УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОКА УТЕЧКИ РАЗРЯДНИКА ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 2008 года по МПК H01T15/00 

Изобретение относится к устройству для контроля тока утечки разрядника защиты от перенапряжений согласно ограничительной части главного пункта формулы изобретения.

Разрядники защиты от перенапряжений для электрических систем передачи энергии являются чрезвычайно надежными приборами, однако несмотря на это часто существует желание контролировать режим эксплуатации разрядника. Это, в частности, имеет место тогда, когда приборы в результате проектирования или условий окружающей среды подвергаются необычно сильной нагрузке или установлены в особенно значительных точках сети, как, например, на трансформаторах генераторного напряжения или стратегически важных трансформаторных подстанциях. Здесь потребитель хотел бы заранее знать, является ли разрядник в состоянии в любое время надежно отводить перенапряжения с указанным энергосодержанием или разрядник поврежден и грозит отказ. Наряду с зарекомендовавшим себя способом встраивания последовательно к разряднику контрольного искрового промежутка, при котором оценивают метки срабатывания на полированных электродах искрового промежутка, и способом применения счетчиков числа срабатываний, которые регистрируют появление процесса отвода выше определенной амплитуды, известными являются, в частности, в случае современных металлооксидных разрядников способы измерения токов утечки. В металлооксидных разрядниках активная часть не является гальванически развязанной от сети, а приложена постоянно к напряжению. Тем самым электрические характеристики активной части в любой момент времени отражаются в токе утечки через разрядник. Известным является так называемое измерение общего тока утечки, при котором обычно оценивают максимальное значение общего тока утечки, причем используют то, что обычным образом на преобладающе емкостной ток утечки с повышением температуры активной части или соответственно увеличения приложенного к ней напряжения накладывается возрастающая омическая составляющая, которая повышает общий ток утечки. Вследствие различных величин воздействия, которые входят в общий ток утечки, однако, это может приводить к ошибочным интерпретациям, и за этим способом признается только низкое информационное качество.

Из источника Patent Abstract of Japan JP 11307226 A известно устройство контроля для разрядника защиты от перенапряжений. Устройство контроля питается от внешнего устройства энергоснабжения. Поставляемое от этого внешнего устройства энергоснабжения напряжение синхронизируют с напряжением сети разрядника защиты от перенапряжений, чтобы обеспечить контроль разрядника защиты от перенапряжений.

Далее, из источника Patent Abstract of Japan JP 2003037932 А известен разрядник защиты от перенапряжений, который имеет устройство, контролирующее старение разрядника. Контроль тока утечки обнаруживает ток утечки разрядника защиты от перенапряжений. Дополнительно контролируют количество процессов утечки разрядника защиты от перенапряжений. С достижением определенного заданного числа процессов срабатывания выдают соответственно различные по цвету световые сигналы.

Из источников Patent Abstract of Japan JP 09145759 A и JP 2000321318 А соответственно известны устройства для контроля разрядника защиты от перенапряжений. Для контроля наблюдают и оценивают в вычислительном блоке ток утечки разрядника. Для этого, например, производят преобразование Фурье. Результат анализа представляется соответственно в устройстве индикации.

Из источника Patent Abstract of Japan JP 03001476 A известно контрольное устройство для проверки разрядника защиты от перенапряжений. В путь тока заземления разрядника защиты от перенапряжений вводят измерительный преобразователь. При этом заземляющее присоединение образует первичную обмотку. Измерительный преобразователь питается проверочным током из внешнего источника переменного напряжения.

Из источника Patent Abstract of Japan JP 08017552 A известно устройство для контроля тока утечки разрядника защиты от перенапряжений. Ток утечки разрядника защиты от перенапряжений контролируют посредством детекторного устройства. Из измеренного тока утечки посредством вычислительного блока вычисляют омическую составляющую.

Эту омическую составляющую тока утечки используют для диагностики состояния разрядника защиты от перенапряжений.

Примененный, например, для металлооксидных разрядников материал оксида цинка имеет в зависимости от напряжения нелинейную проводимость, которая при приложении синусоидального напряжения приводит к образованию третьей гармонической компоненты в омическом токе утечки разрядника. Если омическая составляющая тока утечки увеличивается, например, за счет ухудшения параметров, то это означает смещение в область измененной нелинейности характеристики и тем самым дальнейшее увеличение составляющей третьей гармонической компоненты. Поэтому известны способы, в которых производят анализ третьей гармоники тока утечки. Для этого через измерительный элемент обычно отводят ток утечки и направляют через фильтрующее устройство, с помощью которого отфильтровывают третью гармоническую компоненту и оценивают относительно ее амплитуды. В основе этого способа в настоящее время, однако, лежит недостаток, что имеющиеся в распоряжении приборы являются интенсивными с точки зрения расходов и требуют в высокой степени опыта для правильного измерения и интерпретации результатов измерений. Кроме того, эти приборы нуждаются во вспомогательной энергии для питания напряжением и поэтому обычно для непрерывного длительного контроля стационарно на разрядниках не применяются.

В основе изобретения поэтому лежит задача создания устройства для контроля тока утечки разрядника защиты от перенапряжений с применением третьего гармонического колебания тока утечки, в котором не требуется вспомогательной энергии для питания компонентов, результаты измерений могут просто оцениваться, и которое может изготавливаться экономично так, что возможным является постоянный контроль стационарно на разряднике.

Эта задача решается согласно изобретению отличительными признаками главного пункта формулы изобретения в соединении с признаками ограничительной части.

За счет того, что фильтрующее устройство связано со схемой оценки третьего гармонического колебания, которая выдает при необходимости по крайней мере один предупредительный сигнал на подключенное к схеме оценки устройство индикации, и что в цепи тока разрядника включен трансформатор, через который выводят энергию для питания напряжением фильтрующего устройства и схемы оценки, не требуется никакой вспомогательной энергии для электронных компонентов, то есть последние питаются током утечки, и невозможна никакая ошибочная интерпретация, зависящая от пользователя, и к квалификации пользователя предъявляются только низкие требования, так как результат контроля индицируется. Кроме того, устройство можно изготавливать из стандартных электронных компонентов, за счет чего оно является выгодным с точки зрения затрат. Устройство поэтому можно монтировать стационарно на разряднике для непрерывного контроля.

Посредством мер, указанных в зависимых пунктах формулы изобретения, возможны предпочтительные формы дальнейшего развития и улучшения. В качестве измерительного элемента предпочтительным образом можно использовать измерительный резистор, однако возможным является также применение тококомпенсированного расположения катушек, содержащего компенсатор тока.

В качестве фильтрующего устройства можно применять активный полосовой фильтр с частотой 150 Гц и в качестве схемы оценки - микропроцессор. В упрощенной форме выполнения микропроцессор можно заменять простым дискретным или интегральным пороговым выключателем.

В предпочтительной форме выполнения устройство индикации содержит один или несколько светоизлучающих диодов, причем для упрощенной версии с пороговым выключателем можно предусматривать только один светоизлучающий диод, который индицирует превышение заранее заданного порога, в особенно предпочтительной форме, однако, с микропроцессором связаны три светоизлучающих диода в цветах светофора, которые показывают безошибочный, критичный и неисправный режим работы. Особенно предпочтительным является включение в цепь тока разрядника расположения катушек с кольцевым магнитопроводом и с двумя намотанными на кольцевой магнитопровод обмотками, выводы которых выведены наружу, так как в критическом случае, то есть если схема оценки выдает предупредительный сигнал, можно подключать внешний измерительный прибор, который может производить более точное измерение и оценку рабочего состояния.

Примеры выполнения изобретения представлены на чертежах и более подробно поясняются в последующем описании. При этом показывают:

Фиг.1 - схемное выполнение устройства контроля согласно изобретению,

Фиг.2 - следующую форму выполнения схемы считывания третьего гармонического колебания, примененной на Фиг.1, и

Фиг.3 - следующую форму выполнения схемы оценки с индикатором, примененной на Фиг.1.

Представленное на Фиг.1 устройство для контроля тока утечки содержит металлооксидный разрядник 1 с защитным искровым промежутком 2 для токов разрядника, а также собственно ветвь тока утечки 3. Устройство содержит наряду с разрядником 1 три схемных блока, блок напряжения питания 4, схему считывания 5 для третьей гармоники и блок оценки 6. Схема считывания 5 содержит включенный в ветвь тока утечки 3 измерительный резистор 7 и активный полосовой фильтр 8 со средней частотой 150 Гц. Дополнительно в цепи тока утечки 3 установлено расположение катушек, которое содержит кольцевой магнитопровод 10 и две намотанные на кольцевой магнитопровод катушки 11, причем выводы катушек выведены наружу для подключения к одному из внешних измерительных приборов.

Блок оценки 6 состоит в основном из микропроцессорной схемы 12 и трех светоизлучающих диодов 13, 14, 15, которые в примере выполнения выбраны в цветах светофора, а именно зеленый, желтый и красный. Само собой разумеется, в принципе можно применять также и другие источники света, причем также при некоторых условиях можно представить себе вместо оптических индикаторных элементов один или несколько акустических индикаторных элементов.

Блок напряжения питания 4 содержит трансформатор 16, первичная обмотка 17 которого включена в ветвь тока утечки 3 и вторичная обмотка 18 которого соединена с блока питания от сети 19 с выпрямительной схемой и фильтрующей схемой. Полосовой фильтр 8 и микропроцессорная схема 12 соединены для их питания напряжением с выходами блока питания от сети 19. Через трансформатор 16 из текущего в ветви тока утечки 3 тока утечки беспотенциально выводят вспомогательную энергию, причем вторичная катушка 18 поставляет переменный ток к блоку питания от сети 19. Блок питания от сети выполняет выпрямление и фильтрование и предоставляет на своем выходе в распоряжение положительное и отрицательное постоянное напряжение с соответствующим нулевым потенциалом.

Во время работы разрядника 1 считывают измерительным резистором 7 ток утечки и поставляют на активный полосовой фильтр 8, который отфильтровывает третьи гармонические колебания из считанного тока утечки. Микропроцессорная схема 12 оценивает третье гармоническое колебание по величине его максимального значения и управляет светодиодами 13-15. Микропроцессорная схема 12 имеет для этого три пороговых значения, причем при максимальном значении ниже первого порога зеленым светодиодом 13 индицируется нормальный режим работы, при максимальном значении выше первого порога, но ниже второго порога желтым светодиодом 14 режим индицируется как критическая область и при максимальном значении выше второго порога красным светодиодом индицируется несправный режим.

Как уже пояснялось выше, расположение катушек 9, которое может включаться как тококомпенсированная катушка, служит только в качестве дополнительного сенсора для внешнего измерительного прибора для точного компенсированного измерения третьего гармонического колебания, в случае, если, например, мигает желтый светодиод 14.

На Фиг.2 показана дальнейшая форма выполнения схемы считывания 5, которую можно использовать вместо схемы считывания 5 согласно Фиг.1, то есть измерительный резистор согласно Фиг.1 заменен тококомпенсированным расположением катушек, которое содержит кольцевой магнитопровод 20 с двумя катушками 21, 22 и подключенным к выводам катушек 21, 22 компенсатором тока 23. При этом общее магнитное поле расположения катушек за счет противотока приведено к нулю так, что на выходе компенсатора тока 23 имеется в распоряжении измерительное напряжение. Активный полосовой фильтр 8 опять-таки отфильтровывает третье гармоническое колебание.

На Фиг.3 представлен вариант блока оценки 6, в котором микропроцессорная схема 12 заменена простым пороговым выключателем 24, который имеет только одно пороговое значение для индикации критической области работы. В этом примере выполнения тогда имеется только один светодиод 25, который, например, может светиться желтым цветом или мигать.

Расположение катушек 9 может иметься дополнительно во всех примерах выполнения.

Использование: для контроля и диагностики разрядников защиты от перенапряжений. Технический результат заключается в создании устройства контроля, в котором не требуется вспомогательной энергии для питания компонентов. В устройстве измерительный элемент (7) считывает имеющийся в цепи тока разрядника ток утечки (3). Фильтрующее устройство (8) отфильтовывает из тока утечки третье гармоническое колебание, а схема оценки (6) анализирует третье гармоническое колебание относительно его величины. Схема оценки (12, 24) выдает по крайней мере один предупредительный сигнал на устройство индикации (13, 14, 15, 25), предпочтительно предусмотрены три индикаторных элемента (13, 14, 15) с функцией светофора. Напряжение питания для примененных схемных цепей (5, 6) получают посредством трансформатора (16), который выводит необходимую вспомогательную энергию при отсутствии потенциала из самого тока утечки, и соединенного с трансформатором (16) блока питания от сети (19). 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для контроля тока утечки разрядника защиты от перенапряжений с измерительным элементом для считывания текущего в цепи тока разрядника тока утечки и фильтрующим устройством для отфильтовывания из тока утечки колебания третьей гармоники, которая является мерой рабочего состояния разрядника, причем фильтрующее устройство (8) соединено со схемой оценки (12, 24) колебания третьей гармоники, отличающееся тем, что, при необходимости, выдается, по меньшей мере, один предупредительный сигнал на подключенное к схеме оценки устройство индикации (13, 14, 15, 25) и в цепи тока разрядника (3) включен трансформатор (16), через который может выводиться энергия для питания напряжением фильтрующего устройства (8) и схемы оценки (12, 24).2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первичная обмотка (17) трансформатора (16) находится в цепи тока разрядника (3), и вторичная обмотка (18) соединена с выпрямительной схемой (19), которая соединена с фильтрующим устройством (8) и схемой оценки (12, 24).3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что измерительный элемент является измерительным резистором (7).4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что измерительный элемент является скомпенсированным по току расположением катушек, включающим в себя компенсатор тока (23), причем компенсатор тока (23) соединен с фильтрующим устройством (8) и выпрямительной схемой.5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что фильтрующее устройство содержит активный полосовой фильтр (8).6. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что схема оценки содержит микропроцессорную схему (12), которая оценивает максимальные значения колебания третьей гармоники и выдает, по меньшей мере, один предупредительный сигнал.7. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что схема оценки является пороговой схемой (24), которая при превышении порога выдает предупредительный сигнал.8. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что устройство индикации является устройством индикации оптического или акустического типа.9. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что устройство индикации содержит, по меньшей мере, один светодиод (13, 14, 15).10. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что устройство индикации содержит несколько светодиодов (13, 14, 15) и схема оценки (12) управляет различными светодиодами в зависимости от величины максимальных значений.11. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в цепи тока разрядника (3) включено расположение катушек (9), снабженное кольцевым магнитопроводом (10) и двумя намотанными на кольцевой магнитопровод катушками (11), причем выводы катушек для соединения с внешним измерительным прибором выведены наружу в случае наличия предупредительного сигнала.