Изобретение - устройство для определения места повреждения линий электропередачи и связи - относится к области импульсной техники и электроизмерений и может быть использовано при создании приборов для определения мест повреждения (ОМП) всех типов в линиях электропередачи и связи (ЛЭП и С).
Известные локационные устройства для ОМП ЛЭП и С [1] основаны на методе активной локации: в линию посылают зондирующие сигналы, принимают отраженные от неоднородности волнового сопротивления (повреждения) импульсы напряжения и определяют место повреждения по временной задержке отраженных от места повреждения сигналов относительно зондирующих.
Известны также устройства для ОМП ЛЭП и С [1], основанные на методе пассивной локации, называемом также волновым методом (методом односторонних измерений, методом колебательного разряда, методом пробоя и др.).
Метод пассивной локации основан на приеме отраженных волн колебательного разряда после пробоя поврежденного участка линии.
В устройстве [2] реализован способ пассивной локации, основанный на приеме отраженных волн колебательного разряда после пробоя и определении места высокоомного или сложного неустойчивого повреждения изоляции по временной задержке второго прихода к началу линии фронта волны, возникшей в месте пробоя, после ее отражения от начала линии и от места повреждения относительно ее первого прихода к началу линии с цифровой индикацией расстояния до повреждения.
В устройствах [3, 4] реализован метод активной и пассивной локации линий под управлением вычислительного блока, основанные на зондировании линии импульсом напряжения и приеме отраженных импульсов от повреждения при активной локации, приеме отраженных волн колебательного разряда после пробоя поврежденного участка линии при пассивной локации, считывании и запоминании значений напряжения с линии для каждого значения временной задержки относительно начала считывания, индикации импульсной характеристики линии от активной локации и волнового процесса линии от пассивной локации с параметрами измерения на экране электронно-лучевой трубки, определении места повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего, определении места высокоомного или сложного неустойчивого повреждения по временной задержке второго прихода к началу линии фронта волны, возникшей в месте пробоя после ее отражения от начала линии и от места повреждения относительно ее первого прихода к началу линии.
В устройстве [5] реализован метод активной локации под управлением вычислительного блока, основанный на согласовании выходного сопротивления генератора зондирующих импульсов с волновым сопротивлением линии, считывании и запоминании значений напряжения с линии для каждого значения временной задержки относительно начала считывания, индикации импульсной характеристики со всеми параметрами и результатами измерения на экране ЭЛТ и определении места повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего.
Недостатком активной локации является ограниченность величины определяемых сопротивлений соединений жил между собой или с оболочкой (переходных сопротивлений) и невозможность определения сложных неустойчивых повреждений.
Активная локация позволяет уверенно определять относительно низкоомные повреждения, переходное сопротивление которых (сопротивление линии, измеряемое омметром) лежит в пределах от 0 Ом до 10 кОм. При этом эффективность активной локации тем выше, чем меньше указанное сопротивление, так как отраженный сигнал в этом случае имеет большую амплитуду и его проще выделить из помех.
При больших переходных сопротивлениях в месте повреждения использование активной локации становится малоэффективным, так как отраженный от такого повреждения сигнал имеет малую амплитуду и его выделение на фоне помех становится чрезвычайно сложным, а иногда вообще невозможным.
Сложные неустойчивые повреждения типа "заплывающий пробой" определить активной локацией невозможно, так как они не дают отраженного сигнала и при отсутствии высокого напряжения на линии никак не проявляются.
Пассивная локация позволяет определять высокоомные повреждения с большим переходным сопротивлением (более 10 кОм), а также сложные неустойчивые повреждения (например, типа "заплывающий пробой").
При подаче на линию с большим переходным сопротивлением или со сложным неустойчивым повреждением типа "заплывающий пробой" высокого напряжения в месте повреждения происходит пробой и измерение волн от этого пробоя (пассивная локация) позволяет определить расстояние до места повреждения.
При снятии напряжения пробой прекращается, а сопротивление восстанавливается ("заплывает").
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству ОМП ЛЭП и С является устройство [5], принятое за прототип.
В устройстве реализован способ, заключается в активной и пассивной локации кабеля под управлением вычислительного блока, основанный на зондировании линии импульсом напряжения, согласовании выходного сопротивления генератора зондирующих импульсов с волновым сопротивлением линии и приеме отраженных от повреждения импульсов при активной локации, приеме отраженных волн колебательного разряда после пробоя поврежденного участка линии при пассивной локации, считывании и запоминании значений напряжения с линии для каждого значения временной задержки относительно начала считывания, индикации импульсной характеристики активной локации и волнового процесса с параметрами измерения на экране электронно-лучевой трубки, определении места повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего при активной локации и определении места сложного неустойчивого повреждения по временной задержке второго прихода к началу линии фронта волны, возникшей в месте пробоя после ее отражения от начала линии и от места повреждения относительно ее первого прихода к началу линии при пассивной локации.
Устройство, принятое за прототип, содержит блок синхронизации, генератор зондирующих импульсов с блоком управляемого выходного сопротивления, вычислительный блок, приемник отраженных импульсов и блок индикации.
Недостатками устройства [5], принятого за прототип, являются ограничение области применения и большая трудоемкость предварительного поиска поврежденного волнового канала в многопроводных кабелях.
Эти недостатки объясняются следующими обстоятельствами.
При проведении контрольно-профилактических и ремонтных работ на многопарных и многожильных кабелях для определения возможности подключения к ним приборов для ОМП необходима предварительная информация о напряжении на поврежденных жилах, о появлении утечки (повреждения из-за снижения сопротивления изоляции) и о величине переходного сопротивления в месте повреждения.
Электромагнитные волны в многопроводных кабелях распространяются по различным волновым каналам [1] . Так, например, в трехпроводном (трехфазном) кабеле возможны шесть волновых каналов: 1-й провод - 2-й провод, 1-й провод - 3-й провод, 2-й провод - 3-й провод, 1-й провод - броня, 2-й провод - броня, 3-й провод - броня. При междупроводных повреждениях в многопроводном кабеле необходимо предварительно определить поврежденный волновой канал.
Для выявления поврежденных или находящихся под напряжением жил (пар) используют дополнительную аппаратуру (вольтметры, омметры, осциллографы, мультиметры), для многократного подключения, переключения и отключения которой требуется большое время, а следовательно, значительно увеличивается трудоемкость поиска поврежденного волнового канала и места повреждения в нем. Функции вольтметра и омметра отсутствуют в устройстве-прототипе.
Кроме того, для быстрого определения места повреждения необходимо использовать наиболее эффективную локацию линии: активную или пассивную.
Устройство-прототип не содержат специальных блоков, позволяющих выбрать наиболее поврежденный волновой канал и по информации о величине переходного сопротивления быстро и правильно принять решение о переходе к наиболее эффективному для данного повреждения определению места повреждения - активной или пассивной локации.
Целью изобретения является расширение области применения и снижение трудоемкости поиска поврежденного волнового канала многопроводного кабеля.
Указанная цель достигается тем, что в известное устройство для определения места повреждения линий электропередачи и связи, содержащее генератор зондирующих импульсов, приемник отраженных импульсов, вычислительный блок, блок синхронизации, вход которого соединен с первым выходом вычислительного блока, а первый и второй выходы - соответственно с первым входом генератора зондирующих импульсов и вторым входом приемника отраженных импульсов, первым входом соединенным со вторым выходом генератора зондирующих импульсов, блок индикации, входом подключенным к пятому выходу вычислительного блока, второй вход, выход которого подключен ко входу-выходу приемника отраженных импульсов, второй и третий выходы - ко второму входу генератора зондирующих импульсов и третьему входу приемника отраженных импульсов соответственно,
введены блок коммутации волновых каналов, коммутатор вольтомметра, управляемый источник тока, управляемый преобразователь напряжения, дифференциальный усилитель вольтомметра, схема управления, последовательный порт, параллельный порт и приемник волновых процессов, первым входом подключенный к линии, вторым входом подключенный к третьему выходу блока синхронизации, а входом-выходом соединенным с первым входом-выходом вычислительного блока, третьим входом-выходом подключенным ко второму входу-выходу последовательного порта, входу-выходу схемы управления и входу-выходу параллельного порта, выход которого подключен к разъему для подключения принтера, а вход подключен к третьему выходу схемы управления, первый выход которой подключен ко входу последовательного порта, а второй выход подключен соответственно ко входу управляемого источника тока и второму входу управляемого преобразователя напряжения, первый вход, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому выходу, седьмому и восьмому входам коммутатора вольтомметра, пятый и шестой входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам управляемого источника тока, а второй и третий выходы - соответственно к первому и второму входам дифференциального усилителя вольтомметра, выходом подключенного к четвертому входу приемника отраженных импульсов, первый и второй входы коммутатора вольтомметра подключены соответственно к пятому и шестому выходам блока коммутации волновых каналов, вторым входом подключенным к первому выходу генератора зондирующих импульсов, первым входом - к четвертому выходу вычислительного блока, первым выходом - с корпусом устройства и одними проводниками подключенных линий, вторым, третьим и четвертым выходами - с другими проводниками подключенных линий, первый вход-выход последовательного порта подключен к разъему для подключения внешнего персонального компьютера, третий и четвертый входы коммутатора вольтомметра подключены к клеммам для подсоединения внешних объектов измерения электрического сопротивления и напряжения.
При этом приемник волновых процессов содержит усилитель-делитель, аналого-цифровой преобразователь, буферное устройство, оперативное запоминающее устройство, сдвоенный компаратор, триггер, счетчик-селектор, цифровую схему совпадения, счетчик адресов оперативного запоминающего устройства и схему управления, первый и второй выходы которой соединены соответственно со вторыми входами усилителя-делителя и счетчика селектора, выход которого соединен с первым входом цифровой схемы совпадения и вторым входом аналого-цифрового преобразователя, первый вход которого соединен с выходом усилителя-делителя и третьим входом сдвоенного компаратора, первый и второй входы которого соединены с третьим и четвертым выходами схемы управления соответственно, пятый выход которой соединен со вторым входом триггера, первый вход которого соединен с выходом сдвоенного компаратора, выход аналого-цифрового преобразователя соединен со входом буферного устройства, первый вход-выход которого соединен со входом-выходом схемы управления и входом-выходом приемника волновых процессов, а второй вход-выход соединен со входом-выходом оперативного запоминающего устройства, вход которого соединен со вторым выходом счетчика адресов оперативного запоминающего устройства, первый выход которого соединен с первым входом схемы управления, а вход соединен с выходом цифровой схемы совпадения, первый вход счетчика-селектора соединен со вторым входом приемника волновых процессов, первый вход которого соединен с первым входом усилителя-делителя.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное решение соответствует критерию изобретения "новизна".
При изучении других известных решений в данной области техники признаки, отличающие заявленное решение от прототипа, не были выявлены, и потому они обеспечивают заявленному техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".
Сущность функционирования предлагаемого устройства заключается в следующем:
после согласования выходного сопротивления генератора зондирующих импульсов с волновым сопротивлением линии определяется переходное сопротивление каждого волнового канала посредством коммутации входов измеряемых линий, подачи стабильного тока в заданной последовательности на все волновые каналы и измерения напряжений на каждом волновом канале,
затем производится сравнение переходных сопротивлений всех волновых каналов и определение наиболее поврежденного из них по минимальной величине сопротивления,
после этого производят классификацию полученного переходного сопротивления по признаку: низкоомное или высокоомное, неустойчивое,
при низкоомном переходном сопротивлении для определения повреждения переходят к активной локации,
при высокоомном или неустойчивом переходном сопротивлении переходят к определению повреждения посредством пассивной локации.
На фиг. 1 представлено предложенное устройство, на фиг. 4 - представлен вариант приемника волновых процессов, на фиг. 2, 3, 5, 6, 7 представлены (соответственно) примеры реализации генератора зондирующих импульсов, блока синхронизации, приемника отраженных импульсов, вычислительного блока, блока индикации.
Устройство (фиг. 1) содержит:
1 - блок коммутации волновых каналов,
2 - генератор зондирующих импульсов,
3 - блок синхронизации,
4 - приемник волновых процессов,
6 - приемник отраженных импульсов,
7 - вычислительный блок,
8 - блок индикации,
24 - последовательный порт,
25 - управляемый источник тока,
26 - коммутатор вольтомметра,
27 - схема управления,
28 - управляемый преобразователь напряжения,
29 - параллельный порт,
30 - дифференциальный усилитель вольтомметра.
Первый вход блока коммутации волновых каналов 1 подключен к четвертому выходу вычислительного блока 7, второй вход - к первому выходу генератора зондирующих импульсов 2, первый выход - к корпусу устройства и корпусным выводам гнезд для подключения проводов измеряемого кабеля, второй, третий и четвертый выходы - к гнездам для подключения проводов измерительного кабеля, пятый и шестой выходы - соответственно к первому и второму входам коммутатора вольтомметра.
Первый вход генератора зондирующих импульсов 2 подключен к первому выходу блока синхронизации 3, второй вход - ко второму выходу вычислительного блока 7, первый выход - ко второму входу блока коммутации волновых каналов 1, второй выход - к первому входу приемника отраженных импульсов 6.
Вход блока синхронизации 3 подключен к первому выходу вычислительного блока 7, первый выход - к первому входу генератора зондирующих импульсов 2, второй выход - ко второму входу приемника отраженных импульсов 6, третий выход - ко второму входу приемника волновых процессов 4.
Первый вход приемника волновых процессов 4 соединен с гнездом для подключения к линии, в которой может возникнуть волновой процесс, второй вход подключен к третьему выходу блока синхронизации 3, вход-выход - к первому входу-выходу вычислительного блока 7.
Первый вход приемника отраженных импульсов 6 подключен ко второму выходу генератора зондирующих импульсов 2, второй вход - ко второму выходу блока синхронизации 3, третий вход - к третьему выходу вычислительного блока 7, четвертый вход - к выходу дифференциального усилителя вольтомметра 30, вход-выход - ко второму входу-выходу вычислительного блока 7.
Первый вход-выход вычислительного блока 7 подключен ко входу-выходу приемника волновых процессов 4, второй вход-выход - ко входу-выходу приемника отраженных импульсов 6, третий вход-выход - ко второму входу-выходу последовательного порта 24, входу-выходу схемы управления 27 и входу-выходу параллельного порта 29, первый выход вычислительного блока 7 подключен ко входу блока синхронизации 3, второй выход - ко второму входу генератора зондирующих импульсов 2, третий выход - к третьему входу приемника отраженных импульсов 6, четвертый выход - к первому входу блока коммутации волновых каналов 1, пятый выход - ко входу блока индикации 8.
Вход блока индикации 8 подключен к пятому выходу вычислительного блока 7.
Вход последовательного порта 24 подключен к первому выходу схемы управления 27, первый вход-выход подключен к разъему для подключения персонального компьютера (RS-232), второй вход-выход подключен к третьему входу-выходу вычислительного блока 7, входу-выходу схемы управления 27 и входу-выходу параллельного порта 29.
Вход управляемого источника тока 25 подключен ко второму входу управляемого преобразователя напряжения 28 и второму выходу схемы управления 27, первый и второй выходы - соответственно к пятому и шестому входам коммутатора вольтомметра 26.
Первый и второй входы коммутатора вольтомметра 26 подключены соответственно к пятому и шестому выходам блока коммутации волновых каналов 1, третий и четвертый входы - к гнездам мультиметра, пятый и шестой входы - соответственно к первому и второму выходам управляемого источника тока 25, седьмой и восьмой входы и первый выход - соответственно к первому и второму выходам и первому входу управляемого преобразователя напряжения 28, второй и третий выходы - соответственно к первому и второму входам дифференциального усилителя 30.
Вход-выход схемы управления 27 подключен к третьему входу-выходу вычислительного блока 7, входу-выходу параллельного порта 29 и второму входу-выходу последовательного порта 24.
Первый вход управляемого преобразователя напряжения 28 подключен к первому выходу коммутатора вольтомметра 26, второй вход - ко входу управляемого источника тока 25 и второму выходу схемы управления 27, первый и второй выходы - соответственно к седьмому и восьмому входам коммутатора вольтомметра 26.
Вход параллельного порта 29 подключен к третьему выходу схемы управления 27, вход-выход - к третьему входу-выходу вычислительного блока 7, входу-выходу схемы управления 27 и второму входу-выходу последовательного порта 24, второй выход - к разъему для подключения принтера (например CENTRONICS).
Первый и второй входы дифференциального усилителя вольтомметра 30 подключены соответственно ко второму и третьему выходам коммутатора вольтомметра 26, выход - к четвертому входу приемника отраженных импульсов.
Блок коммутации волновых каналов 1 представляет собой блок управляемых вычислительным блоком 7 реле.
Блок генератора зондирующих импульсов 2 выполнен по структурной схеме, представленной на фиг. 2, и состоит из формирователя зондирующих импульсов 9 и блока управляемого выходного сопротивления 10, выполненного из резисторов и управляемых ключей [5], первым входом подключенным к выходу формирователя зондирующих импульсов 9, а вторым входом - ко второму входу генератора зондирующих импульсов, первым и вторым выходами - к первому и второму выходам генератора зондирующих импульсов, первый вход которого подключен ко входу формирователя зондирующих импульсов 9.
Блок синхронизации 3 выполнен по структурной схеме, представленной на фиг. 3, и состоит из кварцевого генератора 11, блока цифровой задержки 12 и блока автосдвига 13, выходами подключенный к первому и второму выходам блока синхронизации, вход которого соединен с первыми входами блока цифровой задержки 12 и блока автосдвига 13, вторым входом подключенного к выходу блока цифровой задержки 12, второй вход которого подключен ко второму выходу кварцевого генератора 11, первым входом подключенного к третьему выходу блока синхронизации.
Приемник волновых процессов 4 выполнен по структурной схеме, представленной на фиг. 4 и состоит из усилителя-делителя 14, счетчика-селектора 15, сдвоенного компаратора 16, схемы управления 17, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 18, цифровой схемы совпадения 19, триггера 20, буферного устройства 21, счетчика адресов оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 22, ОЗУ 23, входом подключенным ко второму выходу счетчика адресов ОЗУ 22, а входом-выходом - ко второму входу-выходу буферного устройства 21, первым входом-выходом подключенным ко входу-выходу приемника волновых процессов 4, а входом - к выходу АЦП 18, первым входом подключенным к выходу усилителя-делителя 14 и третьему входу сдвоенного коммутатора 16, а вторым входом - к первому входу цифровой схемы совпадения 19 и выходу счетчика-селектора 15, первым входом подключенный ко второму входу приемника волновых процессов 4, а вторым входом - ко второму выходу схемы управления, входом подключенной к первому выходу счетчика адресов ОЗУ 22, первым выходом - ко второму входу усилителя-делителя 14, третьим и четвертым выходами - к первому и второму входам сдвоенного компаратора 16 соответственно, пятым выходом - ко второму входу триггера 20, входом-выходом - ко второму входу триггера 20, входом-выходом - с первым входом-выходом буферного устройства 21 и входом выходом приемника волновых процессов 4, первым входом подключенным к первому входу усилителя-делителя 14, выход сдвоенного компаратора 16 подключен к первому входу триггера 20, выходом подключенным ко второму входу цифровой схемы совпадения 19, выходом подключенной ко входу счетчика адресов ОЗУ 23.
Приемник отраженных импульсов 6 выполнен по структурной схеме, представленной на фиг. 5, и состоит из смесителя 31 и модуля АЦП с управляемым усилением 32, входом-выходом подключенным ко входу-выходу приемника отраженных импульсов 6, вторым входом - к четвертому входу приемника отраженных импульсов 6, первым входом - к выходу смесителя 31, первым, вторым и третьим входами подключенными к соответствующим входам приемника отраженных импульсов 6.
Вычислительный блок 7 выполнен по структурной схеме, представленной на фиг. 6, и состоит из модуля процессора 33, блока управления клавиатурой 34, шины адресов, данных управления, питания 35, модуля памяти 36, входом-выходом подключенным ко второму входу-выходу шины адресов, данных управления, питания 35, первым - пятым выходами подключенными к первому - пятому выходам вычислительного блока соответственно, третьим, четвертым и пятым входами-выходами - соответственно к первому, второму и третьему входам-выходам вычислительного блока 7, первым входом-выходом - к входу-выходу модуля процессора 33, входом подключенным к блоку управления клавиатурой 34.
Блок индикации 8 выполнен по структурной схеме, представленной на фиг. 7, и состоит из регенератора графического 37, регенератора текстового 38, блока развертки 39, электронно-лучевой трубки 40, вторым входом соединенной с выходом блока развертки 39, вторым входом подключенный к первому выходу регенератора текстового 38, третьим входом - ко второму выходу регенератора графического 37, первым выходом подключенным ко второму входу регенератора текстового 38, вторым входом - ко второму выходу регенератора текстового 38, первым входом подключенным к первым входам блоков 37, 39, 40 и входу блока индикации 8 [6].
Устройство, представленное на фиг. 1, работает следующим образом.
Сначала выполняется согласование выходного сопротивления устройства с волновым сопротивлением линии.
Для этого вычислительный блок 7 с выхода 4 выдает на вход 1 блока коммутации волновых каналов 1 команду подключения его выхода 1 к его выходу 6 и подключения его выхода 2 к его выходу 5 и входу 2.
Затем вычислительный блок 7 с выхода 1 выдает на блок синхронизации 3 сигнал установки длительности зондирующего импульса. Блок синхронизации вырабатывает на своем выходе 1 сигналы запуска генератора зондирующих импульсов 2, которые поступают на вход 1 последнего. Одновременно с этим на выходе 2 вычислительного блока формируется команда разрешения запуска генератора зондирующих импульсов 2.
Зондирующий импульс с выхода 1 генератора зондирующих импульсов поступает на вход 2 блока коммутации волновых каналов 1 и далее на волновой канал линии, подключенной к выходам 1 и 2 этого блока.
Сигналы с линии через выходы 5 и 6 блока коммутации волновых каналов 1 поступают на входы 1 и 2 коммутатора вольтомметра 26 и с его выходов 2 и 3 поступают на входы 1 и 2 дифференциального усилителя вольтомметра 30. Сигналы с выхода дифференциального усилителя вольтомметра 30 поступают на вход 4 приемника отраженных импульсов 6, в котором осуществляется преобразование сигналов в цифровую форму по команде, поступающей с выхода 3 вычислительного блока 7 на вход 3.
Со входа-выхода приемника отраженных импульсов 6 сигналы в цифровой форме поступают на вход-выход 2 вычислительного блока 7. В этом блоке производится обработка сигналов и принятие решения о необходимости изменения выходного сопротивления генератора зондирующих импульсов 2 (согласования выходного сопротивления с выходным сопротивлением линии).
Согласование выходного сопротивления устройства с волновым сопротивлением линии необходимо для предотвращения возникновения отраженных импульсов и, следовательно, для повышения помехозащищенности измерений.
Для изменения выходного сопротивления генератора зондирующих импульсов 2 служит блок управляемого выходного сопротивления 10 (фиг. 2), работающий по команде, поступающей на его вход 2 с выхода 2 вычислительного блока 7.
Процессы посылки импульсов в линию, приема импульсов с линии и изменения выходного сопротивления устройства производятся за несколько циклов - до тех пор, пока выходное сопротивление устройства не будет равно волновому сопротивлению линии с заданной точностью.
Таким образом, согласование производится за счет использования волновых свойств линии.
Затем определяется переходное сопротивление каждого волнового канала посредством коммутации входов измеряемых линий, подачи стабильного тока в заданной последовательности на все волновые каналы и измерения напряжений на каждом волновом канале.
Определение переходного сопротивления каждого волнового канала производится на постоянном токе.
Для этого по команде со входа-выхода 3, поступающей от вычислительного блока 7 (фиг. 1) на вход-выход схемы управления 27, последняя выдает на выходе 2 команду, которая поступает на управляемый источник тока 25 и подключает выходы 1 и 2 этого источника ко входам 1 и 2 коммутатора вольтомметра 26. Стабильный выходной ток от управляемого источника тока 25 протекает через входы 1 и 2 коммутатора вольтомметра 26, выходы 5 и 6 блока коммутации волновых каналов 1, коммутированные выходы (например, выход 1 и выход 2) блока коммутации 1 и переходное сопротивление подключенного к ним волнового канала.
На подключенном волновом канале устанавливается напряжение, пропорциональное величине переходного сопротивления подключенного волнового канала (так как ток от управляемого источника тока стабильный и не зависит от величины подключенного сопротивления).
Полученное напряжение с выходов 2 и 3 коммутатора вольтомметра 26 поступает на входы 1 и 2 дифференциального усилителя вольтомметра 30, с выхода которого поступаeт на вход 4 приемника отраженных импульсов 6, который подключен ко входу 2 модуля АЦП с управляемым усилением 32 (фиг. 5).
Со входа-выхода приемника отраженных импульсов выдается цифровой код, пропорциональный величине напряжения на волновом канале, который поступает на вход-выход 2 вычислительного блока 7. Полученный цифровой код используется в вычислительном блоке 7 для определения переходного сопротивления подключенного волнового канала.
Аналогичным образом определяются переходные сопротивления каждого волнового канала. Для этого каждый раз по команде с выхода 4 вычислительного блока 7 блок коммутации волновых каналов 1 производит подключение соответствующих выходов (1-4) к выходам 5 и 6.
При определении переходных сопротивлений генератор зондирующих импульсов 2, блок синхронизации 3 и приемник волновых процессов 4 отключены соответствующими командами со входа-выхода 1, выхода 1 и выхода 2 вычислительного блока 7.
После этого производится сравнение сопротивлений всех волновых каналов и определение наиболее поврежденного из них по минимальной величине переходного сопротивления.
Определенные выше сопротивления всех волновых каналов запоминаются в модуле памяти 36 (фиг. 6) и используются модулем процессора 33 (фиг. 6) вычислительного блока 7 для сравнения между собой с целью определения наиболее поврежденного волнового канала по минимальной величине переходного сопротивления.
Работа модуля процессора производится по программе, которая хранится в виде цифровых кодов в модуле памяти 36 (фиг. 6). Отображение волнового канала и минимальной величины переходного сопротивления производится блоком индикации 8. Для этого на блок индикации посылаются соответствующие цифровые коды с выхода 5 вычислительного блока 7.
При определении минимальной величины переходного сопротивления блок коммутации волновых каналов 1, генератор зондирующих импульсов 2, блок синхронизации 3, приемник волновых процессов 4, приемник отраженных импульсов 6, последовательный порт 24, параллельный порт 29, схема управления 27, управляемый источник тока 25 и управляемый источник напряжения 28 отключены соответствующими командами с вычислительного блока 7.
Затем производят классификацию полученного переходного сопротивления по признаку: низкоомное или высокоомное, неустойчивое.
Минимальное переходное сопротивление, полученное в предыдущем пункте, может быть как низкоомным, так и высокоомным или неустойчивым. Поэтому должна быть выполнена классификация полученного переходного сопротивления по этим признакам.
Классификация производится модулем процессора 33 вычислительного блока 7 посредством сравнения величины полученного переходного сопротивления с граничными значениями: 0-10 кОм; 10 кОм и выше. Кроме того, проверяется устойчивость переходного сопротивления во времени.
Если величина переходного сопротивления лежит в пределах от 0 до 10 кОм, то оно относится к низкоомному и производится переход к определению места повреждения активной локацией.
Если же величина переходного сопротивления лежит в пределах от 10 кОм и выше, либо если величина переходного сопротивления меняется во времени, то оно относится в высокоомному, сложному и производится переход к определению места повреждения пассивной локацией.
Классификация производится модулем процессора 33 по программе, хранящейся в модуле памяти 36 (фиг. 6). Отображение результатов классификации производится блоком индикации 8 (фиг. 1).
При классификации все блоки, приведенные на фиг. 1, кроме вычислительного блока 7 и блока индикации 8, отключены.
Определение места повреждения при активной локации производится следующим образом.
Кварцевый генератор 11 блока синхронизации 3 (фиг. 3) выдает по выходу 2 импульсы синхронизации, поступающие на второй вход блока цифровой задержки 12, который вырабатывает импульсы запуска блока автосдвига 13. Период следования этих импульсов зависит от установленного диапазона измерения расстояния и стабилизирован кварцем.
Блок автосдвига 13 (фиг. 3) вырабатывает импульсы, поступающие на вход 2 приемника отраженных импульсов 6 и на вход 1 генератора зондирующих импульсов 2 (фиг. 1), соответственно.
Генератор зондирующих импульсов 2 (фиг. 1) вырабатывает зондирующие импульсы, которые через блок управляемого выходного сопротивления 10 (фиг. 2) подаются на вход 1 смесителя 31 (фиг. 5) приемника отраженных импульсов и на вход 2 блока коммутации волновых каналов 1 (фиг. 1).
Блок коммутации волновых каналов 1 под управлением вычислительного блока 7 (выход 4) производит подачу зондирующего импульса на один или два волновых канала, образуемых подключенными к выходам 1, 2, 3, 4 блока коммутации волновых каналов проводами измеряемого многопроводного кабеля (например, при выборе оператором с помощью вычислительного блока коммутации "1-й провод - броня", зондирующий импульс через выходы 1, 2 поступает в волновой канал, образованный первым проводом и броней многопроводного кабеля; при выборе коммутации "сравнение 1-й провод - броня" и "1-й провод - 2-й провод", зондирующий импульс подается поочередно в два волновых канала через выходы 1, 2, 3.
Отраженные импульсы через включенный блоком коммутации 1 волновой канал по выходу 2 генератора зондирующих импульсов 2 через блок управляемого волнового сопротивления (фиг. 2) поступают на вход 1 приемника отраженных импульсов 6 (фиг. 1). Смеситель 31 приемника 6 осуществляет выборку мгновенных значений зондирующих и отраженных импульсов (считывание). Под управлением блока автосдвига 13 блока синхронизации 3 (вход 2) осуществляется стробоскопическое преобразование зондирующих и отраженных сигналов, поступающих на вход 1 приемника 6. Это позволяет сузить спектр сигналов на входе 1 приемника отраженных импульсов 6 на несколько порядков и значительно снизить требования по быстродействию к модулю АЦП с управляемым усилением 32, который преобразует входные аналоговые сигналы (вход 1) в цифровую форму для последующего запоминания и цифровой отработки (вход-выход приемника отраженных импульсов 6). Запуск АЦП и установка коэффициента усиления осуществляется по сигналу модуля процессора 33 вычислительного блока 7 (вход-выход приемника отраженных импульсов 6). Вычитание запомненных величин (при согласовании выходного сопротивления генератора зондирующих импульсов с волновым сопротивлением установленного волнового канала) производится в смесителе 31 (вход 3).
Модуль процессора 33 вычислительного блока 7 (фиг. 6) в режиме активной локации через шину адресов, данных, управления и питания 35 (вход-выход 2, вход-выход 3) осуществляет управление всеми режимами работами устройства, считыванием сигналов, запоминанием, цифровой обработкой, вычислительными операциями, вывод импульсной характеристикой на экран ЭЛТ (блок индикации 8), а также управление всеми блоками и модулями устройства, выводом всей измерительной информации на внешние устройства: через последовательный порт 24 (фиг. 1) - на персональный компьютер и через параллельный порт 29 - на принтер.
Выбор конкретного режима работы устройства, параметров, требуемых функций и операций производится с помощью устройства управления клавиатурой 34 (фиг. 6).
Модуль памяти 36 включает постоянное запоминающее устройство для хранения программного обеспечения и оперативное запоминающее устройство для запоминания изменяемых в процессе измерения данных. Запись и извлечение информации в модуль памяти 36 осуществляется модулем процессора 33.
Блок индикации 8 (фиг. 1) формирует [6] алфавитно-цифровые и символьные знаки на экране ЭЛТ (регенератор текстовый 38), а также графическое изображение курсоров и импульсной характеристики с отраженным от места повреждения сигналом (регенератор графический 37), вырабатывает отклоняющие напряжения по кадрам и строкам (блок развертки 39, ЭЛТ 40). Расстояние до места повреждения отображается блоком индикации 8 непосредственно в единицах длины.
При пассивной локации устройство работает следующим образом.
Для реализации пассивной локации линии кроме предложенного устройства, которое подключается к линии входом 1 приемника волновых процессов (фиг. 1), к линии одновременно должен быть подключен через специальное присоединительное устройство высоковольтный источник с регулируемым выходным напряжением.
Выходное напряжение высоковольтного источника плавно увеличивают - до возникновения пробоя в месте повреждения.
Аналогичным образом реализуется пассивная локация в устройстве [3] и во всех других устройствах, которые используют для определения места повреждения волнового процесса в линии.
При пассивной локации при определении высокоомных или неустойчивых повреждений работают только следующие блоки устройства (фиг. 1): блок синхронизации 3, приемник волновых процессов 4, вычислительный блок 7 и блок индикации 8.
Приемник волновых процессов 4 (фиг. 1) по существу является быстродействующим запоминающим устройством с предварительной функцией аналого-цифрового преобразования входного сигнала волнового процесса.
Считывание входного сигнала начинается после превышения им конкретного уровня напряжения синхронизации - порогового напряжения на входах сдвоенного компаратора 16 (фиг. 4). Считывание входного сигнала производится по точкам, причем временной интервал между соседними точками считывания определяется кварцевым генератором 11 блока синхронизации (фиг. 3). В зависимости от выбранного диапазона измеряемых расстояний указанный временной интервал изменяется счетчиком-селектором 15 (фиг. 4). В запоминающем устройстве 23 приемника волновых процессов 4 запоминаются n-разрядные отсчеты входного сигнала, где n - разрядность аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 18. Количество запоминаемых отсчетов определяется заданной погрешностью измерения расстояния в режиме пассивной локации - разрядностью счетчика адресов 22 оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). Схема управления 17 приемника волновых процессов (фиг. 4) позволяет изменить полярность синхронизации, обеспечивая измерение волновых процессов положительной или отрицательной полярности.
Кварцевый генератор 11 блока синхронизации 3 (фиг. 3) вырабатывает импульсы синхронизации (выход 3) для счетчика-селектора диапазонов 15 приемника волновых процессов 4 (фиг. 4), осуществляющего считывание и промежуточное запоминание волнового процесса, возникающего в кабеле при пробое поврежденного участка.
Отраженные волны от места пробоя и начала линии, представляющие биполярный или униполярный сигнал, периодический или единичный, поступают на вход 1 усилителя-делителя 14 приемника волновых процессов 4, обеспечивающего усиление или деление входного сигнала в соответствии с сигналами разрешения на входе 2, поступающими от схемы управления 17 (выход 1). Выходной сигнал усилителя-делителя 14 поступает на аналоговый вход АЦП 18 и сдвоенный компаратор 16 (вход 3) с положительным и отрицательным порогами срабатывания (вход 1, вход 2), обеспечивающий синхронизацию приемника волновых процессов по фронту или срезу отраженной волны.
Сдвоенный компаратор 16 в момент сравнения входного напряжения с "порогом", установленным схемой управления, формирует импульс напряжения, поступающий на вход синхронизации триггера 20 (вход 1). Триггер формирует импульс, фронт которого привязан к порогу срабатывания компаратора 16, т.е. определенной точке волнового процесса, а длительность задается схемой управления 17 (выход 5) приемника волновых процессов 4 (фиг. 4) и определяется разрядностью счетчика адресов ОЗУ 22 (выход 1) - числом точек считывания волнового процесса. После формирования кодов всех адресов ОЗУ триггер 20 возвращается в исходное состояние (вход 2).
Счетчик-селектор 15 (фиг. 4), состоящий из двоичного счетчика и мультиплексора, из импульсов кварцевого генератора, поступающих на его вход 1, формирует тактовые импульсы, следующие с тактовой частотой диапазонов измерения, задаваемых схемой управления 17 по входу 2. Кварцованные тактовые импульсы с выхода счетчика-селектора 15 поступают на вход синхронизации АЦП 18 (вход 2) и на вход 1 цифровой схемы совпадения 19, формирующей кварцованную последовательность счетных импульсов для счетчика адресов ОЗУ 22 в моменты совпадения тактовых импульсов с выхода счетчика-селектора диапазонов 15 и импульса триггера 20 на ее входах. Количество импульсов на выходе цифровой схемы совпадения 19 равно числу точек считывания волнового процесса.
Кварцованные счетные импульсы с выхода цифровой схемы совпадения 19 запускают счетчик адресов ОЗУ 22, который формирует двоичные коды всех точек считывания волнового процесса, поступающие на адресные входы ОЗУ 23.
АЦП 18 (фиг. 4) преобразует биполярное или униполярное напряжение, поступающее с выхода усилителя-делителя 14 на вход 1, в цифровой код синхронно с кварцованными тактовыми импульсами диапазонов измерения по входу 2, а ОЗУ 23 запоминает только те цифровые коды напряжения, поступающие с АЦП 18 через буферное устройство 21, которые соответствуют адресам точек считывания волнового процесса.
Модуль процессора 33 вычислительного блока 7 (фиг. 6) в режиме пассивной локации через шину адресов, данных управления и питания 35 (вход-выход 1) осуществляет управление всеми режимами приемника волновых процессов 4 (вход-выход).
Вся текущая измерительная информация приемника волновых процессов 4 (фиг. 4) из ОЗУ 23 через буферное устройство 21 по сигналам управления переводится в модуль памяти 36 вычислительного блока 7 (фиг. 6), и волновой процесс (однократный, разноповторяющийся или периодический) со всеми параметрами и результатом измерения расстояния до места пробоя воспроизводится на экране ЭЛТ 40 блока индикации 8 (фиг. 7), или через последовательный порт 24 (фиг. 1) - на персональном компьютере (вход-выход 1), или через параллельный порт 29 - вывод информации на принтер (выход 2) для получения графической копии экрана ЭЛТ 40 блока индикации 8.
Работа устройства в режиме "Омметр".
В этом режиме устройство автоматически измеряет сопротивления линий, подключенных к выходам 1-4 блока коммутации волновых каналов 1 (фиг. 1) и определяет нарушение изоляции между жилами, между жилами и броней в трехжильном или многопроводном кабеле и наличие поврежденного волнового канала.
При этом блок коммутации волновых каналов 1 под управлением вычислительного блока 7 (вход 1) последовательно подключает все возможные волновые каналы подключенного кабеля через выходы 5, 6 к коммутатору вольтомметра 26 (входы 1, 2), отключая при этом генератор зондирующиx импульсов 2 от подключенного к устройству кабеля. В этом режиме не работают также блок синхронизации 3, приемник волновых процессов 4 и смеситель 31 приемника отраженных импульсов 6.
Устройство в режиме "Омметр" работает следующим образом.
Электрическое сопротивление волнового канала через блок коммутации волновых каналов подключается ко входам 1, 2 коммутатора вольтомметра 26 (фиг. 1).
С помощью управляемого источника тока 25 (выходы 1, 2) на электрических сопротивлениях последовательно подключенных волновых каналов формируются аналоговые напряжения, пропорциональные этим сопротивлениям.
Через коммутатор вольтомметра 26 (выходы 2, 3) аналоговые напряжения поступают на входы 1, 2 дифференциального усилителя вольтомметра 30, с выхода которого напряжения, пропорциональные электрическим сопротивлениям волновых каналов, поступают на вход 4 приемника отраженных импульсов (вход 2 модуля АЦП 32).
Цифровой код с входа выхода АЦП 32 поступает на вычислительный блок 7 (вход-выход 2). Блок индикации 8 воспроизводит информацию с вычислительного блока 7 на ЭЛТ 40 о величинах электрических сопротивлений всех волновых каналов указанием поврежденного волнового канала по минимуму измеренного сопротивления.
Работа устройства в режиме "Вольтметр."
Устройство в режиме "Вольтметр" автоматически измеряет постоянные и переменные напряжения на всех волновых каналах трехжильного кабеля, подключенного к выходам 1-4 блока коммутации волновых каналов 1, что позволяет исследовать режимы и состояния линий.
В этом режиме работают те же блоки устройства, что и в режиме "Омметр". В режиме "Вольтметр" устройство работает следующим образом.
Входное напряжение, подключенное блоком коммутации 1 к коммутатору вольтомметра 26 (входы 1, 2) поступает на управляемый преобразователь напряжения 28 (вход 1), который под управлением вычислительного блока 7 (вход-выход 2) и схемы управления 27 (выход 2) формирует аналоговое напряжение, пропорциональное входному напряжению с автоматическим выбором пределов измерения (выходы 1, 2), поступающие через коммутатор вольтомметра 26 (выходы 2, 3) на входы дифференциального усилителя вольтомметра 30, и далее - на вход АЦП 32 приемника отраженных импульсов 6 (вход 4). Цифровой код с входа-выхода АЦП 32 поступает на вычислительный блок 7 (вход-выход 2). Блок индикации 8 воспроизводит информацию на ЭЛТ 40 о величинах напряжений на всех волновых каналах.
Таким образом, предлагаемое устройство для повышения эффективности (сокращение времени) определения места повреждения в линиях электропередачи и связи позволяет:
перед локацией (активной или пассивной) предварительно измерять (с автоматическим выбором пределов) электрические сопротивления между любыми жилами трехжильного кабеля или тремя жилами многопроводного кабеля и между любой из жил и броней с выбором варианта коммутации с передней панели (под управлением вычислительного блока), автоматически измерять сопротивления между всеми жилами и между жилами и броней с выбором минимального значения, таким образом, выбирать наиболее поврежденный волновой канал;
классифицировать переходное сопротивление по признаку "низкоомное" или "высокоомное, неустойчивое";
переходить к активной локации - при низкоомном переходном сопротивлении;
переходить к пассивной локации - при высокоомном или неустойчивом переходном сопротивлении;
измерять (с автоматическим выбором пределов) постоянные напряжения (с автоматическим определением и индикацией полярности), переменные напряжения в диапазоне частот с индикацией вида напряжения для всех вариантов коммутации волновых каналов измеряемого кабеля, тем самым анализировать наличие наведенных потенциалов и помех на линии;
индицировать результаты измерения сопротивлений и напряжений для всех вариантов коммутации в виде цифр и знаков на экране электронно-лучевой трубки;
использовать устройство в качестве мультиметра, что дает возможность измерения электрических сопротивлений и напряжений с гнезд на передней панели устройства;
обеспечивать работу с внешними устройствами: обмен информацией с персональным компьютером по последовательному интерфейсу и вывод графической копии экрана электронно-лучевой трубки (импульсной характеристики активной локации или волнового процесса пассивной локации со всеми параметрами и результатом измерения, или цифровое табло для регистрации сопротивлений или напряжений с алфавитно-цифровой и графической информацией о вариантах коммутации волновых каналов или гнезд на передней панели), на принтер по параллельному интерфейсу.
Предлагаемое устройство позволяeт реализовать высокоэффективное определение любого вида повреждения.
Предлагаемое устройство реализовано в структурной схеме "Система определения дефектов линий К6Р-5".
В настоящее время система определения дефектов линий К6Р-5 выпускается фирмой Стэлл, а также производится освоение серийного выпуска этой системы на Брянском ОАО "Электроаппарат".
Были проведены линейные испытания системы в МосЭНЕРГО, МинатомЭНЕРГО, ВладимирЭНЕРГО, БарнаулЭНЕРГО, показавшие расширение области применения и значительное снижение трудоемкости и повышение точности предварительного поиска поврежденного волнового канала многопроводного кабеля за счет расширения функциональных возможностей устройства.
Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с существующими значительные преимущества.
Источники информации
1. Г. М. Шалыт. Определение места повреждения в электрических сетях. Энергоиздат, 1982 г., с. 17, 18, 22, 90-93, 187-200.
2. Измеритель расстояния до места повреждения кабеля ЦР-0200. Инструкция по эксплуатации. Завод "Мегаомметр", г. Умань, Украина, 3 марта 1992 г.
3. Модель CAF-eta (Компьютерная система для анализа повреждений). Фирма "Seba Dynatronic", Baunach, ФРГ, каталог 1987 г.
4. Прибор для обнаружения повреждений M4005. Техническая инструкция. Фирма "Hagenuk KM Kabelmestechnik GmbH", Radeburg, ФРГ. Май 1996 г.
5. Измеритель неоднородностей линий Р5-17. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Завод "Электроаппарат", г. Брянск, Россия, 25 сентября 1996 г.
6. А. c. 1624434, Н.А. Тарасов, А.А. Березкин, О.А. Минаков. Устройство для отображения информации на экране электронно-лучевой трубки. Бюл. N 4, 1991 г.
Изобретение может быть использовано при создании приборов для определения мест повреждений всех типов в линиях электропередачи и связи. Устройство содержит блок синхронизации, вход которого соединен с первым выходом вычислительного блока, а первый и второй выходы - соответственно с первым входом генератора зондирующих импульсов и вторым входом приемника отраженных импульсов, первым входом, соединенным со вторым выходом генератора зондирующих импульсов, блок индикации, входом, подключенным к пятому выходу вычислительного блока, второй вход-выход которого подключен ко входу-выходу приемника отраженных импульсов, второй и третий выходы - ко второму входу генератора зондирующих импульсов и третьему входу приемника отраженных импульсов соответственно. В него введены блок коммутации волновых каналов, блок интерфейсов, приемник волновых процессов, первым входом подключенный к линии под напряжением от постороннего источника, вторым входом подключенный к третьему выходу блока синхронизации, а входом-выходом соединенного с первым входом-выходом вычислительного блока, третьим входом-выходом подключенный ко второму входу-выходу блока интерфейсов, четвертым выходом подключенный к первому входу блока коммутации волновых каналов, вторым входом соединенный с первым выходом генератора зондирующих импульсов, первым выходом - с корпусом устройства и броней кабеля, вторым, третьим и четвертым выходами - с проводами многопроводного кабеля, пятым и шестым выходами - с первым и вторым входами блока интерфейсов, первым выходом подключенный к четвертому входу приемника отраженных импульсов, третьим и четвертым входами подключенный к клеммам для подсоединения внешних объектов измерения электрического сопротивления и напряжения, первым входом-выходом подключенный к разъему для подключения персонального компьютера, а вторым выходом подключенный к разъему для подключения принтера. Технический результат заключается в расширении области применения и ускорения выявления поврежденного волнового канала. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.
первый вход, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому выходу, седьмому и восьмому выходам коммутатора вольтомметра, пятый и шестой входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам управляемого источника тока, а второй и третий выходы - соответственно к первому и второму входам дифференциального усилителя вольтомметра, выходом подключенного к четвертому входу приемника отраженных импульсов, первый и второй входы коммутатора вольтомметра подключены соответственно к пятому и шестому выходам блока коммутации волновых каналов, вторым входом подключенного к первому выходу генератора зондирующих импульсов, первым входом - к четвертому выходу вычислительного блока, первым выходом - к корпусу устройства и одним проводником подключенных линий, вторым, третьим и четвертым выходами - к другим проводникам подключенных линий, первый вход-выход последовательного порта подключен к разъему для подключения внешнего персонального компьютера, третий и четвертый входы коммутатора вольтомметра подключены к клеммам для подсоединения внешних объектов измерения электрического сопротивления и напряжения.
| Кипятильник для воды | 1921 |
|
SU5A1 |
| Техническое описание и инструкция по эксплуатации | |||
| Завод "Электроаппарат", г | |||
| Брянск, 25.09.96 | |||
| Способ определения места повреждения линий электропередачи и связи и устройство для его осуществления | 1987 |
|
SU1531037A1 |
| Способ определения места повреждения линий электропередач и связи | 1989 |
|
SU1688205A1 |
| Способ определения места повреждения линий электропередачи и связи | 1988 |
|
SU1631471A1 |
| Устройство для измерения расстояния до места повреждения в линиях электропередачи и связи | 1988 |
|
SU1597799A1 |
| US 5514965 А 07.05.96 | |||
| US 5319311 А, 07.07.94. | |||
