ЭЛЕКТРОННЫЙ ИНДИКАТОР КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ Российский патент 2019 года по МПК G01R31/02 

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике, а именно к устройствам, предназначенным для обеспечения эксплуатации электрических сетей.

В настоящее время известен ряд электромеханических и электронных устройств, которые позволяют определять наличие короткого замыкания в электросети, а также приблизительно определять, на каком участке линии произошла авария. Предлагаемый электронный индикатор короткого замыкания предназначен для определения поврежденного участка на воздушных и кабельных линиях распределительных электросетей напряжением 6-35 кВ.

Известен индикатор состояния высоковольтной изоляции (патент РФ №2392679, МПК Н01В 17/00, приоритет от 10.06.2009, опубликован 20.06.2010), выполненный из закаленного электротехнического стекла, отличающийся тем, что внутренняя электрическая прочность индикатора меньше электрической прочности его внешнего воздушного промежутка и при снижении диэлектрических свойств контролируемой изоляции индикатор разрушается в результате внутреннего пробоя, сигнализируя о выходе из строя контролируемой изоляции.

Данное устройство не является электронным и позволяет простейшим визуальным способом отслеживать аварийные ситуации на линиях электропередач. Недостатками данного устройства является то, что оно не может обеспечить упрощение эксплуатации кабельных линий электропередач, и для точного обнаружения аварийного участка требуется визуальный осмотр линии по всей длине.

Известен фиксатор направления короткого замыкания (патент РФ №2328752, МПК G01R 31/08, приоритет от 15.09.2005, опубликовано 10.07.2008), включающий в себя подключенные к двум разным ответвлениям диагностируемой линии передачи два передающих устройства, каждое из которых содержит преобразователь тока, первый элемент задержки, логический элемент И и источник питания, подключенный своим выходом к первому входу логического элемента И, а также приемное устройство, содержащее ограничитель, логический элемент НЕ, первый элемент задержки, первый логический элемент И, первый исполнительный элемент, причем выход логического элемента НЕ подключен к входу первого элемента задержки, а выход первого логического элемента И подключен к входу первого исполнительного элемента, отличающийся тем, что в состав каждого из передающих устройств дополнительно введены второй элемент задержки (ждущий мультивибратор) и резистор, причем выход преобразователя тока подключен к входу первого элемента задержки, к выходу которого подключен вход второго элемента задержки, выход второго элемента задержки подсоединен к второму входу логического элемента И, входы источника питания и резистора подключены к выходу логического элемента И, а выход резистора подключен к соответствующему ответвлению диагностируемой линии передачи, в состав приемного устройства дополнительно введены резистор, фильтр низкой частоты, режекторный фильтр и второй и третий элементы задержки (ждущие мультивибраторы), второй логический элемент И и второй исполнительный элемент, причем вход резистора подключен к диагностируемой линии передачи, выход резистора подключен к входу ограничителя, выход которого подсоединен к входу фильтра низкой частоты; выход фильтра низкой частоты подключен к входу режекторного фильтра, выход которого подсоединен к первому входу первого логического элемента И и входу логического элемента НЕ, выход первого элемента задержки подключен к входу второго элемента задержки, выход которого подсоединен к второму входу первого логического элемента И, третий элемент задержки (ждущий мультивибратор) установлен с возможностью срабатывания по сигналу второго элемента задержки (ждущего мультивибратора) и выдачей разрешения открытию второго логического элемента И, обеспечивающего, в свою очередь, срабатывание второго исполнительного элемента.

Недостатками данного устройства является то, что линии электропередач являются источником сильных электромагнитных помех, и для исключения ложных срабатываний устройств, принцип действия которых основан на передаче контрольных сигналов по самим линиям, требуются высокие уровни мощности таких сигналов, что ведет к значительным энергозатратам. Помимо этого для мониторинга сетей с большим количеством ответвлений необходимо построение сложной системы контроля с большим количеством приемо-передающих блоков.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности определения направления короткого замыкания на воздушных и кабельных линиях распределительных электросетей, а также упрощение эксплуатации и повышение электробезопасности электронного индикатора короткого замыкания.

Технический результат достигается тем, что предлагается электронный индикатор короткого замыкания, включающий индикаторный блок, связанный по меньшей мере с тремя датчиками состояния линии, при этом индикаторный блок содержит модуль управления и обработки информации, модуль отображения информации, модуль передачи информации и источник питания, а датчики короткого замыкания, каждый из которых содержит модуль управления и обработки информации, оптический приемопередатчик, датчик измерения тока, датчик измерения напряжения и схему накопления энергии, связаны с индикаторным блоком посредством блока электронно-оптического преобразователя, при этом индикаторный блок связан с блоком электронно-оптического преобразователя электрически, а внешние датчики состояния линии связаны с блоком электронно-оптического преобразователя посредством оптоволоконного кабеля.

В предлагаемом электронном индикаторе короткого замыкания электронно-оптический преобразователь может быть выполнен в одном корпусе с индикаторным блоком.

В предлагаемом электронном индикаторе короткого замыкания каждый из датчиков короткого замыкания может быть снабжен крепежным элементом для его крепления на проводе линии электропередач, при этом крепежный элемент выполнен в виде П-образного кронштейна.

Предлагаемый электронный индикатор короткого замыкания состоит из индикаторного блока, электронно-оптического преобразователя, и датчиков состояния линии. В свою очередь, в состав индикаторного блока входит источник питания, осуществляющий питание всего электронного индикатора короткого замыкания, блок передачи информации, осуществляющий коммуникацию индикаторного блока с другими блоками, блок индикации информации, непосредственно отображающий наличие и характер неисправности на линии, микропроцессорный блок управления и обработки, осуществляющий управление всеми элементами электронного индикатора короткого замыкания. Электронно-оптический преобразователь состоит из генератора тока, схемы управления приемником, передатчиком и электронно-оптического приемо-передатчика.

Каждый из датчиков состояния линии состоит из оптического приемопередатчика, схемы накопления энергии, схемы управления, датчика тока, датчика напряжения.

При такой конструкции предлагаемого индикатора короткого замыкания упрощается его эксплуатация, так как индикаторный блок, предназначенный для мониторинга состояния сетей может быть установлен в любом удобном месте. Также индикаторные блоки нескольких индикаторов короткого замыкания могут быть скомпонованы вместе. При этом связь датчиков с электронно-оптическим преобразователем осуществляется посредством волоконно-оптического кабеля (сечением 1,5 мм² и более), что позволяет обеспечить гальваническую развязку высоковольтной линии от индикаторного блока электронного индикатора короткого замыкания. Тем самым достигается высокий уровень электробезопасности в процессе эксплуатации предлагаемого индикатора короткого замыкания.

Изобретение поясняется чертежами.

На Фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого электронного индикатора короткого замыкания.

На фиг. 2 показана детализированная структурная схема предлагаемого электронного индикатора короткого замыкания.

На фиг. 3 показан датчик состояния сети с одним из вариантов его крепления на кабеле.

Показанный на фиг. 1 предлагаемый электронный индикатор короткого замыкания состоит из индикаторного блока, блока электронно-оптического преобразователя и датчиков состояния линии. В обычном случае используются три датчика состояния линии - по одному на каждую фазу линии электропередач. Индикаторный блок связан с блоком электронно-оптического преобразователя электрически, посредством электрического кабеля, а датчики состояния линии связаны с блоком электронно-оптического преобразователя посредством волоконно-оптического кабеля.

На фиг. 2 показана детализированная структурная схема предлагаемого электронного индикатора короткого замыкания. Показан состав индикаторного блока, блока электронно-оптического преобразователя и датчика состояния сети.

На фиг. 3 показан датчик состояния сети с одним из вариантов его крепления на кабеле. На чертеже обозначены следующие позиции: 1 - датчик состояния сети; 2 - установленные с двух сторон датчика загнутые пластинчатые кронштейны; 3 - П-образный кронштейн крепления датчика состояния сети на кабеле, выполненный из металлической пластины, имеющей сквозное отверстие в своей средней части, а также загнутые концы, которые входят в зацепление с пластинчатыми кронштейнами датчика состояния сети; 4 - винт, вставленный в сквозное отверстие П-образного кронштейна 3; 5 - гайки, предназначенные для фиксации винта 4; 6 - плоский упор, закрепленный на конце винта 4, предотвращающий повреждение кабеля.

Показанный на фиг. 2 предлагаемый электронный индикатор короткого замыкания работает следующим образом.

Волоконно-оптический кабель в предлагаемом электронном индикаторе короткого замыкания выполняет сразу две функции - осуществляет передачу информации между индикаторным блоком и датчиками состояния линии, а также служит для передачи энергии для питания датчиков состояния линии. При этом индикаторный блок непрерывно передает энергию в оптический кабель для питания датчиков через оптический приемо-передатчик. Генератор тока задает уровень передаваемой энергии. Для возможности передачи данных между датчиком и индикаторным блоком, передача энергии периодически прерывается на интервал времени, достаточный для передачи данных датчиком. В этот момент электронно-оптический преобразователь переходит в режим приема данных. Индикаторный блок непрерывно анализирует данные, поступающие от датчиков и на основании этих данных делает вывод о состоянии контролируемой линии. При фиксации аварийного события блоком обработки и управления, данные об аварии передаются на блок отображения информации, а также могут быть переданы через блок передачи информации на релейные выходы или по протоколу Modbus с целью фиксации аварийной ситуации внешним удаленным устройством.

Каждый из датчиков состояния линии в первоначальный момент времени накапливает энергию. Энергия оптических импульсов в оптическом приемо-передатчике преобразуется в электрическую энергию, которая поступает в схему накопления энергии. Схема накопления энергии датчиком состояния линии реализована на основе конденсаторов. При достижении определенного уровня датчик состояния линии включается и начинает работать. Датчик состояния линии непрерывно контролирует значения тока и напряжения на линии за счет входящих в его состав датчика тока и датчика напряжения. При превышении пороговых значений в линии электропередач током или напряжением сетевой частоты или высшими гармониками, срабатывают пороговые органы и фиксируется изменение состояния линии. Эти данные передаются в индикаторный блок устройству индикации в ближайший возможный момент для передачи данных. В нормальном режиме работы датчик состояния линии регулярно передает среднеквадратичные значения токов и напряжений. Датчик непрерывно контролирует состояние питания. В случае возможной нехватки питания, датчик уходит в «сон» (перестает передавать информацию) до возобновления нормального уровня питания.

Используя собственные алгоритмы обработки данных, прибор может определять как междуфазные короткие замыкания, так и однофазные с определением направления на замыкание.

Применение волоконно-оптического кабеля взамен медного обеспечивает высокую гальваническую изоляцию между прибором и датчиками, установленными на высоковольтном кабеле, так как оптоволокно по сути является диэлектриком.

Передача энергии по оптическому кабелю позволила отказаться от использования каких-либо источников питания в датчиках, что означает отсутствие необходимости иметь запасные батареи, и тем самым, значительно упрощает эксплуатацию электронного индикатора короткого замыкания.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет получить электронный индикатор короткого замыкания с высокой точностью определения наличия и видов аварийных ситуаций на линиях электропередач, а также существенно упростить эксплуатацию устройства за счет отсутствия дополнительных сменных элементов питания, и повысить электробезопасность, так как датчики состояния линии электрически не связаны с основным, индикаторным блоком.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для обеспечения эксплуатации электрических сетей. Технический результат: повышение точности определения направления короткого замыкания на воздушных и кабельных линиях распределительных электросетей, а также упрощение эксплуатации и повышение электробезопасности электронного индикатора короткого замыкания. Сущность: электронный индикатор короткого замыкания содержит индикаторный блок, связанный по меньшей мере с тремя внешними датчиками состояния линии. Индикаторный блок содержит модуль управления и обработки информации, модуль отображения информации, модуль передачи информации и источник питания. Датчики короткого замыкания содержат модуль управления и обработки информации, оптический приемопередатчик, датчик измерения тока, датчик измерения напряжения и схему накопления энергии. Датчики связаны с индикаторным блоком посредством блока электронно-оптического преобразователя. Идикаторный блок связан с блоком электронно-оптического преобразователя электрически. Датчики связаны с блоком электронно-оптического преобразователя посредством оптоволоконного кабеля. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электронный индикатор короткого замыкания, включающий индикаторный блок, связанный по меньшей мере с тремя внешними датчиками состояния линии, отличающийся тем, что индикаторный блок содержит модуль управления и обработки информации, модуль отображения информации, модуль передачи информации и источник питания, а датчики короткого замыкания, каждый из которых содержит модуль управления и обработки информации, оптический приемопередатчик, датчик измерения тока, датчик измерения напряжения и схему накопления энергии, связаны с индикаторным блоком посредством блока электронно-оптического преобразователя, при этом индикаторный блок связан с блоком электронно-оптического преобразователя электрически, а внешние датчики состояния линии связаны с блоком электронно-оптического преобразователя посредством оптоволоконного кабеля.

2. Электронный индикатор короткого замыкания по п. 1, отличающийся тем, что электронно-оптический преобразователь выполнен в одном корпусе с индикаторным блоком.

3. Электронный индикатор короткого замыкания по п. 1, отличающийся тем, что каждый из датчиков состояния линии снабжен крепежным элементом для его крепления на проводе линии электропередач, при этом крепежный элемент выполнен в виде П-образного кронштейна.