УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ УТЕЧКИ В ПРОВОДНИКЕ СИСТЕМЫ СРЕДНЕГО ИЛИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК H02H3/04 H02H3/16 

Изобретение относится к устройству для контроля процессов утечки в проводнике системы среднего или высокого напряжения, которое содержит, по меньшей мере, один преобразователь, который предназначен для определения протекающего в проводнике тока, причем упомянутый, по меньшей мере, один преобразователь соединен с контролирующим устройством для контроля процесса утечки.

Устройство этого типа известно, например, из WO 02/061904 А1. Оно служит для так называемого мониторинга разрядника, при котором контролируется ток, протекающий в проводнике системы среднего или высокого напряжения.

Регистрация или оценка подобных импульсов тока с точки зрения мониторинга разрядника является весьма дорогостоящей. Контролируемые процессы утечки возникают в общем случае очень редко и имеют очень короткую длительность. Типовое половинное значение времени заднего фронта импульса тока менее 100 мкс. Их появление невозможно предсказать. Определение этих процессов требует высокопроизводительных вычислительных систем, в особенности, что касается преобразования в цифровую форму, квантования и оценки.

В основе изобретения лежит задача далее усовершенствовать устройство вышеуказанного типа. Должно быть создано устройство для контроля процессов утечки, которое может оставаться в энергосберегающем пассивном режиме, пока не будет зафиксирован процесс утечки. В этом случае устройство должно перейти в активный режим, чтобы иметь возможность зарегистрировать процесс утечки, несмотря на то, что последний продолжается очень короткое время. Однако должна иметься возможность регистрировать полный процесс утечки, включая случаи, когда последний происходит во время «фазы активизации» контролирующего устройства или, в конечном счете, уже завершается в конце этой фазы.

Решение этой задачи в соответствии с изобретением в устройстве вышеназванного типа отличается тем, что между преобразователем и контролирующим устройством данного устройства размещено спусковое устройство, которое при превышении протекающего в проводнике порогового тока переводит контролирующее устройство из не соответствующего контролю пассивного режима в соответствующий контролю активный режим, и что между преобразователем и контролирующим устройством размещено запоминающее устройство, которое запоминает ток утечки, подлежащий контролю и/или регистрации контролирующим устройством.

Существенным признаком изобретения является схема запоминающего устройства для регистрируемого тока, в которой сигнал, соответствующий току, протекающему в проводнике, сохраняется до тех пор, пока контролирующее устройство из «дежурного» режима не перейдет в активное состояние. Тогда сохраненный в схеме запоминающего устройства сигнал записывается.

Первый вариант осуществления изобретения предусматривает, что спусковое устройство соединено с первым преобразователем и что схема запоминающего устройства соединена со вторым преобразователем. Соответственно этому также предусматриваются два отдельных преобразователя, которые связаны с проводником и независимо друг от друга снабжают спусковое устройство или схему запоминающего устройство сигналом тока.

По меньшей мере, один преобразователь может быть выполнен как преобразователь тока. Преобразователь тока может иметь железный сердечник. По меньшей мере, один преобразователь может также быть выполнен как безжелезный зонд магнитного тока.

Схема запоминающего устройства может содержать, по меньшей мере, одно сопротивление и, по меньшей мере, один конденсатор.

Кроме того, может быть предусмотрено, что между преобразователем и схемой запоминающего устройства размещен выпрямитель. Выпрямитель может быть мостовым выпрямителем, в частности, двухполупериодным выпрямителем. Он может также быть однополупериодным выпрямителем.

Кроме того, может быть предусмотрено, что между преобразователем и схемой запоминающего устройства размещена защитная схема. Также между схемой запоминающего устройства и контролирующим устройством может быть размещена защитная схема.

Контролирующее устройство может также быть соединено с разрядной схемой, с помощью которой может разряжаться схема запоминающего устройства после регистрации тока утечки.

Наконец, может быть предусмотрено, что контролирующее устройство содержит аналого-цифровой преобразователь и связанный с ним опорный блок, чтобы регистрируемый ток утечки получать простым и известным как таковой способом.

При таком выполнении обеспечиваются следующие преимущества.

Устройство для контроля процессов утечки и, в частности, схема запоминающего устройства выполнены таким образом, что они не требуют никакого напряжения питания и, тем самым, не имеют никакого потребления тока. Это поддерживает цель, состоящую в энергосберегающей возможности при контроле утечки.

Устройство готово к работе постоянно и без задержки. Токи утечки могут определяться надежным образом, даже если они продолжаются лишь очень кратковременно. Это является предпосылкой для надежного контроля и определения лишь случайным образом возникающих и не предсказуемых процессов утечки.

Схема запоминающего устройства может выполнять запоминание импульсов тока до тех пор, пока контролирующее устройство завершит свой переход из режима «экономии мощности» в нормальное рабочее состояние, и может проводиться дальнейшая обработка. Это является существенной предпосылкой того, что контролирующее устройство может переводиться в желательный энергосберегающий режим «экономии мощности», не опасаясь того, что части процесса утечки могут быть не определены.

Схема запоминающего устройства, предпочтительно выполненная как схема, состоящая из сопротивления и конденсатора, выполнена таким образом, что она может осуществлять предварительную обработку определяемого сигнала. Предварительная обработка может, в зависимости от соотношения между сопротивлением и конденсатором, выполняться таким образом, что формируется пиковое значение или среднее значение определяемого сигнала. При необходимости могут также предусматриваться две отдельные схемы запоминающего устройства для пикового значения и, соответственно, среднего значения. Посредством этой «аналоговой вычислительной» предварительной обработки сокращается последующая вычислительная обработка посредством контролирующего устройства. Это способствует дальнейшей оптимизации потребления тока устройства.

Процессы утечки возникают лишь редко и имеют короткую длительность. По этой причине контролирующее устройство требуется лишь в незначительную долю полного времени. Это «время ожидания» составляет по отношению к определению процессов утечки почти 100%. Контролирующее устройство с аналого-цифровым преобразователем и опорным блоком выполнено таким образом, что оно в течение времени, когда оно не требуется, может быть переведено в энергосберегающий режим. Это означает оптимизацию потребления тока. Тем самым создается предпосылка для реализации самообеспечиваемого и экономичного устройства для контроля процессов утечки.

Изобретение предоставляет в распоряжение стационарный и компактный прибор для контроля тока. Из экономических соображений является предпочтительным, что прибор располагает собственным независимым энергоснабжением. Оно может представлять собой батарею питания или солнечную батарею; возможно также энергоснабжение на основе токов утечки. Поэтому является преимуществом, что контролирующее устройство может эксплуатироваться в энергосберегающем режиме (так называемая «интеллектуальная и энергетически самодостаточная сенсорная система»).

Постоянное активное состояние прибора, который - даже при применении энергосберегающих цепей (микроконтроллер, аналого-цифровой преобразователь и т.д.) - потребляет большой ток, не требуется. Поэтому предложенное устройство переводится в энергосберегающий пассивный режим, то есть в режим «экономии мощности», подобный «дежурному» режиму, в котором прибор имеет лишь минимальное потребление энергии (токи в несколько мкА).

Времена активизации, чтобы перевести контролирующее устройство из его пассивного состояния в активное состояние, в зависимости от типа переключения, находятся в диапазоне от 50 мкс до миллисекундного диапазона. Чаще всего необходимые аналоговые схемные компоненты, как, например, опорный блок аналого-цифрового преобразователя контролирующего прибора, требуют довольно большого времени для перехода и завершения переходных процессов для установки в устойчивое состояние.

Устройство вышеназванного типа, которое, как объяснено, находится в энергосберегающем режиме и должно активизироваться при возникновении процесса утечки и затем требует определенного времени до достижения полной эксплуатационной готовности, в соответствии с изобретением не создает проблем, и, несмотря на это, в типовом случае лишь кратковременно продолжающиеся процессы утечки могут полностью определяться.

На чертеже показан пример выполнения изобретения. На чертеже схематично представлено устройство для контроля процессов утечки в проводнике системы среднего или высокого напряжения с его компонентами.

На чертеже показан проводник 1 системы среднего или высокого напряжения. Если возникает процесс утечки, то импульс тока I протекает через проводник 1. Связанный индуктивно с проводником 1 преобразователь 2 тока определяет этот ток I и преобразует его в аналоговый сигнал напряжения. Этим сигналом напряжения запитывается спусковое устройство 5 (триггерная схема). Если импульс тока I превышает заданный порог, то есть пороговый ток I_S, то спусковое устройство 5 вырабатывает активный сигнал 15 запуска. Этот сигнал 15 запуска активизирует контролирующее устройство 4 из «дежурного» или «энергосберегающего» режима и переводит его в активное, полностью работоспособное состояние, в котором оно может регистрировать ток утечки; таким образом, происходит активизация и инициализация контролирующего устройства 4.

В примере выполнения сигнал 15 запуска подается на контролирующее устройство 4 на способный к прерываниям вход 16. Контролирующее устройство 4 само содержит высокопроизводительный микроконтроллер. Представлены интегральный аналого-цифровой преобразователь 13 и требуемый для этого аналоговый опорный блок 14 (опорное напряжение).

Импульс тока I действует не только на преобразователь 2 тока, но и одновременно также на второй преобразователь 3, который в примере выполнения выполнен как безжелезный зонд магнитного поля. Однако также возможно, что преобразователь 3 выполнен с железным сердечником. Протекающий в проводнике ток I вырабатывает пропорциональное магнитное поле в проводнике 1, которое воспринимается преобразователем 3 и преобразуется в пропорциональный ток I_P.

Этот ток I_P выпрямляется выпрямителем 9 и подается на схему 6 запоминающего устройства, которая выполнена как резистивно-емкостная схема. Выпрямитель 9, выполненный в примере выполнения как мостовой выпрямитель (двухполупериодный выпрямитель), может также быть выполнен как однополупериодный выпрямитель. При применении двух раздельных схем определения с противоположным выпрямлением можно проводить различие между положительными и отрицательными импульсами тока.

Сопротивления 7 и конденсатор 8, содержащиеся в схеме 6 запоминающего устройства, определяют постоянную заряда, а также разряда схемы запоминающего устройства и, тем самым, высоту напряжения на конденсаторе 8, которое вызвано током I_P. Конденсатор 8, имеющийся в схеме 6 запоминающего устройства, служит, таким образом, как запоминающий элемент.

Напряжение на конденсаторе 8 подается на аналого-цифровой преобразователь 13. После того как контролирующее устройство 4 выполнит и заверит свою активизацию и инициализацию, оно сразу начинает преобразование в цифровую форму аналогового напряжения на конденсаторе 8 посредством аналого-цифрового преобразователя 13. Полученное преобразованное в цифровую форму значение напряжения может применяться для дальнейшей обработки в смысле известного как таковой мониторинга разрядника.

Если процесс утечки зарегистрирован, то конденсатор 8 может с помощью разрядной схемы 12 быстро разрядиться, причем активирование разрядной схемы 12 осуществляется контролирующим устройством 4, как показано. Тем самым схема 6 запоминающего устройства готова для нового запоминания процесса утечки (повторная готовность к определению).

Представленное контролирующее устройство 4 может быть выполнено также на дискретных элементах и может состоять из контроллера и внешнего аналого-цифрового преобразователя 13 и относящегося к нему опорного блока 14.

Для защиты от перенапряжений предусмотрены защитные схемы 10 и 11, которые размещены между выпрямителем 9 и схемой 6 запоминающего устройства и, соответственно, между схемой 6 запоминающего устройства и контролирующим устройством 4. Защитные схемы 10 и 11 должны защищать соответственно следующие части схем от перенапряжений. В общем случае защитные схемы 10 и 11 не требуются для определения процессов утечки, они обеспечивают только повышение надежности устройства.

Также возможно, в отличие от показанного примера выполнения, что преобразователи 2 и 3 объединены в единый преобразователь.

Находящиеся в схеме 6 запоминающего устройства сопротивления 7 и конденсатор 8 определяют, как пояснено, постоянную заряда, а также разряда схемы запоминающего устройства и, тем самым, высоту напряжения на конденсаторе 8. За счет различного выбора значений сопротивлений 7 и конденсатора 8 можно таким образом изменять определение процессов утечки, что оно определяет пиковое значение или среднее значение импульса тока I. Могут также предусматриваться два определения, чтобы определять оба значения. В этом случае могут также быть предусмотрены, например, две параллельно расположенные схемы 6 запоминающего устройства.

После того как контролирующее устройство 4 с относящимися к нему схемными компонентами 13, 14 начало процесс цифрового преобразования напряжения на конденсаторе 8, это напряжение может также циклически преобразовываться в цифровую форму в смысле временной дискретизации. При постоянном и известном интервале взятия выборок отсюда возникают дополнительные возможности для оценки напряжения в смысле мониторинга разрядника.

С одной стороны, временная длительность процесса утечки определяется следующим образом: время от активного сигнала 15 запуска до первого цифрового преобразования напряжения на конденсаторе 8 может приниматься как известное и постоянное (присущее системе). Может определяться число выборок, пока не будет установлено затухание напряжения на конденсаторе 8 и, тем самым, импульса тока I.

С другой стороны, с помощью определенного среднего значения и определенной временной длительности процесса утечки вычисляется требуемый для мониторинга разрядника энергетический эквивалент, то есть, какое количество энергии должен был бы воспринимать разрядник во время процесса утечки (это существенно способствует его старению).

Способность схемы 6 запоминающего устройства работать независимо от контролирующего устройства 4 и воспринимаемый сигнал накапливать на конденсаторе 8, пока не завершится активизация контролирующего устройства 4, существенно упрощает выбор переключающих схем для контролирующего устройства 4 с его компонентами 13, 14. Зачастую критичное время активизации, в частности, аналоговых частей схемы больше не является критерием исключения при выборе подходящих переключающих схем. Внимание при выборе компонентов устройства может быть в большей степени направлено на другие свойства, которые определяют производительность вычислений.

Применение звена накопления в форме конденсатора 8 с интегрирующим свойством предпочтительно дополняется дифференцирующим свойством преобразователя 3, который в примере выполнения реализован как индуктивно работающий зонд магнитного поля, чтобы сформировать аналоговое отображение импульса тока I, протекающего в разряднике. Это предпочтительным образом поддерживает принцип выполнения предварительной обработки вне контролирующего устройства 4.

То обстоятельство, что контролирующее устройство 4 только после своей активизации начинает выполнять цифровое преобразование напряжения на конденсаторе 8, имеет дополнительное преимущество, состоящее в том, что энергоемкий импульс тока I в разряднике 1 уже затухает, когда начинается цифровое преобразование. Импульсы тока, возможные при процессах утечки, могут доходить до величины 100 кА. С этим связаны высокие электрические колебания, которые могут создавать помехи электронным схемам, например чувствительному аналого-цифровому преобразованию. Упорядочение по времени обработки эффективно устраняет иначе неизбежное влияние энергоемких импульсов тока за счет ввода помех. Пространственное разделение преобразователя 3 и контролирующего устройства 4 (включая компоненты 13 и 14) предоставляет желательную экономичность устройства, так как в этом случае была бы невозможна предпочтительным образом компактная структура. Однако ввиду описанного способа работы в предложенном решении это не создает никаких проблем.

Перечень ссылочных позиций

1 проводник

2 преобразователь

3 преобразователь

4 контролирующее устройство

5 спусковая схема

6 защитная схема

7 сопротивление

8 конденсатор

9 выпрямитель

10 защитная схема

11 защитная схема

12 разрядная схема

13 аналого-цифровой преобразователь

14 опорный блок

15 сигнал запуска

16 способный к прерываниям вход

I ток

I_S пороговый ток

I_P пропорциональный ток

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности и экономичности устройства. Устройство для контроля процессов утечки в проводнике (1) системы среднего или высокого напряжения содержит, по меньшей мере, один преобразователь (2, 3), который предназначен для определения протекающего в проводнике (1) тока (I), причем упомянутый, по меньшей мере, один преобразователь (2, 3) соединен с контролирующим устройством (4) для контроля процесса утечки. Для того чтобы очень кратковременные процессы утечки контролировать энергосберегающим способом, изобретение предусматривает, что между преобразователем (2, 3) и контролирующим устройством (4) размещено спусковое устройство (5), которое при превышении протекающего в проводнике (1) порогового тока (I_s) переводит контролирующее устройство (4) из не соответствующего контролю пассивного режима в соответствующий контролю активный режим, и что между преобразователем (2, 3) и контролирующим устройством (4) размещена, по меньшей мере, одна схема (6) запоминающего устройства, которая запоминает ток (I) утечки, подлежащий контролю и/или регистрации контролирующим устройством (4). 20 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для контроля процессов утечки в проводнике (1) системы среднего или высокого напряжения, которое содержит, по меньшей мере, один преобразователь (2, 3), который предназначен для определения протекающего в проводнике (1) тока (I), причем упомянутый, по меньшей мере, один преобразователь (2, 3) соединен с контролирующим устройством (4) для контроля процесса утечки, отличающееся тем, что между преобразователем (2, 3) и контролирующим устройством (4) размещено спусковое устройство (5), которое при превышении протекающего в проводнике (1) порогового тока (Is) переводит контролирующее устройство (4) из несоответствующего контролю пассивного режима в соответствующий контролю активный режим, и между преобразователем (2, 3) и контролирующим устройством (4) размещена, по меньшей мере, одна схема (6) запоминающего устройства, которая запоминает ток (I) утечки, подлежащий контролю и/или регистрации контролирующим устройством (4).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при наличии двух преобразователей спусковое устройство (5) соединено с первым преобразователем (2), и что схема (6) накопителя соединена со вторым преобразователем (3).

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один преобразователь (2) выполнен как преобразователь тока.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что преобразователь тока имеет ферромагнитный сердечник.

5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один преобразователь (3) выполнен как зонд магнитного тока без ферромагнитного сердечника.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что схема (6) накопителя содержит, по меньшей мере, одно сопротивление (7) и, по меньшей мере, один конденсатор (8).

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что схема (6) накопителя содержит, по меньшей мере, одно сопротивление (7) и, по меньшей мере, один конденсатор (8).

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что схема (6) накопителя содержит, по меньшей мере, одно сопротивление (7) и, по меньшей мере, один конденсатор (8).

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что схема (6) накопителя содержит, по меньшей мере, одно сопротивление (7) и, по меньшей мере, один конденсатор (8).

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между преобразователем (3) и схемой (6) накопителя размещен выпрямитель (9).

11. Устройство по п.3, отличающееся тем, что между преобразователем (3) и схемой (6) накопителя размещен выпрямитель (9).

12. Устройство по п.6, отличающееся тем, что между преобразователем (3) и схемой (6) накопителя размещен выпрямитель (9).

13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что выпрямитель (9) является мостовым выпрямителем, в частности двухполупериодным выпрямителем.

14. Устройство по п.10, отличающееся тем, что выпрямитель (9) является однополупериодным выпрямителем.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между преобразователем (3) и схемой (6) накопителя размещена защитная схема (10).

16. Устройство по п.6, отличающееся тем, что между преобразователем (3) и схемой (6) накопителя размещена защитная схема (10).

17. Устройство по п.10, отличающееся тем, что между преобразователем (3) и схемой (6) накопителя размещена защитная схема (10).

18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между схемой (6) накопителя и контролирующим устройством (4) размещена защитная схема (11).

19. Устройство по п.15, отличающееся тем, что между схемой (6) накопителя и контролирующим устройством (4) размещена защитная схема (11).

20. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контролирующее устройство (4) соединено с разрядной схемой (12), с помощью которой может разряжаться схема (6) накопителя после регистрации тока утечки.

21. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контролирующее устройство (4) содержит аналого-цифровой преобразователь (13) и связанный с ним опорный блок (14).