УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ГОЛОЛЕДООБРАЗОВАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК H02G7/16 

Изобретение относится к электроэнергетике и может использоваться для контроля гололедообразования на воздушных линиях электропередачи.

Уровень техники
Известно устройство контроля гололедообразования, содержащее решающий блок, к входам которого подключены датчик температуры и два датчика осадков, выполненных в виде пар нанесенных на диэлектрик электродов, при этом один из датчиков снабжен греющим элементом, а другой работает без подогрева во время контроля гололедообразования [1].

Фиксируя уровень проводимости каждого датчика осадков и температуру окружающей среды при различных видах осадков, решающий блок устройства [1] определяет наличие или отсутствие гололеда с хорошей чувствительностью и селективностью к другим видам осадков.

Недостаток аналога [1] - отсутствие контроля величины и интенсивности гололедообразования.

Известно выбранное в качестве прототипа устройство контроля гололедообразования, которое содержит первый генератор с открытым атмосферным осадкам резонансным элементом, второй генератор с закрытым от атмосферных осадков резонансным элементом, блок измерения разности частот, к первому входу которого подключен выход первого генератора, и первый датчик осадков, снабженный греющим элементом [2].

Устройство-прототип позволяет определять величину гололедных отложений и по результатам замеров, повторяющихся через определенные промежутки времени, судить об интенсивности гололедообразования.

Недостаток прототипа - большая погрешность определения величины гололедных отложений и запаздывание в определении момента начала гололеда.

Этот недостаток обусловлен в прототипе [2] тем, что разность частот генератора, снабженного подогреваемым резонансным элементом, и генератора с холодным резонансным элементом, по которой в [2] определяется величина гололеда, зависит не только от величины гололедных отложений на холодном резонансном элементе, но и от наличия влаги расплавляемого гололеда на подогреваемом резонансном элементе, а также от разницы температур резонансных элементов генераторов. При этом начало гололедообразования фиксируется устройством [2] со значительным запозданием, поскольку наличие влаги на поверхности подогреваемого резонансного элемента изменяет частоту соответствующего генератора в ту же сторону, что и гололедные отложения на поверхности холодного резонансного элемента. По той же причине на начало гололедообразования приходится наибольшая погрешность в определении его величины и интенсивности.

Использование в прототипе [2] катушек индуктивности в качестве резонансных элементов, а их межвитковой емкости в качестве зависящего от величины гололеда частотно-задающего параметра, нестабильность и неидентичность частот таких генераторов усугубляют указанный недостаток.

Задача изобретения - снижение погрешности определения величины и интенсивности гололедообразования и уменьшение запаздывания в определении его начала.

Раскрытие изобретения
Предметом изобретения является устройство контроля гололедообразования, содержащее первый генератор с открытым атмосферным осадкам резонансным элементом, второй генератор с закрытым от атмосферных осадков резонансным элементом, блок измерения разности частот, к первому входу которого подключен выход первого генератора, и первый датчик осадков, снабженный греющим элементом, отличающееся, согласно изобретению, тем, что введены датчик температуры, второй датчик осадков и решающий блок, ко входам которого подключены датчик температуры, первый и второй датчики осадков и выход блока измерения разности частот, ко второму входу которого подключен выход второго генератора, при этом резонансные элементы выполнены в виде пьезорезонаторов, а датчики осадков - в виде пар нанесенных на диэлектрик электродов.

Указанная совокупность признаков позволяет решить задачу изобретения - снизить погрешность определения величины гололедных отложений и момента начала гололедообразования.

Следует отметить, что эта совокупность признаков не является суммой технических решений, известных из аналога и прототипа, т.к. содержит отличительные (от прототипа) признаки, отсутствующие в аналоге.

Действительно, хотя в прототипе (как и в заявленном устройстве) имеется генератор с закрытым резонансным элементом, он не используется для определения величины и интенсивности гололедообразования, а служит для определения влажности. Выход этого генератора и выход генератора с открытым холодным (без подогрева) резонансным элементом не подключены в прототипе к общему для них блоку разности частот. Более того, в тексте описания изобретения-прототипа [2] имеется прямое указание на нецелесообразность использования такой разности частот для раздельной оценки величины гололедных отложений или влажности. Указанная выше совокупность признаков заявляемого изобретения включает также другие (не требующие дополнительных пояснений) отличительные признаки, отсутствующие в аналоге и прототипе.

Описание осуществления изобретения
Осуществление изобретения поясняет чертежом, на которой представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство фиг. 1 содержит первый генератор 1 с открытым атмосферным осадкам резонансным элементом 2, второй генератор 3 с закрытым от атмосферных осадков резонансным элементом 4, блок 5 измерения разности частот, к первому входу 6 которого подключен выход генератора 1, и первый датчик 7 осадков, снабженный греющим элементом 8.

К второму входу 9 блока 5 подключен выход генератора 3. Выход блока 5, первый датчик 7 осадков, а также датчик 10 температуры и второй датчик 11 осадков подключены ко входам решающего блока 12.

Резонансные элементы 2 и 4 генераторов 1 и 3 выполнены в виде пьезорезонаторов. При этом пьезорезонатор 2 генератора 1 открыт для атмосферных осадков, а пьезорезонатор 4 генератора 2 закрыт от них, например, влагонепроницаемым кожухом.

Блок 5 измерения разности частот может быть выполнен, например, в соответствии с [3] или [4].

Датчики 7 и 11 выполнены в виде пар электродов, нанесенных на открытую атмосферным осадкам поверхность диэлектрика. Проводимость между электродами каждого датчика зависит от наличия влаги на его поверхности.

Датчик температуры 10 вырабатывает сигнал, соответствующий температуре воздуха на уровне подвеса проводов.

Решающий блок 12 снабжен средствами индикации и регистрации, не показанными на чертеже, и может быть выполнен в виде аппаратно-логического или программно- управляемого блока, реализующего описанные ниже функции.

Устройство работает следующим образом.

В процессе контроля гололедообразования датчик 11 работает без подогрева, а датчик 7 с постоянно включенным греющим элементом 8, подогревающим датчик до расплавления твердых осадков на его поверхности.

В сухом состоянии резонансных элементов и датчиков осадков резонансная частота генератора 1 совпадает с частотой генератора 3, разность частот на входах 6 и 9 блока 5 близка к нулю, а датчики 7 и 11 практически не проводят.

При наличии влаги на поверхностях резонансного элемента 2 и датчиков 7 и 11 частота генератора 1 несколько уменьшается в зависимости от количества влаги, удерживаемой поверхностью его пьезорезонатора, а датчики 7 и 11 проводят.

В начале гололедообразования при кристаллизации влаги на поверхности датчика 11 проводимость между его электродами уменьшается, а подогреваемый элементом 8 датчик 7 сохраняет высокую проводимость.

При увеличении массы гололедных отложений на открытой поверхности пьезорезонатора 2 частота колебаний генератора 1 уменьшается, а частота колебаний генератора 3 с закрытым от осадков пьезорезонатором 4 остается неизменной. Разность частот сигналов генераторов 1 и 3 на входах 6 и 9 блока 5 и, соответственно, сигнал на выходе блока 5 пропорциональны массе гололеда на поверхности пьезорезонатора 2.

Анализируя состояния датчиков 7 и 11 осадков, показания датчика 10 температуры, а также сигнал разности частот от блока 5, блок 12 вырабатывает соответствующие сигналы контроля гололедообразования.

Сигнал "Возможен гололед" - при появлении гололедоопасной ситуации. Сигнал выдается при условии, что оба датчика 7 и 11 находятся в проводящем состоянии, разность частот на выходе блока 5 не достигла пороговой величины и датчик 10 выдает сигнал о температуре воздуха ниже 0^oC. Такая ситуация возникает при выпадании жидких осадков при отрицательной температуре воздуха.

Сигнал "Гололед" - при появлении гололедных отложений. Сигнал формируется при возврате датчика 11 в непроводящее состояние при условии, что датчик 7 находится в проводящем состоянии, разность частот на выходе блока 5 превысила пороговую величину и датчик 10 выдает сигнал о температуре воздуха ниже нуля.

Такая ситуация возникает с появлением гололедных отложений на датчике 11, пьезорезонаторе 2 и наличии влаги от таяния гололеда на подогреваемом датчике 7.

Заданием соответствующего значения порога для сигнала разности частот, формируемого на выходе блока 5, обеспечивается необходимая селективность и чувствительность контроля наличия гололеда в его начальной стадии.

После обнаружения гололеда решающий блок 12, анализируя значение разности частот на выходе блока 5, периодически контролирует и регистрирует массу гололедных отложений на поверхности пьезорезонатора 2, что позволяет с хорошей точностью оценивать величину и интенсивность гололедообразования и своевременно принимать решение о подготовке и проведении мероприятий по плавке гололеда на проводах воздушных ЛЭП.

После окончания выпадания осадков поверхность датчика 7 высыхает за счет его постоянного подогрева греющим элементом 8 и проводимость датчика принимает исходное низкое значение. Этот сигнал с датчика 7 может быть использован для кратковременного подогрева и возврата в исходное состояние датчика 11 (греющий элемент датчика 11 на чертеже не показан). Аналогичным образом может быть обеспечен возврат в исходное состояние генератора 1 с пьезорезонатором 2.

Экспериментальная проверка работы устройства произведена на опытных образцах, установленных на двух ЛЭП напряжением 330 кВ и 500 кВ Северокавказского региона. В опытных образцах устройства обеспечена изоляция гололедообразования на поверхности пьезорезонатора 2 от общей массы гололедных отложений. Для этого пьезорезонатор 2 выполнен в виде полого кварцевого цилиндра, установленного вертикально на текстолитовой шпильке и закрепленного с торцов шайбами.

Источники информации
1. Авт. свид. СССР N 1130932, МПК H 02 G 7/16, 1984.

2. Авт. свид. СССР N 1599929, МПК H 02 G 7/16, 1990.

3. Авт. свид. СССР N 1478288, МПК H 03 G 13/00, 1989.

4. Авт. свид. СССР N 1665495, МПК H 03 G 13/00, 1991.

Устройство контроля гололедообразования содержит первый генератор (1) с открытым атмосферным осадкам резонансным элементом (2), второй генератор (3) с закрытым от атмосферных осадков резонансным элементом (3), блок (5) измерения разности частот, к первому входу которого подключен выход первого генератора, первый датчик осадков (7), снабженный греющим элементом (8), датчик температуры (10), второй датчик осадков (11) и решающий блок, ко входам которого подключены датчик температуры, первый и второй датчики осадков и выход блока измерения разности частот, ко второму входу которого подключен выход второго генератора, при этом резонансные элементы выполнены в виде пьезорезонаторов, а датчики осадков - в виде пар разнесенных электродов. Технический результат заключается в снижении погрешности определения величины и интенсивности гололедообразования и уменьшении запаздывания в определении его начала. 1 ил.

Устройство контроля гололедообразования, содержащее первый генератор с открытым атмосферным осадкам резонансным элементом, второй генератор с закрытым от атмосферных осадков резонансным элементом, блок измерения разности частот, к первому входу которого подключен выход первого генератора, и первый датчик осадков, снабженный греющим элементом, отличающееся тем, что введены датчик температуры, второй датчик осадков и решающий блок, ко входам которого подключены датчик температуры, первый и второй датчики осадков и выход блока измерения разности частот, ко второму входу которого подключен выход второго генератора, при этом резонансные элементы выполнены в виде пьезорезонаторов, а датчики осадков - в виде пар нанесенных на диэлектрик электродов.