и открывания шторок 15, а также возврата их в исходное положение.

Потенциометр 9 состоит из трех резисторов, два из которых связаны кинематически с щупами, а третий, включенный на их выходы, представляет из себя суммирующий резистор. Потенциометр 9 вместе с щупами служит для измерения величины обледенения.

Коническая передача 10 служит для смещения шторки раньше по времени, чем выход щупов.

Шторки 15 обеспечивают выход щупов только на время измерений, что приводит к отсутствию их влияния на процесс обледенения провода.

Программное реле 16 предназначено для управления работой привода измерительных щупов.

Исполнительное реле 17 с размыкающим контактом 18 предназначено для коммутации цепи питания программного реле 16.

Исполнительное реле 19 с переключающим контактом 20 предназначено для коммутации цепей питания электродвигателя привода измерительных щупов.

Резистор 21 является токовым ограничителем в цепи "плюс источника питания, резистор 21, первый щуп, провод, второй щуп, минус источника питания".

Аналого-цифровой преобразователь 22 служит для преобразования аналогового сигнала в пакет высокочастотных импульсов с зависимой от входного сигнала длительностью пакета.

Схема равнозначности 23 служит для сравнения цифрового сигнала на выходе АЦП с нулевым потенциалом, т.е. для обнаружения измерения электропроводности переходного сопротивления щупы-провод.

Исполнительное реле 24 с переключающим контактом 25 и замыкающим контактом 26 служит для переключения входа АЦП с измерения электропроводности на измерение по положению движка потенциометра 9 и для подключения выхода АЦП цифровой индикации 27 и регистру памяти и схемы сравнения 28 только в случае измерения величины обледенения.

Блок цифровой индикации 27 предназначен для подсчета высокочастотных импульсов их дешифрации и индицирования.

Регистр памяти и схема сравнения 28 служат для запоминания числовых значений и последующего их сравнения с вновь поступившими числовыми значениями.

Блок управления нагревателем 29 предназначен для включения нагревательного элемента после окончания нарастания льда и отключения его через определенное время, достаточное для удаления отложения.

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения от источника питания срабатывает программное реле 16, которое через замыкающий контакт 1 и промежуточное реле 19 подает питание на электропривод 6. При включении электропривода электропроводящие щупы 7 начинают движения к отрезку провода 1. Выход щупов из корпуса становится возможным из-за открытия подвижной шторки 15 корпуса 5. Смещение шторки 15, торцевая стена которой имеет два пальца 13 и 14, различные по длине, обеспечивается посредством закрепленных на оси конической передачи 10 кулачков 11 и 12.

Необходимая последовательность перемещения шторки и щупов достигается следующим образом.

При включении электропровода 6 свое движение начинают и щупы 7 и кулачки конической передачи. Но так как кулачок 11 уже в начальный момент касается пальца 13, то смещение шторки происходит раньше по времени, чем выход щупов. Щупы начинают движение из горизонтального положения и за время подхода их к верхней части корпуса шторка 15 успевает открыть паз, через который выдвигаются щупы. Шторка движется до момента касания щупами отрезка провода 1.

Через время, необходимое для касания щупами отрезка провода, программное реле 16 отключит электропривод 6 размыкающим контактом 2, а щупы остаются в неподвижном положении у отрезка провода.

Начинается цикл измерения, который происходит в двух режимах.

В первом режиме измерения производится измерение электропроводности цепи: "плюс" источника питания, резистор 21, первый щуп, провод, второй щуп, "минус" (корпус) источника питания. При отсутствии изменения электропроводности, которое контролируется схемой равнозначности 23 и обозначает отсутствие обледенения провода, на входе блока АЦП 22 сигнал не появляется и цикл измерения ограничивается первым режимом.

При наличии обледенения сигнал с щупов 7 цепи измерения электропроводности через переключающий контакт 25 исполнительного реле 24, находящийся в замкнутом положении при отсутствии обледенения, приходит на вход АЦП 22. Происходит преобразование аналогового сигнала "напряжение код", после чего код поступает в схему равнозначности 23 и сравнивается с нулевым потенциалом. При отличии сигнала от нуля, на выходе схемы равнозначности формируется логическая 1, которая подается на испытательное реле 24. Реле 24 переключает свой переключающий контакт 25 с измерения по электропроводности на измерение размера отложения по положению движка потенциометра, который механически связан с электропроводящими щупами, т.е. по величине напряжения. Одновременно включается сигнализация о том, что обледенение началось. Вторым замыкающим контактом 26 реле 24 подключает потенциометр 9 к схеме измерения и индикации. Сигнал с потенциометра 9 поступает в блок АЦП 22, где преобразуется в цифровой сигнал и поступает в блок цифровой индикации 27. Одновременно сигнал с АЦП поступает в регистр памяти и схему сравнения 28, где запоминается.

По окончании цикла измерения замыкается контакт 3 программного реле 16 и подается команда на реверс электропривода 6. Щупы 7 начинают возвращаться в исходное положение, при этом кулачок 12, касаясь пальца 14 возвращает шторку в исходное положение. После чего размыкающий контакт 4 реле 16 отключит электропривод.

Для следующего цикла измерений необходимо привести программное реле в исходное состояние. Для этого замыкается контакт 5 програмного реле 16, который подает питание на исполнительное реле 17. Реле 17 своим контактом 18 разрывает цепь питания программного реле 16, тем самым устанавливая его в исходное состояние, и вновь подает питание на реле 16. Программное реле 16 начинает работать в новом цикле измерений.

Время паузы между измерениями, т.е. время между срабатыванием контактов 4 и 5 программного реле 16 устанавливается заведомо несколько большим, чем необходимо для удаления гололеда посредством нагревателя.

При наличии обледенения новое значение размера обеспечит и новое значение сигнала, снимаемого с потенциометра 9 и поступающего в блок АЦП 22, в блоке цифровой индикации 27 индицируется новое значение величины обледенения. Новая информация поступает в регистр памяти и схему сравнения 28 и сравнивается с хранимой там информацией.

Последующие циклы не будут отличаться от второго до тех пор, пока сравниваемые в регистре памяти и схемы сравнения 28 пришедшее и хранимое числовое значение не будут равны. При их равенстве, что говорит о прекращении нарастания обледенения, на выходе регистра памяти и схемы сравнения 28 сформируется логическая 1, которая поступает в блок управления нагревателем 29. Блок 29 включает сигнализацию об окончании обледенения и замыкает цепь питания нагревателя 2 на время, необходимое для удаления гололеда с провода, и размыкает цепь питания по истечении его.

На этом заканчивается общий цикл работы сигнализатора, соответствующий общей длительности случая обледенения.

Заявляемый сигнализатор начала обледенения на воздушных линиях электропередачи в сравнении с прототипом [4] позволяет повысить эффективность сигнализации о гололеде за счет обеспечения большей точности обнаружения начального момента обледенения проводов. Своевременное обнаружение начала обледенения позволит более эффективно удалять обледенение и получить технико-экономический эффект из-за повышения надежности работы линий электропередачи в гололедных районах.

Изобретение относится к электроэнергетике. Сущность изобретения: устройство содержит отрезок провода с вмонтированным в него нагревательным элементом, электропроводящие щупы, кинематически связанные с приводным механизмом, схему управления приводным механизмом и схему измерения и индикации. При подаче напряжения включается электропривод и щупы начинают перемещаться к отрезку провода, который предназначен для создания электрической цепи между электропроводящими щупами в режиме измерения. Его высокая электропроводность обеспечивает отсутствие падения напряжения в режиме измерения при отсутствии обледенения провода. При наличии обледенения сигнал с щупов после преобразования поступает в схему равнозначности и сравнивается с нулевым потенциалом. Устройство позволяет повысить эффективность сигнализации о гололеде. 2 ил.

Сигнализатор начала обледенения проводов воздушных линий электропередачи, снабженный отрезком провода, расположенным на вертикальной оси у проводов линии электропередачи, того же сечения, что и провод линии электропередачи, на расстоянии, допустимом по условиям безопасности приближения к токоведущим частям, и нагревательным элементом, выполненным в виде проводников, вмонтированных между проволоками верхнего повива отрезка провода, отличающийся тем, что в него введены два подвижных электропроводящих щупа с приводным механизмом, размещенных внутри корпуса со шторкой, потенциометр, программное реле, аналого-цифровой преобразователь, блок цифровой индикации, схема равнозначности, регистр памяти и схема сравнения, блок управления нагревателем, первое исполнительное реле с переключающим и замыкающим контактами, второе исполнительное реле с размыкающим контактом, третье исполнительное реле с переключающим контактом, резистор, причем корпус с электропроводящими щупами, приводным механизмом и потенциометром расположен ниже уровня отрезка провода, электропроводящие щупы кинематически связаны с движком потенциометра, а электрически один щуп с минусом источника, второй щуп через резистор с плюсом источника и одновременно через переключающий контакт первого исполнительного реле с входом аналогово-цифрового преобразователя, причем потенциометр подключен к плюсу и минусу источника, а его выход через переключающий контакт первого исполнительного реле соединен с входом аналогово-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом схемы равнозначности, выход которой соединен с входом первого исполнительного реле, и одновременно выход аналогово-цифрового преобразователя через последовательно соединенный с ним замыкающий контакт первого исполнительного реле связан с входом блока цифровой индикации и одновременно с входом регистра памяти и схемы сравнения, выход которого связан с блоком управления нагревателем, причем программное реле схемы управления приводным механизмом связано с источником питания через размыкающий контакт второго исполнительного реле, а вход второго исполнительного реле соединен с первым выходом программного реле, с вторым выходом которого соединяется третье исполнительное реле с переключающим контактом.